ВОДОПОДЪЕМНИК Российский патент 1994 года по МПК A01G27/00 A01G25/00 

Изобретение относится к водоподъемникам, предназначенным для подачи воды на грядки в огород или в накопительный бак, установленный на высоте, за счет прямого солнечного излучения, а также за счет тепла атмосферы, т.е. солнечной энергии, аккумулированной атмосферой.

Известны устройства, использующие солнечную энергию для подъема воды, например солнечный насос Белидора (Мак-Вейг Д. Применение солнечной энергии. М.: Энергоиздат, 1981, с. 6, рис. 1.1).

Прототипом изобретения является солнечный водоподъемник.

Недостатком солнечного насоса Белидора является то, что он может работать только периодически и при значительных колебаниях температур, например при нагреве днем котла прямыми солнечными лучами и охлаждение ночью. Недостатком прототипа является то, что он имеет подвижные детали: трущиеся фрикционные пары, подшипниковые узлы, а именно шестеренчатый гидромотор и водяной центробежный насос.

Цель изобретения - разработка устройства, подающего воду на грядки в огород или накопительный бачок, используя как прямое солнечное излучение, так и тепло атмосферы, т.е. аккумулированную атмосферой солнечную энергию.

Устройство для работы не нуждается в периодическом нагревании и охлаждении, оно может использовать для подъема воды стационарную разность температур. Устройство не нуждается ни в шестеренчатом гидромоторе, ни в центробежном насосе, т. е. оно не имеет подвижных механических частей, которые обеспечивают подъем воды вверх в прототипе.

Поставленная цель достигается путем установки внутрь водоема сосуда с полупроницаемой перегородкой. В верхней части сосуда сделано отверстие для притока воды из водоема. Нижняя часть сосуда заполнена неконденсирующимся буферным газом, не способным проникнуть сквозь смоченную полупроницаемую перегородку. Ко дну сосуда присоединена водонапорная труба, подающая воду на полив растений или в накопительный бачок.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема водоподъемника; на фиг. 2 - тепловая труба, встроенная в водоподъемник.

Полупроницаемая перегородка 1 разделяет сосуд 2 на верхнюю 3 и нижнюю 4 полости. Верхняя полость снабжена патрубком 5, обеспечивающим свободный доступ воды из колодца в верхнюю полость 3. Нижняя полость соединена с напорной трубой 6, по которой вода подается вверх на поливку или в накопительный бак 7. По ходу трубы она снабжена патрубками с краниками 8, позволяющими направлять воду непосредственно на растения. В верхнюю полость 3 введена тепловая труба 9. Тепловая труба 9 и поверхность верхней полости покрыты теплоизоляцией 10. Устройство может быть установлено в колодец, но может быть установлено просто в водоем, например пруд, в зависимости от местных условий. На схеме для конкретности показана установка в колодец, обсадная труба, предназначенная для укрепления стен колодца, и дренажная набивка для подвода грунтовых вод к колодцу. Тепловая труба 9 состоит из полупроницаемой перегородки 11, выполненной, например, из пористой керамики, снабженной ребрами 12 для увеличения поверхности испарения. Перегородка 11 разделяет трубу на верхнюю 13 и нижнюю 14 части. Верхняя часть заполнена высокомолекулярной жидкостью (четыреххлористый углерод (ССl₄), четыреххлористый титан (TiCl₄ и др.). Нижняя часть 14 заполнена такой же жидкостью, что и верхняя часть. Нижняя часть 14 заполнена также неконденсирующимся буферным газом с малой молекулярной массой (гелий, азот и др.). Донная часть тепловой трубы соединена с ее верхней частью обводной трубой 15.

В зависимости от конкретного места установки устройства, например, если воду нужно подать не из колодца, а из озера - на горную террасу, тепловая труба 9 может быть выполнена по другой схеме (Чи С.Тепловые трубы теория и практика. М.: Машиностроение, 1981). В некоторых особо благоприятных случаях - озеро с холодной водой, солнечный южный район, подача воды на террасу, - тепловая труба может быть заменена металлической шиной.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Солнце нагревает верхнюю часть тепловой трубы 9, рабочая жидкость в верхней части 13 нагревается, проникает сквозь пористую перегородку 11, испаряется с ее нижней поверхности, диффузионным процессом переносится вниз на зеркало нижней жидкости в нижней части 14, где конденсируется, нагревая нижнюю жидкость и колодезную воду в сосуде 2 (фиг.1). Тепловая колодезная вода проникает сквозь перегородку 1, испаряется с ее нижней поверхности, в виде пара переносится на зеркало нижней, холодной, жидкости в сосуде 2, конденсируется на нижнем зеркале. Воды в сосуде 2, в нижней полости 4, становится все больше, воздух в полости 4 сопротивляется сжатию, сквозь смоченную поверхность вверх он выйти не может и выдавливает воду в напорную трубу 6. При отсутствии прямых солнечных лучей, например ночью, процесс идет с меньшей производительностью следующим образом. Концентрация молекул пара рабочей жидкости в нижней части 14 тепловой трубы 9 вследствие действия гравитационного поля будет меньше с нижней стороны перегородки, чем равновесная концентрация с верхней стороны перегородки 11, т.е. в данной схеме гравитационное поле эквивалентно тепловому полю, и процесс будет идти аналогично. Тепловое поле само вносит энергию в процесс, а гравитационное поле только способствует извлечению энергии. Оно обеспечивает разность концентраций, что ведет к концентрационной диффузии, к переносу, испарению молекул жидкости с нижней поверхности перегородки 11. Испарение вызывает охлаждение испарительной поверхности и приток тепла от окружающей среды хотя бы до начала процесса и изотермической.

Использование: для подъема воды из колодцев или водоемов за счет даровой энергии солнца. Полупроницаемая перегородка разделяет сосуд на верхнюю полость, сообщающуюся с колодезной водой, и нижнюю полость, дно которой соединено с баком. Вода в верхней полости подогревается солнцем при помощи тепловой трубы. Под перегородкой имеется полость, заполненная воздухом, вытесняющим воду в бак. 2 ил.

ВОДОПОДЪЕМНИК, содержащий источник воды и сосуды, сообщенные с ним и с напорным трубопроводом, имеющим канал для подачи воды в накопительный бак, и бак для нагрева жидкости солнечными лучами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования как солнечной энергии, так и тепла от атмосферы при отсутствии солнечной радиации, он снабжен сообщенной с сосудами тепловой трубой, выполненной в виде циркуляционной системы, имеющей размещенную внутри нее полупроницаемую перегородку для жидкости с высокой молекулярной массой и буферного газа, которым заполнена циркуляционная система, при этом в канале для подачи воды в накопительный бак размещена горизонтальная полупроницаемая перегородка, разделяющая один из сосудов на верхнюю и нижнюю полости.