RU1807231C

RU1807231C - Thermal pump

Info

Publication number: RU1807231C
Authority: RU
Inventors: Владимир Андреевич Слободянюк
Original assignee: Омское Научно-Производственное Объединение Микрокриогенной Техники
Priority date: 1990-06-04
Filing date: 1990-06-04
Publication date: 1993-04-07

Abstract

Изобретение относитс к криогенной технике и может быть использовано дл перекачивани 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 испарени . Насос работает следующим образом. Дл захолаживани открывают вентиль 17 и заполн ют жидкостью цилиндр 2 через клапан 3, а охлаждающую рубашку 10 через клапан 6. После окончани захолаживани вентиль 17 закрывают и с испарител 12 снимают теплоизолирующую рубашку 18, открыва доступ теплоокружающей среды к испарителю 12, где жидкость закипает и испар етс , а в цилиндре 2 повышаетс 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- лируетс через клапан 7 и дроссель 8, понижа 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 испарител 12 жидкостью; ,; Далее процесс повтор етс . Останов работы насоса происходит либо при открытии вентил 17, либо надеваг. на испаритель 12 теплоизолирующую рубашку 18. 1 ил. ел СThe invention relates to a cryogenic technique and can be used to pump cryogenic liquids. The goal is to simplify the design and increase reliability. The thermal pump comprises a housing 1, an evaporator 12 with a valve 17, a cylinder 2 with the formation of the upper warm and lower cold cavities, a removable heat-insulating jacket 18, covering the evaporator, made in the form of a ring coaxially mounted in the upper part of the cylinder with the formation of the evaporation zone. The pump operates as follows. For cooling, open valve 17 and fill cylinder 2 with liquid through valve 3, and cooling jacket 10 through valve 6. After cooling, valve 17 is closed and heat-insulating jacket 18 is removed from evaporator 12, allowing heat medium to reach evaporator 12, where the liquid boils and it evaporates, and pressure increases in cylinder 2, under the influence of which liquid is displaced through valve 6 into the cooling jacket 10 and through the pipe 11 to the consumer / After that, the steam is throttled through valve 7 and the throttle l 8, reducing the pressure and temperature in the cylinder 2, as well as temperature decrease occurs due to heat exchange with cooling rubash-; Coy 10. As a result, the cylinder 2 and the evaporator 12 are filled with liquid; ,; The process is then repeated. The pump stops working either when opening valve 17 or nadavg. on the evaporator 12 heat-insulating jacket 18. 1 ill. ate with

Description

Изобретение относитс к криогенной технике и может быть использовано дл повышени давлени и перекачивани сжиженных газов,The invention relates to cryogenic technology and can be used to increase pressure and pump liquefied gases.

Целью изобретени вл етс повышение эксплуатационной надежности и упро- щение конструкции.The aim of the invention is to increase operational reliability and simplify the design.

На чертеже изображена принципиальна схема термического насоса.The drawing shows a schematic diagram of a thermal pump.

Термический насос содержит теплоизо- лированный корпус 1 с размещенными в нем теплой А и холодной Б полост ми, 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.The thermal pump contains a heat-insulated casing 1 with warm A and cold B cavities located in it, open in the upper part of cylinder 2. In the cold cavity B of cylinder 2 there is a fluid inlet valve 3 to which a fluid supply channel 4 connected to a vessel is connected 5, a liquid discharge valve 6 and an additional low-capacity exhaust valve 7, as shown by a hydraulic resistance 8 connected to the discharge pipe 9.

Нагнетательный трубопровод 9 может быть подключен, например, к паровой зоне или испарител м подъема давлени (условно не показано) опорожн емого сосуда 5. Клапан 6 выпуска жидкости соедин ет полость Б цилиндра 2 с охлаждающей рубашкой 10 и трубопроводом 11 отвода жидкости. Тепла 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 испарител 12, образу с верхней торцовой поверхностью 15 испарител 12 зазор Н и зону испарени В. Наивысша точка испарител 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.The discharge pipe 9 can be connected, for example, to a vapor zone or pressure boilers (not shown conventionally) of an empty vessel 5. A valve 6 for discharging liquid connects the cavity B of cylinder 2 with a cooling jacket 10 and a pipe 11 for discharging liquid. Heat And the cavity is equipped with an evaporator 12, made, for example, in the form of a cylinder, hermetically connected to the warm A cavity of the cylinder 2 so that its edge 13 protrudes below the lower end surface 14 of the evaporator 12, with the gap H forming with the upper end surface 15 of the evaporator 12 and evaporation zone B. The highest point of the evaporator 12 is a discharge pipe 16 and adjustable hydraulic resistance, for example, a valve 17, is connected, for example, to the atmosphere or vapor zone of the vessel 5, and the evaporator 10 and the cavity A of the cylinder 2 could be thermally insulated with a removable heat insulating jacket 18.

Работу насоса можно представить в виде четырех этапов: захолаживание, пуск, установившийс режим, останов.The operation of the pump can be represented in four stages: cooling, starting, steady state, stopping.

Захолаживание. В исходном положении вентиль 17 и клапаны 3, 6, 7 закрыты, а теплоизолирующа рубашка 18 закреплена на испарителе 12.Cooling In the initial position, the valve 17 and the valves 3, 6, 7 are closed, and the heat-insulating jacket 18 is mounted on the evaporator 12.

Открыва вентиль 17, соедин ют внутренние полости цилиндра и испарител 12 через трубопровод с атмосферой или паровой зоной сосуда 5. При увеличении давлени в сосуде 5, например, с помощью испарителей подъема давлени (условно не показано), из которого жидкость должна быть откачена, до давлени впуска, клапанBy opening the valve 17, the internal cavities of the cylinder and the evaporator 12 are connected through a pipeline to the atmosphere or vapor zone of the vessel 5. When the pressure in the vessel 5 is increased, for example, by means of pressure increase evaporators (not shown conditionally), from which the liquid should be pumped out, to intake pressure valve

3 открываетс и жидкость по трубопроводу3 opens and fluid through the pipeline

4 поступает в цилиндр 2 и через клапан 6 в охлаждающую рубашку 10. Постепенно охлаждающа рубашка 10 и цилиндр 2 с испарителем 12 заполн ютс жидкостью, а образовавшийс в процессе захолаживани пар отводитс из цилиндра 2 и испарител 12 через вентиль 17 и трубопровод 16 в атмосферу или в паровую зону сосуда 5,4 enters the cylinder 2 and through the valve 6 into the cooling jacket 10. Gradually, the cooling jacket 10 and cylinder 2 with the evaporator 12 are filled with liquid, and the steam formed during the cooling process is discharged from the cylinder 2 and the evaporator 12 through the valve 17 and the pipe 16 into the atmosphere or into the steam zone of the vessel 5,

а из охлаждающей рубашки 10 по трубопроводу 11.and from the cooling jacket 10 through the pipe 11.

Процесс захолаживани заканчиваетс , когда цилиндр 2, испаритель 12, охлаждающа рубашка 10 полностью заполнены жид5 костью.The cooling process ends when cylinder 2, evaporator 12, cooling jacket 10 are completely filled with liquid.

Пуск, По окончании процесса ззколажи- вани , о чем можно судить по времени процесса захолаживани , определ емом экспериментально по по влению устойчи0 вой струи жидкости из трубопровода 16, вентиль 17 закрывают, при этом клапан 3 закрываетс , и снимают с испарител 12 теплоизолирующую рубашку 18, дава доступ теплу от окружающей среды, напри5 мер, атмосферы к испарителю 12. Под действием тепла, поступающего к испарителю 12, происходит вскипание жидкости в испарителе.Start-up, At the end of the freezing process, which can be judged by the time of the cooling process, which is determined experimentally by the appearance of a stable stream of liquid from pipeline 16, valve 17 is closed, while valve 3 is closed, and the heat-insulating jacket 18 is removed from evaporator 12 giving access to heat from the environment, for example, the atmosphere, to the evaporator 12. Under the action of heat entering the evaporator 12, the liquid boils in the evaporator.

Установившийс режим работы. Пар,Steady state operation. Steam

0 образующийс 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 давлени сосуда 5 (условно не показано) по трубопроводу 11. Когда давление в испарителе 12 и цилиндре 2 увеличитс до давлени нагнетани , клапан выпуска 6 открываетс и зеркало жидкости паром0 formed above the liquid mirror when it boils, increases the pressure in the evaporator 12 and cylinder 2. In this case, the liquid is partially displaced through the valve 7 into the vapor zone of the vessel 5 or evaporators for raising the pressure of the vessel 5 (not shown conditionally) through the pipe 11. When the pressure in the evaporator 12 and cylinder 2 will increase to the discharge pressure, the exhaust valve 6 opens and the liquid mirror with steam

0 вытесн етс из цилиндра 2 через клапан выпуска 6 в охлаждающую рубашку 10 и из нее в трубопровод 11 отвода жидкости. Клапан 6 закрываетс и пар, заполн ющий ци- линдр 2 через клапан 7 под перепадом0 is displaced from the cylinder 2 through the exhaust valve 6 into the cooling jacket 10 and from it into the liquid discharge pipe 11. The valve 6 closes and the steam filling the cylinder 2 through the valve 7 under the differential

5 давлений, равным разности давлений нагнетани и давлени в паровой зоне сосуда 5, дросселируетс до тех пор, пока вс жидкость в зоне В испарител 12 не испаритс . После испарени всей жидкости в5 pressures equal to the difference between the discharge pressures and the pressure in the vapor zone of the vessel 5 are throttled until all the liquid in the zone B of the evaporator 12 has evaporated. After evaporating all the liquid in

0 испарителе 12.при дросселировании газа в цилиндре 2 происходит частичное его ожижение , уменьшение температуры и давлени до давлени всасывани . Клапан 3 открываетс и жидкость из сосуда 5 посту5 пает в цилиндр 2. При этом происходит дальнейша конденсаци пзоа в цилиндре 2, чему способствуют охлаждающа рубашка 10 и жидкость, поступающа в цилиндр 2 через клапан 3. Это приводит к дальнейшему падению давлени в цилиндре 2 и заполнению ею и испарител 12 жидкостью. Заполнение испарител 12 жидкостью происходит из цилиндра 2 через зазор Н. После заполнени цилиндра 2 и испарител 12 жидкостью процесс повтор етс .0 evaporator 12. When throttling the gas in cylinder 2, it partially liquefies, reducing the temperature and pressure to the suction pressure. The valve 3 opens and the liquid from the vessel 5 enters the cylinder 2. This further condensates the PZO in the cylinder 2, which is facilitated by the cooling jacket 10 and the liquid entering the cylinder 2 through the valve 3. This leads to a further pressure drop in the cylinder 2 and filling it and the evaporator 12 with liquid. The filling of the evaporator 12 with liquid takes place from the cylinder 2 through the gap H. After filling the cylinder 2 and the evaporator 12 with liquid, the process is repeated.

Останов. Прекращают процесс нагнетани жидкости, открыва вентиль 17 или надева на испаритель 12 теплоизолирую- щую рубашку 18, или понижа давление в резервуаре 5. Останов процесса нагнетани также происходит автоматически при увеличении давлени в трубопроводе 11 отвода жидкости до критического давлени насыщени паров.Stop. The liquid injection process is stopped by opening the valve 17 or by putting a heat-insulating jacket 18 on the evaporator 12, or by lowering the pressure in the tank 5. The injection process also stops automatically when the pressure in the liquid discharge pipe 11 increases to a critical vapor saturation pressure.

Ф о р мула изобретени Термический насос, содержащий корпус , испаритель, цилиндр с каналами подвода и отвода жидкости с образованиемSUMMARY OF THE INVENTION A thermal pump comprising a housing, an evaporator, a cylinder with channels for supplying and discharging liquid to form

00

55

верхней теплой и нижней холодней поло стей, последн размещена в охлаждающей рубашке и сообщена с ней посредством выпускного клапана, а также нагнетательный трубопровод с установленным в нем регулируемым гидравлическим сопротивлением, отличающийс тем, что. с целью повышени надежности и упрощени 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 испарител зазора и зоны испарени , при этом в холодной полости цилиндра установлен дополнительный выпускной клапан и нагнетательный трубопровод.upper warm and lower colder cavities, the latter is placed in the cooling jacket and communicated with it via an exhaust valve, as well as a discharge pipe with adjustable hydraulic resistance installed in it, characterized in that. in order to increase reliability and simplify the design, the NSSS is equipped with a removable heat-insulating jacket covering the evaporator, the latter is made in the form of a ring coaxially mounted in the upper part of the cylinder to form a gap and an evaporation zone between the upper edges of the cylinder and the evaporator, while in the cold cavity An additional exhaust valve and discharge pipe are installed.