<Desc/Clms Page number 1>
Hydro-energetische omzetinrichting.
Deze uitvinding heeft betrekking op een hydro-energetische omzetinrichting, meer speciaal een inrichting waarbij de in een hoeveelheid water opgestapelde potentiële energie, wordt omgezet in arbeid of vermogen, waarbij de potentiële energie gevormd wordt door de hoeveelheid energie die is opgestapeld in een vloeistof doordat deze zieh op een bepaalde hoogte boven een referentieniveau bevindt.
Men kent reeds geruime tijd het waterprobleem in de "derde wereldlanden". Alhoewel men spreekt over een tekort aan irrigatie- en/of drinkwater tijdens het droogseizoen, is er meestal in deze aride streken enkel aan de oppervlakte een tekort aan water en bezit de bodem op een bepaalde diepte onder het oppervlak toch een voldoende grote waterreserve.
Het voornoemde waterprobleem wordt plaatselijk opgelost door het graven van boorputten tot aan de watertafel of bovenzijde van de aanwezige waterlaag waarna dit water kan
EMI1.1
opgepompt worden d. menselijke of dierlijke kracht of d. een elektrische motor of verbrandingsmotor.
Deze noodoplossing vergt echter veel kracht en arbeid of is financieel gewoon niet haalbaar door de dure brandstoffen of het tekort aan elektriciteit.
Hierbij komt nog dat in een heuvelachtig of bergachtig landschap de bevolking de boorputten steeds in het dal zullen graven omdat op die plaats de afstand watertafel-grondoppervlak minimaal is.
Een hieraan verbonden nadeel is dat men rond de boorputten een hoge bevolkingskoncentratie krijgt met als gevolg
<Desc/Clms Page number 2>
overbevolking, over-afgrazing van de schaarse vegetatie door het vee, desertifikatie, ziekten, hongersnood, het ontbreken van waterbevoorrading op hogere niveau's en dergelijke.
Rekening houdend met de quantumtheorie van de 20e eeuw en de daaraan gekoppelde mechanica van het continuum en de poro-elasticiteitstheorieen inzake de opbouw van de aardkorst, en gezien het evenwichtsherstel na het aanwenden van de eigen macro-energetische vermogens van onze planeet en de super-gravitaire werkingen, is het idee ontstaan deze ontwikkelingen toe te passen naar het verzorgen van de meest primaire nood in vooral"derde wereldlanden" (drinkwater en irrigatiewater) door de waterdruk van de opgestuwde aquifers te benutten voor het oppompen van grondwater.
Het hele pompsysteem loopt door middel van een centrale energiebron, het waterbekken op het bovenste niveau. De nodige energie voor de secundaire boorputten wordt geleverd door het water in de transportleiding.
De huidige uitvinding heeft tot doel een hydro-energetische omzetinrichting die toelaat de watertafel op verschillende plaatsen en verschillende niveau's op te pompen met een minimale input van energie ; de inrichting zodanig samen te stellen dat deze optimaal aan de omgevingsfaktoren is aangepast wat betreft de bodem en de waterbehoefte doordat men de verschillende watervoorzieningen verspreidt over verschillende niveau's en over een groot oppervlak.
De bedoeling hierbij is een goedkope energie te bekomen door het toepassen van een eenvoudige technologie en waarbij deze energie bekomen wordt uit het milieu waar zij tevens wordt toegepast.
<Desc/Clms Page number 3>
Tot dit doel bestaat de hydro-energetische omzetinrichting volgens de uitvinding in hoofdzaak in de kombinatie van minstens een op een hoog niveau gelegen primaire pompeenheid bestaande uit een boorput en een pomp met aanzuigleiding en uitlaat ; minstens een transportleiding die het opgepompte water naar een lager niveau voert en middelen die de opgestapelde energie in het water omzetten in arbeid of vermogen.
Met het inzicht de kenmerken volgens de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een aantal voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 een vertikale doorsnede weergeeft van een hydro-energetische omzetinrichting volgens de uitvinding ; figuur 2 een uitvoeringsvariante weergeeft van figuur 1 ; figuur 3 een zieht weergeeft van het deel dat in figuur 2 weergegeven is met F3 ; figuren 4-6 uitvoeringsvarianten weergeven van figuur 3 ; figuren 7 en 8 perspektief zichten weergeven van mogelijke energetische omzet-inrichtingen volgens de uitvinding ; figuur 9 nog een uitvoeringsvariante weergeeft van figuur 1.
<Desc/Clms Page number 4>
Zoals weergegeven in figuur 1 bestaat de hydro-energetische omzetinrichting volgens de uitvinding uit een primaire pompeenheid 1 welke gelegen is op een bepaalde hoogte aangegeven door het niveau A en welke samengesteld is uit een pomp 2 met aanzuigleiding 3 gelegen in een vertikale primaire boorput 4 en een uitlaat 5.
De voornoemde primaire boorput 4 reikt hierbij tot onder het niveau van een onderliggende watertafel 6.
Bij voorkeur geeft de uitlaat 5 uit in een reservoir 7 waarop een transportleiding 8 is aangesloten waarvan het tweede uiteinde zieh bevindt op een niveau B, dat lager is gelegen dan het niveau A van de primaire pompeenheid 1.
De voornoemde transportleiding 8 mondt uit in een energie-omzetter 9 welke bijvoorbeeld bestaat uit een turbine, een hydromotor of dergelijke, waarbij deze energie-omzetter 9 een uitlaat 10 vertoont waarlangs het water, afkomstig van de primaire pompeenheid 1, wordt afgevoerd om bijvoorbeeld gebruikt te worden voor irrigatiewater of drinkwater.
In de voornoemde leidingen kan eventueel nog een omloopleiding voorzien worden die zal toegepast worden wanneer de pomp 2 het water op een kleinere hoogte oppompt dan waarvoor zij voorzien is, waarbij in dat geval het opgepompte water onder een zekere druk rechtstreeks in de transportleiding 8 kan uitkomen.
De werking van de uitvinding is zeer eenvoudig en als volgt : Zoals algemeen bekend blijft volgens de wet van Benouilli, uitgaande van de massabalans en energiebalans, de totale energie in een vloeistof langsheen een stroomlijn konstant.
<Desc/Clms Page number 5>
Of m. a. w. is de som van de statische druk, hydrostatische druk en stuwdruk voor twee verschillende punten in een transportleiding gelijk, op de wrijvingsverliezen van de vloeistof na.
Hierbij is de som van de statische druk en de hydrostatische druk een maat voor de potentiële energie en de stuwdruk een maat voor de kinetische energie.
De uitvinder deelt mee dat in een heuvelachtig of bergachtig landschap de watertafel een glooiend profiel vertoont en wel zodanig dat wanneer het niveau van het landoppervlak stijgt, eveneens het niveau van de watertafel stijgt.
Stellen we nu het niveau B waarop de energie-omzetter 9 zieh bevindt gelijk aan het referentieniveau of het niveau met hoogte nul, dan bevindt de watertafel onder de primaire pompeenheid zieh op een hoogte H of m. a. w. bezit dit water reeds een hoeveelheid potentiële energie welke evenredig is met de hoogte H waarop het water zieh bevindt.
Wanneer dit water nu over een hoogte H1 naar de oppervlakte wordt gepompt d. m. v. de primaire pompeenheid 1, vergt dit een hoeveelheid energie onder de vorm van brandstof, elektriciteit, zonnepanelen en dergelijke die evenredig is met de toename aan potentiële energie van het water en dus evenredig met de hoogt Hl.
Als dit opgepompte water vervolgens door een transportleiding 8 naar een lager niveau B wordt geleid, blijft volgens de voornoemde wet van Benouilli de totale energie aan de ingang en de uitgang van deze transportleiding 8 konstant, maar wordt de potentiële energie omgezet in kinetische energie of stuwdruk.
<Desc/Clms Page number 6>
Op voorwaarde dat de storingsfaktoren zoals bijvoorbeeld wrijvingsverliezen worden verwaarloosd, wordt zowel de toegevoerde energie als de reeds in het water aanwezige potentiële energie volledig omgezet in kinetische energie of stuwdruk. Deze energie kan dan vervolgens door een omzetter 9 getransformeerd worden in meer gebruikelijke energievormen. Zo heeft men onder meer een omzetting naar mechanische arbeid door een hydromotor of naar elektriciteit door middel van een turbine.
Voor het bekomen van een konstant debiet aan de ingang van de transportleiding 8, kan het door de primaire pompeenheid l opgepompte water eerst verzameld worden in een reservoir 7 met overloop of regelbare uitlaat 11.
In figuur 2 is een variante weergegeven van de hydro-energetische omzetinrichting waarbij de omzetter 9 gevormd wordt door een sekundaire pompeenheid 12.
Voornoemde pompeenheid 12 haalt de nodige werkingsenergie rechtstreeks of onrechtstreeks uit het water afkomstig van de primaire pompeenheid 1.
Het is namelijk zo dat doordat het opgepompte water van het niveau A naar het niveau B stroomt deze een stuwdruk opbouwt die de nodige energie levert voor het oppompen van het water in de lager gelegen sekundaire boorput 4.
Door deze hydro-energetische omzetinrichting is het dus mogelijk met een energie-input, namelijk deze nodig voor het oppompen van het water door de primaire pompeenheid 1, de waterlaag op verschillende niveau's af te malen.
In de figuren 3 tot 6 zijn een aantal uitvoeringsvormen weergegeven voor een sekundaire pompeenheid 12.
<Desc/Clms Page number 7>
Figuur 3 geeft een sekundaire pompeenheid 12 weer waarbij de stuwdruk in het water afkomstig van de primaire pompeenheid 1, door een turbinegenerator 13 wordt omgezet in elektriciteit welke via een kontrole-eenheid 14 een in een boorput 4 aanwezige elektrische dompelpomp 15 aandrijft. Het geheel kan hierbij door een batterij 16 en/of zonnecellen 17 ondersteund worden.
Bij de variante van de sekundaire pompeenheid 12 volgens figuur 4 wordt de stuwdruk, die aanwezig is in het water afkomstig van. de primaire pompeenheid 1 d. m. v. een mechanische turbine of schoepenrad 18 al dan niet via een reduktiekast 19 omgezet in een rotatiebeweging van een vertikale as 20.
Voornoemde as 20 is op zijn uiteinde verbonden met een centrifugaalpomp 21 die toelaat het water via een leiding 22 uit de boorput 1 omhoog te stuwen.
In een andere uitvoeringsvariante wordt zoals weergegeven in figuur 5 een zuigerpomp 23 gebruikt om het water uit de boorput 1 te pompen, waarbij deze zuiger 23 bijvoorbeeld wordt aangedreven door een kruk-drijfstang systeem 24 dat op zijn beurt, in dit geval via een overbrenging 25 en/of eventueel via een redutiekast aangedreven wordt door een mechanische turbine of schoepenrad 26 dat zijn energie haalt uit de stuwdruk van het inkomende water.
In een andere uitvoeringsvariante (figuur 6) wordt eveneens gebruik gemaakt van een zuigerpomp 23 maar in dit geval wordt deze aangedreven door een zuigermotor 27 bijvoorbeeld met dubbelwerkende cilinder. Hierbij worden twee stuurleidingen 28, 28A om beurten door een stuureenheid 29 van water voorzien. De zuigermotor 27 is uiteraard niet beperkt tot een motor met dubbel werkende cilinder, maar
<Desc/Clms Page number 8>
kan uit twee enkel werkende cilinders, een balgcilinder of dergelijke, bestaan.
In figuur 7 is een mogelijke hydro-energetische omzetinrichting weergegeven die is samengesteld uit een primaire pompeenheid 1 en een serieschakeling van meerdere sekundaire pompeenheden 12.
Hierbij haalt elke sekundaire pompeenheid 12 zijn energie uit de stuwdruk van het water dat opgepompt is op een of meerdere hogere niveau's.
Bij deze inrichting heeft men bij elke sekundaire pompeenheid 12 de keuze om, enerzijds, ofwel het op dit niveau opgepompte water, ofwel het water afkomstig van de hogere niveau's, te gebruiken voor irrigatie-en/of drinkwater of, anderzijds, het totaal aan op dit niveau beschikbaar water door te sturen naar een volgende pompeenheid op een lager niveau.
Zoals weergegeven is figuur 8 is ook een parallel-schakeling van sekundaire pompeenheden 12 mogelijk.
Hierbij wordt de energie voor twee of meerdere pompeenheden 12 geleverd door de stuwdruk van het water afkomstig van een pompeenheid 1 op een hoger niveau.
Uiteraard is ook een kombinatie van serie-en parallelschakelingen mogelijk waardoor de inrichting volledig integreerbaar is in de omgeving en volledig aanpasbaar is aan de specifieke omgevingsfaktoren zoals de geografie, de bevolkingskoncentraties en dergelijke.
In een bijzondere uitvoeringsvorm, zoals weergegeven in figuur 9, is de primaire pompeenheid 1 en transportleiding
<Desc/Clms Page number 9>
8 gekombineerd met een hevel 30. Voornoemde hevel 30 wordt gerealiseerd door een bypass-leiding 31 met terugslagklep 32 in parallel met de pomp 2 te schakelen.
Wanneer nu de inrichting wordt opgestart d. m. v. de pomp 2 in de primaire pompeenheid 1, vult het langste been 33 van de hevel 30 stroomafwaarts gelegen van de terugslagklep 32 zieh met een kontinue waterkolom.
Door het niveau-verschil van de voornoemde waterkolom in het langste been 33 van de hevel 30 verkrijgt men een zuigkracht aan de terugslagklep 32 waardoor deze zieh opent en vervolgens een zuigkracht in het kortste been 34 van de hevel 30, stroomopwaarts gelegen van de terugslagklep 32.
Hieropvolgend kan de pomp 2 uitgeschakeld worden en wordt het water door het gewicht van de hangende waterkolom in het langste been 33 van de hevel 30 uit de primaire boorput 4 kontinu overgeheveld naar het lagere niveau B zolang de waterkolom niet verbroken wordt.
Het is duidelijk dat de uitvinding vooral van toepassing is in derde-wereldlanden en een oplossing biedt voor het tekort aan oppervlaktewater.
De uitvinding is daarenboven geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke hydro-energetische omzetinrichting kan nog in een groot aantal andere varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.
<Desc / Clms Page number 1>
Hydro-energetic conversion device.
This invention relates to a hydro-energy converting device, more specifically a device in which the potential energy accumulated in an amount of water is converted into labor or power, the potential energy being formed by the amount of energy accumulated in a liquid by is above a reference level at a certain height.
The water problem in the "third world countries" has been known for some time. Although there is talk of a shortage of irrigation and / or drinking water during the dry season, in these arid regions there is usually only a shortage of water on the surface and the soil still has a sufficiently large water reserve at a certain depth below the surface.
The aforementioned water problem is solved locally by digging wells up to the water table or top of the existing water layer, after which this water can
EMI1.1
be inflated d. human or animal power or d. an electric motor or combustion engine.
However, this emergency solution requires a lot of power and labor or is simply not financially feasible due to the expensive fuels or the lack of electricity.
In addition, in a hilly or mountainous landscape, the population will always dig the wells in the valley because at that location the distance between the water table and the ground surface is minimal.
A disadvantage associated with this is that a high population concentration is obtained around the wells, resulting in
<Desc / Clms Page number 2>
overcrowding, over-grazing of sparse vegetation by livestock, desertification, diseases, famine, lack of higher-level water supplies and the like.
Taking into account the quantum theory of the 20th century and the associated mechanics of the continuum and the poro-elasticity theories on the construction of the earth's crust, and in view of the equilibrium recovery after using the own macro-energetic powers of our planet and the super- Gravitational effect, the idea has arisen to apply these developments to the most primary need in especially "third world countries" (drinking water and irrigation water) by using the water pressure of the propelled aquifers to pump up groundwater.
The entire pumping system runs through a central energy source, the water basin on the top level. The necessary energy for the secondary wells is provided by the water in the transport pipeline.
The present invention aims at a hydro-energy converting device that allows the water table to be pumped up at different places and at different levels with a minimal input of energy; to assemble the device in such a way that it is optimally adapted to the environmental factors with regard to the soil and the water requirement by distributing the different water supplies over different levels and over a large surface.
The aim is to obtain cheap energy by applying a simple technology and whereby this energy is obtained from the environment where it is also used.
<Desc / Clms Page number 3>
For this purpose, the hydro-energy converting device according to the invention mainly consists of the combination of at least one high-level primary pump unit consisting of a well and a pump with suction pipe and outlet; at least a transport pipe that takes the pumped water to a lower level and means that convert the accumulated energy in the water into work or power.
With the insight to better demonstrate the features according to the invention, a number of preferred embodiments are described below as an example without any limiting character, with reference to the accompanying drawings, in which: figure 1 shows a vertical section of a hydro-energy conversion device according to the invention ; figure 2 represents an embodiment variant of figure 1; figure 3 represents a view of the part represented by F3 in figure 2; figures 4-6 show embodiments of figure 3; figures 7 and 8 represent perspective views of possible energetic conversion devices according to the invention; figure 9 represents another embodiment variant of figure 1.
<Desc / Clms Page number 4>
As shown in figure 1, the hydro-energy conversion device according to the invention consists of a primary pump unit 1 which is located at a certain height indicated by level A and which is composed of a pump 2 with suction pipe 3 located in a vertical primary well 4 and an outlet 5.
The aforementioned primary well 4 hereby extends below the level of an underlying water table 6.
Preferably, the outlet 5 opens into a reservoir 7 to which a transport line 8 is connected, the second end of which is located at a level B, which is lower than the level A of the primary pump unit 1.
The aforementioned transport line 8 opens into an energy converter 9 which, for example, consists of a turbine, a hydromotor or the like, wherein this energy converter 9 has an outlet 10 through which the water, originating from the primary pump unit 1, is discharged for use, for example for irrigation or drinking water.
In the aforementioned pipes, a by-pass pipe can optionally be provided, which will be used when the pump 2 pumps the water at a lower height than for which it is intended, in which case the pumped water can escape directly into the transport pipe 8 under a certain pressure .
The operation of the invention is very simple and as follows: As is generally known, according to Benouilli's law, starting from the mass balance and energy balance, the total energy in a liquid remains constant along a streamline.
<Desc / Clms Page number 5>
Or m. A. W. the sum of the static pressure, hydrostatic pressure and thrust for two different points in a transport pipe is equal, except for the friction losses of the liquid.
The sum of the static pressure and the hydrostatic pressure is a measure of the potential energy and the thrust is a measure of the kinetic energy.
The inventor states that in a hilly or mountainous landscape, the water table has a sloping profile, such that when the level of the land surface rises, the level of the water table also rises.
If we now set the level B at which the energy converter 9 is equal to the reference level or the level with zero height, the water table below the primary pump unit is at a height H or m. A. W. this water already has an amount of potential energy which is proportional to the height H at which the water is located.
When this water is now pumped to the surface over a height H1 d. m. v. the primary pump unit 1, this requires an amount of energy in the form of fuel, electricity, solar panels and the like which is proportional to the increase in potential energy of the water and thus proportional to the height Hl.
If this pumped water is then led through a transport line 8 to a lower level B, according to the aforementioned Benouilli law, the total energy at the entrance and exit of this transport line 8 remains constant, but the potential energy is converted into kinetic energy or thrust .
<Desc / Clms Page number 6>
Provided that the disturbance factors, such as friction losses, are neglected, both the supplied energy and the potential energy already present in the water are fully converted into kinetic energy or thrust. This energy can then be transformed by a converter 9 into more common energy forms. For example, there is a conversion to mechanical work by a hydromotor or to electricity by a turbine.
In order to obtain a constant flow rate at the entrance of the transport pipe 8, the water pumped up by the primary pump unit 1 can first be collected in a reservoir 7 with overflow or adjustable outlet 11.
Figure 2 shows a variant of the hydro-energy conversion device in which the converter 9 is formed by a secondary pump unit 12.
Said pump unit 12 draws the necessary operating energy directly or indirectly from the water from the primary pump unit 1.
The fact is that because the pumped up water flows from level A to level B, it builds up a thrust that provides the energy required for pumping up the water in the lower secondary well 4.
This hydro-energetic conversion device thus makes it possible to grind the water layer at different levels with an energy input, namely that required for pumping up the water by the primary pump unit 1.
Figures 3 to 6 show a number of embodiments for a secondary pump unit 12.
<Desc / Clms Page number 7>
Figure 3 shows a secondary pump unit 12 in which the thrust in the water from the primary pump unit 1 is converted by a turbine generator 13 into electricity which drives an electric submersible pump 15 present in a well 4 via a control unit 14. The whole can here be supported by a battery 16 and / or solar cells 17.
In the variant of the secondary pump unit 12 according to Fig. 4, the thrust present in the water is derived from. the primary pump unit 1 d. by means of a mechanical turbine or impeller 18, whether or not converted into a rotational movement of a vertical shaft 20 via a reduction box 19.
The aforementioned shaft 20 is connected on its end to a centrifugal pump 21 which allows the water to be pushed up from the well 1 via a pipe 22.
In another embodiment variant, as shown in figure 5, a piston pump 23 is used to pump the water from the well bore 1, this piston 23 being driven, for example, by a crank-connecting rod system 24 which, in turn, in this case via a transmission 25 and / or optionally driven via a gearbox by a mechanical turbine or impeller 26 which derives its energy from the thrust of the incoming water.
In another embodiment variant (figure 6) use is also made of a piston pump 23, but in this case it is driven by a piston engine 27, for instance with a double-acting cylinder. In this case, two control lines 28, 28A are supplied with water in turn by a control unit 29. The piston engine 27 is of course not limited to a double-acting cylinder engine, but
<Desc / Clms Page number 8>
may consist of two single-acting cylinders, a bellows cylinder or the like.
Figure 7 shows a possible hydro-energy conversion device, which is composed of a primary pump unit 1 and a series circuit of several secondary pump units 12.
Each secondary pump unit 12 draws its energy from the thrust of the water that has been pumped up at one or more higher levels.
With this device, each secondary pump unit 12 has the choice, on the one hand, of using either the water pumped up at this level, or the water from the higher levels, for irrigation and / or drinking water, or, on the other hand, the total of this level of available water to be forwarded to a subsequent pump unit at a lower level.
As shown in Figure 8, a parallel connection of secondary pump units 12 is also possible.
Here, the energy for two or more pump units 12 is supplied by the thrust of the water from a pump unit 1 at a higher level.
Naturally, a combination of series and parallel circuits is also possible, so that the device can be fully integrated into the environment and fully adaptable to the specific environmental factors such as geography, population concentrations and the like.
In a special embodiment, as shown in figure 9, the primary pump unit 1 is a transport pipe
<Desc / Clms Page number 9>
8 combined with a siphon 30. Said siphon 30 is realized by connecting a bypass pipe 31 with non-return valve 32 in parallel with the pump 2.
When the device is now started d. With the pump 2 in the primary pump unit 1, the longest leg 33 of the siphon 30 located downstream of the non-return valve 32 fills with a continuous water column.
Due to the difference in level of the aforementioned water column in the longest leg 33 of the siphon 30, a suction force is obtained on the non-return valve 32, whereby it opens and then a suction force in the shortest leg 34 of the siphon 30, located upstream of the non-return valve 32 .
Subsequently, the pump 2 can be switched off and the water is continuously transferred to the lower level B by the weight of the hanging water column in the longest leg 33 of the siphon 30 from the primary well 4 as long as the water column is not broken.
It is clear that the invention is especially applicable in third world countries and offers a solution to the shortage of surface water.
Moreover, the invention is by no means limited to the embodiments described above and shown in the figures, but such a hydro-energy conversion device can still be realized in a large number of other variants without departing from the scope of the invention.