PT77438B - SOLAR MOTOR, IN PARTICULAR FOR PUMPING WATER AND PRODUCING ELECTRICAL ENERGY - Google Patents

SOLAR MOTOR, IN PARTICULAR FOR PUMPING WATER AND PRODUCING ELECTRICAL ENERGY Download PDF

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Abstract

A solar motor, more particularly for the production of mechanical energy, e.g. for pumping water, comprises a condenser (45) having a large heat exchange surface with the air and an evaporator (1, 43) connected by a tube (46). A partition divides the base portion of the evaporator into two chambers, the tube (46) leading deep into one of the chambers while the other chamber acts as a heat collector for the heat transfer fluid therein. The tube (46) is secured to a drive shaft (41) which is turned as the tube, the condenser and the evaporator pivot backwards and forwards when heat is applied to the evaporator. <IMAGE>

Description

Descrição da invenção

A presente invenção refere-se a um motor solar

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1

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que converte a energia termodinâmica em energia mecânica por intermédio de um fluido termodinâmico em circuito fechado em anel, compreendendo o motor essencialmente um evaporador e um condensador associados a um dispositivo mecânico accionado pela energia termodinâmica do fluido, compreendendo o dispositivo mecânico do motor um só conjunto rígido móvel, cujo deslocamento alternado sob a acção da diferença de pressões entre o evaporador e o condensador anula no final do curso esta diferença de pressões e compreendendo o dispositivo mecânico essencialmente um tubo solidário com um eixo horizontal de basculamento e que estabelece a comunicação entre o espaço interno do evaporador e o espaço interno do condensador, estando a parede do tubo ligada de maneira estanque à parede do evaporador bem como â parede do condensador e penetrando o tubo profundamente no interior do evaporador, ao passo que não penetra no interior do condensador.

A invenção refere-se em especial a um motor solar a fornecer trabalho mecânico, por exemplo utilizado para a bombagem de égua, para irrigação, etc. ou ainda energia eléctrica.

A presente invenção propoe-se criar urn motor do tipo atrás mencionado e que, em particular, possa funcionar utilizando as reservas de frio e de calor de uma fonte fria e de uma fonte quente, quaisquer que sejam por outro lado as variações climáticas a curto prazo (noite/dia), as variações da insolação no decurso do dia, etc., para fornecer trabalho de maneira muito regular.

Para este efeito, a invenção refere-se a um motor caracterizado por ser constituído por um condensador com uma grande área de permuta térmica com o ar e por o evaporador compreender uma parede divisória que separa o fundo da cuba do evaporador em duas câmaras, desembocando o tubo de ligação do evaporador com o condensador profundamBntB no interior de uma das câmaras e contendo a outra câmara um permutador de calor para o fluido termodinâmico.

2

Da acordo com uma característica da presente invenção, o evaporador é constituído por um feixe de tubos em contacto com o ar.

De acordo com uma outra característica da presente invenção, o evaporador é constituído por uma caixa paralelipipédica cuja superfície exterior é deformada para ter uma área superior à de uma superfície plana correspondente.

De acordo com uma outra característica da presente invenção, o evaporador tem a forma cilíndrica com o fundo convexo.

De acordo com uma outra característica da invenção, o evaporador tem a forma paralelipipédica com o fundo arredondado.

De acordo com uma outra característica da invenção, o evaporador é feito de um material isolante térmico e envolvido por um isolante térmico e o condensador é feito de um material bom condutor do calor.

Vai agora descrever-se a presente invenção com mais pormenor, com o auxílio dos desenhos anexos, cujas figurai representam:

A fig. 1, um esquema de princípio do motor segundo a invenção;

A fig. 2, uma vista em perspectiva de um modo

de realizaçao;

A fig. 3, um pormenor do evaporador do motor da

fig. 2;

As fig. 4 e 5, um segundo modo de realização da invenção em duas posições diferentes; e

3

As fig. 6 e 7, duas formas de realização de um

evaporador

De acorda com a fig. 1, o motor ê constituído por uma parte móvel ou balanceiro, que compreende um evaporador (1), formado por uma cuba (1), um condensador (II) formado por um volume (2) de dimensões relativamente grandes para oferecer uma grande superfície de permuta de calor com o ar ambiente; o evaporador (I) e o condensador (II) estão ligados por um tubo de ligação (3) que desemboca profundamente no interior de cuba (1) do evaporador (I). A cuba (1) compreende no seu fundo uma placa transversal (4) que subdivide o fundo da cuba (1) em duas partes (5) e (6) separadas uma da nutra e que só comunicam se o nível do líquido ultrapassar a altura da parede divisória (4). A parte (31) do tubo de ligação desemboca na parte (5) da cuba (1), enquanto a parte (6) da cuba (1) compreende um permutador de calor (7) ligado à fonte quente (8) por uma canalização de entrada (9) a uma canalização de saida (10).

Esquematicamente, o volume (2) do condensador (II) ê constituído por um feixe de tubos (11,12,13,14) ligado por um tubo de ligação (15) na parte inferior e um tubo de liga ção (16) à parte superior. 0 tubo de ligaçào (15) desemboca poi sua vez na parte (32) do tubo (3).

No interior do volume (2) do condensador (II), previu-se um permutador de calor (17) representado esquematicamente por uma linha contínua que vai de uma conduta de entrada (18) a uma conduta de saida (19) ligadas a uma fonte de frio (20). As partes do tubo (31) e (32) estão ligadas uma à outra por uma ligação constituida por uma união (33) provida de um isolante (34) de maneira a evitar a permuta da calor por condução entre a parte de tubo (31) do lado do evaporador (parte quente) e a parte (32) do lado do condensador (parte fria).

0 equipamento assim formado oscila em torno de um eixo (21), que constitui o eixo de equilíbrio.

= 4 =

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A cuba (1) contém líquido termodinâmico que, sob o efeito do calor libertado pelo permutador de calor (7), se evapora. A pressão da fase gasosa do nível de líquido na cuba (1) que nao pode escapar-se enquanto o nível do líquido for superior ao nivel do orifício da parte de tubo (31) na cuba (1), repele o líquido que sobe no tubo (31) e depois no tubo (32) e faz bascular o conjunta levantando a cuba (1) do evaporador. Chegado a uma certa posição de basculamento, o nível do líquido na cuba (1) liberta o orifício do tubo (31), de modo que o gás sobe através do tubo (31,32) para atingir o condensador. Ao mesmo tempo, a coluna de líquido desce novamente na cuba (1) e os gases condensam-se no condensador. 0 equipamento móvel bascula então no sentida inverso para voltar à posição inicial. Isso corresponde ao fim de um ciclo de funcionamento.

E importante que a amplitude do movimento de basculamento seja grande. Também o fundo da cuba (1) está subdividido em duas partes (5) e (6) pela parede divisória (4) de maneira que no decurso da primeira fase de funcionamento, a coluna de líquido possa subir suficientemBnte no condensador e provocar um desequilíbrio importante antes de se desregular, isto é, antes que o nível de líquido na parte (5) da cuba (1) liberte o orifício (35) da parte de tubo (31). E por outro lado necessário que o movimento inversa se faça de maneira tao rápida quanto passível e que a descida do líquida não seja prejudi cada pelo líquido contido na cuba (1), graças a retenção de líquido que se verifica por detrás da divisória (4) na câmara (á) na decurso desta segunda fase do movimenta do equipamento móvel.

As fig. 2 e 3 mostram um outro modo de realização de um motor segundo a presente invenção.

Este modo de realização é constituído por uma armação (40) que suporta um eixo motor (41) no qual está fixado solidariamente por meio de uma garra (42) o equipamento móvel atrás descrito. Este equipamento móvel é constituído por

= 5 =

I

um evaporador (43) de forma cilíndrica e com o fundo (44) convexo, um condensador (45) formado por um feixe de tubos e um tubo de ligação (46). De facto, o evaporador (43), provido da parte correspondente de tubo de ligação (46), por um lado, e o condensador (45) provido da sua parte de tubo (46), por outro lado, estão ligados por uma ligação isolante (47) que evita a permuta de calor por condução entre o evaporador (43) e o condensador (45)·

A fig. 3 mostra o pormenor do evaporador (43) e, em particular, a divisória (4B) correspondente à divisória (4) da fig. 1 e o tubo (46) que desemboca na cantara por detrás da divisória (4Q).

As fig. 4 e 5 mostram um outro modo de realização do motor segundo a presente invenção, em duas posiçoes diferentes. Este motor corresponde, no essencial, ao motor da fig. 2. E constituído por um evaporador (50) em forma de paralelipípedo com as extremidades arredondadas, um condensador (51) formado por um feixe de tubos e um tubo de ligação (52) que liga o evaporador (50) ao condensador (51),

0 evaporador (5D) compreende uma divisória (53) análoga à divisória (4) e um permutador de calor (54). 0 condensador (51) está provido de um permutador de refrigeração (55). 0 evaporador e o condensador estão separados por uma ligação isolante (56). 0 conjunto á solidário de um eixo de saida (57), que transmite o movimento para o exterior.

A posição representada na fig. 4 corresponde ã posição de subida da coluna de líquido segundo a seta (A) no tubo (52) até ao interior do condensador (51). A posição da fig. 5 é a posição de basculamento correspondente ao retorno do equipamento móvel a posição da fig. 4 pelo retorno do líquido da coluna (52) à cuba do evaporador (50), segundo a seta (B),

Enquanto no modo de realização das fig. 2 e 4 o condensador (45,55) é constituído por um feixe de tubos, os

modos de realização dos condensadores (60) e (70) das fig. 6 e 7 sao caixas cheias providas de uma superfície exterior (61,71) ondulada para aumentar a área de permuta com α ar.

De uma maneira geral, o evaporador é feito de um material isolante ou ê envolvido por um material isalante para limitar as perdas de calor. Inversamente, o condensador é constituído por um material condutor de maneira a favorecer a permuta de calor com o ar.

0 permutador de arrefecimento (11,55) (fig. 1 e 4) pode ir para além do condensador (2,51) e descer parcialmen te no tubo de ligação (32,52) para a parte deste tubo que se situa do lado do condensador em rBlação à ligaçao isolante (33,56).

A fonte de calor (8) que alimenta o evaporador é de preferência uma reserva de fluido transportador de calorias quente, que recebe o seu calor de captadores por exemplo solares. A reserva da fonte quente (8) á escolhida de preferên cia para poder alimentar permanentemente o motor, de dia e de noite.

A fonte fria (20) é de preferência uma fonte de água fria obtida por instalações de frio por exemplo de energia solar.

0 motor segundo a presente invenção destina-se em particular a locais isolados, sem alimentaçao de energia eléctrica, de maneira a poder trabalhar com autonomia para fornecer energia mecânica que acciona uma bomba de água de alimentação, de água de irrigação, etc

de corrente eléctrica.

., ou ainda uma gerador

Description of the invention

The present invention relates to a solar motor

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1

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which converts the thermodynamic energy into mechanical energy by means of a closed loop thermodynamic fluid, the engine essentially comprising an evaporator and a condenser associated with a mechanical device driven by the thermodynamic energy of the fluid, the mechanical engine arrangement comprising a single set The alternating displacement under the action of the pressure difference between the evaporator and the condenser cancels this difference in pressure at the end of the stroke and the mechanical device essentially comprising a tube integral with a horizontal tilting axis and establishing communication between the the internal space of the evaporator and the internal space of the condenser, the wall of the tube being connected sealingly to the wall of the evaporator as well as to the wall of the condenser and penetrating the tube deep into the evaporator, while not penetrating into the condenser.

The invention relates in particular to a solar motor to provide mechanical work, for example used for pumping water, for irrigation, etc. or even electric power.

The present invention proposes to create a motor of the aforementioned type and which, in particular, can operate using the cold and heat reserves of a cold source and a hot source, other than short-term climatic variations term (night / day), sunshine variations during the day, etc. to provide work in a very regular manner.

For this purpose, the invention relates to a motor characterized in that it consists of a condenser with a large area of heat exchange with air and that the evaporator comprises a partition wall separating the bottom of the evaporator vessel in two chambers, the evaporator connection tube with the condenser sinks into one of the chambers and the other chamber containing a heat exchanger for the thermodynamic fluid.

2

According to one feature of the present invention, the evaporator is comprised of a bundle of tubes in contact with air.

According to a further feature of the present invention, the evaporator is constituted by a parallelepiped box whose outer surface is deformed to have an area greater than that of a corresponding flat surface.

According to another feature of the present invention, the evaporator is cylindrical in shape with the convex bottom.

According to another feature of the invention, the evaporator has the parallelepipedic shape with the rounded bottom.

According to a further feature of the invention, the evaporator is made of a thermal insulation material and surrounded by a thermal insulation and the condenser is made of a good heat-conducting material.

The present invention will now be described in more detail with the aid of the accompanying drawings, in which:

FIG. 1, a principle diagram of the motor according to the invention;

FIG. 2 is a perspective view of a mode

of achievement;

FIG. 3, a detail of the motor evaporator of the

fig. 2;

FIG. 4 and 5, a second embodiment of the invention in two different positions; and

3

FIG. 6 and 7, two embodiments of a

evaporator

According to Fig. 1, the motor is comprised of a movable or rocking part, comprising an evaporator (1), formed by a vessel (1), a condenser (II) formed by a volume (2) of relatively large dimensions to provide a large surface heat exchange with ambient air; the evaporator (I) and the condenser (II) are connected by a connecting tube (3) which drains deep into the vessel (1) of the evaporator (1). The tub 1 comprises at its bottom a transverse plate 4 which subdivides the bottom of the tub 1 into two parts 5 and 6 separated from one of the nutra and which only communicate if the level of the liquid exceeds the height of the partition wall (4). The portion 31 of the connecting tube opens into the portion 5 of the vessel 1, while the portion 6 of the vessel 1 comprises a heat exchanger 7 connected to the hot source 8 by a conduit (9) to an outlet pipe (10).

Accordingly, the volume (2) of the condenser (II) is comprised of a bundle of tubes (11, 12, 13, 14) connected by a connecting tube (15) in the lower part and a connecting tube top. The connecting tube 15 opens into the part 32 of the tube 3.

Within the condenser volume (2) of the condenser (II), a heat exchanger (17) schematically represented by a continuous line from an inlet duct (18) to an outlet duct (19) connected to a condenser source of cold (20). The parts of the tube 31 and 32 are connected to one another by a connection formed by a connection 33 provided with an insulator 34 so as to avoid the exchange of heat by conduction between the tube part 31 ) on the side of the evaporator (hot part) and the part (32) on the side of the condenser (cold part).

The equipment thus formed oscillates about an axis 21, which constitutes the balance axis.

= 4 =

and

The vessel 1 contains thermodynamic liquid which, under the effect of the heat released by the heat exchanger 7, evaporates. The pressure of the gas phase of the liquid level in the vessel 1 which can not escape while the level of the liquid is higher than the level of the orifice of the pipe part 31 in the vessel 1, repels the liquid rising in the vessel (31) and then into the tube (32) and tilts the joint by lifting the vessel (1) from the evaporator. Arrived at a certain tilting position, the liquid level in the vessel 1 releases the bore of the tube 31, so that the gas rises through the tube 31,32 to reach the condenser. At the same time, the liquid column descends again into the vessel (1) and the gases condense into the condenser. The mobile device then swings in the reverse direction to return to the starting position. This corresponds to the end of an operating cycle.

It is important that the amplitude of the tilting movement is large. Also the bottom of the vessel 1 is subdivided into two parts 5 and 6 by the partition wall 4 so that during the first operating phase the liquid column can rise sufficiently in the condenser and cause an imbalance important before it deregulates, ie before the liquid level in the part 5 of the tub 1 releases the hole 35 from the tube part 31. On the other hand, it is necessary for the reverse movement to be done as quickly as possible and that the lowering of the liquid is not impaired by the liquid contained in the tank 1, thanks to the liquid retention occurring behind the partition 4. ) in the chamber (a) during this second phase of moving the mobile equipment.

FIG. 2 and 3 show another embodiment of a motor according to the present invention.

This embodiment is constituted by a frame 40 which supports a drive shaft 41 in which the mobile equipment described above is fixedly secured by means of a claw 42. This mobile equipment consists of

= 5 =

I

an evaporator (43) of cylindrical shape and with the convex bottom (44), a condenser (45) formed by a tube bundle and a connecting tube (46). In fact, the evaporator 43, provided with the corresponding connecting tube part 46, on the one hand, and the condenser 45 provided with its tube part 46, on the other hand, are connected by a connection (47) which avoids the heat exchange by conduction between the evaporator (43) and the condenser (45)

FIG. 3 shows the detail of the evaporator 43, and in particular the partition 4B corresponding to the partition 4 of FIG. 1 and the tube 46 opening into the chute behind the partition 4Q.

FIG. 4 and 5 show another embodiment of the engine according to the present invention, in two different positions. This motor essentially corresponds to the motor of fig. A condenser 51 formed by a bundle of tubes and a connecting tube 52 connecting the evaporator 50 to the condenser 51 is formed by an evaporator 50 in parallelepiped shape with the rounded ends, ,

The evaporator 5D comprises a partition 53 analogous to the partition 4 and a heat exchanger 54. The condenser 51 is provided with a refrigeration exchanger 55. The evaporator and the condenser are separated by an insulating connection (56). The assembly is integral with an output shaft 57, which transmits the movement towards the outside.

The position shown in Fig. 4 corresponds to the upward position of the liquid column according to the arrow A in the tube 52 into the condenser 51. The position of Fig. 5 is the tilting position corresponding to the return of the mobile equipment to the position of Fig. 4 by returning the liquid from the column 52 to the evaporator vessel 50, according to the arrow B,

While in the embodiment of FIGS. 2 and 4 the condenser (45, 55) consists of a bundle of tubes, the

embodiments of the capacitors 60 and 70 of FIGS. 6 and 7 are filled boxes provided with a corrugated outer surface (61, 71) to increase the exchange area with α air.

Generally, the evaporator is made of an insulation material or is surrounded by a isalant material to limit heat loss. Conversely, the condenser is constituted by a conductive material so as to favor the exchange of heat with the air.

The cooling exchanger 11,55 (Figures 1 and 4) can go beyond the condenser (2,51) and partially fall into the connection tube (32, 52) for the part of this tube which is on the side of the condenser in rBlation to the insulation connection (33,56).

The heat source (8) which feeds the evaporator is preferably a reservoir of hot calorie carrier fluid, which receives its heat from e.g. solar pickups. The hot source reservoir 8 is preferably chosen to be able to permanently feed the engine day and night.

The cold source 20 is preferably a source of cold water obtained by cold installations for example of solar energy.

The motor according to the present invention is intended in particular for isolated locations, without electric power supply, so as to be able to operate autonomously to supply mechanical energy which drives a feed water pump, irrigation water, etc.

power supply.

., or a generator

Claims (1)

REIVINDICAÇÕES - 15 Motor solar que converte a energia termodinâmica em energia mecânica por intermédio de um fluido tarmodinâmi co em circuito fechado em anel, compreendendo o referido motor essencialmente um evaporador e um condensador associados a um dispositivo mecânico accionado pela energia termodinâmica do fluido, dispondo o dispositivo mecânico do motor um conjunto rígido móvel único cujo deslocamento alternado sob a acção da diferença de pressões entre o evaporador e o condensador anula no fim de curso esta diferença de pressões e comportando o dis positivo mecânico essencialmente um tubo solidário com um eixo horizontal de basculamento e fazendo comunicar o espaço interior do evaporador com o espaço interior do condensador, estan do a parede do tuba ligada de maneira estanque ã parede do evaporador bem como à parede do condensador e penetrando o tubo profundamente no interior do evaporador ao passo que nao penetra no interior do condensador, sendo o referido motor caracterizado por ser constituído, por um condensador (2,51,61, 71) que tem .yma grande superfície de permuta térmica com o ar e por o evaporador (1,43,50) compreender uma parede divisória que separa o fundo da cuba do evaporador·em duas câmaras, desembocando o tubo (31,46,52) de ligação do evapoiaJor e da condensador profundamente numa das câmaras e contendo a outra câmara um permutador de calor (7,54) para o fluido termodinâmicoA solar motor which converts thermodynamic energy into mechanical energy by means of a ring-shaped thermo-dynamic fluid, said motor essentially comprising an evaporator and a condenser associated with a mechanical device driven by the thermodynamic energy of the fluid, the device A single movable rigid assembly whose reciprocating displacement under the pressure difference between the evaporator and the condenser cancels this difference in pressure at the end of the stroke and the mechanical device essentially comprising a tube integral with a horizontal tilting axis and causing the interior space of the evaporator to communicate with the interior space of the condenser, the tubing wall is connected tightly to the evaporator wall as well as to the wall of the condenser and the tube penetrates deep into the evaporator while not penetrating the interior of the condenser, said motor being expensive (2,51,61,71) having a large heat exchange surface with air and in that the evaporator (1,43,50) comprises a partition wall separating the bottom of the vessel of the evaporator in two chambers, the evaporator connection tube (31,46,52) and the condenser (31,46,52) opening deep into one of the chambers and the other chamber containing a heat exchanger (7,54) for the thermodynamic fluid - 2S _- 2S- Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o evaporador (2) ser constituído por um feixe de tubos (11,12,13,14) em contacto com o ar.Motor according to claim 1, characterized in that the evaporator (2) consists of a bundle of tubes (11,12,13,14) in contact with the air. - 38 Motor de acordo com a reivindicação 1, caracte·An engine according to claim 1, characterized in that: 88 xizado por o evaporador (60,70) ser constituído por uma caixa paralelipipédica cuja superfície exterior é deformado para ter uma área superior ã área de uma superfície plana correspondente.characterized in that the evaporator (60, 70) is formed of a parallelepiped box whose outer surface is deformed to have an area greater than the area of a corresponding flat surface. - 4§ Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o evaporador (1,43) ter a forma cilíndrica de fundo convexo·An engine according to claim 1, characterized in that the evaporator (1,43) has the convex bottom cylindrical shape - 5§ Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o evaporador (50) ter a forma paralelipipédica com fundos arredondados.5. An engine according to claim 1, characterized in that the evaporator (50) has the parallelepipedic shape with rounded bottoms. - 6ã .- 6ã. Motor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a evaporador ser feito de um material isolante térmico ou envolvido por um isolante térmico e o condensador ser de um material bom condutor do calor.Motor according to claim 1, characterized in that the evaporator is made of a thermal insulation material or surrounded by a thermal insulation and the condenser is of a good heat-conducting material. A requeren ta patente foi depositado sob o n? 82 16824.The patent application was filed under No. 82 16824. ;e declara que o primeiro pedido desem França, em 7 de Outubro de 1982,, and states that the first application was submitted to France on 7 October 1982,
PT77438A 1982-10-07 1983-09-30 SOLAR MOTOR, IN PARTICULAR FOR PUMPING WATER AND PRODUCING ELECTRICAL ENERGY PT77438B (en)

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