Термокомпрессор Советский патент 1984 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в устройствах термического действия для повышения давления и нагнетания газов и жидкостей.

Известен термокомпрессор, содержащий корпус, регенератор и вытеснитель с электромеханическим приводом 1.

Однако в таком термокомпрессоре значительны затраты электрической мощности, в то время как повыщение давления в нагнетателе осуществляется вследствие подвода тепла, а электромеханический привод при малой передаваемой мощности имеет относительно больщие габариты и низкую эффективность.

Известен также термокомпрессор, содержащий корпус, регенератор, размещенный в корпусе вытеснитель, разделяющий его на теплую и холодную полости, сообщенные между собой при помощи регенератора, причем корпус со стороны холодной полости снабжен цилиндром с расположенным в нем порщнем, связанным с вытеснителем 2. Однако в таком термокомпрессоре перепуск газа между полостями привода и термокомпрессора сопровождается необратимым процессом смещения потоков рабочего тела с различньгми давлениями, что приводит к снижению его эффективности, а работа привода термокомпрессора требует наличия аккумулятора механической энергии, что приводит к снижению надежности работы привода, а следовательно, и всего термокомпрессора.

Цель изобретения - повышение надежности и КПД термокомпрессора.

Поставленная цель достигается тем, что термокомпрессор, содержащий корпус, регенератор, размещенный в корпусе вытеснитель, разделяющий его на теплую и холодную полости, сообщенные между собой при помощи регенератора, причем корпус со стороны холодной полости снабжен цилиндром с расположенным в нем порщнем, связанным с вытеснителем, снабжен вспомогательным регенератором, а корпус со стороны теплой полости снабжен дополнительным цилиндром с размещенным в нем плунжером, связанным с вытеснителем, и оба цилиндра сообщены между собой при помощи вспомогательного регенератора.

На чертеже изображен термокомпрессор. Термокомпрессор содержит корпус 1, регенератор 2, размешенный в корпусе 1 вытеснитель 3, разделяющий его на теплую и холодную полости 4 и 5, сообщенные между собой при помощи регенератора 2, причем корпус со стороны холодной полости 5 снабжен цилиндром 6 с расположенным в нем порщнем 7, связанным с вытеснителем 3. Термокомпрессор снабжен вспомогательным регенератором 8, а корпус 1 со стороны теплой полости 4 снабжен дополнительным цилиндром 9 с размещенным в нем плунжером

10, связанным с вытеснителем 3, и оба цилиндра 6 и 9 сообщены между собой при помощи вспомогательного регенератора 8. К цилиндру 6 подключена регулировочная

емкость 11 посредством трубопровода 12 и вентиля 13. Холодная полость 5 и.меет всасывающий клапан 14 и нагнетательный клапан 15.

Термокомпрессор работает следующи.м образом.

0 Первая фаза. Условно вытеснитель 3 находится в крайнем верхнем положении. Давление в полостях 4 и 5 равно давлению всасывания. Начальное давление в цилиндрах 9 и 6 устанавливают меньше давления вса сывания на некоторую величину.

Вследствие разности давлений, а также неравенства поперечных сечений порщня 7 и плунжера 10 возникает сила, направленная сверху вниз и вызывающая перемещение вытеснителя 3 из верхнего положения в

0 нижнее.

В процессе перемещения вытеснителя 3 вниз газ переталкивается из полости 5 через регенератор 2 в полость 4, а из цилиндра 6 через регенератор 8 в цилиндр 9. Газ при этом нагревается вследствие подвода к нему тепла в регенераторах и от стенок полости 4 и цилиндра 9. Однако темп роста давления в полостях 4, 5 и цилиндров 9 и 6 различен. Если в полостях 4 и 5 (при конкретном отношении температур теплой и холодной зон)

0 он определяется соотношением объемов этих полостей, а также внутренним объемом регенератора 2, то в цилиндрах 9 и 6 темп роста зависит как от соотнощения их объемов, объема регенератора 8, так и объема регулировочной емкости 11. Поэтому темпом роста

5 давления в цилиндрах 9 и 6 можно варьировать. Его делают таким, чтобы давление в полостях 4 и 5 возрастало быстрее, чем давление в цилиндрах 9 и 6.

Вследствие этого разность давлений между полостями 4 и 5 и цилиндрами 9 и 6 постепенно растет и, следовательно, увеличивается сила, вызывающая движение «вытеснителя вниз. При достижении в полостях 4 и 5 давления нагнетания открывается нагнетательный клапан 15 и осуществляется про5 цесс нагнетания.

Всторая фаза. В процессе нагнетания давление в полостях 4 и 5 остается неиз.менным и равным давлению в цилиндре 6. Давление же в цилиндрах 9 и 6 продолжает нарастать вследствие подвода тепла к газу, перетал0 киваемому из цилиндра б в цилиндр 9.

Это приводит к тому, что разность давлений в полостях 4 и 5 и цилиндрах 9 и б начинает уменьшаться и, следовательно, г уменьшается сила, действующая на вытеснитель вниз. Наступает момент, когда эта разность давлений уменьщается до нуля, а затем .меняет знак, т.е. величина давления

в цилиндрах 9 и 6 становится больше, чем в полостях 4 и 5. Возникает сила,обусловленная разностью давлений и направленная против движения вытеснителя, по мере дальнейшего движения вытеснителя эта сила растет. Вытеснитель 3 продолжает некоторое время перемещаться к крайнему нижнему положению под действием силы инерции до тех пор, пока указанные силы (от разности давлений и инерции) станут равны. После этого осуществляется реверс движения вытеснителя.

Третья фаза. Исходное положение: вытеснитель 3 находится в крайнем нижнем положении в момент реверса. Давление газа в полостях 4 и 5 равно давлению нагнетания. Давление газа в цилиндрах 9 и 6 больше давления нагнетания. Вследствие разности давлений на вытеснитель 3 действует сила, направленная вверх и вызывающая перемещение вытеснителя к крайнему верхнему положению. В процессе движения вытеснителя газ переталкивается через регенератор 2 из полости 4 в полость 5 и через регенератор 8 из цилиндра 9 в цилиндр 6. При этом газ охлаждается вследствие отвода тепла в регенераторах и к стенкам корпуса 1. Давление как в полостях 4 и 5, так и в цилиндрах 9 и 6 уменьшается. Однако как и в процессе повышения давления (первая фаза) темп снижения давления в полостях 4 и 5 выще, чем темп снижения давления в цилиндрах 9 и 6.

Это приводит к постепенному увеличению разности давлений в полостях 4 и 5 и цилиндрах 9 и 6, а следовательно, и силы, действующей на вытеснитель. После того,

как в полостях 4 и 5 компрессора давление становится равным давлению всасывания, открывается всасывающий клапан 14 и начинается процесс всасывания.

Четвертая фаза. В процессе всасывания давление в полостях 4 и 5 остается неизменным. Давление в цилиндрах 9 и 6 продолжает уменьшаться, что приводит к уменьшению силы, действующей на вытеснитель 3.

8некоторый момент разность давлений в полостях 4 и 5 и цилиндрах 9 и 6 становится равной нулю, а при дальнейщем движении вытеснителя давление в цилиндрах

9и 6 начинает превыщать величину давления всасывания, т.е. вновь возникает сила, но направленная против движения вытеснителя. Вытеснитель 3 по инерции продолжает движение вверх до тех пор, пока сила инерции не уравновесится силой от разности давлений. Этот момент соответствует крайнему верхнему положению вытеснителя 3.

Далее фазы повторяются.

Таким образом, такое выполнение термокомпрессора не требует ни внешнего привода (электромеханического, пневматического и т.д.), ни специального аккумулятора механической энергии. Это позволяет повысить его надежность и КПД.

ТЕРМОКОМПРЕССОР, содержащий корпус, регенератор, размещенный в корпусе вытеснитель, разделяющий его на теплую и холодную полости, сообщенные между собой при помощи регенератора, причем корпус со стороны .холодной полости снабжен цилиндром с расположенным в нем порщнем, связанным с вытеснителем, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности и КПД, термокомпрессор снабжен вспомогательным регенератором, а корпус со стороны теплой полости снабжен дополнительным цилиндром с размещенным в нем плунжером, связанным с вытеснителем, и оба цилиндра сообщены между собой при помощи вспомогательного регенератора.(Л^со оО5 СО