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Verfahren und Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Sonnenwärme. Der
Gedanke, die Wärmestrahlen der Sonne für technische Zwecke auszunützen und in der
Verwertung dieser natürlichen Kraftquelle einen gewissen Ersatz für die Kohle zu
schaffen, ist schon alt. Seine technische Ausführung ist auch schon oft versucht,
ohne jedoch zu dauernden praktischen Erfolgen im Großen geführt zu haben.
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Auf der einen Seite muß man bedenken, wie gewaltig die Kraftleistungen
der Wärmestrahlen unseres Zentralkörpers in der Natur sind, indem jährlich etwa
7oo Billionen KubikmeterWasser am Äquator derErde verdampfen, die, über das Areal
von Europa verteilt, einen Ozean von 66 m Tiefe bilden würden.
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Auf der andern Seite ist zu erwägen, daß die Kohlenvorräte der Erde
mit der Zeit erschöpfbar und gerade gegenwärtig an vielen Stellen teils schwer erhältlich,
teils unerschwinglich verteuert sind.
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Aus diesen Überlegungen allein ergibt sich die Bedeutung einer zweckmäßigen
technischen Ausnutzung der Wärmestrahlen unserer Sonne nicht nur für die Industrie,
sondern auch für hauswirtschaftliche Zwecke.
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Die meisten älteren Einrichtungen zur Ausnutzung der Sonnenwärme weisen
den Mangel auf, daß die zur Beheizung eines Flüssigkeitsbehälters gesammelten oder
auch diesen frei treffenden Wärmestrahlen in zu geringem Maße absorbiert und daher
zu wenig wirklich nutzbar gemacht werden. Hierin liegt der Hauptgrund, warum unter
der sehr großen Anzahl von derartigen Apparaten bisher keiner allgemeine praktische
Bedeutung und Anwendung gefunden -hat. Auch die Erwärmung von Thermobatterien war
nicht der Weg, der zum praktischen Erfolg geführt hat. Selbst `in den äußerst seltenen
Fällen, in denen -man die Sonnenstrahlen zunächst in einen Hohlkörper fallen ließ,
war dieser eine mehr oder weniger offene Schale, die den größten Teil der Wärme
wieder nach außen abgab.
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Die vorliegende Erfindung, die ebenfalls auf der Anwendung optischer
Strahlensammlung als Grundlage beruht, umgeht die soeben geschilderten Übelstände
und ermöglicht es, die gesammelten Wärmestrahlen restlos nutzbar zu machen. Folgende
neue wärmetechnische Gedanken, liegen ihr zugrunde Die durch optische Mittel, beispielsweise
durch einen Reflektor, eine große Sammellinse o. dgl. konzentrierten Sonnenstrahlen
werden in eine an ihrer Innenwandung tief geschwärzte, außen blanke Kupferkugel
geleitet. Die kreisförmige Öffnung in der Kugel mißt nur wenige Millimeter im Durchmesser
und die Entfernung der Linse von der Kugel ist so bemessen, daß der den Wärmestrahlen
zugehörige Brennpunkt etwa in die Kugelöffnung fällt. So gelangen
alle
Strahlen zunächst auf das der Öffnung gegenüberliegendeinnere Flächenstück der Kugel
und werden in ihrem Innern unaufhörlich nach allen Seiten hin und her reflektiert,
ohne aus der Kugel entweichen zu können. Diese fängt somit alle Strahlen auf und
nutzt sie zur Erhitzung ihrer Wandung ohne jeden Verlust aus.
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Hierdurch unterscheidet sich also die neue Einrichtung in erster Linie
von den bekannten, daß die vereinigten Wärmestrahlen nicht unmittelbar auf den Dampferzeuger
selbst gerichtet, sondern zunächst in ein Sammelgefäß, eine Wärmefalle, die sie
restlos aufnimmt, geleitet werden. Diese Wärmefalle ist nun von einem größeren,
geschlossenenundgegenWärmeverluste nach außen möglichst vollkommen isolierten Metallgefäß
umgeben, das mit derjenigen Flüssigkeit erfüllt ist, z. B. Wasser, deren Dämpfe
als unmittelbare Kraftquelle Verwendung finden sollen. Das Wärmesammelgefäß dient
hier also als Hitzequelle für die Beheizung der umgebenden Flüssigkeit.
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Diese Anordnung kann noch eine zweckmäßige Abänderung dahin erfahren,
daß man die aufgespeicherte Hitze des Wärmesammlers nicht dazu benutzt, die ihn
umgebende Flüssigke:t direkt zu verdampfen, sondern daß man den Sammler zunächst
mit einem konzentrischen Gefäß, gefüllt mit einer hochsiedenden Flüssigkeit, umgibt.
Letztere dient dann als sekundäre Hitzequelle zur Erzeugung von Wasserdampf, indem
das die Wärme des Sammlers aufnehmende Gefäß in einem Wasserkessel ruht, dessen
Inhalt zum Verdampfen gebracht wird..
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Auf der Zeichnung ist die Vorrichtung in einer Ausführungsform schematisch
dargestellt. Das als Dampfkessel dienende Gefäß d enthält außer der zu verdampfenden
Flüssigkeit die innen geschwärzte, außen blanke Kupferkugel k, die mittels
des Halsstückes h dicht in die obere Kesselwand eingesetzt ist. o ist die
kleine kreisrunde Öffnung der Kugel k. An zwei gegenüberliegenden Punkten der Kugel
sind die Stangen s befestigt, die den Kessel d durchdringen und an ihren oberen
Enden die Fassung f der Sammellinse l tragen. Außerhalb des außen
isolierten Kessels sind die Stangcn a ebenso wie die Fassung f selbst
gegen Wärmeleitung isoliert.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist nach dem früher Gesagten ohne
weitere Erläuterung klar.
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Die punktierten Linien stellen den Gang des äußersten Strahlenkegels
dar, der in die Kugel k gelangt und sich dort totläuft.
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Selbstverständlich ruht der ganze Apparat mit vollständiger Ausbalancierung
seines Gewichts und -unter Verwendung von Kugellagern auf einem parailaktisch, also
nach Äquatorialkoordinaten, montierten Gestell, das durch Bewegung mittels Uhrwerks
stets der scheinbaren Sonnenbahn am Himmel folgt, wie dies an sich bei ähnlichen
Vorrichtungen bekannt ist.
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Anstatt "einer einzelnen Sammellinse können auch mehrere zu einem
System vereinigte Linsen über dem Wärmesammler angebracht werden, die entweder so
montiert sind, daß sie ihre Strahlen alle auf dieselbe Öffnung könzentrieren, oder
die ihre Strahlen in mehrere Öffnungen der Kugel werfen.
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Die ganze Einrichtung kann nicht allein zur Erzeugung hochgespannten
Dampfes für industrielle Zwecke oder für Fernheizung u. dgl. dienen, sondern gleichzeitig
auch z. B. in Privathäusern zur Bereitung von warmem Wasser verwendet werden. Im
ersteren Falle könnte der aus dem Kessel strömende Dampf zur weiteren Überhitzung
über eine Anlage geleitet werden, in der eine Anzahl von gleichen Apparaten zu einem
System zweckmäßig vereinigt sind.