Термомеханический насос Советский патент 1985 года по МПК F04B15/08 F04B19/24 

Изобретение относится к обработке машиностроения, а именно к компрессоростроению и может быть использовано при наличии лишь тепловой энергии при отсутствии механической или электрической, например, при подъеме воды из колодцев в пустыне.

Целью изобретения является повышение эффективности путем увеличения удельной производительности.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема термомеханического насоса; на фиг. 2 - графики изменения давления в полостях насоса.

Термомеханический насос содержит корпус 1 с двумя цилиндрами 2 и 3, в которых размещены поршни 4 и 5 двойного действия, сое диненные штоком 6 через уплотнение 7 и 8, причем поршень 4 делит объём соответствующего цилиндра на полости А и С, соединенные между собой каналами 9 и 10 через теплообменник 11, а поршень 5 - на В и D, соединенные между собой каналами 12 и 13 также через теплообменник 11. Полости В и D снабжены всасываюшими 14, 15 и нагнетательными 16 и 17 клапанами. В компрессоре имеются аккумуляторы энергии движения поршней в каждом направлении, выполненные, например, в виде пружины 18 и 19, один из поршней, например поршень 4 снабжен клапанами. 20 и 21 перепуска рабочего тела между полостями цилиндра и выполнен относительно большего диаметра.

Термомеханический насос работает следующим образом.

Цилиндр 2 обогревают снаружи и таким образом в полостях А и С поддерживают относительно высокую температуру - выше, чем температура кипения перекачиваемой жидкости при давлении нагнетания. Цилиндр 3 наоборот охлаждают и поддерживают в полостях В и D температуру ниже температуры конденсации жидкости при давлении всасывания.

Осуществляемые в машине процессы начнем рассматривать с положения поршней 4 и 5 в крайнем верхнем (фиг. 1) положении. В этом положении клапан перепуска 20 открыт, поэтому давление во всех полостях машины одинаковое. Пружина 18 (аккумулятор энергии движения вниз) находится в свободном состоянии, а пружина

19(аккумулятор движения вверх) - в сжатом состоянии. Под действием пружины 19 поршни начинают движение вниз, клапан

20закрывается. При дальнейшем движении поршней вниз (под действием пружины) жидкость из полости В переталкивают в полость А, при этом жидкость испаряется, в результате подвода тепла в теплообменнике 11 и к цилиндру 2.

Суммарный объем полостей В и А увеличивается (объем полости А растет быстрее, чем уменьшается объем полости В), давление в этих полостях увеличивается, так как удельный объем образовавшегося пара больше удельного объема жидкости.

В это же время пар из полости С переталкивают в полость D. В результате отвода тепла от него в теплообменнике Ц и в цилиндре 3 пар конденсируется, поэтому давление в полостях С и D снижается, хотя суммарный объем этих полостей несколько уменьшается.

Таким образом, после закрытия клапана 20 на поршни начинает действовать сила от разности давлений в полостях А и С (цилиндр 2) и В и D (цилиндр 3). Так как цилиндр 2 относительно большего диаметра, то результирующая сила направлена сверху вниз, эта результирующая сила по мере движения поршней увеличивается до тех пор, пока в полостях А и В не достигнуто давление нагнетания Рд, а в полостях С и D

давление не снизится до давления всасывания РВС. В дальнейшем эта сила постоянная и определяется разностями давлений РдИ

РВСПосле достижения в полостях А и В давления PJJ открывается клапан 16 и перекачиваемая жидкость нагнетается из полости В в трубопровод (на фиг. 1 не показан). В то же время, когда в полостях С и D давление снижается до Р, открывается клапан 15 и идет процесс всасывания новой

0 порции жидкости в полость D.

Во второй половине хода поршней их энергия поступательного движения частично аккумулируется (сжимается пружина 18), что приводит к некоторому уменьшению скорости движения поршней. При подходе

5 поршней к нижней мертвой точке хвостовик клапана перепуска 21 упирается в крышку цилиндра 2, клапан 21 отрывается и за счет переточки пара между полостями А и С давление во всех полостях машины вырав0 нивается: в полостях А и- В несколько снижается, а в полостях С и D повышается. При этом закрываются нагнетательный клапан 16 и всасывающий клапан 15.

Так как давление во всех полостях одинаковое, то единственная сила, действующая в этот момент на поршни, сила пружины 18. Под действием этой силы в движении поршней наступает реверс: поршни начинают движение вверх. Жидкость из полости D переталкивается в полость С, при

0 этом она испаряется вследствие подвода тепла в теплообменнике 11 и в цилиндре 2. Соответственно пар из полости А переталкивается в полость В и при этом конденсируется вследствие отвода тепла в теплообменнике 11 и цилиндре 3. Поэтому в полостях С и D давление повышается, а в полостях А и В понижается. В результате на поршни действуют силы, результирующая от кото

1. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ НАСОС, содержащий корпус с горячим и холодным цилиндрами, поршни, размещенные в цилиндрах и разделяющие объем каждого из них на две рабочие полости, шток, проходящий в корпусе и соединяющий поршни, теплообменник, подключенйый к рабочим полостям цилиндров, и клапаны всасывания и нагнетания, установленные в холодном цилиндре, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем увеличения удельной производительности, насос снабжен аккумуляторами энергии поршней, поршни снабжены клапанами перепуска рабочего тела между полостями, а диаметр горячего цилиндра выполнен больще диаметра холодного. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что аккумуляторы энергии выполнены в виде пружин, размещенных в обеих полостях холодного цилиндра насоса. (Л с 01