МЕМБРАННЫЙ НАСОС Российский патент 2006 года по МПК F04B43/00 F04B19/24 

Изобретение относится к области насосов, а именно тепловых насосов, и может быть использовано в технологии перекачивания жидких и газообразных сред, предпочтительно в тех областях технике, где в качестве побочного продукта получают большое количество нагретых теплоносителей - жидких и газообразных.

Известен насос (RU, патент 2027904, F 04 В 19/24, 1995), содержащий камеру теплообмена и камеру компрессии, корпус, разделенный эластичной мембраной на указанные камеры, причем в стенке корпуса в камере компрессии выполнены впускной и выпускной клапаны, кроме того, в корпусе размещено рабочее тело.

Недостатком известного насоса следует признать сложность его конструкции.

Техническая задача, решаемая посредством предложенного технического решения, состоит в разработке упрощенной конструкции насоса.

Технический результат, получаемый при реализации предложенного технического решения, состоит в разработке конструкции насоса с низкой себестоимостью перекачки сред.

Для достижения указанного технического результата предложена конструкция мембранного насоса, содержащего камеру теплообмена и камеру компрессии, размещенных в корпусе, внутренний объем которого разделен эластичной мембраной на указанные камеру теплообмена и камеру компрессии, при этом на внутренней поверхности корпуса в камере теплообмена расположено средство разогрева и охлаждения, между указанным средством и эластичной мембраной расположено рабочее тело, а в стенке корпуса в камере компрессии размещены впускной и выпускной клапаны. К указанным клапанам предпочтительно подведены патрубки, предназначенные для соединения с магистралями перекачиваемой среды. Эластичная мембрана может разделять внутренний объем корпуса на равные или неравные части в зависимости от характеристик рабочего тела, а также эффективности работы средства нагрева и охлаждения рабочего тела. Мембрана может быть выполнена из любого эластичного материала, не взаимодействующего с рабочим телом и корпусом. Для увеличения степени компрессии желательно использовать мембрану, в нерабочем состоянии максимально приближенную к средству нагрева и охлаждения. В качестве рабочего тела может быть использована любая низкокипящая жидкость (органические соединения ароматического ряда, продукт переработки углеводородов или органические жидкости предельного или непредельного ряда) или легко возгоняемое твердое вещество (йод, вещества нафталинового ряда и т.д.). В качестве средства нагрева и охлаждения рабочего тела может быть использован теплообменник, к которому подведены источник тепловой энергии (например, нагретая жидкость или газ) и источник охлаждения, очередность подачи которых в теплообменник может быть выполнена в зависимости от времени, давления или пути; кроме того, может быть использован элемент Пельтье, подключенный с возможностью изменения полярности подаваемого электрического тока, или любое другое устройство, обеспечивающее нагрев и охлаждение рабочего тела.

Использование средства быстрого нагрева и быстрого охлаждения, непосредственно которого касается рабочее тело, расположенного в камере теплообмена, упрощает конструкцию насоса, поскольку позволяет исключить из конструкции систему регенерации и охлаждения рабочего тела, а также систему подачи рабочего тела в зону компрессии и отвода его из зоны компрессии в зону теплообмена.

На чертеже приведена принципиальная схема предложенной конструкции мембранного насоса, при этом использованы следующие обозначения: корпус 1, эластичная мембрана 2, камера 3 теплообмена, камера 4 компрессии, средство 5 разогрева и охлаждения, рабочее тело 6, впускной клапан 7, выпускной клапан 8, патрубки 9.

Насос предложенной конструкции работает следующим образом.

При разогреве любым известным образом средства 5 разогрева и охлаждения последнее передает тепло находящемуся с ним в контакте рабочему телу 6. Рабочее тело 6 при этом испаряется или возгоняется, увеличивая давление в камере 3 теплообмена. Под действием увеличивающегося давления в камере 3 теплообмена эластичная мембрана 2 начинает перемещаться, увеличивать камеру 3 теплообмена и уменьшать камеру 4 компрессии, вытесняя из нее через выпускной клапан 8 и соответствующий патрубок 9 газообразную среду, находящуюся в камере 4 компрессии, в магистраль, соединенную с указанным патрубком. При последующем охлаждении средства 5 в камере 3 теплообмена происходит конденсация рабочего тела 6 с уменьшением давления в камере 3 теплообмена. При этом уменьшается давление на эластичную мембрану 2 со стороны камеры 3 теплообмена. При уменьшении давления ниже атмосферного в камере 3 теплообмена мембрана 2 начинает перемещаться в сторону камеры 3 теплообмена, уменьшая ее объем и увеличивая объем камеры 4 компрессии. В камере 4 компрессии создается разрежение, что приводит к закрытию выпускного клапана 8 и открытия впускного клапана 7. Через соответствующий патрубок 9 и впускной клапан 7 из магистрали, подключенной к соответствующему патрубку 9, в камеру компрессии поступает перекачиваемая среда. При следующем разогреве средства 5 последнее снова передает тепло находящемуся с ним в контакте рабочему телу 6. Рабочее тело 6 при этом испаряется или возгоняется, увеличивая давление в камере 3 теплообмена. Под действием увеличивающегося давления в камере 3 теплообмена эластичная мембрана 2 начинает перемещаться, увеличивать камеру 3 теплообмена и уменьшать камеру 4 компрессии, вытесняя из нее через выпускной клапан 8 и соответствующий патрубок 9 вошедшую ранее перекачиваемую среду, находящуюся в камере 4 компрессии, в магистраль, соединенную с указанным патрубком. В дальнейшем процесс повторяется, т.е. при охлаждении жидкость засасывается в камеру 4 компрессии, а при нагреве жидкость вытесняется из нее.

В предпочтительном варианте реализации предложенный мембранный насос работает следующим образом.

Средство 5 представляет собой тонкостенный радиатор, в котором выполнены независимо друг от друга тракт прохождения горячей воды и холодной воды. В качестве рабочего тела использован ацетон. Эластичная мембрана выполнена из маслобензостойкой прорезиненной ткани, причем эластичная мембрана разделяет внутренний объем корпуса на две равные части. Для периодической подачи горячей и холодной воды использовано клапанное устройство, срабатывающее при достижении в камерах теплообмена 3 и компрессии 4 определенного давления. Насос предназначен для перекачивания собирающегося под холодильной установкой конденсата в сливную магистраль.

При подаче в средство 5 (радиатор) горячей воды тепло передается находящемуся с ним в контакте рабочему телу 6 (ацетону). Рабочее тело (ацетон) 6 при этом испаряется, увеличивая давление в камере 3 теплообмена. Под действием увеличивающегося давления в камере 3 теплообмена эластичная мембрана 2 начинает перемещаться, увеличивать камеру 3 теплообмена и уменьшать камеру 4 компрессии, вытесняя из нее через выпускной клапан 8 и соответствующий патрубок 9 воздух, находящийся в камере 4 компрессии, в магистраль, соединенную с указанным патрубком. После достижения в камере 3 порогового значения давления клапанное устройство выключает подачу в радиатор 5 горячей воды и включает подачу холодной воды. При последующем охлаждении радиатора 5 в камере 3 теплообмена происходит конденсация паров ацетона 6 с уменьшением давления в камере 3 теплообмена. При этом уменьшается давление на эластичную мембрану 2 со стороны камеры 3 теплообмена. При уменьшении давления ниже атмосферного в камере 3 теплообмена мембрана 2 начинает перемещаться в сторону камеры 3 теплообмена, уменьшая ее объем и увеличивая объем камеры 4 компрессии. В камере 4 компрессии создается разрежение, что приводит к закрытию выпускного клапана 8 и открытия впускного клапана 7. Через соответствующий патрубок 9 и впускной клапан 7 из магистрали, подключенной к соответствующему патрубку 9, в камеру компрессии поступает конденсат. После достижения в камере 4 порогового значения давления клапанное устройство выключает подачу в радиатор 5 холодной воды и включает подачу горячей воды. При следующем разогреве радиатора 5 последнее снова передает тепло находящемуся с ним в контакте сконденсировавшемуся ацетону 6. Ацетон 6 при этом испаряется, увеличивая давление в камере 3 теплообмена. Под действием увеличивающегося давления в камере 3 теплообмена эластичная мембрана 2 начинает перемещаться, увеличивать камеру 3 теплообмена и уменьшать камеру 4 компрессии, вытесняя из нее через выпускной клапан 8 и соответствующий патрубок 9 вошедший ранее конденсат, находящийся в камере 4 компрессии, в магистраль, соединенную с указанным патрубком.

Использование предложенной конструкции насоса позволяет понизить стоимость перекачки сред.

Изобретение относится к области насосов и может быть использовано в технологии перекачивания жидких и газообразных сред, предпочтительно в тех областях технике, где в качестве побочного продукта получают большое количество нагретых теплоносителей - жидких и газообразных. Насос содержит камеру теплообмена, камеру компрессии и корпус, внутренний объем которого разделен эластичной мембраной на указанные камеры. В стенке корпуса в камере компрессии размещены впускной и выпускной клапаны. На внутренней поверхности корпуса в камере теплообмена расположено средство разогрева и охлаждения. Рабочее тело расположено между указанным средством и эластичной мембраной. Использование изобретения позволит снизить себестоимость перекачки сред. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Насос, содержащий камеру теплообмена и камеру компрессии, корпус, внутренний объем которого разделен эластичной мембраной на указанные камеры, в стенке корпуса в камере компрессии размещены впускной и выпускной клапаны, отличающийся тем, что на внутренней поверхности корпуса в камере теплообмена расположено средство разогрева и охлаждения, а рабочее тело расположено между указанным средством и эластичной мембраной.2. Насос по п.1, отличающийся тем, что к указанным клапанам подведены патрубки, предназначенные для соединения с магистралями перекачиваемой среды.3. Насос по п.1, отличающийся тем, что эластичная мембрана разделяет внутренний объем корпуса на равные или неравные части.4. Насос по п.1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из эластичного материала, не взаимодействующего с рабочим телом и материалом корпуса.5. Насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела использованы любая низкокипящая жидкость или легко возгоняемое твердое вещество.6. Насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства быстрого нагрева и быстрого охлаждения рабочего тела использован теплообменник.7. Насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства быстрого нагрева и быстрого охлаждения рабочего тела использован элемент Пельтье.