DE2733995A1

DE2733995A1 - Solar-pumpe

Info

Publication number: DE2733995A1
Application number: DE19772733995
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Mueller
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-07-28
Filing date: 1977-07-28
Publication date: 1979-02-08
Also published as: IT7825775A0; FR2398899A1; IT1097526B; FR2398899B3

Description

Die Erfindung betrifft eine Solar-Pumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten.

In zahlreichen Trockengebieten und Wüsten der Erde herrschen hohe Sonneneinstrahlung und Mangel an Oberflächenwasser. In mehr oder weniger großer Tiefe befindet sich genügend Grundwasser, welches allerdings in der Regel nicht durch eigenen Druck an die Oberfläche gelangen kann und deshalb gepumpt werden muß. Es liegt daher nahe, zum Pumpen des Grundwassers die in den betreffenden Gebieten reichlich vorhandene Sonnenenergie auszunutzen.

Eine Solar-Pumpe dieser Art ist aus der US-PS 2 688 923, wenn auch ohne Verwendung eines Flachkollektors, bekanntgeworden. Aus der Schrift ist ersichtlich, daß ein hoher apparativer Aufwand betrieben wird, so ist z.B. ein Schwenkmechanismus vorgesehen, welcher zwei separate Überhitzer hin- und herschwenkt, außerdem ist eine größere Anzahl von Ventilen und Leitungen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine selbststeuernde, weitgehend wartungsfreie, billige und kompakte Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen mit einem Arbeitsmedium geringer Verdampfungsentalpie gefüllten Flachkollektor, im wesentlichen bestehend aus einer einen ersten Durchströmkanal bildenden Abdeckung und einer Heiz-

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fläche, ein horizontal verlaufendes, das Arbeitsmedium aufnehmendes Rinnensystem, in welches an der Heizfläche angebrachte, mit Strömungsöffnungen versehene Tauchsieder ragen, eine mit dem Rinnensystem einen zweiten Durchströmkanal bildende wasserundurchlässige tragende Isolierung, obere Anschlüsse und Abströmöffnungen,

ein Pumpelement mit einem über einen Anschluß mit dem Rinnensystem ein geschlossenes System bildenden Expansionsraum, einen mit dem Pumpelement über eine Leitung und mit dem Flachkollektor über Anschlüsse verbundenen Zwischenbehälter sowie einen in Abhängigkeit von der Arbeitsposition des Pumpelementes ein am Zwischenbehälter angebrachtes Ablaßventil steuernden Hebel.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß statt einer aufwendigen Mechanik ein einfaches, verschleißarmes und robustes System zur Verfügung gestellt wird, welches kaum Ansprüche an Wartungspersonal stellt und einen niedrigen Anschaffungspreis ermöglicht. Dadurch ist die Anlage besonders geeignet für den Einsatz in sonnenreichen Entwicklungsländern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

das Grundprinzip einer Solar-Wasserpumpe; einen Flachkollektor im Längsausschnitt;

die Ausführung des Expansionspumpelements als aktive Saugpumpe;

eine Solar-Wasserpumpanlage für einen Tiefbrunnen .

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Fig.	1
Fig.	2
Fig.	3
30 Fig.	4

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Das Pumpelement 13 ist über ein Ventil 17 mit einer zu einem nicht näher dargestellten Brunnen führenden Saugleitung 15 verbunden. Über ein Ventil 16 und eine Verbindungsleitung 18 ist das Pumpelement 13 an den Zwischenbehälter angeschlossen. Ein Anschluß 20 führt vom Pumpeleraent zu dem in Fig. 2 näher dargestellten Flachkollektor. Vom Zwischenbehälter 12 führen Anschlüsse 21,22 zum Flachkollektor 10. Ein Entnahmebehälter 11 ist unterhalb des Flachkollektors angeordnet und dient zur Aufnahme und weiteren Entnahme des gepumpten Wassers. Statt dessen kann auch ein beliebig anderer Verbraucher angeschlossen werden.

Zwischen Pumpelement 13 und Zwischenbehälter 12 ist ein vom Pumpelement gesteuerter Hebel 14 angebracht.

Die Solar-Pumpe funktioniert nun auf folgende Weise: Der mit einem geeigneten Arbeitsmedium (z.B. Frigen) gefüllte Flachkollektor 10 verdampft und überhitzt gegebenenfalls dieses Arbeitsmedium, so daß es über den Anschluß 20 zum Putzelement 13 strömt und dort infolge Verdrängung Wasser über die Verbindungsleitung 18 in den Zwischenbehälter 12 hebt.

Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes eines das Pumpelement 13 in zwei Kammern unterteilenden, mit einem Ballast versehenen Zwischenboden 24 wird über den Hebel 14 ein Ventil 25 an der Unterseite des Zwischenbehälters 12 geöffnet und der Flachkollektor 10 über die Anschlüsse 21,22 und die Durchströmkanäle 26,27 geflutet. Das Arbeitsmedium kondensiert nun wieder im Kollektor und läßt den Zwischenboden 24 absinken. Kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes wird das Ventil 25 über den Hebel 14 geschlossen, damit der Kühlwasserfluß unterbrochen und das Medium kann erneut im Flachkollektor 10 verdampfen.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Flachkollektor mit einem horizontal verlaufenden Rinnensystem 30 versehen, in dem sich jeweils durch Überlaufen flüssiges Arbeitsmedium befindet. Sonnenenergie gelangt über die Abdeckung 31, beispielsweise eine

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Glasscheibe, zu einer Heizfläche 32. An der Heizfläche 32 sind Tauchsieder 34 für den zusätzlichen Wärmetransport bis tief in die Rinnen 30 hinein angebracht. Zwischen den einzelnen Rinnen sind Überströmkanäle 35 angeordnet. Die Tauchsieder 34 sind mit Durchströmöffnungen 37 versehen, so daß das verdampfte bzw. kondensierende Arbeitsmedium ohne Behinderung von einer Rinne zur anderen gelangen kann. Die Rinnen sind ihrerseits mit Strömungskanälen 36 versehen, so daß das Wasser aus dem Zwischenbehälter 12 - wie bereits geschildert - über den Kollektor ablaufen kann.

Im Ausführungsbeispiel ist der Ablauf des Wassers sowohl über den Anschluß 21 als auch über den Anschluß 22 (s.Fig.l) vorgesehen. Wahlweise kann auch nur eine dieser beiden Anschlüsse und damit das Abkühlen über der entsprechenden Partie des Kollektors angewendet werden. Als Abschluß des Flachkollektors dient eine Isolierung 33, welche als wasserundurchlässiges, tragendes Element ausgebildet ist. Rinnensystem, Anschluß 20 und Arbeitsraum des Pumpelementes 13 bilden ein geschlossenes System.

Gemäß Fig. 3 ist das Expansions-Pumpelement 13 als aktive Saugpumpe ausgebildet.

Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Pumpe, die den Saughub über den sinkenden Zwischenboden 24 ausführt, wird hier der Saughub mit dem Arbeitshub des expandierenden Arbeitsmediums gleichzeitig ausgeführt. Zu diesem Zweck sind getrennte Wasserkammer 40 und Arbeitsmediumkammer 42 vorgesehen. Die Wasserkammer 40 ist über ein Ventil 45 an ein zum nicht dargestellten Brunnen führendes Saugrohr 41 angeschlossen. Über ein Auslaufrohr 44 und ein weiteres Ventil 48 im Auslaufrohr gelangt das gepumpte Wasser zum nicht dargestellten Verbraucher. Die Arbeitskammer 42 ist über eine Leitung mit dem Flachkollektor 10 verbunden. Das Ballastgewicht 46 dient zur Entleerung des Wasserraumes und Förderung auf eine geringe Höhe. Statt eines Gewichtes können auch nicht näher

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dargestellte Federn eingesetzt werden. Es können auch jeweils mehrere Leitungen 41, 43, 44 von mehreren Kollektoren bzw. Brunnen oder zu Verbrauchern angeschlossen werden.

Die Arbeitsweise ist nun folgende: Das in die Kammer 42 über die Leitung 43 einströmende Arbeitsmedium hebt das Ballastgewicht 46 an bzw. spannt die Federn. Es entsteht ein Sog im Saugrohr 41, durch welchen das Wasser in die Kammer 40 hineingesaugt wird. Nach Erreichen eines bestimmten Punktes wird durch eine geeignete - etwa gem. Fig. 1 - hier nicht dargestellte Mechanik die Arbeitsmediumzufuhr beendet und das Ballastgewicht 46 (bzw. die Federn) drückt das Wasser über das Auslaufrohr 44 zum Verbraucher.

In Fig. 4 ist eine Lösung dargestellt, mit deren Hilfe grössere Abstände oder Höhenunterschiede (große Brunnentiefe) überwunden werden können.

Die Arbeitsweise des Flachkollektors und des Zwischenbehälters ist die gleiche wie bereits geschildert. Das Arbeitsmedium strömt zum Pumpelement 58 und dort in die Expansionskammer 50, so daß die hydraulische Flüssigkeit aus der Kammer 51 über die Leitung 57 in den flexiblen Raum 52 gefördert wird. Dadurch verkleinert sich die Pumpkammer 5 3 des Elements 59, wodurch über das Ventil 54 angesaugtes Wasser über ein Ventil 55 und eine Leitung 56 zum Zwischenbehälter 12 gefördert wird. Zugfedern 60 (oder ein geeignetes Ballastsystem) werden bei diesem Vorgang gespannt und fördern beim Rückhub die hydraulische Flüssigkeit aus dem Raum 52 zurück in den Raum 51.

Wie ersichtlich, ist es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ohne weiteres möglich, auch geeignete andere Flüssigkeiten zu pumpen.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Solarpumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch

- einen mit einem Arbeitsmedium geringer Verdampfungsentalpie gefüllten Flachkollektor (10), im wesentlichen bestehend aus einer einen ersten Durchströmkanal (26) bildenden Abdeckung (31) und einer Heizfläche (32), ein horizontal verlaufendes, das Arbeitsmedium aufnehmendes Rinnensystem (30), in welches an der Heizfläche angebrachte, mit Strömungsöffnungen (37) versehene Tauchsieder (34) ragen, eine mit dem Rinnensystem (30) einen zweiten Durchströmkanal (27) bildende, wasserundurchlässige, tragende Isolierung (33), obere Anschlüsse (21,22) und Abströmöffnungen (28),

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- ein Pumpelement (13) mit einem über einen Anschluß (20) mit dem Rinnensystem ein geschlossenes System bildenden Expansionsraum (24,42),

- einen mit dem Pumpelement (13) über eine Leitung(18) und mit dem Flachkollektor über Anschlüsse (21, 22) verbundenen Zwischenbehälter (12),

- einen in Abhängigkeit von der Arbeitsposition des Pumpelementes ein am Zwischenbehälter (12) angebrachtes Ablaßventil steuernden Hebel (14).
2. Solarpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Flachkollektor nur den Durchströmkanal (26) und den Anschluß (22) aufweist.
3. Solarpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Flachkollektor nur den Durchströmkanal (27) und den Anschluß (21) aufweist.
4. Solarpumpe, dadurch gekennzeichnet , daß das Pumpelement als passive intermittierende Saugpumpe ausgelegt ist.
5. Solarpumpe, dadurch gekennzeichnet , daß das Pumpelement als aktive Saugpumpe mit getrennter Pumpmediumkammer (40) und Arbeitsmediumkammer (42) ausgerüstet ist, daß die Pumpmediumkammer getrennte, ventilgesteuerte Saug- und Auslaufrohre und daß die Arbeitsmediumkammer (42) ein Anschlußrohr (43) für das Arbeitsmedium aufweist, sowie daß über ein Ballastgewicht (46) das Pumpmedium in das Auslaufrohr (44) drückbar ist.

++) (41,44)

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6. Solarpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Pumpmedium über Federn in das Auslaufrohr (44) drückbar ist.
7. Solarpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Kammern (40) und (42) eine Wärmeisolierung eingefügt ist.
8. Solarpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß beliebig viele Anschlußleitungen (20, 41, 43,44) von beliebig vielen Pumpstellen, Verbrauchern bzw. Kollektoren (10) vorgesehen sind.
9. Solarpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine Expansionskammer (50) und Pumpkammer (53) getrennt angeordnet und über eine hydraulische Brücke (51,57,52) gekoppelt sind.

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