RU2720885C1

RU2720885C1 - Temperature stabilizer in system with liquid heat carrier

Info

Publication number: RU2720885C1
Application number: RU2019136685A
Authority: RU
Inventors: Валерий Павлович Савостьянов
Original assignee: Валерий Павлович Савостьянов
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2020-05-13

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, namely to a temperature stabilizer in a system with a liquid heat carrier, which can be used to ensure stability of a given temperature in a "hot" main line of a liquid heat carrier system, for example, in solar heating collectors. Temperature stabilizer comprises pump and setter of required value of heat carrier temperature, at that, pump is made in the form of chamber with inlet and outlet nozzles and adjacent to it another chamber with inlet valve and evaporator with low-boiling liquid and a third chamber with an outlet valve and an elastic container connected to the evaporator by a pneumatic link through a shut-off valve element made in the form of an elastic cylinder. Besides, the second chamber of the pump communicates with the third chamber through the bypass valve seat, and the control unit or force setting device is placed between the elastic vessel and bottom of the third chamber.

EFFECT: higher reliability of operation of temperature stabilizer in system with liquid heat carrier is technical result of invention.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам автоматического регулирования, а более конкретно - к системам автоматической стабилизации температуры, в частности -в солнечных нагревательных коллекторах.The invention relates to automatic control systems, and more specifically to automatic temperature stabilization systems, in particular in solar heating collectors.

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»./Two varieties of solar heating collectors are known: with convection circulation of the heat carrier and with forced circulation using the automatic temperature stabilization system at the outlet of the hot water main. / See the brochure of the Sokol Solar Heating Collector attached to this application ./

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.Automotive stabilization systems for cooling engine temperatures are also known, in which an electric pump and a heat carrier temperature sensor controlling it are used. (See the Illustrated Guide “Repairing Svyatogor Moskvich - 2141, Driving, 2000, p. 91). This technical solution can be taken as a prototype.

Система регулирования температуры коллектора «Сокол» состоит из насоса и блока управления, через который задается требуемое значение температуры. Данное техническое решение можно считать аналогом предлагаемому.The temperature control system of the Sokol collector consists of a pump and a control unit through which the required temperature value is set. This technical solution can be considered an analogue of the proposed one.

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.Since the Sokol system must heat water using only the heat of the environment, the need for power supply for the temperature stabilization system is its fundamental drawback. This narrows the scope of its application, reduces reliability and increases the cost of the system as a whole. In addition, the use of the power supply system contradicts the principle laid down in it - the use of environmental energy.

Задача настоящего изобретения состоит в снижении стоимости и расширении эксплуатационных возможностей системы стабилизации температуры в системах с жидким теплоносителем.The objective of the present invention is to reduce the cost and expand the operational capabilities of the temperature stabilization system in systems with a liquid coolant.

Техническим результатом изобретения будет стабилизатор температуры, использующий для работы тепловую энергию самого теплоносителя.The technical result of the invention will be a temperature stabilizer that uses the thermal energy of the coolant to work.

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.This problem is solved and the technical result is achieved by the fact that the temperature stabilizer pump is made in the form of a chamber with inlet and outlet fittings, another chamber adjacent to it with an inlet valve and an evaporator with low boiling liquid, and a third chamber with an outlet valve and an elastic tank connected to the pneumatic evaporator by communication through a shut-off element of the bypass valve made in the form of an elastic cylinder, the second chamber communicates with the third through the seat of the bypass valve, and the control unit is made in the form of placed between the elastic tank and the bottom of the third chamber of the force setter.

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.In fig. 1 shows a stabilizer circuit. It consists of chamber-1 with inlet and outlet fittings, a chamber adjacent to it - 2 with an inlet valve - 3 and with a partially filled low-boiling liquid (NLC) evaporator - 4, a third chamber - 5 with an outlet valve - 6 and with an elastic capacity - 7, connected to the evaporator - 4 by a pneumatic connection - 8 through a shut-off element - 9 of the bypass valve made in the form of an elastic cylinder, the third chamber communicates with the second through the seat - 10 of the bypass valve (the shut-off element - 9 and the seat - 10 together form a bypass valve). The setpoint of the required temperature of the coolant is a setter of force -1 1, made, for example, in the form of a spring, placed opposite to the elastic capacity - 7 and a screw screwed with freedom of movement into the bottom of the chamber - 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.To explain the operation of the stabilizer, let us assume that it is included in the circuit of a solar thermal collector, consisting of a heat collector - 12, a tank -! 3 and connecting hoses according to the diagram in Fig. 1. The hot outlet of the heat collector is connected by a hydraulic connection (hose) - 14 to the inlet chamber of the chamber - 1, the cold outlet of the heat collector is connected by a hydraulic connection - 15 to the outlet valve - 6 of the chamber - 5; the outlet fitting of the chamber - 1 by a hydraulic connection - 16 is connected to the upper (hot) part of the tank -1 3, the lower (cold) part of the tank - 13 is connected by a hydraulic connection - 17 to the inlet valve - 3 chambers-2. In the initial state, hot water fills the chamber - 1, and cold water fills the chamber - 5, the tank - 13 is filled to about half with hot water from above, the lower half is filled with cold water, the force adjuster - 11 is set to a position where its pressure on the elastic container - 7 is equal to the vapor pressure of the NLW at its boiling point at a given atmospheric pressure, the heat collector is turned towards the sun.

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.The work of the stabilizer is as follows. From the hot water filling the chamber - 1, the evaporator - 4 in contact with the chamber is heated, the NLC contained in it evaporates, its vapor flows via pneumatic communication - 8 into the elastic container - 7 and into the elastic cylinder - 9, which expands and closes the bypass valve, and the elastic tank - 7, expanding, squeezes out through the outlet valve - 6 water in the chamber - 5 via hydraulic communication - 15 into the lower part of the heat sink - 12. The cold water entering the heat pump squeezes out the hot water located in its upper part - 14 into the chamber - 1 and and from it through the outlet fitting for hydraulic connection - 16 to the upper part of the tank - 13. The water entering the tank squeezes from it the same, only colder, portion of water from the bottom of the tank through hydraulic connection - 17 through, the inlet valve - 3 into the chamber - 2. Cold water fills the chamber - 2 and, having reached the evaporator - 4, cools the NKZh located in it. The air from the chamber is bleed through the drain hole provided in it. When cooling NLC, its steam, which is in the elastic tank - 7 and in the elastic cylinder - 9, condenses, they are compressed, and into the space freed up in the chamber - 5 through the open bypass valve, water from the chamber - 2 is discharged into the chamber - 5, air from the atmosphere through the drainage hole fills the chamber - 2. Having pumped a portion of hot water into the tank - 13, the system returned to its original position. Next, the cycle of work is repeated.

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.Such a work cycle is carried out if the temperature of the water heating the evaporator is greater than or equal to the boiling point of the liquid coolant. If the temperature is lower, the water in the heat sink continues to be heated by the ambient heat and gradually due to heat transfer, the temperature of the water in the chamber - 1 will reach the boiling point of the liquid coolant, and the system will start working in the cycle described above. The temperature of the water entering the tank - 13 will be equal to the boiling point of the liquid coolant. This is the minimum temperature that a system with a given NLC can provide.

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.If you need a lower temperature of the water in the tank, pour the liquid with the appropriate boiling temperature into the system and set the force dial - 11 to a position at which its pressure on the elastic capacity - 7 will be equal to the vapor pressure of the new liquid at its boiling point.

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.If it is necessary to have a higher temperature of the water in the tank, it is necessary to set the force adjuster - 11 to set its pressure on the elastic capacity - 7, at which it is equal to the NKZh vapor pressure at a given temperature. The operation of the stabilizer will occur according to the above scheme, providing the set temperature. Of course, the master element of the setter = 11 must have the necessary calibrated temperature engraving.

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.Thus, the proposed stabilizer provides the task and maintenance of the water temperature in the tank of the solar collector in a wide temperature range, using for its work only the heat of the coolant in the system. This expands the scope of the system, increases its reliability and efficiency.

Предлагаемый стабилизатор может быть применен и в других случаях: в системах водяного отопления индивидуальных домов, в системах охлаждения атомных реактор и т.п.The proposed stabilizer can be used in other cases: in water heating systems of individual houses, in cooling systems of a nuclear reactor, etc.

Claims

The temperature stabilizer in the system with a liquid coolant containing a pump and a control unit, characterized in that the pump is made in the form of a chamber with inlet and outlet fittings, adjacent to it another chamber with an inlet valve and an evaporator with low boiling liquid and a third chamber with an outlet valve and elastic a container connected to the evaporator by pneumatic communication through a shut-off element of the bypass valve made in the form of an elastic cylinder, the second chamber communicates with the third through the seat of the bypass valve, and the control unit I made in the form placed between the elastic capacity and the bottom of the third chamber of the force adjuster.