Установка для преобразования энергии нагретого газа в вакуум

Устройство предназначено для использования в области энергетических машин, для преобразователей тепловой энергии газового носителя в энергию сжатого или разреженного воздуха, например, в вакуумном насосе. Содержит источник газового теплоносителя, соединенный с проточным теплообменником, размещенным в камере охлаждения, сообщающейся с атмосферным воздухом через рабочий патрубок. На входе в теплообменник установлен входной клапан для периодической подачи нагретого газа. На выходе - выходной клапан, нормально закрытый при давлении газа в теплообменнике, равном или меньше атмосферного. В рабочем патрубке камеры охлаждения установлен входной клапан, нормально закрытый при давлении в камере, равном или более атмосферного. Сама камера соединена с атмосферой через выходной клапан, нормально закрытый при давлении в камере, равном или менее атмосферного. Полость теплообменника соединена с рабочим патрубком камеры охлаждения через клапан, нормально закрытый при давлении в теплообменнике, равном или более атмосферного. Повышается срок службы насоса и упрощается его работа. 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетических преобразователей, а именно преобразователей тепловой энергии газового носителя в энергию сжатого или разреженного воздуха, например, в вакуумном насосе.

В настоящее время в связи с многообразием различного рода источников энергии в технике растет востребованность в различного рода преобразователях энергии, в частности в новых, более экономичных преобразователях тепловой энергии жидкого или газового носителя в энергию сжатого или разреженного газа, например воздуха.

Известен вакуумный насос, в котором разрежение в рабочей камере создается поршневым устройством (БСЭ, Т.8, Воздушный насос, второе изд. ГНИ «Большая советская энциклопедия» с.520).

Недостатком данного устройства является небольшой срок службы без замены деталей из-за низкой живучести основной детали устройства - поршня.

Известен вакуумный насос, в котором поршень выполнен из износостойкого материала и имеет значительно более длительный срок службы без замены деталей (Энциклопедический справочник. Машиностроение, т.12, Конструирование машин. Компрессорные машины. ГНТИ Машиностроительной литературы. 1948, с.479-489).

Недостатком данного устройства является то, что оно по-прежнему не отвечает требованию сегодняшнего дня - эксплуатация без замены деталей до полного износа всего механизма.

Кроме того, конструкция обладает повышенной сложностью, что значительно удорожает его изготовление.

В качестве прототипа предложенной конструкции автором взята конструкция охлаждаемого проточного теплообменника, как наиболее близкая по технической сути (Краткий политехнический словарь, Москва: Советская энциклопедия, 1956, с.441).

Задачей, которую автор ставил при разработке предлагаемого изобретения, являлось существенное повышение срока службы вакуумного насоса с одновременным упрощением его конструкции.

Это задача решена в описываемой конструкции, содержащей источник газового теплоносителя, соединенный с проточным теплообменником, размещенным в камере охлаждения, сообщающейся с атмосферным воздухом через рабочий патрубок, при этом

- на входе в теплообменник установлен входной клапан для периодической подачи газового теплоносителя;

- на выходе теплообменника установлен выходной клапан, нормально закрытый при давлении в теплообменнике, равном или меньше атмосферного;

- в рабочем патрубке камеры охлаждения установлен входной клапан, нормально закрытый при давлении в камере, равном или более атмосферного;

- камера охлаждения соединена с атмосферой выходным клапаном, нормально закрытым при давлении в камере, равном или менее атмосферного;

- полость теплообменника соединена с рабочим патрубком камеры охлаждения через клапан, нормально закрытый при давлении в теплообменнике, равном или более атмосферного.

Существенно новыми, по мнению автора, в заявляемой совокупности признаков являются:

- установка на входе в проточный теплообменник входного клапана для периодической подачи газового теплоносителя;

- установка на выходе теплоносителя выходного клапана, нормально закрытого при давлении в теплообменнике, равном или меньше атмосферного;

- установка в рабочем патрубке на входе в камеру охлаждения входного клапана, нормально закрытого при давлении в камере, равном или более атмосферного;

- установка в камере охлаждения выходного клапана, нормально закрытого при давлении в камере, равном или менее атмосферного;

- соединение полости теплообменника с рабочим патрубком камеры охлаждения через клапан, нормально закрытый при давлении в теплообменнике, равном или более атмосферного.

По мнению автора, несмотря на известность клапанов и различного рода теплообменных устройств, в предложенном энергетическом устройстве удалось так организовать теплообменные процессы, что, например, по сравнению с общеизвестными вакуумными установками предложенное устройство проще и имеет, несомненно, повышенную живучесть в связи с отсутствием массивных подвижных частей, что позволяет говорить о существенности новых элементов в заявляемой совокупности признаков.

Устройство изображено на прилагаемом чертеже.

Устройство содержит проточный теплообменник 1, на входе в который установлен клапан 2 для обеспечения периодической подачи газового теплоносителя от источника 3 к проточному теплообменнику 1.

На выходе из теплообменника установлен клапан 4, нормально закрытый при давлении в теплообменнике, равном или меньше атмосферного.

Теплообменник 1 размещен внутри тоже проточной для атмосферного воздуха камеры охлаждения 5, на входе которой в рабочем патрубке 6 установлен входной клапан 7, нормально закрытый при давлении в камере охлаждения, равном или более атмосферного.

Камера охлаждения 5 сообщена с атмосферой через выходной клапан 8, нормально закрытый при давлении в камере охлаждения, равном или менее атмосферного.

Кроме того, полость теплообменника 1 соединена с рабочим патрубком 6 камеры охлаждения 5 через клапан 9, нормально закрытый при давлении в теплообменнике, равном или более атмосферного.

Клапаны устройства - стандартные, электрические или пневматические. Материал теплообменника и камеры охлаждения - также из стандартных соответственно легированных, мембранных и конструкционных сталей.

Устройство, задающее ритм прерывания подачи газа - теплоносителя, может быть реализовано на основе релейной схемы управления.

Работа устройства заключается в следующем.

При срабатывании клапана 2 порция горячего газа под давлением из источника 3 впрыскивается в полость теплообменника 1, где расширяется и вытесняет через клапан 4 охлажденный газ от предыдущего цикла.

При этом поступивший газ нагревает трубку теплообменника 1, в результате чего нагревается воздух в камере охлаждения 5, который находится вблизи трубок теплообменника 1.

В результате чего в камере охлаждения 5 повышается давление, и часть холодного воздуха вытесняется через клапан 8 в атмосферу.

Как только давление газа в теплообменнике 1 становится равным атмосферному, клапан 4 закрывается.

В это же время поступивший газ, нагревая теплообменник 1 и, соответственно, воздух в камере охлаждения 5, сам охлаждается, что приводит к разрежению внутри теплообменника 1, в результате чего открывается клапан 9 между полостью теплообменника 1 и рабочим патрубком 6 камеры охлаждения 5 и холодный воздух начинает заполнять образовавшийся вакуум, при этом охлаждая стенки трубок теплообменника 1.

В результате чего часть воздуха в камере охлаждения 5, которая находится рядом с нагретыми трубками теплообменника 1, продолжает нагреваться, а часть воздуха, взаимодействующая с охлажденными трубками теплообменника 1, начинает охлаждаться.

В момент, когда скорость охлаждения становится больше скорости нагревания, в камере охлаждения начинает падать давление и клапан 8 закрывается, а клапан 7 открывается и в камеру 5 начинает поступать (засасываться) холодный атмосферный воздух из рабочего патрубка 6, что является очередным рабочим ходом работы вакуумного устройства (насоса).

Далее цикл повторяется.

В настоящее время автором проводятся работы по изготовлению опытного образца устройства с последующей реализацией в одном из бытовых изделий.

Установка для преобразования энергии нагретого газа в вакуум, содержащая источник газового теплоносителя, соединенный с проточным теплообменником, размещенным в камере охлаждения, сообщающейся с атмосферой через рабочий патрубок, отличающаяся тем, что в ней на входе в теплообменник установлен входной клапан для периодической подачи нагретого газа, а на выходе - выходной клапан, нормально закрытый при давлении газа в теплообменнике, равном или меньше атмосферного, в рабочем патрубке камеры охлаждения установлен входной клапан, нормально закрытый при давлении в камере, равном или более атмосферного, а сама камера соединена с атмосферой через выходной клапан, нормально закрытый при давлении в камере, равном или менее атмосферного, кроме того, полость теплообменника соединена с рабочим патрубком камеры охлаждения через клапан, нормально закрытый при давлении в теплообменнике, равном или более атмосферного.