Автономная система подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения

Полезная модель относится к автономным системам потребления подогретой воды, преимущественно в системах центрального отопления и/или горячего водоснабжения с использованием тепловых аккумуляторов, аккумулирующих тепло в теплоемких массах. Автономная система подогрева воды содержит сообщенные с контуром (1) циркуляции теплоносителя, имеющим «прямой» (2) и «обратный» (3) трубопроводы (2, 3), соответственно прямой и обратной подачи теплоносителя, тепловой аккумулятор (4), выполненный с теплоаккумулирующим телом (ТАТ) (5), заключенным в теплоизолирующую оболочку (6) и корпус (7) и снабженный нагревателями (8), систему потребления (9), преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, циркуляционный насос (10) и расширительный бак (11). Согласно полезной модели, система снабжена гидравлически открытым теплообменником-конденсатором (12), который встроен в магистраль контура (1) циркуляции теплоносителя и одним концом соединен с «обратным» трубопроводом (3) на участке за последовательно расположенными циркуляционным насосом (10) и дросселем (13), а другим концом соединен с «прямым» трубопроводом (2) на участке перед отводом (14) к расширительному баку (11). Тепловой аккумулятор (4) выполнен в виде водонагревателя-парогенератора (15), снабженного нагревателями (8) и имеющего внутри полость (16) для нагрева воды и генерирования пара, внутрь которой (16) введены входной патрубок (17) для подачи воды на подогрев и генерирование пара, и выходной патрубок (18) для отвода нагретой воды и полученного пара. Входной патрубок (17) водонагревателя-парогенератора (15) одним концом введен в полость (16) для нагрева воды и генерирования пара, а другим концом соединен с «обратным» трубопроводом (3) на участке между циркуляционным насосом (10) и первым дросселем (13). Выходной патрубок (18) водонагревателя-парогенератора (15) одним концом введен в полость (16) для нагрева воды и генерирования пара так, что его торец находится на расстоянии (S₃ ) от нижней стенки внутренней полости (16) для нагрева воды и генерирования пара, а другим концом введен в теплообменник-конденсатор (12) с кольцевым зазором (S2), предназначенным для циркуляции и нагрева воды, так, что его торец находится на расстоянии (S3) от нижней стенки теплообменника-конденсатора (12). Технический результат заключается в повышении эффективности теплообменных процессов, происходящих между теплоносителем (водой) и подогревающей средой (подогретой водой или водой конденсируемой из пара), что снижает себестоимость подогрева воды.

1 н.п. ф-лы. 3 з.п. ф-лы. 1 ил.

Полезная модель относится к автономным системам потребления подогретой воды, преимущественно в системах центрального отопления и/или горячего водоснабжения с использованием тепловых аккумуляторов, аккумулирующих тепло в теплоемких массах.

Из уровня техники известны автономные системы подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения (в дальнейшем системы подогрева воды или системы), которые нашли применение в технике.

Известна система подогрева воды, содержащая топочный котел с дымоходом, расширительный бак, нагревательные приспособления, установленные в обогреваемых помещениях, а также подающую и обратную линии. Система дополнительно содержит тепловой насос, который состоит из соединенных между собой трубопроводами адсорбера с теплообменником для отвода тепла адсорбции, конденсатора, ресивера с запорным вентилем, испарителя и аккумулятора тепла, причем адсорбер расположен в дымоходе котла после поверхности нагрева, а конденсатор и испаритель в объеме аккумулятора тепла [«Автономна система водяного опалення будiвель» UA 32681 (А) (Iнститут технiчноï теплофiзики нацiнальноï академiï наук Украiни) F24D 3/00; 15.02.2001; аналог] [1].

Недостатком известной системы [1] является большое потребление топлива, что повышает себестоимость подогрева воды.

Известна также система подогрева воды, содержащая котел, подключенный подающей линией к нагревательным устройствам, связанным с обратной линией, в какой установлено средство регулирования подачи теплоносителя, и снабженный приспособлением принудительной циркуляции теплоносителя, который соединен нагнетательным трубопроводом с обратной линией и дополнительным трубопроводом с запорным клапаном - подающей линией. Приспособление принудительной циркуляции теплоносителя выполнено в виде сифона, при этом средство регулирования подачи теплоносителя выполнено в виде двух обратных клапанов, расположенных с обеих сторон от точки соединения нагнетательного трубопровода с обратной линией с возможностью поочередного перепускания теплоносителя в котел и паровую полость [«Одноконтурна опалювальна система малоï та середньоï потужностi» UA 42849 (U) (Донецький нацiональний технiчний унiверситет) F24D 11/00; F24D 3/00; 27.09.2009; аналог] [2].

Недостатком известной системы [2] является отсутствие теплового аккумулятора, что снижает эффективность подогрева воды.

Известна также система подогрева воды, содержащая гидравлически сообщенный с контуром циркуляции воды нагреватель, отопительные элементы в обогреваемых помещениях, гидравлически подключенные к контуру циркуляции, расширительный бак, сообщенный с контуром циркуляции. Нагреватель содержит расположенный в нижней части контура циркуляции и сообщенный с ним через задатчик расхода воды парогенератор, а выход парогенератора теплоизолированным паропроводом сообщен с паровым входом установленного последовательно в верхнюю часть контура циркуляции парожидкостного эжекционного насоса-конденсатора [«Система водяного отопления» RU 2226653 (С2) (Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственная фирма «ТГМ») F24D 3/02; 10.04.2004; аналог] [3].

Недостатком известной системы [3] является большое потребление топлива и отсутствие теплового аккумулятора, что повышает себестоимость подогрева воды.

Известна также система подогрева воды, содержащая сообщенные с контуром циркуляции теплоносителя, имеющим «прямой» и «обратный» трубопроводы, соответственно прямой и обратной подачи теплоносителя, тепловой аккумулятор, выполненный с теплоаккумулирующим телом (ТАТ), заключенным в теплоизолирующую оболочку и корпус и снабженный нагревателями, пароконденсатор, систему потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения и циркуляционные насосы ["Pipe apparatus in heat accumulator" WO 9005271 (Al) (JAKOSSON LEIF)(SE) F24D 11/00; F24H 7/04; 17.05.1990; аналог] [4].

Недостатком известной системы [4] является ее сложность и недостаточная эффективность теплообменных процессов в пароконденсаторе между жидким теплоносителем (водой) контура циркуляции и паром, генерируемым тепловым аккумулятором, что повышает себестоимость подогрева воды.

Известна также наиболее близкая по назначению, количеству общих признаков и достигаемому результату система подогрева воды, содержащая сообщенные с контуром циркуляции теплоносителя, имеющим «прямой» и «обратный» трубопроводы, соответственно прямой и обратной подачи теплоносителя, тепловой аккумулятор, выполненный с теплоаккумулирующим телом (ТАТ), заключенным в теплоизолирующую оболочку и корпус и снабженный нагревателями, систему потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, циркуляционный насос и расширительный бак ["Installation de chauffage central à eau chaude et precédé pour sa mise en oeuvre" FR 1429176 (A) (WITTE HEIZTECHNIK GMBH & CO) F24D 12/02; F24D 12/00; 18.02.1966; наиболее близкий аналог-прототип] [5].

Недостатком известной системы [5] является ее сложность и недостаточная эффективность теплообменных процессов между жидким теплоносителем (водой) контура циркуляции и паром, генерируемым тепловым аккумулятором, заключающаяся в основном в конвективном теплообмене с теплопередачей через стенки трубопроводов, по которым они циркулируют, что повышает себестоимость подогрева воды.

Задачей, на решение которой направлено полезная модель является усовершенствование конструкции системы подогрева воды путем введения в ее состав средств, обеспечивающих, как конвективный теплообмен через стенки трубопроводов, так и прямой обмен между теплоносителем (водой) и подогревающей средой (подогретой водой или водой конденсируемой из пара) в процессе их перемешивания и происходящих тепломассообменных процессов.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи и использовании усовершенствованной системы подогрева воды, заключается в повышении эффективности теплообменных процессов, происходящих между теплоносителем (водой) и подогревающей средой (подогретой водой или водой конденсируемой из пара), что снижает себестоимость подогрева воды.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в автономной системе подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, содержащей сообщенные с контуром циркуляции теплоносителя, имеющим «прямой» и «обратный» трубопроводы, соответственно прямой и обратной подачи теплоносителя, тепловой аккумулятор, выполненный с теплоаккумулирующим телом (ТАТ), заключенным в теплоизолирующую оболочку и корпус и снабженный нагревателями, систему потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, циркуляционный насос и расширительный бак, согласно полезной модели, она снабжена гидравлически открытым теплообменником-конденсатором, который встроен в магистраль контура циркуляции теплоносителя и одним концом соединен с «обратным» трубопроводом на участке за последовательно расположенными циркуляционным насосом и дросселем, а другим концом соединен с «прямым» трубопроводом на участке перед отводом к расширительному баку, а тепловой аккумулятор выполнен в виде водонагревателя-парогенератора, снабженного нагревателями и имеющего внутри полость для нагрева воды и генерирования пара, внутрь которой введены входной патрубок для подачи воды на подогрев и генерирование пара и выходной патрубок для отвода нагретой воды и полученного пара, при этом входной патрубок водонагревателя-парогенератора одним концом введен в полость для нагрева воды и генерирования пара, а другим концом соединен с «обратным» трубопроводом на участке между циркуляционным насосом и первым дросселем, а выходной патрубок водонагревателя-парогенератора одним концом введен в полость для нагрева воды и генерирования пара так, что его торец находится на расстоянии (S₁) от нижней стенки внутренней полости для нагрева воды и генерирования пара, а другим концом введен в теплообменник-конденсатор с кольцевым зазором (S₂), предназначенным для циркуляции и нагрева воды, так, что его торец находится на расстоянии (S₃) от нижней стенки теплообменника-конденсатора.

Упомянутые главные отличия усовершенствованной системы подогрева воды за счет установки гидравлически открытого теплообменника-конденсатора, который встроен в магистраль контура циркуляции теплоносителя, а также выполнения теплового аккумулятора в виде водонагревателя-парогенератора, снабженного нагревателями и имеющего внутри полость для нагрева воды и генерирования пара, внутрь которой введены входной патрубок для подачи воды из «обратного» трубопровода на подогрев и генерирование пара, и выходной патрубок для отвода нагретой воды и полученного пара в гидравлически открытый теплообменник-конденсатор, обеспечивают, как конвективный теплообмен внутри теплообменника-конденсатора через стенки введенного в него конца выходного патрубка водонагревателя-парогенератора, так и прямой теплообмен между теплоносителем (водой) и подогреваемой средой (водой или паром) в процессе их перемешивания и происходящих тепломассоообменных процессов.

За счет этого, повышается эффективность теплообменных процессов, происходящих между теплоносителем (водой) и подогревающей средой (подогретой водой или водой конденсируемой из пара), что снижает себестоимость подогрева воды.

Усовершенствованная система подогрева воды имеет и дополнительные отличия, которые используются в различных модификациях выполнения системы и создают дополнительный технический результат.

В автономной системе подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, согласно полезной модели, «обратный» трубопровод выполнен с двумя параллельными первым и вторым трубопроводами байпасной ветви разного гидравлического сопротивления, из которых в первом трубопроводе байпасной ветви с меньшим гидравлическим сопротивлением, установлен первый электроклапан, а во втором трубопроводе байпасной ветви с большим гидравлическим сопротивлением последовательно установлены термоуправляемый вентиль с регулируемым проходным сечением и второй электроклапан.

Выполнение байпасной ветви с линиями разного гидравлического сопротивления обеспечивает возможность избирательной циркуляции теплоносителя по трубопроводу с меньшим или с большим гидравлическим сопротивлением и расходом теплоносителя, в результате чего достигается возможность оперативного регулирования температуры нагрева теплоносителя в водонагревателе-парогенераторе и доведение ее до оптимальной температуры нагрева, предусмотренной в системе потребления.

В автономной системе подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, согласно полезной модели, водонагреватель-парогенератор снабжен первым термодатчиком, который электрически связан с первым и вторым электроклапанами первого и второго трубопроводов байпасной ветви разного гидравлического сопротивления для избирательного их включения и выключения в зависимости от температуры в водонагревателе-парогенераторе, а теплообменник-конденсатор снабжен вторым термодатчиком, который электрически связан с первым термодатчиком на водонагревателе-парогенетаторе и совместно с ним обеспечивает подачу управляющих сигналов на первый и второй электроклапаны при отклонении температуры теплоносителя на выходе теплообменника-конденсатора от заданной величины.

Установка упомянутых первого и второго термодатчиков на, соответственно, водонагревателе-парогенераторе и на теплообменнике-конденсаторе и их электрическая связь между собой и с первым и вторым электроклапанами трубопроводов меньшего и большего гидравлического сопротивления байпасной ветви, обеспечивает регулирование температуры нагрева теплоносителя в водонагревателе-парогенераторе и доведение ее до оптимальной температуры нагрева, предусмотренной в системе потребления.

В автономной системе подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, согласно полезной модели, байпасная ветвь «обратного» трубопровода обратной подачи теплоносителя снабжена сливным трубопроводом с запорным клапаном.

Это обеспечивает заполнение системы теплоносителем (водой), а также ее функционирование и опорожнение при техническом обслуживании и работе.

В дальнейшем полезная модель поясняется чертежом, на котором изображена схема системы подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, и сведениями, которые подтверждают возможность его осуществления со ссылками на прилагаемый чертеж.

Автономная система подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения (см. чертеж) содержит сообщенные с контуром 1 циркуляции теплоносителя, имеющим «прямой» 2 и «обратный» 3 трубопроводы 2, 3, соответственно прямой и обратной подачи теплоносителя, тепловой аккумулятор 4, выполненный с теплоаккумулирующим телом (ТАТ) 5, заключенным в теплоизолирующую оболочку 6 и корпус 7 и снабженный нагревателями 8, систему потребления 9, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, циркуляционный насос 10 и расширительный бак 11.

Особенностью система подогрева воды являются следующие усовершенствования ее конструкции.

Система подогрева воды снабжена гидравлически открытым теплообменником-конденсатором 12, который встроен в магистраль контура 1 циркуляции теплоносителя и одним концом соединен с «обратным» трубопроводом 3 на участке за последовательно расположенными циркуляционным насосом 10 и дросселем 13, а другим концом соединен с «прямым» трубопроводом 2 на участке перед отводом 14 к расширительному баку 11.

Тепловой аккумулятор 4 выполнен в виде водонагревателя-парогенератора 15, снабженного нагревателями 8 и имеющего внутри полость 16 для нагрева воды и генерирования пара, внутрь которой (16) введены входной патрубок 17 для подачи воды на подогрев и генерирование пара, и выходной патрубок 18 для отвода нагретой воды и полученного пара.

Входной патрубок 17 водонагревателя-парогенератора 15 одним концом введен в полость 16 для нагрева воды и генерирования пара, а другим концом соединен с «обратным» трубопроводом 3 на участке между циркуляционным насосом 10 и первым дросселем 13.

Выходной патрубок 18 водонагревателя-парогенератора 15 одним концом введен в полость 16 для нагрева воды и генерирования пара так, что его торец находится на расстоянии (S₁ ) от нижней стенки внутренней полости 16 для нагрева воды и генерирования пара, а другим концом введен в теплообменник-конденсатор 12 с кольцевым зазором (S₂), предназначенным для циркуляции и нагрева воды, так, что его торец находится на расстоянии (S ₃) от нижней стенки теплообменника-конденсатора 12.

«Обратный» трубопровод 3 выполнен с двумя параллельными первым и вторым трубопроводами 19, 20 байпасной ветви 21 разного гидравлического сопротивления, из которых в первом трубопроводе 19 байпасной ветви 21 с меньшим гидравлическим сопротивлением, установлен первый электроклапан 22, а во втором трубопроводе 20 байпасной ветви 21 с большим гидравлическим сопротивлением последовательно установлены термоуправляемый вентиль 23 с регулируемым проходным сечением и второй электроклапан 24.

Водонагреватель-парогенератор 15 снабжен первым термодатчиком 25, который электрически связан с первым и вторым электроклапанами 22, 24 первого и второго трубопроводов 19, 20 байпасной ветви 21 разного гидравлического сопротивления для избирательного их включения и выключения в зависимости от температуры в водонагревателе-парогенераторе 15, а теплообменник-конденсатор 12 снабжен вторым термодатчиком 26, который электрически связан с первым термодатчиком 25 на водонагревателе-парогенетаторе 15 и совместно с ним (25) обеспечивает подачу управляющих сигналов на первый и второй электроклапаны 22, 24 при отклонении температуры теплоносителя на выходе теплообменника-конденсатора 12 от заданной величины.

Байпасная ветвь 21 «обратного» трубопровода 3 обратной подачи теплоносителя снабжена сливным трубопроводом 27 с запорным клапаном 28.

В качестве теплоаккумулирующего тела (ТАТ) 5 в системе подогрева воды могут быть использованы жидкие вещества, твердые тела, а также гранулированные и порошкообразные материалы, обладающие высокой теплоемкостью.

В качестве нагревателей 8, в системе используют, преимущественно электрические нагреватели, но могут быть использованы и другие нагреватели, например, использующие тепло циркулирующего в них теплоносителя.

Автономная система подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения работает следующим образом.

Работа системы основана на жидкостном и парожидкостном принципах передачи тепла в систему потребления 9, например, в радиаторные батареи системы отопления.

Поэтому перед вводом системы в эксплуатацию она должна быть заполнена водой.

Заполнение системы производится через отвод 14 расширительного бака 11 при выключенном циркуляционном насосе 10 и отсутствии электропитания на первом и втором электроклапанах 22, 24.

При этом температура теплоаккумулирующего тела (ТАТ) 5 должна быть не ниже 0°C.

Тогда вода в системе потребления 9 (радиаторных батареях), в теплообменнике-конденсаторе 12 и тепловом аккумуляторе 4, выполненном в виде водонагревателя-парогенератора 15, поступает самотеком в систему, а воздух, присутствующий в системе, вытесняется из нее в атмосферу через отвод 14 и дренажный патрубок (на чертеже показан, но не обозначен) расширительного бака 11 и через сливной трубопровод 27 и открытый запорный клапан 28.

После заполнения системы водой запорный клапан 28 закрывают.

Функционирование заполненной системы, например с электрическими нагревателями 8, начинается с момента подачи электрического напряжения на упомянутые электрические нагреватели 8, расположенные в теплоаккумулирующем теле (ТАТ) 5, а также на циркуляционный насос 10 и в цепь питания первого и второго электроклапанов 22, 24, которые установлены, соответственно, на первом и втором трубопроводах 19, 20 байпасной ветви 21 и соединены с участком «обратного» трубопровода 3 контура 1 циркуляции теплоносителя для питания входного патрубка 17 для подачи воды и генерирования пара теплового аккумулятора 4, выполненного в виде водонагревателя-парогенератора 15.

Разогрев теплоаккумулирующего тела (ТАТ) 5 теплового аккумулятора 4, выполненного в виде водонагревателя-парогенератора 15, например с электрическими нагревателями 8, осуществляют преимущественно в ночное время, когда потребление электроэнергии осуществляется по сниженному ночному тарифу.

Цепь питания первого и второго электроклапанов 22, 24 коммутируется последовательно соединенными первым и вторым термодатчиками 25, 26.

Второй термодатчик 26 замыкает и размыкает питание первого и второго электроклапанов 22, 24 в зависимости от температуры в верхней части корпуса теплообменника-конденсатора 12, а первый термодатчик 25 производит селекцию включения одного первого или второго электроклапанов 22, 24, когда температура на стенке полости 16 теплового аккумулятора 4, выполненного в виде водонагревателя-парогенератора 15, оказывается большей или меньшей заданного уровня (100°C) и тем самым обеспечивает жидкостный, или парожидкостный режимы передачи тепла от внутренней поверхности стенок в парогенераторе-водонагревателе 15 к потоку воды в теплообменнике-пароконденсаторе 12.

В частности, когда температура на выходе из теплообменника-конденсатора 12 оказывается ниже заданного уровня, а температура на поверхности корпуса 7 водонагревателя-парогенератора 15 меньше 100°С, то первый и второй термодатчики 25 и 26, соединенные последовательно, пропускают питающее напряжение на первый электроклапан 22.

Первый электроклапан 22 находится в магистрали первого трубопровода 19 с меньшим гидравлическим сопротивлением байпасной ветви 21 питания водонагревателя-парогенератора 15.

Переключение электроклапана 22 из нормально закрытого состояния в открытое состояние обеспечивает интенсивную подачу воды на подогрев через входной патрубок 17 в полость 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15.

Подогретая вода, вышедшая из полости 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15, поступает через конец выходного патрубка 18, введенный с кольцевым зазором (S₂ ) в теплообменник-конденсатор 12 смешивается с ответвлением рециркулирующего потока воды, входящей в теплообменник-конденсатор 12 через дроссель 13.

При этом происходит, как конвективный теплообмен через стенку конца выходного патрубка 18, введенного с кольцевым зазором (S2) в теплообменник-конденсатор 12, так и интенсивный прямой обмен между «холодной» водой (теплоносителем, поступающим по «обратному» трубопроводу 3 из системы потребления 9 контура 1 циркуляции) и подогретой водой (поступающей через выходной патрубок 18 из полости 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15) в процессе их перемешивания и происходящих тепломассоообменных процессов.

В результате происходит быстрый подогрев теплоносителя на выходе из теплообменника-конденсатора 12 до заданной температуры, которая существенно выше по сравнению с температурой теплоносителя на его входе.

За счет этого осуществляется жидкостно-жидкостный механизм передачи тепла из полости 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15 в контур 1 циркуляции теплоносителя и в систему потребления 9, а периодическое срабатывание второго термодатчика 26 на заданном уровне температуры подогрева теплоносителя обеспечивает поддержание заданной температуры теплоносителя (подогретой воды) наподобие действия термостата.

Но когда продолжающийся нагрев теплоаккумулирующего тела (ТАТ) 5 от, например электорических нагревателей 8, повышает температуру на стенке полости 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15 до температуры 100°C и выше, то срабатывает переключатель в первом термодатчике 25.

Напряжение питания теперь поступает на второй электроклапан 24, а первый электроклапан 22 переходит в нормально закрытое состояние, то есть в работу включается второй трубопровод 20 байпасной ветви 21 с большим гидравлическим сопротивлением.

На этом трубопроводе 20 байпасной ветви 21 установлен термоуправляемый вентиль 23 с регулируемым проходным сечением, который имеет высокое гидравлическое сопротивление и тем самым резко сокращает интенсивность подачи воды в полость 16 для нагрева воды и генерирования пара теплового аккумулятора 4, выполненного в виде водонагревателя-парогенератора 15, через входной патрубок 17.

В водонагревателе-парогенераторе 15 вода быстро закипает и под действием давления образующегося пара вытесняется из полости 16 для нагрева воды и генерирования пара через выходной патрубок 18 водонагревателя-парогенератора 15 а также через контур 1 циркуляции теплоносителя в систему потребления 9.

Пар, вышедший из полости 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15, поступает через конец выходного патрубка 18, введенный в теплообменник-конденсатор 12 с кольцевым зазором (S₂ ), торец которого находится на расстоянии (S₃) от нижней стенки теплообменника-конденсатора 12, конденсируется и смешивается с ответвлением рециркулирующего потока воды, входящей в теплообменник-конденсатор 12 через дроссель 13.

При этом происходит, как конвективный теплообмен через стенку конца выходного патрубка 18, введенного с кольцевым зазором (S ₂) в теплообменник-конденсатор 12, так и интенсивный прямой обмен между «холодной» водой (теплоносителем, поступающим по «обратному» трубопроводу 3 из системы потребления 9 контура 1 циркуляции) и горячей водой, которая конденсируется из пара (поступающего через выходной патрубок 18 из полости 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15) в процессе их перемешивания и происходящих тепломассоообменных процессов.

Объем воды, вытесненной паром из водонагревателя-парогенератора 15 в контур 1 циркуляции теплоносителя и в систему потребления 9, повышает уровень воды в расширительном баке 11, а в полости 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15 остается только объем воды, заполняющий пространство между торцом выходного патрубка 18 и нижней стенкой упомянутой полости 16, ограниченное расстоянием (S₁).

Этот объем воды, вытесняемый паром не меняется, когда через термоуправляемый вентиль 23 с регулируемым проходным сечением второго трубопровода 20 байпасной ветви 21 с большим гидравлическим сопротивлением приток питающей воды, поступающей через входной патрубок 17 в полость 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15, в точности компенсируется убылью ее количества за счет выкипания в упомянутой полости 16 под действием теплоты, выделяемой нагревателями 8 и теплоаккумулирующим телом (ТАТ) 5.

Но при непрерывно продолжающемся процессе нагрева, например электрическими нагревателями 8, теплоаккумулирующего тела (ТАТ) 5 такое условие, то есть сбалансированный объем притока воды в полость 16 для нагрева воды и генерирования пара и объем выкипевшей воды и преобразованный в пар, не выполняется и поступающая в упомянутую полость 16 приточная вода в водонагревателе-парогенераторе 15 полностью выкипает.

Далее пар образуется только из потока воды, поступающей в полость 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15 через термоуправляемый вентиль 23 с регулируемым проходным сечением второго трубопровода 20 байпасной ветви 21 с большим гидравлическим сопротивлением и через второй электроклапан 24.

При этом вода успевает выкипать уже в пространстве входного патрубка 17, подающего ее в водонагреватель-парогенератор 15, а сам водонагреватель-парогенератор 15 начинает функционировать как устройство для перегрева пара.

Образовавшийся перегретый пар через выходной патрубок 18 поступает в теплообменник-конденсатор 12 и конденсируется.

Перегретый пар, вышедший из полости 16 для нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15, поступает через конец выходного патрубка 18, введенный в теплообменник-конденсатор 12 с кольцевым зазором (S₂ ), торец которого находится на расстоянии (S₃) от нижней стенки теплообменника-конденсатора 12, конденсируется и смешивается с ответвлением рециркулирующего потока воды, входящего в теплообменник-конденсатор 12 через дроссель 13.

При этом происходит, как конвективный теплообмен через стенку конца выходного патрубка 18 для нагрева воды и генерирования пара, введенного с кольцевым зазором (S₂) в теплообменник-конденсатор 12, так и интенсивный прямой обмен между «холодной» водой (теплоносителем, поступающим по «обратному» трубопроводу 3 из системы потребления 9 контура 1 циркуляции) и горячей водой, которая конденсируется из пара (поступающего через выходной патрубок 18 из упомянутой полости 16 водонагревателя-парогенератора 15) в процессе их перемешивания и происходящих тепломассоообменных процессов.

Циркуляцию теплоносителя в контуре 1 и в системе потребления 9 обеспечивает циркуляционный насос 10, установленный в линии «обратного» трубопровода 3, который через дроссель 13 подает теплоноситель на подогрев в теплообменник-конденсатор 12.

Кроме того, циркуляционный насос 10 также обеспечивает подачу теплоносителя - воды через два параллельных первый и второй трубопроводы 19, 20 байпасной ветви 21 разного гидравлического сопротивления, снабженные первым и вторым электроклапанами 22, 24, через входной патрубок 17 в полость 16 нагрева воды и генерирования пара водонагревателя-парогенератора 15 для генерирования пара.

Температуру воды, подогретой паром, по-прежнему контролирует второй термодатчик 26, установленный на теплообменнике-конденсаторе 12.

Второй термодатчик 26 вместе с вторым электроклапаном 24 автоматически управляет подпиткой водонагревателя-парогенератора 15 водой, предназначенной для испарения и, тем самым, поддерживает температуру воды на выходе из теплообменника-конденсатора 12 на заданном уровне.

В этом случае реализуется парожидкостный механизм передачи тепла от теплоаккумулирующего тела (ТАТ) 5 водонагревателя-парогенератора 15 в контур 1 циркуляции теплоносителя и в систему потребления 9 за счет тепломассоообменных процессов происходящих в теплообменнике-конденсаторе 12.

При последующем остывании теплоаккумулирующего тела (ТАТ) 5, когда электрические нагреватели 8 отключаются от электрической сети, процессы, приведенные выше, реализуются в обратном порядке, вплоть до момента, когда температура теплоаккумулирующего тела (ТАТ) 5 не станет равной температуре окружающей среды.

Таким образом, усовершенствование конструкции системы подогрева воды путем введения в ее состав средств, обеспечивающих, как конвективный теплообмен через стенки трубопроводов, так и прямой обмен между теплоносителем (водой) и подогревающей средой (подогретой водой или водой конденсируемой из пара) в процессе их перемешивания и происходящих тепломассоообменных процессов, снижает себестоимость подогрева воды.

Приведенные сведения подтверждают проышленную применимость усовершенствованной автономной системы подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, которая может найти широкое применение в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Перечень обозначений

1. контур циркуляции теплоносителя

2. «прямой» трубопровод прямой подачи теплоносителя

3. «обратный» трубопровод обратной подачи теплоносителя

4. тепловой аккумулятор

5. теплоаккумулирующее тело (ТАТ)

6. теплоизолирующая оболочка

7. корпус

8. нагреватель

9. система потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения

10. циркуляционный насос

11. расширительный бак

12. теплообменник-конденсатор

13. дроссель

14. отвод «прямого» трубопровода к расширительному баку

15. водонагреватель - парогенератор

16. полость для нагрева воды и генерирования пара

17. входной патрубок для подачи воды на подогрев и генерирование пара

18. выходной патрубок для отвода нагретой воды и полученного пара

19. первый трубопровод байпасной ветви с меньшим гидравлическим сопротивлением

20. второй трубопровод байпасной ветви с большим гидравлическим сопротивлением

21. байпасная ветвь «обратного» трубопровода обратной подачи теплоносителя

22. первый электроклапан

23. термоуправляемый вентиль с регулируемым проходным сечением

24. второй электроклапан

25. первый термодатчик

26. второй термодатчик

27. сливной трубопровод

28. запорный клапан

1. Автономная система подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, содержащая сообщенные с контуром (1) циркуляции теплоносителя, имеющим «прямой» (2) и «обратный» (3) трубопроводы (2, 3), соответственно прямой и обратной подачи теплоносителя, тепловой аккумулятор (4), выполненный с теплоаккумулирующим телом (ТАТ) (5), заключенным в теплоизолирующую оболочку (6) и корпус (7) и снабженный нагревателями (8), систему потребления (9), преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения, циркуляционный насос (10) и расширительный бак (11), отличающаяся тем, что она снабжена гидравлически открытым теплообменником-конденсатором (12), который встроен в магистраль контура (1) циркуляции теплоносителя и одним концом соединен с «обратным» трубопроводом (3) на участке за последовательно расположенными циркуляционным насосом (10) и дросселем (13), а другим концом соединен с «прямым» трубопроводом (2) на участке перед отводом (14) к расширительному баку (11), а тепловой аккумулятор (4) выполнен в виде водонагревателя-парогенератора (15), снабженного нагревателями (8) и имеющего внутри полость (16) для нагрева воды и генерирования пара, внутрь которой (16) введены входной патрубок (17) для подачи воды на подогрев и генерирование пара, и выходной патрубок (18) для отвода нагретой воды и полученного пара, при этом входной патрубок (17) водонагревателя-парогенератора (15) одним концом введен в полость (16) для нагрева воды и генерирования пара, а другим концом соединен с «обратным» трубопроводом (3) на участке между циркуляционным насосом (10) и первым дросселем (13), а выходной патрубок (18) водонагревателя-парогенератора (15) одним концом введен в полость (16) для нагрева воды и генерирования пара так, что его торец находится на расстоянии (S₁ ) от нижней стенки внутренней полости (16) для нагрева воды и генерирования пара, а другим концом введен в теплообменник-конденсатор (12) с кольцевым зазором (S₂), предназначенным для циркуляции и нагрева воды, так, что его торец находится на расстоянии (S₃) от нижней стенки теплообменника-конденсатора (12).

2. Автономная система подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что «обратный» трубопровод (3) выполнен с двумя параллельными первым и вторым трубопроводами (19, 20) байпасной ветви (21) разного гидравлического сопротивления, из которых в первом трубопроводе (19) байпасной ветви (21) с меньшим гидравлическим сопротивлением, установлен первый электроклапан (22), а во втором трубопроводе (20) байпасной ветви (21) с большим гидравлическим сопротивлением последовательно установлены термоуправляемый вентиль (23) с регулируемым проходным сечением и второй электроклапан (24).

3. Автономная система подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения по п.2, отличающаяся тем, что водонагреватель-парогенератор (15) снабжен первым термодатчиком (25), который электрически связан с первым и вторым электроклапанами (22, 24) первого и второго трубопроводов (19, 20) байпасной ветви (21) разного гидравлического сопротивления для избирательного их включения и выключения в зависимости от температуры в водонагревателе-парогенераторе (15), а теплообменник-конденсатор (12) снабжен вторым термодатчиком (26), который электрически связан с первым термодатчиком (25) на водонагревателе-парогенераторе (15) и совместно с ним (25) обеспечивает подачу управляющих сигналов на первый и второй электроклапаны (22, 24) при отклонении температуры теплоносителя на выходе теплообменника-конденсатора (12) от заданной величины.

4. Автономная система подогрева воды для использования в системе потребления, преимущественно отопления и/или горячего водоснабжения по п.2, отличающаяся тем, что байпасная ветвь (21) «обратного» трубопровода (3) обратной подачи теплоносителя снабжена сливным трубопроводом (27) с запорным клапаном (28).