CZ6742U1 - Zařízení, zejména pro dopravu kapaliny - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení, zejména pro dopravu kapaliny, kdy se k pohonu zařízení využívá změny objemu kapaliny vlivem její tepelné roztažnosti.

Dosavadní stav techniky

K dopravě kapaliny je využívána řada známých, k tomuto účelu určených zařízení - čerpadel. Ke svému chodu potřebuje čerpadlo pohon a pohonné médium, například naftu, benzín, elektřinu, stlačený vzduch, kapalinu, případně sluneční energii, větrnou energii a podobně. Tento pohon je však velmi drahý, u sluneční energie nelze využívat v noci nebo při neslunečném dni, větrnou energii, v případě, že není vítr určité rychlosti. Při čerpání kapaliny, zejména vody, na větší vzdálenosti je nutno mít pohony značných výkonů a tím i nutno dodat velká množství drahé pohonné látky. Rovněž je nevýhodné, že výstupní potrubí, pro dodávku kapaliny na velké vzdálenosti, nutno mít o větších průměrech z důvodu minimalizace ztrát třením.

Určitou nevýhodou dosavadních čerpadel je i vyšší hlučnost jejich chodu při dopravě kapaliny.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody jsou do značné míry odstraněny zařízením, zejména pro dopravu kapaliny, podle technického řešení.

Zařízení sestává z výměníku tepla spojeného s hydraulickomechanickým převodníkem, jež je propojen s převodovým členem, na který navazuje čerpadlo se zásobníkem čerpané kapaliny a výstupním potrubím.

Podstatou technického řešení je, že pracovní prostor výměníku tepla, jež je naplněn pracovní kapalinou, je propojen s pracovním prostorem hydraulickomechanického převodníku, v němž je jedním svým koncem uložen píst. Opačný konec pístu je spojen se vstupním pístem v převodovém členu. Výstupní píst převodového členu, jehož plocha průřezu je menší, než plocha průřezu vstupního pístu, je svou výstupní stranou spojen s pístem v pracovním prostoru čerpadla. Sací potrubí čerpadla se sacím košem je spoje' no se zásobníkem kapaliny, výtlačné potrubí čerpadla je vyvedeno k místu odběru kapaliny. Čerpadlo je osazeno snímačem polohy pís| tu, jež je propojen s převodem chladícího média nebo s přívodem tepla do výměníku tepla.

Pro výrazné snížení provozních nákladů je výhodné je-li výtlačné potrubí čerpadla napojeno na přívod do nádrže, vývod z nádrže je směrován k místu odběru kapaliny. Zároveň však alespoň jeden vývod z nádrže je vyústěn do výměníku tepla.

Ke synchronnímu otevírání a uzavírání ovládacích prvků je výhodné, když je snímač polohy pístu propojen jednak s uzavíracím prvkem umístěným na vývodu z nádrže a jednak s uzavíracím prvkem

-1CZ 6742 Ul na vývodu z výměníku tepla.

Správný chod zařízení je zajištěn, je-li píst čerpadla dotlačován do dolní úvratě vracecím zařízením.

S výhodou je prostor mezi pístem a vnitřní stěnou válce v čerpadle utěsněn manžetou, jež je připojena k pístu, přitom je velmi výhodné, že materiál pro výrobu manžety je kůže.

Oproti jiným známým řešením jsou u zařízení pro dopravu kapaliny, podle technického řešení, velmi nízké provozní náklady. Využitím teplotního potenciálu mezi dopravovanou kapalinou a okolím, ať už při dopravě chladnější kapaliny, nebo též případně teplejší kapaliny, než je teplota okolního prostředí, lze zajistit prakticky celodenní provoz bez nutnosti účasti obsluhy u zařízení.

Výhodné jsou i malé náklady na pořízení zařízení a velmi malá amortizace.

Pořizovací náklady snižuje i možnost využití výtlačného potrubí - hadice o menším vnitřním průřezu, než u známých řešení.

Zvýšeného výkonu zařízení lze zajistit zařazením výměníku tepla vyššího výkonu, například jeho umístěním ve vodním toku, vodní nádrži velké rozlohy, uložením v jímce pod povrchem v půdě.

U jiného možného využití zařízení, lze kinetickou energii pístu čerpadla použít ne k dopravě kapaliny, ale k pohonu jiného zařízení či stroje.

Objasnění výkresu

Technické řešení je blíže popsáno na přiložených výkresech, kde na obrázku číslo l je vidět ve zjednodušeném provedení zařízení, zejména pro dopravu kapaliny, u kterého je výstup čerpadla směrován přímo k místu odběru dopravované kapaliny a výměník tepla je propojen se vstupem chladícího média, popřípadě tepla, jež jsou spojeny se snímačem polohy pístu. Obrázek číslo 2 znázorňuje zjednodušeně variantu zařízení, zejména pro dopravu kapaliny při využití dopravy chladné kapaliny, kdy je mezi výstupem z čerpadla na větvi k místu odběru kapaliny a mezi výměníkem tepla zařazena nádrž a uzavírací prvky nádrže i výměníku tepla jsou propojeny se snímačem polohy pístu.

Příklad provedení technického řešení

Zařízení, zejména pro dopravu kapaliny je blíže popsáno na příkladu použití, kdy je ze zásobníku kapaliny 8 dopravována chladná voda jejíž teplota je nižší, než teplota okolního vzduchu, do místa odběru 9. Místo odběru 9 může být nějaká jímka na vodu nebo voda odebíraná např. k zalévání apod.

K hlavním částem zařízení patří výměník tepla 2, hydraul ickomechanický převodník 3_, převodový člen 4, čerpadlo 1 se sacím a výtlačným potrubím 61 a 62., zásobníkem kapaliny 8, snímač polohy pístu 7. a nádrž 5.

-2CZ 6742 Ul

Výměník tepla 2 je nádoba 23 válcového nebo hranatého tvaru, která má uvnitř pláště 24 instalovaný pracovní prostor 21. Ten je tvořený soustavou šroubovité nebo jinak zahnutých trubek, které mají velký povrch a umožňují proudění jiné tekutiny kolem tohoto povrchu. Pracovní prostor 21 je na jednom konci, uvnitř nádoby 23, uzavřený, opačný konec zasahuje do pracovního prostoru 31 hydraulickomechanického převodníku 3. Pracovní prostor 21 výměníku tepla 2 a s ním spojený pracovní prostor 31 hydraulickomechanického převodníku 3. jsou naplněny pracovní kapalinou. Pracovní kapalinou je olej, případně jí může být jiná vhodná kapalina. Výměník tepla 2 je opatřen v horní části a spodní části otvory pro přívod 25 a vývod 22 kapaliny.

Hydraulickomechanický převodník 3 je tvořen utěsněnou nádobou, v níž je jedním svým koncem 321 uložený píst 32. Jeho příčný průřez je malý. Opačný konec 322 pístu 32 zasahuje do převodového členu 4. Zde je píst 32 pevně spojen se vstupním pístem 42 převodového členu 4.

Převodový člen 4 je odstupňovaná válcová nádoba pevné konstrukce. Uvnitř převodového členu 4 jsou uloženy dva písty. Vstupní píst 42, spojený se vstupní strany 44 s pístem 32 hydraulickomechanického převodníku 3. a výstupní píst 43, který svou výstupní stranou 432 zasahuje do pracovního prostoru 11 čerpadla

1. Výstupní píst 43 má plochu příčného průřezu mnohem menší, než je plocha příčného průřezu vstupního pístu 42. Tím je dosaženo značného, až řádově velkého převodového poměru. Pracovní prostor 41 převodového členu £ je nad vstupním pístem 42 vyplněn pracovní kapalinou. Kapalina je zde olej, případně jiná vhodná kapalina.

Čerpadlo 1 tvoří válec 13 zesílené konstrukce. Sací potrubí 61, které je zakončené sacím košem 63., je vyvedeno do zásobníku kapaliny 8.. Zásobník kapaliny 8 zde může být například studna s vodou nebo nějaká nádrž vody, kterou je třeba přečerpat k místu odběru 9.. Výtlačné potrubí 62 je napojeno na přívod 51 do nádrže 5.

V pracovním prostoru 11 čerpadla 1 je umístěn píst 12., který je ze sací strany pevně spojený s výstupní stranou 432 výstupního pístu 43 převodového členu £. Píst 12 je opatřený sacím ventilem 18 a od vnitřní stěny 14 válce 13 je utěsněný manžetou 15, která je upevněna k pístu 12.. Manžetu 15 tvoří součást límcového tvaru, jež je vyrobena z kůže. Případně může být píst 12 utěsněný jiným známým způsobem. K pístu 12 je z výtlačné strany připojený snímač polohy pístu 7. Do dolní úvratě je píst 12 dotlačovaný vracecím zařízením 17, které vytváří tlačná pružina vhodné tuhosti. Vracecí zařízení 17 může být zabezpečeno i jiným známým vhodným způsobem.

Do nádrže 5 je dopravovaná kapalina přiváděna z čerpadla 1 přes přívod 51. Nádrž 5 je nádoba, která je umístěna nad výměníkem tepla 2.. Její objem je větší než objem vnitřního prostoru 26 výměníku tepla 2. Vývod 52 z nádrže 5 je spojený prostřednictvím potrubí nebo hadice s místem odběru 9 dopravované kapaliny.

Vývod 53 z nádrže 5 slouží jako výpustný otvor a je vyústěn do výměníku tepla 2. K vývodu 53 je připojený uzavírací prvek 71, který tvoří ventil propojený se snímačem polohy pístu 7. K vývodu

-3CZ 6742 Ul z výměníku tepla 2 je připojený uzavírací prvek 72., který tvoří ventil, jež je propojený se snímačem polohy pístu 7.

Snímač polohy pístu 7 je napojený na píst 12 čerpadla 1. Je známé konstrukce a nebude dále popisován.

Ke zvýšení účinnosti zařízení, zejména pro dopravu kapaliny, jsou proti oteplování dopravní kapaliny od okolního prostředí sací potrubí 61 čerpadla, čerpadlo 1, výtlačné potrubí 62, nádrž 5 a vývod 53 osazeny tepelnou izolací 103.

Funkce zařízení, zejména pro dopravu kapaliny, podle uvedeného příkladu:

Předpokladem je, že teplota dopravované kapaliny je chladnější než teplota okolního prostředí - vzduchu.

Nejdříve je nutno poprvé naplnit nádrž 5 kapalinou chladnější než teplota okolního vzduchu, nejlépe dopravovanou kapalinou. Pracovní prostor 21 výměníku tepla 2 a pracovní prostor 31 hydrauiickomechanického převodníku X jsou naplněny olejem, který se přes vnitřní prostor 26 výměníku tepla 2 ohřívá buď od teplejšího okolního vzduchu, nebo je přívod tepla 101 zabezpečen jiným výhodným způsobem - ohřívačem, nebo například teplou vodou ohřátou výhodně slunečními kolektory, apodobně.

Vlivem ohřátí oleje v pracovním prostoru 31 hydraulickomechanického převodníku X, začne olej zvětšovat svůj objem a posune píst 32. Tento posuv se přenese na s ním spojený vstupní píst 42 v převodovém členu 4. Výstupní píst 43 převodového členu 4 přenese tento pohyb, zvýšený o převodový poměr získaný v převodovém členu 4, na s ním spojený píst 12 čerpadla 1. Píst 12 čerpadla 1 se začne pohybovat z dolní úvratě do horní úvratě a nasaje ze zásobníku kapaliny 8 dopravovanou kapalinu pod píst 12 čerpadla 1. Snímač polohy pístu 7 čerpadla 1 dá ve vhodném okamžiku povel k otevření uzavíracího prvku 71 na vývodu 53 z nádrže 5. Chladná kapalina z nádrže 5 naplní vnitřní prostor 26 výměníku tepla 2, neboť uzavírací prvek 72 na vývodu 22 pod výměníkem tepla 2 je uzavřen. Chladná kapalina ochladí olej v pracovním prostoru 21 výměníku tepla 2 a tím i v pracovním prostoru 31 hydraulickomechanického převodníku χ. Náplň oleje zmenší svůj objem a písty 32. 42., 43 a 12 se začnou pohybovat opačným směrem. Tomu napomáhá i vracecí zařízení 17 - zde tlačná pružina, která dotlačuje píst 12 čerpadla 1 do dolní úvratě. Nyní se dopravovaná kapalina dostane přes sací ventil 18 do prostoru nad píst 12 ve válci 13 čerpadla 1.

Snímač polohy pístu 17 čerpadla 1 vydá, ve vhodném okamžiku, povel k uzavření uzavíracího prvku 71 na vývodu 53 z nádrže 5 a zároveň povel k otevření uzavíracího prvku 72 na vývodu 22 pod výměníkem tepla 2. Kapalina vyteče z vnitřního prostoru 26 výměníkem tepla X, například zpět do zásobníku kapaliny, případně na jiné vhodné místo.

Olej v propojených pracovních prostorech 21 a 31 se znovu, už dříve popsaným způsobem, začne ohřívat a celý proces se opakuje s tím, že z nádrže 5 odtéká dopravovaná kapalina k místu odběru 9.

-4CZ 6742 Ul

U jiného příkladu použití lze chlazení chladnou kapalinou z nádrže 5 do výměníku tepla 2 nahradit jiným, známým výhodným přívodem chladícího média 102. Pak nádrž 5 ztrácí svou funkci a není nutné ji použít.

U dalšího příkladu použití lze zařízení pro dopravu kapaliny použít k dopravě kapaliny, jejíž teplota je vyšší, než teplota okolního prostředí.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení, zejména pro dopravu kapaliny, sestávající z výměníku tepla, hydraulickomechanického převodníku, převodového členu, čerpadla, zásobníku kapaliny a potrubí vyznačuj ící se tím, že pracovní prostor /21/ výměníku tepla /2/, jež je naplněn pracovní kapalinou, je propojen s pracovním prostorem /31/ hydraulickomechanického převodníku /3/, v němž je jedním svým koncem /321/ uložen píst /32/, opačný konec /322/ pístu /32/ je spojen se vstupním pístem /42/ v převodovém členu /4/, výstupní píst /43/ převodového členu /4/, jehož plocha průřezu je menší, než plocha průřezu vstupního pístu /42/, je svou výstupní stranou /432/ spojen s pístem /12/ v pracovním prostoru /11/ čerpadla /1/, k jehož sacímu potrubí /61/ je připojen zásobník kapaliny /8/, výtlačné potrubí /62/ čerpadla /1/ je vyvedeno k místu odběru /9/ kapaliny, přitom čerpadlo /1/ je osazeno snímačem polohy /7/ pístu, jež je propojen s přívodem chladícího média /102/ do výměníku tepla /2/, případně s přívodem tepla /101/.
2. 2. Zařízení, zejména pro dopravu kapaliny, podle nároku 1, vyznačující se tím, že výtlačné potrubí /62/ čerpadla /1/ je napojeno na přívod /51/ do nádrže /5/, přičemž vývod /52/ z nádrže /5/, je směrován k místu odběru /9/ kapaliny a zároveň alespoň jeden vývod /53/ z nádrže /5/, je vyústěn do výměníku tepla /2/.
3. 3. Zařízení, zejména pro dopravu kapaliny, podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že snímač polohy /7/ pístu je propojen jednak s uzavíracím prvkem /71/ na vývodu /53/ z nádrže /5/ a jednak s uzavíracím prvkem /72/ na vývodu /22/ z výměníku tepla /2/.
4. 4. Zařízení, zejména pro dopravu kapaliny, podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že píst /12/ čerpadla /1/ je do dolní úvratě dotlačován vracecím zařízením /17/.
5. 5. Zařízení, zejména pro dopravu kapaliny, podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že prostor mezi pístem /12/ a vnitřní stěnou /14/ válce /13/ v čerpadle /1/ je utěsněn manžetou /15/, jež je připojena k pístu /12/.