ТЕРМОКОМПРЕССОР Российский патент 2002 года по МПК F04B19/24 

Изобретение относится к области компрессоростроения, а именно к тепловым компрессорам, и может быть применен для теплового компримирования газов.

Известен нагнетатель объемного действия [1], содержащий рабочую камеру с газораспределительными клапанами и электроприводом, выполненным в виде термоэлектрической батареи, работающей в режиме периодического изменения полярности питающего напряжения.

Недостатками данного нагнетателя являются большие потери в окружающую среду и низкий КПД. Кроме того, для получения высоких давлений требуется последовательное соединение нагнетателей с пропорционально уменьшающимися объемами рабочих камер, что не позволяет рационально использовать рабочий объем, занимаемый устройством, и уменьшает его надежность.

Прототипом предлагаемого изобретения является термокомпрессор [2], содержащий сферический корпус и опорный диск, выполненные из теплоизоляционного материала, внутри сферического корпуса с двух сторон на опорном диске закреплены полусферические термобатареи с образованием между ними сферических рабочих камер, в каждую из которых обращены одноименные полюса полусферических термобатарей с возможностью периодического изменения полярности питающего их электрического тока, причем полусферы соединены между собой сквозными отверстиями в опорном диске, а рабочие камеры соединены между собой через обратные клапаны, размещенные внутри рабочих камер.

Недостатком известного термокомпрессора является его низкая надежность из-за размещения обратных клапанов, имеющих наиболее низкую надежность в устройстве, внутри рабочих камер термокомпрессора, что заставляет обратные клапаны работать в резко меняющихся температурных условиях. Кроме того, термокомпрессор обладает низкой эффективностью из-за того, что перекачиваемый из одной рабочей камеры в другую газ не охлаждается и находится при высокой температуре, а это в свою очередь значительно уменьшает КПД термокомпрессора в целом.

Указанные недостатки ставят задачу повышения эффективности и надежности работы устройства.

Поставленная задача решается тем, что в термокомпрессоре, содержащим сферический корпус и опорный диск, выполненные из теплоизоляционного материала, внутри сферического корпуса с двух сторон на опорном диске закреплены полусферические термобатареи с образованием между ними сферических рабочих камер, в каждую из которых обращены одноименные полюса полусферических термобатарей с возможностью периодического изменения полярности питающего их электрического тока, причем полусферы соединены между собой сквозными отверстиями в опорном диске, а рабочие камеры соединены между собой через обратные клапаны, причем обратные клапаны вынесены из корпуса и соединены с рабочими камерами при помощи трубопроводов, подсоединенных к диаметральным отверстиям магистралей, проходящих в плоскости опорного диска, к соответствующим рабочим камерам, причем трубопроводы за пределами опорного диска выполнены изогнутыми в виде теплообменников (взаимодействующими с окружающей средой) и могут иметь оребрение, а полусферические термобатареи закреплены в концентрических канавках опорного диска.

Вынесение обратных клапанов из корпуса термокомпрессора необходимо для обеспечения им сравнительно нормальных условий работы, так как они будут интенсивно охлаждаться окружающей средой, и их температура будет небольшой. Кроме того, вынесенные из сферического корпуса обратные клапаны можно будет при выходе их из строя легко заменить или отремонтировать и проводить техническое обслуживание.

Выполнение в полости опорного диска магистралей, соединяющих рабочие камеры с радиальными отверстиями, к которым подсоединены трубопроводы, необходимо для упрощения конструкции термокомпрессора, исключения из его корпуса каких-либо трубопроводов, повышения надежности термокомпрессора в целом и повышения его технологичности.

Выполнение соединительных трубопроводов изогнутыми в виде теплообменников необходимо для дополнительного межступенчатого охлаждения перекачиваемого газа окружающей среды, что повышает термодинамическую эффективность термокомпрессора в целом.

Выполнение на опорном диске с обеих его сторон концентрических канавок для установки в них полусферических термобатарей необходимо для более эффективного закрепления последних и обеспечения термокомпрессору требуемой прочности и надежности.

Выполнение термокомпрессора в совокупности с вышеизложенными признаками (отличительными признаками формулы изобретения) является новым для термокомпрессоров и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Вышеприведенная совокупность отличительных признаков не известна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных правил конструирования термокомпрессоров и их вспомогательного оборудования, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".

Конструктивная реализация термокомпрессора с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 схематично изображен чертеж термокомпрессора.

На фиг.2 изображен разрез по А-А на фиг.1 с магистралями опорного диска, соединительными трубопроводами и обратными клапанами.

Термокомпрессор состоит из корпуса 1, опорного диска 2, выполненных из термоизоляционного материала. В опорном диске 2 с обеих его сторон имеются кольцеобразные канавки 3, в которых закреплены полусферические термобатареи 4, подключенные к периодически меняющему полярность источнику постоянного тока (на фиг.1 и фиг.2 не показан).

Опорный диск 2 имеет между кольцеобразными канавками сквозные отверстия 5, соединяющие полости с обеих сторон опорного диска 2.

В полости диска 2 расположены магистрали 6, которые соединены со сквозным отверстием 8 опорного диска 2. К отверстиям 7 подсоединены трубопроводы 9, выполненные в виде теплообменников и подсоединенные к обратным межступенчатым клапанам.

Представленное на фиг.1 и фиг.2 устройство является трехступенчатым термокомпрессором, у которого полость рабочей камеры между корпусом 1 и внешней стороной сферической термобатареи 4 большого радиуса является 1-ой ступенью. Полость рабочей камеры между сферическими термобатареями 4 - II ступенью и полость рабочей камеры внутри сферической термобатареи 4 меньшего радиуса - III ступенью. Соответственно подходящие к ним магистрали диска 2 в полости рабочих камер будут магистралями I-й, II-й, III-й ступеней, а также соответственно и трубопроводы 9 I-й, II-й, III-й ступеней. Трубопроводы 9 выполнены из материала с большой теплопроводностью и могут иметь оребрение.

Работает термокомпрессор следующим образом. Первоначально газ через обратные клапаны 10, трубопроводы 9, магистрали 6 заполняет рабочие камеры трех ступеней. На фиг. 2 обратные клапаны 10 1-4 для краткости обозначим (слева направо) OK1, OK2, ОК3 и ОК4. После подключения термобатареи к источнику тока (например, так что в I-й и III-й ступени будет идти охлаждение газа, а во II-й - нагрев), порция газа через OK1 поступает в рабочую камеру I-й ступени, в то же время порция сжатого газа из рабочей камеры II-й ступени через ОК3 попадает в рабочую камеру III-й ступени. При этом ОК2 и ОК4 закрыты. При изменении полярности питающего тока будут закрыты OK1 и ОК3, а порция газа, сжимаясь и поступая из рабочей камеры I-й ступени, через ОК2 попадает в рабочую камеру II-й ступени, в то же время порция сжатого газа рабочей камеры из III-й ступени через ОК4 подается потребителю. Далее процесс изменяется циклически.

При расчете термокомпрессора следует иметь в виду, что степень сжатия газа в рабочей камере - ступени термокомпрессора - пропорциональна перепаду температур в рабочей камере ступени за цикл. Если степень сжатия газа в рабочих камерах всех ступеней одинакова, то каждая рабочая камера последующей ступени по объему своей полости должна быть на величину степени сжатия меньше предыдущей.

Число ступеней термокомпрессора при заданной степени повышения давления газа в рабочих камерах каждой ступени зависит от начального давления газа и требуемого конечного давления.

Таким образом, вынесение обратных клапанов из термокомпрессора и подсоединение их с помощью трубопроводов, выполненных в виде теплообменников и магистралей внутри полости диска, а также выполнение на обеих сторонах опорного диска кольцеобразных каналов позволит повысить эффективность термокомпрессора в целом. В частности повысить его кпд, надежность, технологичность, ремонтопригодность, что делает возможным его скорейшее внедрение и возможное применение в самых различных отраслях народного хозяйства. Данный термокомпрессор можно будет использовать везде, где требуется сжатый газ с высокой чистотой при высоких давлениях и малых расходах.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 488933, кл. F 04 В 35/04, 1973 г.

2. Авторское свидетельство СССР 1657734, кл. F 04 В 19/24, 1991 г. - прототип.

Изобретение относится к тепловым компрессорам, может быть использовано для теплового компримирования газов и решает задачу повышения эффективности и надежности. Термокомпрессор содержит сферический корпус и размещенные в нем на опорном диске со сквозными отверстиями в канавках полусферические термобатареи с образованием рабочих камер, причем в каждую камеру обращены одноименные полюса термобатареи с возможностью периодического изменения полярности питающего тока, обратные клапаны вынесены из корпуса и соединены с рабочими камерами при помощи трубопроводов, подсоединенных к радиальным отверстиям магистралей, проходящих в плоскости опорного диска к соответствующим рабочим камерам, причем трубопроводы выполнены в виде теплообменников. 2 ил.

Термокомпрессор, содержащий сферический корпус и опорный диск, выполненные из теплоизоляционного материала, внутри сферического корпуса с двух сторон на опорном диске закреплены полусферические термобатареи с образованием между ними сферических рабочих камер, в каждую из которых обращены одноименные полюса полусферических термобатарей с возможностью периодического изменения полярности питающего их электрического тока, причем полусферы соединены между собой сквозными отверстиями в опорном диске, а рабочие камеры соединены между собой через обратные клапаны, отличающийся тем, что обратные клапаны вынесены из корпуса и соединены с рабочими камерами при помощи трубопроводов, подсоединенных к диаметральным отверстиям магистралей, проходящих в плоскости опорного диска к соответствующим рабочим камерам, причем трубопроводы за пределами опорного диска выполнены изогнутыми в виде теплообменников и могут иметь оребрение, а полусферические термобатареи закреплены в концентрических канавках опорного диска.