Термомеханический насос Советский патент 1986 года по МПК F04B19/24 F04B15/08 

Изобретение относится к энергетике, в частности к термомеханическим насосом для перекачки испаряющихся жидкостей.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности насоса при сохранении автономности его работы путем создания управляющего движением перепада давлений без нагрузки на подвижные элементы.

На чертеже показана конструктивная схема термомеханического насоса.

Термомеханический насос содержит корпус 1 с двумя цилиндрами 2 и 3, размещенные в них на общем штоке 4 подвижные элементы 5 и 6, разделяющие объемы цилиндров 2 и 3 на полости 7, 8 и 9, 10 соответственно, отличающиеся температурой рабочего тела, устройство 11 нагрева и охлаждения последнего и расположенные в холодных полостях 8 и 9 клапаны 12 и 13 всасывания и нагнетания соответственно и аккумуляторы 14 и 5 механической энергии подвижных элементов 5 и 6 соответственно, причем теплые полости 7 и 10 гидравлически между собой связаны через клапаны 16 и 17 перепуска, рабочего тела.

Теплые полости 7 и 10 расположены в разных цилиндрах, а именно полость 7 в ци/1индре 2, а полость 10 в цилиндре 3, с вме1пних сторон подвижных элементов 5 и 6, выполненных из теплоизоляционного материала.

Цилиндры 2 и 3 могут быть выполнены одинакового диаметра.

Гидравлическая связь теплых полостей

7и О может быть выполнена в виде двух каналов 18 и 19 в общем щтоке 4 и в них установлены клапаны 16 и 17 теренуска рабочего тела соответственно.

Устройство 11 на|-рева и охлаждения рабочего тела содержит испарители 20 и 21, конденсаторы 22 и 23 и рекунеративный теплообменник 24.

Клапаны 16 и 17 перепуска рабочего тела имеют хвостовики 25 и 26 соответственно.

Шток 4 имеет уплотнения 27 и 28.

Термомеханический насос работает следующим образом.

К испарителям 20 и 21 постоянно подводят тепло извне и таким образом в полостях 7 и 10 поддерживают температуру выше, чем температура кипе}1ия рабочег о тела при .д,авлемии нагпетания. От конденсаторов 22 и 23 тепло отводят и по,адержи- вают температуру рабочего тела в полостях

8и 9 ниже те.мпературь конденсации при давлении всасывания. При расположении подвижных эле.ментов 5 и 6 в крайнем верхнем положенин клапан 16 перепуска открыт и давление во всех п олостях 7--10 одинаковое. Аккумулятор 14 (пружина) находится в свободном состоянии, а аккумулятор 15 - в сжатом. Под воздействием силы со стороны аккумулятора 15 подвижргые элементы 5 и 6, связанные o6uuiM п током 4, на

Q

чинают двигаться вниз, а клапан 16 закрывается.

Цри дальнейщем движении часть перекачиваемой жидкости, находящейся в полости 8, перемещается из нее через конденсатор 22 и рекуперативный теплообменник 24 в испаритель 20, где в результате подвода тепла испаряется и поступает в полость 7. Давление в гидравлически связанных полостях 7 и 8 быстро растет.

Цри этом газообразное рабочее тело из полости 10 перемещается подвижным элементом 6 через теплообменник 24 в конденсатор 23, где в результате отвода тепла конденсируется. В результате этого давление в гидравлически связанных полостях 9 и 10 быстро снижается.

Таким образом, после закрытия клапана

16перепуска на подвижные элементы 5 и 6 начинает действовать сила от разности давлений в полостях 7, 8 и 9, 10 цилиндров 2 и 3. Цз-за дифференциальноети подвижных элементов 5 и 6 (общий щток 4 в нолостях

8и 9) возникает результирующая сила, направленная вниз. Эта сила растет по мере движения элементов 5 и 6 и достигает максимума, соответствующего разнице давлений

5 нагнетания и всасывания. При достижении в полостях 7 и 8 давления нагнетания открывается клапан 13, и перекачиваемая жидкость начинает поступать из полости 8 в нагнетательный трубопровод (не показан). Цри снижении давления в полостях 9 и

0 Ш до давления всасывания открывается клапан 12 и начинается процесс всасывания очередной порции перекачиваемой жидкости в полость 9. Цосле прохождения подвижными элементами 5 и 6 второй ноловины хода их энергия накапливается в акку.муляторе 14. Цра подходе элементов 5 и 6 к нижней мертвой точке хвостовик 26 клапана 17 перепуска упирается в дно цилиндра 3 и клапан

17открывается. За счет перетечки газа между полостями 7 и 10 давление во всех полостях 7-10 выравнивается, а именно в полостях 7 и 8 снижается, а в полостях

9и 10 иовьппается. При этом закрываются нагнетательный 13 и вcacыfiaющий 12 клапаны. Двигательной силой подвижных элементов является аккумулятор 14, обеспечи5 ваюп;ий реверс насоса, Часть жидкости из полости 9 Г1оступает в испаритель 23, где переходит в газообразное состояние. При этом газ из полости 7 переталкивается в полость 8, предварите..пьно конденеируясь в результате отвода тепла в теплообменнике 24 и кон денсаторе 22. Поэто.му давление в полостях 9 и 10 повып ается, а в полостях 7 и 8 снижается. Ца подвижные элементы 5 и 6 начинает действовать сила, направленная вверх, обеспечивая их движение до верхней мертвой точки.

Цосле ;1,остижения давления нагнетания открывается клапан 13 и идет процесс пагне- тания перекачиваемой жидкости из полости 9

5

0

5

в нагнетательный трубопровод. В это время в полостях 7 и 8 давление снижается до давления всасывания, открывается клапан 12 и в полость 8 всасывается очередная порция жидкости. После прохода элементами 5 и 6 второй половины хода их энергия 5 накапливается в аккумуляторе 15. При достижении подвижными элементами 5 и 6 верхней мертвой точки хвостовик 26 клапана 16 перепуска упирается в дно цилиндра 2 и открывается,

В результате перепуска газа между полостями 7 и 10 давление во всех полостях 7-10 уравнивается. На элементы 5 и 6 в это время действует только сила аккумулятора 15, обеспечивающего реверс. При отходе

f-ЛР РТР+ Рак+ (- Рп

где f - поперечное сечение штока 4;

ЛР - разница давлений нагнетания и всасывания;

Ртр. - сила трения при движении штока 4;

Рак. - сила от аккумулятора 14 или 15;

Рст. - сила тяжести штока 4 и подвижных элементов 5 и 6;

РГС. - гидравлическое сопротивление переталкиванию жидкости между полостями 7 и 8, 9 и 10.

Использование предложенного термомеханического насоса повышает эксплуатационподвижных элементов 5 и 6 от верхней мерт- 15 ную надежность благодаря возможности ис- вой точки клапан 16 перепуска закрывается пользовать в качестве подвижных элементов и цикл работы насоса повторяется.вытеснителей при сохранении автономности

Для обеспечения цикличной работы на- работы. Кроме того, снижаются габариты coca необходимо выполнение условиятермомеханического насоса.

f-ЛР РТР+ Рак+ (- Рп

- поперечное сечение штока 4;

- разница давлений нагнетания и всасывания;

- сила трения при движении штока 4;

- сила от аккумулятора 14 или 15;

- сила тяжести штока 4 и подвижных элементов 5 и 6;

- гидравлическое сопротивление переталкиванию жидкости между полостями 7 и 8, 9 и 10.