ES2316260B1

ES2316260B1 - CONVERTER OF PRESSURE OF LIQUIDS WITH APPLICATION IN PUMP SYSTEMS WITHOUT CONTRIBUTION OF EXTERNAL ENERGY.

Info

Publication number: ES2316260B1
Application number: ES200602945A
Authority: ES
Inventors: Jose Ignacio Morales Aragones
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2010-01-12
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: ES2316260A1; EP2096322A4; EP2096322A1; WO2008056014A1

Abstract

Convertidor de Presión de Líquidos con aplicación en sistemas de bombeo sin aportación de energía externa.Liquid Pressure Converter with application in pumping systems without energy input external

El sistema se basa en lo que llamaremos "acumuladores de presión", que consisten en dispositivos con un tubo de entrada y otro de salida, de forma que si se inyecta líquido por la entrada, se crea una diferencia de presión entre entrada y salida directamente proporcional al volumen de líquido inyectado.The system is based on what we will call "pressure accumulators", which consist of devices with an inlet and an outlet tube, so that if injected liquid through the inlet, a pressure difference is created between inlet and outlet directly proportional to the volume of liquid injected.

La conversión de presión se obtiene alternando, mediante válvulas sincronizadas, la conexión de varios acumuladores entre una configuración en paralelo (entradas unidas entre sí y salidas unidas entre sí), que supone baja presión y alto caudal, y otra en cascada (la salida de cada uno conectada a la entrada del siguiente), que supone alta presión y bajo caudal.The pressure conversion is obtained by alternating, through synchronized valves, the connection of several accumulators between a parallel configuration (inputs linked together and exits joined together), which means low pressure and high flow, and another in cascade (the output of each connected to the input of the next), which means high pressure and low flow.

Se reivindican los sistemas de conversión de presión basados en este esquema.Conversion systems are claimed from Pressure based on this scheme.

Encuentra aplicación en hidráulica posibilitando el bombeo de líquidos sin energía externa.Find application in hydraulics enabling Pumping liquids without external energy.

Description

La invención se engloba en el sector técnico de la Hidráulica.The invention is included in the technical sector of Hydraulics

State of the art

Los sistemas actuales para elevar la presión de un líquido (por ejemplo para bombearlo a cierta altura) se dividen fundamentalmente en dos tipos:Current systems to raise the pressure of a liquid (for example to pump it at a certain height) is divided fundamentally in two types:

Sistemas Centrífugos: En los que una pieza giratoria imprime energía cinética a las moléculas de líquido, que se transforma en energía de presión al contacto con las paredes del recipiente de salida. Centrifugal Systems : In which a rotating part prints kinetic energy to the liquid molecules, which is transformed into pressure energy upon contact with the walls of the outlet vessel.

Sistemas de Desplazamiento Positivo: En los que se aumenta la presión por una reducción forzada del volumen de la cámara que contiene el líquido. Positive Displacement Systems : In which the pressure is increased by a forced reduction of the volume of the chamber containing the liquid.

En ambos casos, es necesaria una aportación de energía exterior (para mover el rotor o forzar la reducción de la cámara de bombeo según el caso).In both cases, a contribution of external energy (to move the rotor or force the reduction of pumping chamber according to the case).

Description

El dispositivo que se describe, pretenderá conseguir el aumento de la presión de una fuente de líquido a costa de disminuir su capacidad de caudal, eludiendo así la necesidad de una fuente de energía externa distinta a la contenida en la fuente inicial.The device described will pretend get the pressure increase from a source of liquid at the expense to reduce its flow capacity, thus avoiding the need to an external power source other than that contained in the source initial.

El Convertidor de Presión, se basará en unos dispositivos que llamaremos Acumuladores de Presión.The Pressure Converter will be based on devices that we will call Pressure Accumulators .

Estos dispositivos, disponen de una tubería de entrada y otra de salida, de forma que si se inyecta líquido por la entrada, se fuerza la correspondiente expulsión de líquido por la salida, a la vez que se crea una diferencia de presión entre entrada y salida directamente proporcional al volumen de líquido inyectado.These devices have a pipeline inlet and outlet, so that if liquid is injected through the entry, the corresponding expulsion of liquid is forced by the output, while creating a pressure difference between inlet and output directly proportional to the volume of liquid injected.

Una posible implementación de los acumuladores de presión se muestra en la figura 1.A possible implementation of the accumulators Pressure is shown in Figure 1.

Consiste en un cilindro hueco con sendas tuberías de acceso en los extremos, y en su interior un émbolo que puede desplazarse a lo largo del eje del cilindro y un muelle a uno de los lados del émbolo.It consists of a hollow cylinder with paths access pipes at the ends, and inside a piston that can move along the axis of the cylinder and a spring to one from the sides of the plunger.

Si se introduce líquido por la tubería de entrada E, éste pasa a la cámara A, forzando al émbolo D a desplazarse en contra de la fuerza del muelle M. Esto reduce el volumen de la cámara B, y provoca la salida a través de la tubería de salida S de un volumen de líquido igual al que se introdujo por la entrada E. Además, entre la tubería de entrada E y la tubería de salida S, se establece una diferencia de presión provocada por el empuje del muelle M aplicado sobre el émbolo D, que es igual al producto de la fuerza ejercida por el muelle por la superficie del émbolo.If liquid is introduced through the pipe input E, this passes to chamber A, forcing plunger D to move against the force of spring M. This reduces the chamber B volume, and causes the exit through the pipe output S of a volume of liquid equal to that introduced by the inlet E. In addition, between the inlet pipe E and the pipe of output S, a pressure difference caused by the spring thrust M applied on plunger D, which is equal to product of the force exerted by the spring by the surface of the plunger.

La diferencia de presión así establecida, es directamente proporcional a la deformación del muelle, que a su vez es directamente proporcional al volumen de líquido inyectado por la entrada, lo que supone la relación de proporcionalidad directa entre diferencia de presión y volumen de líquido inyectado que se exponía en la definición.The pressure difference thus established is directly proportional to the deformation of the spring, which in turn It is directly proportional to the volume of liquid injected by the input, which implies the direct proportionality relationship between difference in pressure and volume of liquid injected that was exposed in the definition

Se usa el nombre de acumuladores de presión, porque si en esta última situación se cierran las tuberías de entrada y salida, se mantendrá la diferencia de presión establecida indefinidamente hasta que se permita de nuevo la circulación de líquido.The name of pressure accumulators is used, because if in this last situation the pipes of inlet and outlet, the established pressure difference will be maintained indefinitely until the circulation of liquid.

Otra posible implementación del acumulador de presión, se muestra en las figuras 2 y 3, y consiste en una tubería en forma de sifón invertido, con el codo superior C relleno de un líquido de baja densidad A. El resto de la tubería (hasta los orificios de entrada y salida), está rellena con otro líquido B de mayor densidad que el anterior, que es sobre el que se pretende establecer la diferencia de presión. La diferencia de densidades asegura (bajo movimientos relativamente lentos), que en los puntos de contacto entre ambos líquidos el menos denso ocupe siempre la parte superior, y el mas denso la parte inferior, y que en consecuencia no se mezclen.Another possible implementation of the accumulator of pressure, is shown in figures 2 and 3, and consists of a pipe in the form of an inverted siphon, with the upper elbow C filled with a low density liquid A. The rest of the pipe (up to inlet and outlet holes), is filled with another liquid B of higher density than the previous one, which is what is intended Set the pressure difference. The density difference ensures (under relatively slow movements), that in the points contact between both liquids the least dense always occupy the upper part, and the denser the lower part, and that in Consequence do not mix.

Si a partir de la posición de reposo de la figura 2, se inyecta líquido B por la tubería de entrada E, se fuerza el desplazamiento del tramo de líquido de baja densidad A, y se establece una diferencia de altura h entre los dos puntos de contacto de ambos líquidos según se muestra en la figura 3. Por la tubería de salida S, habrá salido entonces un volumen de líquido B, igual al inyectado por la entrada E, y además, entre entrada y salida se establecerá una diferencia de presión igual a la diferencia entre las presiones hidrostáticas ejercidas por la columna de líquido denso y altura h de un lado, y la columna de líquido de baja densidad y la misma altura h del otro lado.If from the resting position of the Figure 2, liquid B is injected through the inlet pipe E, it is forces the displacement of the low density liquid segment A, and a height difference h is established between the two points of contact of both liquids as shown in figure 3. By outlet pipe S, then a volume of liquid B will have come out, equal to that injected by input E, and also, between input and output will set a pressure difference equal to the difference between the hydrostatic pressures exerted by the column of dense liquid and height h of one side, and the column of low density liquid and the same height h on the other side.

La diferencia de presión entre entrada y salida así creada es directamente proporcional a la altura h, y obviamente directamente proporcional al volumen de líquido inyectado por la entrada E.The pressure difference between inlet and outlet so created is directly proportional to the height h, and obviously directly proportional to the volume of liquid injected by the entry E.

El sistema de conversión de presión propiamente dicho, se basará en la asociación de varios acumuladores de presión en cascada y en paralelo de forma alternativa para conseguir multiplicar (o dividir) una presión de líquido inicial de la que ya se dispone.The pressure conversion system itself said, it will be based on the association of several pressure accumulators cascading and parallel alternately to get multiply (or divide) an initial liquid pressure from which already is available.

Esta presión de líquido inicial (que puede ser suministrada por un pequeño desnivel) se emplea para "cargar" en paralelo una cantidad N de acumuladores de presión iguales. Para ello se conectan entre sí todas las entradas por un lado y todas las salidas por otro, según se muestra en la figura 4. A continuación ayudándose de la presión inicial disponible, se inyecta líquido por las entradas unidas entre sí, y se permite la expulsión del correspondiente volumen de líquido por las salidas. Cuando se establezca el equilibrio, todos los acumuladores dispondrán de una diferencia de presión entre entrada y salida igual a la presión inicial de que dispongamos.This initial liquid pressure (which can be supplied by a small slope) is used to "load" in parallel a quantity N of equal pressure accumulators. For this connects all the inputs on one side and all the outputs on the other, as shown in figure 4. A then using the initial pressure available, it is injected liquid through the entrances joined together, and expulsion is allowed of the corresponding volume of liquid through the outlets. When set the balance, all accumulators will have a pressure difference between inlet and outlet equal to the pressure initial we have.

En esta situación, conectamos los N acumuladores de presión en "cascada", es decir, con la salida del primero unida a la entrada del segundo, la salida del segundo a la entrada del tercero, y así sucesivamente hasta el último, de forma que la presión total entre la entrada del primer acumulador de presión y la salida del último de ellos, es, salvo pérdidas, N veces mayor que la presión inicial de la que partimos.In this situation, we connect the N accumulators of pressure in "cascade", that is, with the output of the first attached to the input of the second, the output of the second to the input from the third, and so on until the last, so that the total pressure between the inlet of the first pressure accumulator and The output of the last of them is, except losses, N times greater than the initial pressure from which we started.

Obsérvese que el volumen de líquido que se expulsa a alta presión, es N veces menos que el volumen necesario para llenar los N acumuladores durante el proceso de carga, por lo que efectivamente se consigue una multiplicación de la presión a costa de una disminución de caudal, sin necesidad de aportaciones externas de energía.Note that the volume of liquid that is Eject at high pressure, it is N times less than the necessary volume to fill the N accumulators during the charging process, so that a multiplication of pressure is effectively achieved at cost of a decrease in flow, without contributions External energy

Si el proceso se efectúa a la inversa, cargando los acumuladores de presión con la presión inicial disponible en una configuración en "cascada", y conectándolos a continuación en paralelo, se obtendrá una diferencia de presión final N veces menos que la inicial (y una capacidad de caudal N veces mayor).If the process is carried out in reverse, loading the pressure accumulators with the initial pressure available in a configuration in "cascade", and then connecting them in parallel, you will get a final pressure difference N times less than the initial (and a flow capacity N times greater).

Para cambiar entre la configuración en "paralelo" y en "cascada" de los acumuladores de presión, se utilizará un conjunto de válvulas sincronizadas entre sí, capaz de conmutar entre ambas configuraciones.To switch between settings in "parallel" and "cascade" of the pressure accumulators, a set of valves synchronized with each other will be used, capable of switching between both configurations.

El accionamiento del conjunto de válvulas puede ser eléctrico, o bien mecánico, mediante las propias variaciones de presión en el sistema, de forma que se evite la necesidad de cualquier aportación de energía externa.The valve assembly drive can be electric, or mechanical, by the variations of pressure in the system, so as to avoid the need for Any contribution of external energy.

Advantages

El sistema descrito, en su versión de multiplicador de presión, permite construir un sistema de bombeo a partir de un pequeño desnivel de líquido (que por ejemplo, se puede conseguir fácilmente en el curso de un río), a una altura arbitraria, sin ninguna necesidad de aportar energía externa. Por lo tanto resulta una extraordinaria solución para el bombeo de líquidos en emplazamientos aislados de la red eléctrica, o sencillamente como un sistema de bombeo ecológico, especialmente interesante para el regadío o abastecimiento de agua en países en vías de desarrollo.The system described, in its version of pressure multiplier, allows to build a pumping system to from a small drop in liquid (for example, you can easily get in the course of a river), at a height arbitrary, without any need to provide external energy. For the both is an extraordinary solution for pumping liquids in isolated locations of the electricity grid, or simply as an ecological pumping system, especially interesting for irrigation or water supply in countries in process of developing.

Brief description of the drawings

Figura 1: Muestra una posible implementación del elemento básico del sistema, el acumulador de presión.Figure 1: Shows a possible implementation of the basic element of the system, the pressure accumulator.

Figuras 2 y 3: Muestran otra posible implementación del acumulador de presión.Figures 2 and 3: Show another possible pressure accumulator implementation.

Figura 4: Muestra la configuración de conexión "en paralelo" de los acumuladores de presión.Figure 4: Shows the connection settings "in parallel" of the pressure accumulators.

Figura 5: Muestra la configuración de conexión "en cascada" de los acumuladores de presión.Figure 5: Shows the connection settings "cascade" of pressure accumulators.

Claims

1. Liquid Pressure Converter with application in pumping systems without external energy input containing:

(a) various pressure accumulator devices, consistent each of them in a cavity divided into two chambers by a partition, which can be either deformable or scrollable The volume of one of the cameras can be increased to cost of decreasing the volume of the other through the deformation or displacement (as appropriate) of the partition, which in both cases it will be done against the strength of an element elastic. Two pipes respectively give access to each of the chambers, and the introduction of liquid by one of them (input) force deformation (or displacement) of the septum against of the elastic element, and at the same time the consequent expulsion of liquid through the other pipe (outlet), thus establishing a pressure difference between both chambers (and both pipes) by the effect of pushing the elastic element on the partition.

(b) A set of synchronized valves mechanically that connect the inlet and outlet pipes of the pressure accumulators in two possible positions: the first in the that each output is linked to the input of the next accumulator, except for the first entry and the last exit that act as accesses of the association (configuration of accumulators in "cascade"), and the second in which all the outputs are linked together acting as exit of the association, and all the entries go linked together acting as entrance of the association (battery configuration in "battery").

Liquid injection in the system described in a "battery" setting at low and high pressure flow, allows to extract it later in a configuration in "waterfall" with high pressure and low flow by sum of the pressures of each accumulator. The reverse process allows to increase the flow decreasing pressure.

The continuous operation of the system is get alternating loads and discharges of liquid in "cascade" and "battery" settings using the synchronized valve switching.

2. Liquid Pressure Converter as the described in claim 1, wherein the accumulators of pressure are cylindrical cavities, and in which the septum is implemented by means of a piston inside it resting on a spring (which exerts force on the side corresponding to the exit chamber) as elastic element.

3. Liquid Pressure Converter as the described in claim 1, wherein the elastic force is replaced by the gravitational force, building the accumulators pressure as an inverted siphon-shaped tubular cavity, with the upper elbow filled with a low density liquid (which acts as a partition), and the rest of the pipe (up to the holes of inlet and outlet), filled with another liquid of higher density than the previous, which is about which the difference is intended of pressure.