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Sonnenkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Nutzbarmachen
der Sonnenwärme für die Erzeugung mechanischer Energie mittels eines Stoffes, der
abwechselnd in flüssigen und dampfförmigen Zustand übergeführtwird und dessen Spannung
eine Arbeit leistende Maschine antreibt.
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Nach der Erfindung sind die beweglichen Teile der Maschine in .einem
nach außen völlig abgedichteten Behälter eingeschlossen, in den das flüssige Betriebsmittel
eingeführt wird und in dem sich die Verdampfung vollzieht.
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Die völlige Abdichtung des Raumes, in dem das dampfförmige Betriebsmittel
wirkt, wird unter Benutzung eines Schmiermittels ermöglicht, das den unteren Teil
dieses Raumes einnimmt und über die Gleitflächen der Maschine geführt wird.
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In der nachstehenden Beschreibung sind noch weitere Merkmale der Erfindung
aufgeführt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Maschine nach der Erfindung ist auf der
Zeichnung dargestellt.
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Abb. i zeigt eine vollständi,-e Einrichtung schematisch im senkrechten
Schnitt. Abb. z veranschaulicht an einem im Schnitt gezeichneten Teil der Einrichtung
die zur Abdichtung des Kolbens und der Stopfbuchse dienenden Vorrichtungen. Abb.
3 ist ein waagerechter Schnitt durch den unteren Teil der Maschine, und Abb. ¢ zeigt
einen Einzelteil der Maschine in senkrechtem Schnitt.
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Gemäß Abb. i gehört zu der Einrichtung ein die Sonnenwärme sammelnder
Blechkasten i, der zur Aufnahme der Sonnenstrahlen in geeigneter Weise schräg gelagert
ist und eine geeignete Flüssigkeit, z. B. Wasser, enthält, die durch an den oberen
und unteren Enden des Kastens angeordnete, in eine Verdampfungsvorrichtung mündende
Rohre a und 3 strömt.
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Die Verdampfungsvorrichtung besteht aus einem Mantelbehälter q. aus
Metall, in dem eine Glocke 5 angeordnet ist. Die Glocke 5 bildet mit der Mantelwand
einen Spalt 5'. Unter der Glocke 5 ist ein Zylinder 7 untergebracht, der mit der
Wand der Glocke 5 eine ringförmige, mit ihrem Innern oben in Verbindung stehende
Kammer 6 bildet. In dieser Kammer 6 sind Rohre 8 angeordnet, die oben in einer Platte
9 der Glocke 5 enden. Diese Platte 9 bildet mit dem Mantelbehälter q. eine Kammer
i o, in die das Rohr z mündet. Die Rohre 8 münden unten in den Spalt 5', der unten
mittels eines Flansches io' verschlossen ist.
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An den Mantelbehälter ¢ schließt sich oben ein Rohr i i an, das in
den Saugstutzen
einer Pumpe 12 führt, deren Druckstutzen mit dem
Rohr 3 verbunden ist. Auf diese Weise führt die in dem Wärmeaufnehmer i @erwärmte
Flüssigkeit im Sinne der Pfeile der Abb. i einen mittels der Pumpe 12 herbeigeführten
Kreislauf durch die Rohre 2, 3 und r i, ferner durch den Spalt 5' und die Rohre
8 aus.
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An den Flansch ro' schließt sich ein. Geliäuse 13 an, das zur Aufnahme
der Kurbelwelle 14 und des Triebwerkes einer Kolbenmaschine dient, deren Zylinder
15 im Innern des Zylinders 7 angeordnet ist.
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Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Maschine aus
einem mit schrägen Stirnflächen ausgerüsteten Kolben 16, der mittels der Kolbenstange
r6' und der Schubstange 17 mit der Kröpfung der Kurbelwelle 14 verbunden
ist. Die Steuerung erfolgt mittels eines von der Schubstange i9 antreibbaren Schiebers
18, dessen Spiegel nach dem Hohlraum des Zylinders 7 zu gei3ffnet ist.
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Der Auslaß des Motors findet auf dem Wege über Rohr 2o und den von
einem Behälter 2 i gebildeten Kondensator statt. In dem Behälter 2 r ist eine Kammer
22 angeordnet, die Rohre 23 zur Leitung des kalten Wassers aufweist.
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Die Entleerung des Kondensators .erfolgt mitte_s eines Rohres 24,
das mit einer Pumpe 25 (Abb.3) verbunden ist, deren einzelne Teile in einem Raum
6' des Gehäuses r 3 .eingeschlossen sind. Dieser Raum 6' steht durch eine Bohrung
6" mit der Kammer 6 in Verbindung. Die Pumpe 25 ist mit einem Kolben 58 und einem
Steuerschieber 57 ausgerüstet, die mittels Schubstangen 6o und 59 an Exzenter 61
und 62 angeschlossen sind. Die Exzenter sind auf der'Motorwelle 14 um 9o° zueinander
versetzt befestigt. Die Pumpe drückt 'aas in dem Kondensator verflüssigte und durch
das Rohr 24 angesaugte Betriebsmittel durch das Rohr 26 in den Raum 6'.
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Das auf der Kurbelwelle 14 aufgekeilte Schwungrad 27 trägt ein Zahlrad
29, das eine Welle 3 r mittels eines Zahnrades 3o antreibt. Die Welle 14 . ist an
ihrer Durchtritxsstelle durch das Gehäuse mittels einer Stopfbuchse 28 abgedichtet.
Die Welle 3 t treibt unmittelbar die Pumpe 12 und mittels einer Schubstange 67 eine
Pumpe 32an, die das kalte Wasser in das in den Kondensator mündende Rohr 33 drückt,
aus dem das Wasser durch eine Leitung 68 austritt. Dieses Leitungs= rohr kann mittels
.eines Hahnes 69 mit einer Abzweigung 7o des Rohres 3 in Verbindung gesetzt werden,
so daß die Kammer, die von dem durch die Sonnenstrahlen erwärmten Betriebsmittel
durchströmt wird, gefüllt und entleert werden kann. Die Pumpen t 2 und 32 könneil
natürlich auch in anderer Weise, z. B. unabhängig von der Hauptmaschine, angetrieben
werden.
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Die Arbeit leistende Maschine ist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit einem einzigen doppelt wirkenden und mit schrägen Böden ausgerüsteten Zylinder
15 versehen, in dem ein mit schrägen Stirnflächen ausgerüsteter Kolben 16
gleitet. Dieser Kolben weist in seinem mittleren Teil zwischen den Kolbenringen
eine ringförmige Nut 36 (Abb. 2) auf, die durch eine im Innern der Schubstange 16'
angeordnete Leitung, ferner durch eine Kammer 35 und ein Rohr 34 mit dem Raum 6'
in Verbindung steht. An diesen Raum sind ferner die ringförmigen Nuten 64 des Steuerschiebers
57 (Abb. 2 und 3) durch eine Rohrleitung 63 (Abb.3) angeschlossen.
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Die Stopfbuchse 28, welche in der ganzen Einrichtung die einzige zu
dichtende Stelle zwischen zwei zueinander beweglichen Teilen abdichtet, ist insbesondere
in Abb.2 veranschaulicht. Die Packung 37 der Stcpfbuchse ist durch zwei Metallkammern
38 und 39 in drei Teile unterteilt. Die Kammer 38 steht mittels des Rohres 40 mit
einem im Zylinder 7 angeordneten Behälter 4i in Verbindung, der oberhalb des Zylinders
15 angeordnet ist. Der Behälter 4i weist eine öffnung 4t' auf, die eine Verbindung
zwischen dem Behälter und dem Zylinder herstellt.
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Die andere Metallkammer 39 ist mittels eines kleinen Rohres 42 an
einen Hilfsbehälter 43 angeschlossen, der mit der Außenluft durch eine öffnung 44
und mit einer Handpumpe 45 in Verbindung steht, die durch ein Rohr 46 über ein Ventil
47 die Leitung 4o und den Behälter 4i speist.
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Die Einrichtung ist ferner noch mit anderen Hilfsvorrichtungen ausgerüstet.
Hierzu gehört ein kleines Rohr 48 (Abb. 4), das in den unteren Teil des Zylinders
7 mündet und an seinem Ende einen mit einer feinen öffnung versehenen Kopf 49 trägt,
während das andere Ende des Rohres 48 mittels eines von außen aufschraubbaren Pfropfens
51 verschlossen ist.
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Ferner ist eine mittels eines Pfropfens 53 verschließbare öffnung
zum Anschluß einer Luftpumpe vorgesehen, dessen Zuführungsrohr eine Verlängerung
trägt, die das Ventil 54 in der öffnungsstellung festhält. Ferner ist eine durch
einen Pfropfen 65 verschließbare und durch ein Ventil 66 regelbare öffnung
vorgesehen, damit eine Flasche 56 zum Einführen des Betriebsmittels anschließbar
ist.
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Um die Einrichtung in Betrieb zu setzen, wird in den Wärmeaufnehmer
r, feiner in die Rohre 2 und 3 und die zugehörigen Räume Wasser eingefüllt. Nachdem
das
Innere der Maschine durch eine Luftpumpe luftleer gemacht worden
ist, die an die in der Regel mittels des Pfropfens 53 verschloasene Öffnung angeschlossen
ist, wird in das Gehäuse 13 ein sehr zähes Schmiermittel eingeführt, dessen spezifisches
Gewicht höher ist als dasjenige des verwendeten Betriebsmittels. Hierauf wird aus
einer Flasche 56 die erforderliche Betriebsmittelmenge durch die in der Regel mittels
des Pfropfens 65 verschlossene Öffnung in den Raum eingeführt, der von der Kammer
6, ferner von dem Zylinder 7 und dem Innenraum des Kondensators gebildet ist.
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Als Schmiermittel wird beispielsweise Glyzerin und als Betriebsmittel
Methylchlorür oder ein anderer, dieselben Eigenschaften aufweisenden Stoff verwendet.
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In den Kondensator 2 1 braucht das Schmiermittel nicht bis zur Mündung
des Rohres z4 eingefüllt zu werden. Im Zylinder 7 kann das Schmiermittel bis an
die untere Öffnung des Schieberspiegels 18 heranreichen.
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Auf diese Weise sichert das Schmiermittel. den luftdichten Verschluß
der Verbindungsstelle zwischen der Verdampfungsvorrichtung und dem Maschinengehäuse.
An dieser Verbindungsstelle braucht also nur der Austritt einer ziemlich zähen Flüssigkeit
verhindert zu sein.
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Das zusammen mit dem Betriebsmittel in den Zylinder 15 eingedrungene
Schmiermittel verläßt den Zylinder leicht während des Auspuffhubes, weil die Böden
des Zylinders und die Stirnflächen des Kolbens in Richtung der Öffnungen des Steuerschiebers
geneigt sind.
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Das Schmiermittel, das den Boden des Zylinders 7 und der Kammer 6
bedeckt, ist dem Druck des verdampften Betriebsmittels und infolgedessen dem höchsten
Druck des Kreisprozesses ausgesetzt. Das Schmiermittel wird also durch das Rohr
34 in die Ringnut 36 des Kolbens 16 gedrückt, so daß der Austritt des Dampfes aus
dem Zylinder verhindert ist.
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Das langsam in den Zylinder eintretende Schmiermittel führt in der
Maschine einen Kreislauf mit dem Betriebsmittel aus und sammelt sich, nachdem es
die verschiedenem Teile der Maschine durchströmt hat, in dem Raum 6', aus dem es,
in die Kammer 6 zurückgelangt; auf diese Weise ist neben einem dichten Abschluß
des Dampfes auch eine reichliche Schmierung der ganzen Maschine unter Wiedergewinnung
des Schmiermittels erreicht.
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In derselben Weise ist auch eine Abdichtung und Schmierung des Steuerschiebers
57 gesichert, dessen ringförmige Nut 64 mittels der Rohrleitung 63 mit dem Raum
6' in Verbindung steht. Die Abdichtung der Stopfbuchse 28 ist dadurch gesichert,
daß in der Kammer 38 derselbe Druck herrscht wie in der Maschine, da die Kammer
38 mit dem Behälter 41 in Verbindung steht, während in dem Raum 39 atmosphärischer
Druck besteht. Das Schmiermittel kann also nur aus der Kammer 38 in die Kammer 39
und aus dieser in den Behälter 43 treten, aus dem es durch die Wirkung der Pumpe
45 'in den Behälter 41 zurückgelangt.
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Wenn man auf die Wiedergewinnung . des Schmiermittels verzichtet,
können die Pumpe 45 und der Behälter 43 natürlich fortfallen. In diesem Fall muß
man von Zeit zu Zeit Schmiermittel in die Maschine einführen, um das aus der Kammer
39 austretende Schmiermittel zu ersetzen.
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In jedem Fall kann der Grad der Füllung des Behälters 41 während des
Betriebes der Pumpe leicht festgestellt werden. Solange der Behälter nicht gefüllt
ist, läßt die Öffnung 41' Gas hindurch, da sie dem Hindurchtreten des Gases einen
geringen Widerstand entgegensetzt, während der Widerstand weit stärker ist, wenn
das Schmiermittel durch die Öffnung 4i' hindurc'htreten muß.
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Um von außen den Stand des Schmiermittels in dem Zylinder 7 für den
Fall kenntlich zu machen, da.ß das Schmiermittel einen bestimmten Stand über- oder
unterschreitet, ist ein kleines Rohr 48 vorgesehen, dessen unterer Pfropfen 51 (Abb.
4) zu diesem Zweck abgeschraubt wird. Wenn die obere Windung 49 des Rohres 48 in
das Schmiermittel eingetaucht ist, tritt das Schmiermittel sehr langsam aus, während
ein reichlicher, mit Gasen vermischter Abfluß stattfindet, wenn die obere Mündung
des Rohres 48 über dem Flüssigkeitsspiegel liegt.
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Das Betriebsmittel wird in die Maschine aus einer Flasche 56 eingeführt,
deren Anschlußrdhr an die Stelle des Pfropfens 65 (Abb.3) tritt. Das Treibmittel,
das bei geregeltem Betrieb der Maschine im Kondensator flüssig ist, wird mittels
der Pumpe 25
durch das Rohr 26 in den Raum 6' befördert, in dem es
unter Durchdringen der Masse des Schmiermittel aufsteigt und .durch die Öffnungen
6" in die Ringkammer 6 eintritt. In dieser Kammer wird das Betriebsmittel durch
die die Rohre 8 durchströmende und den Spalt 5' ausfüllende, warme Flüssigkeit erwärmt,
so daß das Betriebsmittel verdampft und in den Zylinder 7 gelangt. Das Betriebsmittel
dringt infolge der Wirkung des Schiebers 18 abwechselnd in die beiden Kammern des
Zylinders 15 .ein. jedesmal wenn die Kammer des Zylinders, die nicht mit dem Zylinder
7 in Verbindung steht, an die Auspuffleitung angeschlossen ist, die von dem
in
den Kondensator 2 i mündenden Rohr 2o gebildet ist, entsteht auf den beiden gegenüberliegendeb.
Stirnflächen. des Kolbens ein Druckunterschied, der den Kolben abwechselnd in beiden
Richtungen verschiebt, so daß die Welle 14 gedreht wird.
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Infolge der Drehung dieser Welle werden die verschiedenen Pumpen angetrieben
und der Kreislauf der warmen Flüssigkeit in den Rohren 2 und 3 sowie der Durchgang
des kalten Wassers durch den Kondensator 2 i gesichert.
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Mit Hilfe der Einrichtung nach der Erfindung lassen sich die für einen
guten Wirkungsgrad der Maschine erforderlichen Bedingungen verwirklichen und die
Verluste auf ein Mindestmaß beschränken.