Термический насос Советский патент 1987 года по МПК F04B17/00 

Изобретение относится к насосостроению, касается термических насосов и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства для перекачки текучих сред с использованием даровой энергии тепловых источников.

Целью изобретения является повышение КПД путем уменьшения инертности работы насоса.

На чертеже изображен предлагаемый термический насос.

Насос содержит корпус 1, установленные в нем два цилиндра 2 и 3 различного диаметра, поршни 4 и 5, связанные штоком 6 и разделяющие каждый из цилиндров 2 и 3 на теплые полости 7 и 8 или холодные полости 9 и 10. Теплые полости 7 и 8 образованы в цилиндре 2 большего диаметра, а холодные полости 9 и 10 - в цилиндре 3 меньшего диаметра. Теплые полости 7 и 8 попарно соединены с холодными полостями 9 и 10 через испарители 11 и 12, конденсаторы 13 и 14 и рекуперативные теплообменники 15 и 16. При этом испарители 1 и 12 соединены последовательно с одной из ветвей теплообменников 15 и 16 со стороны теплых полостей 7 и 8 и подключены к последним через дополнительные всасываюшие клапаны 17 и 18. Конденсаторы 13 и 14 подключены к холодным полостям 9 и 10 через дополнительные всасываюшие клапаны 19 и 20 и соединены последовательно с вторыми ветвями основного 15 и дополнительного 16 теплообменников. Теплообменники подключены своими ветвями к теплым полостям 7 и 8 через дополнительные нагнетательные клапаны 21 и 22, а к холодным полостям 9 и 10 - через дополнительные нагнетательные клапаны 23 и 24. Насос снабжен аккумуляторами энергии в виде пружин 25 и 26, соединенных с поршнем 5, и основными всасывающими и нагнетательными клапанами 27-30 соответственно, соединяющими холодные полости 9 и 10 с источником перекачиваемой среды и потребителем (не показаны). Дополнительные нагнетательные клапаны 21-24 связаны с поршнями 4 и 5 соответственно через упругие элементы 31 и 32. В поршне 4 выполнены сквозные каналы 33 и 34 с установленными в них с возможностью взаимодействия с днищами 35 и 36 цилиндра 2 в направлении в противоположные стороны перепускными клапанами 37 и 38. Шток 6 снабжен уплотнениями 39 и 40.

Насос работает следуюш,им образом.

К испарителям 11 и 12 постоянно подводят тепло от теплового источника, например от солнечной радиации, и, таким образом, в теплых полостях 7 и 8 поддерживают температуру выше, чем температура кипения перекачиваемой жидкости при давлении нагнетания. От конденсаторов 13 и 14 постоянно отводят тепло и поддерживают таким образом температуру в холодных полостях 9

0

5

0

5

0

5

0

5

и 10 ниже температуры конденсации перекачиваемой жидкости при давлении всасывания.

В крайнем верхнем положении поршней 4 и 5 перепускной клапан 37 взаимодействует с днишем 35 цилиндра 2 и открыт. При этом давление во всех полостях 7-10 насоса одинаковое. Поэтому под действием сжатой в это время пружины 25 поршни 4 и 5 начинают движение вниз. Перепускной клапан 37 выходит из взаимодействия с днищем 35 и закрывается под действием пружины (не показана). Жидкость из полости 10 через нагнетательный клапан 24, который за счет воздействия на него упругого элемента 32 откроется раньше, чем нагнетательный клапан 30, поступает в рекуперативный теплообменник 16 и далее в испаритель 12, где в результате подвода тепла она испаряется и в виде пара поступает в полость 7 через всасывающий клапан 18. Одновременно пар из полости 8 через нагнетательный клапан 22 поступает в теплообменник 16, где отдает свое тепло движущейся встречно жидкости, и далее в конденсатор 13, где отдает свое тепло внешнему охладителю и конденсируется. Конденсат из конденсатора 13 поступает через всасывающий клапан 19 в полость 9. В процессе испарения жидкости, перетекающей из полости 10, и конденсации пара, выходящего из полости 8, давление в полостях 7 и 10 повыщается, а в полостях 8 и 9 - понижается. Когда давление в полости 10 поднимается до давления нагнетания, а давление в полости 9 падает до давления всасывания, перекачиваемая жидкость начинает поступать из источника в полость 9 через всасывающий клапан 27 и нагнетаться к потребителю из полости 10 через нагнетательный клапан 30.

В конце хода поршней вниз клапан 38 взаимодействует с днищем 36 цилиндра 2 и открывает канал 34. Избыток пара перетекает через канал 34 из полости 7 в полость 8, давление во всех полостях выравнивается. При этом поршни 4 и 5 под действием усилия сжатой пружины 26 начинают движение вверх. Жидкость вытесняется из полости 9 через нагнетательный клапан 23, теплообменник 15, испаритель 11 и всасывающий клапан 17 в полость 8, по пути нагреваясь в теплообменнике 15 и испаряясь в испарителе 11. Из полости 7 через нагнетательный клапан 21, теплообменник 15, конденсатор 14 и всасывающий клапан 20 движется встречный поток пара, который по пути отдает в теплообменнике 15 свое тепло потоку жидкости, движущейся в полость 7, и конденсируется в конденсаторе 14. Когда давление в полости 9 поднимается до давления нагнетания, а в полости 10 падает до давления всасывания,перекачиваемая жидкость всасывается из источника через всасывающий клапан 28 в полость 10 и нагнетается

к потребителю из полости 9 через нагнетательный клапан 29.

В конце хода поршней 4 и 5 вверх клапан 37 взаимодействует с днищем 35 цилиндра 2, открывая канал 33, и давление в полостях 7-10 выравнивается. Далее цикл повторяется.

Наличие двух контуров циркуляции с испарителем, конденсатором, теплообменником и системой клапанов, обеспечивающих поочередную одностороннюю работу конту- ров и рекуперативный теплообмен между паром и холодной жидкостью, повыщает быстродействие и КПД насоса.

Формула изобретения

Термический насос, содержащий корпус, установленные в нем два цилиндра, поршни.

жестко связанные штоком и разделяющие каждый цилиндр на теплые или холодные полости, попарно соединенные между собой через испарители, рекуперативный теплообменник и конденсаторы, всасывающие и нагнетательные клапаны, установленные в полостях, и аккумуляторы энергии в виде пружин, соединенных с поршнями, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения инертности работы, насос снабжен дополнительным теплообменником и дополнительными всасывающими и нагнетательными клапанами, установленными с возможностью сообщения теплообменников с полостями цилиндров, причем дополнительные нагнетательные клапаны связаны с порщнями упругими элементами.

Изобретение м. б. использовано для перекачки текучих сред с использованием энергии тепловых источников. Цель изобретения - повышение КПД путем уменьшения инертности работы насоса. Рекуперативные теплообменники 15, 16 подключены своими ветвями к теплым полостям 7 и 8 цилиндра 2 через нагнетательные клапаны 21 и 22 и к холодным полостям 9 и 10 цилиндра 3 через нагнетательные клапаны 23 и 24. Клапаны 21, 22, 23 и 24 связаны с поршнями 4 и 5 упругими элементами. Наличие двух контуров циркуляции с испарителем, конденсатором, теплообменником и системой клапанов, обеспечивающих поочередную одностороннюю работу контуров, и рекуперативный теплообмен между паром и холодной жидкостью повышают быстродействие и КПД насоса. 1 ил. 30 28 Ю 2 сл со ю о сл о Ю