СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ
HEATING SYSTEM

Изобретение относится к области отопительной техники и может быть использовано для отопления жилых и производственных помещений, обогрева открытых площадок, лестниц, тротуаров и пандусов в холодное время года.
Известна система отопления, содержащая замкнутый теплопередающий контур, заполненный рабочим телом в виде жидкости и ее паров, включающий в себя испаритель, сопряженный по тепловому потоку с источником тепловой энергии, подающий теплопровод, конденсационные отопительные приборы, конденсационные горшки, обратный теплопровод и конденсационный насос.
Работа системы осуществляется следующим образом. Насос подает жидкость в испаритель (теплообменник или котел), в котором за счет тепловой энергии, поступающей от первичного теплоносителя или топлива, жидкость испаряется. Образовавшиеся пары под действием разности давлений перемещаются по подающему теплопроводу в конденсационные отопительные приборы, в которых происходит конденсация паров с передачей теплоты конденсации через стенки отопительного прибора обогреваемому помещению. Сконденсированная жидкость из отопительных приборов под действием перепада давлений отводится через конденсационные горшки в обратный теплопровод и конденсационным насосом возвращается в испаритель.
Недостатком известной системы отопления является то, что при использовании в качестве рабочего тела воды и ее паров температура отопительных приборов чрезмерно высока, а при использовании в качестве рабочего тела легкокипящих жидкостей или легкосжижающихся газов высок риск попадания значительных количеств вредных или горючих рабочих веществ в отапливаемое помещение при аварийных ситуациях, связанный со значительным количеством рабочего тела в рабочем контуре системы отопления.
Известна система вакуум-парового отопления с водой и ее парами в качестве рабочего тела, в теплопередающем контуре которой поддерживается разрежение посредством вакуумного насоса. Данная система позволяет путем снижения рабочего давления паров воды ниже атмосферного давления снизить рабочую температуру отопительных приборов до необходимых параметров. Недостатком данной системы является необходимость применения дорогостоящего вакуумного насоса и плохая работа конденсационных горшков, связанная с малым перепадом давлений между конденсационными отопительными приборами и обратным теплопроводом (Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Учеб. Для вузов. - М.: Стройиздат, 1991, с.16, 384-404).
Настоящее изобретение направлено на устранение этих недостатков и решает техническую задачу обеспечения работы системы отопления при малом количестве рабочего тела в системе.
Для решения поставленной технической задачи система отопления содержит замкнутый теплопередающий контур, заполненный рабочим телом в виде жидкости и ее паров, включающий в себя испаритель, сопряженный по тепловому потоку с источником тепловой энергии, подающий теплопровод, конденсационные отопительные приборы, обратный теплопровод, отделитель жидкости, компрессор и эжектор, в котором диффузор эжектора соединен трубопроводом с испарителем, приемная камера эжектора соединена трубопроводом с жидкостной зоной отделителя жидкости, всасывающий патрубок компрессора соединен трубопроводом с паровой зоной отделителя жидкости, нагнетательный патрубок компрессора соединен трубопроводом с рабочим соплом эжектора.
На трубопроводе, соединяющем нагнетательный патрубок компрессора с рабочим соплом эжектора, предпочтительно установлен воздухоотделитель.
Воздухоотделитель содержит конденсатор и предпочтительно испаритель и предохранительный клапан.
В качестве рабочего тела применена легкокипящая жидкость, например вода, этиловый спирт, гексан, пентан и т.п., либо легкосжижающийся газ, например хладон, аммиак, бутан и т.п.
В качестве источника тепловой энергии применен котел, тепловой насос, первичный теплоноситель из тепловой сети и т.п.
Отделитель жидкости предпочтительно содержит нагревательное устройство.
Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.
Система отопления позволит снизить количество рабочего тела в теплопередающем контуре системы за счет низкой плотности паров рабочего тела в системе и оперативного возврата сконденсировавшихся капель рабочего тела из отопительных приборов в испаритель при помощи циркулирующего парогазового потока.
Применение компрессора в связке с эжектором позволит обеспечить перемещение как парообразного, так и жидкого рабочего тела по теплопередающему контуру системы.
Обеспечивающий циркуляцию парогазового потока компрессор позволит поддерживать разрежение в системе отопления и своевременно удалять из нее просочившийся через неплотности системы воздух без применения специализированного вакуумного насоса. Разрежение в системе отопления позволит снизить температуру отопительных приборов при использовании в качестве рабочего тела воды и ее паров. Поддержание постоянного разрежения в системе отопления с другими рабочими телами позволит исключить попадание вредных или горючих рабочих тел в отапливаемое помещение при штатной работе системы или при аварийных ситуациях.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан вариант системы отопления с воздухоотделителем; на фиг.2 показан вариант конструкции воздухоотделителя.
Конструкция системы отопления содержит испаритель 1, подающий теплопровод 2, конденсационный отопительный прибор 3, обратный теплопровод 4, отделитель жидкости 5, подогреватель 6, компрессор 7, трубопроводы 8 и 9, воздухоотделитель 10, эжектор 11, предохранительный клапан 12, сосуд 13, клапан 14, выпускную трубу 15. Из выпускной трубы в атмосферу сбрасывается воздух 16, в испаритель 1 из тепловой сети подают первичный теплоноситель 17. Конструкция воздухоотделителя содержит конденсационную колонну 18, испарительный трубопровод 19 с дроссельным отверстием 20, подающий трубопровод 21 и выпускные трубопроводы 22 и 23.
Работа системы отопления осуществлена следующим образом. Парогазожидкостная смесь из диффузора эжектора 11 поступает в испаритель 1, в котором под действием теплоты первичного теплоносителя 17 жидкость испаряется. Парогазовая смесь по подающему теплопроводу 2 поступает в конденсационный отопительный прибор 3, в котором пары рабочего тела частично конденсируются, отдавая теплоту конденсации через стенки отопительного прибора обогреваемому помещению. Парогазожидкостная смесь из отопительного прибора 3 по обратному теплопроводу 4 поступает в отделитель жидкости 5, в котором разделяется на жидкостную и парогазовую составляющие. Жидкостная составляющая из нижней части отделителя жидкости 5 по трубопроводу 8 подсасывается в приемную камеру эжектора 11 и вновь поступает в испаритель 1. Парогазовая составляющая из верхней части отделителя жидкости 5 отсасывается компрессором 7, сжимается и по трубопроводу 9 подается либо непосредственно в рабочее сопло эжектора 11, либо в воздухоотделитель 10.
Работа воздухоотделителя осуществлена следующим образом. Парогазовая смесь, попадающая по подающему трубопроводу 21 в среднюю часть конденсационной колонны 18, разделяется на два потока. Один поток направляется в нижнюю часть колонны, через дроссельное отверстие 20 поступает в испарительный трубопровод 19 и через выпускной трубопровод 22 поступает в рабочее сопло эжектора 11. Проходя через дроссельное отверстие 20, парогазовый поток захватывает с собой часть жидкого рабочего тела, находящегося в нижней части конденсационной колонны 18. Захваченное жидкое рабочее тело, проходя по испарительному трубопроводу 19, под действием поступающей через стенки трубопровода 19 теплоты частично или полностью испаряется, увеличивая объем поступающей в выпускной трубопровод 22 парогазовой смеси. Испарение жидкого рабочего тела в испарительном трубопроводе 19 обеспечивается разностью давлений паров рабочего тела внутри конденсационной колонны 18 и испарительного трубопровода 19.
Второй поток парогазовой смеси направляется в верхнюю часть конденсационной колонны 18. Проходя по колонне, паровая составляющая парогазовой смеси конденсируется на наружных стенках колонны 18 и испарительного трубопровода 19. Сконденсированное жидкое рабочее тело под действием силы тяжести стекает в нижнюю часть колонны, а охлажденная парогазовая смесь с пониженным содержанием пара и с повышенным содержанием газовой составляющей (воздуха) накапливается в верхней части конденсационной колонны 18, в которой либо удерживается весь период работы системы (в случае ее полной герметичности), либо периодически удаляется по выпускному трубопроводу 23 (в случае подсоса воздуха через неплотности системы).
Удаление газов (воздуха) из верхней части воздухоотделителя 10 осуществляется при помощи предохранительного клапана 12, срабатывающего при повышении давления в конденсационной колонне воздухоотделителя. Парогазовая смесь с низким содержанием паров из воздухоотделителя 10 поступает в сосуд 13, на холодных стенках которого осуществляется конденсация остаточных паров рабочего тела. Очищенные от остатков рабочего тела газы 16 по выпускной трубе 15 сбрасываются в атмосферу.
При снижении содержания циркулирующего рабочего тела в рабочем контуре системы ниже определенного порога открывают клапан 14 и осуществляют дозированную заправку системы рабочим телом под действием разности давлений между сосудом 13 и отделителем жидкости 5.
Для обеспечения работоспособности системы отопления в пусковой период предусмотрен нагреватель 6, посредством которого вырабатывают недостающие пары рабочего тела, необходимые для нормальной работы эжектора 11.