具有自回热功能的双活塞气压式太阳能水泵.pdf

本发明公开了一种具有自回热功能的双活塞气压式太阳能水泵，属太阳能热利用技术领域。该装置外壳体被分隔为两部分，加热器、冷凝器、活塞和积液槽被分别置于外壳体内，太阳能集热器通过管道与循环微泵、电控阀和加热器连成回路，储水腔通过管道和单向阀与冷凝器和高低位水池连成提水通道，两个积液槽通过压力平衡管和电控阀彼此连接。太阳能集热器收集到的热能，通过循环微泵输送至加热器中加热气化积液槽中的低沸点工质，工质蒸汽推动活塞将储水腔中的水挤压至高水位从而实现抽水功能。本发明设计成双活塞结构并有压力平衡管，因而能够实现为用户连续抽水，同时回收上一过程的余热。

1.  一种具有自回热功能的双活塞气压式太阳能水泵，其特征在于：外壳体所构成的内部空腔被隔板划分为两部分，每部分内部包含有1个或多个加热器、1个或多个冷凝器、1个活塞、1个积液槽；其中，加热器位于积液槽内，外壳体内隔板两侧的活塞通过连杆彼此连接，活塞通过可伸缩的隔膜与外壳体连；积液槽中放置有低沸点工质；
外壳体的外部具有1根或多根压力平衡管，外壳体内两端的积液槽通过压力平衡管和电控阀相互连接，利用电控阀接通压力平衡管，使高压蒸汽通过压力平衡管流向外壳体内处于低压状态的一侧，使两边压力迅速平衡，进而使加热与冷却过程尽快切换；
外壳体的外部还有1个或多个电控阀，利用电控阀实现依次为加热器供热和控制压力平衡管接通或断开；
太阳能集热器通过管道与循环微泵、控制管路的电控阀和加热器连成回路；
管道与单向阀和冷凝器连成提水通道，可将水输送到高位水池；
由隔板、隔膜及外壳体内活塞构成的储水腔，通过管道与单向阀与低位水池连接。

2.  根据权利要求1所述的具有自回热功能的双活塞气压式太阳能水泵，其特征在于：工作方法如下，太阳能集热器收集到的太阳热能，通过循环泵经控制管路的电控阀给其中一个积液槽中的加热器供热，使加热器对积液槽中的低沸点工质进行加热，产生蒸汽形成高的蒸汽压，推动该积液槽一侧的活塞向隔板方向运动，同时将储水腔内的水挤压经另一侧的冷凝器和单向阀输送至高位水池；与此同时，该侧蒸汽部分在冷凝器的作用下被冷凝形成低蒸汽压，从而使该侧活塞向离开隔板方向运动，将水从低位水池经单向阀吸入储水腔中，被冷凝的蒸汽变成液体流入积液槽中；
当加热及冷凝过程完成时，通过电控阀的作用，将太阳热能输入另一个积液槽的加热器中，同时停止为此前的加热器供热；这样，整个加热与冷凝过程将交替进行，同时储水腔的抽水与压水过程也交替进行，从而实现连续抽水。

3.  根据权利要求1所述的具有自回热功能的双活塞气压式太阳能水泵，其特征在于：活塞可用可伸缩膈膜代替。

具有自回热功能的双活塞气压式太阳能水泵
所属技术领域
本发明涉及一种气压式太阳能水泵，属太阳能热利用技术领域。
背景技术
在目前推广使用的太阳能水泵中，大部分的运行方式是，以太阳能光伏发电，然后利用电能驱动电力水泵实现抽水的功能。以太阳热能直接驱动活塞或隔膜实现抽水功能的太阳能水泵，目前主要是单隔膜或双隔膜水泵，可以间断或半间断地实现为用户抽水的功能。但已有的太阳热能直接驱动的太阳能水泵由于没有回热功能，存在效率低下的严重缺陷，还由于没有活塞复位功能，经常出现死机现象，因此不能大规模推广应用。因此，克服上述缺陷，提高太阳能水泵的效率和使用可靠性，是进一步推广太阳能水泵利用的重要手段。本发明正是解决这个问题的理想装置之一。
发明内容
为克服现有太阳能热驱动水泵运行效率低及可靠性差的缺陷，本发明提供了一种新的太阳能水泵装置。该装置将通过太阳能集热器收集太阳热能，并通过电控系统分别提供给气压式提水装置，将水压向高水位，同时利用流向高水位的水冷却另一腔体中的高温蒸汽，实现循环运行。同时，为了避免两边活塞运行不平衡，设计增加了连杆系统，为了最大限度地提高系统效率，设计了增加了可控的压力平衡管，实现了不同运行阶段的内回热，提高了系统的热利用效率和提水速度。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种具有自回热功能的双活塞气压式太阳能水泵，外壳体所构成的内部空腔被隔板划分为两部分，每部分内部包含有1个或多个加热器、1个或多个冷凝器、1个活塞、1个积液槽；其中，加热器位于积液槽内，外壳体内隔板两侧的活塞通过连杆彼此连接，活塞通过可伸缩的隔膜与外壳体连；积液槽中放置有低沸点工质；
外壳体的外部具有1根或多根压力平衡管，外壳体内两端的积液槽通过压力平衡管和电控阀相互连接，利用电控阀接通压力平衡管，使高压蒸汽通过压力平衡管流向外壳体内处于低压状态的一侧，使两边压力迅速平衡，进而使加热与冷却过程尽快切换；
外壳体的外部还有1个或多个电控阀，利用电控阀实现依次为加热器供热和控制压力平衡管接通或断开；
太阳能集热器通过管道与循环微泵、控制管路的电控阀和加热器连成回路；
管道与单向阀和冷凝器连成提水通道，可将水输送到高位水池；
由隔板、隔膜及外壳体内活塞构成的储水腔，通过管道与单向阀与低位水池连接。
本发明所述具有自回热功能的双活塞气压式太阳能水泵，其工作方法如下，太阳能集热器收集到的太阳热能，通过循环泵经控制管路的电控阀给其中一个积液槽中的加热器供热，使加热器对积液槽中的低沸点工质进行加热，产生蒸汽形成高的蒸汽压，推动该积液槽一侧的活塞向隔板方向运动，同时将储水腔内的水挤压经另一侧的冷凝器和单向阀输送至高位水池。与此同时，该侧蒸汽部分在冷凝器的作用下被冷凝形成低蒸汽压，从而使该侧活塞向离开隔板方向运动，将水从低位水池经单向阀吸入储水腔中，被冷凝的蒸汽变成液体流入积液槽中；
当加热及冷凝过程完成时，通过电控阀的作用，将太阳热能输入另一个积液槽的加热器中，同时停止为此前的加热器供热。这样，整个加热与冷凝过程将交替进行，同时储水腔的抽水与压水过程也交替进行，从而实现连续抽水。
所述的具有自回热功能的双活塞气压式太阳能水泵，活塞也可用可伸缩膈膜代替。
本发明的有益效果是，可以利用本系统收集太阳能，将低位的水抽至高位，实现为用户抽水功能。同时，装置具有连续运行、效率高、不卡机等显著优势。
附图说明
图1是本发明的连接管路和运行原理图；
图2是用可伸缩膈膜代替活塞的实施例图；
图3是无压力平衡管的实施例图；
图中，1.太阳能集热器；2.循环泵；3、6、12、13.单向阀；4、5、21.电控阀；7.高位水池；8、9.冷凝器；10、11.加热器；14.低位水池；15、16.积液槽；17、18.活塞；19.连杆；20.压力平衡管；22、23.低沸点工质；24、25.储水腔；26.隔板；27.可伸缩膈膜；28.外壳体。
具体实施方式
本发明的核心是一种利用太阳光集热，并通过电控分别将热能输入装置，加热装置内低沸点工质，产生蒸汽压力，分别推挤活塞，从而实现将低位水输送至高位的太阳能利用装置。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的原理图。在图1中，装置的运行原理可分步解释如下：
本发明是一种利用太阳能实现为用户连续抽水功能的装置。装置的外壳体(28)所构成的内部空腔被隔板(26)划分为两部分，冷凝器、加热器、活塞、积液槽及低沸点工质被分别置于其中。装置在运行过程中，太阳光经太阳能集热器(1)收集，加热集热器内的工质，获得高温热能，经循环泵(2)输送并经电控阀(4)和电控阀(5)调节分时进入加热器(10)和加热器(11)中加热积液槽(15)和积液槽(16)中的低沸点工质(22)和(23)，放热后的热工质又被送回到太阳能集热器(1)中再加热完成循环。
装置抽水的具体运行方式是：
第一步，电控阀(4)关闭，电控阀(5)打开，此时循环泵(2)驱动的加热工质经电控阀(5)进入加热器(10)中，加热积液槽(15)内的低沸点工质(22)，产生高温高压的蒸汽，从而推动活塞(17)向隔板(26)方向运动。此时储水腔(24)内的水将被挤压，此时单向阀(12)是关闭的，水只能通过冷凝器(9)并经单向阀(3)流向高位水池(7)。这一过程中，由于连杆(19)的作用，将把活塞(18)往远离隔板(26)的方向推动，将在储水腔(25)内产生负压，将水从低位水池(14)经单向阀(13)吸入储水腔(25)中，此时单向阀(6)是关闭的，防止上位的水被吸入。在储水腔(24)的水被挤压经冷凝器(9)和单向阀(3)进入上位水池(7)的过程中，由于冷凝器(9)的作用，将会把积液槽(16)原来加热蒸发的低沸点工质冷凝成液体，滴落回积液槽(16)中，使该腔体内产生低压，从而将活塞(18)向远离隔板(26)的方向吸引，起到加速活塞运动的作用。在这过程中，电控阀(21)是关闭的，积液槽(15)和(16)两边的压力是不相同的。
第二步，当活塞(17)在第一步过程中被压至与隔板(26)最近点时，关闭电磁(5)并打开电控阀(4)，让加热工质进入加热器(11)中，同时打开电控阀(21)，让加热器(10)加热时产生的高压蒸汽迅速通过连通管(20)进入到冷凝器(9)所处的腔体中，当冷凝器(9)和(8)分别所处的腔体压力平衡时，马上关闭电控阀(21)，这时加热器(11)继续加热储热槽(16)中的低沸点工质(23)，产生高温高压的蒸汽，推动活塞(18)向隔板(26)方向移动，此时，储水腔(25)中的水将被挤压，此时单向阀(13)是关闭的，水只能通过冷凝器(8)并经单向阀(6)流向高位水池(7)。这一过程中，由于连杆(19)的作用，将把活塞(17)往远离隔板(26)的方向推动，将在储水腔(24)内产生负压，将水从低位水池(14)经单向阀(12)吸入储水腔(24)中，此时单向阀(3)是关闭的，防止上位的水被吸入。在储水腔(25)的水被挤压经冷凝器(8)和单向阀(6)进入上位水池(7)的过程中，由于冷凝器(8)的作用，将会把积液槽(15)中原来被加热蒸发的低沸点工质冷凝成液体，滴落回积液槽(15)中，使该腔体内产生低压，从而将活塞(17)向远离隔板(26)的方向吸引，起到加速活塞运动的作用。在这过程中，电控阀(21)是关闭的，积液槽(15)和(16)两边的压力是不相同的。
在上述两步过程中，通过电控阀(4)和(5)的作用，利用太阳能集热器(1)产生的热能分别加热低沸点工质(22)和(23)，产生高温高压的蒸汽，分别推动活塞(17)和(18)，并通过单向阀(12)、(6)和(13)、(3)的开和关，实现将水从低位水池(14)抽至上位水池(7)。在这个过程中当活塞(17)向隔板(26)靠近方向运行时，储水腔(24)中的水被压向高位，同时经过冷凝器(9)时冷凝其所处空腔中的高温低沸点工质蒸汽，使之冷凝成为液体，滴落至积液槽(16)中。当进行下一个过程中，即当活塞(18)向隔板(26)靠近方向运行时，储水腔(25)中的水被压向高位，同时经过冷凝器(8)时冷凝其所处的空腔中的高温低沸点工质蒸汽，使之冷凝成为液体，滴落至积液槽(15)中。由此交替加热和冷却，使装置能连续将低位的水抽至高位。
图2是用可伸缩膈膜(27)代替活塞(17)的实施例图。可伸缩膈膜(27)的作用与活塞(17)的作用一样。其它部件与图1完全相同，所以图2的工作原理与图1的工作原理完全相同。
图3是无压力平衡管的实施例图。图3中，由于没有压力平衡管，两边的工质槽始终不连通，在其中的一边低沸点工质被加热的最初阶段，不能利用另一边的余热，仅此一项与图1不同，其它的工作过程与图1完全相同。