ОТОПИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ
HEATING SYSTEM WITH NATURAL CIRCULATION

Изобретение относится к устройствам отопления помещений с естественной циркуляцией текучего теплоносителя (рабочей среды).
В настоящее время отопительные системы с естественной циркуляцией теплоносителя нашли широкое применение при отоплении индивидуальных домов. В общем виде указанные системы содержат генератор тепла, расширительный бак и, по крайней мере, один нагревательный прибор, причем трубопровод отвода нагретого генератором тепла теплоносителя соединен с нижней частью расширительного бака и с трубопроводом подачи нагретого теплоносителя к нагревательным приборам (см. Система водяного отопления с естественной циркуляцией. http://www.otopleniedoma.com/page02.html). Отопительная система с естественной циркуляцией теплоносителя позволяет удешевить систему отопления за счет исключения дорогостоящего оборудования - насоса. Однако все известные отопительные системы с естественной циркуляцией теплоносителя обладают недостаточной эффективностью.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении кпд отопительной системы с естественной циркуляцией теплоносителя за счет подачи в нагревательный прибор наиболее нагретого теплоносителя.
Указанный результат достигается тем, что отопительная система с естественной циркуляцией содержит соединенные трубопроводами генератор тепла, соединенный трубопроводом отвода нагретой рабочей среды с расширительным баком и, по крайней мере, один нагревательный прибор, соединенный с одной стороны с трубопроводом подачи нагретой рабочей среды и с другой стороны - с трубопроводом отвода остывшей рабочей среды, соединенным с генератором тепла, при этом расширительный бак соединен с трубопроводом подачи нагретой рабочей среды к нагревательному прибору и снабжен размещенной в нем трубой с поплавком, герметично соединенной с трубопроводом отвода нагретой рабочей среды от генератора тепла с возможностью вертикального перемещения, причем выходное отверстие трубы расположено выше уровня рабочей среды.
Труба может быть выполнена телескопической для регулирования ее длины с возможностью фиксации.
Возможность вертикального перемещения трубы может быть обеспечена ее соединением с трубопроводом отвода нагретой генератором тепла рабочей среды посредством гофрированной трубки.
Поплавок может быть выполнен кольцевым или из отдельных, распределенных по окружности или по сторонам элементов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 показана принципиальная схема предложенной отопительной системы с естественной циркуляцией; на фиг.2 показан расширительный бак.
Отопительная система с естественной циркуляцией содержит генератор 1 тепла (котел), расширительный бак 2 и, по меньшей мере, один нагревательный прибор 3 (батарею). Расширительный бак 2 сопряжен с трубопроводом 4 подачи нагретой рабочей среды к нагревательному прибору 3 и снабжен размещенной в нем подвижной трубой 5 с поплавком 6. Подвижность трубы 5 обеспечивается тем, что она герметично соединена, например, гофрированной трубкой 7 с трубопроводом 8 отвода нагретой рабочей среды от генератора 1 тепла. В частном случае труба 5 может быть выполнена телескопической с возможностью фиксации для обеспечения возможности регулирования ее длины. Нагревательный прибор 3 (приборы) соединен с генератором 1 тепла трубопроводом 9 отвода остывшей рабочей среды. В качестве рабочей среды, как правило, используется жидкость.
Принцип работы отопительной системы с естественной циркуляцией заключается в следующем.
При включении отопления рабочая среда (теплоноситель) в котле 1 начинает нагреваться, и его уровень в трубопроводе 8 за счет расширения растет. Дойдя до верхнего уровня трубы 5 (выходного отверстия), расположенного на определенном расстоянии от уровня рабочей среды в расширительном баке 2, нагретая рабочая среда начинает переливаться из трубы 5 в бак 2. Циркуляция осуществляется переливанием нагретой рабочей среды из выходного отверстия трубы на уровень рабочей среды фонтаном или водопадом. Таким образом, наиболее нагретая рабочая среда поступает в бак 2, а из него по трубопроводу 4 - в нагревательный прибор 3, что приводит к повышению кпд системы. Поскольку циркуляционный контур в данной системе является разомкнутым, происходит свободный перелив жидкости через выходное отверстие торца трубы 5. Нагретая жидкость свободно поднимается вверх по трубопроводу 8 в трубу 5, и в бак 2 переливается максимально нагретая жидкость. Этого не происходит в известной отопительной системе с естественной циркуляцией, поскольку циркуляционный контур в ней является замкнутым, и холодная рабочая среда, поступающая из нагревательных приборов 3, может принудительно вовлекаться в трубопровод, не успевая нагреться. Многочисленные эксперименты показали, что в предложенной системе вода поступает в нагревательные приборы 3 с более высокой температурой, чем в известной системе с теми же параметрами.
Изменение уровня теплоносителя в баке 2 позволяет повысить скорость его циркуляции в системе, что также приводит к повышению ее кпд. Среда, которая на выходе имеет температуру 100 градусов, проходя с большей скоростью через батарею 3, успевает отдать 10…20 градусов, следовательно, чтобы довести воду снова до температуры с 80…90 градусов до 100 градусов требуется значительно меньше энергии.
Поплавок 6 удерживает выходное отверстие торца трубы 5 на определенном расстоянии, выше уровня рабочей среды в баке 2 при его изменении. Поплавок 6, в зависимости от формы и размеров расширительного бака 2, может быть выполнен кольцевым или из отдельных распределенных по окружности или по сторонам элементов. От высоты торца трубы 5 относительно уровня теплоносителя в баке 2 зависит, с какой температурой теплоноситель начнет переливаться. Таким образом, начальную температуру циркуляции можно регулировать, задавая ширину и высоту трубы 5.
Рассмотрим пример выполнения расширительного бака 2 при емкости отопительной системы 250 л, из которых 50 л приходится на котел 1 и трубопровод 8. Объем расширения рабочей среды (50 л) при ее нагреве до 100 градусов составляет примерно 2,5 л. Таким образом, необходимо использовать расширительный бак с объемом 30 л, из которых по 10 л - это свободное пространство, минимальный объем рабочей среды и объем расширения. Бак может иметь следующие размеры: длина 300 мм, ширина 200 мм, высота 500 мм.
Выполнение отопительной системы разомкнутой позволяет повысить кпд системы благодаря тому, что в нагревательный прибор 3 поступает самая нагретая рабочая среда, циркуляционный процесс протекает быстрее, при этом тратится намного меньше энергии на нагрев рабочей среды, прошедшей через нагревательный прибор 3.