Термический насос высокого давления Советский патент 1981 года по МПК F04B19/24 

Иаобретение относится к насосостроению. касается термических насосов высо кого цавления, преимущественно аля криогенных жидкостей, и может наГ.ти применение в различных отраслях нароаного хозяйства для перекачивания жиакостей поа высоким давлением за счэт исполь аования тепловых источников с относитель но низким тепловым потенциалом. Известен термический насос высокого давления, преимущественно аля криогенно жидкости, содержащий аве рабочие камв. ры, в каждой из которых установлен вытеснитель, разделяющий комару нп теплую и холодную полости, сообщенные между собой через общий для обеих камер рекуперативный теплообменник, причем каждая холодная- полость камер снабжен.-, всасывающим и нагнетательным клапанами и вытеснители связаны между собой через .механизм привода для их перемешэння в противофазе 1 J. Недостатком этого насоса является невысокая эффективность его работы из- за того, что рекуперативный теплообменник должен выполняться с возможно меньшим внутренним объемом, так как последний является вредным, уменьшая степень повышения давления. Однако минимизация внутреннего объема теплообменника ведет к росту его гидравлического сопротивления, а следовательно, к увеличению гидравлических потерь и снижению КПД насоса. Увеличение же внутреннего объема ведет к снижению степени повышения давления, хотя и обеспечивает уменьшение гидравлических потерь. Цель изобретения - повышение эффективности работы насоса. Поставленная цель достигается тем, что насос снабжен дополнительным теплообменников и распределительными элементами, отделяюпцЬ ми дополнительный теплообменник от теплых и холодных полостей рабочих камер. При этом распределительные элементы, отделяющие дополнительный теолообменник от холодных полостей рабочих камер, вы- полнены в вице всас;ыгз:. и па -негательных клапанов. На фиг. 1 предсгавлеиа конструктив- ная схема насоса; на фиг. 2 - месго подключения теплообменников к теплым полостям рабочих камер, в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2 Термический насос содержит аве ра бочве камеры 1 и 2, в каждой иэ которых установлен вытеснитель 3. Вытеснители 3 связаны между собой через механизм 4 привода для перемещения их в противофазе. Рекуперативный теплообменник 5 соединяет между собой теплую 6 и холодную 7 полости каждой из рабочих . камер 1 и 2. Полости 6 и 7 каждой ка меры 1 и 2 разделены между собой вытеснителем 3. Холодные полости 7 снабжены всасывающими 8 и нагнетательными 9 обратными клапанами. Дополнительный теплообменник 10 подключен к теплым 6 и холодным 7 полостям рабочих ка мер 1 и 2 через распределительные элементы 11, а также .через всасывающие 8 и нагнетательные 9 клапаны, испольауемые как распределительные элементы для дополнительного теплообменника Ю. Рас пределительные элементы 11 связаны с механизмом 4 привода. Внутренний объем дополнительного теплообменника 1О может быть больше внутреннего объема теплообменника 5. При этом ветви теплообменника 10 сообщены с магистралями 12 и 13 соответственно высокого и низкого давления. Криогенная жидкость заполняет холод - ные 7 и теплые 6 полости рабочих камер 1 и 2. В конце каждого хода вытеснителя 3 распределительный элемент 11 отсекает теплую полость 6 от дополнительно го теплообменника 1О. К теплым полостям 6 постоянно подво дится тепловая энергия. Механизм 4 привода обеспечивает движение вытеснителей 3 в противофазе. При этом один из вы. теснителей 3 движется вверх, а другойвниз. При движении вытеснителя 3 вверх(см чертеж) происходит всасывание криогенно жидкости в холодную полость 7 через кла аан 8, а из теплой полости 6 ее теплые :Пары переталкиваются в холодную полость 7 через рекуперативный теплообменник 5. Теплые пары, проходя через теплооб.менник 5, охлахсдаются и конденсируются н давление в теплой полос1;и 6 в самом начале движения вытеснителя вверх падае гак как полость 6 отсечена от дополните ного теплообменника 1.0 и, следовательно, от магнстрали 12 в.гсокого давления. В это время второй вытеснитель 3 движется вниз и крнргеннпя жидкость переталкивается нз холодной полости 7 в теплую по- л ость G рабочей камеры 2 (в положении, изображенном на чертеже) через рекуперативный теплообменник 5. При этом к криогенной жидкости в теплообменнике 5 подводится тепло, которое отдается теплыми парами, переталкиваемыми из теплой полости 6 рабочей камеры 1 в ее холодную полость 7. Таким o6pa3OMi в теплообменнике 5 происходит испарение криогенной жидкости, переталкивао юй в теплую полость 6 рабочей камеры 2. В теп-, лой полости 6 рабочей камеры 2. пары криогенной жидкости еще более нагреваются за счет подвода тепла извне и давление их повышается. При этом повышается давление и в холодной полоски 7 камеры 2. Как только давление в камере 2 достигает давления в магистрали 12, открывается нагнетательный клапан 9. Одновременно распределительный элемент 11 сообщает теплую полость 6 камеры 2 с ветвью дополнительного теплообменника Ю, подключенной к магистрале 12 высокого давления, а полость 6 камеры 1 - с ветвью теплообменника Ю, подключенной к магистрале 13 низкого давления. При дальнейшем движении вытеснителей 3 криогенная жидкость из полости 7 камеры 2 частично вытесняется к г.отребителю, а частично переталкивается через теплообменники 5 и 10 в полость 6. За счет подвода гепла в. теплообменниках 5 и Ю и в полости 6 происходит дальнейшее испарение криогенной жидкости и расширение ее паров. При этом из полости 6 камеры 1 пары переталкиваются в холодную полость 7 также через теплообменники 5 и Ю, конденсируясь по пути. В конце хода вытеснителей 3 распределительный элемент 11 снова отсекает полости 6 от теплообменника Ю и дал ер цикл повторяется, но со сменой направлений авижения вытеснителей 3. Так как давления в полостях 6 я 7 каждой из камер 1 и 2 ь любой момент близки по своим значениям, а эффектив ная площадь нижнего торца вытеснителя 3 лишь незначительно больше эффективной площади верхнего торца, потребляемая мощность механизма 4 привода вытеснителей 3 относительно невысока Основная часть работы по. создаш; давления и перекачке жидкости coaepi .и

ся за счет гепловой энергии, поавоонмой к теплым полостям 6. При этом повышение давления в п олостях 6 и 7 происходит при подключенном теплообменнике 5 меньшего внутреннего обьема, что уменьшает вредный объем полостей, а вытеснение криогенной жидкости происходит при поаключенных параллельно теплообменнике 5 и пополнительном теплообменнике 1О большего внутреннего обьема. Суммарное гид- равлическое сопротивление теплообменников 5 и 1О при их параллельном подключении существенно меньше гидравлического сопротивления теплообменника 5. Поэтому перепад давлений между полостями 6 и 7 снижается и потребляемая механизмом привода 4 мощность уменьшается. Соответственно повышается КПД насоса, а минимизация внутреннего обьема теплообменника 5 позволяет получать в предлагаемом насосе большие степени повышения давления, чем в известном насосе без дополнительного теплообменника 1О.

Таким образом, повьш1ается эффективность работы насосл; Формула идобрц тения

1. Термический насос высокого давления, преимущественно для криогенной жидкости, содержащий две рабочие камеры, в каждой из которых установлен вытес-г нитель, разделяющий камеру на теплую и колодную полости, сообщенные между собой через общий для обеих камер рекуперативный теплообменник, причем каждая холодная полость камер снабжена всасывающим и нагнетательным клапанами-, I а пытеснители связаны между собой через механизм привода для их перемещения в противофазе, отличающий с я тем, что, с целью повышения эффективности работы, насос снабжен дополнительным теплообменником и распределительными элементами, отделяющими дополнительный теплообменник от теплых и холодных полостей рабочих камер.

2. Насос по п. 1, о т л и ч а ю щ и и- с я .тем, что, распределительные элементы, отделяющие дополнительный теплообменник от холодных полостей рабочих камер, выполнены в виде всасывающих и нагнетательных клапанов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство 58034 кл. FO4 В 19/24, 1976.

7777 vJ