CZ308560B6 - Multifunkční vodojem - Google Patents

Abstract

Multifunkční vodojem je tvořený dutým nosným sloupem (1), který je ukotven nad vrtem (3) nebo zásobní nádrží (13). Na horním konci sloupu (1) je uložen zásobník (6) vody a na spodním konci je připevněno sací potrubí (4), na které je napojeno pístové objemové čerpadlo (5). Na píst (51) objemového čerpadla (5) je napojeno táhlo (7). Táhlo (7) prochází nosným sloupem (1) a vnitřním prostorem zásobníku (6) do jeho vrcholové části, kde je jeho konec spřažen s vratným pohybovým šroubem (8) opatřeným křížovým vedením, na kterém je rotačně uložena pohybová matice (9), na níž je upevněn buď rotor (10) větrné elektrárny nebo elektromotor (21) solární elektrárny.

Description

Multifunkční vodojem

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti využívání alternativních zdrojů energií a týká se nové konstrukce multifůnkčního vodojemu určeného k využití jako zásobníku vody pro závlahy nebo technologie, zejména v zemědělství, pro akumulaci energie na principu malé přečerpávací elektrárny nebo k rekuperaci energie ve spojení se solární nebo větrnou energií.

Dosavadní stav techniky

Vodojemy se ve většině případů projektují jako železobetonové nebo kovové stavby určené pouze pro jednorázové využití, ato jako zásobníky vody. V současné době je většina konstrukcí vodojemů tvořena v terénu zabudovaným sloupovým dříkem, na kterém je usazena nádrž kulového, kuželového nebo jiného tvaru. Příkladem této konstrukce jsou například řešení vodárenské věže uvedené v publikaci P. CHEJNOVSKY: „Zdravotní vodohospodářské stavby“ nebo věže dle EP 2240657 nebo vodojemů popsaných ve spisech CZ 141827 a CZ 181066.

V posledních letech je vyvíjena snaha využít vodojemy nejen jako zásobníky vody, ale propojit jejich věže s větrnými nebo solárními elektrárnami a v nich získanou energii využít jak pro čerpání vody do nádrže vodojemu, tak pro pohon závlahových soustav nebo jiných technologií, zejména v zemědělství, případně turistiku (vodojem Makanda, Illinois). Využití větrné energie pro akumulaci a rekuperaci energie je uvedeno například ve spisech US 2009/017567, US 8030790, US 8492918. Tato řešení jsou založena na principu větrné elektrárny stojící na samostatné věži. K věži větrné elektrárny jsou přiřazeny další věže, sloužící pouze jako zásobníky vody, která je zde dopravována z nádrže komerčním čerpadlem poháněným energií z větrné elektrárny. Řešení vodojemu není multifunkční, není ve spojení se zdrojem solární energie ani s čerpadlem přímo poháněným rotorem větrné elektrárny.

Konečně je známo řešení řídicího systému soustavy pro skladování vody dle spisu CN 203905095 o názvu „Water storage control systém“, které obsahuje vodojem, čerpadlo pro zajištění čerpání vody do vodojemu a zařízení pro zajištění napájení tohoto čerpadla. Toto zařízení pak dále obsahuje externí fotovoltaický modul k přeměně solární energie a generátor k přeměně větrné energie na energii elektrickou. Konstrukce uvedeného systému je velmi složitá, sestává z několika samostatných funkčních celků, zejména externí větrné elektrárny a externích solárních panelů, a jeho základní nevýhodou je skutečnost, že čerpadlo není přímo napojeno na rotor větrné elektrárny, ale je poháněno externě umístěným motorem uzpůsobeným pro využívání jak solární, tak větrné energie. Všechna zařízení systému plní pouze jednotlivé funkce a jsou závislá na zdroji vody, přičemž čerpadla spojená přímo s rotorem větrné elektrárny mají malý zdvih pístu, neboť jsou založena na principu klikového mechanizmu, takže jsou určena pouze pro malé výkony a čerpání malých objemů vody.

Vynález si klade za úkol představit novou konstrukci multifůnkčního samoobslužného vodojemu, jehož součástí je objemové čerpadlo velkého výkonu, kjehož pohonuje využívána větrná i solární energie získávaná ze zdrojů umístěných přímo na vodojemu.

Podstata vynálezu

Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je multifunkční vodojem tvořený dutým nosným sloupem, který je ukotven nad vrtem nebo zásobní nádrží, na jehož horním konci je uložen zásobník vody a na jehož spodní konec je připevněno sací potrubí, na které je napojeno pístové objemové čerpadlo. Podstata vynálezu spočívá vtom, že na píst objemového čerpadla je napojeno táhlo, které

- 1 CZ 308560 B6 prochází nosným sloupem a vnitřním prostorem zásobníku do jeho vrcholové části, kde je jeho konec spřažen s vratným pohybovým šroubem opatřeným křížovým vedením, na kterém je rotačně uložena pohybová matice, na níž je upevněn buď rotor větrné elektrárny nebo elektromotor solární elektrárny.

Ve výhodném provedení je nad povrchem zásobníku vytvořen plášť, jehož horní část je upevněna k zásobníku pod úrovní rotoru či elektromotoru a jehož spodní část je upevněna k nosnému sloupu.

Dále j e výhodné, když buď plášť nebo zásobník j sou na svém vněj ším povrchu opatřeny solárními panely.

Také je výhodné, když z nosného sloupu nebo ze sacího potrubí je bočně vyvedeno přepouštěcí potrubí zaústěné do zásobní nádrže a když je z nosného sloupu bočně vyvedeno výtokové potrubí vyústěné do závlahového systému nebo jiné technologické soustavy, přičemž vstupy do přepouštěcího potrubí i výtokového potrubí jsou opatřeny uzavíracími ventily a jsou v nich zabudovány turbíny.

V optimálním případě je plášť opatřen ochozem.

Představovaným vynálezem se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že princip plnění nádrže vodojemu je založen na nezávislosti na externích energetických zdrojích, když je zajišťován větrnou a solární energií získávanou větrnou elektrárnou nebo solárními panely, které jsou přímo součástí vodojemu. V případě, že je nádrž vodojemu zcela naplněna, je možno čerpanou vodu využívat k zavlažování při k rekuperaci energie průtokem vody přes turbínu napojenou na elektrickou síť. Doplňkově lze vodojem využít jako samostatnou větrnou nebo solární elektrárnu a rovněž jako rozhlednu, pokud se na jeho plášti vybudují ochozy nebo lávky pro turisty.

Objasnění výkresů

Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 je schéma základního provedení vodojemu ustaveného nad vrtem, obr. la) detailní pohled P na část povrchu pláště z obr. 1 opatřeného solárními panely, obr. 2 je schéma alternativního provedení vodojemu ustaveného nad vrtem s přepouštěcím potrubím vedeným po úrovní terénu, obr. 3a) je schéma alternativního provedení vodojemu ustaveného nad nádrží pomocí nosného základu, obr. 3b) je schéma alternativního provedení vodojemu ustaveného nad nádrží pomocí ukotvení na dně nádrže, obr. 4 je detail uchycení rotoru větrné elektrárny na koncovou část tyče propojené s pístem objemového čerpadla a opatřené vratným pohybovým šroubem a maticí, obr. 5 je detail uchycení motoru solární elektrárny na koncovou část tyče propojené s pístem objemového čerpadla a opatřené vratným pohybovým šroubem a maticí, obr. 6 je schéma alternativního provedení vodojemu z obr. 1, kde nad povrchem zásobníku není vytvořen plášť,

- 2 CZ 308560 B6 obr. 6a) detailní pohled P na část povrchu zásobníku z obr. 6 opatřeného solárními panely, obr. 7 je model farmy multifunkčních vodojemů, jejichž pláště tvořené solárními panely mají různý design.

Výkresy, které znázorňují představovaný vynález a následně popsané příklady konkrétních provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vodojem je v základním provedení znázorněném na obr. 1 tvořen dutým nosným sloupem 1, který je ukotven v základu 2 zabudovaném v terénu nad vrtem 3 nebo blízkou studnou. Na spodní konec nosného sloupu 1 je připevněno sací potrubí 4, na které je napojeno pístové objemové čerpadlo 5, a na horním konci nosného sloupu 1 je uložen zásobník 6 vody. Na píst 51 objemového čerpadla 5 je napojeno táhlo 7, které je vedeno v pouzdrech 71 a které prochází nosným sloupem 1 a vnitřním prostorem zásobníku 6 do jeho vrcholové části, kde je jeho konec spřažen s vratným pohybovým šroubem 8 opatřeným křížovým vedením, na němž je rotačně uložena pohybová matice 9, což je detailně znázorněno na obr. 4. Na pohybové matici 9 je upevněn rotor 10 větrné elektrárny tvořený horizontálně situovanou víceramennou vrtulí. Nad povrchem zásobníku 6 je vytvořen plášť 11, jehož horní část je upevněna k zásobníku 6 pod úrovní rotoru 10 a jehož spodní část je upevněna nad základem 2 k nosnému sloupu 1. Plášť 11 j e opatřen na svém vněj ším povrchu solárními panely 17, jak je znázorněno na obr. la). Nad základem 2 jsou z nosného sloupu 1 bočně vyvedena přepouštěcí potrubí 12 zaústěné do zásobní nádrže 13 a výtokové potrubí 14 vyústěné do neznázoměného závlahového systému nebo jiné technologické soustavy. Vstupy do přepouštěcího potrubí 12 i výtokového potrubí 14 jsou opatřeny uzavíracími ventily 15 a v obou potrubích 12 a 14 jsou zabudovány turbíny 16, pomocí nichž je po naplnění zásobníku 6 voda čerpána buď do závlahového systému nebo do zásobní nádrže 13. V blízkém okolí vodojemu je na terénu ustaven akumulátor 18. který je neznázoměnými elektrickými vedeními propojen jednak se sběrným kabelem solárních panelů 17 a jednak turbínami 16 uloženými v potrubích 12 a 14.

V alternativním provedení vodojemu znázorněném na obr. 2 je přepouštěcí potrubí 12 umístěno pod povrchem terénu a je do zásobní nádrže 13 vyvedeno přímo ze sacího potrubí 4. Plášť 11 je pak opatřen ochozem 19, který slouží jako rozhledna pro turisty. V dalším alternativním provedení vodojemu podle obr. 3a) je vodojem ukotven na základu 2 vybudovaném přímo nad zásobní nádrží 13 a na obr. 3b) je znázorněno ukotvení vodojemu na nosnících 20 uchycených ve dnu zásobní nádrže 13. Obr. 6 pak představuje možné provedení vodojemu, u něhož není nad zásobníkem 6 vytvořen plášť 11. přičemž solární panely 17 jsou uchyceny přímo na vnějším povrchu zásobníku 6, jak je znázorněno na obr. 6a). Konečně pak vodojem nemusí být opatřen rotorem 10 větrné elektrárny, ale na pohybové matici 9 může být upevněn elektromotor 21 napájený přes akumulátor 18 nebo přímo ze solárních panelů 17, jak je znázorněno na obr. 5. Na obr. 7 je znázorněna farma multifunkčních vodojemů, jejichž pláště 11 jsou vytvořeny v různých designech, přičemž některé jsou opatřeny rotorem 10 větrné elektrárny a některé elektromotory 21

Funkce vodojemu je založena na soběstačnosti a nezávislosti na energetických zdrojích, když se využívá buď sluneční nebo větrné energie, která se převádí na mechanickou. Přeměny této energie se využívá pro pohon speciálního objemového čerpadla 5 propojeného s vratným pohybovým šroubem 8 na němž je rotačně uložena pohybová matice 9, na níž je upevněn buď rotor 10 větrné elektrárny nebo elektromotor 21 solární elektrárny. Rotační pohyb pohybové matice 9 se přes vratný pohybový šroub 8 a táhlo 7 převádí na axiální pohyb pístu 51 objemového čerpadla 5, čímž dochází k čerpání vody z vrtu 3 nebo zásobní nádrže 13 do zásobníku 6 vodojemu. Po naplnění zásobníku 6 a otevření uzavíracího ventilu 15 lze využít tekoucí vody pro velkoplošné závlahové systémy a případně k rekuperaci energie průtokem vody přes turbínu 16, napojenou na elektrickou

- 3 CZ 308560 B6 síť. Akumulace energie i rekuperace je možná vždy, pracuje-li větrná elektrárna jako součást vodojemu.

Průmyslová využitelnost

Vodojem podle vynálezu je určen k využití při budování multifunkčních farem sloužících jako zásobníky vody pro závlahy nebo technologie, zejména v zemědělství, pro akumulaci energie na principu malé přečerpávací elektrárny nebo k rekuperaci energie ve spojení se solární nebo větrnou to energií.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Multifunkční vodojem tvořený dutým nosným sloupem (1), který je ukotven nad vrtem (3) nebo zásobní nádrží (13), na jehož horním konci je uložen zásobník (6) vody a na jehož spodní konec je připevněno sací potrubí (4), na které je napojeno pístové objemové čerpadlo (5), vyznačující se tím, že na píst (51) objemového čerpadla (5) je napojeno táhlo (7), které prochází nosným sloupem (1) a vnitřním prostorem zásobníku (6) do jeho vrcholové části, kde je jeho konec spřažen s vratným pohybovým šroubem (8) opatřeným křížovým vedením, na kterém je rotačně uložena pohybová matice (9), na níž j e upevněn buď rotor (10) větrné elektrárny nebo elektromotor (21) solární elektrárny.
2. 2. Multifunkční vodojem podle nároku 1, vyznačující se tím, že nad povrchem zásobníku (6) je vytvořen plášť (11), jehož horní část je upevněna k zásobníku (6) pod úrovní rotoru (10) či elektromotoru (21) a jehož spodní část je upevněna k nosnému sloupu (1).
3. 3. Multifunkční vodojem podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že buď plášť (11) nebo zásobník (6) jsou na svém vnějším povrchu opatřeny solárními panely (17).
4. 4. Multifunkční vodojem podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že z nosného sloupu (1) nebo ze sacího potrubí (4) je bočně vyvedeno přepouštěcí potrubí (12) zaústěné do zásobní nádrže (13).
5. 5. Multifunkční vodojem podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že z nosného sloupu (1) je bočně vyvedeno výtokové potrubí (14) vyústěné do závlahového systému nebo jiné technologické soustavy.
6. 6. Multifunkční vodojem podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že vstupy do přepouštěcího potrubí (12) i výtokového potrubí (14) jsou opatřeny uzavíracími ventily (15) a jsou v nich zabudovány turbíny (16).
7. 7. Multifunkční vodojem podle některého z nároků 2 až 6, vyznačující se tím, že plášť (11) je opatřen ochozem (19).