ТЕРМИЧЕСКИЙ НАСОС Российский патент 1994 года по МПК F04B15/08 F04B19/24 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для повышения давления и перекачивания сжиженных газов.

Известен автопульсирующий насос для отвода тепла от объекта, содержащий испаритель, находящийся в тепловом контакте с объектом, и подсоединенный к испарителю трубопроводом холодильник, сбрасывающий избытки тепла в окружающую атмосферу [1] .

Известен также насос-газификатор, содержащий корпус, испаритель, цилиндр с каналами подвода и отвода жидкости, и установленный в нем вытеснитель с регенератором, сообщающим теплую и холодную полости цилиндра, последняя размещена в охлаждающей рубашке и сообщена с ней посредством выпускного клапана [2] .

Известный насос предполагает наличие стороннего источника энергии для возвратно-поступательного движения вытеснителя, сложен конструктивно и недостаточно надежен из-за наличия трущихся элементов - цилиндра и вытеснителя.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции.

На чертеже представлена принципиальная схема термического насоса.

Термический насос содержит теплоизолирующий корпус 1 с размещенным в нем цилиндром 2, верхняя часть которого снабжена герметично закрепленным на ней испарителем 3, а нижняя часть имеет герметично закрепленный на ней упругий элемент, например, сильфон 4. Цилиндр 2 и испаритель 3 образуют верхнюю теплую полость "А", а упругий элемент, например, сильфон 4 - холодную полость "Б".

Сильфон 4 размещен в охлаждающей рубашке 5, соединенной клапаном впуска 6 и трубопроводом 7 с емкостью 8, а клапаном выпуска 9 и трубопроводом 10 с потребителем (не показан).

Испаритель 3 выполнен в виде кольца, герметично соединенного с цилиндром 2 таким образом, что кромка 11 цилиндра 2 выступает над нижней торцевой поверхностью 12 испарителя 3, образуя с верхней торцевой поверхностью 13 испарителя 3 зазор "Н" и зону испарения "В". Наивысшая точка испарителя 3 трубопроводом 14 и вентилем 15 может быть соединена с атмосферой или паровой зоной емкости 8, а теплая полость "А" трубопроводом 16 и вентилем 17 соединена с жидкостной зоной емкости 8 или с источником газа, например, баллоном (не показано). Кроме того, испаритель 3 снабжен съемной теплоизолирующей рубашкой 18, а холодная полость "Б" имеет развитую поверхность, представленную, например, в виде стержней 19.

Устройство работает следующим образом.

Работу насоса можно представить в виде четырех этапов - захолаживание, пуск, установившийся режим, останов.

З а х о л а ж и в а н и е. В исходном положении клапаны 6, 9 и вентили 15, 17 закрыты, а теплоизолирующая рубашка 18 закреплена на испарителе 3.

Увеличивая давление в сосуде 8, из которого жидкость должна быть откачена, до давления впуска, когда клапан 6 открывается, заполняют охлаждающую рубашку 5 жидкостью. Образовавшийся в процессе захолаживания пар отводится из охлаждающей рубашки 5 по выпускному трубопроводу 10.

По окончании процесса захолаживания охлаждающая рубашка 5 полностью заполнена жидкостью.

Время процесса захолаживания определяется экспериментально.

П у с к. По окончании процесса захолаживания вентиль 17 открывают и производят заполнение объема 2 (полостей "А", "Б", испарителя 3) рабочей средой.

Если рабочей средой является жидкость, находящаяся в сосуде 8, то для заполнения объема 2 трубопровод 16 подсоединяют к жидкостной зоне сосуда 8, открывают вентиль 15, и жидкость из сосуда 8 под давлением впуска (если трубопровод 14 соединен с атмосферой) или под гидростатическим давлением столба жидкости, находящейся в сосуде 8 (если трубопровод 14 соединен с паровой зоной сосуда 8), поступает в объем, образованный полостями "А" и "Б", заполняя его. Об окончании процесса заполнения можно судить по времени, определяемом экспериментально, или по появлению устойчивой струи жидкости из трубопровода 14.

По окончании процесса заполнения вентили 15 и 17 закрывают.

Если рабочей средой является газ, температура конденсации которого несколько выше температуры жидкости, находящейся в емкости 8, то для заполнения полостей "А" и "Б" трубопровод 16 подсоединяют к источнику газа (не показано), при этом вентиль 15 закрыт. Газ, поступающий в объем 2, конденсируется, а объем 2 заполняется его конденсатом. По окончании процесса заполнения полостей "А" и "Б" сконденсировавшимся газом, о чем можно судить по времени заполнения, определяемом экспериментально, вентиль 17 закрывают.

Когда полости "А" и "Б" заполнены рабочей средой, а вентили 15 и 17 закрыты, с испарителя 3 снимают теплоизолирующую рубашку 18, давая доступ теплу от окружающей среды, например, атмосферы, к испарителю 3.

Под действием тепла, поступающего к испарителю 3, происходит вскипание жидкости в испарителе.

У с т а н о в и в ш и й с я р е ж и м р а- б о т ы. Пар, образующийся над зеркалом жидкости при ее кипении, вытесняет жидкость из теплой полости "А" в холодную полость "Б", увеличивая ее объем. При этом сильфон 4 удлиняется, и жидкость из охлаждающей рубашки 5 через открывшийся клапан 9 по трубопроводу 10 нагнетается к потребителю под давлением, меньшим давления насыщенного пара на величину, связанную со статической погрешностью упругого элемента - сильфона 4, зависящей от величины его удлинения. Когда жидкость из полости "А" полностью вытеснится в полость "Б" и вся жидкость в зоне "В" испарителя 3 испарится, пар сконденсируется на зеркале жидкости холодной полости "Б", находящейся в охлаждающей рубашке 5, что обусловлено большой поверхностью зеркала жидкости полости "Б". Вследствие конденсации пара его давление уменьшается, давление в охлаждающей рубашке 5 уменьшается до давления впуска, и под действием давления впуска и сил упругости сильфона 4 жидкость из полости "Б" вытесняется в полость "А". При этом продолжается конденсация пара и падение давления в полости "А", что приводит к заполнению полости "А" и испарителя 3 через зазор "Н" рабочей средой, после чего цикл повторяется.

О с т а н о в. Прекращают процесс нагнетания жидкости, открывая вентиль 17 или вентиль 15, или надевая на испаритель 3 теплоизолирующую рубашку 18, или понижая давление в емкости 8. Останов процесса нагнетания также происходит автоматически при увеличении давления в выпускном трубопроводе 10 до критического давления насыщенных паров. (56) 1. Патент США N 3139837, кл. 417-105.

2. Авторское свидетельство СССР N 495449, кл. F 04 B 15/08, 1975.

Использование: в криогенной технике. Сущность изобретения: цилиндр размещен в корпусе с образованием верхней - теплой и нижней - холодной полостей. Холодная полость расположена в охлаждающей рубашке. Съемная теплоизолирующая рубашка охватывает испаритель, выполненный в виде кольца, соосно установленного в верхней части цилиндра с образованием зазора между верхними кромками цилиндра и испарителем. Холодная полость выполнена в виде упругого элемента, например сильфона. 1 ил.

ТЕРМИЧЕСКИЙ НАСОС, содержащий корпус с впускным и выпускным трубопроводами, испаритель, цилиндр, размещенный в корпусе с образованием верхней - теплой, и нижней - холодной полостей, причем последняя расположена в охлаждающей рубашке, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции, насос снабжен съемной теплоизолирующей рубашкой, охватывающей испаритель, последний выполнен в виде кольца, соосно установленного в верхней части цилиндра с образованием зазора между верхними кромками цилиндра и испарителем, и зоны испарения, при этом холодная полость цилиндра выполнена в виде упругого элемента, например сильфона.