НАСОС ДЛЯ ПОДЪЕМА ВОДЫ ИЗ СКВАЖИН (ГЕЛИОНАСОС ГРЕКА Ф.З.) Российский патент 1997 года по МПК F04F1/04 F04F1/20 

Изобретение относится к системе гидравлических устройств, способных подавать воду из скважин (колодцев) на определенную высоту за счет использования солнечной энергии в условиях жаркого климата.

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.

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).

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.

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.

Недостатком описанной конструкции следует признать наличие специального механического насоса, на работу которого затрачивается большая часть мощности поршня, движущегося под воздействием расширяющегося бутана.

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.

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.

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.

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).

На чертеже представлена схема устройства предлагаемого гелионасоса.

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.

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.

Коническая часть камеры переходит во всасывающую трубу, в которой размещены клапан 6, конденсатор 7 и ниже уровня воды сетка-фильтр (на конце трубы).

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.

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.

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.

Насос относится к системе гидравлических устройств, способных подавать воду из скважин за счет использования солнечной энергии. Насос содержит черную тепловую камеру, которая закрыта крышкой с двойным стеклянным покрытием. Камера переходит во всасывающий трубопровод, в котором размещен клапан. Выше клапана всасывающего трубопровода от него отходит нагнетательный трубопровод с клапаном. Воздух, нагретый в тепловой камере солнечным излучением, расширяется, закрывает клапан во всасывающем трубопроводе и открывает клапан в нагнетательном трубопроводе, при этом часть воды поднимается по нагнетательной трубе. Для регулировки клапана всасывающего трубопровода насос содержит линию замкнутого холодильного цикла изобутана или аммиака, состоящую из испарителя и конденсатора. Клапан во всасывающем трубопроводе снабжен поршневым приводом. В испарителе, который находится в тепловой камере, под воздействием повышенной температуры рабочее тело расширяется и приводит в движение поршневой привод, рабочий объем которого подсоединяется к линии замкнутого холодильного цикла. При этом открывающийся клапан во всасывающем трубопроводе. После этого рабочее тело проходит через конденсатор, размещенный ниже уровня воды во всасывающем трубопроводе, охлаждается, конденсируется. При этом клапан закрывается, а рабочее тело направляется в испаритель. Затем цикл повторяется. 1 ил.

Насос для подъема воды из скважин, содержащий тепловую камеру, линию замкнутого холодильного цикла, включающую испаритель и конденсатор, всасывающий и напорный трубопроводы с клапанами, отличающийся тем, что клапан всасывающего трубопровода снабжен поршневым приводом, который подсоединен к линии замкнутого холодильного цикла, а конденсатор размещен во всасывающем трубопроводе ниже уровня воды в скважине.