Как солнце может качать воду

Солнечный водоподъемник
(Солнечная водокачка)

Использование солнечной системы для подъема воды из скважины

Времена, когда бензин или любое другое топливо были «бесплатными», похоже навсегда канули в лету. Дешевых энергоносителей уже больше не будет никогда. По прогнозам, и стоимость электроэнергии к 2010-2012 годам вырастет до 5-6 рублей за 1 КВт/час. Рост благосостояния — не решение проблемы. Ресурсов просто начинает не хватать! И все больше и больше людей обращаются к возобновляемым и действительно бесплатным источникам энергии — Солнцу и ветру.

В настоящей статье я предлагаю проект солнечной водокачки. Простая солнечная система позволит поднимать воду из колодца или скважины бесплатно в течении многих сезонов.

Общеизвестным фактом является то, что при нагревании практически все вещества расширяются (увеличивают свои размеры), а при охлаждении – сжимаются. Для каждого вещества получен т.н. коэффициент теплового линейного расширения. Клр показывает, как сильно изменяет свои размеры предмет из определенного вещества, если изменить его температуру на 1 градус Цельсия.

Среди дачников давно известна конструкция под названием «тепловой цилиндр». Его задача состоит в том, что бы проветривать теплицы. Когда температура в теплице повышается слишком сильно, цилиндр нагревается, его рабочее тело внутри цилиндра начинает расширяться и выталкивает шток цилиндра, который упирается в раму (форточку). Форточка приоткрывается и теплица проветривается, сбрасывая излишнее тепло.

Если заставить такой цилиндр работать циклически (т.е. нагревать и охлаждать попеременно), то мы получим прекрасный двигатель. Который можно заставить делать все что угодно. Например, воду качать из скважины. Проблема состоит в процессе организации такой цикличности, причем, желательно без использования искусственных источников энергии. А исключительно используя энергию ветра или солнца.

Ветровые водяные насосы известны давно и довольно прекрасно работают в тех местах, где есть сильный ветер. В средней же полосе России с «рабочими» ветрами достаточно скудно (на их долю приходится всего 10-15% ветровой энергии). Остальные же 85% приходятся на долю слабых ветров до 5 метров/сек. Сделать ветряной водяной насос на такой ветер достаточно трудно (хотя и можно). А что говорить про сложность изготовления ротора или винта для такого ветряка?

Другое дело — Солнце. Уж если светит, так светит и нагревает все вокруг. Поэтому получить тепловую солнечную энергию весьма просто при помощи простого солнечного коллектора. Нам это интересно в плане организации рабочего цикла для теплового цилиндра.

Если рассматривать цикл длиною в сутки, то все ясно. Днем он нагревается, ночью охлаждается. Но много ли накачает такой насос, делая 1 качёк в сутки? Даже если насос в скважине будет большого объема, вряд ли более 10-15 литров. Стоит ли возиться ради автоматического подъема ведра воды, и то не каждый день.

А вот если циклов будет хотя бы 5-6 в час (например)? Тогда за солнечный день такая солнечная водоподъемная система нам накачает несколько сот литров! Это уже может обеспечить любые разумные потребности семьи. В таком случае игра стоит потраченных на нее свеч.

Теперь немного о тепловом цилиндре. Он представляет собой обычный цилиндр, заполненный каким то рабочим телом. Это может быть масло, легкокипящая жидкость, гранулы сильнорасширяющегося полимера (капрон, полиэтилен, фторопласт) и т.д. Чем сильнее расширяется вещество при нагревании, тем лучше. Легкокипящая жидкость использует фазовый переход между своими состояниями. Будучи холодной она жидкость, при нагревании она закипает и превращается в газ (пар), который создает давление.

Несмотря на то, что рабочий ход теплового цилиндра весьма невелик, усилие им развиваемое просто чудовищное — сотни килограммов! Поэтому можно смело применять различные рычаги, увеличивающие длину рабочего хода до приемлемой для поршневого водяного насоса.

Рассмотрим схему такой солнечной системы, предназначенной для подъема воды и принцип ее работы. (см. рабочий эскиз – проект).

В скважину опущен поршневой насос. Если вода не глубже 8 метров, то его можно установить и над скважиной. (подробнее см. «Устройство поршневого водяного насоса»). Рабочий шток насоса посредством рычага подсоединен к поршню теплового цилиндра. Труба от насоса идет в верхний накопительный бак.

Тепловой цилиндр заполнен водостойким рабочим телом, например, мелкими гранулами полиэтилена (его Клр = 0,0002 град, что выше, чем у других пластиков). У жидкостей Клр на порядок выше, однако они и гораздо более теплоемкие.

На рабочее тело опирается рабочий поршень цилиндра. Он будет вытесняться рабочим телом вверх, когда оно нагревается (одновременно будет тянуть вверх поршень водяного насоса через рычаг, совершая рабочий ход). И опускаться вниз при охлаждении рабочего тела, совершая холостой ход.

Из накопительного бака идут две тонких трубы. Первая, через электрический клапан подает в цилиндр холодную воду. Только что поднятая из скважины вода имеет температуру примерно 8-10 градусов, не больше.

Другая труба питает солнечный водонагреватель коллектор. Вода в нем нагревается солнцем до 50-60 градусов как минимум. На выходе коллектора так же стоит электрический клапан, и труба ведет в тепловой цилиндр.

Управление солнечной системой электрическое. Используются концевые выключатели (на рычаге) и простейшее термореле на основе биметаллической пластины. Оно блокирует срабатывание электроклапана солнечного коллектора. Почему все же нельзя обойтись без простейшей электрики? Потому, что организовать управление с ее помощью легко и дешево. Если же упираться и бороться «за чистоту», то сложная система рычагов управляющая краниками и ее регулировка может убить больше нервов, чем вы воды накачаете. Питание электросхемы можно организовать от небольших аккумуляторов, которые так же будут подзаряжаться от солнечной батареи. Или просто от обычного комплекта батарей, которого хватит на весь сезон. Можно применить и земляные гальванические элементы и т.д.

Работает солнечный водоподъемник так:

Ночью, когда все остывает, рабочий поршень цилиндра находится в нижнем положении, Концевой выключатель управляющий электроклапаном солнечного коллектора сработал, но открытие клапана заблокировано термореле. Термореле разрешит работу этого электрического клапана солнечного коллектора когда вода в нем нагреется до рабочей температуры, например 30-40 градусов. Когда вода в коллекторе нагреется, термореле сработает и клапан все же откроется и теплая вода начнет поступать в тепловой цилиндр, Гранулы, орошаемые теплой водой начнут нагреваться и расширяться. Сам тепловой цилиндр тоже, кстати, надо сделать так, что бы он хорошо поглощал солнечное тепло.

В нижней его части есть тонкая трубка, по которой вода медленно стекает в нижний накопительный бак. Пока вода протекает между гранулами рабочего тела и отдает им тепло, они продолжают расширяться, поршень идет вверх и одновременно поднимает воду из скважины в верхний накопительный бак. По мере движения поршня (и рычага), концевой выключатель выключает электроклапан и горячая вода перестает поступать. Но поскольку тепловые процессы достаточно медленные и вода не отдает свое тепло мгновенно, поршень некоторое время продолжает двигаться вверх. Когда он достигнет верхней рабочей точки, должен сработать другой концевой выключатель, управляющий электроклапаном холодной воды. Он срабатывает, и в цилиндр начинает поступать холодная вода, охлаждая гранулы. Они сжимаются и поршень начинает опускаться (холостой ход). Достигнув нижней рабочей точки, рычаг заставляет сработать концевик горячей воды и цикл повторяется.

Для устойчивой работы солнечной водоподъемной системы необходимо, что бы количество поднимаемой воды перекрывало сумму объемов горячей и холодной воды, необходимой для совершения рабочего хода. Иначе верхний накопительный бак опустеет, и система будет работать гораздо медленнее, используя нагревание лишь самого теплового цилиндра. Впрочем, этот баланса достаточно просто будет достичь, так как усилие цилиндра достаточно, что бы поднять воды много, а расход можно отрегулировать вентилями на трубках.

Читайте также: Защита от солнца рецепты

Так же следует обратить внимание и на мощность солнечного коллектора. Он должен успевать подогревать воду, необходимую для работы системы. Ведь с каждым рабочим циклом часть горячей воды утекает, а в коллектор поступает холодная вода из накопительного бака.

Отработанная вода, разумеется не пропадает, а поступает в нижний накопительный бак, откуда собственно и расходуется на нужды. В него же поступает и перелив из верхнего бака.

А если солнца не будет, без воды сидеть? Система хороша тем, что она работает «от горячей воды», а не от солнца. Солнце в данном случае лишь источник тепла. А получить тепло и нагреть воду можно многими способами. Например, дровяной водогрейкой (сжигая всякий горючий мусор), от компостной кучи (тогда система будет работать круглосуточно и непрерывно 2-3 недели) и т.д. Сгодится любой источник тепла. Солнце в данном случае просто его бесплатный источник.

Как вы понимаете, данный проект — всего лишь теория. Ближайший аналог такого теплового водоподъемника — двигатель Стирлинга (двигатель внешнего сгорания). А они прекрасно работают ! И лишь дешевизна углеводородов не позволяла им развиваться. Но похоже, их время приходит…

Предстоят огромные опытные и экспериментальные работы по отработке создания теплового цилиндра, подбору рабочего тела (возможно применение жидкостей или легкокипящих веществ), отработке рабочего цикла и пр и др.

Автор: Константин Тимошенко
Источник: http://delaysam.ru/

Источник

Как солнце может качать воду

Мы не раз рассказывали вам о солнечных электростанциях и солнечных печах, солнечных домах и солнечных двигателях . Есть среди этих проектов и осуществленные на деле, и совершенно фантастические, и. в принципе реальные, но нуждающиеся в обсуждении, доработке. Наверное, эти последние самые интересные. Познакомьтесь с одним из них.
Исходная идея такова. Всякое тело, как известно, при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. Не правда ли,уже видна некоторая аналогия с колебательным движением: нагревается — охлаждается, расширяется — сжимается.
Для первого опыта нам понадобятся две одинаковые колбы или большие прозрачные бутылки,

широкая доска метровой длины, примерно такой же или чуть большей длины хлорвиниловая трубка, толстая стальная проволока, длинный гвоздь, кусок ткани и. солнце.
Вобьем гвоздь в в середину доски, доску установим на ножки, как показано на рисунке 1. На гвоздь повесим проволочное коромысло с прикрепленными к нему бутылками. В бутылки, на половину наполненные водой, вставим плотно прилегающие к горлышкам резиновые пробки с пропущенной сквозь них хлорвиниловой трубкой, достающей почти до дна бутылок. Чтобы вода оказалась и в трубке, следует проделать следующую операцию: залив воду доверху сначала в одну из бутылок, отсосать воду из свободного конца трубки и быстро вставить его во вторую бутылку. Через некоторое время уровень воды в обеих бутылках выравнивается. Для лучшей герметичности горлышки бутылок можно замазать пластилином. Нижнюю половину доски завесьте мокрой тряпкой. Остается выставить всю эту систему на солнцепек так, чтобы и бутылки с водой, и тряпка оказались с теневой стороны.
Надавив на один из концов рычага, опустите одну бутылку так, чтобы на нее падали прямые солнечные лучи, другая, бутылка при этом, напротив, окажется в тени. Вскоре станет заметно, как вода в нагретой бутылке начнет понемногу убывать, переходя в холодную. Освещенная солнцем посудина станет несколько легче находящейся в тени за доской и мокрой тряпкой. Теперь уберите руку с рычага.

Ваш солнечный двигатель начал работу. Принцип понять нетрудно. Давление паров воды в освещенной солнцем бутылке увеличивается. Разность давлений перегоняет часть жидкости в другую бутылку. А мокрая тряпка нужна для того, чтобы помочь спрятавшейся в тень более легкой бутылке побыстрее охладиться. Вскоре бутылки вновь поменяются местами (разумеется, если только солнце не скроется за облаками, а вы не забудете вновь смочить высохшую тряпку).
Но, скажете вы, такой двигатель будет работать слишком уж лениво. Верно, это еще не водокачка. Зато от этого опыта легко логически перейти к следующему — цели нашего разговора. Пусть для начала этот опыт будет чисто мысленным. Заметьте: ведь давление пара над жидкостью будет максимальным в том случае, если наибольшая часть жидкости при данной температуре перейдет в газообразное состояние. Поэтому нужно вместо воды использовать жидкость с предельно низкой температурой кипения, например эфир. Проект такой тепловой машины изображен на рисунке 2.
Представьте себе колодец, в который опущена емкость с клапаном и герметично запаянной крышкой с двумя выходящими из нее трубками. В качестве заготовки для такой емкости может послужить большая банка из-под консервов. Через одну трубку потечет вода (желательно , чтобы высота и диаметр ее были по возможности наименьшими), через другую будет передаваться избыточное давление. Устройство, создающее это избыточное давление, закреплено на краю колодца. Это может быть старая металлическая бочка, в крышке которой вырезано большое отверстие так, чтобы оставались достаточно широкие бортики. К ним плотно привинчивается медная крышка, а между ней и бочкой закладываются края прочного полиэтиленового пакета. Оставшиеся щели герметизируются замазкой. Вверху к бочке при варен металлический цилиндр с трубкой для отвода воды. В медной крышке проделывается небольшое отверстие, через которое в полиэтиленовый пакет заливается эфир, после чего отверстие плотно закрывается пробкой и тоже тщательно герметизируется.

На рисунках вы видите воображаемый двигатель в действии. Солнце нагревает медный лист, эфир начинает интенсивно испаряться (рис. 2 б), избыточное давление паров эфира передается воде в нижней емкости, вода по трубе поднимается из колодца и выполняет двойную работу: поливает огород и охлаждает крышку. Затем охладившийся эфир сжимается, давление в бочке понижается, и через открывшийся клапан в нижнюю емкость вновь поступает вода (рис. 2 а).

Не торопитесь воплощать этот проект в жизнь. Соберите вначале небольшую действующую модель на столе. Ведь ясно, что больше нескольких ведер воды в день такой колодец-автомат не даст. Максимум, на что он способен, — это полить огород или пополнить запас воды в баке. Но, во-первых, и это уже неплохо. А во-вторых, не подскажете ли вы способ увеличить производительность солнечного насоса?

Что-то никто не комментирует на вашем сайте. Странно. Довольно интересная технология.
Посмотрим на ее плюсы и минусы.
минусы:
с большой глубины не поднимет воду — мощности не хватит.
я поверял — 3 мента высоты, уже нехило создают давление.
но я поверял с воздухом, а у вас эфир (но лучше брать пропан, у него коефициент расширения наиболее подходящий и температура кипения подходящая)

Клапан один вы забыли на картинке нарисовать (их тут два надо)
Следующим летом постараюсь собрать тестовую модель этого агрегата.
Если увижу , что работает и проверю его пределы — тогда соберу в полный размер и поставлю посреди огорода.

Жду ваших ответов.
(zhenya.jester собачка Яндех точка Ру)

Источник

Как солнце может качать воду

Как солнце может качать воду

Как солнце может качать воду

Комментарии