Тепломассопередающее устройство

Предлагаемое техническое решение относится к области теплотехники. В последнее время возрос интерес к разработке систем тепло- и хладоснабжения, в котором побудителем движения теплоносителя является двухфазный пульсационный насос, использующий энергию источника тепла для перекачки жидкости за счет периодического изменения давления пара. Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в достижении его устойчивой работы как насоса с тепловым приводом при передаче жидкости, повышении его производительности, локализации паровой фазы во внутреннем контуре. Поставленная задача решается тем, что известное тепломассопередающее устройство, содержащее внутренний контур, включающий последовательно соединенные испаритель, конденсатор-аккумулятор, соединяющие их трубопроводы жидкостной и паровой фазы, согласно полезной модели снабжено гидросифоном, загнутым концом расположенным в конденсаторе-аккумуляторе, а другим концом в испарителе, внешним контуром в виде трубопровода с впускным обратным клапаном, расположенным на входе в конденсатор-аккумулятор и выпускным обратным клапаном, расположенным на выходе из конденсатора-аккумулятора. 2 илл.

Предлагаемое техническое решение относится к области теплотехники. В последнее время возрос интерес к разработке систем тепло- и хладоснабжения, в котором побудителем движения теплоносителя является двухфазный пульсационный насос, использующий энергию источника тепла для перекачки жидкости за счет периодического изменения давления пара.

Известно устройство (патент US 4625790, 1986) «HEAT TRANSFER APPARATUS» «Теплопередающий аппарат», состоящий из замкнутого контура, включающего нагревательный блок, трубку из теплопроводного материала, выполняющую роль конденсатора, обратные клапаны, расположенные на входе и на выходе из нагревательного блока.

Данное устройство обладает следующими недостатками: малый объем передаваемой жидкости; малая теплопередающая способность внешнего контура из-за малого расхода теплоносителя; нестабильность колебаний; наличие паровой фазы во внешнем контуре.

Известно также устройство (патент СА 1110459, 1981) «HEAT TANSFER APPARATUS WITH HEAT CARRYING FLUID» «Теплопередающий аппарат с теплопередающей жидкостью», состоящий из замкнутого контура, включающего испаритель, конденсатор, аккумулятор, обратные клапаны, расположенные на входе и на выходе из аккумулятора.

Данное устройство обладает следующими недостатками: высокая частота выходных колебаний параметров пульсаций, малый объем передаваемой жидкости; наличие паровой фазы во внешнем контуре.

Техническая задача, решаемая предлагаемым тепломассопередающим устройством, состоит в достижении его устойчивой работы как насоса с тепловым приводом при передаче жидкости, повышении его производительности, локализации паровой фазы во внутреннем контуре.

Поставленная задача решается тем, что известное тепломассопередающее устройство, содержащее внутренний контур, включающий последовательно соединенные испаритель, конденсатор-аккумулятор, соединяющие их трубопроводы жидкостной и паровой фазы, согласно полезной модели снабжено гидросифоном, загнутым концом расположенным в конденсаторе-аккумуляторе, а другим концом в испарителе, внешним контуром в виде трубопровода с впускным обратным клапаном, расположенным на входе в конденсатор-аккумулятор и выпускным обратным клапаном, расположенным на выходе из конденсатора-аккумулятора.

Принципиальная схема тепломассопередающего устройства представлена на фиг.1. На фиг.2 представлен график изменения объема жидкости в системе во времени.

Тепломассопередающее устройство, являющееся насосом с тепловым приводом, состоит из внутреннего 1 и внешнего 2 контуров. Внутренний контур содержит испаритель 3 с капиллярно-пористым телом внутри, конденсатор-аккумулятор 4 с жидкостным поршнем 5, соединенный с испарителем трубопроводом паровой фазы 6, и трубопроводом жидкостной фазы 7 с гидросифоном 8, представляющим собой трубку определенного диаметра с определенной длиной загнутой части, обеспечивающий необходимый объем подачи жидкости в испаритель. Внешний контур 2 устройства может быть открытым и закрытым и состоит из трубопроводов с впускным обратным клапаном 9 и выпускным обратным клапаном 10, расположенными соответственно на входе и выходе из конденсатора-аккумулятора 4. В открытой системе во внешнем контуре может присутствовать промежуточный сосуд 11.

Тепломассопередающее устройство работает по циклу, изображенному на диаграмме фиг.2. Весь цикл можно разделить на 6 этапов: прогрев (0-₁), режим маленьких колебаний (₁-₂), слив из конденсатора накопителя (₂-₃), доиспарение жидкости из испарителя (₃-₄), падение давления в системе (₄-₅), заливка большого цикла (₅-₆).

В начальном состоянии, когда нагрузка отключена, испаритель 3 и конденсатор-аккумулятор 4 полностью заполнены водой. При подаче нагрузки начинается процесс прогрева. Процесс прогрева продолжается до закипания жидкости в испарителе 3. При кипении жидкости давление в устройстве возрастает до значения достаточного для открывания выпускного клапана 10. Часть жидкости сливается во внешний контур 2, после чего давление в устройстве падает и через впускной клапан 9 жидкость из промежуточного сосуда 11 попадает в рабочую полость конденсатора-аккумулятора 4. Этот цикл повторяется несколько раз. Данный режим называется режимом малых колебаний.

В режиме малых колебаний за один период объем жидкости выходящей из системы равен и чуть больше, чем входящей жидкости за этот период. В результате чего, в рабочей полости конденсатора-аккумулятора 4 с каждым новым периодом малых колебаний увеличивается объем, занятый паром.

Наступает такой момент, когда объем, занятый паром, достаточно велик, давление в устройстве большое, и впускной клапан 9 не может открыться для впуска жидкости, но открывается выпускной клапан 10, и происходит слив жидкостного поршня 5 из конденсатора-аккумулятора 4 во внешний контур 2. Наличие большого объема жидкости в конденсаторе-аккумуляторе в виде жидкостного поршня 5 увеличивает производительность насоса и препятствует проникновению пара через выпускной обратный клапан 10 во внешний контур 2.

Процесс слива происходит до полного выхода жидкостного поршня 5 из рабочей полости конденсатора-аккумулятора 4. Затем происходит процесс доиспарения оставшегося объема жидкости из испарителя 3.

После осушения испарителя 3 давление в устройстве падает до значения, достаточного для открывания впускного клапана 9. Конденсатор-аккумулятор 4 наполняется жидкостью до верхнего уровня гидросифона 8.

Далее происходит слив жидкости через гидросифон 8 в испаритель 3. При отсутствии гидросифона 8 попадающая в перегретый испаритель жидкость мгновенно вскипает, давление повышается, закрывается впускной, отрывается выпускной клапана, что приводит к высокочастотным колебаниям, т.е. к возникновению недостатков, перечисленным у аналогов. Таким образом, общий цикл повторяется вновь. Тепломассопередающее устройство осуществляет процесс автоколебаний.

Тепломассопередающее устройство, представляющее насос с тепловым - приводом, использующий энергию источника тепла для перекачки жидкости за счет периодического изменения давления пара, обладает рядом преимуществ перед традиционными насосами. Это отсутствие движущихся частей, отсутствие потребности в электроэнергии, возможность использования вторичных и нетрадиционных возобновляемых источников тепла, большие возможности использования в теплотехнике, холодильной технике, космических технологиях.

Тепломассопередающее устройство, содержащее внутренний контур, включающий последовательно соединенные испаритель, конденсатор-аккумулятор, соединяющие их трубопроводы жидкостной и паровой фазы, отличающееся тем, что оно снабжено гидросифоном, загнутым концом расположенным в конденсаторе-аккумуляторе, а другим концом - в испарителе, внешним контуром в виде трубопровода с впускным обратным клапаном, расположенным на входе в конденсатор-аккумулятор, и выпускным обратным клапаном, расположенным на выходе из конденсатора-аккумулятора.