Термический насос высокого давления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистмчесиих республик (i(i 84678 I (6l ) gl,ополнительиое к авт. с вид-ву(22) Заявлено 03.03.77 (2l ) 2458760/25-06 с присоединением заявки М— (23) Приоритет— Опубликовано 15.07.81. Бюллетень J% 26

Дата опубликования описания 15.07.81 (5I)M. Кл.

Р 04 В 19/24

Пиуайрстввввив камвтет ссВр

so йваам изевретеиий и еткрытий (53) Удg 621.65 (088.8) (72 } Л вторы изобретения

К).,В.Синявский и Ю.В.Подметухов (7t) Заявитель Московский ордена Лг„нина энергетический институт (54) ТЕГ 1ИЧЕСКИР НЛСОС ВЫСОКОГО

ДЛВЛЕ 1ИЛ

Изобретение относится к насисостроению, касается термических насосов высокого давления, преимущественно цля криогенных жицкостей, и может на.".ти применение в различных отраслях народного хозяйства для перекачивания жидкостей под высоким давлением за счет исполь зования тепловых источников с отиоситель но низким тепловым потенциалом.

Известен термический насос высокого давления, преимущественно цля криогенной

10 жидкости, содержащий цве рабочие каме. ры, в каждой иэ которых установлен вытеснитель, разделяющий камерч нл теплчо и холодную полости, сообщенные между собой через общий для обеих камер реку!

5 перативный теплообменник, причем каждая холодная полость камер снабжен:.. всасы веющим и нагнетательным клапанами и вытеснители связаны между собой через .механизм привода для их черемеа.ения в

20 противофазе (1 1.

Недостатком этого насоса является невысокая эффективность его работы иэза того, что рекуперативный теплообменник цолжен выполняться с возможно меньшим внутренним объемом, так как послед ний является "вредным, уменьшая степень повышения цавления.

Оцнако минимизация внутреннего объема теплообменника ведет к росту его гидравлического сопротивления, а следовательно, к увеличению гидравлических потерь и снижению КПД насоса. Увеличение же внутреннего объема вецет к снижению степени повышения давления, хотя и обеспе« чивает .уменьшение гидравлических по терь.

Бель изобретения - повышение эффек-, тивности работы насоса.Поставленнаяцель достигается тем, что насос снабжен дополнительным(теплообменнико1и и распределительными элементами, отделяюпти ми дополнительный теплообменник от теп лых и холодных полостей рабочих камер.

При атом распределительные элементы, отделяющие дополнительный теплообменник от холодных полостей рабочих камер, вы3 8467 полнены в виде всасыв»юннх н илгнетлтельных клапанов.

На фиг. 1 представлен» конструктив» ная схема насоса; на фиг. 2 — место fIog ключения теплообменников к теплым полостям рабочих камер, в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2

Термический насос содержит аве рабочие камеры 1 и 2, в каждой иэ которых установлен вытеснитель 3. Вытесни«1о тели 3 связаны между собой через механизм 4 привода для перемещения их в противофазе. Рекуперативный теплообменник 5 соециняет межцу собой теплую 6 и холодную 7 полости каждой из рабочих 15 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. Допопнитель- 20 ный теплообменник 10 подключен к теплым 6 и холоцным 7 полостям рабочих камер 1 и 2 через распределительные элементы 11, а также .через всасывающие 8 н нагнетательные 9 клапаны, используемые как распрецелительные элементы цля цополнительного теплообменника 10. Распределительные элементы 11 связаны с механизмом 4 привода. Внутренний объем дополнительного теплообменника 10 мо- ЗО жет быть больше внутреннего объема теплообменника 5. При этом ветви теплообменника 10 сообщены с магистралями 12 и 1 3 соответственно высокого и низкого давления. 35

Криогенная жидкость заполняет холодные 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-4О

ro теплообменника 10.

К теплым полостям 6 постоянно подводится тепловая энергия. Механизм 4 привода обеспечивает движение вытеснителей °

3 в противофазе. При этом один из вы- 45 теснителей: 3 движется вверх, а другойвниз.

При движении вытеснителя 3 BBepx(cM. чертеж) происходит всасывание криогенной жидкости в холодную полость 7 через кла- о пан 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, охлажцаются и конценсируются и давление в теплой полости 6 в самом начале движения вытеснителя вверх падает, так как полость 6 отсечена от цополнитель1 ного тецлообмеиннк» 1 ) и, глс цовнтельно, от магистрали 12 в.н oKof давления. В это время второй вь<теспитель 3 движется

BHHd н крногеннля жидкость переталкивается нз холодной полости 7 в теплую по- < лость 6 рабочей камеры 2 (в положении, изображенном на чертеже) через рекуперативный теплообменник 5. Прн этом к криогенной жидкости в теплообменнике 5 подводится тепло, которое отдается теплыми парами, переталкиваемыми из теплой полости 6 рабочей камеры 1 в ее хо« лоцную полость 7. Таким образом, в теплообменнике 5 происходит испарение криогенной жидкости, переталкнваемой в теплую полость 6 рабочей камеры 2. В теп-. лой полости 6 рабочей камеры 2 пары криогенной жицкости еще более нагреваются за счет подвода тепла извне и давление их повышается. При этом повышается цавление и в холодной полос;и 7 камеры 2.

Как только давление в камере 2 достигает цавления в магистрали 12, открывается нагнетательный клапан 9. Одновременно распределительный элемент 11 сообЪ щает теплую полость 6 камеры 2 с ветвью дополнительного тенлообменника 10., подключенной к магистрале 12 высокого цавления, а полость 6 камеры 1 - с ветвью теплообменника 10, поцключенной к магистрале 13 низкого давления. При дальнейшем движении вытеснителей 3 криогенная жидкость из полости 7 камеры 2 частично вытесняется к r,ýòðåáèòåëþ, а частично переталкивается через теплообменники 5 и 10 в полость 6. За счет поцвоца тепла в. теплообменниках 5 и 10 и в полости 6 происходит цальнейшее испарение криогенной жицкости и расширение ее паров. При этом из полости 6 камеры 1 пары переталкиваются в холоцную полость 7 также через теплообменники 5 и 10, конденсируясь по пути. В конце хоца вытеснителей.

3 распределительный элемент 11 снова отсекает полости 6 от теплообмеиника 10

I и далее цикл повторяется, но со сменой направлений движения вытеснителей 3.

Так как давления в полостях 6 и 7 каждой иэ камер 1 и 2 h любой момент близки по своим значениям, а эффективная площаць нижнего торца вытеснителя

3 лишь незначительно больше эффективной площади верхнего горца, потребляемая мощность механизма 4 привода вытес« нителей 3 относительно невысока.

Основная часть работы по соэцанк давления и перекачке жицкости совер . . :, 846781 ся as счет тепловой энергии, поцвоцимой к теплым полостям 6. Прн этом повышение цавления в полостях 6 и 7 происходит при подключенном теплообменнике 5 меньшего внутреннего обьема, что уменьшает

"вредный, обьем полостей, а вытеснение криогенной жнцкости происходит прн подключенных параллельно теплообменнике 5 и дополнительном теплообменннке 10 большего внутреннего объема. Суммарное гид- io равлнческое сопротивление теплообменников

5 и 10 прн их параллельном подключеннн существенно меньше гидравлического сопротивления теплообменника 5. Поэтому перепац цавлений межцу полостями 6 и 7 r5 снижается и потребляемая механизмом привода 4 мощность уменьшается. Соответственно повышается КПД насоса, а минимизация внутреннего объема теплообменника 5 позволяет получать в прецлагае- 2о мом насосе большие степени повышения цавления, чем в известном насосе без цсполнительного теплообменника 10.

Таким образом, повышается эффективность работы насоса. Б

Формула изобретения

1. Термическнй насос высокого давления, поеимущественно цля криогенной жидкости, содержащий цве рабочие камеры, в кажцой нз которых, установлен вытес. нитель, разцеляющий камеру на теплую и холодную полости, сообщенные между собой через общий цля обеих камер рекуператнвный теплообменннк, причем каждая холодная полость камер снабжена всасывающим н нагнетательным клапанамн;, а оытеснителн связаны между собой через механнзм прнвода для нх перемещения в противофазе, о t л и ч а ю щ и и - с я тем, что, с целью повышения эффективности работы, насос снабжен дополнительным теплообменником н распределительными элементамн, отделяющими цополннтельный теплообменник от теплых и холодных полостей рабочих камер.

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

Источнмкн информации, принятые во вниманне при экспертизе

1. Авторское свидетельство М 580347, кл. Г 04 В 19/24, 1976.

Вг. z

ЮГА

Составитель В.Грузинов

Редактор И.Касарда ТехредМ. Рейвес Корректор М. Коста

Заказ 5427/49 Тираж 712 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытнй

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4