RU2184269C1 - Heat utilization compressor - Google Patents
Heat utilization compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2184269C1 RU2184269C1 RU2001103194A RU2001103194A RU2184269C1 RU 2184269 C1 RU2184269 C1 RU 2184269C1 RU 2001103194 A RU2001103194 A RU 2001103194A RU 2001103194 A RU2001103194 A RU 2001103194A RU 2184269 C1 RU2184269 C1 RU 2184269C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- contact
- group
- heat exchanger
- cooler
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано как источник сжатого газа. The invention relates to compressor engineering and can be used as a source of compressed gas.
Известен термический насос [1], содержащий систему специально расположенных трубок, заполненных нагнетаемой жидкостью, впускной и выпускной клапаны и вспомогательное оборудование. Known thermal pump [1], containing a system of specially located tubes filled with pumped fluid, inlet and outlet valves and accessories.
Недостатком известного устройства является то, что, оно предназначено только для перекачивания жидкостей и не может быть применено для сжатия и нагнетания газов. A disadvantage of the known device is that it is intended only for pumping liquids and cannot be used for compression and injection of gases.
Известно устройство для создания сверхвысоких давлений [2], содержащее герметичную емкость с впускным и выпускным клапанами, внутри которой расположен нагреватель. A device for creating ultra-high pressures [2], containing a sealed container with inlet and outlet valves, inside which is located a heater.
Недостатком известного устройства являются его низкий КПД и очень большое время периода цикла. A disadvantage of the known device is its low efficiency and a very long cycle time.
Известен многоступенчатый термокомпрессор [3], содержащий расположенные через общие теплоизоляционные стенки с отсечными клапанами компрессионные камеры в виде пакета торообразных полостей, коллекторы теплоносителя и хладагента и теплоподводящие и теплоотводящие поршни из теплопроводного материала. A multi-stage thermocompressor [3] is known, comprising compression chambers located through common heat-insulating walls with shut-off valves in the form of a package of toroidal cavities, heat-transfer agent and refrigerant collectors, and heat-transferring and heat-removing pistons from heat-conducting material.
Недостатком известного термокомпрессора являются его низкий КПД и большое время длительности одного цикла. A disadvantage of the known thermocompressor is its low efficiency and long time duration of one cycle.
Известен термокомпрессор [4] , содержащий компрессионную камеру, на торцах которой расположены коллекторы /теплообменники/ теплоносителя и хладагента, помещенный в камеру регенератор, снабженный пористыми насадками и штоком осевого перемещения, трубопровод с отсечными (обратными) клапанами, причем насадки размещены на торцах регенератора и его шток соединен с механическим приводом через двухсторонний пружинный компенсатор осевого движения. Known thermocompressor [4], containing a compression chamber, at the ends of which are collectors / heat exchangers / coolant and refrigerant, a regenerator placed in the chamber, equipped with porous nozzles and an axial displacement rod, a pipeline with shut-off (non-return) valves, and the nozzles are placed on the ends of the regenerator and its rod is connected to a mechanical drive through a double-sided spring compensator of axial movement.
Недостатками известного термокомпрессора являются:
- наличие уплотнительного узла штока, что приведет особенно при высоких рабочих давлениях к утечкам газа и затратам энергии на преодоление сил трения в уплотнительном узле;
- удары насадок при работе термокомпрессора, которые снижают надежность устройства в целом;
- недостаточная поверхность теплообмена торцевых стенок корпуса для передачи необходимого количества тепла, что приводит к увеличению температурного перепада между соответственно теплоносителем и рабочим телом в горячей полости и хладагентом (средой для отвода тепла) и рабочим телом в холодной полости, а это, в свою очередь, ведет к большей необратимости процессов теплообмена и снижению КПД.The disadvantages of the known thermocompressor are:
- the presence of a stem sealing assembly, which will lead, especially at high operating pressures, to gas leaks and energy consumption for overcoming the friction forces in the sealing assembly;
- shock nozzles during operation of the thermocompressor, which reduce the reliability of the device as a whole;
- insufficient heat exchange surface of the end walls of the housing to transfer the necessary amount of heat, which leads to an increase in the temperature difference between the coolant and the working fluid in the hot cavity, respectively, and the refrigerant (heat removal medium) and the working fluid in the cold cavity, and this, in turn, leads to greater irreversibility of heat transfer processes and lower efficiency.
Известна установка для кондиционирования воздуха [5], содержащая контур хладагента с компрессором и теплообменниками, внешние вентиляторы, служащие для обдува воздухом теплообменников. A known installation for air conditioning [5], containing a refrigerant circuit with a compressor and heat exchangers, external fans that serve to blow air heat exchangers.
В этом известном устройстве (как и в других) вентиляторы используются для обдува теплообменников и не используются для передвижения рабочей среды по замкнутому контуру с целью изменения давления в самом замкнутом контуре. In this known device (as in others), fans are used to blow heat exchangers and are not used to move the working medium in a closed loop in order to change the pressure in the closed loop itself.
Прототипом предлагаемого изобретения является теплоиспользующий компрессор [6] , содержащий последовательно соединенные между собой трубопроводами теплообменник-охладитель, регенератор, теплообменник-нагреватель и цилиндрическую емкость с впускным и выпускным клапанами и с системой перемещения газа, выполненной в виде расположенного в цилиндрической емкости сложного комбинированного вытеснителя с гидравлическим приводом. The prototype of the invention is a heat-utilizing compressor [6], comprising a heat exchanger-cooler, a regenerator, a heat exchanger-heater and a cylindrical tank with inlet and outlet valves and with a gas transfer system made in the form of a complex combined displacer with hydraulic drive.
Недостатками известного теплоиспользующего компрессора являются:
- наличие уплотнительного узла штока, что приведет особенно при высоких рабочих давлениях к утечкам газа и затратам энергии на преодоление сил трения в уплотнительном узле;
- затраты энергии на преодоление сил трения между вытеснителем и стенками цилиндра;
- наличие источника механической энергии, а также системы преобразования ее в возвратно-поступательное движение для привода штока вытеснителя, что в свою очередь значительно усложняет конструкцию теплоиспользующего компрессора, особенно многоступенчатого.The disadvantages of the known heat-using compressor are:
- the presence of a stem sealing assembly, which will lead, especially at high operating pressures, to gas leaks and energy consumption for overcoming the friction forces in the sealing assembly;
- energy costs to overcome the friction between the displacer and the walls of the cylinder;
- the presence of a source of mechanical energy, as well as a system for converting it into reciprocating motion to drive the displacer rod, which in turn greatly complicates the design of a heat-using compressor, especially a multi-stage one.
Все эти недостатки снижают эффективность системы в целом, в том числе ее надежность, ресурс работы и экономичность. All these shortcomings reduce the efficiency of the system as a whole, including its reliability, service life and profitability.
Указанные недостатки ставят задачу повышения эффективности теплоиспользующего компрессора, а именно упрощение конструкции, повышение ее надежности, ресурса работы и экономичности. These shortcomings set the task of increasing the efficiency of the heat-utilizing compressor, namely, simplifying the design, increasing its reliability, service life and economy.
Указанная задача достигается тем, что в теплоиспользующем компрессоре, содержащем последовательно соединенные между собой трубопроводами теплообменник-охладитель, регенератор, теплообменник-нагреватель и цилиндрическую емкость с впускным и выпускным самодействующими клапанами и с системой перемещения газа, система перемещения газа выполнена в виде герметичного реверсивного двигателя-вентилятора, установленного на трубопроводе между емкостью и теплообменником- охладителем, внутренние поверхности (полости) емкости и соединительных трубопроводов покрыты слоем теплоизоляции, впускной и выпускной самодействующие клапаны подсоединены к трубопроводу, соединяющему реверсивный двигатель-вентилятор и теплообменник-охладитель. This task is achieved by the fact that in a heat-utilizing compressor containing a heat exchanger-cooler, a regenerator, a heat exchanger-heater and a cylindrical tank with inlet and outlet self-acting valves and with a gas transfer system, the gas transfer system is made in the form of a sealed reversible engine - a fan installed on the pipeline between the tank and the heat exchanger-cooler, the inner surfaces (cavities) of the tank and connecting x pipelines are covered with a layer of thermal insulation, self-acting inlet and outlet valves are connected to the pipeline connecting the reversible motor-fan and heat exchanger-cooler.
Теплоиспользующий компрессор может быть выполнен многоступенчатым, при этом его емкости выполнены в виде расположенных друг в друге соосных труб с заглушками, внутренние поверхности (полости) емкостей и соединительных трубопроводов покрыты слоем теплоизоляции, теплообменники-охладители и теплообменники-нагреватели каждой ступени объединены соответственно в пакеты с общим подводом и отводом тепла, а трубопроводы, соединяющие реверсивные двигатели-вентиляторы с теплообменниками-охладителями, соединены между собой межступенчатыми самодействующими обратными клапанами, при этом входной самодействующий клапан подсоединен к трубопроводу первой ступени, а выходной самодействующий клапан подсоединен к последней ступени. The heat-consuming compressor can be multistage, while its containers are made in the form of coaxial pipes located in each other with plugs, the inner surfaces (cavities) of the tanks and connecting pipelines are covered with a layer of thermal insulation, heat exchangers-coolers and heat exchangers-heaters of each stage are combined into packages with general supply and removal of heat, and pipelines connecting reversible motors-fans with heat exchangers-coolers are interconnected interstage with interacting check valves, the inlet valve is connected to the automatic line of the first stage, and the output of automatic valve is connected to the last stage.
В многоступенчатом теплоиспользующем компрессоре емкости могут быть выполнены в виде совмещенных друг в друге сфер с индивидуальными входами и выходами. In a multi-stage heat-utilizing compressor, containers can be made in the form of spheres combined with each other with individual inputs and outputs.
Реверсивные двигатели-вентиляторы теплоиспользующего компрессора снабжены системой управления, состоящей из источника электрического тока, электромагнитного реле с четырьмя группами переключающих контактов, резистора и установленного в одной из емкостей датчика, представляющего собой установленный между двумя неподвижными контактами на биметаллической пластине подвижный контакт, причем один полюс источника электрического тока соединен с одним контактом обмотки электромагнитного реле, с нормально разомкнутым контактом второй группы и с управляемым контактом четвертой группы, другой полюс источника электрического тока соединен с подвижным контактом температурного датчика, установленным на биметаллической пластине, и с управляемыми контактами первой и третьей групп, контакт температурного датчика, которого касается его подвижный контакт при нагреве, соединен через резистор с управляемым контактом второй группы, а контакт температурного датчика, которого касается его подвижной контакт при охлаждении, соединен с другим контактом обмотки электромагнитного реле и с нормально разомкнутым контактом первой группы, один полюс реверсивного двигателя-вентилятора подсоединен к нормально замкнутому контакту четвертой группы и нормально разомкнутому контакту третьей группы, а другой полюс подсоединен к нормально замкнутому контакту третьей группы и нормально разомкнутые контакту четвертой группы. The reversible motor-fans of the heat-utilizing compressor are equipped with a control system consisting of an electric current source, an electromagnetic relay with four groups of switching contacts, a resistor and a sensor installed in one of the capacitors, which is a movable contact installed between two fixed contacts on a bimetallic plate, with one source pole electric current is connected to one contact of the coil of the electromagnetic relay, with a normally open contact of the second gr uppy and with a controlled contact of the fourth group, the other pole of the electric current source is connected to a movable contact of the temperature sensor mounted on a bimetallic plate, and to the controlled contacts of the first and third groups, the contact of the temperature sensor, which touches its movable contact when heated, is connected through a resistor to controlled contact of the second group, and the contact of the temperature sensor, which touches its movable contact during cooling, is connected to another contact of the coil of the electromagnetic relay e and with a normally open contact of the first group, one pole of the reversing motor-fan is connected to the normally closed contact of the fourth group and the normally open contact of the third group, and the other pole is connected to the normally closed contact of the third group and normally open to the contact of the fourth group.
В многоступенчатом теплоиспользующем компрессоре реверсивные двигатели-вентиляторы последующих ступеней параллельно соединены своими разными полюсами (одинаковыми полюсами попарно через ступень), один контакт параллельного соединения реверсивных двигателей-вентиляторов подсоединен к нормально замкнутому контакту четвертой группы и нормально разомкнутому контакту третьей группы, а другой контакт подсоединен к нормально замкнутому контакту третьей группы и нормально разомкнутому контакту четвертой группы. In a multi-stage heat-utilizing compressor, reversible motors-fans of the next stages are connected in parallel by their different poles (identical poles in pairs through a step), one contact of the parallel connection of reversible motors-fans is connected to a normally closed contact of the fourth group and a normally open contact of the third group, and another contact is connected to normally closed contact of the third group and normally open contact of the fourth group.
Источник электрического тока теплоиспользующего компрессора выполнен в виде термоэлектрической батареи, имеющей тепловой контакт с теплообменником-охладителем и теплообменником-нагревателем. The electric current source of the heat-utilizing compressor is made in the form of a thermoelectric battery having thermal contact with a heat exchanger-cooler and a heat exchanger-heater.
Выполнение системы перемещения газа в виде герметичного реверсивного двигателя-вентилятора необходимо для исключения утечек компремируемого газа и снижения потерь на трение. Так как система перемещения компремируемой среды (газа) расположена в замкнутом контуре теплоиспользующего компрессора, то полностью исключены утечки компремируемого газа, а также значительно уменьшены (сведены к минимуму) потери на трение между элементами конструкции (трение будет только в подшипниках двигателя), а следовательно, повысится в целом эффективность, в частности надежность и ресурс работы. Как известно, ресурс работы (без обслуживания) двигателей-вентиляторов составляет несколько лет. The implementation of the gas movement system in the form of a sealed reversible motor-fan is necessary to eliminate leaks of compressed gas and reduce friction losses. Since the system of moving the compressed medium (gas) is located in a closed loop of the heat-using compressor, leakage of the compressed gas is completely eliminated, and friction losses between structural elements are significantly reduced (minimized) (friction will only be in the engine bearings), and therefore overall efficiency will increase, in particular reliability and service life. As you know, the service life (without maintenance) of fan motors is several years.
Размещение герметичного реверсивного двигателя-вентилятора на трубопроводе между емкостью и теплообменником-охладителем необходимо для создания его нормального температурного режима работы (температура газа в этом месте будет близка к температуре хладагента). Placing a sealed reversible engine-fan in the pipeline between the tank and the heat exchanger-cooler is necessary to create its normal operating temperature (the gas temperature at this point will be close to the temperature of the refrigerant).
Покрытие внутренних поверхностей (полостей) емкости и соединительных трубопроводов слоем теплоизоляции необходимо для уменьшения потерь тепла в окружающую среду, а также для уменьшения их тепловой инерционности (как известно из работы теплоиспользующего компрессора - его рабочая среда поочередно нагревается и охлаждается, поэтому теплоизоляция необходима для исключения (уменьшения) периодического нагрева и охлаждения элементов конструкции). Выполнение на внутренних поверхностях (стенках) емкостей и соединительных трубопроводов слоя теплоизоляции необходимо также и для снижения потерь тепла теплопроводностью по элементам конструкции теплоиспользующего компрессора. Coating the internal surfaces (cavities) of the tank and connecting pipelines with a layer of thermal insulation is necessary to reduce heat loss to the environment, as well as to reduce their thermal inertia (as is known from the work of a heat-using compressor, its working medium is heated and cooled alternately, therefore, thermal insulation is necessary to exclude ( reduction) of periodic heating and cooling of structural elements). The implementation on the inner surfaces (walls) of tanks and connecting pipelines of the insulation layer is also necessary to reduce heat loss by thermal conductivity of the structural elements of the heat-using compressor.
Подсоединение впускного и выпускного самодействующих клапанов к трубопроводу, соединяющему реверсивный двигатель-вентилятор и теплообменник-охладитель, необходимо для всасывания и нагнетания газа с температурой, близкой к температуре теплообменника-холодильника (обычно равной температуре окружающей среды), что обычно необходимо для потребителя, а также для межступенчатого охлаждения перекачиваемого компремируемого газа. При этом облегчается температурный режим работы клапанов. The connection of the inlet and outlet self-acting valves to the pipeline connecting the reversible engine-fan and heat exchanger-cooler is necessary for suction and discharge of gas with a temperature close to the temperature of the heat exchanger-cooler (usually equal to the ambient temperature), which is usually necessary for the consumer, as well as for interstage cooling of the pumped compressed gas. This facilitates the temperature regime of the valves.
Выполнение теплоиспользующего компрессора многоступенчатым, так, что "его емкости выполнены в виде расположенных друг в друге соосных труб с заглушками, теплообменники-охладители и теплообменники-нагреватели каждой ступени объединены соответственно в пакеты с общим подводом и отводом тепла, а трубопроводы, соединяющие реверсивные двигатели-вентиляторы с теплообменниками-охладителями, соединены между собой межступенчатыми самодействующими обратными клапанами, при этом входной самодействующий клапан подсоединен к трубопроводу первой ступени, а выходной самодействующий клапан подсоединен к последней ступени" необходимо для повышения степени сжатия (конечной степени сжатия и нагнетания) при сохранении компактности его конструкции. The implementation of the heat-utilizing compressor is multi-stage, so that its containers are made in the form of coaxial pipes located in each other with plugs, heat exchangers-coolers and heat exchangers-heaters of each stage are combined into packages with a common supply and removal of heat, and pipelines connecting reversible motors fans with heat exchangers-coolers, interconnected by interstage self-acting check valves, while the inlet self-acting valve is connected to the pipeline first stage, and the output self-acting valve connected to the last stage "is necessary to increase the degree of compression (final degree of compression and discharge) while maintaining the compactness of its design.
Выполнение емкостей в виде расположенных друг в друге соосных труб с заглушками необходимо для снижения напряжения в емкостях ступеней от внутреннего избыточного давления, а также повышения компактности. Так, на центральную емкость (последняя ступень) будет действовать ее внутреннее давление и его будет частично уравновешивать давление предыдущей ступени и т.д., что в свою очередь позволяет снизить массовые характеристики емкостей, кроме того, повышается компактность и уменьшаются габаритные размеры многоступенчатого теплового компрессора. Наряду с этим цилиндрические емкости оказывают малое гидравлическое сопротивление движущемуся по ним газу. The execution of containers in the form of coaxial pipes located in each other with plugs is necessary to reduce the voltage in the capacities of the steps from internal overpressure, as well as increase compactness. So, the central container (the last stage) will be affected by its internal pressure and it will partially balance the pressure of the previous stage, etc., which in turn will reduce the mass characteristics of the containers, in addition, compactness and overall dimensions of the multi-stage heat compressor will decrease. . Along with this, cylindrical tanks provide low hydraulic resistance to the gas moving along them.
Объединение (совмещение) соответственно теплообменников-охладителей и теплообменников-нагревателей каждой ступени в пакеты с общим подводом и отводом тепла необходимо для повышения компактности, уменьшения потерь тепла в окружающую среду (по сравнению с множеством отдельных теплообменников). Combining (combining), respectively, heat exchangers-coolers and heat exchangers-heaters of each stage in packages with a common supply and removal of heat is necessary to increase compactness, reduce heat loss to the environment (compared to many separate heat exchangers).
Выполнение емкостей многоступенчатого теплоиспользующего компрессора в виде совмещенных друг в друге сфер с индивидуальными входами и выходами необходимо для максимального снижения массогабаритных характеристик и максимального увеличения компактности. The implementation of the capacities of a multistage heat-utilizing compressor in the form of spheres combined in each other with individual inputs and outputs is necessary to minimize weight and size characteristics and maximize compactness.
Выполнение системы управления реверсивных двигателей-вентиляторов теплоиспользующего компрессора в виде электромагнитного реле с четырьмя группами переключающих контактов, резистора и установленного в одной из емкостей датчика, представляющего собой установленный между двумя неподвижными контактами на биметаллической пластине подвижный контакт, причем один полюс источника электрического тока соединен с одним контактом обмотки электромагнитного реле, с нормально разомкнутым контактом второй группы и с управляемым контактом четвертой группы, другой полюс источника электрического тока соединен с подвижным контактом температурного датчика, установленным на биметаллической пластине, и с управляемыми контактами первой и третьей групп, контакт температурного датчика, которого касается его подвижный контакт при нагреве, соединен через резистор с управляемым контактом второй группы, а контакт температурного датчика, которого касается его подвижной контакт при охлаждении, соединен с другим контактом обмотки электромагнитного реле и с нормально разомкнутым контактом первой группы, один полюс реверсивного двигателя-вентилятора подсоединен к нормально замкнутому контакту четвертой группы и нормально разомкнутому контакту третьей группы, а другой полюс подсоединен к нормально замкнутому контакту третьей группы и нормально разомкнутому контакту четвертой группы, необходимо для автономной работы теплоиспользующего компрессора, то есть самоуправляемой от температурного датчика, выполненного в виде биметаллической пластины. Режимы нагрева и охлаждения газа автономно переключаются в зависимости от температуры газа в одной полости теплоиспользующего компрессора, где установлен температурный датчик. Implementation of a control system for reversible motor-fans of a heat-using compressor in the form of an electromagnetic relay with four groups of switching contacts, a resistor and a sensor installed in one of the containers, which is a movable contact installed between two fixed contacts on a bimetallic plate, and one pole of the electric current source is connected to one contact of the coil of the electromagnetic relay, with a normally open contact of the second group and with a controlled contact group, the other pole of the electric current source is connected to a movable contact of the temperature sensor mounted on a bimetallic plate, and to the controlled contacts of the first and third groups, the contact of the temperature sensor, which touches its movable contact when heated, is connected through a resistor to the controlled contact of the second group, and the contact of the temperature sensor, which is affected by its movable contact during cooling, is connected to another contact of the coil of the electromagnetic relay and to a normally open contact Ohm of the first group, one pole of the reversible motor-fan is connected to the normally closed contact of the fourth group and the normally open contact of the third group, and the other pole is connected to the normally closed contact of the third group and the normally open contact of the fourth group, it is necessary for the autonomous operation of the heat-using compressor, i.e. self-controlled from a temperature sensor made in the form of a bimetallic plate. The heating and cooling modes of gas switch autonomously depending on the gas temperature in one cavity of the heat-utilizing compressor, where the temperature sensor is installed.
Подсоединение в многоступенчатом теплоиспользующем компрессоре реверсивных двигателей-вентиляторов теплоиспользующего компрессора в системе управления так, что реверсивные двигатели-вентиляторы последующих ступеней параллельно соединены своими разными полюсами (одинаковыми полюсами попарно через ступень), один контакт параллельного соединения реверсивных двигателей-вентиляторов подсоединен к нормально замкнутому контакту четвертой группы и нормально разомкнутому контакту третьей группы, а другой контакт подсоединен к нормально замкнутому контакту третьей группы и нормально разомкнутому контакту четвертой группы, необходимо для использования одной системы управления для управления всеми реверсивными двигателями-вентиляторами ступеней теплоиспользующего компрессора. Connection in a multi-stage heat-use compressor of reversible motors-fans of a heat-use compressor in the control system so that the reversible motors-fans of the next stages are connected in parallel by their different poles (identical poles in pairs through the stage), one parallel contact of the reversible motors-fans is connected to the normally closed contact of the fourth group and normally open contact of the third group, and the other contact is connected to the normal but the closed contact of the third group and the normally open contact of the fourth group, it is necessary to use one control system to control all reversible motor-fans of the stages of the heat-using compressor.
Выполнение источника электрического тока в виде термоэлектрической батареи, имеющей тепловой контакт с теплообменником-охладителем и теплообменником-нагревателем, необходимо для автономной работы теплоиспользующего компрессора, имеющего лишь один источник и один приемник тепла. The implementation of the electric current source in the form of a thermoelectric battery having thermal contact with a heat exchanger-cooler and heat exchanger-heater is necessary for the autonomous operation of a heat-using compressor having only one source and one heat receiver.
Введение совокупности указанных выше новых отличительных признаков (новых элементов и новых связей) обеспечивает достижение поставленной задачи: повышение эффективности теплоизолирующего компрессора. The introduction of the totality of the above new distinctive features (new elements and new connections) ensures the achievement of the task: increasing the efficiency of the heat-insulating compressor.
Выполнение теплоиспользующего компрессора в совокупности с вышеизложенными признаками (отличительными признаками формулы изобретения) является новым для теплоиспользующих компрессоров и, следовательно, соответствует критерию "новизна". The implementation of the heat-using compressor in combination with the above features (distinguishing features of the claims) is new for heat-using compressors and, therefore, meets the criterion of "novelty."
Вышеприведенная совокупность отличительных признаков не известна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных правил конструирования теплоиспользующих компрессоров и их вспомогательного оборудования, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень". The above set of distinctive features is not known at this level of technology and does not follow from well-known rules for the design of heat-using compressors and their auxiliary equipment, which proves compliance with the criterion of "inventive step".
Конструктивная реализация теплоиспользующего компрессора с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость". The constructive implementation of a heat-using compressor with the specified set of essential features does not present any structural, technical and technological difficulties, from which the criterion "industrial applicability" follows.
Таким образом, каждый из отличительных признаков и все они в совокупности направлены на достижение поставленной задачи - повышения эффективности теплоиспользующего компрессора. Thus, each of the distinguishing features and all of them together are aimed at achieving the task - to increase the efficiency of the heat-using compressor.
На фиг.1 представлена схема ступени теплоиспользующего компрессора. Figure 1 presents the stage diagram of the heat-using compressor.
На фиг.2 - схема трехступенчатого теплоиспользующего компрессора. Figure 2 - diagram of a three-stage heat-using compressor.
На фиг. 3 - возможная компоновка емкостей (компрессионных камер) в виде сферических оболочек с индивидуальными входами и выходами. In FIG. 3 - a possible layout of containers (compression chambers) in the form of spherical shells with individual inputs and outputs.
На фиг. 4 а) - принципиальная электрическая схема автономной системы привода и управления одноступенчатого теплоиспользующего компрессора, а на фиг.4 б) - многоступенчатого. In FIG. 4 a) is a circuit diagram of an autonomous drive and control system for a single-stage heat-using compressor, and in FIG. 4 b) is a multi-stage.
Теплоизолирующий компрессор состоит (см. фиг.1) из холодильника-охладителя 1, регенератора 2, теплообменника-нагревателя 3, емкости 4, реверсного двигателя-вентилятора 5 в герметическом корпусе, впускного 6 и выпускного 7 отсечных клапанов. The heat-insulating compressor consists (see Fig. 1) of a cooler-
Многоступенчатый теплоиспользующий компрессор состоит из (см. фиг.2) пакета холодильников-охладителей 1, регенераторов ступеней 2, пакета холодильников-нагревателей 3, емкостей 4, реверсивных двигателей-вентиляторов 5, заключенных в герметичные кожухи, впускного 6, межступенчатых 7 и выпускного 8 отсечных клапанов. The multi-stage heat-utilizing compressor consists of (see Fig. 2) a package of coolers-
Возможно выполнение емкостей 4 сферическими (см. фиг.3). It is possible to perform
На фиг. 4 представлена принципиальная схема (электрическая) автономной системы привода и управления, которая содержит термоэлектрический генератор (ТЭГ), к которому подводится тепло Q1 и отводится тепло Q2, электромагнитное реле ЭР с четырьмя группами переключающих контактов К1, К2, К3, К4, резистора и установленного в одной из емкостей температурного датчика (Тд), представляющего собой размещенный между двумя неподвижными "холодным" Х (нижний по фиг.4) и "горячим" Г (верхний по фиг.4) контактами, установленный на биметаллической пластине подвижный (центральный) Ц контакт, подключенный к одному полюсу ТЭГ и управляемым контактам групп К1 и К3, другой полюс ТЭГ подсоединен к управляемому контакту группы К4, нормально разомкнутому контакту группы К2 и к одному выходу катушки реле ЭР, другой выход которой подключен к нормально разомкнутому контакту группы К1 и центральному контакту температурного датчика, верхний контакт которого подсоединен через резистор R к управляемому контакту группы К2. In FIG. 4 is a schematic diagram (electrical) of an autonomous drive and control system, which contains a thermoelectric generator (TEG), to which heat Q1 is supplied and heat Q2 is removed, an electromagnetic relay ER with four groups of switching contacts K1, K2, K3, K4, a resistor and an installed in one of the containers of the temperature sensor (TD), which is located between two fixed "cold" X (lower in Fig.4) and "hot" G (upper in Fig.4) contacts mounted on a bimetal plate movable (center active) A contact connected to one pole of the TEG and controlled contacts of the groups K1 and K3, the other pole of the TEG is connected to the controlled contact of the group K4, the normally open contact of the group K2 and to one output of the relay coil of the ER, the other output of which is connected to the normally open contact of the group K1 and the central contact of the temperature sensor, the upper contact of which is connected through a resistor R to the controlled contact of group K2.
Для одноступенчатого теплоиспользующего компрессора (для простоты изображены двигатели-вентиляторы постоянного тока, см. фиг.4а) один полюс двигателя подключен к нормально замкнутому контакту группы К3 и нормально разомкнутому контакту группы К4, а другой полюс - к нормально разомкнутому контакту группы К3 и нормально замкнутому контакту группы К4. For a single-stage heat-consuming compressor (for simplicity, DC motor fans are shown, see figa), one pole of the motor is connected to a normally closed contact of group K3 and a normally open contact of group K4, and the other pole to a normally open contact of group K3 and normally closed contact group K4.
Для многоступенчатого теплоиспользующего компрессора двигатели-вентиляторы объединены по ступеням в две группы, подключение параллельно четных в одну, а нечетных в другую сторону по питающему напряжению. Группы двигателей-вентиляторов в свою очередь соединены параллельно, но с обратной полярностью и подсоединены к контактам ЭР так же, как и в одноступенчатом теплоиспользующем компрессоре. For a multi-stage heat-consuming compressor, the fan motors are combined in steps into two groups, the connection is parallel even in one, and odd in the other direction according to the supply voltage. The fan motor groups, in turn, are connected in parallel, but with reverse polarity and are connected to the ER contacts in the same way as in a single-stage heat-using compressor.
Работает предложенный теплоиспользующий компрессор следующим образом. Первоначально зададим условия: в теплообменнике-охладителе температура - Тх, в теплообменнике-нагревателе - Tг, в регенераторе - установившееся распределение температур, и все полости теплоиспользующего компрессора заполнены газом. При включении реверсивного двигателя-вентилятора 5, например, по часовой стрелке он перекачивает газ в одну сторону, например, через теплообменник-холодильник 1, регенератор 2, теплообменник-нагреватель 3 и емкость 4, из которой снова в теплообменник-холодильник 1. Газ, проходя через регенератор 2, нагревается и в дальнейшем подогревается в теплообменнике-нагревателе и попадает в емкость 4, из которой вентилятор 5 всасывает холодный компремируемый (сжимаемый) газ. Так будет до тех пор, пока нагреваясь и расширяясь (при этом растет давление газа и происходит его нагнетание потребителю или в следующую ступень) не достигнет максимальной температуры.The proposed heat-using compressor operates as follows. Initially, we set the conditions: in the heat exchanger-cooler, the temperature is T x , in the heat exchanger-heater is T g , in the regenerator is the steady-state temperature distribution, and all the cavities of the heat-using compressor are filled with gas. When the reversible engine-
Порция газа Δm будет нагнетаться через впускной отсечный клапан ступени при определенном давлении Pнаг = Pнач•πк, где Рнач - начальное давление газа; πк - степень повышения давления ступени, подается потребителю или в последующую ступень для ее дальнейшего сжатия.Portion Δm gas will be pumped through the inlet shutoff valve stage at a certain pressure P = P naked nach • π k, where P nach - initial gas pressure; π to - the degree of pressure increase of the stage, is supplied to the consumer or to the next stage for its further compression.
После этого двигатель-вентилятор 5 включается в обратную сторону, и газ идет в обратном направлении: от вентилятора 5 в емкость 4, из которой и теплообменник-нагреватель 3 далее в регенератор 2, в котором газ охлаждается и в дальнейшем подогревается в теплообменнике-охладителе 1. При этом газ будет охлаждаться, и его давление будет падать до тех пор, пока не станет меньше Рнач и не откроется впускной отсечный самодействующий клапан ступени и новая порция газа Δm не поступит на сжатие в ступень. После этого цикл повторяется.After that, the engine-
В многоступенчатом теплоиспользующем компрессоре двигатели-вентиляторы четных и нечетных ступеней работают в противофазе, т.е. когда в четных идет нагрев, то в нечетных - охлаждение и наоборот. In a multistage heat-consuming compressor, even-odd-stage fan motors operate in antiphase, i.e. when the even in heating, then in the odd - cooling and vice versa.
Автономная система управления работает следующим образом: первоначально (при запуске), например, газ находится в емкости, где установлен температурный датчик Тд холодный и его центральный контакт Ц замкнут на контакт X. При подаче в теплообменники соответственно теплоносителя и хладагента в ТЭГ начнет вырабатываться электрический ток, под действием которого срабатывает электромагнитное реле ЭР. При этом оно группой контактов К1 заблокирует себя и включит двигатель-вентилятор на нагрев газа (см. выше описание работы). При достижении газом температуры, близкой к температуре теплоносителя (максимальной температуре), биметаллический центральный Ц контакт Тд коснется контакта Г, в результате чего через резистор R и контакт К2 пройдет большой ток и оно отключится, одновременно разблокирует себя контактами К1 и заодно контактами К2 отключит шунтирующее сопротивление R и при этом контактами К3 и К4 изменит полярность включения реверсного двигателя-вентилятора, который начнет прогонять газ в обратную сторону - происходит охлаждение газа и его всасывание в ступень. При охлаждении газа в емкости 4 биметаллический контакт Тд выгнется в обратную сторону и коснется контакта Х и весь процесс повторится. Для остановки теплоиспользующего компрессора необходимо проверить подвод и отвод тепла, при этом ТЭГ перестанет выдавать электрический ток и реверсные двигатели-вентиляторы остановятся. Степень повышения давления в одной ступени определяется из уравнения: pV=RT, где р - давление; V - объем; R - универсальная газовая постоянная; Т - температура. An autonomous control system works as follows: initially (at start-up), for example, the gas is in a container where the temperature sensor TD is cold and its central contact C is closed to terminal X. When the heat carrier and refrigerant are respectively supplied to the heat exchangers, an electric current will be generated under the action of which the electromagnetic relay of the ER is triggered. At the same time, it will block itself with a group of contacts K1 and turn on the motor-fan to heat the gas (see the description of operation above). When the gas reaches a temperature close to the temperature of the coolant (maximum temperature), the bimetallic central C contact Td touches contact G, as a result of which a large current passes through the resistor R and contact K2 and it turns off, simultaneously unlocks itself with contacts K1 and simultaneously disconnects the bypass contacts K2 resistance R and at the same time contacts K3 and K4 will change the polarity of turning on the reverse motor-fan, which will start to drive gas in the opposite direction - gas is cooled and sucked in Hb. When the gas is cooled in the
Откуда
где Рконечное (Ркон) - конечное давление (максимальное);
Рначальное (Рнач) - начальное давление (входа в ступень),
Tг - температура источника тепла (горячая);
Тх - температура хладагента или окружающей среды (холодная).Where from
where P final (P con ) - final pressure (maximum);
P initial (P beginning ) - initial pressure (entry into the stage),
T g - temperature of the heat source (hot);
T x - the temperature of the refrigerant or the environment (cold).
Максимальная степень повышения давления будет:
.Maximum degree of pressure increase will be:
.
Но при где Δm - порция перекачиваемого газа и, наоборот, при Δm _→ Δmmax πк_→ 1.
Поэтому при реальной работе теплоиспользующего компрессора
Если обозначить степень повышения давления многоступенчатого компрессора, содержащего N ступеней, через X, то будем иметь:
X = π
где πк - степень повышения давления в одной ступени многоступенчатого теплоиспользующего компрессора.But with where Δm is the portion of the pumped gas and, conversely, when Δm _ → Δm max π to _ → 1.
Therefore, in the actual operation of the heat-consuming compressor
If we denote the degree of pressure increase of a multistage compressor containing N stages, through X, then we will have:
X = π
where π to - the degree of pressure increase in one stage of a multistage heat-using compressor.
При заданной степени повышения давления в одной ступени πк можно найти соотношение объемов всех ступеней.For a given degree of pressure increase in one stage π k, one can find the ratio of the volumes of all stages.
При T = const
где Рнагн - давление нагнетания ступени;
Рначал - начальное давление (давление, при котором газ поступает в ступень);
V1, V2, V3, . . .,VN - объемы соответственно 1-ой, 2-ой, 3-й,..., N-ой ступеней.At T = const
where R nag - pressure discharge stage;
P started - initial pressure (pressure at which gas enters the stage);
V 1 , V 2 , V 3 ,. . ., V N - volumes of the 1st, 2nd, 3rd, ..., Nth stages, respectively.
А так как
Для нахождения объема первой ступени составляется система уравнений нагрева газа в замкнутом объеме:
Рначал•V1=m1•R•Tx;
Pнагн•V1 = (m1-Δm)•R•Tг,
где m1 - масса газа в первой ступени;
Δm - необходимая порция перекачиваемого газа.And since
To find the volume of the first stage, a system of equations for heating gas in a closed volume is compiled:
P onset • V 1 = m 1 • R • T x ;
P load • V 1 = (m 1 -Δm) • R • T g ,
where m 1 is the mass of gas in the first stage;
Δm is the required portion of the pumped gas.
Из системы уравнений следует:
;
и далее
.From the system of equations follows:
;
and further
.
Откуда
Зная объем V1, πк и конечную степень повышения давления X, можно найти число ступеней.Where from
Knowing the volume V 1 , π k and the final degree of pressure increase X, one can find the number of steps.
Таким образом, рассчитывается конструкция теплоиспользующего компрессора. Thus, the design of the heat-utilizing compressor is calculated.
N округляют до целого числа. N is rounded to the nearest integer.
где Тx и Тг задаются по требуемым условиям.
Where T x and T g are set according to the required conditions.
Тепловой расчет и расчет на эффективность рассчитываются по известным методикам с учетом регенерации и выбранных конструктивных параметров теплоиспользующего компрессора. The thermal calculation and the calculation of efficiency are calculated according to known methods, taking into account the regeneration and the selected design parameters of the heat-using compressor.
Технико-экономическое обоснование и преимущество предложенного устройства следующие: поскольку предлагаемое устройство обладает минимальными потерями на трение (только в подшипниковых узлах двигателя-вентилятора), то значительно повышены его надежность и ресурс работы, сохраняя при этом эффективность регенеративных тепловых компрессоров с вынужденным перемещением рабочей среды. В виду того что предложенный теплоиспользующий компрессор полностью герметичен, это дает возможность его применения в различных закрытых, загазированных системах, а также и в безвоздушном пространстве. The feasibility study and the advantage of the proposed device are as follows: since the proposed device has minimal friction losses (only in the bearing assemblies of the fan motor), its reliability and service life are significantly increased, while maintaining the efficiency of regenerative thermal compressors with forced movement of the working medium. In view of the fact that the proposed heat-utilizing compressor is completely hermetic, this makes it possible to use it in various closed, gassed systems, as well as in an airless space.
Предложенное устройство обладает очень большой экономичностью в связи с тем, что можно использовать бросовое тепло или вторичные тепловые ресурсы, при этом для привода реверсивных двигателей-вентиляторов необходима небольшая мощность (порядка нескольких Вт), что делает возможным их питание от небольшого термоэлектрического генератора, что в свою очередь позволяет выполнить теплоиспользующий компрессор полностью автономным с предложенной системой автоматического переключения. The proposed device has a very high efficiency due to the fact that it is possible to use waste heat or secondary heat resources, while a small power (of the order of several watts) is required to drive reversible fan motors, which makes it possible to power them from a small thermoelectric generator, which in turn, it allows the heat-utilizing compressor to be fully autonomous with the proposed automatic switching system.
Так как ресурс работы всех сравнительно очень велик, то будет велик и ресурс устройства в целом - порядка нескольких лет полностью автономной работы без обслуживания. В зависимости от числа ступеней и диапазона рабочих температур теплоиспользующий компрессор может компримировать (сжимать) газы под практически любым давлением и использоваться в самых различных областях техники, особенно выгодно его использовать в автономных системах. Since the resource of work of all is comparatively very large, the resource of the device as a whole will also be large - of the order of several years of fully autonomous operation without maintenance. Depending on the number of stages and the range of operating temperatures, the heat-utilizing compressor can compress (compress) gases under almost any pressure and can be used in various fields of technology, it is especially advantageous to use it in autonomous systems.
Источники информации
1. Патент СССР 51321, класс 4д, 37; 59 с., 1, 1937 г.Sources of information
1. USSR patent 51321, class 4e, 37; 59 p., 1, 1937
2. Авторское свидетельство СССР 127353, кл. F 04 В 19/24, 1953 г. 2. Copyright certificate of the USSR 127353, cl. F 04 B 19/24, 1953
3. Авторское свидетельство СССР 1262099, кл. F 04 В 19/24, 1986 г. 3. Copyright certificate of the USSR 1262099, cl. F 04 B 19/24, 1986
4. Авторское свидетельство СССР 1670173, кл. F 04 В 19/24, F 25 В 29/00, 1991 г. 4. Copyright certificate of the USSR 1670173, cl. F 04 B 19/24, F 25 B 29/00, 1991
5. Авторское свидетельство СССР 1211531, кл. F 24 В 1/00, 1986 г. 5. Copyright certificate of the USSR 1211531, cl. F 24
6. Авторское свидетельство СССР 1359478, кл. F 04 В 19/24, F 25 В 9/00, 1980 г. - прототип. 6. Copyright certificate of the USSR 1359478, cl. F 04 B 19/24, F 25 B 9/00, 1980 - prototype.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001103194A RU2184269C1 (en) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | Heat utilization compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001103194A RU2184269C1 (en) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | Heat utilization compressor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2184269C1 true RU2184269C1 (en) | 2002-06-27 |
Family
ID=20245597
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001103194A RU2184269C1 (en) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | Heat utilization compressor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2184269C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022075892A1 (en) * | 2020-10-07 | 2022-04-14 | Владимир Дмитриевич РОМАНОВ | Universal mobile unit for supplying a continuous airflow |
RU217290U1 (en) * | 2023-01-11 | 2023-03-24 | Роман Олегович Голубев | Unified utilization thermoelectric generator of marine design |
-
2001
- 2001-02-05 RU RU2001103194A patent/RU2184269C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022075892A1 (en) * | 2020-10-07 | 2022-04-14 | Владимир Дмитриевич РОМАНОВ | Universal mobile unit for supplying a continuous airflow |
RU217290U1 (en) * | 2023-01-11 | 2023-03-24 | Роман Олегович Голубев | Unified utilization thermoelectric generator of marine design |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2826038C (en) | Gaseous fluid compression device | |
US4281969A (en) | Thermal pumping device | |
US6418745B1 (en) | Heat powered heat pump system and method of making same | |
WO2004067942A1 (en) | Stirling engine driven heat pump with fluid interconnection | |
JP2007530897A (en) | Heat pump system | |
US11990598B1 (en) | Heat activated multiphase fluid-operated pump for battery temperature control | |
EP2406485A1 (en) | Heat engine with regenerator and timed gas exchange | |
CN101377175A (en) | Electricity generation in a turbine engine | |
WO2021151109A1 (en) | Liquid flooded closed cycle | |
CN114562439A (en) | High-pressure ratio linear compressor with stepped piston | |
GB2441149A (en) | Differential Evaporation Heat and Hydraulic Pumps and External Combustion Engine | |
RU2184269C1 (en) | Heat utilization compressor | |
JPS6231194B2 (en) | ||
US11199114B2 (en) | Devices, systems, and methods for generating power | |
US20210054806A1 (en) | Devices, systems, and methods for generating power | |
Berchowitz | Free-piston Rankine compression and Stirling cycle machines for domestic refrigeration | |
Simonenko et al. | Cryogenic thermomechanical compressor | |
JP2020007941A (en) | Fluid energy converter | |
KR102523531B1 (en) | Pumps, air conditioning systems, and methods for extracting heat | |
RU2131563C1 (en) | Air heating and cooling device | |
RU2106582C1 (en) | Device for production of heat and cold | |
RU2085813C1 (en) | Air heating cooling device | |
WO2024055113A1 (en) | A heat exchange process and an energy storage system | |
Flora et al. | Heat pump for heating water for domestic purposes using a varying speed compressor control | |
KR100664843B1 (en) | Heating Heat Pump |