CN1064908A

CN1064908A - 以压缩空气汲水的方法及装置

Info

Publication number: CN1064908A
Application number: CN 91101571
Authority: CN
Inventors: 廖国桢; 陈美吉; 朱清流
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1991-03-18
Publication date: 1992-09-30

Abstract

本发明涉及一种以压缩空气汲水的方法及装置，主要是将一容室以入水管导入水，一浮标随容室内水位升降启动切换开关，利用空气压缩机输出空气，以一入气管连接入气阀，供压缩空气直接作用于容室内水面，使容室内的水可由低水位处被汲到高水位处；当容室内水输出水位降低时，藉由浮动开关使入气阀关闭，而同时打开出气阀，使容室内的气压降低，而使入水管得以再度开启，导引水流入容室中，重复压缩汲水的动作。

Description

本发明涉及一种以压缩空气汲水的方法及装置。

一般习用的汲水方式，大都是藉由水泵将低水位处的水抽送到高处，而习用的水泵的结构，均是以旋转叶片打水，使水随叶片急速转动时所产生的离心力作用及产生的压力，藉由此压力克服水位落差而将水抽送到高水位处。但这种叶片不断旋转打水的方式，必须驱动叶片打水流动，而水的阻力大，该叶片旋转所耗费的功率亦大，且叶片每次旋转仅作用于少部份的水，所以输出流量小，造成抽水必须耗费更多的时间与能源;又因叶片旋转打水时常因空气的混入造成叶片旋转无法吸入水，所以运转前必须灌满水且运转操作时必须时时防止空气与水混合流入以避免造成操作不便。因此，习用以叶片转动提供动力打水，使水克服水位落差抽送到高水位处的方法，仍存在有诸多的缺失，使用时明显不理想而有待改进。

有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种以压缩空气汲水的方法及装置，藉由空气压入一密闭的水容器，对液面全面加压，形成一强大的内压，使克服水位而将水抽送到高处差，而当液面上所加的气压愈高，则压力愈大，形成一种极大的水流压力，有效地加大输出的流量与流速，相对达到节省能源的目的。

本发明的以压缩空气汲水的方法及装置，主要包含有数个容室，藉由一入水管配合一入水阀门导引水流进入容室中，另以一出水管连接到容室供导引水流出，容室内设有一浮动开关，由容室内的水位控制该开关切换，而该浮动开关控制启动入气阀及出气阀为开启或关闭，该入、出气阀呈相反地开启或关闭，可为容室形成气流流入、流出的通路;

一加压装置连接一入气管以供应适量的空气及压力，而入气管连接到入气阀，控制外来气压流入容室;整个加压装置可以快速供应足量的加压空气，使在容室内水面形成足够的压力，供将容室内的低水位的水汲送到高水位处;

随容室内的水位降低，由浮动开关控制入气阀关闭而使出气阀打开，停止容室内的加压，而使内部的气体排出降压，降压到一定程度后即可使入水阀门开启，再度导引水流流入，形成重复的汲水动作。

为对本发明的目的、特征及实际产生的功效做进一步的说明，以下配合附图详细说明如后。

图1为本发明的简单流程示意。

图2为本发明的汲水装置示意图。

图3为本发明装置的排气状态示意图。

图4为本发明汲水操作状态示意图。

本发明的以压缩空气汲水的方法及装置，请配合参阅图1、2所示，主要如以下步骤工作：

1.首先将水导入容室10内，使容室10内水位升高，而使容室10内所设浮标31上升到A点，控制启动切换开关使入气阀32开启，出气阀33同时关闭。

容室10可视使用需要为多个搭配使用，而以本发明所示的实施例中，是以一入水管11配合一入水阀门12导引水流流入容室10，使容室10的水位升高，而于容室10一侧下方以一出水管13将水流导引出。

2.将加压装置40以设定的压力及排气量提供外来气压导引入容室10，而入水阀门12受浮标31控制而关闭，并使灌入的气体压力，保持直接作用于容室10全部水面，使产生强大的压力，容室10内的水受流入空气挤压，经由出水管13导引出，并利用出水管13上所装的单向逆止阀131，使水经出水管13流出抽送到高处。

而容室10内设有一浮动开关30，藉由水流的水位升降控制浮动开关30的切换，当浮动开关30控制入气阀32开启时，出气阀33则呈关闭状，使容室10形成一使空气流入的通路，而气体流出的通路呈关闭状态。

3.当容室10内的水被抽送走后使水位降低到B点时，浮标31亦下降到B点，同时切换开关30使入气阀32关闭，相应地出气阀33立即开启，使外来的空气停止导引入容室10，并经由出气阀33将容室内气体排出，如图3所示。

4.此时容室10内的浮标31连带驱动入水阀门12开启，而因容室10内的空气压力降低，使入水管11导引水快速流入容室10内，使水位迅速升高到A点，重复上述各步骤而将水持续抽送到高处。

容室10为一具有适当容积的封闭式贮水装置，入水管11具适当管径导引水流入容室10，入水阀门12设于入水管11邻接容室10处，该入水阀门12打开或关闭可以控制入水管11的水流通路畅通或关闭;出水管13管径略小于入水管11的管径，出水管内装设有数个单向逆止阀131，使该出水管仅能让水流出，而不会产生回流;以入水管11的管径大于出水管13的设计，使容室10内流出的水量，可获得迅速的补充。

浮动开关30，主要以一浮标31设于容室10内，浮标31随水位的升高或下降到设定的水位而自动地启动切换开关，切换开关启动入、出气阀32、33，使它们一为开启则另一为关闭，同时使入水阀门12与出气阀33为同时开启或关闭;入气阀32及出气阀33设于容室10顶面，并各自以导管34、35连通到容室10内、入气阀32开启形成气体主要流入的通路，而出气阀33开启则为气体流出的通路，而以入、出气阀32、33互呈相反地开启及关闭的动作，供容室10分别形成气体流入、流出的通路，且入气阀32具有防止水溢出的作用。

加压装置40，可以采用空气压缩机，用以产生设定压力及输出空气流量的外来气压，以入气管41导引外来的气体进入容室10，使入气管41连接到入气阀32，控制外来气体流入容室10作用于水面。

藉由水流入容室10水位的升高、下降而启动浮动开关30切换，浮动开关30启动入、出气阀32、33为相反地开启或关闭，形成容室10气体流入、流出的通路，同时构成容室10排气或进气为反向（一进一出）流动;请配合图2、3所示，入气阀32开启时，出气阀33及入水阀门12呈关闭状，容室10呈气体流入的通路，而气体流出的通路呈关闭状态，可以进行输入气体压缩抽水;相反地，入气阀32关闭时，该出气阀33及入水阀门12呈开启状，当入水阀门12开启入水管11导引水流入容室10内时，由于该入水管11的管径较大，水可很快地补充，使水位上升而继续重复进行压缩抽水。

本发明的主要特征为利用加压装置40输出气体，提供压缩空气导引入容室10，并以浮动开关30利用容室10内水位的改变启动入、出气阀32、33，并使入、出气阀32、33为相反地开启或关闭，供容室10气体流入、流出的通路反向形成，并控制容室10内气体在适当压力及流量;加压装置40输出空气量大并功率高，能源损耗少，输入容室10的空气产生气压，直接作用于水面产生强大的力量，气体压挤容室10内的水，使水被压向出水管，且水在容室10受压不会漏失，充分提高了汲水抽送到高处的效率。

本发明的加压装置40，可提供足量的压力，使气体充满于容室10内的水面上的空间，加压装置40大量输出的气体将容室10内的水压抽到高处;而因容室10内的水面为全部受空气压力，使外来的气压保持全压直接作用于水面产生强大的力量，可很容易地将容室10的水压送到高处，而当容室10内的水受气压施力，入水阀门12为关闭状，不会有漏水的情形，如图2所示。

本发明以输入气压保持全压直接作用于水面，因容室10的面积远大于出水管13的截面积，相对地气压作用于容室10的水面产生强大的力量，使本发明可利用小容量的推动力，即将水大量地抽送到高处，而在压缩抽送水时，容室10的入水阀门已经关闭，因而不会有如习用泵因漏失使汲水量小且浪费能源的缺点;另出水管13导引出的水受管上所装的单向逆止阀131的限制而不会有回流发生，故对抽出的水流不会有逆流压力抵销的情形。

由上述说明可知本发明确实已改善了习用泵抽送的缺失，为求进一步的说明本发明所具有的使用价值及功效，特配合下列实施例佐以计算式，以更具体的数据说明如下，请参看图4所示。

设一空气压缩机出口空气压强为7kg/cm²，排气量为23.672m³/min。

参阅图4所示，设低水位的水面高度为H，高水位的水面高度为h，由柏努利方程式（BERNOULLI EG）知

(V²)/(2g) + (P₁)/(r) + H = (V₂ ²)/(2g) + (P₂)/(r) + h

其中，V₁为自由液面的速度，V₂为排水管出口处的流速，g为重力加速度，γ为水的比重。

因P₁＝7kg/cm²，P₂＝1kg/cm²（大气压），同时自由液面的速度V₁＝0，γ＝1g/cm³

故有 (7×10⁴)/1000 + H = (V₂ ²)/(2g) + 10000/1000 +h

60 + H = (V₂ ²)/(2g) + h

若V₂≈0，则有60+H＝h

也就是说以空气压缩机出口空气压力为7kg/cm²（工作压力），排气量为23.672m³/min，则每分钟可将23.672m³的水量汲高到H+60米，以一般空气压缩机的规格仅需要150马力;若以一般泵抽水所需马力依理论式为γQ（H+60）/（75×60），式中γ为水的比重，Q为每分钟水流的体积，可知最少需要（1000×23.672×60）/（60×75）＝315.6马力，计算中忽略了H。显然本发明的汲水方法确为可节省能源的高效率汲水方法。

如考虑贮水高度H，如上式所示，习用泵汲水将耗费更多的能源，而本发明则可利用空气压缩机使水面的空气被压缩在打水作用，使空气压缩机的负荷减轻，使汲水更容易更节省能源;若贮水槽的高度提高，本发明汲水的高度将可更高。

再如欲将低水位处水汲高60米，而排水量Q＝23.672m³/min，则一般泵抽水所需的功率为γQh/（75×60），式中γ为水的比重，γ＝1000kg/m³，h＝60为汲水高度，则

γQh/（75×60）＝（1000×23.672×60）/（60×75）

＝315.6马力

若设出水管的管径为1米，则由流量＝水管截面积×流速，有

π/4×1²×V＝23.672/60（m³/sec）

其中V为流速

算出V＝0.502m/sec

而以本发明的方法及装置汲水，保持上述的出水速度所需功率计算如下：

设P₁为高水位处（即h₁＝60m处）的压强，V₁为高水位处出水口的流速，P₂为低水位处（即h₂＝0处）的压强，V₂为低水位处的流速，g为重力加速度，γ为水的比重，则按柏努利方程：

V²1/2g+P₁/γ+h₁＝V²2/2g+P₂/γ+h₂

由于P₁＝10000kg/m²（大气压强），γ＝1000kg/m³，而V₂＝0，g＝9.81，h₂＝0，h₁＝60，V₁＝0.502m/sec，

有： ((0.502)²)/(2×9.81) + 10000/1000 + 60 = (P₂)/1000 + 0 + 0

算出P₂＝70012.8kg/m²。

由等温压缩理论得知，将空气由压强P₁压缩至P₂所需的功率为

（1/75）P₁V_kln（P₂/P₁）

其中P₂＝70012.8kg/m²，P₁＝10000kg/m²（大气压强），而V_k为单位时间汽缸进气量＝π/4×（0.305）²×0.18×2×450×2＝23.672（m³/min）

则所需压缩压缩空气的功率为

（1/75）×10000×23.672×（1/60）×ln（70012.8/10000）＝102.4马力

显然，上述计算表明，理论上空气压缩机压缩空气所需功率为102.4马力，而相应一般泵则需315.6马力，达到同样汲水效果，空气压缩机所需的功率要小得多，因此本发明确可达到高效节能的效果，尤其适于一般消防用的高压喷水柱使用，深具实用性。

Claims

1、一种以压缩空气汲水的方法及装置，包含一组产生压缩空气的空气加压装置；其特征在于：具有数组贮水用的容室，藉由一入水管配合一入水阀门的设置，将水导引流入容室中，一出水管连通到容室一侧下方，供将容室内的水导引流出，并于容室内设有浮动开关，由容室内的水位控制切换开关，而浮动开关可连动一入气阀及出气阀为相反地开启或关闭，该入、出气阀相反地开启或关闭，使该容室分别形成气体的流入、流出通路；

所述加压装置是一组空气加压装置与装有入气阀的入气管连接到容室内顶面，增加容室内气压，并使空气直接作用于容室水面，形成大面积的加压，使出水压力增大；

藉由容室内的水位降低，浮动开关使入气阀关闭，而出气阀开启，形成气流流出的降压状，于适当降压后，启动入水管的入水阀门开启，使水迅速补充以连续进行汲水动作。