AT139720B - Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung mittels Wärmepumpe, Wärmekraftmaschine und wassergefüllten Unter- sowie Oberspeichern. - Google Patents

Description

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  Thermodynamisches Verfahren zur   Energieaufspeieherung mittels Wärmepumpe, Wärmekraft.   maschine und wassergefüllten   Unterp sowie Oberspeichern.   



   Die Erfindung betrifft ein thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung mittels   Wärmepumpe, Wärmekraftmaschine   und wassergefüllten   Unter-sowie Oberspeichern.   Bei Anlagen zur Ausführung dieses Verfahrens zwingen wirtschaftliche Erwägungen dazu, die Differenzen zwischen den Temperaturen des geladenen und entladenen Zustandes der wassergefüllten Speicher gross zu machen, um bei wirtschaftlich tragbaren Anlagekosten zu bleiben.

   Dies hat zur Folge, dass das für die Wärmepumpe und die Wärmekraftmaschine in Betracht kommende Gefälle im Verlauf der Ladung und Entladung starken Veränderungen unterworfen ist, woraus wiederum folgt, dass einerseits zur Erhaltung gleichbleibender Leistung stark schwankende Dampfmenge und Volumina notwendig sind, was für die Bemessung der Maschine ungünstig ist, und dass anderseits der Wirkungsgrad des ganzen Verfahrens ungünstig ausfällt. 



   Zweck vorliegender Erfindung ist nun ein Verfahren zu schaffen, bei dem obige Nachteile nicht auftreten. Es wird dies dadurch erreicht, dass durch Bemessung bzw. Beeinflussung von Menge und/oder Temperatur der zur Durchführung dieses Verfahrens erforderlichen Wassermenge (Speicher- bzw. Kühlwasser) erstens eine Überhitzung des aus der Wärmepumpe austretenden Dampfes herbeigeführt und geregelt wird, wobei die so erzeugte   Überhitzungswärme   getrennt gespeichert wird.

   Zweitens wird die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe geregelt und weiterhin durch Zuführung und Regelung von Kühlwasser die Verlustwärme, d. h. diejenige Wärme, die sich bei Durchführung des Verfahrens aus den   unver-   meidlichen Energieverlusten (Reibungsverluste, Entropiezunahme u.   dgl.)   ergibt, an einem Punkt entzogen, dessen Temperatur tiefer liegt als die höchste Unterspeichertemperatur. Zur Beeinflussung der Leistung können zusätzlich die   Anschlüsse   an Wärmepumpe und   Wärmekraftmaschine   verschoben und der Dampf gedrosselt werden. 



   Durch die angeführte Bemessung bzw. Beeinflussung von Menge und/oder Temperatur der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Wassermengen wird die Möglichkeit geschaffen, Leistungsaufnahme und-abgabe der ganzen Anlage in weiten Grenzen praktisch verlustlos zu regeln und den Gesamtwirkungsgrad des durchzuführenden Verfahrens zu verbessern. 



   Auf den beiliegenden Zeichnungen sind verschiedene Anlagen zur Ausführung des neuen Verfahrens schematisch dargestellt, u. zw. zeigt :
Fig. 1 eine Anlage, bei der der   Unterspeicher   als Verdrängungs-und der Oberspeicher als   Gefälle-   speicher ausgebildet sind, während der Überhitzungsspeicher nach dem Verdrängungsprinzip arbeitet. 



  Fig. 2 und 3 zeigen in Diagrammen den Einfluss der Bemessung des   Unterspeieherinhaltes   auf das Ansaugegewicht, welches der Verdichter bei verschiedenen mittleren Ansaugetemperaturen bei mehrstufiger Ansaugung aufzunehmen imstande ist. Fig. 4,5 und 6 zeigen verschiedene Ausbildungen der Mittel, die zum Abführen der Verlustwärme dienen. 



   Bevor auf die Erläuterung des neuen Verfahrens eingegangen wird, sei hier festgelegt, dass unter einem nach dem Verdrängungsprinzip arbeitenden Speicher (Gleichdruckspeicher) ein solcher verstanden 

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 wird, bei dessen Ladung der von der vorhergehenden Entnahme her abgekühlte Inhalt am unteren Ende des Speichers entnommen und nach Durchtritt durch eine Wärmeaustauschvorrichtung, in welcher er sich erwärmt, bei gleichem Druck in denselben Speicher am oberen Ende zurückgeführt wird. (Zur Deckung der unvermeidlichen Strömungsverluste ist dabei an irgendeiner Stelle des Kreislaufes eine Umwälz-   einrichtung vorzusehen. ) Erfolgen hiebei die Entnahme und Rückführung des Wassers in der Weise,   dass an den   Ausstrom-bzw.

   Einstromstellen   des Speichers grössere Wirbelbildungen vermieden werden, so findet unter Vermeidung einer Durchmischung in gleichem Masse, wie unten die kalte Flüssigkeit entnommen wird, oben eine Füllung mit der erwärmten statt, wobei die Grenzschicht zwischen den zwei Speicherinhalten verschiedener Temperatur im Verlauf der Ladung von oben nach unten gedrängt wird. 



  Bei der Entladung des Speichers spielen sich die Vorgänge sinngemäss in umgekehrter Weise ab, so dass die Grenzschicht von unten nach oben gedrängt wird. Unter einem Gefällespeicher wird dagegen ein solcher verstanden, bei dem während der Ladung Druck und Temperatur stetig zunehmen, während sie bei der Entladung stetig abfallen. 



   Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anlage zur Ausführung des neuen Verfahrens ist die 
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 aus den in diesem Fall als Verdampfer arbeitenden Apparaten   Vl, V2   angesaugte und von ihm auf höheren Druck und höhere Temperatur gebrachte Dampf wird im Oberspeicher OS niedergeschlagen, nachdem er seine in dem Verdichter C bewirkte Uberhitzung in einem   Wärmeaustauscher   U'an den Inhalt eines   Überhitzungspe, iehers WS abgegeben   hat. Letzterer arbeitet nach dem Verdrängungsprinzip, wobei eine Pumpe   Pu'sum   Umwälzen seines Inhaltes dient. T bezeichnet eine als Dampfturbine ausgebildete Wärmekraftmaschine, in welcher der bei der Entladung des Oberspeichers OS diesem entnommene Dampf zur Energieerzeugung ausgenutzt wird, wobei dann die elektrische Maschine MG als Generator arbeitet.

   Die Turbine T ist mit mehreren Einlässen versehen, die mit abnehmendem Oberspeicherdruck zugeschaltet werden. Vor Eintritt in die Turbine T wird der aus dem Oberspeicher kommende Dampf im Wärmeaustauscher U'überhitzt, indem die während der Ladung im   Überhitzungsspeicher   US aufgespeicherte   Uberhitzungswärme   wieder zur Verwendung kommt. 



   Der Turbine T wird an zwei Stellen verschiedenen Druckes Dampf entnommen, der in die   Apparate V"V"gelangt.-Letztere   arbeiten während dieser Zeit als Kondensatoren, indem das von der Pumpe Pu umgewälzte, kalte Unterspeicherwasser den in diese Apparate eintretenden Dampf niederschlägt und sich dabei stufenweise wieder erwärmt. Ein geringer Teil des dem Oberspeicher OS entnom- . menen Dampfes wird in einem der Turbine T angehängten Teil a bis auf eine Temperatur entspannt, welche geringer ist als die der Kondensatoren   Vi, Ta,   d. h. tiefer liegt als die höchste Unterspeichertemperatur. Diese Entspannung wird durch einen weiteren Kondensator   J     ermöglicht,   dessen Kühlwasser in einem Kühlturm   KT   Wärme an die Umgebung abgibt. 



   Die Temperatur des aus dem Verdichter infolge absichtlich unvollständiger Kühlung überhitzt austretenden Dampfes und damit die Temperatur im   Uberhitzungsspeic1wr   werden durch Regelung der zur Einspritzung in den Verdichter verwendeten Kühlwassermenge so beeinflusst, dass für die Entladung des Oberspeichers ein für die   Wärmekraftmaschine   gewünschter Verlauf der Dampftemperatur erzielt wird. 
Dadurch, dass die dem Dampf im Verdichter erteilte Überhitzungswärme in einem besonderen Speicher unabhängig von der Verdampfungswärme aufgespeichert wird, lässt sich einmal erreichen, dass 
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 Gefälle der relative Unterschied dieser Gefälle zwischen Beginn und Ende der Lade-bzw. Entladeperiode verringert wird.

   Dies trägt zu der durch die Erfindung angestrebten Verbesserung der Dampfvolumenverhältnisse bei und führt damit zu günstigeren Abmessungen der Maschinen. Des weiteren wird gerade dadurch, dass im Verdichter Überhitzungswärme erzeugt und diese sodann getrennt gespeichert wird, der Wirkungsgrad des ganzen Verfahrens verbessert, weil erstens durch   Speieherung   bei höherer Temperatur die innerhalb des Verdichters in Verlustwärme umgewandelte Energie während der Entladeperiode des Oberspeichers mit grösserem Gefälle zur Verfügung steht und so mit besserem thermischem Wirkungsgrad in der Kraftmaschine wieder ausgenutzt werden kann, und weil zweitens durch Anwendung überhitzten Dampfes der   thermodynamisehe   Wirkungsgrad der Kraftmaschine in bekannter Weise erhöht wird. 



   Bei der in Fig. 1 gezeigten Anlage erfolgt die Aufspeicherung   der Überhitzungswärme in   dem Speicher   U'S mit Hilfe   einer hochsiedenden Flüssigkeit. Der   Wärmeaustauscher     W kann auch durch   in den   Überhitzungsspeicher   U'S eingehängte Rohrschlangen ersetzt werden, wobei dann dieser Speicher 

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 als Gefällespeieher arbeitet. In beiden Fällen sind die als   WärmeÜberträger   dienenden   Rohrschlangen   vom Dampf während der Lade-Entlade-Periode in entgegengesetztem Sinne zu durchströmen. 



   Bei Übergang auf sehr hohe Dampftemperaturen werden zweckmässig feste Körper zur Aufnahme der Überhitzungswärme, beispielsweise Metalle oder keramische Stoffe, verwendet werden. 



   In gewissen Fällen kann dem   Überhitzungsspeicher   neben der aus dem Verdichter   kommenden   
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 gewünschten Zeiten der Ladeperiode die Leistungsaufnahme der gesamten Anlage in gewissen Grenzen zu verändern. 



   Die beschriebene getrennte Aufspeicherung der im Verdichter erzeugten   Überhitzungswärme   lässt sich auch dann durchführen, wenn der   Oberspeieher   nicht als Gefällespeicher ausgebildet ist, sondern nach dem   Umwälzverfahren   arbeitet. 



   Es wurde bereits in der Einleitung erwähnt, dass bei Anlagen zur thermodynamischen Energieaufspeicherung wirtschaftliche Erwägungen dazu führen, die Differenz zwischen den Temperaturen des geladenen und entladenen Oberspeichers gross zu wählen, da dann die je Kubikmeterinhalt verfügbare 
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 weise bei der Anordnung nach der beschriebenen Fig. 1 der Fall ist, bedingt dies einen grossen   Druekunter-   schied zwischen geladenem und entladenem Zustand. Um für diesen Fall grössere Drosselverluste des Ladedampfes zu vermeiden, sollte sich der Druck des aus dem Verdichter austretenden Dampfes den Schwankungen des Oberspeicherdruckes   möglichst   anpassen.

   Um dieser Forderung zu genügen, muss der hiefür in Frage kommende vielstufige Verdichter mit mehreren   Auslässen   versehen sein, welche mit wachsendem Oberspeicherdruck so zur Verwendung kommen, dass der Druck des aus dem Verdichter austretenden Dampfes stets gerade um den unvermeidlichen Druckabfall in den Rohrleitungen grösser ist als der jeweilige Oberspeicherdruek. Der Verdichter arbeitet dann nacheinander, entsprechend dem wachsenden Gegendruck, auf verschiedenen Charakteristiken (im Druekvolumendiagramm betrachtet) ; die Drehzahl bleibt dabei unverändert, da der Verdichter in der Regel von einem   Drehstrommotor   angetrieben wird. 



   Da alle diese Charakteristiken infolge der vielstufigen Ausbildung des Verdichters sehr steil verlaufen, so ergeben sieh bei unveränderlichen   Ansaugezuständen   trotz grosser Schwankungen der Ober-   speicherdrücke   stets nur geringe Änderungen des angesaugten Volumens, so dass also die Leistungsaufnahme des Verdichters mit wachsendem Gegendruck stark zunimmt. Diese Erscheinung ist mit Rüeksieht auf die Belastungsverhältnisse des die Energie für den Antrieb des Verdichters liefernden Verteilungsnetzes   unerwünscht.   Um diesem Nachteil zu begegnen, wird gemäss vorliegender Erfindung die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe durch Bemessung bzw.

   Beeinflussung von Menge und/oder Temperatur des Unterspeicherwassers geregelt, ohne dass dabei der Wirkungsgrad der   Wärmepumpenein-     riehtung   eine Verschlechterung erfährt. Dabei können diese Massnahmen mit oder ohne der oben er-   wähnten   Verschiebung der Verdichteranschlüsse zur Anwendung kommen. 



   Es kann eine solche Regelung der Leistungsaufnahme der Wärmepumpe wirksam dadurch herbeigeführt werden, dass im Verlaufe der Ladeperiode des Oberspeichers mit wachsendem Gegendruck die Temperaturen der von der oder den   Verdichtereintrittsstufen     an gesaugten Dampfmengen herabgesetzt   werden. Hiedureh wird das spezifische Gewicht der angesaugten   Dampfströme,   deren Gesamtvolumen sieh, wie oben bereits erwähnt, nur wenig   ändert.   stark vermindert, was zur Folge hat, dass die vom Verdichter aufgenommene Leistung trotz des dadurch etwas   vergrösserten,   zu überwindenden   Druckgefälles   abnimmt. 



   Eine solche Absenkung der Temperaturen des angesaugten Dampfes kann beispielsweise dadurch erreicht werden. dass der Inhalt des Unterspeichers im Verlaufe der Ladeperiode mehrmals umgewälzt 
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  Während des Kraftmasehinenbetriebes kann der   Unterspeicherinhalt   unabhängig von der Betriebsweise beim Verdichtungsvorgang, ein-oder mehrmals umgewälzt werden. 



   Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass man dem ersten, d.   It.   wärmsten Verdampfer während der Ladeperiode aus dem Unterspeieher Wasser verschiedener Temperaturen zuführt. Unter Beibehaltung annähernd gleicher Abkühlung in den einzelnen Verdampferstufen wird hiedurch ebenfalls eine Absenkung der Dampftemperaturen bei Verdichtereintritt erzielt. Eine Entnahme von Wasser verschiedener Temperatur oben aus dem   Unterspeieher   wird ermöglicht, wenn dieser während des vorhergehenden Betriebes der Kraftmaschine so geladen wird, dass dessen Temperaturverteilung im geladenen Zustand beim Entladen den   gewünschten   Temperaturverlauf in den Verdampfern gewährleistet. 



   Bei der Ausbildung des   Unterspeichers   als   Verdrängungsspeicher   ist letzteres Verfahren ohne   Störung   des Verdrängungsprinzips nur durchführbar, wenn das oben zuströmende Wasser fortlaufend wärmer wird, so dass während der Entladung des Unterspeichers im umgekehrten Sinne oben ständig kälter werdendes Wasser ausfliesst. Es gibt jedoch Fälle, wo es erwünscht ist, die Leistungsaufnahme des Verdichters nach einer vorgeschriebenen Kurve einzustellen, beispielsweise derart, dass zu Anfang und Ende der Ladezeit die Leistung kleiner bleibt als während der dazwischenliegenden Zeiten.

   Um die 

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 für diesen Zweck erforderlichen verschiedenen Temperaturen des im geladenen Unterspeicher enthaltenen Wassers aufrecht erhalten zu können, ohne dass in letzterem eine Durchmischung der verschiedenen Zonen eintritt, empfiehlt sich eine Aufteilung in mehrere getrennte Abteilungen, deren Inhalt dann während des Lade-und Entladevorganges in beliebiger Reihenfolge Verwendung findet. Man kann in entsprechender 
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Verwendung kältesten Wassers das höchste Vakuum und zu Zeiten kleinen Kraftbedarfes durch Ver- wendung wärmeren Wassers geringeres Vakuum gewählt wird. Gegebenenfalls kann das höchste Vakuum für das Ende der Entladeperiode vorbehalten werden, falls zu diesem Zeitpunkte trotz des abgesunkenen
Oberspeicherdruckes noch eine grosse Leistungsabgabe verlangt wird.

   Zweckmässig kann jede solche
Abteilung nach dem Verdrängungsprinzip, sei es mit, sei es ohne Verwendung von Trennungswänden zwischen warmem und kaltem Wasser betrieben werden. 



   Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Anordnung eines Unterspeichers mit Einzelabteilungen in einer mehr flachen Form mit beweglichen Zwischenwänden. Diese Art von Unterspeicher kann unter die Maschinen und Oberspeicheranlage in deren Fundamente hineingelegt werden, wodurch erhebliche
Ersparnisse an Grundfläche entstehen. Ferner wird dadurch auch die Umwälzarbeit für das Unter- speicherwasser vermindert, da sowohl in den Kondensatoren als in den Verdampfern Vakuum besteht und das Unterspeicherwasser sich unterhalb dieser Apparate befindet. Die bei höherer Lage des Unter- speichers unvermeidlichen Arbeitsverluste werden hiedurch eingeschränkt. 



   Die beschriebenen Verfahren zur Beeinflussung der vom Verdichter aufgenommenen Leistungen bedingen, dass der Unterspeicher schon während des Kraftmaschinenbetriebes in ganz bestimmter Weise, d. h. entsprechend der bei der darauffolgenden Ladung des   Oberspeichers   zu erwartenden Belastungen des Verdichters geladen wird. In Fällen, in denen während des Wärmepumpenbetriebes eine Leistung- regulierung entgegen der erwarteten erwünscht erscheint, kann wiederum eine Beeinflussung von Menge   und/oder   Temperatur des Unterspeicherwassers zum Ziele   führen.   



   Es kann dies z. B. durch Drosseln der den Verdampfern zufliessenden Unterspeieherwassermenge geschehen, so dass der Grad der Abkühlung in den Verdampfern sich verändert und damit die Leistung- aufnahme des Verdichters in gewissen Grenzen geregelt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Temperatur des dem ersten Verdampfer zufliessenden Wassers, unabhängig von der Temperatur des Unterspeichers, beeinflusst wird, was beispielsweise dadurch geschehen kann, dass das aus dem letzten
Verdampfer austretende, abgekühlte Wasser zum Teil wieder dem dem ersten zulaufenden Wasser bei- gemischt wird. In ähnlicher Weise kann auch eine Erwärmung des in den ersten Verdampfer eintretenden
Wassers durch Beimischung von warmem Wasser erreicht werden, das den Oberspeichern oder einer fremden Quelle entnommen wird. 



   Bei einigen der angeführten   Regelungsmöglichkeiten   wurde in der Beschreibung eine Beeinflussung zunächst nur der Temperatur des in den ersten der in Reihe geschalteten Verdampfer eintretenden Wassers vorgesehen. Da hiemit jedoch die einzelnen Temperaturen der aus den Verdampfern angesaugten Teil- ströme noch nicht eindeutig festgelegt sind, muss auch die Menge des zugeführten   1 ! nterspeicherwassers   reguliert werden.

   Leitet man hiezu den Impuls beispielsweise von der Temperatur des den letzten Ver- dampfer verlassenden Wassers ab, so erweist es sieh als zweckmässig, diese Temperatur nicht so zu regeln, dass stets eine gleichbleibende Abkühlung des Unterspeicherwassers in den Verdampfern erfolgt, sondern, mit   Rücksicht   auf den Verdichter, dermassen, dass dessen Räder möglichst mit bestem Wirkungsgrad arbeiten. In diesem Zusammenhange ist nämlich folgendes in Betracht zu ziehen :
Da die von einem Rad je Kilogramm Fördergewicht geleistete Arbeit für den gleichen Punkt der   Druekvolumenkurve   bei unveränderlicher Drehzahl stets dieselbe bleibt, ergibt sieh, bei den Eigen- schaften des Wasserdampfes, dass die von einem Rad bewirkte Temperaturerhöhung des Sattdampfes bei geringeren Ansaugetemperaturen kleiner ist als bei höheren.

   Zu dieser Erscheinung kommt hinzu. dass bei gleichmässigem Absenken der Dampftemperatur in allen Ansaugestufen des Verdichters das spezifische Volumen in den unteren Ansaugestufen stärker zunimmt als in den oberen, was gemäss der fallenden Kennlinie der im allgemeinen zur Verwendung kommenden   Kreiselräder   eine weitere Verrin-   gering   der Förderhöhe, d. h. der Sattdampftemperaturen zur Folge hat. Die Temperaturdifferenz zwischen
Ein-und Austritt einer Radgruppe ist jedoch zwangsläufig gleich der Differenz der Temperaturen der mit Ein-und Austritt dieser Gruppe verbundenen Verdampfer.

   Indem nun für den Fall, dass der erste
Verdampfer kälteres Wasser bekommt, auch die gesamte Abkühlung des Unterspeieherwassers in den
Verdampfern durch Regeln der Austrittstemperatur aus dem letzten derselben geringer gehalten wird, ergibt sich dadurch auch eine Herabsetzung der Temperaturdifferenzen zwischen Ein-und Austritt der einzelnen Radgruppen. Dadurch wird es möglich, deren Räder während des ganzen Verlaufes des
Ladevorganges unabhängig von der Temperatur des den Verdampfern zufliessenden Wassers in der Nähe des Optimalpunktes der Arbeitskurve zu betreiben und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmepumpe sowie desjenigen des ganzen Verfahrens herbeizuführen. 



  Eine Regelung der Temperatur des aus dem letzten Verdampfer austretenden Wassers lässt sich automatisch durch Verwendung einer an sich bekannten Regelvorriehtung dadurch erreichen, dass deren
Verlauf, ähnlich wie der des aus dem Unterspeicher austretenden Wassers, im voraus festgelegt wird und 

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 und dass dabei die Volumenverringerung infolge der Kompression grösser wird als die   Gewichtszunahme   infolge der stufenweisen Aufnahme der Teilströme. Die   Sehluckfähigkeit   wird daher bei grossen Temperaturspannen im wesentlichen von den unteren Stufen bestimmt, die den Dampf niedrigsten Druckes zu fördern haben.

   Die Maxima sind in jenem Bereich gelegen, bei welchem die Volumenabnahme der Gewichtszunahme durch Hinzukommen der   Teilströme ungefähr   gleich ist. 



   Im übrigen zeigen die Kurven bei zweistufiger Ansaugung ein ausgesprochenes Maximum in der Nähe von 30 , bei vierstufiger Ansaugung ein solches in der Nähe von   400   ; für ein fünfstufiges Ansaugen würde man auf noch höhere Maximalwerte kommen. 



   Wird die gesamte Temperaturdifferenz nicht gleichmässig auf die Verdampferstufen verteilt, so lässt sich unter Umständen noch eine   Erhöhung   des angesaugten Gesamtdampfgewichtes bis zu etwa   lÏ v   erreichen, wie sich rechnerisch nachweisen lässt. Doch wird hiedurch der Charakter der Kurven nach den Fig. 2 und 3 nicht geändert. 



   Da der Kompressorpreis einen erheblichen Teil des Gesamtpreises einer Speicheranlage ausmacht so ist es demnach unter Berücksichtigung der Gestehungskosten wirtschaftlicher, den Unterspeicherinhalt so zu bemessen, dass die Temperaturdifferenzen zwischen geladenem und entladenem Zustand   grosser   als   200 bleiben.   



   Wie bereits erwähnt, wird bei der   Durchführung   der beschriebenen Verfahren durch Reibung und andere Ursachen Energie in Wärme umgewandelt, die in dieser   Beschreibung #Verlustwärme" genannt   wird. Würde nun diese Verlustwärme innerhalb des Verfahrens verbleiben, so wäre eine wiederholte Durchführung desselben nicht möglich, und es muss deshalb für eine Entfernung gesorgt werden. 



   Dies kann in der Weise erfolgen, dass man einen Teil des Dampfes auf die Temperatur der   Umgebung.   welche unterhalb des Temperaturniveaus des Unterspeichers liegt, expandieren lässt und durch Niederschlagen dieses Dampfes eine der Verlustwärme entsprechende   Wärmemenge abführt.   Es lässt sieh diese   Massnahme auch   zur Regelung der Entladeleistung heranziehen, indem man den zugehörigen Turbinenteil   (6   (vgl. Fig. 1) nur zur Zeit geringeren Wärmegefälles einschaltet. Dieses Zuschalten zur Abfuhr der Verlustwärme kann gleichzeitig dazu dienen, die Spitzenleistung zu vergrössern, was die ganze Turbine kleiner zu bemessen gestattet.

   Die Abschaltung des Teiles a kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass die   Kuhlwasserzufuhr   zu dem besonderen Kondensator K abgesperrt wird. 



   Anstatt die Verlustwärme in einem besonderen Kondensator zu entziehen, kann sie auch an irgendeiner Stelle des Kreislaufes des Unterspeicherwassers abgeführt werden, wie das in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. In diesen beiden Figuren ist der Einfachheit halber der Überhitzungsspeicher fortgelassen ; für das Ausdampfen und Niederschlagen des Arbeitsdampfes sind getrennte Apparate V, C vorgesehen. Die Herausnahme der   Verlustwärme   erfolgt in einem   Wärmeaustauscher     lf. A,   u. zw. bei der Anordnung nach Fig. 4 während des Kraftmaschinenbetriebes, bei der Anordnung nach Fig. 5 während der Arbeitsperiode des Verdichters.

   Auch bei diesen beiden Verfahren wird die Verlustwärme aus dem Prozess an einem Punkt entzogen, dessen Temperatur tiefer liegt als die höchste Unterspeichertemperatur. und so das in der Kraftmaschine ausnutzbare   Wärmegefälle   vergrössert. 



   Statt die Verlustwärme mittels des   Wärmeaustausches     Ifi dem Unterspeicherwasser   zu entziehen, kann die Abfuhr auch durch direktes Leiten des Unterspeicherwassers über einen Kühlturm erfolgen. 



   Um ein Gleichgewicht zwischen entstehender Verlustwärme und abgeführter Wärme zu erreichen, 
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   Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der die Verlustwärme ebenfalls wie bei Fig. 1 in einem besonderen Kondensator   OI   entzogen wird und bei der unter Weglassung des   Überhitzungsspeichers   zum Ausdampfen und Niederschlagen des Arbeitsdampfes wiederum getrennte Gruppen von Apparaten r, C gezeigt sind. 



   Bei den Anlagen zur Durchführung der beschriebenen Verfahren, welche die   Leistungsaufnahme   und-abgabe der ganzen Anlage in weiten Grenzen praktisch verlustlos zu regeln und den   Gesamtwir1. "1mgs-   grad des   durchzuführenden   Verfahrens zu verbessern gestatten, können die Oberspeicher auch als Gleichdruckspeicher ausgebildet sein. In einem solchen Fall wird ihr Inhalt zum Entladen und Laden durch ein oder mehrere in Reihe geschaltete Verdampfer bzw. Kondensatoren umgewälzt. 

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Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeichenmg mittels Wärmepumpe, Wärmekraft- maschine und wassergefülltem Unter-sowie Oberspeichern, dadurch gekennzeichnet, dass durch Bemessung bzw. Beeinflussung von Menge und/oder Temperatur der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Wassermengen (Speicher-bzw.

   Kühlwasser) eine Überhitzung des aus der Wärmepumpe austretenden Dampfesherbeigeführt und geregelt wird, wobei die Überhitzungswärme getrennt gespeichert wird, ferner die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe geregelt und weiterhin durch Zuführung und Regelung von Kühlwasser Verlustwärme aus dem Verfahren an einem Punkte, dessen Temperatur tiefer als die höchste Unterspeichertemperatur liegt, entzogen wird, wobei noch zusätzlich die Anschlüsse an Wärmepumpe und Wärmekraftmaschine verschoben und der Dampf gedrosselt werden können. <Desc/Clms Page number 7>

   2. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach Patentansprch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im als Wärmepumpe arbeitenden Verdichter bei unvollständiger Kühlung desselben entstehende und unabhängig von der Verdampfungswärme aufgespeicherte Überhitzungswärme beim Entladen dazu dient, den der Kraftmaschine (Turbine) zugeführten Dampf zu überhitzen.

   3. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zur getrennten Aufspeicherung der Überhitzungswärme dienende, mit einer hochsiedenden Flüssigkeit gefüllte Speicher als Verdrängungsspeicher betrieben wird, wobei die Flüssigkeit dieses Speichers während des Auflade-und Entladevorganges in entgegengesetztem Sinne durch eine Wärmeaustauschvorrichtung gefördert wird, in welcher die dem Speieherdampf zu entnehmende bzw. an den selben abzugebende Überhitzungswärme übertragen wird.

   4. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Aufspeicherung der Überhitzungswärme dienende und mit einer hochsiedenden Flüssigkeit gefüllte Speieher als Gefällespeicher betrieben wird, wobei der Dampf beim Laden und Entladen in entgegengesetztem Sinne durch in den Überhitzungsspeicher eingehängte Rohr. schlagen geleitet wird.

   5. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Dampfes am Austritt des Verdichters während der Ladung und damit auch die Temperaturen im Überhitzungsspeicher so geregelt wird, dass für die Ent. ladung des Oberspeiehers ein für die Wärmekraftmaschine gewünschter Temperaturverlauf erzielt wird.

   6. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Überhitzungsspeicher neben der aus dem Verdichter kommenden Überhitzungswärme noch durch direkte Beheizung Wärme zugeführt wird, wobei durch diese Zusatzheizung die gesamte in der Anlage aufgenommene Leistung reguliert werden kann.

   7. Thermodynamisehes Verfahren zur Energieaufspeicherung nach Patentanspruch 1, bei welchem der Unterspeicher als Gleichdruckspeicher durch Umwälzen nach dem Verdrängungsprinzip geladen und entladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt des Unterspeichers beim Aufladen mehrmals umgewälzt wird, während beim Entladen ein ein-oder mehrmaliges Umwälzen stattfindet.

   8. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach Patentanspruch 1, bei welchem der Unterspeicher als Gleiehdruckspeieher durch Umwälzen nach dem Verdrängungsprinzip geladen und entladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen des dem Unterspeicher während des Ladevorganges des Oberspeichers entnommenen Wassers sich in vorgeschriebener Weise ändern und ein Zuschalten von Stufen am Druckende des Verdichters erfolgt, um dem zunehmenden Druckgefälle Rechnung zu tragen.

   9. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach den Patentansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeschriebene Temperaturverlauf des Unterspeicherwassers dadurch erreicht wird, dass eine Regelung der Unterspeicherumlaufwassermenge während der Betriebsperiode der Kraftmaschine vorgenommen wird.

   10. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach den Patentansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe beeinflusst wird, indem der Eintritts-bzw. Austrittstemperatur des Unterspeieherwassers in die zur Wärmepumpe gehörigen Verdampfer ein derartig voneinander unabhängiger Verlauf vorgeschrieben und mit den Abmessungen des Verdichters in Beziehung gebracht wird, dass beim gewünschten Leistungsverlauf die unvermeidliche Verschiebung des Arbeitspunktes der einzelnen Verdichterräder vom optimalen Punkt der Arbeitskurve im Druckvolumendiagramm während des ganzen Verlaufes des Ladevorganges möglichst klein wird.

   11. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach den Patentansprüchen 1, 8,9 und 10, bei dem ein vorgeschriebener Temperaturverlauf sowohl beim Eintritt wie beim Austritt des Unterspeicherwassers in den Verdampfer selbsttätig herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine an sich bekannte Temperaturregelvorrichtung zur Verwendung kommt, deren Impuls vom Wasserstand des Unterspeichers oder vom Druck des Oberspeichers hergeleitet wird.

   12. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeieherung nach den Patentansprüchen 1, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Temperaturen des nach dem Verdrängungsprinzip arbeitenden Unterspeichers während der Entladung im umgekehrten Sinne als während der Ladung ändern.

   13. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeieherung nach den Patentansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterspeicher in mehrere Abteilungen unterteilt wird, deren Inhalt in beliebiger Reihenfolge während des Lade-und Entladevorganges Verwendung finden kann.

   14. Thermodynamisehes Verfahren zur Energieaufspeicherung nach den Patentansprüchen 1, 8 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ünterspeieher in das Fundament der Maschinen-und Oberspeieheranlage hineinverlegt, entsprechend unterteilt und umschaltbar gemacht wird.

   15. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Beeinflussung der Umlaufwassermenge des nach dem Umwälzungsprinzip arbeitenden Unterspeichers der Grad der Abkühlung in Verdampfern, aus denen der Verdichter ansaugt, verändert und damit die Leistungsaufnahme des Verdichters geregelt wird. <Desc/Clms Page number 8>

   16. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach Patentanspruch. 1, bei dem der Leistungsverlauf des Verdichters beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Verdampfern austretende kalte Wasser dem diesen zulaufenden warmen Wasser teilweise zugemischt wird und hiedureh das gesamte Ansaugeniveau des Verdichters gesenkt und seine Leistungsaufnahme vermindert wird.

   17. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nachPatentanspruch 1, bei dem der Leistungsverlauf des Verdichters beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem in Verdampfer eintretenden Wasser wärmeres Wasser, welches aus dem Prozess oder ausserhalb desselben herstammen kann, beigemischt wird.

   18. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach Patentanspruch 1, wobei als Unterspeicher ein als Gleichdruckspeicher ausgebildeter Speicher zur Verwendung kommt, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt desselben so bemessen wird, dass die Differenz der Wassertemperaturen zwischen geladenem und entladenem Zustand grösser als 200 C wird.

   19. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entziehung der Verlustwärme so geschieht, dass ein Teil der zur Verfügung stehenden Dampfmenge in der Kraftmaschine bis unterhalb des Temperaturniveau des Unterspeichers entspannt wird und die beim Niederschlagen dieses Dampfes frei werdende Wärme einer fremden Kühlwassermenge zugeführt wird.

   20. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach den Patentansprüchen l und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Entspannung in einem an die Kraftmaschine angehängten und an einen besonderen Kondensator angeschlossenen Teil erfolgt, wobei letzterer nach Bedarf in oder ausser Betrieb gesetzt werden kann.

   21. Thermodynamisches Verfahren zur Energieaufspeicherung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entziehung der Verlustwärme an irgendeiner Stelle des Unterspeicherwasserkreislaufes während dessen Ladung oder Entladung erfolgt, indem das Unterspeicherwasser selbst in geregelter Weise über einen Kühlturm geleitet oder ihm vermittels Oberflächenw rmeatlstausches durch eine fremde Kühlwassermenge Wärme entzogen wird, EMI8.1