RU2162990C1

RU2162990C1 - Self-contained heating system for residential buildings

Info

Publication number: RU2162990C1
Application number: RU2000117602A
Authority: RU
Inventors: С.В. Цивинский
Original assignee: Цивинский Станислав Викторович
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2001-02-10

Abstract

FIELD: heating systems and various heating appliances. SUBSTANCE: self-contained heating system includes closed hydraulic loop with gas cushion, pump connected with heat generator of hydrodynamic cavitation type with liquid flow regulator through pressure branch pipe and heat exchangers. Heat generator is made in form of hermetic reservoir located in upper portion of hydraulic loop and filled with liquid above of its height forming gas cushion in upper portion. Cavitation unit is made in form of at least one spray injector and one bladed turbine wheel immersed in liquid contained in reservoir. Injector is connected to flow regulator and bladed turbine wheel is located opposite injector and is connected with energy consumer. EFFECT: enhanced economical efficiency of heating system; possibility of using nonrenewable energy sources without connecting with centralized power line. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано как в системах отопления, так и в аппаратах обогрева различного назначения. The invention relates to the field of power engineering and can be used both in heating systems and in heating devices for various purposes.

Известно устройство для нагрева жидкости, содержащее теплогенератор с ускорителем жидкости, теплообменник, насос с электроприводом, соединенным с теплогенератором через напорный патрубок, и регулятор, установленный на трубопроводе, связывающем теплогенератор с теплообменником. В состав теплогенератора входят, по меньшей мере, один дополнительный ускоритель жидкости, пространственная распределительная система, в параллельных каналах которой установлены ускорители жидкости, выполненные с различной степенью уменьшения проходного сечения, и плоская решетка, установленная за распределительной системой вниз по потоку жидкости. При этом внутренняя полость теплогенератора перед решеткой сообщена с расширительной емкостью (см. патент Российской Федерации N 2132025 C1, МПК 7 F 24 D 15/02, 20.06.1999). A device for heating a liquid is known, comprising a heat generator with a liquid accelerator, a heat exchanger, an electric pump connected to the heat generator through a pressure pipe, and a regulator mounted on a pipeline connecting the heat generator to the heat exchanger. The heat generator includes at least one additional liquid accelerator, a spatial distribution system, in the parallel channels of which liquid accelerators are installed, made with various degrees of reduction in the cross-section, and a flat grid installed behind the distribution system downstream of the liquid stream. In this case, the internal cavity of the heat generator in front of the grate is connected with an expansion tank (see patent of the Russian Federation N 2132025 C1, IPC 7 F 24 D 15/02, 06/20/1999).

Данное устройство позволяет добиться повышения температуры за счет возникновения в системе отопления процесса кавитации, однако имеет сложную конструкцию и требует постоянного подвода электрической энергии от централизованной электросети. This device allows you to achieve a temperature increase due to the occurrence of a cavitation process in the heating system, however, it has a complex structure and requires a constant supply of electric energy from a centralized electrical network.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ тепловыделения в жидкости и устройство для его осуществления, содержащее насос с электрическим двигателем, гидравлический контур, на котором последовательно установлена расширительная емкость с поршнем, снабженным устройством для его перемещения, заправочный штуцер и кавитатор центробежного типа (например, многоканальная центробежная форсунка). После кавитатора в гидравлический контур вмонтирован теплообменник для передачи тепла потребителю. Гидравлический контур снабжен также дросселем, датчиками температуры и давления. Расширительная емкость, в свою очередь, содержит дренажный клапан (см. патент Российской Федерации N 2061195 C1, МПК 7 F 24 J 3/00, 27.05.1996). The closest analogue to the claimed invention is a method of heat dissipation in a liquid and a device for its implementation, comprising a pump with an electric motor, a hydraulic circuit on which an expansion tank with a piston equipped with a device for moving it, a filling nozzle and a centrifugal cavitator (for example, multi-channel centrifugal nozzle). After the cavitator, a heat exchanger is mounted in the hydraulic circuit to transfer heat to the consumer. The hydraulic circuit is also equipped with a throttle, temperature and pressure sensors. The expansion tank, in turn, contains a drain valve (see patent of the Russian Federation N 2061195 C1, IPC 7 F 24 J 3/00, 05.27.1996).

В замкнутом контуре с жидкостью газовые включения могут образоваться только при наличии в контуре объема, свободного от жидкости. Увеличение общего объема газовых включений и градиента изменения скорости жидкости осуществляют путем организации вихревого течения жидкости. В этом случае пузыри образуются преимущественно в толще жидкости, что обеспечивает сохранность стенок гидравлического контура и, соответственно, повышает надежность работы и увеличивает долговечность. Данное изобретение позволяет обеспечить процесс тепловыделения за счет достижения автоколебательного кавитационного режима. Однако добиться оптимального управления этим процессом довольно сложно и, как указывает сам заявитель, для успешной реализации требуется помощь ЭВМ, а также требуется постоянный подвод электрической энергии от централизованной электросети. In a closed circuit with liquid, gas inclusions can form only if there is a volume free of liquid in the circuit. The increase in the total volume of gas inclusions and the gradient of the fluid velocity change is carried out by organizing the vortex fluid flow. In this case, the bubbles form mainly in the thickness of the liquid, which ensures the safety of the walls of the hydraulic circuit and, accordingly, increases the reliability and increases durability. This invention allows to provide a heat release process by achieving a self-oscillating cavitation mode. However, it is quite difficult to achieve optimal control of this process, and, as the applicant himself indicates, successful implementation requires the help of computers, and also requires a constant supply of electric energy from a centralized electricity network.

Предложенное изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг. 1 представлен общий вид автономной системы отопления, а на фиг. 2 - вид сверху на кавитационное устройство. The proposed invention is illustrated by graphic material, where in FIG. 1 shows a general view of an autonomous heating system, and FIG. 2 is a top view of a cavitation device.

Автономная система отопления содержит замкнутый гидравлический контур 1 с газовой подушкой 2, насосом 3, соединенным с теплогенератором гидродинамического кавитационного типа через напорный патрубок 4 с регулятором 5 расхода жидкости, и теплообменники 6 и 7, при этом теплогенератор выполнен в виде герметичной емкости 8, расположенной в верхней части гидравлического контура 1 и заполненной жидкостью выше трех четвертей своей высоты с образованием упомянутой газовой подушки 2 в верхней части. Причем кавитационное устройство выполнено в виде, по меньшей мере, одной струйной форсунки 9 и одного лопастного турбинного колеса 10, погруженных в жидкость емкости 8, форсунка 9 подключена к регулятору 5 расхода жидкости, а лопастное турбинное колесо 10 расположено напротив форсунки 9 и соединено с потребителем энергии 11. В качестве привода насоса 3 могут быть использованы электродвигатель 12 и/или ветряк 13, и/или дизель (на фиг. 1 не показан), соединенные с насосом 3 посредством муфт 14. Электродвигатель 12 привода насоса 3 может быть выполнен в виде обратимой электрической машины, подключенной к аккумуляторной батарее 15. The autonomous heating system contains a closed hydraulic circuit 1 with a gas cushion 2, a pump 3 connected to a hydrodynamic cavitation type heat generator through a pressure pipe 4 with a fluid flow regulator 5, and heat exchangers 6 and 7, while the heat generator is made in the form of a sealed container 8 located in the upper part of the hydraulic circuit 1 and the liquid filled above three quarters of its height with the formation of the said gas cushion 2 in the upper part. Moreover, the cavitation device is made in the form of at least one jet nozzle 9 and one blade turbine wheel 10 immersed in the liquid of the tank 8, the nozzle 9 is connected to the fluid flow regulator 5, and the blade turbine wheel 10 is located opposite the nozzle 9 and connected to the consumer energy 11. As the drive of the pump 3 can be used an electric motor 12 and / or a wind turbine 13, and / or a diesel engine (not shown in Fig. 1) connected to the pump 3 by means of couplings 14. The electric motor 12 of the drive of the pump 3 can be made in the form e reversible electric machine connected to the battery 15.

Последний по потоку жидкости теплообменник 7 может быть размещен в колодце 16 с грунтовой водой, расположенном в подвале здания или снаружи. При этом перед теплообменником 7 может быть установлен перепускной кран 17 для подачи рабочей жидкости по дополнительному трубопроводу 18 в насос 3, минуя теплообменник 7. Колодец 16 может быть снабжен трубопроводом 19 для забора грунтовой воды через фильтр 20, причем в качестве насоса, используемого для ее подъема, может быть использован, например, упомянутый потребитель 11. Кроме того, емкость 8 снабжается датчиком температуры, заправочным штуцером, дренажным клапаном и водомерной трубкой (на фиг. 1 не показаны). The last fluid stream heat exchanger 7 can be placed in the well 16 with ground water, located in the basement of the building or outside. In this case, an overflow valve 17 can be installed in front of the heat exchanger 7 to supply the working fluid through an additional pipe 18 to the pump 3, bypassing the heat exchanger 7. The well 16 can be equipped with a pipe 19 for collecting ground water through the filter 20, and as a pump used for it lifting, can be used, for example, the aforementioned consumer 11. In addition, the tank 8 is equipped with a temperature sensor, a filling fitting, a drain valve and a water meter (not shown in Fig. 1).

Работа системы отопления осуществляется следующим образом. The operation of the heating system is as follows.

Замкнутый контур 1 через заправочный штуцер емкости 8 заполняется рабочей жидкостью, например водой. Емкость 8, расположенная в верхней части контура 1, заполняется жидкостью выше трех четвертей своей высоты. При этом струйная форсунка 9 и лопастное турбинное колесо 10 должны быть погружены под уровень воды емкости 8, а в верхней части емкости 8 должна быть образована газовая подушка 2, необходимая для насыщения воды воздухом и обеспечения протекания кавитационного процесса. The closed circuit 1 through the filling nozzle of the tank 8 is filled with a working fluid, such as water. The tank 8, located in the upper part of the circuit 1, is filled with liquid above three quarters of its height. In this case, the jet nozzle 9 and the vane turbine wheel 10 should be immersed under the water level of the tank 8, and in the upper part of the tank 8 a gas cushion 2 must be formed, necessary to saturate the water with air and ensure the flow of the cavitation process.

При включении в работу насоса 3 вода начинает циркулировать по замкнутому контуру 1, при этом с помощью регулятора 5 расхода жидкости добиваются возникновения процесса кавитации в емкости 8, об интенсивности которого судят по показанию датчика температуры. Для увеличения мощности системы отопления может быть установлено несколько струйных форсунок 9 и расположенных напротив них лопастных турбинных колес 10, закрепленных на одном валу отбора мощности со сдвигом лопастей каждого колеса относительно друг друга, при этом вал отбора мощности соединяют с потребителем энергии 11, в качестве которого может быть использован электрогенератор, насос или другой механизм, требующий привода. When you turn on the pump 3, water begins to circulate in a closed circuit 1, while using the regulator 5 of the fluid flow, the cavitation process occurs in the tank 8, the intensity of which is judged by the temperature sensor. To increase the power of the heating system, several jet nozzles 9 and turbine blades 10 located opposite them, mounted on one power take-off shaft with the shift of the blades of each wheel relative to each other, can be installed, while the power take-off shaft is connected to the energy consumer 11, which an electric generator, pump, or other mechanism requiring a drive may be used.

Полученное тепло с помощью теплообменников 6 и 7 может быть использовано как для обогрева самого здания, так и для нагрева грунтовой воды в колодце 16, которая с помощью, например, насоса (потребителя энергии 11), трубопровода 19 и фильтра 20 может быть использована для хозяйственных нужд. При отсутствии необходимости в воде из колодца 16 с помощью перепускного крана 17 и трубопровода 18 можно осуществить циркуляцию воды, минуя последний по потоку теплообменник 7. The heat obtained using heat exchangers 6 and 7 can be used both for heating the building itself and for heating ground water in the well 16, which, for example, using a pump (energy consumer 11), a pipe 19 and a filter 20 can be used for household needs If there is no need for water from the well 16 using the bypass valve 17 and the pipe 18, it is possible to circulate water, bypassing the last heat exchanger 7.

Привод насоса 3 ориентируется в большей степени на использование энергии ветра, которая с помощью ветряного двигателя (ветряка 13) может приводить с помощью муфт 14 как непосредственно насос 3, так и обратимую электрическую машину 12, работающую при этом в генераторном режиме и питающую аккумуляторную батарею 15, энергия которой может быть использована той же электрической машиной 12, работающей в двигательном режиме и приводящей насос 3 при отсутствии ветра. Однако насос 3 может работать в аварийных случаях от дизеля и от централизованной электрической сети. The drive of the pump 3 focuses more on the use of wind energy, which, with the help of a wind engine (windmill 13), can drive both the pump 3 and the reversible electric machine 12, which operates in the generator mode and feeds the battery 15, using the clutches 14 , the energy of which can be used by the same electric machine 12, operating in a motor mode and driving the pump 3 in the absence of wind. However, the pump 3 can operate in emergency cases from a diesel engine and from a centralized electrical network.

Claims

1. An autonomous heating system containing a closed hydraulic circuit with a gas pad, a pump connected to a hydrodynamic cavitation type heat generator through a pressure pipe with a fluid flow regulator, and heat exchangers, while the heat generator is made in the form of a sealed container located at the top of the hydraulic circuit and filled liquid above three quarters of its height with the formation of the aforementioned gas cushion in the upper part, and the cavitation device is made in the form of at least at least one jet nozzle and one blade turbine wheel immersed in the liquid of the tank, the nozzle is connected to the fluid flow regulator, and the blade turbine wheel is located opposite the nozzle and connected to the energy consumer.

2. The heating system according to claim 1, characterized in that the electric motor and / or the wind turbine and / or diesel connected to the pump by means of couplings are used as the pump drive.

3. The heating system according to claim 2, characterized in that the electric motor of the pump drive is made in the form of a reversible electric machine and is connected to a battery.

4. The heating system according to claim 1 or 2, or 3, characterized in that the heat exchanger last in the liquid stream is placed in a well with ground water located in the basement of the building or outside.