[发明专利]从水井中取水的系统

说明书

技术领域

本公开总体上涉及为装置供能的间歇能量源的使用，特别地涉及离网的太阳能驱动装置、例如泵的使用。

背景技术

用于植物灌溉、牲畜和其他应用的遥远井的水生产长期以来在如下方面是存在问题的：太阳能泵送系统针对深井的低产率、风车水生产的故障率以及维护成本和通达不便。产业中很多人求助于使用地点发电机，这需要反复前往遥远井的位置，以提供燃料和启动发电机以泵送所需要的水以满足水消耗的需要。太阳能被发现是该挑战的有效答案，但相比于交流电能所支持的标准深井泵的流率，使用太阳能水泵送系统时深水井的流率通常非常低。太阳能生产取决于对阳光的暴露。在长期少量或无阳光的情况下，水生产能力将会降低或可能会停止。将从太阳能源获得的能量用于深井水泵的典型系统包括泵、马达、马达驱动器、控制器、传动装置和太阳能板阵列，可选地包括电网连接装置（例如，用于备用的目的）。

多数可用的系统使用离心式泵，其中一组或多组叶轮以某个转速旋转（通常在每分钟2000-3000转的范围内）以便高效地泵送水。然而， 离心泵的最佳效率曲线还被多个因素所限制，例如井深、叶轮直径和叶轮桨距（这继而需要针对每个深度范围使用不同数量的叶轮）以及针对每个直径和流率的特定叶轮设计。因此，离心泵效率被认为处于50-65%的范围内。

与这些系统相关联的另一难题在于如下事实，“离网”太阳能系统遭受可取得的太阳能水平的变化，所述变化由于一天中的时间以及一年中的日期变化（即，相对太阳角的变化）以及由于其他因素引起，所述其他因素例如是阴天、灰尘等。此外，由于离心泵在窄转速范围内（例如，以泵送水）保持它们的最大效率，该约束在低辐射周期时引起问题，此时只能泵送非常少量的水或者甚至根本没有水。这继而导致15-25%的典型效率损失。

为了使离心系统能够在上文描述的多种约束下工作，一种常用的解决方案是制造和储存多个泵尺寸以使得能够提供能够在具体的预定工作条件下工作的高效的系统。然而，取决于实际工作条件离所设计的工作条件相距多远，任何预定的离心泵设置牺牲在变化的工作条件下的工作效率。

风车水生产也是针对遥远水井位置的水生产问题的常用解决方案。通常，风车在生产水时非常浪费。除非被操作者关闭，否则只要存在风，风车就泵送水。一旦储存容器被充满，多余的水通常溢出到地面，因而浪费水和风车的工作效能。风车还趋于昂贵和维护困难，通常涉及对实施维护的技术员来说危险和冒险的条件。

使用柴油发电机可以整体上提供非常昂贵的水生产手段。发电机通常需要操作者携燃料容器前往现场，为发电机加燃料，接着连同井中的深井泵一起启动发电机。显然，操作者不会等待发电机消耗燃料所需要的数小时，而会在明知当发电机消耗所有燃料后它将停止运转的情况下离开现场。以这种方式允许发电机在电气负载下用尽燃料对于发电机和深井泵二者来说都是极度冒险的，因为这通常会缩短这些设备中的每个的工作寿命。此操作进一步可导致发电机或井泵中任一个的昂贵维修或早期更换。

发明内容

本公开的目的是提供用于从井中取水（例如用于灌溉、牲畜）的改进的系统，所述系统使用可再生能源（例如太阳能）作为能量的唯一来源。

本发明的另一个目的是提供用于从井中取水的泵送系统，其适于在具有相对小的直径（例如约150毫米直径）的深井（例如在50至200米深的范围内）中使用以便匹配窄井。

本发明的另一个目的是提供需要很少维护的深井泵送系统。

本发明的另一个目的是提供从井中取水的泵送系统，其包括改进所述系统的能量效率的临时能量存储装置。

本发明的其他目的将会随着对本发明描述的进行而变得显而易见。

根据本公开的第一个实施例，提供了用于从水井取水的系统，包括：

收集器，所述收集器可操作以收集可再生能源（例如太阳能、风能等等）并将其转换为电能；

包括被所述电能激励的伺服马达的容积泵，所述容积泵适于浸没在井中并从井中取水；

电子控制器，适于优选地在多种工作条件下保持尽可能最高的效率时将从所述可再生能源取得的电能与容积泵所消耗的能量相匹配；

出口装置，适于输送从井中取得的水。

与依赖使用离心泵的用于从井中泵送水的现有技术系统中通常使用的泵不同，本发明的发明人出乎意料地能够通过使用本文中描述的容积泵达到显著更好的性能。

根据另一个实施例，系统进一步包括用于保存从所述井中取得的水的水存储装置。

根据另一个实施例，所述伺服马达为旋转马达。