DE3137937C2

DE3137937C2 -

Info

Publication number: DE3137937C2
Application number: DE19813137937
Authority: DE
Inventors: Frank O. 3042 Munster De Abels; Johann Dipl.-Phys. 2000 Hamburg De Hipp
Original assignee: S W Hart & Co Pty Ltd Welshpool Au
Current assignee: S W Hart & Co Pty Ltd Welshpool Au
Priority date: 1981-09-24
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1990-02-08
Also published as: AU8575382A; FR2513311A1; AU563584B2; DE3137937A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Niedertemperatur-Wärmekraft maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Wärmekraftmaschine ist aus der DE-OS 28 42 181 vorbekannt. Letztere ist jedoch in ihrem Gesamt aufbau kompliziert und verlangt den Einsatz eines Abscheide behälters, eines Kondensathebers, eines Differenzdruckventils sowie mehrerer Rückschlagventile im Steuerventil. Nachteilig macht sich hierdurch ferner eine gewisse Störungs- und Wartungsanfälligkeit bemerkbar. Der weitere Stand der Technik läßt sich wie folgt darstellen:

In neuerer Zeit wurden Versuchsprojekte zum Wasserpumpen durch Sonnenenergie in vielen südlichen Ländern bekannt.

"Nadje" in Senegal, "Onersol" in Niger, "Segal" in Senegal, "Ouaga" in Obervolta, "Chinguetti" in Mauretanien und "Ejido Bahia" in Mexiko (Informationswerk Sonnenenergie Band 4, S. 277, Udo Pfriemer Verlag, München 1977). Die technischen Prinzipien der verschiedenen bekanntge wordenen Maschinen lassen sich in zwei Hauptgruppen teilen. Maschinen, die das Sonnenlicht in Parabolkollektoren sammeln und dadurch Wasser verdampfen um mit dem Dampf eine Dampf maschine zu betreiben und Anlagen, bei denen Flachkollektoren Wärme sammeln, damit niedrigsiedende Medien, z. B. Freone verdampfen und mit dem Dampf wiederum eine Dampfmaschine oder Turbine betreiben.

Die Maschinen mit den Parabolkollektoren haben den Nachteil, daß einerseits die Spiegel ständig der Sonne nachgeführt werden müssen, was einen großen Aufwand bedingt und anderer seits die Spiegel empfindlich gegen Verschmutzung sind. Das macht eine häufige Reinigung der Spiegel erforderlich, wo durch ein Betrieb in abgelegenen Gegenden ohne ständige Wartung unmöglich ist.

Die Anlagen mit Flachkollektoren sind dagegen unempfindlich gegen Verschmutzung und eine Nachführung auf den Sonnenstand ist auch entbehrlich, aber sie haben bisher ungelöste Ab dichtungsprobleme, was zu einem Verlust des niedrigsiedenden Mediums führt.

Beide Maschinentypen benutzen Dampf unterschiedlicher Medien zum Antrieb einer Dampfmaschine oder Turbine. Die Verwendung dieser herkömmlichen Dampfaggregate hat den Nachteil, daß zunächst der bekannte technische Aufwand betrieben wird, um eine lineare Bewegung (Kolben im Zylinder) in eine Drehbe wegung (Exzenter, Schwungrad) umzusetzen, die dann bei der Pumpe (Tiefbohrung mit Kolbenpumpe) wieder in eine Linear bewegung umgesetzt werden muß. Diese zweifache Umsetzung mindert den Wirkungsgrad und erhöht die Kosten beträchtlich.

Bei Anlagen mit Turbinen wird die Drehbewegung auf einen Generator gegeben, der dann einen E-Motor an der Pumpe betreibt, auch hier mindert sich durch die Umsetzung der Wirkungsgrad bei gleichzeitig hohem Aufwand und Kosten. Alle diese Anlagen haben zudem noch den Nachteil, daß sie relativ groß sind, weil sich bei dem vorliegenden Aufwand, Baugrößen im Bereich von einigen hundert Watt nicht lohnen. Gerade aber dieser Leistungsbereich ist in vielen Bereichen der Landwirtschaft gefragt. So kann man mit einer 200 Watt Pumpe ca. 1000 Schafe mit Wasser versorgen. Andererseits muß dabei auch berücksichtigt werden, daß viele Brunnen in den trockenen Gebieten der Erde nicht genug Wasser hergeben. Der Einsatz einer großen Anlage ist in diesen Fällen nicht gerechtfertigt und oft auch finanziell nicht möglich. Die aufgezeigten Nachteile haben es bisher, trotz vieler Versuche, verhindert, daß eine serienreife sonnengetriebene Wasserpumpe auf dem Markt zu haben ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die auf gezeigten Nachteile zu beseitigen und eine kleine solar getriebene Wasserpumpe für den rauhen Betrieb in der Land wirtschaft mit folgenden Eigenschaften zu ermöglichen:

- Anlagengröße bis ca. 200 Watt, abgestimmt auf den Bedarf zur Bewässerung und Viehtränkung in kleinen und mittleren landwirtschaftlichen Betrieben, besonders in Entwicklungs ländern
- Maschine langfristig wartungsfrei, so daß sie auch in ab gelegenen Gegenden ohne Aufsicht arbeiten kann
- Maschine muß bei Sonneneinstrahlung selber anspringen
- Wasserpumpung auch aus großen Tiefen mit Kolbenpumpen muß möglich sein.

Diese Aufgaben wurden erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Arbeitsmaschine besteht aus dem Membran-Hubkolben, dessen einer Zylinder über ein Ventil mit Dampf beaufschlagt wird, wobei die Kolbenstange des Membran-Hubkolbens über einen Hebel ein Seil oder Gestänge betätigt, das auf die Pumpe im Boden wirkt.

Die Steuerung der Maschine erfolgt über ein spezielles Ventil, welches ein Schwungrad zur Überwindung des Tot punktes - wie sonst bei Dampfmaschinen üblich - entbehr lich macht.

Alle beweglichen und mit Dampf in Berührung kommenden Bauteile sind zur Dichtung mit Membranen ausgestattet, so daß keine Probleme mit Schmierung und Undichtigkeit auftreten.

Die Erzeugung des Dampfes, eines niedrigsiedenden Mediums, erfolgt direkt in dem druckfesten Solarkollektor. Die er forderliche Kondensation des entspannten Dampfes geschieht in einem herkömmlichen Kondensator, der durch das gepumpte Brunnenwasser gekühlt wird. Das niedergeschlagene Kondensat wird von einer Membranpumpe, angetrieben vom Hauptzylinder, wieder in den Solarkollektor gepumpt.

Steigt die Temperatur im Kondensator durch nicht ausreichen de Kühlung über den Siedepunkt des Mediums bei Atmos phärendruck, so wird durch eine Verbindung zwischen Konden sator und einem Gegendruckzylinder ein Stillstand oder Leistungsverlust verhindert, indem der Kondensatordruck über den Gegendruckzylinder für eine Entlüftung des Haupt zylinders sorgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Die Maschine besteht aus dem Solarkollektor 1, dem Dampfdom 2, dem Einlaßventil 3, dem Auslaßventil 4, dem Kipphebel 5, den Permanentmagneten 6 und 7, dem Steuerschieber 8 mit den Schalt federn 9 und 10, dem Arbeitszylinder 11 mit Membran-Hubkolben 12 und Membran teller 13, der Kolbenstange 14, dem Gleitstück 15, dem Arbeits hebel 16, dem Gegendruckzylinder 17, der Kondensatpumpe 18, dem Kondensator 19, der Umlenkrolle 20 mit Zugseil 21, welches in die Brunnenpumpe 22 führt.

Die Baugruppen sind durch die Leitungen 23-28 miteinander ver bunden.

Im Solarkollektor 1 wird das Medium (Siedepunkt ca. 1°C) er hitzt und gelangt in den Dampfdom 2 von wo aus es über die Leitung 23 und das Einlaßventil 3 in den Arbeitszylinder 11 gelangt, sich dort ausdehnt und über den Membran-Hubkolben 12, Pleuel stange 14 und Arbeitshebel 16 über das Zugseil 21 und die Umlenkrolle 20 die Brunnenpumpe 22 betätigt. Bei diesem Vor gang wird die Schaltfeder 9 durch den Steuerschieber 8 gegen den Kipphebel 5 gedrückt. Dieser wird durch den Permanent magneten 6 an einer Bewegung nach unten gehindert, weil der Permanentmagnet den Kipphebel 5 solange festhält bis die Schaltfeder 9 Windung auf Windung liegt und der weiter anstei gende Druck zu einem Losreißen des Kipphebels 5 vom Perma nentmagneten 6 führt. Die in der Schaltfeder 9 gespeicherte Energie wirft nun den Kipphebel 5 um, so daß dieser gegen den gegenüberliegenden Permanentmagneten 7 schlägt und dort ver bleibt (dieser Zustand ist in der Zeichnung dargestellt) und dabei gleichzeitig das Auslaßventil 4 öffnet. Über das Aus laßventil 4 strömt der entspannte Dampf durch die Leitung 27 in den Kondensator 19. Dort wird der Dampf durch das von der Brunnenpumpe 22 geförderte Wasser gekühlt und kondensiert.

Das im Kondensator 19 gesammelte Kondensat wird durch die Kondensatpumpe 18, welche durch den Arbeitshebel 16 bei jedem Hub angetrieben wird, über die Leitungen 26 und 25 wieder in den Solarkollektor 1 gepumpt.

Über die Leitung 28 liegt der im Kondensator 19 herrschende Druck auf dem Gegendruckzylinder 17 ständig an. Dadurch wird erreicht, daß bei Öffnen des Auslaßventils zum Entlüften der Arbeitszylinders 11 in beiden Zylindern Druckgleichheit herrscht, so daß die am Arbeitshebel 16 anliegende Last zu einem schnellen Entlüften des Arbeitszylinders führt.

Gegenüber dem Stand der Technik werden folgende Vorteile erzielt:

- Kein Aufwand für Getriebe, Exzenter, Schwungräder, Generatoren Turbinen usw.
- Mediumsverluste durch Verwendung von Membranen werden vermieden
- Maschine springt bei Beginn der Sonnenbestrahlung selber an, da das Ventil auch bei langsamster Bewegung sicher den Totpunkt des Kolbens überwindet
- Maschine arbeitet ohne Schmierung
- Einsatz auch bei schwergängigen Kolbenpumpen in großer Tiefe möglich
- Anpassung an unterschiedlichste Pumpentypen möglich.

Claims

1. Niedertemperatur-Wärmekraftmaschine, bei der der Dampf eines niedrigsiedenden Mediums in einen Zylinder mit einem hermetisch dichten Membran-Hubkolben (11) geleitet und dort entspannt wird, mit einem Einlaß- und Auslaßventil (3 bzw. 4) für Ausdehnungs- und Entlüftungsvorgänge des Zylinders, welche von einem mit dem Membran-Hubkolben (11) verbundenen Schalter ausgelöst werden, und wobei ein Kondensator (19) das entspannte Medium nach Verlassen des Zylinders zur Verflüssigung aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter aus einem Kipphebel (5) besteht, der die Ventile (3, 4) alternativ öffnet und schließt, indem er zwischen einer ersten Endstellung des Membran-Hubkolbens, bei der das Einlaßventil (3) geöffnet und das Auslaßventil (4) geschlossen ist, und einer zweiten Endstellung des Membran-Hubkolbens, bei der das Auslaßventil (4) geöffnet und das Einlaßventil (3) geschlossen ist, umschaltbar ist und in jeder Endstellung durch einen Permanentmagneten arretiert wird, und daß das Umschalten des Kipphebels (5) mit Hilfe mindestens einer Feder (9) erfolgt, welche in jeder Endlage infolge der aufeinanderliegenden Windungen der Feder und unter Einsatz der gespeicherten Energie der Feder zur Überwindung des Totpunktes des Membran-Hubkolbens ein schlagartiges Umschalten der Ventile herbeiführt.

2. Niedertemperatur-Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (9) zwei Schrauben federn umfaßt, die auf einen axial verschiebbaren, bolzen artigen Steuerschieber (8) aufgeschoben sind, welcher mit dem hin- und herbewegbaren Membran-Hubkolben verbunden ist und sich durch eine Öffnung im Kipphebel (5) erstreckt, und daß die Schraubenfedern (9, 10) auf jeder Seite des Kipp hebels befestigt sind.

3. Niedertemperatur-Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Membran-Hubkolben mit einer Hubkolben-Wasserpumpe verbunden ist.