RU2100658C1

RU2100658C1 - Pump for water lifting from wells (solar pump)

Info

Publication number: RU2100658C1
Application number: RU96101561A
Authority: RU
Inventors: Феликс Захарович Грек
Original assignee: Феликс Захарович Грек
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: hydraulic systems using solar energy to lift water from wells. SUBSTANCE: pump has black heat chamber closed with cover double-covered with glass. Chamber turns into suction piping accommodating valve. Delivery piping with valve is branched off it upstream of suction piping valve. Air heated in heat chamber by solar radiation expands and closes valve in suction piping at the same time opening that in delivery piping; in the action, some portion of water goes up over delivery pipe. Pump is provided with closed-cooling-cycle isobutane or ammonia line for controlling suction piping valve that has evaporator and condenser. Suction-piping valve has piston actuator. Working medium is expanded in evaporator mounted in heat chamber under the action of high temperature and sets in motion piston actuator whose working space starts communicating with closed-cooling-cycle line. This opens valve in suction piping. Then working medium goes through condenser placed below water level in suction piping, cools down, and condenses. In the process, valve closes and working medium is passed to evaporator. Then cycle is repeated. EFFECT: simplified design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к системе гидравлических устройств, способных подавать воду из скважин (колодцев) на определенную высоту за счет использования солнечной энергии в условиях жаркого климата. The invention relates to a system of hydraulic devices capable of supplying water from wells (wells) to a certain height due to the use of solar energy in hot climates.

В конце 60-х начале 70-х годов получил некоторое распространение в странах Африки солнечный насос Массона и Жирардье Барбина Г. Кладезь знаний
Курьер Юнеско, январь, 1974, с.29-32.At the end of the 60s and the beginning of the 70s, the Masson and Girardier Solar Pumps G. Treasure of Knowledge gained some distribution in African countries
Unesco Courier, January 1974, pp. 29-32.

Сейчас действуют четыре таких насоса (первый в 1966 г. в Дакаре). Основан этот насос на использовании солнечных лучей, взаимодействующих через промежуточный теплоноситель (воду) с испарителем, входящим в систему замкнутого термического цикла низкокипящего рабочего тела (бутана). Now there are four such pumps (the first in 1966 in Dakar). This pump is based on the use of sunlight interacting through an intermediate coolant (water) with an evaporator included in the closed-loop thermal cycle system of a low-boiling working fluid (butane).

Вода нагревается Солнцем в пластинчатых коллекторах и через стенку испарителя нагревает бутан, который при этом расширяется и создает давление, приводящее в движение поршень. Поршень, будучи механически связан с насосом, приводит последний в движение. Water is heated by the Sun in plate collectors and heats up butane through the wall of the evaporator, which expands and creates pressure that drives the piston. The piston, being mechanically connected to the pump, sets the latter in motion.

После этого бутан проходит через конденсатор, где он охлаждается и сжимается под действием холодной воды, накачиваемой из колодца в один из запасных резервуаров. Затем цикл повторяется. After that, butane passes through a condenser, where it is cooled and compressed by the action of cold water pumped from a well into one of the spare tanks. Then the cycle repeats.

Недостатком описанной конструкции следует признать наличие специального механического насоса, на работу которого затрачивается большая часть мощности поршня, движущегося под воздействием расширяющегося бутана. The disadvantage of the described construction should be recognized as the presence of a special mechanical pump, the operation of which consumes most of the power of the piston moving under the influence of expanding butane.

Известно устройство (SU, авт. св. N 1740797, кл. F 04 F 1/04, 1992), содержащее рабочую и насосную камеры, каждая из которых разделена упругим элементом на две полости, и теплопоглощающую панель с теплообменником. A device is known (SU, ed. St. N 1740797, class F 04 F 1/04, 1992) containing a working and pumping chambers, each of which is divided by an elastic element into two cavities, and a heat-absorbing panel with a heat exchanger.

Устройство включает всасывающий и нагнетательный трубопроводы с обратными клапанами, теплообменник и конденсатор замкнутого холодильного цикла, причем устройство снабжено дополнительным конденсатором на участке всасывающей трубы с целью повышения КПД установки. Описанное устройство может служить ближайшим аналогом предлагаемого изобретения. The device includes a suction and discharge pipelines with check valves, a heat exchanger and a condenser of a closed refrigeration cycle, and the device is equipped with an additional condenser in the section of the suction pipe in order to increase the efficiency of the installation. The described device can serve as the closest analogue of the invention.

Задача изобретения упрощение конструкции. В предлагаемом устройстве единая тепловая камера выполняет роль и теплопоглощающей панели и поочередно роль рабочей и насосной камер. Кроме того, в качестве "упругого элемента" используется воздух в объеме камеры при разных температурных условиях. The objective of the invention is the simplification of the design. In the proposed device, a single heat chamber plays the role of a heat-absorbing panel and, in turn, the role of the working and pump chambers. In addition, air is used as a “resilient element” in the chamber volume under different temperature conditions.

В результате применения изобретения за счет использования солнечной энергии обеспечивается подъем воды из подземных скважин. Существенным признаком конструкции является наличие тепловой камеры с размещенным в ней змеевиком испарителя замкнутого цикла низкокипящего рабочего тела, выполняющей двоякую роль: пневматического поршня при расширении нагреваемого от Солнца воздуха (стадия нагревания), при этом обеспечивается цикл нагнетания, и роль аккумулятора теплоты для интенсификации процесса кипения рабочего тела (изобутана, аммиака) в испарителе с последующим охлаждением объема камеры (стадия охлаждения, которая обеспечивает цикл всасывания). As a result of the application of the invention due to the use of solar energy, water is raised from underground wells. An essential feature of the design is the presence of a heat chamber with a closed-loop evaporator coil of a low-boiling working fluid in it, which has a double role: a pneumatic piston during expansion of the air heated from the Sun (heating stage), and a pressure cycle is provided, and the role of the heat accumulator is to intensify the boiling process working fluid (isobutane, ammonia) in the evaporator, followed by cooling the chamber volume (cooling stage, which provides a suction cycle).

На чертеже представлена схема устройства предлагаемого гелионасоса. The drawing shows a diagram of the device of the proposed solar pump.

Гелионасос состоит из тепловой камеры 1, покрытой снаружи черной краской; камера в верхней части закрыта металлической крышкой 2, также покрытой снаружи черной краской, и двойной стеклянной крышкой 3. The solar pump consists of a heat chamber 1, coated on the outside with black paint; the chamber at the top is closed by a metal lid 2, also covered outside with black paint, and a double glass lid 3.

В камере размещается змеевик испарителя 4 замкнутого цикла изобутана или аммиака и поршневой привод 5, соединенный с клапаном на всасывающей трубе. Рабочий объем поршневого привода подсоединен к линии замкнутого холодильного цикла между конденсатором и испарителем. The chamber contains a closed-loop evaporator coil 4 of isobutane or ammonia and a piston actuator 5 connected to a valve on the suction pipe. The working volume of the piston drive is connected to the closed refrigeration cycle line between the condenser and the evaporator.

Коническая часть камеры переходит во всасывающую трубу, в которой размещены клапан 6, конденсатор 7 и ниже уровня воды сетка-фильтр (на конце трубы). The conical part of the chamber passes into the suction pipe, in which the valve 6, the condenser 7 and below the water level the mesh filter (at the end of the pipe) are placed.

От верхней всасывающей трубы отходит нагнетательная труба 9 с клапаном 10. На линии замкнутого цикла между конденсатором и испарителем находится регулирующий вентиль 11. Всасывающая труба размещается в скважине 12. A discharge pipe 9 with a valve 10 departs from the upper suction pipe. On the closed-loop line between the condenser and the evaporator there is a control valve 11. The suction pipe is located in the well 12.

Воздух в тепловой камере 1 нагревается под воздействием на стенки камеры солнечного излучения, а также нагрева зачерненной крышки 2, покрытой двойным слоем стекла 3, и реализации интенсивного парникового эффекта (типа "горячий ящик"). Нагретый от температуры T₁ до температуры T₂ воздух повышает давление от P₁ до P₂ согласно закону Шарля:
Под воздействием давления P₂ клапан 6 закрывается, а клапан 10 открывается. При наличии воды в системе часть ее переместится по напорной трубе 9. Вследствие повышения температуры до T₂, в испарителе 4, находящемся в объеме камеры 1, происходит интенсивное испарение рабочего тела (изобутана температура кипения при нормальном давлении -11,7^oC или аммиака температура кипения -20^oC при давлении 1,94 атм). При этом отнимается тепло в объеме камеры и начинается период охлаждения.The air in the heat chamber 1 heats up under the influence of solar radiation on the walls of the chamber, as well as the heating of the blackened cover 2, covered with a double layer of glass 3, and the realization of an intense greenhouse effect (such as a "hot box"). Heated from temperature T ₁ to temperature T ₂ air increases the pressure from P ₁ to P ₂ according to Charles law:
Under the influence of pressure P _2, valve 6 closes and valve 10 opens. If there is water in the system, part of it will move along the pressure pipe 9. Due to the temperature rising to T ₂ , in the evaporator 4 located in the volume of chamber 1, intensive evaporation of the working fluid occurs (the boiling point is isobutane at a normal pressure of -11.7 ^o C or ammonia boiling point -20 ^o C at a pressure of 1.94 atm). In this case, heat is taken away in the chamber volume and the cooling period begins.

Рабочее тело, стремительно расширяясь, создает давление, приводящее в движение поршневой привод 5 (вправо). При этом открывается клапан 6 и закрывается клапан 10. После этого рабочее тело проходит через конденсатор 7, размещенный ниже уровня воды в подводящей трубе. Здесь рабочее тело охлаждается, конденсируется и направляется в испаритель под действием давления в левой ветви цикла. Начинается нагревание воздуха в камере. Затем цикл повторяется. The working fluid, rapidly expanding, creates a pressure that drives the piston actuator 5 (to the right). This opens the valve 6 and closes the valve 10. After that, the working fluid passes through a capacitor 7 located below the water level in the supply pipe. Here the working fluid is cooled, condensed and sent to the evaporator under the action of pressure in the left branch of the cycle. The heating of the air in the chamber begins. Then the cycle repeats.

Claims

A pump for lifting water from wells containing a heat chamber, a closed refrigeration cycle line including an evaporator and a condenser, suction and pressure pipelines with valves, characterized in that the suction pipe valve is equipped with a piston actuator that is connected to the closed refrigeration cycle line, and the condenser is placed in the suction pipe below the water level in the well.