Термический насос Советский патент 1993 года по МПК F04B15/08 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для повышения давления и перекачивания сжиженных газов,

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и упро- щение конструкции.

На чертеже изображена принципиальная схема термического насоса.

Термический насос содержит теплоизо- лированный корпус 1 с размещенными в нем теплой А и холодной Б полостями, открытый в верхней части цилиндра 2. В холодной полости Б цилиндра 2 размещен клапан 3 впуска жидкости, к которому подключен канал 4 подвода жидкости, соединенный с сосудом 5, клапан 6 выпуска жидкости и дополнительный клапан выпуска 7 малой пропускной способности, что показано гидравлическим сопротивлением 8, подключенным к нагнетательному трубопроводу 9.

Нагнетательный трубопровод 9 может быть подключен, например, к паровой зоне или испарителям подъема давления (условно не показано) опорожняемого сосуда 5. Клапан 6 выпуска жидкости соединяет полость Б цилиндра 2 с охлаждающей рубашкой 10 и трубопроводом 11 отвода жидкости. Теплая А полость снабжена испарителем 12, выполненным, например, в виде цилиндра, герметично соединенного с теплой А полостью цилиндра 2 таким образом, что ее кромка 13 выступает под нижней торцовой поверхностью 14 испарителя 12, образуя с верхней торцовой поверхностью 15 испарителя 12 зазор Н и зону испарения В. Наивысшая точка испарителя 12 нагнетательным трубопроводом 16 и регулируемым гидравлическим сопротивлением, например, вентилем 17, соединена, например, с атмосферой или паровой зоной сосуда 5, а испаритель 10 и полость А цилиндра 2 могут быть теплоизолированы съемной теплоизолирующей рубашкой 18.

Работу насоса можно представить в виде четырех этапов: захолаживание, пуск, установившийся режим, останов.

Захолаживание. В исходном положении вентиль 17 и клапаны 3, 6, 7 закрыты, а теплоизолирующая рубашка 18 закреплена на испарителе 12.

Открывая вентиль 17, соединяют внутренние полости цилиндра и испарителя 12 через трубопровод с атмосферой или паровой зоной сосуда 5. При увеличении давления в сосуде 5, например, с помощью испарителей подъема давления (условно не показано), из которого жидкость должна быть откачена, до давления впуска, клапан

3 открывается и жидкость по трубопроводу

4 поступает в цилиндр 2 и через клапан 6 в охлаждающую рубашку 10. Постепенно охлаждающая рубашка 10 и цилиндр 2 с испарителем 12 заполняются жидкостью, а образовавшийся в процессе захолаживания пар отводится из цилиндра 2 и испарителя 12 через вентиль 17 и трубопровод 16 в атмосферу или в паровую зону сосуда 5,

а из охлаждающей рубашки 10 по трубопроводу 11.

Процесс захолаживания заканчивается, когда цилиндр 2, испаритель 12, охлаждающая рубашка 10 полностью заполнены жид5 костью.

Пуск, По окончании процесса ззколажи- вания, о чем можно судить по времени процесса захолаживания, определяемом экспериментально по появлению устойчи0 вой струи жидкости из трубопровода 16, вентиль 17 закрывают, при этом клапан 3 закрывается, и снимают с испарителя 12 теплоизолирующую рубашку 18, давая доступ теплу от окружающей среды, напри5 мер, атмосферы к испарителю 12. Под действием тепла, поступающего к испарителю 12, происходит вскипание жидкости в испарителе.

Установившийся режим работы. Пар,

0 образующийся над зеркалом жидкости при ее кипении, увеличивает давление в испарителе 12 и цилиндре 2. При этом происходит частичное вытеснение жидкости через клапан 7 в паровую зону сосуда 5 или испари5 тели подъема давления сосуда 5 (условно не показано) по трубопроводу 11. Когда давление в испарителе 12 и цилиндре 2 увеличится до давления нагнетания, клапан выпуска 6 открывается и зеркало жидкости паром

0 вытесняется из цилиндра 2 через клапан выпуска 6 в охлаждающую рубашку 10 и из нее в трубопровод 11 отвода жидкости. Клапан 6 закрывается и пар, заполняющий ци- линдр 2 через клапан 7 под перепадом

5 давлений, равным разности давлений нагнетания и давления в паровой зоне сосуда 5, дросселируется до тех пор, пока вся жидкость в зоне В испарителя 12 не испарится. После испарения всей жидкости в

0 испарителе 12.при дросселировании газа в цилиндре 2 происходит частичное его ожижение, уменьшение температуры и давления до давления всасывания. Клапан 3 открывается и жидкость из сосуда 5 посту5 пает в цилиндр 2. При этом происходит дальнейшая конденсация пзоа в цилиндре 2, чему способствуют охлаждающая рубашка 10 и жидкость, поступающая в цилиндр 2 через клапан 3. Это приводит к дальнейшему падению давления в цилиндре 2 и заполнению ею и испарителя 12 жидкостью. Заполнение испарителя 12 жидкостью происходит из цилиндра 2 через зазор Н. После заполнения цилиндра 2 и испарителя 12 жидкостью процесс повторяется.

Останов. Прекращают процесс нагнетания жидкости, открывая вентиль 17 или надевая на испаритель 12 теплоизолирую- щую рубашку 18, или понижая давление в резервуаре 5. Останов процесса нагнетания также происходит автоматически при увеличении давления в трубопроводе 11 отвода жидкости до критического давления насыщения паров.

Ф о р мула изобретения Термический насос, содержащий корпус, испаритель, цилиндр с каналами подвода и отвода жидкости с образованием

0

5

верхней теплой и нижней холодней поло стей, последняя размещена в охлаждающей рубашке и сообщена с ней посредством выпускного клапана, а также нагнетательный трубопровод с установленным в нем регулируемым гидравлическим сопротивлением, отличающийся тем, что. с целью повышения надежности и упрощения конструкции, нзсос снабжен съемной теплоизо- лирующей рубашкой, охватывающей испаритель, последний выполнен в виде кольца, соосно установленного в верхней части цилиндра с образованием между верхними кромками цилиндра и испарителя зазора и зоны испарения, при этом в холодной полости цилиндра установлен дополнительный выпускной клапан и нагнетательный трубопровод.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для перекачивания криогенных жидкостей. Цель - упрощение конструкции и повышение надежности. Термический насос содержит корпус 1, испаритель 12 с вентилем 17, цилиндр 2 с образованием верхней теплой и нижней холодной полостей, съемную теп- лоизолирующую рубашку 18, охватывающую испаритель, выполненный в виде кольца, соосно установленного в верхней части цилиндра с образованием зоны испарения. Насос работает следующим образом. Для захолаживания открывают вентиль 17 и заполняют жидкостью цилиндр 2 через клапан 3, а охлаждающую рубашку 10 через клапан 6. После окончания захолаживания вентиль 17 закрывают и с испарителя 12 снимают теплоизолирующую рубашку 18, открывая доступ теплоокружающей среды к испарителю 12, где жидкость закипает и испаряется, а в цилиндре 2 повышается давление, под действием которого происходит вытеснение жидкости через клапан 6 в охлаж- дающую рубашку 10 и через трубопровод 11 к потребителю/После этого пар дроссе- лируется через клапан 7 и дроссель 8, понижая давление и температуру в цилиндре 2, а также происходит снижение температуры из-за теплообмена с охлаждающей рубаш- ; кой 10. В результате происходит заполнение цилиндра 2 и испарителя 12 жидкостью; ,; Далее процесс повторяется. Останов работы насоса происходит либо при открытии вентиля 17, либо надеваг. на испаритель 12 теплоизолирующую рубашку 18. 1 ил. ел С