DE2842181A1 - Solar energy powered irrigation pump - has membrane pump operated by vapour produced in solar energy collector and exhausting to condensate pump - Google Patents
Solar energy powered irrigation pump - has membrane pump operated by vapour produced in solar energy collector and exhausting to condensate pumpInfo
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Abstract
Description
Mit Sonnenenergie betriebene PumpanlagePump system operated with solar energy
Es handelt sich im Folgenden um eine mit Sonnenenergie betriebene Pumpanlage für Wasser und andere Flüssigkeiten mit einem Sonnenkollektor, dessen Röhrensystem mit einem Abscheidebehälter verbunden ist, welcher ein flüssiges Arbeitsmedium mit einem niederen Siedepunkt enthält, und mit einem vom geförderten Wasser beaufschlagten Kondensator.In the following it is a solar powered one Pump system for water and other liquids with a solar collector whose Pipe system is connected to a separator, which is a liquid working medium with a low boiling point, and with one acted upon by the pumped water Capacitor.
Die vorgeschlagene Pumpanlage findet insbesondere Anwendung zur Förderung von Trinkwasser oder Nutzwasser zur Bewässerung von Feldern in energiearmen Ländern. Die Anlage ist aber auch in der Lage, beliebige andere Flüssigkeiten zu fördern.The proposed pumping system is used in particular for promotion of drinking water or industrial water for irrigation of fields in low-energy countries. However, the system is also able to convey any other liquids.
Pumpanlagen zur Förderung von Flüssigkeiten unter Benutzung der Sonnenenergie sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden; sie machen von der Druck- und Volumenzunahme von bestimmten Arbeitsmedien bei deren Verdampfung Gebrauch.Pump systems for pumping liquids using solar energy have become known in various embodiments; they make of the printing and increase in volume of certain working media when they evaporate.
Schon im 17. Jahrhundert hatte Salomon de Caus eine mit Sonnenenergie betriebene Pumpanlage gebaut und veröffentlicht, bei welcher ein geschlossener, Wasser enthaltender Metallkasten unter Zwischenschaltung von Linsen von der Sonne beschienen wird. Infolge der Erhitzung des Kastens dehnt sich die eingeschlossene Luft aus, drückt auf das Wasser und preßt dieses durch eine Röhre als Springbrunnen heraus ( S.d.Caus "Les raisons des forces mouvantes" 1615).As early as the 17th century, Salomon de Caus had one with solar energy operated pumping station built and published, in which a closed, Metal box containing water with the interposition of lenses from the sun is illuminated. As a result of the heating of the box, the enclosed one expands Air out, presses on the water and presses it through a tube as a fountain out (S.d.Caus "Les raisons des forces mouvantes" 1615).
In neuster Zeit ist eine Pumpanlage für Wasser vorgeschlagen worden, bei welcher während des Tages in einem Sonnenkollektor ein flüssiges Arbeitsmedium mit niederem Siedepunkt verdampft wird. Von einem Vorratsbehälter gelangt der Dampf in einen unter dem Grundwasserspiegel angeordneten, mit Rückschlagventilen versehenen Wasserbehälter. Der Dampf verdrängt das Wasser aus diesem Behälter und fördert es in einen Tank,wo das kondensierte Arbeitsmedium vom Wasser getrennt wird, bevor dieses als Nutzwasser Verwendung findet. Während der Nacht arbeitet der Kollektor als Kondensator. Mit dieser Anlage kann somit nur einmal während eines Tages Wasser aus dem Wasserbehälter gefördert werden, was bedeutet, daß ein Wasserbehälter mit großem Fassungsvermögen und daher erheblichen Abmessungen unterhalb des Grundwasserspiegels angeordnet werden muß. Eine andere Pumpanlage verfügt über einen gesonderten Kondensator sowie zwei Wasserbehälter mit einem Umschaltventil, sodaß im Verlauf eines Tages mehrmals Wasser gefördert werden kann.Recently, a pumping system for water has been proposed, in which a liquid working medium in a solar collector during the day is evaporated with a low boiling point. The steam comes from a storage container into one located below the water table and equipped with non-return valves Water tank. The steam displaces the water from this container and promotes it into a tank, where the condensed working medium is separated from the water before this is used as industrial water. The collector works during the night as a capacitor. With this system, water can only be used once during a day be promoted from the water tank, which means that a water tank with large capacity and therefore considerable dimensions below the water table must be arranged. Another pumping system has a separate condenser as well as two water tanks with a switching valve, so that in the course of a day water can be conveyed several times.
(Solar Energie 1976, Vol. 18 pp.405-4fl). Recht unbefriedigend bei diesen beiden Anlagen ist deren diskontinuierliche Arbeitsweise, und als Nachteil muß angesehen werden, daß das Arbeitsmedium mit dem geförderten Wasser in direkte Berührung kommt; beide Umstände schränken die praktische Verwendbarkeit der bekannten Pumpanlagen erheblich ein.(Solar Energie 1976, Vol. 18 pp.405-4fl). Quite unsatisfactory at These two systems are their discontinuous mode of operation, and a disadvantage must be considered that the working medium with the pumped water in direct Touch comes; both circumstances limit the practical applicability of the known Pumping systems significantly.
Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Sonnenenergie betriebene Pumpanlage so zu konzipieren, daß sie während der gesamten Sonnenscheindauer eines Tages kontinuierlich zu fördern in der Lage ist, und daß das Arbeitsmedium mit der geförderten Flüssigkeit überhaupt nicht in Berührung kommt.The present innovation is based on the task, one with solar energy to design the operated pumping system so that it can operate during the entire duration of sunshine one day is able to continuously convey, and that the working medium does not come into contact with the pumped liquid at all.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von einer Pumpanlage der eingangs beschriebenen Art ausgegangen und gelöst wird die Aufgabe durch eine über eine Dampfleitung mit dem Vorrats- und Abscheidebehälter in Verbindung stehende doppelt wirkende Membranpumpe, deren Ausgangswasserleitung zum Kondensator führt, durch einen ein Abblaseventil und ein Eintrittsventil betätigenden Schwimmer aufweisenden Kondensatheber, der über das Eintrittsventil mittels einer Druckleitung mit dem Abscheidebehälter und über das ,«hblaseventil über eine Druckausgleichsleitung mit dem Kondensator verbunden ist, durch eine von der Membranpumpe zum Kondensator führende Abdampfleitung sowie eine den Kondensator über ein Rückschlagventil mit dem Kondensatheber verbindende Kondensatleitung, durch ein Differenzdruck-Ventil, von dessen engem, einen Umsteuerkolben umschließenden Zylinder eine Leitung zu einem Vorratstank , eine zum Ab -scheidebehälter und zum Eintrittsventil des Kondensathebers führende Druckleitung sowie eine zum Kondensator und zum Abblaseventil des Kondensathebers führende Druckausgleichlei-Lung ausgehen, und dessen weiter Zylinder über eine Druckleitung mit dem Schwimmerraum des Kondensathebers in Verbindung steht, und durch eine Rückführleitung, die vom Kondensatheber über ein Rückschlagventil in den Vorratstank führt,der ebenfalls über ein Rückschlagventil durch eine Verbindungsleitung mit dem Abscheidebehälter verbunden ist.In order to solve the task at hand, a pumping system will use the at the beginning The type described is based on and achieved the object by a steam line double-acting diaphragm pump connected to the storage and separating tank, whose outlet water line leads to the condenser, through a blow-off valve and an inlet valve actuating float having a condensate siphon, the via the inlet valve by means of a pressure line to the separator tank and Connected to the condenser via the blow valve via a pressure equalization line is, through an exhaust line leading from the diaphragm pump to the condenser as well one connecting the condenser to the condensate lifter via a check valve Condensate line, through a differential pressure valve, from the narrow one, a reversing piston surrounding cylinder a line to a storage tank, one to the separator and to the inlet valve of the condensate siphon leading pressure line and one to the Condenser and pressure equalization line leading to the blow-off valve of the condensate siphon go out, and its further cylinder via a pressure line with the float chamber of the condensate siphon is in communication, and by a return line, which from Condensate lifter leads through a check valve into the storage tank, which is also Via a non-return valve through a connecting line to the separator tank connected is.
Der Gedanke, eine Membranpumpe zur Förderung des Wassers zu verwenden, bildet die grundlegende Voraussetzung für die Möglichkeit, das Arbeitsmedium vom geförderten Wasser bzw. der geförderten Flüssigkeit getrennt zu halten, und die Anwendung einer an sich handelsüblichen,doppelt wirkenden Membranpumpe zieht die erwünschte kontinuierliche Arbeitsweise der vorgeschlagenenPumpanlage nach sich. Diese kontinuierliche Arbeitsweise kann aber nur durch den Einsatz eines handelsüblichen Kondensathebers erzielt werden, dessen Funktion mit Hilfe des Differenzdruck-Ventiles, der Rückschlagventile und des Vorratstankes gewährleistet wird.The thought of using a diaphragm pump to convey the water forms the basic prerequisite for being able to use the working medium from to keep the pumped water or the pumped liquid separate, and the Use of a commercially available, double-acting diaphragm pump pulls the desired continuous operation of the proposed pumping system. This continuous mode of operation can only be achieved through the use of a commercially available Condensate siphon can be achieved whose function with the help of the differential pressure valve, the check valves and the storage tank is guaranteed.
Wegen des ohnehin außerordentlich geringen Wirkungsgrades der mit Sonnenenergie betriebenen Pumpanlagen kommt ein Ersatz der hier vorgeschlagenen Membranpumpe etwa durch einen Dampfmotor mit einer Kolben- oder Kreiselpumpe ebensowenig wie die Verwendung einer Kondensatpumpe mit einem anderen Arbeitsprinzip praktisch nicht in Betracht.Because of the extremely low efficiency of the with Solar-powered pumping systems will replace the ones proposed here Neither does a diaphragm pump, for example by a steam engine with a piston or centrifugal pump like using a condensate pump with a different working principle practical out of consideration.
Weil bei der neuerungsgemäßen Pumpanlage das Arbeitsmedium mit dem geförderten Wasser nicht in Berührung kommt, kann als Arbeitsmedium jede beliebige thermodynamisch und wirtschaftlich vorteilhafte Flüssigkeit verwendet werden, toxische und solche mit Siedetemperaturen unterhalb derjenigen des geförderten Wassers eingeschlossen. Wegen des automatischen Zurück transportes des Arbeitsmediums mittels des Kondensathebers in den Vorratstank wird gegenüber bekannten Pumpanlagen eine erheblich geringere Menge des sehr teuren Arbeitsmediums benötigt, was zur Folge hat, daß der Vorrats-und Abscheidebehälter klein sein kann; dadurch wird die vorgeschlagene Anlage kleiner und daher billiger herstellbar.Because in the pumping system according to the innovation, the working medium with the pumped water does not come into contact, any working medium can be used thermodynamically and economically advantageous liquid are used, toxic and including those with boiling temperatures below that of the pumped water. Because of the automatic return of the working medium by means of the condensate siphon in the storage tank is considerably less than that of known pump systems Amount of the very expensive working medium required, which has the consequence that the supply and Separation tank can be small; this makes the proposed system smaller and therefore cheaper to manufacture.
Dem kommt außerdem zugute, daß - im Unterschied zum bekannten Stand der Technik - der Kondensator nicht direkt mit dem Sonnenkollektor in Verbindung steht, was den Dampfverbrauch erheblich verringert.This also benefits from the fact that - in contrast to the known state the technology - the condenser is not directly connected to the solar collector which significantly reduces steam consumption.
Die vorgeschlagene, mit Sonnenergie betriebene Pumpanlage für Wasser ist in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.The proposed solar powered pumping station for water is shown schematically in the accompanying drawing and is explained in more detail below explained.
Die Pumpanlage besteht im wesentlichen aus einem Sonnenkollektor 1, einem Abscheidebehälter 2 , einer Membranpumpe 3, einem Kondensator 4, einem Kondensatheber 5, einem Differenzdruck-Ventil 6, sowie einem Vorratstank 7.The pumping system essentially consists of a solar collector 1, a separation container 2, a membrane pump 3, a condenser 4, a condensate siphon 5, a differential pressure valve 6 and a storage tank 7.
Der Vorratstank 7 ist mit einem flüssigen Arbeitsmedium 8 gefüllt, welches einen niedrigen Siedepunkt aufweist. Als Arbeitsmedium 8 dient n-Pentan, dessen Siedepunkt bei etwa 308 Grad Kelvin liegt. Das Arbeitsmedium 8 gelangt durch ein Rückschlagventil 9 sowie eine Leitung 10 in den Sonnenkollektor 1 und durchfließt dessen Röhrensystem 11, wobei es aufgrund der Einwirkung der Sonnenstrahlung auf die Aussenflächen des Röhrensystems 11 verdampft, Als Sonnenkollektor 1 dient ein sogenannter Flachkollektor,der auf die Einfallsrichtung der Sonnenstrahlung wenig empfindlich ist und somit dem Gang der Sonne nicht nachgeführt werden muß.The storage tank 7 is filled with a liquid working medium 8, which has a low boiling point. The working medium 8 is n-pentane, whose boiling point is around 308 degrees Kelvin. The working medium 8 passes through a check valve 9 and a line 10 in the solar collector 1 and flows through its tube system 11, it being due to the action of solar radiation on the outer surfaces of the tube system 11 evaporates. A solar collector 1 is used So-called flat-plate collector, which has little effect on the direction of incidence of solar radiation is sensitive and therefore does not have to follow the path of the sun.
Der im Röhrensystem 11 erzeugte Dampf strömt durch die Leitung 12 in den Abscheidebehälter 2.The steam generated in the pipe system 11 flows through the line 12 into the separator tank 2.
Im Abscheidebehälter 2 werden die mitgeführten flüssigen Teile des Arbeitsmediums 8 vom Dampf abgeschieden, welche durch die Leitungen 13 und 10 wieder dem Sonnenkollektor 1 zugeleitet werden.In the separation container 2, the liquid parts of the Working medium 8 separated from the steam, which through the lines 13 and 10 again the solar collector 1 are fed.
Der im Sonnenkollektor 1 erzeugte Dampf wird nun durch eine Dampfleitung 14 der doppelt wirkenden Membranpumpe 3 zugeführt.The steam generated in the solar collector 1 is now passed through a steam pipe 14 of the double-acting diaphragm pump 3 is supplied.
Ein in dieser Membranpumpe 3 vorgesehenes Steuerventil 15 leitet den Dampf abwechselnd in die Dampfräume 16, wodurch eine lSin- und ifer-Bewegung der beiden durch eine Steuerstange 17 miteinander verbundenen Membranen 18 bewirkt wird.A control valve 15 provided in this diaphragm pump 3 directs the Steam alternately in the steam rooms 16, whereby a lSin and ifer movement of the two membranes 18 connected to one another by a control rod 17 will.
Die Bewegung der Membranen 18 hat zur Folge, daß in der Ansauqwasserleitung 19 stehendes Wasser angesaugt und in die zum Kondensator 4 führende Ausgang swasserleitung 20 gedrückt wird. Vier in der Membranpumpe 3 angeordnete Rückschlagventile 21 gewährleisten die Funktion der Membranpumpe 3, indem sie das Zurückfließen des geförderten Wassers verhindern. Das Wasser durchsetzt den Kondensator 4 und verläßt die Pumpanlage durch die Wasserleitung 22.The movement of the membranes 18 has the consequence that in the Ansauqwasserleitung 19 sucked in standing water and into the outlet leading to the condenser 4 swasserleitung 20 is pressed. Four check valves 21 arranged in the diaphragm pump 3 ensure the function of the diaphragm pump 3 by preventing the pumped water from flowing back impede. The water passes through the condenser 4 and leaves the pumping system the water pipe 22.
Der nach der Arbeitsleistung in der Membranpumpe 3 entspannte Dampf wird durch eine Abdampfleitung 23 dem Rohrsystem 24 des Kondensators 4 zugeführt und dort durch das kalte, geförderte Wasser kondensiert. Das Kondensat gelangt dann über eine Kondensatleitung 25 und durch ein Rückschlagventil 26 in den Kondensatheber 5.The steam relaxed in the diaphragm pump 3 after the work is fed to the pipe system 24 of the condenser 4 through an exhaust line 23 and condensed there by the cold, pumped water. The condensate then arrives via a condensate line 25 and through a check valve 26 into the condensate lifter 5.
Sobald der Kondensatheber 5 mit dem Kondensat vollgelaufen ist, wird durch einen Schwimmer 27 eine Stange 28 hochgestossen, wobei ein Abblaseventil 29 geschlossen wird; ein von einem Ringwulst 30 an der Stange 28 betätigter Hebel 31 öffnet gleichzeitig ein Eintrittsventil 32.As soon as the condensate lifter 5 has filled up with the condensate, will a rod 28 pushed up by a float 27, with a relief valve 29 is closed; a lever 31 actuated by an annular bead 30 on the rod 28 An inlet valve 32 opens at the same time.
Durch das Öffnen des Eintrittsventiles 32 des Kondensathebers 5 wird mittels einer dessen Schwimmerraum 33 mit dem Abscheidebehälter 2 verbindenden Druckausgleichsleitung 34 der Kondensatheber 5 unter den im Abscheidebehälter 2 herrschenden Druck des Dampfes des Arbeitsmediums 8 gesetzt, wobei gleichzeitig der weite Zylinder 35 des Differenzdruck-Ventiles 6 über eine Druck leitung 36 mit Druck beaufschlagt wird.By opening the inlet valve 32 of the condensate lifter 5 by means of a pressure equalization line connecting the float chamber 33 with the separator tank 2 34 of the condensate lifter 5 under the pressure of the prevailing in the separator tank 2 Steam of the working medium 8 set, while at the same time the wide cylinder 35 of the Differential pressure valve 6 via a pressure line 36 is pressurized.
Infolge der Beaufschlagung des weiten Zylinders 35 des Diferenzdruck-Ventiles 6 verschiebt sich dessen Kolben 37 in Richtung zum engen Zylinder 38 (in der Zeichnung also nach links). Dadurch verbindet ein den vorderen Teil des Kolbens 37 bildender Umsteuerkolben 39 eine Leitung 40 zum Vorratstank 7 mit einer Druckausgleichsleitung 41, die in die Abdampfleitung 23 mündet. Hierzu besitzt der Unterkolben 39 eine Zentralbohrung, die in eine Querbohrung und eine Ringnut übergeht.As a result of the application of the wide cylinder 35 of the Differential pressure valve 6, its piston 37 moves in the direction of the narrow cylinder 38 (in the drawing so to the left). As a result, a connecting the front part of the piston 37 forming Reversing piston 39 a line 40 to the storage tank 7 with a pressure equalization line 41, which opens into the exhaust line 23. For this purpose, the lower piston 39 has a Central bore that merges into a transverse bore and an annular groove.
Aufgrund der mittels des Differenzdruck-Ventiles 6 geschaffenen Verbindungen fällt der Druck des Arbeitsmediums 8 im Vorratstank 7 auf den im Kondensator 4 herrschenden Druck ab, sodaß jetzt das im Kondensatheber 5 unter Druck stehende Kondensat durch ein Rückschlagventil 42 und eine Rückführleitung 43 in den Vorratstank 7 zurückfließen kann.Due to the connections created by means of the differential pressure valve 6 the pressure of the working medium 8 in the storage tank 7 drops to that in the condenser 4 Pressure off, so that now the condensate which is under pressure in the condensate lifter 5 through a check valve 42 and a return line 43 flow back into the storage tank 7 can.
Sobald der Schwimmerraum 33 des Kondensathebers 5 leer ist, wird die Stange 28 durch das Gewicht des Schwimmers 27 nach unten qezogen, wodurch sich gleichzeitig das Eintrittsventil 32 schließt und das Abblaseventil 29 öffnet. Dadurch sinkt über die Druckausgleichsleitung 44 der Druck im Schwimmerraum 33 auf den im Kondensator 4 herrschenden Druck ab, worauf das Kondensat aus dem Kondensator 4 wieder über die Kondensatleitung 25 und das Rückschlagventil 26 in den Kondensatheber 5 fließen kann. gleich hat sich wegen des durch eine Öffnung 45 auf die Unterseite des Kolbens 36 einwirkenden Umgebungsdruckes und des im weiten Zylinder 35 abnehmenden Druckes der Kolben 37 des Differenzdruck-Ventiles 6 in Richtung zum weiten Zylinder 35 (in der Zeichnung also nach rechts) verschoben, sodaß über die Leitung 40 und die Druckleitung 34 ein Druckausgleich zwischen dem Vorratstank 7 und dem Abscheidebehälter 2 stattfinden kann. Ist dieser Druckausgleich erfolgt, öffnet das Rückschlaqventil 9 und das Arbeitsmedium 8 kann wieder vom Vorratstank 7 über eine Verbindungsieitung 46 in den Sonnenkollektor 1 fließen.As soon as the float chamber 33 of the condensate siphon 5 is empty, the Rod 28 pulled down by the weight of the float 27, whereby at the same time the inlet valve 32 closes and the relief valve 29 opens. This sinks over the pressure equalization line 44 the pressure in the float chamber 33 to that in the condenser 4 prevailing pressure, whereupon the condensate from the condenser 4 over again the condensate line 25 and the check valve 26 flow into the condensate lifter 5 can. has the same because of an opening 45 on the underside of the piston 36 acting ambient pressure and the decreasing pressure in the wide cylinder 35 the piston 37 of the differential pressure valve 6 in the direction of the wide cylinder 35 (in the drawing so to the right) moved, so that via the line 40 and the pressure line 34 a pressure equalization between the storage tank 7 and the separation container 2 take place can. Once this pressure equalization has taken place, the non-return valve 9 and the working medium open 8 can again from the storage tank 7 via a connecting line 46 into the solar collector 1 flow.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |