СТАБИЛИЗАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ В СИСТЕМЕ С ЖИДКИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ
TEMPERATURE STABILIZER IN SYSTEM WITH LIQUID HEAT CARRIER

Изобретение относится к системам автоматического регулирования, а более конкретно - к системам автоматической стабилизации температуры, в частности -в солнечных нагревательных коллекторах.
Известны две разновидности солнечных нагревательных коллекторов: с конвекционной циркуляцией теплоносителя и с принудительной циркуляцией с помощью системы автоматической стабилизации температуры на выходе магистрали горячей воды./ См. прилагаемый к данной заявке рекламный проспект Солнечного нагревательного коллектора «Сокол»./
Известны также автомобильные системы стабилизации температуры охлаждения двигателей, в которых использованы электрический насос и управляющий им датчик температуры теплоносителя. (См.Иллюстрированное руководство «Ремонтируем Святогор Москвич - 2141, За рулем, 2000, стр. 91). Данное техническое решение можно принять за прототип.
Система регулирования температуры коллектора «Сокол» состоит из насоса и блока управления, через который задается требуемое значение температуры. Данное техническое решение можно считать аналогом предлагаемому.
Поскольку система «Сокол» должна нагревать воду, используя только тепло окружающей среды, необходимость электропитания для работы системы стабилизации температуры является ее принципиальным недостатком. Это сужает область ее применения, понижает надежность и удорожает систему в целом. Кроме того применение в системе электропитания противоречит самому заложенному в нее принципу - использование энергии окружающей среды.
Задача настоящего изобретения состоит в снижении стоимости и расширении эксплуатационных возможностей системы стабилизации температуры в системах с жидким теплоносителем.
Техническим результатом изобретения будет стабилизатор температуры, использующий для работы тепловую энергию самого теплоносителя.
Указанная задача решается и технический результат достигается тем, что насос стабилизатора температуры выполнен в виде камеры с входным и выходным штуцерами, примыкающей к ней другой камеры с входным клапаном и испарителем с низкокипящей жидкостью и третьей камеры с выходным клапаном и упругой емкостью, соединенной с испарителем пневматической связью через выполненный в виде упругого баллона запорный элемент перепускного клапана, вторая камера сообщается с третьей через седло перепускного клапана, а блок управления выполнен в виде размещенного между упругой емкостью и дном третьей камеры задатчика силы.
На рис. 1 показана схема стабилизатора. Он состоит из камеры-1 с входным и выходным штуцерами, примыкающей к ней камеры - 2 с входным клапаном - 3 и с частично заполненным низкокипящей жидкостью (НКЖ) испарителем - 4, третьей камеры - 5 с выходным клапаном - 6 и с упругой емкостью - 7,соединенной с испарителем - 4 пневматической сязью - 8 через выполненный в виде упругого баллона запорный элемент - 9 перепускного клапана, третья камера сообщается со второй через седло - 10 перепускного клапана (запорный элемент - 9 и седло - 10 совместно образуют перепускной клапан). Задатчик требуемой температуры теплоносителя представляет собой задатчик силы -1 1, выполненный, например, в виде пружины, размещенной враспор между упругой емкостью - 7 и винтом, ввинченным со свободой движения в дно камеры - 5.
Для объяснения работы стабилизатора допустим, что он включен в контур солнечного теплового коллектора, состоящего из теплосборника - 12, бака - !3 и соединительных шлангов согласно схеме на рис. 1. Горячий выход теплосборника соединен гидравлической связью (шлангом) - 14 с входным штуцером камеры - 1, холодный выход теплосборника соединен гидравлической связью - 15 с выходным клапаном - 6 камеры - 5; выходной штуцер камеры - 1 гидравлической связью - 16 соединен с верхней (горячей) частью бака -1 3, нижняя (холодная) часть бака - 13 соединена гидравлической связью - 17 с входным клапаном - 3 камеры-2. В исходном состоянии горячая вода заполняет камеру - 1, а холодная заполняет камеру - 5, бак - 13 заполнен примерно до половины сверху горячей водой, нижняя половина заполнена холодной водой, задатчик силы - 11 установлен в положение, при котором его давление на упругую емкость - 7 равно давлению пара НКЖ при температуре ее кипения при данном атмосферном давлении, теплосборник повернут в сторону солнца.
Работа стабилизатора состоит в следующем. От заполняющей камеру - 1 горячей воды нагревается контактирующий с камерой испаритель - 4, находящаяся в нем НКЖ испаряется, ее пар поступает по пневмосвязи - 8 в упругую емкость - 7 и в упругий баллон - 9, который расширяется и запирает перепускной клапан, а упругая емкость - 7, расширяясь, выдавливает через выходной клапан - 6 находящуюся в камере - 5 воду по гидравлической связи - 15 в нижнюю часть теплосборника - 12. Поступающая в теплосборник холодная вода выдавливает находящуюся в его верхней части горячую по гидравлической связи - 14 в камеру - 1 и из нее через выходной штуцер по гидравлической связи - 16 в верхнюю часть бака - 13. Поступающая в бак вода выдавливает из него такую же, только более холодную, порцию воды из нижней части бака по гидравлической связи - 17 через, входной клапан - 3 в камеру - 2. Холодная вода заполняет камеру - 2 и, дойдя до испарителя - 4, охлаждает находящуюся в нем НКЖ. Воздух из камеры при этом стравливается через предусмотренное в ней дренажное отверстие. При охлаждении НКЖ ее пар, находящийся в упругой емкости - 7 и в упругом баллоне - 9, конденсируется, они сжимается, и в освободившееся в камере - 5 пространство через открытый перепускной клапан вода из камеры - 2 сливается в камеру - 5, воздух из атмосферы через дренажное отверстие заполняет камеру - 2. Закачав в бак - 13 порцию горячей воды, система вернулась в исходное положение. Далее цикл работы повторяется.
Такой цикл работы осуществляется, если температура нагревающей испаритель воды больше или равна температуре кипения НКЖ. Если температура меньше, вода в теплосборнике продолжает нагреваться теплом окружающей среды и постепенно за счет теплопередачи температура воды в камере - 1 достигнет температуры кипения НКЖ, и система начнет работать в описанном выше цикле. Температура поступающей в бак - 13 воды будет равна температуре кипения НКЖ. Это та минимальная температура, которую может обеспечить система с данной НКЖ.
Если нужна более низкая температура воды в баке, в систему надо залить жидкость с соответствующей температурой кипения и установить задатчик силы - 11 в положение, при котором его давление на упругую емкость - 7 будет равно давлению пара новой жидкости при ее температуре кипения.
Если необходимо иметь более высокую температуру воды в баке следует задатчиком силы - 11 установить такую величину его давления на упругую емкость - 7, при которой оно равно давлению пара НКЖ при задаваемой температуре. Работа стабилизатора будет происходить по выше описанной схеме, обеспечивая установленное значение температуры. Разумеется, задающий элемент задатчика = 11 должен иметь нужную тарированную гравировку по температурам.
Таким образом, предлагаемый стабилизатор обеспечивает задание и поддержание температуры воды в баке солнечного коллектора в широком диапазоне температур, используя для своей работы только тепло находящегося в системе теплоносителя. Это расширяет область применения системы, повышает ее надежность и экономичность.
Предлагаемый стабилизатор может быть применен и в других случаях: в системах водяного отопления индивидуальных домов, в системах охлаждения атомных реактор и т.п.