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Wärmespeicher.
Die Erfindung bezieht sich auf Wärmespeicher, bei denen stark absorbierende Flüssigkeiten, z. B. hochkonzentrierte Lösungen, zur Aufspeicherung der Wärme verwendet werden, deren Siedepunkt beträchtlich höher liegt als der der zur Ladung des Speichers dienenden Flüssigkeit.
Es sind solche Speicher bekannt, bei denen das Lademittel durch in der Speicherflüssigkeit liegende Rohrschlangen od. dgl. hindurchgeführt wird und durch diese der Speicherflüssigkeit die Wärme mitteilt.
Demgegenüber besteht die Erfindung in einem Wärmespeicher, bei dem die Ladung durch unmittelbare Einleitung des Lademittels in die Speicherflüssigkeit (Absorption) erfolgt, wobei die Entladung vorzugsweise durch Ausdampfen durch Druckverminderung bewirkt wird.
Es ist wohl schon vorgeschlagen worden, zur Nutzbarmachung der Wärme des abgehenden Maschinendampfes diesen durch Absorption in einem Natrondampfkessel Dampf erzeugen zu lassen, doch hatte dieser Vorschlag nichts mit der Wärmespeicherung, die den Gegenstand der Erfindung bildet, zu tun.
Die Vorteile des Wärmespeichers gemäss der Erfindung hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Anwendungsmöglichkeit usw. zeigen sich besonders bei einer Ausführungsform, bei der die Ladung gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten sowohl unmittelbar durch Einleitung des Lademittels in die Speicherflüssigkeit als auch mittelbar durch eine mit dem Speicher zusammenwirkende Wärmeaustauschvorrichtung, die bei der Entladung als Dampferzeuger od. dgl. dienen kann, erfolgt und die Entladung gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten sowohl durch Druckerniedrigung im Speicher als auch durch Wärmeentzug in der Austausehvonichtung vor sich geht.
Als Speicherflüssigkeit werden stark konzentrierte Lösungen verwendet, die einerseits bei erheblich höheren Temperaturen sieden, als dem Siedepunkt der Flüssigkeit (z. B. Wasser) entspricht, deren Dämpfe (Wasserdampf) behufs Speicherung der Verdampfungswärme niedergeschlagen werden sollen (was im folgenden kurz als Siedeverzug bezeichnet werden soll), und anderseits fähig sind, solche Dämpfe in erheblichem Masse zu absorbieren, d. h. zu schlucken und zu kondensieren. Solche Flüssigkeiten sind z. B. hochkonzentrierte Chlorkalziumlösungen od. dgl., die gegebenenfalls durch Kristallüberschuss oder Zufuhr von zu lösendem Stoff bei Verdünnung der Lösung infolge Mischens mit Dampf in der Konzentration erhalten werden, wie sie der Kristallisationsgrenzkurve entspricht.
Sie wirken infolge ihrer grossen Hygroskopizität, so dass Wasser-od. dgl. Dämpfe in erheblichem Masse aufgenommen werden können. Es könnten aber auch Polyalkohole od. dgl. als Speicherflüssigkeit verwendet werden.
Gemäss der Erfindung ist die Einrichtung so getroffen, dass der Speicher einerseits mit Dampf verschiedener Spannung führenden Leitungen zusammenwirkt, so dass er je nach dem Drucke, unter welchem er steht, mit höher oder niedriger gespanntem Dampf unmittelbar geladen werden kann, jedoch immer bei höherem Druck, als dem jeweiligen Speicherdruck entspricht, und anderseits mit einer Wärmeaustauschvorrichtung zusammenwirkt, dir durch Wärmeaustausch mit der Speicherflüssigkeit zu einer mittelbaren Ladung des Speichers führt, indem das durch die Wärmeaustauschvorrichtung strömende Mittel (Flüssigkeit oder Dampf) die Wärme an den Speicherinhalt überträgt. Hiebei ist immer höhere Temperatur nötig, als eben im Speicher herrscht.
Ein solcher Speicher kann auf verschiedene Weise entladen werden. Die Entladung kann durch ein durch Druckentlastung hervorgerufenes Ausdampfen der Speicherflüssigkeit auf Kosten der Flüssigkeitswärme bewirkt werden, das je nach dem in Speicher herrschenden Drucke nach einer Hochdruck-,
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Mitteldruck-oder Niederdruckleitung zu erfolgen kann, u. zw. so lange, als Dampfbildung eintritt, wobei diese Leitungen gegebenenfalls nacheinander in dem Masse, als der Speicherdruck fällt, an den Speicher angeschlossen werden können.
Ist durch Druckentlastung die Dampfbildung beendet, so kann der Speicher auf Kosten der Wärme des Siedeverzuges dadurch weiter entladen werden, dass die Wärmeaustauschvorrichtung als Dampfkessel betrieben wird, wobei diese Entladung gegebenenfalls auch gleichzeitig mit der Entladung durch Druckentlastung erfolgen kann. Die Speicherfähigkeit ist ungefähr doppelt so hoch wie die eines gewöhnlichen Speichers.
Die Entladung kann aber auch, insbesondere wenn im Speicher ein hoher Druck herrscht, zuerst zur Erzeugung hochgespannten Dampfes innerhalb der Wärmeaustauschvorrichtung dienen und nachher durch Ausdampfen zur Erzeugung niedriger gespannten Dampfes, usw. ; wobei für die Erzeugung von Dampf hocherhitzte Wasser in die Wärmeaustauschvorriehtung eingeführt oder eingespritzt werden kann. Der Dampf kann mit einer Hochspannung entnommen werden, die nahezu der erhöhten Siedepunktstemperatur des Speicherinhaltes entspricht.
Es kann also von zwei Quellen gleichzeitig geladen und nach zwei Stufen gleichzeitig entladen werden.
Unter Umständen kann auch höher gespannter Dampf abgegeben werden, als der vorhandenen Kesselanlage entspricht. In diesem Falle arbeitet der Speicher bei fallendem Druck ohne veränderten Flüssigkeitsspiegel. Er kann dann nur durch Erwärmen von aussen nachgeladen werden, wobei auch der Druck wiederhergestellt wird. Seine Speicherfähigkeit entspricht nahezu dem Gefälle des Siedeverzuges.
Im letzterwähnten Falle kann bei plötzlichem Kraftbedarf, für den man den Kessel nicht in Anspruch nehmen kann, der Speicher einerseits Dampf liefern, anderseits den gelieferten Dampf nach der Kraftabgabe sogleich wieder absorbieren und bei steigendem Flüssigkeitsspiegel speichern, wobei nicht die Flüssigkeitswärme sondern die Absorptionswärme (Kondensationswärme) den Kraftdampf liefert. Nach Erreichung des höchsten Spiegels muss jedoch der Vorgang wieder rückläufig gemacht und der Wasserspiegel unter Wärmezufuhr gesenkt werden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch veranschaulich.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform gemäss der Erfindung in Anlehnung an einen Ruths-Speicher.
1 ist der Speicher, der eine hochkonzentrierte Lösung, z. B. eine Chlorkalziumlösung, enthält, zweckmässig in einer solchen Konzentration, dass noch ein Kristallüberschuss 21 bzw. ein Überschuss an zu lösendem Stoff vorhanden ist. Derselbe kann auch ausserhalb des Raumes 1 getankt sein. Mit dem Speicher ist ein z. B. nach Art eines Röhrenkessels ausgebildeter Wärmeaustauschapparat 2 zusammengebaut, der einerseits an eine Speise-oder Einspritzpumpe 3 und anderseits an einen Dampfsammler 4 angeschlossen ist. Zur Ladung des Speichers dienen Dampf verschiedener Spannung führende Leitungen 5, 6, 7, aus welchen der Speicher je nach dem Drucke, welcher im Speicher herrscht, geladen werden kann. Die Leitung 5 ist z.
B. eine an eine Kesselanlage angeschlossene Hochdruckleitung, die Leitung 6 eine Mitteldruckleitung und die Leitung 7 eine Niederdruckleitung. Beim Laden durch diese Leitungen steigt der Druck im Speicher und infolge der Dampfkondensation auch der Flüssigkeitsspiegel in demselben. Erreicht der Speicher den Druck der Niederdruckleitung 7, so erfolgt die weitere Ladung des Speichers durch die Mitteldruckleitung 6 ; erreicht der Druck im Speicher auch den Druck in der Mitteldruckleitung 6, so erfolgt die Ladung durch die Hochdruckleitung 5.
Die Ladung des Speichers kann aber auch durch mittelbaren Wärmeaustausch mit Hilfe des Wärmeaustauschapparates 2 erfolgen, durch welchen warme Flüssigkeit (Speisewasser) oder Dampf von entsprechender Temperatur von irgendeiner der vorhandenen Quellen geleitet wird.
20 ist ein Flüssigkeitsstandanzeiger.
Die Verbindung der Leitungen 5, 6,7 mit dem Speicher ist einerseits unter Vermittlung der Speiseleitungen 8, 9, 10 hergestellt, in welchen Regelorgane 11, 12, 13 eingebaut sind, die automatisch, z. B. von einem Druckregler oder von Hand aus, betätigt werden können, und anderseits unter Ver-
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Verbindung der Dampfableitung aus dem Speicher mit den Ladeleitungen 5, 6,7 ist durch einen Verteiler 16 hergestellt, der automatisch wirkt oder von Hand aus betätigt wird und mittels der Verteilerleitungen 17, 18, 19 an die Ladeleitungen 5, 6,7 angeschlossen ist.
An den Verteiler 16 kann auch der Dampfsammler 4 des Wärmeaustauschapparates angeschlossen werden.
Die Wirkungsweise des Speichers ist folgende :
Das Laden des Speichers kann auf verschiedene Weise erfolgen, u. zw.
1. durch Erwärmen des Speicherinhaltes mittels des Wärmeaustauschapparates 2, durch welchen z. B. entweder hochgespannter Dampf geführt wird, wobei das sich bildende Kondensat in den Kessel rückgespeist wird, oder durch welchen Warmwasser oder auch überhitzter Dampf hindurchgeschickt wird ; hiebei herrscht höhere Temperatur in 2, als in 1 vorhanden ist ;
2. durch Einleiten von Dampf aus einer der Leitungen 5, 6,7, wobei jene Leitung benutzt wird, in welcher ein höherer Druck herrscht, als dem Speicher entspricht ;
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3. durch Heizung des Speichers von aussen, z. B. durch Abfallenergie (z. B. Nachtstrom).
Das Entladen kann auf verschiedene Weise erfolgen, u. zw. sind insbesondere folgende Wege möglich :
1. Ausdampfen der in der Speicherflüsa ; keit gelösten Dampfmenge, die ihre Verdampfungswärme an die Speicherflüssigkeit als Flüssigkeitswänne abgegeben hat. Hiebei wird leicht iiberhitzter Dampf vom Speicherdruck abgegeben.
2. Dampferzeugung oder Warmwassereizeugung im Wärmeaustauschappaiat 2 aus Wasser, das mittels der Speisepumpe. 3 in den Wärmeaustauschapparat 2 eingeführt wird.
3. Erzeugung von Hochdruckdampf im Wärmeaustauschappalat 2 aus Heisswasser von Hochdruckkesselspannung, das z. B. in den Apparat 2 eingespritzt wird.
Bei Heizung der Speicherfüllung 1, z. B. durch Nachtstrom, kommt diese zufolge des Siedeverzuges ohne die entsprechende hohe Drucksteigerung auf die dem Siedeverzug entsprechende höhere Temperatur und ist trotzdem in der Lage, im System2 Dampf von Hochspannung zu erzeugen, gegebenenfalls sogar von höherer Spannung, als in Leitung 5 herrscht.
Bei Entladung mittels Hoehdruekdampferzeugung im System 2 durch Verwertung der höchsten Temperatur des Speicherinhaltes 1 beim höehstgetriebenen Innendruck kann der erzeugte Dampf nach Entspannung in einer Kraftanlage, die z. B. zwischen 5 und 6 bzw. zwischen 6 und 7 gedacht sei, in die Speicherfüllung eingeleitet und dort absorbiert werden. Die so zugeführte Kondenswärme wird zur Weitererzeugung von Dampf im System 2 verfügbar, da ohne deren Abfuhr die Temperatur und der Druck im Speicherinhalt 1 steigen würden.
Die Speicherfähigkeit eines solchen Speichers ist erheblich grösser als die eines gewöhnlichen Speichers, sie entspricht nahezu dem ganzen Gefälle des Siedeverzuges.
Der Speicher ist der einzige, der ohne eine sogenannte Wärmepumpe, d. i. ein Dampfkompressor, der aus dem Speicher ansaugt und in die hochgespannte Leitung drückt, Dampf in das höchstgespannte Netz abgeben kann.
In Fig. 2 a und 2 b ist die Verbindung eines Absorptionsspeichers gemäss der Erfindung mit einem Grosswasserraumspeicher ganz schematisch dargestellt.
Der Speicherkessel ist mit einem Grosswasserraumkessel zusammengebaut, der in üblicher Weise auch. stossweise die Entnahme sehr grosser Dampfmengen ermöglicht und den wirksamen Speicherraum als Warmwasserspeicher vermehrt.
Durch einen Pumpenkreislauf, der sowohl die Absorption als auch die Wärmeabgabe an das Kühlsystem am Grosswasserraumspeicher begünstigt, werden die Wärmeaustausehwirkungen gesteigert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wärmespeicher mit einer Speicherfüllung aus einer stark absorbierenden Flüssigkeit, z. B. einer hochkonzentrierten Salzlösung (z. B. Chlorkalziumlösung od. dgl. ), deren Siedepunkt erheblich höher liegt als der des zur Ladung des Speichers dienenden Mittels, dadurch gekennzeichnet, dass das Lademittel bei Ladung des Speichers (1) unmittelbar in die Speicherflüssigkeit eingeleitet wird (Absorption) und bei Entladung durch Druckverminderung ausdampft.