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Wärmespeicheranlage. Es ist bekannt, einer Kraftmaschine an \-erschiedenen
Druckstufen Dampf zu entnehmen, diesen Dampf verschiedenen Druckstufen eines Kondensators
zuzuführen und <las in diesem Kondensator stufenweise er-@@-ärinte Wasser in
einem Speicher zu Speichern. Auch die stufenweise Selbstverdampfung von Flüssigkeit
ist an sich bereits bekannt. Desgleichen ist es an sich nicht mehr reu. einem Speicher
Flüssigkeit zu entnehnIen.
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Aber erst durch die Verbindung dieser an sich bekannten Maßnahmen
werden besondere und überraschende Vorteile erzielt. Durch die erhebliche Verringerung
der Größe und der Kosten des Speichers und durch die Verbesserung des Wirkungsgrades
der Maschinen infolge jeweils günstigster vom Ladezustand des Speichers unabhängiger
Wärmegefälle wird die Umformung des zeitlichen Verlaufs von Energieströmen, die
in Forin Von Mechanischer Energie oder auch z. B. in I?orm von aus dieser mechanischen
Energie erzeugten elektrischen Energie Verwendung finden sollen, erst so wirtschaftlich
gestaltet, daß die Praxis daraus Nutzen ziehen kann.
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Die Erfindung kennzeichnet sich iin wesentlichen dadurch, claß sowohl
die aufzunehmende als auch abzugebende Wärmeenergie dem Speicherstoff gleichzeitig
auf mehreren Wärniegefällstufen zugeführt und entzogen
wird, und
daß dabei die einzelnen Teile des Speicherstoffes, Wärmeenergie aufnehinend bzw.
abgebend, diese verschiedenen Stufen nacheinander durchlaufen.
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Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal für die Erfindung besteht darin,
daß bei Überschuß an Wärmezufuhr zu einer Dampf -kraftmaschine gleichzeitig auf
mehreren Druckstufen in an sich bekannter Weise Dampfströme entnommen werden, die
zur stufenweisen Erwärmung des Speicherstoffes dienen, und daß bei Mangel an Wärmezufuhr
durch stufenweises Abkühlen des Speicherstoffes gleichzeitig mehrere Dampfströme
-#: erschiedenen Druckes erzeugt werden, die einer Dampfkraftmaschine in entsprechenden
Druckstufen zugeführt werden und wobei die Zuflußmenge der zum Niederschlagen des
Cberschußdampfes und der zur Erzeugung des fehlenden Dampfes erforderlichen Flüssigkeit
(Wasser oder Lösung) lediglich zur ersten Lade- und Entlaclestufe geregelt wird.
Die Regelung kann dabei entweder entsprechend der aufzunehmenden oder entsprechend
der abzugebenden Energiemenge erfolgen. Handelt es sich um die Speicherung der Wärmeenergie
in Form von osmotischer Energie, so kann erfindungsgemäß eine zur Speicherung derartiger
Energie geeignete Lösung durch eine Reihe von Lade- und Entladestufen hindurchgeleitet
werden, auf welchem Weg sie die osmotische Energie aufnimmt und abgibt, indem sie
bei stufenweise zunehmender oder abnehmender Konzentration mehrere Dampfströme auf
entsprechend tiefere oder höhere Drücke bringt.
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Nachstehend werden einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben
und durch die Abb. i bis 6 veranschaulicht.
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Abb. i stellt schematisch eine Dampfkraft--nlage dar. Die Belastung
hat einen anderen zeitlichen Verlauf als der von den Dampferzeugern i erzeugte Dampfstrom,
dessen Stärke sich nach der günstigsten Ausnutzung der den Dampferzeugern i zugeführten
Wärme richtet. 2 ist die Frischdampfleitung, 3 eine normale Kondensationsturbine,
d. eine Anzapfturbine mit mehreren Anzapfungen zur Abgabe von Dampf von verschiedenen
Drücken, 5 eine Turbine mit mehreren Zwischendampfeinlässen zur Aufnahme von Dampf
von verschiedenen Drücken. 6 sind die von den Turbinen getriebenen Stromerzeuger,
7 die Kondensatoren. 8 bis 2o sind Teile einer Speicheranlage, deren Speicherstofi:,
z. B. Wasser, die Wärmeenergie in Form von fühlbarer Wärine speichert. 8 ist der
Behälter für die aufgeladene erhitzte Speicherflüssigkeit, 9 der Sammelbehälter
für die entladene abgekühlte Flüssigkeit. Damit die Flüssigkeit im Sammelbehälter
nicht unerwünscht verdampft oder Luft aufnimmt, wird sie mit einer schwimmenden
Schutzschicht io bedeckt, die flüssig oder fest sein kann. i r und 12 sind Vorrichtungen
(Ventile oder Pumpen), die den Flüssigkeitsstrom durch die Ladestufen 13 bis 16
und durch die Entladestufen 17 bis 20 regeln. 21 ist eine Hilfsdampfleitung, 22
ein selbsttätiges Überström= uiid Druckininderventil. Turbine kann auch ohne Kondensation
als Gegendruckturbine, Turbine 5 auch ohne Hochdruckteil und nur für Betrieb mit
Dampf aus dem Speicher ausgeführt sein. Die Wirkungsweise ist die folgende: Wenn
der erzeugte Dampfstrom stärker ist, als der Belastung entspricht, steigt der Druck
in der Frischdampfleitung 2 ein wenig. Dadurch wird die Vorrichtung i i beeinflußt
und fördert Flüssigkeit aus dein Sammelbehälter 9 durch die Ladestufen 13 bis 16
nach dem Speicherbehälter B. Die Ladestufen 13 bis 16 sind Kondensatoren, die an
verschieclene Druckstufen der Turbine d. angeschlossen sind, und in denen die durchströmende
Flüssigkeit durch den kondensierenden Anzapfdampf stufenweise erwärmt wird. Der
Flüssigkeitsstrom durch die Ladestufen wird durch Vorrichtung ii so geregelt, daß
die jeweils überschüssigen Dampfmengen kondensiert werden und somit die überschüssige
Energie gespeichert wird. Wenn der erzeugte Dampfstrom schwächer ist, als der Belastung
entspricht, sinkt der Druck in der Frischdampfleitung 2 ein wenig. Dadurch wird
Vorrichtung 12 beeinflußt und fördert Flüssigkeit aus dem Speicherbehälter 8 durch
die Entladestufen 17 bis 2o nach dem Saminelbehälter 9. Die Entladestufen 17 bis
2o sind Verdampfer, die an verschiedene Druckstufen der Turbine 5 angeschlossen
sind, und in denen die durchströmende Flüssigkeit durch Dampferzeugung stufenweise
abgekühlt wird. Der Flüssigkeitsstrom durch die Entladestufen wird durch Vorrichtung
12 so geregelt, daß durch die in den Entladestufen erzeugten Dampfströme jeweils
der Fehlbetrag an Dampfkraft gedeckt wird. Da es zumeist erwünscht ist, in den Speicherbehälter
8 einen bestimmten Wärmegrad aufrechtzuerhalten, wird dieser durch die Hilfsdampfleitung
2i mit einer Dampfquelle, z. B. der Frischdampfleitung, verbunden. In Leitung 21
befindet sich das selbsttätige Regelventil 22, welches sich öffnet, sobald der Wärmegrad
im Speicherbehälter 8 unter die festgesetzte Grenze sinkt und sich gleichzeitig
der Druck in 'der Frischdampfleitung oberhalb einer Mindestgrenze befindet. Auf
diese Weise wird der Speicherbehälter 8 gleichzeitig als letzte Ladestufe benutzt,
wodurch ein besonderer Kondensator für diese Stufe erspart
wird.
Das Vorhandensein der Hilfaeitun,-2i mit Regelventil 22 ist besonders dann von \"orteil,
wenn die Belastung plötzlich sehr weit sinkt und infolge Verringerung der i# risclidampfzuft,lir
zur Turbine -E einerseits die Speicherflüssigkeit in den Ladestufen laicht mehr
bis auf den gewünschten Wärmegral erwärmt wird und andererseits in der Frischdanipfleitung
2 infolge DainpfüDerschusses erhöhter Druck herrscht. Dann Werden durch die beschriebene
Wirkung von Hilfsleitung 21. und Regelventil 22 Dampfverluste durch die Sicherheitsventile
der Danipferzeuger i vermieden. Die Wärme des durch die Hilfsleitung 21 d(,in Speicherbehälter
zugeführten Dampfes wird durch geeignete Vorrichtungen möglichst gleichmäßig an
den Inhalt des Speicli(#rl)eh;ilters übertragen.
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Durch die Wahl von Turbinen für die Entnahnie des überschüssiger.
bzw. die Einführung de: zusätzlichen Dampfes wird erreicht, (iaß sich ohne Zuhilfenahme
besonderer Regelungen jeweils entsprechend der Stärke des Flüssigkeitsstroms bzw.
der aufzunehmenden oder abzugebenden Dampfströme die für die Krafterzeugung günstigsten
Wärmegefälle selbsttätig einstellen.
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Die Anzahl der Lade- und Entladestufen ist beliebig, beträgt jedoch
mindebtens zwei. ,Die Hintereinanderschaltung der einzelnen Stufen erfolgt, tim
die Regelung zu vereinfachen, so daß die in die erste Stufe eintretende Flüssigkeit
selbsttätig von einer Stufe zur nächstcii und schließlich nach dein entsprechenden
Behälter weiterbefördert wird. Dies kann durch entlastete, durch Schwimmer betätigte
Ventile oder, falls die Förderung gegen Cberdruck erfolgen muß, durch Pumpen erfolgen,
deren Förderung durch die Wassersäulenhöhe beeinflußt wird. Durch diese Schaltungsweise
wird es erreicht, daß nur die Zuflußinenge der Flüssigkeit zur ersten Lade- bzw.
Entladestufe geregelt zu werden braucht. Da die Lade- oder Entladevorrichtungen
nicht mit den Speicherbehältern räumlich vereinigt zu sein brauchen, kann man sie
neben den Maschinen oder sonstigen Einrichtungen aufstellen, die die Wärmeenergie
an die Speicheranlage abgeben bzw. von ihr aufnehmen. Dadurch erspart man beträchtliche
Kostei für Rohrleitungen im Vergleich mit den bekannten Verfahren, cla die Flüssigkeitsleitungen
zwischen deni Speicher und der Lade- bzw. Entladevorrichtung erheblich billiger
werden als die sonst erforderlichen sehr weiten Dampfleitungen. Die Anordnung eines
besonderen Behälters 9 für die entladene Flüssigkeit bedeutet eine Verteuerung der
Anlage, die sich aber vermeiden läßt, .wenn nian die entladene Flüssigkeit in den
Speicherhehälter @ zurückf ührt. In diesem Falle wird, um Mischungs-.strömungen,
die erhebliche Energieverluste h; r vorrufen würden, zu verhindern, die erhitzte
Flüssigkeit im Speicherbehälter von zier abgekühlten durch eine bewegliche und auch
für Wärme möglichst wenig durch-Trennfläche getrennt.
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In manchen Fällen, wenn die aufgespeicherte Wä rineenergie nur selten
benötigt wird, z. B. wenn die Speicheranlage als Reserve bei Betriebsstörungen dienen
soll, lehnt es sich nicht, eine besondere Ladeturhine aufzustellen, da sie zu selten
benutzt würde. Die Ausführung der Entladung nach vorliegender Erfindung ist aber
auch in diesen Fällen von großem Vorteil, da infolge der Unabhängigkeit der @Vlirinegefälle
des entladenen Dampfes vom Ladezustand des Speichers die gespeicherte Wärmeenergie
mit besserem Wirkungsgrad und in weiteren Grenzen ausgenutzt werden kann und der
Speicher, die Turbinen und die Rohrleitungen erheblich billiger werden. Die Zuführung
der Wärmeenergie rur Speicheranlage kann da-1-ei auf beliebige Weise erfolgen.
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:lils Speicherflüssigkeit kommt in erster Linie Wasser in Betracht,
das sich in den Ladestufen durch Dampfaufnahme erwärmt und in den Entladestufen
durch Selbstverdampfung abkühlt. Die Wärmeaufnahme und -abgäbe kann aber auch durch
Heizflächen erfolgen, und an Stelle von Wasser können beliebige andere Flüssigkeiten
ver-;vendet werden, insbesondere höher siedende Fiiissiglceiten, die infolge ihres
geringeren Dampfdruckes geringere Speicherwandstärken und daher billigere Speicherbehälter
zulassen. Bei Verwendung solcher Flüssigkeiten bilden die Entladestufen Dampferzeuger,
die nacheinander durch die Flüssigkeit beheizt werden und aus zugeführtem Speisewasser
mehrere Dampfströme von verschiedenen der Abkühlung der Speicherflüssigkeit entsprechen-(Ien
Drücken erzeugen. Irin die Wä rmeenergie der Speicherflüssigkeit möglichst verlustlos
auszunutzen, wird das Speisewasser für jeden Dampferzeuger höheren Druckes dem Dampferzeuger
nächstniederen Druckes entnommen und außerdem in einem im Strom der Speicherflüssigkeit
-zwischen den beiden T)anipferzeugern eingeschalteten Vorw,-äriner orgewärmt. Bei
der Erwärmung der Speicherflüssigkeit wird in entsprechender Weise zwischen den
einzelnen Ladestufen auch die Flüssigkeits<<: ärme des kondensierten Dampfes
an die Speicherflüssigkeit abgegeben.
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Eine andere Ausführungsform der Zuführung der Wärmeenergie zur Speicheranlage
besteht -lari#@, daß an Stelle der Aufladung durch
Frischdampf,
der bis zu den einzelnen Stufendrücken zur Arbeitsleistung ausgenutzt wird, die
Aufladung durch irgendwie erzeugten niedriggespannten Dampf erfolgt, der durch die
zeitweise überschüssige Energie auf die einzelnen Stufendrücke verdichtet wird.
Diese Ausführungsform kommt in Betracht besonders bei jener Art von Energiespeicheranlagen,
die das wärmetechnische Gegenstück zu den Wasserkraftspeichern bilden, bei denen
zu Zeiten des Energieüberschusses Wasser aus einem tiefer gelegenen Becken in ein
höher gelegenes speicherfähiges Becken gepumpt wird, während zu Zeiten des Energiemangels
Wasser aus dem hochgelegenen Becken durch Turbinen arbeitleistend in das tiefer
gelegene Becken zurückströmt. Bei den entsprechenden wärmetechnischen Anlagen wird
durch Wärme aus einem Speicher tiefereil Wärmegrades niedriggespannter Dampf erzeugt,
der vermittels der überschüssigen Energie verdichtet, und dessen Wärme dann in einen
Speicher höheren Wärmegrades übergeführt wird. Zu Zeiten des Energiemangels wird
die Wärme höheren Wärmegrades zur Erzeugung gespannten Dampfes verwendet, der in
Kraftmaschinen arbeitleistend wieder auf den tieferen Wärmegrad abgekühlt wird.
Bei diesen Anlagen ist das bei der Energiezuführung durch die Verdichter zu überwindende
und das bei der Energieentnahme ausnutzbare Wärmegefälle von den Ladezuständen sowohl
des Speichers höheren als auch des Speichers tieferen Wärmegrades abhängig. Da sich
diese Ladezustände gegenläufig bewegen, sind die durch die Abhängigkeit der Wärmegefälle
von den Ladezuständen entstehenden Unzuträglichkeiten sehr groß. Die Vorteile der
vorliegenden Erfindung, die die Wärmegefälle von den Ladezuständen der Speicher
unabhängig macht, kommen daher besonders zur Geltung.
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In Abb.2 ist schematisch eine derartige Anlage mit Anwendung der vorliegenden
Erfindung dargestellt. 8, 1i bis 15, 17 bis ig und 23 sind Teile der Wärmespeicheranlage
höheren Wärmegrades. Die Bezeichnungen 8, i i bis 15 und 17 bis ig entsprechen den
gleichen Bezeichnungen in Abb. i. Es ist hier der Fall dargestellt, daß die abgekühlte
Speicherflüssigkeit in dem Speicherbehälter 8 zurückgeführt wird. 23 ist die erwähnte
bewegliche Trennfläche, die eine Mischung der erhitzten und der abgekühlten # Flüssigkeit
verhindert. 24. ist der Verdichter, der den niedriggespannten Dampf auf höheren
Wärmegrad verdichtet, und zwar erzeugt er mehrere Dampfströme von den in dem Ladestufen
13 bis 15 herrschenden Drücken. 25 ist die Turbine, in welcher der voll den Entladestufell
17 bis ig gelieferte Dampf höheren Wärmegrades arbeitverrichtend auf tieferen Wärmegrad
abgekühlt wird. 26 ist eine elektrische ,Maschine, die als :Motor den Verdichter
24 treibt oder als Stromerzeuger von der Turbine 25 getrieben wird. 27 bis
34 sind Teile der Speicheranlage tieferen Wärmegrades. 27 ist der Behälter für die
erwärmte, 28 der Behälter für die abgekühlte Flüssigkeit. 2g und 30 sind
Vorrichtungen, die den Strom der Speicherflüssigkeit durch die Ladestufen 31, 32
bnv. die Entladestufen 33, 34 regeln. Die Wirkungsweise ist folgende: Bei Energieüberschuß
strömt Speicherflüssigkeit vom Behälter 27 durch die '\'orrichtung 30 und
die Entladestufen 33, 3-I nach Behälter 28. In den Entladestufen 33, 3.4 erzeugt
sie unter Abkühlung Dampfströme, die durch den Verdichter 2.a. auf die Drücke der
Ladestufen 13 bis 15 verdichtet werden, und deren Wärme durch die aus dem unteren
Teil des Behälters 8 durch Vorrichtung i i und die Ladestufen 13 bis 15
nach dem oberen Teil des Behälters 8 strömende Speicherflüssigkeit aufgenommen wird.
Bei Energiemangel strömt Speicherflüssigkeit aus dem oberen Teil des Behälters 8
durch Vorrichtung i2 und die Entladestufen 17 bis ig nach dem unteren Teil des Behälters
B. Sie erzeugt in den Entladestufen 17 bis ig Dampfströme, die in der Turbine 25
arbeitverrichtend auf tieferen Wärmegrad entspannt werden, und deren Wärme durch,
die aus dem Behälter 28 durch die Vorrichtung 29 und die Ladestufen 31, 52 nach
dem Behälter 27 strömende Speicherflüssigkeit aufgenommen wird. Die Maschine 26
nimmt im ersten Falle als Motor die überschüssige Energie auf, im zweiten Falle
erzeugt sie als Stromerzeuger die fehlende Energie. Die Stärke der Flüssigkeitsströme
wird entsprechend der jeweils aufzunehmenden bzw. abzugebenden Energiemenge geregelt;
es stellen sich dann selbsttätig die jeweils günstigsten Wärmegefälle ein. An Stelle
des Verdichters 2.4 können auch mehrere hintereinander oder parallel geschaltete
Verdichter oder Mehrstoffverdichteranlagen verwendet werden, um das Wärmegefälle
zwischen den beiden Speicheranlagen zu vergrößern. An Stelle der Vereinigung von
Motor und Stromerzeuger in Maschine 26 können auch getrennte Motoren und Stromerzeuger
verwendet werden. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung kann auch statt auf beide
Speicheranlagen nur auf die Speicheranlage höheren oder nur die tieferen Wärmegrades
ausgedehnt werden.
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In Abb.3 ist schematisch eine Ausführungsform für die Anwendung der
Erfindung
auf die Speicherung von Wärmeenergie in Form von osmotischer
Energie (Lösungskonzentration) dargestellt. Bei dieser Spe.-cherungsart- wird durch
Wärme, zumeist Dampf, höheren Wärmegrades eine Lösung mit erhöhtem Siedepunkt eingedampft,
wobei sie Dampf abgibt, der bei einem um die Siedepunktserhöhung tieferen Wärmegrad
gesättigt ist. Der zugeführten Wärme wird also ein der Siedepunktserh;iliung entsprechendes
Wärmegefälle -entzogen. Mit fortschreitender Eindanipfung vergrößert sich die Siedepunhtserhöhung
und damit auch das entzogene Wärmegefälle; es wird in Form erhöhter Lösungskonzentration
(osrnotisz.lier Energie) in der Lösung gespeichert. Wenn diese gespeicherte Wärmeenergie
wieder abgegeben werden soll, wird die Lösung durch Mischung mit Dampf erwärmt.
Sie erwärmt sich auf einen Wärmegrad, der um die Siedepunktserhöhung über dein Sättigttngswärmegra(l
zugeführten Dampfes liegt. Die Lösung vermag daher Wärme höheren Wärmegrades abzugeben,
z. B. zur Erzeugung von Dampf: der höher gespannt ist als der zugemischte Dampf.
Das Wärmegefälle zwischen dein erzeugten höher gespannten und dem zuzumischenden
niedriger gespannten Dampf kann zur Krafterzeugung ausgenutzt werden. Infolge der
Zurnischung von Dampf nimmt die Konzentration und Siedepunktserhöhung der Lösung
ab und damit auch das zur Krafterzeugung ausnutzbare Wärmegefälle. Das bei der Eindarnpfung
gespeicherte ständig zunehrnendeWärrnegefälle wird also bei der Verdünnu@g durch
Dampfzurnischun- -- in umgekchrtenr Vorgange als ständig abnehmendes @Vär:lregefälle
wieder abgegeben: Diese @.-rtünderliclrl:eit der @@'ürmegcfälle ruft die eingangs
beschriebenen großen Nachteile hervor, die dur.11 die @.t:rliegende Erfindung beseitigt
werden.
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111 Abb. 3 ist 35 ein Behälter für die einre<lanipfte Lösung, 36
ein Behälter für die verdünnte Lösung. 37 und 38 sind Vorrichtungen, die die Lösung
durch die Lade- und Eritladestufen 39, .I0, .I1 fördern. .I2 ist ein W ür,
rneatrstatrseher, 4.3. 44, .I5 sind Verdampfen, denen durch nicht dargestellte Vorrichtungen
Speisewasser zugeführt wird, und die den erzeugten Dampf in die Dampfleitt111g d.6
liefern. An Leitung d.6 ist die Anzapf tur bine .I7 angeschlossen, die den Strcrnerzetrger.I8
treibt und mit einem Kondensator 4.9 versehen ist. Turbine ;.7 l-:ann auch als Gegendruckturbine
ausgeführt sein. Sie liefert Anzapfdampf von mehreren @t-ü@lcen durch die Lerttnlgen
5o, 51, ;2 :lach d"=1 Entladestttfen 39, d0, 41- 53 silrd Dampferzeug er.
54 ist eine Turbine mit Eirliässen für mehrere Dampfströme vors nun Drücken; sie
treibt den Stromerzeuger 55 und ist finit einem Kondensator 56 vers@'#_°a.
Die Wirkungsweise ist die folgende: R-e=i=1 der von den Dampferzeugern 53 erzeuLe
Dampfstrom zur Deckung der Belastung der Turbine d.7 nicht ausreicht oder völlig
ausbleibt, sinkt der Dampfdruck in Leittrog -6 ein wenig. Dadurch wird Vorrichteng
37 beeinflußt und fördert Lösung aus <l:_@Il Behälter 35 durch die Entladestufen
29, 40, .Ir nach Behälter 36. In den Entladestufen wird die Lösung durch den Anzapf
darripf atrs Turbine 47 erwärmt und stufenweise verdünnt. Da der konzentriertesten
Lösung irr Stufe 39 durch Leitung 5o der Dampf von geringstem Druck, der verdünnt'
Lösung in Sttrfe.lr aber durch Leitung 52 der Dampf von höchstem Druck zugefiibrt
wird, wird die Lösung :n allen drei Surfen auf den gleichen Wärmegrad erwärmt. Die
Verdampfer d.3, .LI, 45 liefern daher Dampf von gleichem Druck, der nach Leiturig
.I6 strömt und ausschließlich oder neben dein von den Dampferzeugern 53 gelieferten
Dampf zum Betriebe der Turbine 47 dient. Die Menge der durch die Entladestufen strömenden
Lösung und damit die llengc der abgegebenen Wärmeenergie wird durch Vorrichtung
37 so geregelt, dai3 durch den durch die Entladestufen auf höheren Druck geberachten
Dampf jeweils der Fehlbetrag an Dampfkraft gedeckt wird. Bei der Speicherung von
Wärmeenergie in der Lösung wird überschüssiger Dampf aus - den Dampferzeugern 53
den '\-erdampfern.I3, ..N., zugeführt. @Torriclrtun 45 g 38 fördert verdünnte Lösung
aus Beliiilter 36 dur,:h die jetzt als Ladestufen dienenden Entladestufen .Ir, 40,
39 nach Behälter 35. In den Ladestufen wird die Lösung durch den in den jetzt als
Heizkörper wirkenden Verdampfern kondensierenden Dampf stufenweise eiligedampft.
Infolge der zunehmenden Siedepunktserhöhung haben die in den einzelnen Ladestufen
bei der Eindarnpfung entstehenden Dampfströme verschiedenen Druck. Diese Dampfströme,
die tim die gespeicherten Wärmegefälle niedriger gespannt sind als der aus Leittalg
.I6 zugeführte Dampf, können 1leispiels;veise in einer Turbine 5.I zur Krafterzeugung
ausgenutzt werden. In <lern Wärmeaustauscher .f2 gibt jeweils die aus den Lade-
bzw. Entladesttrfen kommende erhitzte Lö surr" ihre Wärnie an die aus dein Behälter
36 bzw. 35 kommende kältere L"-sung ab.
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i-)urch die stufenweise Aufnahme trnd A1;-#>-abe der ZV ärmeenergie
wird die Allhiillg1'gkcit der Wärmegefälle von <lern Ladezustand ,i;r Speicheranlage
nebst den damit @-erllundenen Verlusten und Kosten auf einfache und Wese beseitigt
2#Ia11 kann
in die Lösung in den einzelnen Entladestufen
natürlich auch Dampf gleichen Druckes einführen und erhält dann mehrere Dampfströme
erhöhten, aber verschiedenen Druckes. Auch kann man an Stelle von Anzapfdarnpf Dampf
aus beliebigen anderen Dampfquellen in die Lösung einführen. Ferner kann man den
Ladestufen Dampf verschiedenen Druckes zuführen, so daß der in allen Stufen entstehende
Dampf erniedrigten Druckes den gleichen Druck besitzt. Die Regelung der Zuflußmenge
der Lösung zu den Lade- bzw. Entladestufen kann auch so erfolgen, daß man als Impuls
für die Reg Jung die Druckerniedrigungen und Druckerhöhungen des Dampfes durch die
einzelnen Stufen benutzt und diese nicht über eine gewisse Grenze steigen bzw. nicht
unter eine gewisse Grenze fallen läßt. Da die Druckerniedrigungen bzw. Druckerhöhungen
vorwiegend von der Konzentration der Lösung abhängig sind, bleibt auch diese in
jeder Stufe nahezu konstant. Wenn jedoch bei der Ladung eine gewisse höchste Konzentration
erreicht -%verden soll, kann man die Regelung zweckmäßig so gestalten, daß beim
Laden stets die Druckerniedrigung in der letzten Ladestufe , gleichbleibt.
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In Abb. 4. ist eine etwas andere Schaltungsweise der Lade- bzw. Entladestufen
gezeigt, durch die erreicht wird, d.aß den Lade-bzw. Entladestufen nur je ein Dampfstrom
zugeführt und entnommen zu werden braucht, wodurch die diese Dampfströme abgebenden
und aufnehmenden Maschinen und sonstigen Einrichtungen vereinfacht und verbilligt
werden. Es werden je zwei oder mehr Stufen so hintereinander geschaltet, daß der
von der einen erzeugte Dampf in die nächste strömt und dort nochmals ,auf tieferen
bzw. höheren Druck gebracht wird. Die Führung der Lösung durch die Stufen wird so
gewählt, daß die gesamte Druckerniedrigung bzw. Druckerhöhung des Dampfes in allen
so gebildeten Reihen von Stufen die gleiche ist. Die Bezeichnungen in Abb. 4 stimmen
mit denen in Abb. 3 überein. -Nur ist noch eine weitere Lade- bz«-. Entladestufe
57 mit Verdampfer 58 hinzugekommen. 59 und 6o i sind die beiden Dampfleitungen,
durch die die Lade- bzw. Entladestufen Dampf aufnehmen und abgeben. Die Wirkungsweise
I ist die folgende: Bei' Überschuß an Dampfenergie wird durch Vorrichtung 38 verdünnte
Lösung aus Behälter 36 durch die Ladestufen 57, 4.1, 40, 39 nach Behälter 35 befördert
und dabei in den Ladestufen eingedampft. Durch L eitung 59 strömt höher gespannter
Dampf in die als Heizkörper wirkenden Verdampfer 43 und .@. Die aus der eindampfenden
Lösung in den Ladestufen 39 und 4o entwickelten Dampfströme erniedrigten Druckes
werden in die Verdampfer 45 und 58 geleitet. Da die Summen der Siedepunktserhöhungen
in den Ladestufen 39 und 57 sowie 40 und 41 ungefähr gleich sind, haben die in den
Ladestufen 41 und 57 aus der Lösung entwickelten Dampfströme noch weiter erniedrigten
Druckes den gleichen Druck und können gemeinsam durch Leitung 6o abgeführt werden.
Der durch Leitung 59 zugeführte Dampfstrom wird also in einen einzigen Dampfstrom
erniedrigten Druckes verwandelt; das ihm -entzogene Wärmegefälle wird in der eingedampften
Lösung gespeichert. Bei M,angef an Dampfenergie vollzieht sich die Verdünnung der
Lösung in entsprechender umgekehrter Weise wie die Eindampfung. Durch Leitung 6o
wird Dampf niedrigen Druckes in die Stufen .I1 und 57 eingeführt. Die in den Verdampfern
45 und 58 erzeugten Dampfströme erhöhten Druckes werden in den Stufen 39 und 4.o
nochmals auf höhere, unter sich gleiche Drücke gebracht und werden durch Leitung
59 abgeführt. Trotz Zuführung nur eines Dampfstromes niedrigeren Druckes wird auch
nur ein Dampfstrom erhöhten Druckes erzeugt. Das Wärmegefälle zwischen den beiden
Dampfströmen in Leitung 59 und 6o ist sowohl bei der Aufnahme als auch bei der Abgabe
von Wärmeenergie unabhängig vorn Ladezustand der Speicheranlage.
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Auch bei der Speicherung osmotischer Energie kann in entsprechender
Weise, wie bei ebb. 2 beschrieben wurde, die Überschußeriergie dadurch aufgenommen
werden, daß sie zum Antriebe eines Verdichters verwendet wird, den Dampf niedrigeren
Drukkes auf höheren Druck verdichtet und diesen verdichteten Dampf den "Ladestufen
zuführt. Dieses Verfahren ist in Verbindung mit der Speicherung osmotischer Energie
von besonderem Vorteil, weil der von den einzelnen Ladestufen bzw. Ladestufenreihen
gelieferte Dampf erniedrigten Druckes als Ansaugedampf des Verdichters dienen kann.
Die Anwendung der stufenweisen Zuführung der Wärmeenergie gemäß vorliegender Erfindung
bringt auch hier den erteil, daß das von dem Verdichter zu überwindende Wärmegefälle
vom Ladezustand der Speicheranlage unabhängig ist.
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Abb. 5, zeigt eine Kombination zwischen der Speicherung fühlbarer
Wärme in einer Flüssigkeit und der Speicherung osmotischer Energie, beide gemäß
vorliegender Erfindung ausgeführt. 8, 11 bis 15, 17 bis 19, 23 ist eine Anlage zur
Speicherung fühlbarer Wärme, die mit der in Abb.2 enthaltenen gleichbezeichneten
Speicheranlage übereinstimmt.
Nur sind die Ladestufen 13 bis t 3
und die Entladestufen 17 bis i9 vereint dargestellt. Es können für die Zuführung
und Abführung der fühlbaren Wärnle die gleichen Vorrichtungen benutzt werden. Die
Bezeichnungen 35 bis 53 stimmen mit den entsprechenden der Abb.3 überein. 35 bis
.a.6 ist eine Anlage zur Speicherung osmotischer Energie. Die Turbine .l7 ist jedoch
eine normale Kondensationsturbine. der kein Anzapfdampf entnommen wird. 3 ist eine
andere normale Kondensationsturbine mit Stromerzeuger 6 und Kondensator ;. Die Wirkungsweise
ist die folgende: Wenn der voll den Dampferzeugern 53 erzeugte Dampfstrom stärker
ist als der Belastung der Turbinen 3 und .I7 entspricht, steigt der Druck in Leitung
46 bis zu einer gewissen oberen Grenze. Dadurch werden die Vorrichtungen i i und
38 beeintlußt und fördern Speiclicrfliissigkeit durch die Ladestufen 13 bis 15
bzw. verdünnte Lösung durch die Ladestufen 41, 40, 39. Die letzteren nehmen Dampf
aus Leitung .[6 auf und liefern Dampfströme von niedrigeren verschiedenen Drücken
durch die Leitungen 52, ;i, 5o nach den Ladestufen 13 bis 15, wo die Wärme der Dampfströme
all die Speicherflüssigkeit übergeführt wird. Bei Dampfmangel sinkt der Druck in
Leitung 46 bis zu einer gewissen unteren Grenze, wodureli die Vorrichtungen 12 und
37 beeinflußt «-erden. Sie fördern Speicherflüssigkeit durch die Entladestufcn 17
bis i9 bzw. konzentrierte Lösung durch die Entladestufen 39 his 41. Die voll den
Entladestufen 17 bis i9 abgegebenen Dampfströme werden durch die Leitungen 52, 3i,
So in die in den Entladestufen 39 bis .l1 befindliche Lösung eingeführt. Dadurch,
daß in die konzentrierteste Lösung der Dampf von niedrigstem Druck, in die verdünnteste
Lösung der Dampf voll höchstem Druck eingeführt wird, wird die Lösung in allen Stufen
auf den gleichen Wärmegrad erhitzt, und die Verdampfer 43 bis .I5 liefern Dampf
gleichen Druckes in die Leitung +h, wodurch dc:r Fehlbetrag an Dampf gedeckt wird.
Zwei derartig mit Hilfe der Lade- und T?ntladestufen gemäß vorliegender Erfindung
zusammen arbeitende Speicheranlagen für fühlbare Wärme und osmotische Energie bilden
also zusammen eilte Speicher anlag; , die Dampf von einem einzigen gleichbleibenden
Drucke aufnimmt und ebensolchen Dampf abgibt. Es wird also trotz Verwendung billiger,
bei veränderlichem Wärmegefälle speichernder Speicherstoffe die gleiche Wirkung
erzielt wie bei der Speicherung latenter Wärme in teuren Speicherstoffen. Eine derartige
Alllage kann selbstverständlich auch auf noch andere 1Veise in eine Dampfanlage
eingeschaltet werden, z. B. kann die Ladung von einer Frischdampfleitung höheren
Druckes aus rrfelgen, während der Entla<ledampf in eine Frischdampfleitung niedrigeren
Drucke geliefert wird; in dies--ili Falle wäre die Allordnung getrennter Lade- und
Entladestufen am Platze.
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Eiire andere gleich vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, claß
eine zur Speicherung osmotischer Energie geeignete Lösung auch gleichzeitig zur
Speicherung fühlbarer Wärme benutzt wird. '.NTit Hilfe der stufenweisen Ladung und
Entladung gemäß vorliegender Erfindung läßt sich dieser Lösung sehr einfach und
vorteilhaft die zweifache Energiemenge zuführen bzw. entziehen.
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In Abb.6 ist eilte derartige Anlage iln Rahmen einer Dampfkraftanlage
schematisch dargestellt. i sind Dampferzetige.r, 2 ist die Frischdampfleitung, 3
ist eine normale Turhine mit Stromerzeuger (bund Kondensator 7. 35 bis 45 sind die
i-ekannten Teile einer Speicheranlage für osmotische Energie. Der Behälter 35 ist
als geschlossener Behälter dargestellt, da bei dieser Anlage die konzentrierte Lösung
zugleich fühlbare Wärme speichert und hccllerhitzt ist. Die Entladestufen 39 bis
41 dienen nur zur Entladung; es ist hier der Fall dargestellt, daß die Lade-und
Entladestufen getrennt ausgeführt sind. 61 ist eilte Almapfturbine mit Stromerzeuger
62 und Kondensator 63; die Turbine liefert Anzapfdampf t-f@il gleiclll)leil--endeili
Druck. 6.4 und 63 sind Verbindungsdampfleitungen. 66 bis C8 sind die Ladestufen
mit ihren Heizkörpern 69 bis 71. 72 ull<i 3 sind Verbindungsdampfleitungen.
Die Wirkungsweise ist die folgende: Die Belastung hat einen anderen zeitlichen Verlauf
als der von den Dampferzeugern i f#rzeugte Dampfstrom. Wenn dieser Dampfstrom stärker
ist, als der Belastung entspricht, steigt der Druck in cler Frischdainpfleitullg
2 ein wenig. Dadurch Vorrichtung 38 beeinflußt und fördert vcr dünnte allgekühlte
I_lisung aus dem Behülrer 36 durch die 66 bis 68 nach fleill Bell;ilter 35. Da die
Ladestufen in Reihe geschaltet sind und fier Heizlciirper 71 der letzten
T.aclestttfe 68 durch Leitung 72 (lauernd mit der Frischdampfleitung 2 und der Dampfraum
über der Uisung in der erste, Ladestufe 66 dauernd mit dein Koildel_sator
; in Verbindung sieht, ;c-ird in den Ladestufen stets eine bestimmte ILOllzentration
und ein l;estiinmter Wärmegrad der Lösung aufrechterhalten. Sobald daher <teil
Ladestufen verdünnte L <isung zugeführt wird, wird sie eingedampft und erhitzt:
dadurch wird Frischdampf verbraucht und sein Wärmegefälle sowie ein Teil seiner
Wärme :n der Lösung gespeichert. Der Lösu
2gsstr om durch die Ladestufen
wird durzh Vorrichtung 38 so geregelt, daß gerade der jeweils überschüssige Frischdampf
verbraucht wird. Wenn der erzeugte Frischdampfstro:m schwächer ist als der Belastung
entspricht, sinkt der Druck in Leitung 2 ein wenig. Dadurch wird Vorrichtung 37
beeinflußt und fördert heiße konzentrierte Lösung aus dem Behälter 35 durch die
Entladestufen 39 bis 41 nach dem Behälter 36. Da die Anzapfstelle der Turbine 61
durch Leitung 64 dauernd mit der Lösung in der letzten Entladestufe 41 und der Verdampfer
43 der ersten Enladestufe 39 dauernd mit der Frischdampfleitung 2 in Verbindung
steht und außerdem die Entladestufen in Reihe geschaltet sind, stellen sich in ihnen
ganz bestimmte Wärmegrade und Verdünnungen der Lösung ein. Sobald den Entladestufen
heiße konzentrierte Lösung zugeführt wird, kann durch Leitung 6-. Anzapfdampf zuströtnen,
und durch Leitung 65 strömt eine vergrößerte Dampfmenge vom Frischdampfdruck nach
der Frischdampfleitung 2. Zweckmäßig wird dieser Dampf, da er gesättigt ist, zusammen
mit dem erzeugten Frischdampf durch die Überhitzer der Dampferzeuger i geleitet.
Der Lösungsstrom durch die Entladestufen wird durch Vorrichtung 37 so geregelt,
daß durch den durch Leitung 65 zuströmenden Dampf jeweils die _ Fehlbeträge an erzeugtem
Dampf gedeckt werden. Zweckmäßig wird zwischen den einzelnen Entladestufen das den
Verdampfern zugeführte Speisewasser voTgewärmt und zwischen den einzelnen Ladestufen
die in dem aus den Heizkörpern abfließenden Kondensat enthaltene Wärme aufgenommen,
wie schon beschrieben wurde. Auch bei dieser Anlage ist die Abhängigkeit des aufgenommenen
oder abgegebenen Wärmegefälles vom Ladezustand der Speicheranlage völlig beseitigt.
Die Speicherfähigkeit des Speicherstoffes kann daher in weitesten Grenzen ausgenutzt
werden. Trotzdem sind während der Ladung und Entladung stets gleichbleibende günstigste
Wärmegefälle vorhanden, so daß normale und billige Kraftmaschinen verwendet werden
können.
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Die angeführten Beispiele beziehen sich auf solche Fälle, in denen
die gespeicherte Wärmeenergie bei der Wiederabgabe in mechanische Energie umgeformt
wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch mit Vorteil in solchen Fällen angewandt
werden, wo die gespeicherte Wärmeenergie nach der Wiederabgabe als Wärme für Heiz-
oder ähnliche Zwecke Verwendung findet. Auch in diesen Fällen werden durch die Erfindung
infolge der Unabhängigkeit der Wärmegrade :-zw. des Wärmegrades der abgegebenen
Wärme vom Ladezustand der Speicheranlage (bei Anwendung von Entladestufen nach Abb.
i bzw. nach Abb. 5) entsprechende Vorteile erzielt, wie eingangs beschrieben.