вихревой энергоразделяющий насос

Формула изобретения

Вихревой энергоразделяющий насос, содержащий камеру завихрения с тангенциальным сопловым входом, с одной стороны которой в центре расположена камера смешения и диффузор, напротив камеры смешения находится первая центральная труба, отличающийся тем, что в него дополнительно введена вторая центральная труба, расположенная внутри первой центральной трубы, соединенная с вихревой трубой, имеющей рубашку охлаждения, через дросселирующее устройство, а на другом конце вихревой трубы расположена диафрагма с центральным отверстием и второй тангенциальный сопловой вход.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплотехнике и может найти широкое применение в энергетических установках для производства механической (электрической) энергии, в холодильной технике и в производстве сжиженных газов.

Известно устройство "Вихревой холодильник" ["Характеристика и расчет вихревого холодильника", журнал "Холодильная техника", 1958 г., №3, Меркулов А.П.], содержащее холодильную камеру, теплообменник (экономайзер), регулирующий кран, эжектор, вихревую трубу, представляющую собой трубу, с одного конца которой установлено тангенциальное сопло, конец трубы у соплового входа закрыт и имеет центральное отверстие, на противоположном конце трубы установлена диафрагма.

Недостатками вышеуказанного вихревого холодильника является большой расход сжатого воздуха, низкий КПД, необходимость наличия осушителя воздуха, что делает устройство громоздким и дорогим.

Известен вихревой вакуум-насос, являющийся прототипом предлагаемого изобретения ["Вихревой вакуум-насос", Дубинский М.Г., Копелев С.З., Мацук А.Д., Известия АН СССР. ОТН, 1956, №3], включающий камеру завихрения с тангенциальным сопловым входом, в центре которой расположена центральная труба, с противоположной стороны установлен диффузор с выходной улиткой.

Недостатком известного вихревого вакуум-насоса является большой расход сжатого воздуха.

Задачей изобретения является упрощение и удешевление конструкции установок по сжижению газов, а также получение механической (электрической) энергии из энергии теплового движения молекул воздуха.

Поставленная задача решается с помощью вихревого энергоразделяющего насоса, содержащего камеру завихрения с тангенциальным сопловым входом, с одной стороны которой, в центре, расположены камера смешения и диффузор, напротив камеры смешения находится первая центральная труба, а внутри нее вторая центральная труба, вторая центральная труба соединена с вихревой трубой, имеющей рубашку охлаждения, через дросселирующее устройство, а на другом конце вихревой трубы расположены диафрагма с центральным отверстием и второй тангенциальный сопловой вход.

Проведенный поиск среди средств того же назначения, что и заявляемое, не выявил наличия тождественных технических решений в отношении всей совокупности существенных признаков предлагаемого изобретения. Это позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".

Анализ уровня техники позволил установить, что присущие предлагаемому изобретению отличительные признаки, такие как введение второй центральной трубы в первую центральную трубу и соединение ее с вихревой трубой, имеющей рубашку охлаждения через дросселирующее устройство, расположение диафрагмы с центральным отверстием и второго тангенциального соплового входа на другом конце вихревой трубы, не известны, как влияющие на технический результат, заключающийся в упрощении и удешевлении конструкции установок по сжижению газов, а также обеспечении получения механической (электрической) энергии из энергии теплового движения молекул воздуха. Вышеизложенное позволило сделать положительный вывод о соответствии его критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена схема вихревого энергоразделяющего насоса, на фиг.2 представлена схема включения вихревого энергоразделяющего насоса в качестве составной части силовой энергетической установки, где камера завихрения 1 с тангенциальным сопловым входом 2, с одной стороны которой, в центре, расположены камера смешения 3, диффузор 4, напротив камеры смешения 3 находится первая центральная труба 5, внутри нее расположена вторая центральная труба 6, соединенная с вихревой трубой 7, имеющей рубашку охлаждения 8, через дросселирующее устройство 9, а на другом конце вихревой трубы 7 расположены диафрагма 10 с центральным отверстием 11 и второй тангенциальный сопловой вход 12, который трубопроводом 13 через теплообменник (экономайзер) 14 соединен с выходом турбины 15, вход которой трубопроводом 16 соединен с улиточным выходом 17 диффузора 4, тангенциальный сопловой вход 2 трубопроводом 18 соединен со вторым теплообменником 19, который трубопроводом 20 соединен с рубашкой охлаждения 8, которая трубопроводом 21 соединена с межтрубным пространством теплообменника (экономайзера) 14 и через питающий насос 22 трубопроводом 23 - с резервуаром сжиженного газа 24, а резервуар сжиженного газа 24 трубопроводом 25 через дренажный насос 26 соединен с отделителем конденсата 27, который трубопроводом 28 соединен с центральным отверстием 11 диафрагмы 10 и трубопроводом 29 через кран 30 соединен с центральной трубой 5.

Рассмотрим работу вихревого энергоразделяющего насоса в качестве составной части силовой энергетической установки, рабочим телом которой является гелий. Жидкий гелий из резервуара сжиженного газа 24 по трубопроводу 23 питающим насосом 22 подается в межтрубное пространство теплообменника (экономайзера) 14, где отбирает часть тепловой энергии у гелия, выходящего по трубопроводу 13 из турбины 15, затем по трубопроводу 21 поступает в рубашку охлаждения 8 вихревой трубы 7 и, испаряясь, охлаждает ее, далее проходит по трубопроводу 20 во второй теплообменник 19, там принимает тепловую энергию воздуха, нагреваясь до температуры окружающей среды. Из второго теплообменника 19 по трубопроводу 18 через тангенциальный сопловой вход 2 гелий поступает в камеру завихрения 1, где интенсивно закручиваясь и переходя на меньший радиус камеры смешения 3, увеличивает свою угловую скорость, теряет давление, создает в центре камеры смешения 3, а следовательно, и в центральных трубах 5 и 6 вакуум. В камере смешения 3 рабочий газ смешивается с откачиваемым из центральных труб 5 и 6, выполняющих функцию эжектора, сжимает его, и, повышая давление в диффузоре 4 и улиточном выходе 17, по трубопроводу 16 поступает в турбину 15, в которой в процессе расширения совершает работу. Давление и температура гелия понижаются. Из турбины 15 гелий по трубопроводу 13 через теплообменник (экономайзер) 14 поступает на второй тангенциальный сопловой вход 12. Из второго тангенциального соплового входа 12, адиабатно расширяясь в вихревую трубу 7 и вращаясь около ее стенок, охлаждаемых рубашкой охлаждения 8, часть гелия конденсируется и уходит (с холодным потоком) через центральное отверстие 11 диафрагмы 10 по трубопроводу 28 в отделитель конденсата 27. В отделителе конденсата 27 через трубопровод 29, кран 30 и первую центральную трубу 5 поддерживается необходимая степень понижения давления для получения эффекта охлаждения и удаления прошедшего с конденсатом несконденсировавшегося гелия. Конденсат откачивается по трубопроводу 25 дренажным насосом 26 в резервуар сжиженного газа 24. Несконденсировавшийся гелий (горячий поток) через дросселирующее устройство 9 из вихревой трубы 7 поступает во вторую центральную трубу 6, а из нее откачивается рабочим газом на турбину 15. Соотношение масс горячего и холодного потоков регулируется дросселирующим устройством 9 и краном 30.

Таким образом, предлагаемая конструкция вихревого энергоразделяющего насоса позволяет получать механическую (электрическую) энергию из энергии теплового движения молекул воздуха и может быть промышленно применима в установках по сжижению газов и в холодильной технике.