CZ2005409A3 - Solární vakuové cerpadlo - Google Patents

Abstract

Solární vakuové cerpadlo obsahuje solární kolektor (2) usporádaný na vyssím konci sikmo ulozeného tlakového potrubí (1), na jehoz spodním konci je umísteno vypoustecí zarízení (8). Pod výparníkem upraveným v míste solárního kolektoru (2) je zásobník(4) kapaliny (10) a prostor výparníku je spojen sv podstate svislým sacím potrubím opatreným zpetnou klapkou (7). Pro tepelné oddelení výparníku od sacího potrubí je mezi temito díly upravena tepelne izolacní klapka (6) a poblíz vypoustecího konce tlakového potrubí (1) je usporádán multifunkcní ventil (5) pro ovládání pochodu v tlakovém potrubí (1).

Description

Oblast techniky

Řešení se týká solárního vakuového čerpadla na čerpání kapalin, zejména vody, které se při své činnosti obejde bez dodávky jiné než sluneční energie.

Dosavadní stav techniky

Je známa řada zařízení pracujících jako čerpadlo kapalin a využívajících sluneční energii. Většinou jsou tato zařízení složitá a mnohdy obsahují složité a poruchové technické prvky jako jsou například písty apod. Jedním z těchto zařízení je například solární čerpadlo popsané v dokumentu WO 01/11243, které obsahuje kolektor s odpařovačem vytvářejícím páru s přetlakem v expanzní komoře a u kterého je kapalina vytlačována přes zpětný ventil do výstupního potrubí. Zveřejněná přihláška CZ 2721-94 popisuje solární pumpu sestávající ze slunečního kolektoru tvořeného uzavřeným prostorem s plynovou náplní, který je propojen se zásobníkem kapaliny, kterýje přes řídící ventil propojen s výtlačným potrubím

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého řešení je vytvořit konstrukčně jednoduché zařízení s minimálním počtem pohyblivých součástí a s vysokým čerpacím výkonem řádově více než 1 000 m³ načerpané kapaliny za 24 hodin, které odstraňuje nevýhody známých řešení.

Uvedeného cíle je dosaženo solárním vakuovým čerpadlem obsahujícím solární kolektor uspořádaný na vyšším konci šikmo uloženého tlakového potrubí, na jehož spodním konci je umístěno vypouštěcí zařízení, přičemž pod výparníkem upraveným v místě solárního kolektoru je zásobník kapaliny a prostor výparníku je spojen s v podstatě svislým sacím potrubím opatřeným zpětnou klapkou, jehož podstatou je, že pro tepelné oddělení výparníku od sacího potrubí je mezi těmito díly upravena tepelně izolační klapka a poblíž vypouštěcího konce tlakového potrubí je uspořádán multifunkční ventil pro ovládání pochodů v tlakovém potrubí.

Je výhodné, když je výparník tvořen porézním materiálem zasahujícím jednak do prostoru solárního kolektoru ajednak do zásobníku kapaliny.

Je rovněž výhodné, jestliže do tlakového potrubí ústi alespoň jeden přívod od potrubí chladící vody pro vyvolání řízené kondenzace v tlakovém potrubí.

Přehled obrázků na výkresech

Jeden z možných příkladů řešení je znázorněn na připojených obrázcích, na nichž: obr. 1 představuje schematický svislý řez zařízením, vedený podélnou osou tlakového potrubí, na obr..2 je příčný svislý řez zařízením, vedený rovinou A-A z obr. 1 a na obr 3. je schematicky znázorněna možnost praktického využití řešení pro zavlažování pozemků.

Příklady provedení

Zařízení znázorněné na obr. 1 obsahuje tlakové potrubí 1, které je upraveno tak, že se svažuje směrem k odtokovému konci. Sací hrdlo, spojené se vstupním koncem tlakového potrubí 1 a uspořádané na jeho opačném konci, je ponořeno pod hladinu nasávané kapaliny 10. V tomto sacím hrdle je umístěna zpětná klapka 7, která umožňuje nasávání kapaliny 10 do tlakového potrubí 1, avšak znemožňuje vytékání kapaliny z tlakového potrubí 1 do prostoru nasávané kapaliny 10. Poblíž vstupního konce tlakového potrubí 1 v blízkosti nejvyššího místa tohoto tlakového potrubí i je upraven solární kolektor 2 a pod ním je uvnitř tlakového potrubí 1 uspořádán výparník tvořený porézním materiálem 3, zasahujícím do zásobníku 4 nasáté kapaliny 10, který je umístěn ve spodní části tlakového potrubí 1 v místě solárního kolektoru 2.

Porézní materiál 3 umožňuje kapilární elevaci nasáté kapaliny 10, která se v důsledku toho dostává do oblasti solárního kolektoru 2 kde se působením sluneční energie ohřívá a následně odpařuje. Mezi sacím hrdlem a solárním kolektorem 2, poblíž solárního kolektoru 2, je uspořádána tepelně izolační klapka 6, jejímž účelem je oddělit teplejší prostor nadzemního tlakového potrubí 1 od chladného prostoru sacího potrubí, zasahujícího svým sacím hrdlem pod hladinu čerpané tekutiny.

• · · · · · • · • ···· · · · · ·

Na spodním konci tlakového potrubí 1 je umístěno vypouštěcí zařízení 8 tvořené například výpustným ventilem. Poblíž tohoto spodního konce tlakového potrubí 1 je na tomto potrubí 1 upraven multifunkční ventil 5. Multifunkční ventil 5 plní řadu funkcí, které umožňují činnost celého zařízení. Při odpařování kapaliny, kdy její páry vytlačují chladnější plyn, odchází přes tento ventil 5 chladnější plyn do ovzduší.

Vznikne-li v tlakovém potrubí 1 podtlak, je tento multifunkční ventil uzavřen a odděluje tak prostor tlakového potrubí 1 od okolního prostředí. Naproti tomu při vypouštění kapaliny z tlakového potrubí 1_ vypouštěcím zařízením 8 umožňuje multifunkční ventil 5 přívod vzduchu do prostoru tlakového potrubí 1.

Ve výhodném provedení obsahuje zařízení ještě potrubí 9 chladící kapaliny zaústěné do tlakového potrubí 1. Přivedením chladící kapaliny do tlakového potrubí 1 naplněného párami čerpané kapaliny dochází k řízené kondenzaci těchto par, které má za následek vznik podtlaku v tlakovém potrubí 1, jehož výsledkem je nasátí čerpané kapaliny 10 do tlakového potrubí 1.

Předložené čerpadlo pracuje následujícím způsobem:

Kapalina vzlínající ze zásobníku 4 porézním materiálem 3 se dostává do prostoru solárního kolektoru 2 s vysokou teplotou, kde se ohřívá a odpařuje. Vzniklá pára vytlačuje chladný plyn z tlakového potrubí 1 přes multifunkční ventil 5. Zpětná klapka 7 brání kapalině v odtoku do prostoru nasávané kapaliny 10 a tepelně izolační klapka znemožňuje ochlazování vznikajících par chladnou vodou nacházející se v prostoru svislého sacího kanálu. Vytlačování chladného vzduchu párou pokračuje dokud je přiváděno dostatečné množství tepla. Aby nedošlo k nechtěné kondenzaci páry v tlakovém potrubí 1 mimo prostor výparníku, je i tato část vystavena slunečnímu záření a opatřena vhodnou teplo pohlcující úpravou. Při poklesu přívodu tepla, například večer nebo v noci dojde ke kondenzaci páry a tím k významnému snížení jejího objemu, což má za následek vznik podtlaku v tlakovém potrubí 1. Vzniklý podtlak zajistí nasátí určitého množství kapaliny 10 přes zpětnou klapku 7 a tepelně izolační klapku 6. Část z této nasáté kapaliny W, s výjimkou kapaliny nacházející se v zásobníku 4 a sloužící k vytvoření páry v dalším cyklu, je možno vypustit vypouštěcím zařízením 8 a následně použít například na zavlažování.

• ·

Pro optimální funkci zařízení je vhodné, aby celé tlakové potrubí 1 bylo upraveno pro maximální absorpci slunečního záření, například opatřeno vhodným nátěrem zvyšujícím absorpci tepelného záření. Pro správnou funkci zařízení je nezbytné, aby bylo tlakové potrubí dokonale těsné. Tlakové potrubí f musí být skloněno pod vhodným úhlem od vstupního konce obsahujícího solární kolektor 2 směrem * k výstupnímu konci s vypouštěcím zařízením 8, aby mohl chladnější plyn klesat směrem k tomuto výstupnímu konci a aby mohla čerpaná kapalina z tlakového potrubí 1 odtékat. Celé potrubí musí být dostatečně teplé, aby nedocházelo k nežádoucí neřízené kondenzaci páry. Pro funkci zařízení je nezbytné, aby se v solárním kolektoru 2 vytvořilo dostatečné množství páry postačující k vytlačení celéhoobjemu chladného plynu z tlakového potrubí 1.

Množství načerpané kapaliny je přímo úměrné objemu tlakového potrubí 1. Konstrukčně může být zařízení navrženo tak, aby tlakové potrubí 1 mohlo sloužit zároveň jako rozváděči potrubí pro zavlažování velkých pozemků. Při praktických pokusech bylo v tlakovém potrubí dosahováno podtlaku většího než 70 kPa a rychlosti proudění směrem vzhůru do tlakového potrubí 1. vyšší než 20 m/sec. Například při světlosti tlakového potrubí 1 0,5 m a jeho délce 1 000 m může být nasáváno až 193 m³. Objem potrubí 1 bude zcela vyplněn, protože vlivem sklonu potrubí ,1 bude kapalina proudit vysokou rychlostí, čímž získá vysokou kinetickou energii,, která umožní zcela využít objem potrubí L Při použití zpětných klapek na vypouštěcím zařízení 8 může zařízení pracovat zcela automaticky bez potřeby jakékoliv jiné než sluneční energie. Vhodnou volbou použitých materiálů je možno zajistit dlouhodobou životnost zařízení bez nutnosti časté údržby.

Ke kondenzaci páry v tlakové trubce 1 může docházet buď přirozeně v důsledku poklesu teploty v noci nebo umělým zchlazováním prostoru tlakového potrubí 1 vstřikováním chladící kapaliny přiváděné potrubím 9. Při dostatečně velkém slunečním svitu a vhodné velikosti slunečního kolektoru 2 je možno namísto jednoho přirozeného čerpacího cyklu během 24 hodin dosáhnout i několika čerpacích cyklů během dne a tím významně zvýšit množství načerpané kapaliny.

Jedna z možností praktického využití předmětného čerpadla je znázorněna na obr. 3, kde je uveden příklad zavlažování rozsáhlého zemědělského pozemku pomocí řady ·· ···· ·· ·· ·· ···· ί» « ··· ···

5· · · · ··· · · · · · • ··»······ · ···· ·· ·· ·· ·· ··· tlakových potrubí 1 napájených nasávanou kapalinou W přiváděnou napájecím potrubím 11.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je zejména vhodné jako zavlažovači zařízení a to jak pro malé, tak i velké zavlažované plochy. Zařízení je však použitelné i pro čerpání jiných kapalin než je voda a k jiným účelům než je zavlažování.

Claims (3)

1. PATENTOVĚ NÁROKY

   1. Solární vakuové čerpadlo obsahující solární kolektor uspořádaný na vyšším konci šikmo uloženého tlakového potrubí, na jehož spodním konci je umístěno vypouštěcí zařízení, přičemž pod výparníkem upraveným v místě solárního kolektoru je zásobník kapaliny a prostor výparníku je spojen s v podstatě svislým sacím potrubím opatřeným zpětnou klapkou, vyznačující se tím, že pro tepelné oddělení výparníku od sacího potrubí je mezi těmito díly upravena tepelně izolační klapka (6) a poblíž vypouštěcího konce tlakového potrubí (1) je uspořádán multifunkční ventil (5) pro ovládání pochodů v tlakovém potrubí (1).
2. 2. Solární vakuové čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že výparník je tvořen porézním materiálem zasahujícím jednak do prostoru solárního kolektoru (2) a jednak do zásobníku kapaliny (4).
3. 3. Solární vakuové čerpadlo podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že do tlakového potrubí (1) ústi alespoň jeden přívod od potrubí (9) chladící vody pro vyvolání řízené kondenzace v tlakovém potrubí (1).