Насос с тепловым приводом и способ его работы

Группа изобретений относится к области насосостроения и может быть использована для подъема грунтовых вод в пустынях, охлаждаемых химических реакторах, в системах охлаждения космических аппаратов, системах кондиционирования, в системах капельного орошения, при разработке высокоточный капельных дозаторов и во многих других случая, где основным требованием является его высокая надежность.

Известны наcосы с тепловым приводом (см. US 5129788 А, 14.07.1992; RU 116063 U, 20.05.2012).

Однако такие насосы в качестве нагревателя используют лазерное излучение, которое при фокусировке в жидкости и превращения лазерного излучения в тепло, сопровождается мощными гидравлическими ударами. При наличии клапанных узлов это становится насосом.

К недостаткам таких насосов можно отнести наличие подвижных деталей в виде клапанов и использовании дорогостоящей лазерной и электрической энергии, что сужает область применения таких насосов до систем охлаждения лазеров и других изделий специального назначения.

Известны способы работы теплового насоса (см. US 6071081 A, 06.06.2000; US 8348626 A, 12.08.2010), включающий подвод тепла к перекачиваемой среде. Однако он содержит множество подвижных деталей в виде компрессоров и насосов и т.д., вследствие чего такие способы не обладает высокой надежностью.

В качестве прототипа выбран насос с тепловым приводом (SU 748171 A, 15.07.1980), содержащий корпус с входным и выходным патрубками и нагревателем. Такой насос использует только тепловую энергию и в нем нет клапанных узлов. Точнее клапанные узлы есть, но функцию клапанов выполняют подвижные эластичные оболочки. Однако он требует применения интерметаллических соединений, и сложной системы управления в виде терморегулирующих устройств.

Задача группы изобретений направлена нВ устранение указанных выше недостатков.

Указанная задача решена в насосе с тепловым приводом, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и нагревателем, согласно изобретению, внутренняя поверхность корпуса снабжена насечкой пилообразной формы, обращенной наклонной частью насечки к выходному патрубку, корпус в зоне входного патрубка снабжен капельным дозатором, теплоизоляционными втулками и высокотемпературным нагревателем, входной патрубок снабжен каплеприемником, а непосредственно над каплеприемником установлен капельный дозатор.

Кроме того, каплеприемник снабжен бортиками, расположен с наклоном относительно корпуса угол от 3 до 7 градусов, а поверхность каплеприемника, обращенная к каплям жидкости, снабжена фторопластом.

Кроме того, корпус снабжен бортиками, также снабженными насечкой.

Кроме того, корпус выполнен в виде цилиндра.

Указанная задача решена в способе работы насоса с тепловым приводом, включающем подвод тепла к перекачиваемой среде, согласно изобретению внутренний канал насоса покрывают насечкой пилообразной формы, обращенной наклонной частью насечки по направлению движения капель жидкости, а корпус насоса разогревают до температуры выше точки Лейденфроста на 50-200°С

На фиг. 1 схематично изображен насос с тепловым приводом (вид сверху), содержащий корпус 1 с входным и выходным патрубками 2 и 3 и нагревателем 4. Особенность предлагаемого насоса заключается в том, что внутренняя поверхность корпуса 1 снабжена насечкой пилообразной формы 5, обращенной наклонной частью насечки к выходному патрубку 3, корпус 1 в зоне входного патрубка 2 снабжен капельным дозатором 6, теплоизоляционными втулками 7 и высокотемпературным нагревателем 8, входной патрубок 2 снабжен каплеприемником 9, а непосредственно над каплеприемником 9 установлен капельный дозатор 6.

На фиг. 2 приведен вид насоса (вид сбоку) у которого каплеприемник 9 снабжен бортиками 11, расположен с наклоном относительно корпуса 1 на угол от 3 до 7 градусов, а поверхность каплеприемника 9, обращенная к каплям 10 жидкости, снабжена фторопластом.

На фиг. 3 приведен насос, отличающийся тем, что корпус 1 снабжен бортиками 12, также снабженными насечкой 5.

На фиг. 4 приведен насос, у которого корпус 1 выполнен в виде цилиндра.

Работает предлагаемый насос с тепловым приводом следующим образом. При попадании капель из капельного дозатора 6, благодаря углу наклона в каплеприемника 9 относительно корпуса 1 капля жидкости плавно подается на начало корпуса 1 с насечкой 5. Поскольку корпус 1 разогрет до большой температуры капля жидкости, находясь на паровой подушке испаряющейся капли и благодаря насечке 5 начинает двигаться к выходному патрубку 3. Капля двигается на принципах аналогичных движения судна на воздушной подушке.

Эффект движения капель против сил тяжести реализуется не при всякой температуре, а начинается с момента, когда корпус 1 разогревается выше точки Лейденфроста, при которой капля жидкости 10 начинает зависать над перегретым корпусом 1. Для направленного движения капель против сил тяжести канал насоса покрывают насечкой пилообразной формы, обращенной наклонной частью насечки по направлению движения капель жидкости 10.

На, фиг. 1 изображен корпус 1, работающий по предлагаемому способу. Пар, вырывающийся из под капли 10 не дает возможности соприкасаться с насечкой 5. Благодаря пилообразной форме насечке 5 пар, вырывающийся из под капли 10 уже не равномерно истекает во все стороны, о создается преимущественно направленное движения пара в одну сторону(тонкая стрелка на рис 5), а капля 10 устремляется в противоположную сторону (жирная стрелка). Для воды эффект Лейденфроста начинается приблизительно с 500 градусов Цельсия. Способ с передвижением капли против сил тяжести реализуется при несколько болей высокой температуре. Активное движении капли 10 против сил тяжести наблюдается для воды при температуре свыше температуры Лейденфроста на 50 градусов. Повышение температуры свыше 200 градусов приводит к более усиленному передвижению капель, но при этом время жизни капли падает(она начинает усиленно испаряться) Для воды время жизни капли воды оптимально в диапазоне температуры выше точки Лейденфроста на 50-200°С

Для жидкого воздуха или азота эффект Лейденфроста реализуется при комнатной температуре. Для реализации такого способ в криогенной области температур корпус насоса должен быть снабжен ребристым теплообменником, собирающим тепло из окружающей среды. В противном случае испарение движущихся капель жидкого воздуха охладят корпус до температуры ниже точки Лейденфроста и капли криогенной жидкости начнут касаться поверхности пилообразной насечки и полностью испаряться на начальном участке.