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