СОЛНЕЧНЫЙ НАСОС

СОЛНЕЧНЫЙ НАСОС


RU (11) 2062355 (13) C1

(51) 6 F03G6/00, F04F1/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93011234/06 
(22) Дата подачи заявки: 1993.03.01 
(45) Опубликовано: 1996.06.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: PCT, патент Норвегии N84/00584, кл. F 03 G 7/02, 1984. Патент США N4720978, кл. F 03 G 7/02, 1988. 
(71) Заявитель(и): Государственный Сибирский научно-исследовательский институт авиации им.С.А.Чаплыгина 
(72) Автор(ы): Алферов В.И.; Воробьева В.С.; Клещин Э.В. 
(73) Патентообладатель(и): Государственный Сибирский научно-исследовательский институт авиации им.С.А.Чаплыгина 

(54) СОЛНЕЧНЫЙ НАСОС 

Использование: в теплотехнике, в частности в устройствах для преобразования солнечной энергии в механическую и может применяться для перекачивания жидкостей из водоемов и артезианских скважин в районах, удаленных от традиционных источников энергии. Сущность изобретения: насос содержит источник нагреваемого рабочего тела в виде бака-аккумулятора, который через распределительный механизм соединен с главным цилиндром двухстороннего действия и конденсатором, установленным внутри бака для сбора конденсата. Поршень главного цилиндра жестко соединен штоком с поршнем насоса, подающим перекачиваемую жидкость потребителю. Для уменьшения утечек рабочего тела предусмотрено устройство герметичного кожуха, соединенного с баком для сбора конденсата и охватывающего распределительный механизм и главный цилиндр. Распределительный механизм выполнен в виде четырехходового двухпозиционного распределителя, переключаемого кулачком, установленным на одном валу с крыльчаткой. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к устройствам для преобразования солнечной энергии в механическую, и может быть использовано для перекачивания жидкостей из водоемов и артезианских скважин в районах, удаленных от традиционных источников энергии.

Известен солнечный двигатель, содержащий коллектор с нагреваемой в нем жидкостью, главный цилиндр одностороннего действия с поршнем, поршни двух насосов, связанные штоком между собой и с поршнем главного цилиндра, конденсатор, соединенный с одной стороны с баком для перекачиваемой жидкости, а с другой с двумя последовательно установленными теплообменниками, и механизм управления производительностью двигателя (РСТ, патент N WO /00584, кл. F 03G 7/02, 1984).

Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата - повышение КПД устройства за счет обеспечения самотечного возврата рабочего тела и совмещения функции испарителя и коллектора в одном баке-аккумуляторе без использования при этом дополнительной нагреваемой жидкости является потеря энергии в источнике нагреваемого рабочего тела за счет дополнительного нагрева жидкости, циркулирующей в коллекторе, и потеря энергии на преодоление жесткости пружины поршня главного цилиндра и на непрерывный возврат рабочего тела из коллектора в испаритель.

Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является "Поршневой двигатель с циклом Ранкина, приводимый в действие солнечной энергией" ( US патент N 4720978, кл. F 03G 7/02, 1988).

В этом поршневом двигателе передача солнечной энергии рабочему телу осуществляется также в испарителе через нагреваемую жидкость в коллекторе. Двигатель состоит из главного цилиндра двухстороннего действия с поршнем, жестко связанным штоком с поршнем насоса для перекачивания жидкости и с поршнем насоса для непрерывного возврата рабочего тела в испаритель, двух последовательно установленных рекуперативных теплообменников, соединенных между собой, с главным цилиндром, с конденсатором, с цилиндром насоса, перекачивающим рабочее тело, и с испарителем, конденсатора, соединенного по перекачиваемой жидкости с ее источником и баком, двух трехходовых клапанов и одного двухпозиционного клапана, установленных между главным цилиндром и испарителем, предназначенным для регулирования работы двигателя, и устройств минимизации утечек рабочего тела. Двигатель совершает полезную работу за счет энергии пара рабочего тела, подаваемого попеременно из испарителя в соответствующие полости главного цилиндра. Управление подачей пара осуществляется электрическим устройством, работающим от аккумулятора, заряжаемого солнечной энергией.

Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата - повышение КПД солнечного насоса за счет устройства самотечного возврата рабочего тела и совмещения функций испарителя и коллектора в одном баке-аккумуляторе без использования при этом дополнительной нагреваемой жидкости является потеря энергии в устройстве непрерывного возврата рабочего тела в испаритель и потеря энергии в источнике нагреваемого рабочего тела. Причем устройство непрерывного возврата рабочего тела должно включать дополнительный насос, приводимый в действие поршнем главного цилиндра, и два последовательно установленных дополнительных рекуперативных теплообменника, а источник нагреваемого рабочего тела должен включать дополнительный теплообменник и коллектор с нагреваемой циркулирующей в нем дополнительной жидкостью.

Помимо перечисленных недостатков следует отметить сложное электрическое устройство для управления распределением подачи рабочего тела, снижающее надежность работы двигателя, а также использование указанных дополнительных агрегатов, устройств и элементов в конструкции, что увеличивает трудоемкость и повышает затраты на изготовление.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении требуемой производительности насоса, перекачивающего жидкость до момента полной выработки рабочего тела из бака-аккумулятора с последующим возвратом этого рабочего тела в бак-аккумулятор самотечным сливом.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:

Повышение КПД и надежности работы солнечного насоса за счет организации самотечного слива рабочего тела и упрощения устройства распределения подачи рабочего тела, а также упрощение конструкции источника нагреваемого рабочего тела;

Минимизация утечек рабочего тела, снижение трудоемкости и стоимости изготовления из-за уменьшения количества используемых агрегатов, устройств и элементов.

Требуемый технический результат достигается за счет того, что в солнечном насосе, содержащем источник нагреваемого рабочего тела, соединенный через распределительный механизм с главным цилиндром двухстороннего действия и конденсатором, поршень главного цилиндра, жестко соединенный штоком с поршнем насоса, подающим перекачиваемую жидкость через конденсатор потребителю, и устройство для минимизации утечек рабочего тела, источник нагреваемого рабочего тела выполнен в виде бака-аккумулятора, а распределительный механизм в виде четырехходового двухпозиционного распределителя, переключаемого кулачком, установленным на одном валу с крыльчаткой, кроме того; установлен бак для сбора конднесата с расположенным внутри него конденсатором, соединенный с баком-аккумулятором, а устройство для минимизации утечек рабочего тела выполнено в виде герметичного кожуха, соединенного с баком для сбора конденсата и охватывающего распределительный механизм и главный цилиндр.

Выполнение в солнечном насосе источника нагреваемого рабочего тела в виде бака-аккумулятора и установка бака для сбора конденсата позволяет осуществить работу за счет непосредственного нагрева и испарения рабочего тела в баке-аккумуляторе и обеспечить соответствующим выбором объемов этого бака и бака для сбора конденсата непрерывную работу в течение светового дня, что ведет к повышению КПД солнечного насоса и к упрощению его конструкции. Введение бака для сбора конденсата, соединенного с баком-аккумулятором и герметичным кожухом, дает возможность сбора конденсата после выравнивания давлений (температур), а введение герметичного кожуха позволяет полностью исключить утечки рабочего тела в атмосферу и уменьшить их утечки в полость герметичного кожуха в процессе работы.

Кроме того, использование в солнечном насосе распределительного механизма в виде четырехходового двухпозиционного распределителя, переключаемого кулачком, установленным на одном валу с крыльчаткой, позволяет исключить из устройства электрический источник энергии и тем самым повысить надежность работы солнечного насоса.

Предложенное устройство солнечного насоса отличается простотой в связи с этим меньшей трудоемкостью и стоимостью изготовления. Изобретение поясняется чертежом.

Солнечный насос выполнен следующим образом. Бак-аккумулятор 1 с легкокипящим рабочим телом установлен ниже нижнего уровня бака 2 для сбора конденсата и при отсутствии облачности должен быть подвержен воздействию солнечных лучей в течение светового дня. Бак 2 для сбора конденсата установлен ниже нижнего уровня герметичного кожуха 3, в котором размещены крыльчатка 4, кулачок 5 с жестким валом 6, установленным в трех подшипниках 7, четырехходовой двухпозиционный распределитель 8, главный цилиндр 9 двухстороннего действия с поршнем 10, шток 11 с поршнем 12 насоса 13 с впускным и выпускным клапанами 14, 15. Кулачок 5 распределительного механизма 16 через толкатель 17 связан с четырехходовым двухпозиционным распределителем 8. Трубчатый конденсатор 18 установлен в баке 2 для сбора конденсата. В паровом трубопроводе 19 между баком-аккумулятором 1 в крыльчаткой 4 установлен регулирующий вентиль 20, а в жидкостном трубопроводе 21 между баком-аккумулятором 1 и баком 2 для сбора конденсата запорный вентиль 22. Бак 2 для сбора конденсата связан с герметичным кожухом 3 дренажным трубопроводом 27. Для регистрации давления в баке-аккумуляторе 1 и баке 2 для сбора конденсата установлены в паровых полостях манометры 28 и 29. Установка содержит ручной подкачивающий насос 26.

Солнечный насос работает следующим образом. Бак-аккумулятор 1 заправляется легкокипящим рабочим телом (например, аммиаком). Перед включением солнечного насоса производится подкачивание ручным насосом 26 и заполнение перекачиваемой жидкостью трубок конденсатора 18. При достижении необходимого перепада давлений, фиксируемого манометрами 28 и 29, открываются вентили 20 и 25, установленные на паровом трубопроводе 19 и трубопроводе перекачиваемой жидкости 24 соответственно. Вентиль 20 устанавливается в положение, обеспечивающее требуемую производительность насоса 13. Насос 13 приводится в движение энергией пара высокого давления, поступающего из нагреваемого солнцем бака-аккумулятора 1 попеременно в ту или иную полость подпоршневого пространства поршня 10 главного цилиндра 9 двухстороннего действия, связанного штоком 1 с поршнем 12 насоса 13.

Распределение пара высокого давления осуществляется в распределительном механизме 16 с помощью четырехходового двухпозиционного распределителя 8 через толкатель 17 кулачком 5, вращаемым валом 6, установленным в подшипниках 7, жестко связаным с крыльчаткой 4, приводимой в движение частью энергии пара высокого давления. Отработанный пар поступает в конденсатор 18, установленный в баке 2 для сбора конденсата и защищенный от воздействия солнечных лучей устройством 23, где пар конденсируется в межтрубном пространстве при давлении более низком, чем давление в баке-аккумуляторе 1. После выработки всего объема рабочего тела из бака-аккумулятора 1 насос прекращает подачу жидкости потребителю, которая осуществляется с помощью впускного и выпускного клапанов 14, 15. Утечки пара через неплотности в подвижных соединениях крыльчатки 4, четырехходового двухпозиционного распределителя 8 и главного цилиндра 9 двухстороннего действия поступают в герметичный кожух 3, создавая в нем противодавление и противодействие дальнейшим утечкам. Выработанное рабочее тело вновь может быть возвращено в бак-аккумулятор 1 из бака 2 для сбора конденсата при выравнивании температур (давлений) в них и герметичном кожухе 3. Перелив рабочего тела из бака 2 для сбора конденсата производится самотеком при открытии запорного вентиля 22, установленного в жидкостном трубопроводе 21. Перелив сконденсированного рабочего тела из герметичного кожуха 3 в бак 2 для сбора конденсата осуществляется также самотеком через дренажный трубопровод 27. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Солнечный насос, содержащий источник нагреваемого рабочего тела, соединенный через распределительный механизм с главным цилиндром двухстороннего действия и конденсатором, поршень главного цилиндра, жестко соединенный штоком с поршнем насоса, подающим перекачиваемую жидкость через конденсатор потребителю, и устройство для минимизации утечек рабочего тела, отличающийся тем, что источник нагреваемого рабочего тела выполнен в виде бака-аккумулятора, а распределительный механизм в виде четырехходового двухпозиционного распределителя, переключаемого кулачком, установленным на одном валу с крыльчаткой, причем насос снабжен баком для сбора конденсата с расположенным внутри него конденсатором, соединенным с баком-аккумулятором, а устройство для минимизации утечек рабочего тела выполнено в виде герметичного кожуха, соединенного с баком для сбора конденсата и охватывающего распределительный механизм и главный цилиндр.