CN105240239A - 一种太阳能双活塞式水泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能双活塞式水泵，属太阳能热利用技术领域。该装置有两个缸体，缸体内部放置有冷凝器、活塞以及置于活塞腔内的加热器；缸体下部储水空间通过管道和单向阀、冷凝器连接，用以提水；太阳能集热器通过微型循环泵、电控阀与加热器形成循环回路；两个缸体之间连接有压力平衡管和电控阀；缸体上部装有复位齿条和半周齿轮，用于活塞复位和指示。工作时，微型循环泵将太阳能集热器中的热能输送至加热器，加热器加热活塞内部的低沸点工质产生蒸汽，蒸汽推动活塞将储水空间中的水压至高处，实现泵水功能。本发明设计成两个缸体，可实现连续抽水，且通过蒸汽平衡管实现余热以及工质的循环利用，效率高并无工质损耗，在活塞卡机时通过复位装置实现自我恢复。

Description

一种太阳能双活塞式水泵

所属技术领域

本发明涉及一种气压式太阳能水泵，属太阳能热利用技术领域。

背景技术

目前市场上常见的太阳能水泵，多数是电动泵，靠太阳能光伏电池发电驱动。剩下的太阳能水泵使用太阳热能直接驱动，主要包括单隔膜泵和双隔膜泵，能够间断或者半间断的为用户实现抽水，由于没有余热再利用，导致效率低下，且此类太阳泵在工作过程中容易卡机，工作故障率高。为了提高太阳泵效率，降低工作故障率，实现大范围推广使用，本发明设计提出了一种新型装置。

发明内容

本发明为解决现有太阳泵低效率和低可靠性的问题，提出了一种新型太阳能水泵装置，利用太阳能集热器采集热量，加热中空活塞内的低沸点工质，工质沸腾产生高压蒸汽推动活塞运动，将水提升至高处。水泵设计了蒸汽平衡管，充分利用蒸汽余热，提高了效率，同时设计了活塞位置指示杆和复位机构，提高了水泵的可靠性，降低故障率。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：

水泵装置的两个缸体结构相同，左右对称布置，每个缸体内部包含有1个或者多个冷凝器，1个中空活塞；中空活塞通过隔热软管与缸体上部连接，可在缸体内上下运动；活塞的中心部分固定一根长齿条，齿条和电机驱动的半周齿轮啮合；缸体顶部固定有透明材料的密封观察管，可以指示出中空活塞的位置。

缸体的顶部装有1根或多根蒸汽平衡管，通过电控阀将缸体内的蒸汽膨胀空间相互连接，电控阀打开时，两个缸体之间的蒸汽膨胀空间相通，高压蒸汽流向低压区，使两个缸体之间蒸汽压迅速平衡，达到充分利用蒸汽剩余能量的目的。

太阳能集热器通过管道与微型循环泵和加热器连成回路，单向阀和冷凝器通过管道连成提水通道，可将水输送到高位水池，缸体内中空活塞下部空间构成储水腔，通过管道和单向阀与低位水池连接。

本发明所述的太阳能水泵工作时，太阳能集热器收集并存储热量，通过可控微型循环泵将储热工质传给加热器，加热器加热活塞内的低沸点工质，同时打开活塞上方电控阀，工质沸腾产生的高压蒸汽通过电控阀放出，进入冷凝膨胀腔，推动活塞向下运动，将储水腔中的水压至高处，活塞运动到缸体底部后，关闭活塞上部电控阀，阻止蒸汽放出，关闭微型循环泵，同时开启蒸汽平衡管上的电控阀，另一缸体内活塞上部电控阀和另一个微型循环泵循环泵，等待蒸汽平衡完毕，关闭平衡管上电控阀，这时另一缸体内的活塞向下运动，将低温低位水通过冷凝器压至高处，冷凝器将周围高温蒸汽冷却，蒸汽冷却成液体在重力的作用下集中在活塞凹处空间，蒸汽冷凝后，冷凝膨胀腔内压力降低，形成负压，在外部大气压作用下，活塞向上运动，低位水通过单向阀被抽至储水腔，等待另一缸体内活塞到达最低处，进入下一个循环，不间断的连续泵水。

所述齿条，包括上部固定的导向轮，下部装有的半周齿轮；通过透明材料的管道可观察到齿条，可以指示出活塞的位置。另外，齿条可保障活塞上下运行中不偏离中心；此外，在活塞发生卡机故障时，与齿条啮合的半周齿轮在电机作用下可将活塞恢复原位，活塞正常运动后，半周齿轮转动至光面，与齿条脱离，不再有摩擦及接触，因此这是一套冗余装置，只在水泵故障时启动，正常工作时不对其产生影响，也不消耗能量。

所述中空活塞，其内部注入低沸点工质，且装有加热器；活塞上部呈凹形且开有工质蒸汽出口，蒸汽出口处安装电控阀，控制蒸汽进出。

本发明的有益效果是：将收集的太阳能用于连续泵水，绿色环保，效率高，遇故障能自我恢复。

附图说明

图1是本发明的一个结构示意图；

图2是本发明去除复位装置的结构示意图；

图3是本发明去除复位装置和指示杆的结构示意图

其中，1、1’.透明观察管；2、2’.齿条；3、3’.冷凝器；4、4’.缸体；5、5’.冷凝膨胀腔；6、6’.可伸缩软管；7、7’.中空活塞；8、8’.低沸点工质；9、9’.加热器；10、10’.电控阀；11、11’.隔热层；12、12’.储水腔；13、14、13’、14’.单向阀；15.低位常温水；16.太阳能集热器；17.保温水箱；18.微型循环泵；19、20、24.电控阀；21,21’.导向轮；22、22’.半周齿轮；23.蒸汽平衡管；25.高位水箱；26、26’.指示棒。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1，参见附图1，一种太阳能双活塞式水泵，包括透明观察管(1)、(1’)；齿条(2)、(2’)；冷凝器(3)、(3’)；缸体(4)、(4’)；可伸缩软管(6)、(6’)；中空活塞(7)、(7’)；低沸点工质(8)、(8’)；加热器(9)、(9’)；电控阀(10)、(10’)；隔热层(11)、(11’)；单向阀(13)、(14)、(13’)、(14’)；微型循环泵(18)；电控阀(19)、(20)、(24)；导向轮(21)、(21’)；半周齿轮(22)、(22’)；蒸汽平衡管(23)；

透明观察管(1)和(1’)分别密封固定在缸体(4)和(4’)上端；冷凝器(3)安装在缸体(4)的内部上方空间，一端与出水管连接，另一端通过管道与单向阀(14’)连接，冷凝器(3’)安装在缸体(4’)的内部上方空间，一端与出水管连接，另一端通过管道与单向阀(14)连接；中空活塞(7)、(7’)分别放置在缸体(4)、(4’)内部，中空活塞(7)、(7’)内部中空，分别装有加热器(9)、(9’)，并注入低沸点工质(8)、(8’)；加热器(9)一端通过可伸缩软管(6)及管道和电控阀(20)连接，另一端通过可伸缩软管和管道与保温水箱连接，加热器(9’)一端通过可伸缩软管(6’)及管道和电控阀(19)连接，另一端通过可伸缩软管和管道与保温水箱连接；中空活塞(7)、(7’)上部呈现凹形，并留有蒸汽出口，蒸汽出口处分别装有电控阀(10)、(10’)，电控阀(10)、(10’)出口处固定出气底座，底座上表面固定齿条(2)、(2’)，可用于指示活塞位置，齿条(2)、(2’)的上端装有导向轮(21)、(21’)，导向轮可减少齿条运动的摩擦力，透明观察管(1)、(1’)下部装有与齿条(2)、(2’)啮合的半周齿轮(22)、(22’)，半周齿轮由电机驱动，用于活塞自动复位；中空活塞(7)、(7’)底部外表面装有隔热层(11)、(11’)；缸体(4)底部开有出口，出口通过管道分别与单向阀(13)、(14)连接；缸体(4’)底部开有出口，出口通过管道分别与单向阀(13’)、(14’)连接；缸体(4)和缸体(4’)上端通过蒸汽平衡管(23)和电控阀(24)相连。

实施例2，参见附图2，一种太阳能双活塞式水泵，包括透明观察管(1)、(1’)；指示棒(2)、(2’)；冷凝器(3)、(3’)；缸体(4)、(4’)；可伸缩软管(6)、(6’)；中空活塞(7)、(7’)；低沸点工质(8)、(8’)；加热器(9)、(9’)；电控阀(10)、(10’)；隔热层(11)、(11’)；单向阀(13)、(14)、(13’)、(14’)；微型循环泵(18)；电控阀(19)、(20)、(24)；导向轮(21)、(21’)；蒸汽平衡管(23)；

装置去除了半周齿轮(22)、(22’)，将齿条(2)、(2’)改为指示棒(26)和(26’)；装置其余结构与实施例1相同。在此实施例中，活塞在卡住时不能自动复位。

实施例3，参见附图3，一种太阳能双活塞式水泵，包括冷凝器(3)、(3’)；缸体(4)、(4’)；可伸缩软管(6)、(6’)；中空活塞(7)、(7’)；低沸点工质(8)、(8’)；加热器(9)、(9’)；电控阀(10)、(10’)；隔热层(11)、(11’)；单向阀(13)、(14)、(13’)、(14’)；微型循环泵(18)；电控阀(19)、(20)、(24)；导向轮(21)、(21’)；蒸汽平衡管(23)；

装置去除了透明观察管(1)、(1’)，(2)、(2’)，半周齿轮(22)、(22’)，其余结构与实施例1相同。在此实施例中，活塞位置不能直接观察出，并且活塞在卡住时不能自动复位。

水泵工作过程为：工作时在中空活塞(7)、(7’)内部空腔注入低沸点工质(8)、(8’)，将冷凝膨胀腔(5)、(5’)抽成真空，储水腔(12)、(12’)通过单向阀(13)、(13’)储满低位常温水，由于单向阀(13)、(13’)的反向截止作用，储水腔(12)、(12’)中的水不会漏出。

装置启动时，首先同步打开电控阀(20)、(10)和微型循环泵(18)，保持电控阀(19)关闭，此时，太阳能集热器(16)收集存储在保温水箱(17)中的高温水被泵出，通过软管(6)、加热器(9)回到保温水箱中，保温层(11)可以防止热量散失到下部冷水中。加热器(9)流过高温水后，开始加热低沸点工质(8)，工质(8)加热沸腾产生高压蒸汽，经过已经打开的电控阀(10)进入冷凝膨胀腔(5),推动中空活塞(7)向下运动，将储水腔(12)中的水通过单向阀(14)和冷凝器(3’)压出到高位水箱(25)。在中空活塞(7)达到缸体底部时，关闭电控阀(20)和微型循环泵(16)，停止对中空活塞(7)内的工质加热，关闭电控阀(10)，阻止残余蒸汽从活塞内溢出，打开电控阀(24)，通过蒸汽平衡管(23)将冷凝膨胀腔(5)中的高压蒸汽释放到低压的冷凝膨胀腔(5’)，实现蒸汽压力平衡，达到余热利用的目的，等蒸汽压力平衡后关闭电控阀(24)，打开电控阀(19)、电控阀(10’)和微型循环泵(18)，微型循环泵(18)将太阳能集热器(16)保温水箱(17)的高温水泵出，通过软管(6’)、加热器(9’)回到集热器保温水箱，形成循环，保温层(11’)可以防止热量散失到下部冷水中。加热器(9’)流过高温水后，开始加热低沸点工质(8’)，工质沸腾产生高压蒸汽，经过已经打开的电控阀(10’)进入冷凝膨胀腔(5’),推动中空活塞(7’)向下运动，将储水腔(12’)中的低温水通过单向阀(14’)和冷凝器(3)压出到高位水箱(25)；冷凝器(3)经过低温水后，温度降低，将冷凝膨胀腔(5)中的高温蒸汽冷却，蒸汽冷却成液体后滴落在中控活塞(7)的上部，活塞上部设计成斜面，可让冷却液在重力作用下集中在活塞凹处中部，冷凝膨胀腔(5)中的蒸汽冷却导致腔内压力降低，由于外部环境压力不变，缸体内外的压力差将低位水通过单向阀(13)压入储水腔(12)中，同时中空活塞(7)上升；当中空活塞(7’)到达缸体底部时，关闭微型循环泵(18)、电控阀(19)和电控阀(10’)，停止加热工质和释放蒸汽；开启电控阀(24)和电控阀(10)，使两个缸体蒸汽压力迅速平衡,将中空活塞(7)上部凹处集中的冷却液通过打开的电控阀(10)压回到空腔内；蒸汽压力平衡后，关闭电控阀(24)，保持电控阀(10)开启，并打开微型循环泵(18)和电控阀(20)，加热中空活塞(7)内的工质(8)，开始下一轮循环，以此连续不断的将低位水泵到高位。

装置工作过程中，透明观察管(1)、(1’)和齿条(2)、(2’)可指示出活塞位置，便于观察；齿条(2)、(2’)在活塞往复运动中还有着保持活塞中心位置的作用，让活塞不倾斜的上下运动；若在工作中，活塞出现被异物卡住等情况而停止运动时，电机驱动的半周齿轮(22)、(22’)启动，带动齿条(2)、(2’)将活塞复位；导向轮(21)、(21’)用来减小齿条运动过程中的阻力，活塞复位后，半周齿轮(22)、(22’)转到无齿的半周，和齿条脱离接触，不影响水泵工作，不消耗能量。

Claims (3)

1.一种太阳能双活塞式水泵，其特征在于：它包括：透明观察管(1)、(1’)；齿条(2)、(2’)；冷凝器(3)、(3’)；缸体(4)、(4’)；可伸缩软管(6)、(6’)；中空活塞(7)、(7’)；隔热层(11)、(11’)；单向阀(13)、(14)、(13’)、(14’)；微型循环泵(18)；电控阀(19)、(20)、(24)；蒸汽平衡管(23)；

所述透明观察管(1)和(1’)分别密封固定在缸体(4)和(4’)上端；冷凝器(3)安装在缸体(4)的内部上方空间，一端与出水管连接，另一端通过管道与单向阀(14’)连接，冷凝器(3’)安装在缸体(4’)的内部上方空间，一端与出水管连接，另一端通过管道与单向阀(14)连接；中空活塞(7)、(7’)分别放置在缸体(4)、(4’)内部，中空活塞(7)、(7’)内部中空；中空活塞(7)一端通过可伸缩软管(6)及管道和电控阀(20)连接，另一端通过可伸缩软管和管道与保温水箱连接，中空活塞(7’)一端通过可伸缩软管(6’)及管道和电控阀(19)连接，另一端通过可伸缩软管和管道与保温水箱连接；中空活塞(7)、(7’)出口处固定出气底座，底座上表面固定齿条(2)、(2’)；中空活塞(7)、(7’)底部外表面装有隔热层(11)、(11’)；缸体(4)底部开有出口，出口通过管道分别与单向阀(13)、(14)连接；缸体(4’)底部开有出口，出口通过管道分别与单向阀(13’)、(14’)连接；缸体(4)和缸体(4’)上端通过蒸汽平衡管(23)和电控阀(24)相连。

2.如权利要求1所述的一种太阳能双活塞式水泵，其特征在于：所述齿条(2)、(2’)还包括其包括上部固定的导向轮(21)、(21’)及下部装有的半周齿轮(22)、(22’)。

3.如权利要求1所述的一种太阳能双活塞式水泵，其特征在于：所述中空活塞(7)、(7’)还包括其内部注入的低沸点工质(8)、(8’)，装入的加热器(9)、(9’)；活塞上部呈凹形并安装电控阀(10)、(10’)以控制蒸汽进出。