CS197443B1

CS197443B1 - Fluid pump

Info

Publication number: CS197443B1
Application number: CS51076A
Authority: CS
Inventors: Jiri Dvorak
Original assignee: Jiri Dvorak
Priority date: 1976-01-27
Filing date: 1976-01-27
Publication date: 1980-05-30

Description

(54j Čerpadlo kapalin(54j Fluid pump

Vynález se týká čerpadel na kapaliny poháněných tepelnou energii vznikající slunečním zářením.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to pumps for liquids driven by thermal energy generated by solar radiation.

Jsou známa čerpadla kapalin měnící přímo tepelnou energii na energii čerpané kapaliny v jednom relativně jednoduchém zařízeni. Principiálně jde o rotor rozdělený na oddělené pracovní komory, vyplněné střídavě tohřivaným a ochlazovaným plynem, který působí na čerpanou kapalinu. Pracovní komory jsou v místě čerpané kapaliny spojeny přes rozváděči šoupátko se sacím a vytlačeným potrubím, takže kapalina může přetékat podle tlakových poměrů v jednotlivých pracovních komorách. Protože přívod tepla a ochlazování jednotlivých pracovních komor je vůči ose otáčení rotoru nesouměrné je zachována opakovatelnost pracovního děje.Fluid pumps are known to convert heat energy directly into pumped liquid energy in one relatively simple device. In principle, it is a rotor divided into separate working chambers, filled alternately with the burned and cooled gas, which acts on the pumped liquid. The working chambers are connected to the suction and extruded piping at the point of the pumped liquid through the spool valve so that the liquid can overflow according to the pressure conditions in the individual working chambers. Since the heat supply and the cooling of the individual working chambers are asymmetrical to the axis of rotation of the rotor, the repeatability of the working process is maintained.

Tato známá speciální čerpadla využívající přímé přeměny tepelné energie v energii čerpané kapaliny pracují s dobrou účinností, vyžadují si však přívod tepelné energie do přesně vymezené části a to v neměném směru. Tento požadavek komplikuje použití čerpadel bez automatizačnich prvků nebo obsluhy při využívání přírodních zdroji tepla.These known special pumps employing direct conversion of thermal energy into the energy of the pumped liquid work with good efficiency, but require the supply of thermal energy to a well-defined part in a constant direction. This requirement complicates the use of pumps without automation elements or operators using natural heat sources.

Vynález si klade za cíl odstranit výše uvedené nedostatky vytvořením čerpadla bez složitých pohybových mechanismů, s přímou přeměnou tepelné energie v energii čerpané kapaliny a to bez obsluhy a složitých ovládacích mechanismů.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to overcome the above-mentioned drawbacks by providing a pump without complex movement mechanisms, with a direct conversion of thermal energy into the energy of the pumped liquid, without operator and complex control mechanisms.

197 443197 443

Podstata čerpadla kapalin podle vynálezu spočívá v tom, že je tvořené vratné pohyblivými komorami,tj, vnitřní komorou a vnější komorou, vzájemně spojenými přes mechanický převod a složenými ze dvou částí, z části pro plyn a z části pro čerpanou kapalinu, které jsou navzájem odděleny například pohyblivou přepážkou.The essence of the liquid pump according to the invention is that it consists of reversible movable chambers, i.e. an inner chamber and an outer chamber, interconnected via a mechanical transmission and composed of two parts, a gas part and a pumped liquid part, which are separated from each other e.g. movable partition.

Hlavním přínosem čerpadla podle vynálezu je, že přívod tepla je možný z různých směrů, což je zvláště významné při využívání přírodních energii a pohybová konstrukce čerpadel je velmi jednoduchá.The main benefit of the pump according to the invention is that the heat supply is possible from different directions, which is particularly important in the use of natural energy and the movement design of the pumps is very simple.

Na přiložených výkresech jsou zobrazeny příklady čerpadel podle vynálezu, kde obr. 1 představuje princip čerpadla, obr. 2 průřez čerpadlem s odděleným plynem od čerpané kapaliny pružnou stěnou, obr. 3 průřez čerpadlem s odděleným plynem od čerpané kapaliny písty s převodem, obr. 4 umístění čerpadla v ohnisku slunečního zrcadla, obr. 5 umístěni čerpadla nad proudem horké kapaliny a obr. 6 průřez provedením čerpadla při využívání tepelné energie čerpané kapaliny a mechanickým převodem s ozubenými koly a ojnicemi.Fig. 1 shows the principle of a pump, Fig. 2 shows a cross-section of a separate gas pump from a pumped liquid through a flexible wall, Fig. 3 shows a cross-section of a separated gas pump from a pumped liquid, Fig. 4 Fig. 5 shows the position of the pump above the hot liquid stream; and Fig. 6 shows a cross-sectional view of the pump design using the heat energy of the pumped liquid and the mechanical transmission with gears and connecting rods.

Ceřpadlo kapalin je tvořené vnitřní komorou 1 a vnější komorou 2, které jsou vzájemně vratně pohyblivě spojeny přes mechanický převod 3, který určuje vzájemnou polohu obou komor a zároveň tvoři jejich nosnou část. Jak vnitřní komora χ tak vnější ko mora 2 jsou složeny ze dvou částí, z části pro plyn 4 a z části pro čerpanou kapalinuThe liquid pump consists of an inner chamber 1 and an outer chamber 2, which are reciprocably connected to each other via a mechanical transmission 3, which determines the relative position of the two chambers and at the same time forms their supporting part. Both the inner chamber χ and the outer chamber 2 are composed of two parts, one for gas 4 and one for pumped liquid

5. Jsou-li obě komory na mechanickém převodu 3 zavěšeny pak část pro plyn 4 je od čás tl pro čerpanou kapalinu 5 oddělena pružnou stěnou 6 nebo plstem 7.5. When both chambers are suspended on the mechanical transmission 3, the gas part 4 is separated from the pumped liquid part 5 by a flexible wall 6 or felt 7.

Vnitřní komora 1 je a výhodou válcového tvaru obklopena vnější komorou 2 s průřezem mezikruží obklopeného dále větrníkem 8 čerpané kapaliny 5. Větrník 8 je možné také umístit mezi vnitřní komoru χ a vnější komoru 2 nebo ho nepoužívat.The inner chamber 1 is preferably of cylindrical shape surrounded by an outer chamber 2 with a cross-section of the annulus surrounded further by the pumped liquid 8. The pin 8 can also be placed between the inner chamber 4 and the outer chamber 2 or not used.

Vnitřní komora χ a vnější komora 2 jsou pružným sacím potrubím 9 spojeny s přívodem 10 čerpané kapaliny 5 jež je opatřen zpětnými klapkami 11 a pružným výtlačným pot rubím 12. opatřeným rovněž zpětnými klapkami 11 a větrníkem 8 opatřeným odvodem 13 čerpané kapaliny 5.The inner chamber 4 and the outer chamber 2 are connected by a flexible suction pipe 9 to a pumped liquid inlet 10 which is provided with non-return flaps 11 and a flexible discharge pipe 12 also equipped with non-return flaps 11 and a pinwheel 8 provided with pumped liquid outlet 5.

Jako plynu 4 je možné použit helia, kysličníku uhličitého, sodíku a podobně. Plyn 4 může být předem ztlačen. Je-li k jeho ohřevu použito světelného záření jsou části pro plyn 4 vnitřní komory χ a vnější komory 2 opatřeny absorbční fólií 14 a jejich stěny jsou průsvitné.As gas 4, helium, carbon dioxide, sodium and the like can be used. The gas 4 may be pre-compressed. If light radiation is used to heat it, the gas compartments 4 of the inner chamber 4 and the outer chamber 2 are provided with an absorbent film 14 and their walls are translucent.

K zvětšení sacího účinku čerpadla jsou pružné stěny 6 nebo písty 7 opatřeny prnži nama 15.To increase the suction effect of the pump, the flexible walls 6 or the pistons 7 are provided with springs 15.

Jako mechanického převodu 3 je s výhodou použito ozubených hřebenů 16 uchycených k vnitřní komoře χ a vnější komoře 2 s vloženými pastorky 17 zavěšenými nebo podepřenými na tyčích 18. Krajní polohy pohybu obou komor jsou zajištěny dorazy nebo aretač ním a zpožďovacím zařízením 19. Může být rovněž použito pákového mechanismu, lana a kladky, nebo převodu s ozubenými koly 23, jež jsou pomocí kliky a ojnicemi 24 spojeny vnitřní komorou χ a vnější komorou 2. Z ozubených kol 23 lze odebírat mechanický vý kon a čerpadla tak použít jako motoru.As a mechanical transmission 3, preferably toothed racks 16 attached to the inner chamber χ and the outer chamber 2 with pinion gears 17 suspended or supported on the rods 18 are used. The extreme positions of movement of the two chambers are secured by stops or arresting and delay devices 19. a lever mechanism, a rope and a pulley, or a gear with gears 23, which are connected by means of a crank and connecting rods 24 to the inner chamber χ and the outer chamber 2. Mechanical power can be removed from the gears 23 and used as a motor.

197 443197 443

U čerpadel využívajících teplotního rozdílu mezi čerpanou kapalinou a ohřívacím a ohřívacím médiem jež je malý, je plst 7 spojen trubicí 20 s násobícím dutým plstem 20 s násobícím dutým pístem 21 jež působí na čerpanou kapalinu 5. Malá změna tlaku plynu 4 tak vyvodí potřebnou změnu tlaku čerpané kapaliny 5.In pumps utilizing the temperature difference between the pumped liquid and the heating and heating medium which is small, the felt 7 is connected by a multiply hollow felt tube 20 to a multiply hollow piston 21 which acts on the pumped liquid 5. A small change in gas pressure 4 thus results pumped liquids 5.

Při využívání sluneční energie je čerpadlo kapalin svou vnitřní 1 a vnější komorou 2 umístěno v ohnisku F slunečního zrcadla 22, jež může být pevné, takže odpadá nákladná synchronizace pohybu zrcadla se sluncem nebo usměrnění jeho paprsků.When utilizing solar energy, the liquid pump, with its inner 1 and outer chamber 2, is located in the focus F of the sun mirror 22, which may be fixed, so that costly synchronization of the mirror's movement with the sun or rectification of its rays is eliminated.

čerpadlo kapalin ku svému spuštění nepotřebuje vnější mechanickou práci. Je-li například v poloze, kdy vnitřní komora £ je vesvé spodní úvrati a vnější komora 2 naopak ve svó horní úvrati postačí přivést do vnitřní komory JL tepelnou energii, například soustředěním slunečních paprsků, která začne ohřívat plyn 4, ten zvyšuje tlak a svou expanzí vytlačuje čerpanou kapalinu 5 z vnitřní komory 1. do větrníku 8. Tím se vnitřní komora 1. stává lehčí bproti vnější komoře 2 a v době, kdy tento rozdíl hmotnosti překoná odpor aretačního a zpožďovacího zařízení 19 nastává vzájemný protiběžný pohyb , kdy vnitřní komora 1. spěje ke své horni úvrati a vnější komora 2 ke své spodní úvrati, kde nastává ohřev plynu 4 vnější komory 2. Mezitím expandovaný plyn 4 ve vnitřní komoře 1. se od okolní čerpané kapaliny 5 svou radiací ochlazuje a způsobuje podtlak, který nasává další čerpanou kapalinu 5 do vnitřní komory £. Změna hmotnosti nasávané kapaliny ve vnitřní komoře £ a vytlačované kapaliny ve vnější komoře 2 opět uvádí obě komory do protiběžného pohybu, takže si svoje vzájemné polohy vystřídají.the liquid pump does not need external mechanical work to start it. If, for example, it is in the position where the inner chamber 6 is the bottom dead center and the outer chamber 2, on the other hand, is sufficient at its upper dead center to bring thermal energy to the inner chamber 11, for example by concentrating sunbeams that start heating gas 4, it increases the pressure and expands This pushes the pumped liquid 5 from the inner chamber 1 into the pinwheel 8. This makes the inner chamber 1 lighter than the outer chamber 2 and when this weight difference overcomes the resistance of the arresting and retarding device 19 there is a reciprocal reciprocal movement where the inner chamber 1. it reaches its upper dead center and the outer chamber 2 to its lower dead center, where the gas 4 of the outer chamber 2 is heated. In the meantime, the expanded gas 4 in the inner chamber 1 cools down from its surrounding pumped liquid 5 and causes vacuum to suck in the pumped liquid. 5 into the inner chamber 6. The change in the mass of the sucked-in liquid in the inner chamber 4 and the displaced liquid in the outer chamber 2 again causes the two chambers to counter-rotate so that they alternate their relative positions.

Tento děj se nepřetržitě opakuje pokuď je přiváděna tepelná energie, jejiž teplota je vyšší než teplota čerpané kapaliny 5.This process is repeated continuously as thermal energy is supplied, the temperature of which is higher than the temperature of the pumped liquid 5.

Při využívání tepelné energie s malým teplotním spádem je tlak expandujícího plynu 4 převáděn z pístu 7 trubici 20 na menši násobící dutý píst 21, který působí na čerpanou kapalinu 5. K chlazeni vyexpandovaného plynu 4 napomáhá dutina násobícího pístu 21. Tímto způsobem je možně ještě využít tepelné energie, která je jiným zařízením jen obtížně využitelná.When utilizing thermal energy with a small temperature gradient, the pressure of the expanding gas 4 is transferred from the piston 7 through the tube 20 to a smaller multiply hollow piston 21 which acts on the pumped liquid 5. The multiplier 21 cavity helps to cool the expanded gas 4. thermal energy, which is difficult to use by other equipment.

čerpadlo tekutin podle vynálezu dokonce umožňuje využít i vlastního tepla čerpané kapaliny viz. obr. β. Komory v tom případě nejsou na mechanickém převodu 2 zavěšeny, ale podepřeny. Plyn 4 je ohříván od čerpané kapaliny a chlazen v opačné úvrati například proudícím vzduchem nebo vodní sprchou.The fluid pump according to the invention even makes it possible to utilize the own heat of the pumped liquid. Fig. β. In this case, the chambers are not suspended on the mechanical transmission 2 but are supported. The gas 4 is heated from the pumped liquid and cooled at opposite dead center by, for example, air flow or a water spray.

Při využiti čerpadla kapalin také jako motoru je z mechanického převodu 3 odváděna mechanická práce, zatímco přívod l 0 a odvod 13 čerpané kapaliny 5 mohou být vzájemně spojeny. Mezi přívod 10 a odvod 13 je v tom případě zařazen buď chladič 26, při použití vnějšího přívodu tepelné energie k ohřevu plynu 4, nebo ohřívač 26 při použití vnějšího chlazení plynu 4. V tom případě jsou vnitřní komora £ a vnější komora 2 opatřeny v části pro plyn 4 deskovým nebo trubkovým váměníkem 25 tepla.When using the liquid pump also as an engine, mechanical work 3 is discharged from the mechanical transmission 3, while the inlet 10 and the outlet 13 of the pumped liquid 5 can be connected to each other. Between the inlet 10 and the outlet 13 in this case either a cooler 26 is used, using an external heat energy supply to heat the gas 4, or a heater 26 using an external gas cooling 4. In this case, the inner chamber 6 and the outer chamber 2 are provided in for gas 4 with a plate or tube heat exchanger 25.

197 443197 443

Popsaný princip čerpadla umožňuje využít přírodních zdrojů tepelné energie a to jak pro malá zařízení jako např. čerpadla pro zahrádkáře, tak pro čerpání jednotky velkých výkonů jako například při odsolování mořské vody, zavlažováni suchých oblastí, přečerpávacích elektráren a podobně.The described principle of the pump makes it possible to use natural sources of heat energy, both for small equipment such as gardening pumps, and for pumping large capacity units such as seawater desalination, dry area irrigation, pumped storage plants and the like.

Zvláětě výhodné je použití těchto čerpadel u slunečních kolektorů, kde jednoduchým a spolehlivým způsobem zajišlují nejen oběh vody, ale i automatickou regulaci v závislosti na slunečním svitu.Especially advantageous is the use of these pumps in solar collectors where they provide not only water circulation but also automatic regulation depending on the sunshine in a simple and reliable manner.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. a heat energy-driven liquid pump, characterized in that it consists of reciprocating chambers (1, 2), i.e. an inner chamber (1) and an outer chamber (2), connected to one another via a mechanical transmission (3) and composed of two parts , a gas part (4) and a pumped liquid part (5) which are separated from each other by a movable partition.

Liquid pump according to Claim 1, characterized in that the inner chamber (1) is surrounded by an outer chamber (2) and surrounded by a windwheel (8) of the pumped liquid (5).

Liquid pump according to Claim 1, characterized in that in the inner chamber (1) and the outer chamber (2) the gas portion (4) and the pumped liquid portion (5) are separated by a flexible wall (6).

4. A liquid pump according to claim 1, characterized in that in the inner chamber (1) and the outer chamber (2), the gas portion (4) and the pumped liquid portion (5) are separated by a piston (7) connected by a tube (20); multiply hollow piston (21).

Liquid pump according to Claim 1, characterized in that the mechanical transmission (3) is formed by a rack (16) connected to an outer chamber (2) between which at least one pinion (17) is supported on the rod (18).

Liquid pump according to Claim 1, characterized in that the mechanical transmission (3) is formed by gears (23) connected via connecting rods (24) to the inner chamber (1) and the outer chamber (2).

Liquid pump according to Claim 1, characterized in that tubular or plate heat exchangers (25) are arranged in the gas chamber (4) in the inner chamber (1) and the outer chamber (2).

8. A fluid pump according to claim 1, wherein the fluid chamber portion (5) of the inner chamber (1) is connected to the fluid chamber portion (5) of the outer chamber (2) via a heater or cooler (26).

197 443

Liquid pump according to Claim 1, characterized in that in the inner chamber (1) and the outer chamber (2), there are in the gas compartments (4) the absorber foils (14).