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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Speicherenergiezufuhr für eine Wärmekraftmaschine und/oder zur Stromerzeugung in einem elektrischen Generator in einer Wärmekraftanlage nach Zwi- schenspeicherung von elektrischer Überschussenergie während bedarfsarmer Zeitbereiche durch elektri- sche Aufheizung eines nach aussen thermisch isolierten Wärmespeichersystems, welches aus einer elektrisch beheizten zur Energiespeicherung dienenden keramischen Primäreinrichtung und aus einer zum Wärmeaustausch dienenden Sekundäreinrichtung besteht.
In der DE-AS 2510226 wird vorgeschlagen, elektrische Energie zur Elektrolyse von Meerwasser zu verwenden und in chemische Energie überzuführen. Dabei wird nebenbei Sauerstoff gewonnen.
Der erzeugte Wasserstoff kann in Gasometern gespeichert und in herkömmlichen Wärmekraftanlagen als Brennstoff zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden. Auf diese Weise lassen sich grosse Energiemengen speichern.
In der US-PS Nr. 4, 124, 805 wird vorgeschlagen, elektrische Überschussenergie zur Erzeugung von Druckluft zu verwenden und diese in abgeschlossenen Hohlräumen der Erdkruste zu speichern.
Die Druckluft kann hernach in Expansionsantriebsmaschinen entspannt und zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden. Bei Vorhandensein von genügend grossen Kavernen, even- tuell in aufgelassenen Bergwerken, können grosse Energiemengen gespeichert werden und bei Vor- handensein von genügender Erdwärme praktisch verlustlos in elektrische Energie rückverwandelt werden.
In der DE-OS 2808917 wird vorgeschlagen, elektrische Überschussenergie in Wärmeenergie umzu- wandeln und als solche zu speichern. Die im Magma gespeicherte Wärme wird an Dampf direkt abgegeben und in einer Dampfkraftanlage in elektrische Energie rückverwandelt. Es wird nicht beschrieben wie die im Magma befindlichen Kanäle dampfdicht miteinander verbunden werden. Es bleibt auch die Frage unbeantwortet, wie das keramische Magma den Innendruck aufnehmen soll.
Werden anderseits Stahlrohre ins Magma eingebettet, können diese nur nach Zerstörung des Magmas ausgewechselt werden. Die Erfindung verwendet vorwiegend Dampf als fluidistischen Energieträger.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Überschuss an elektrischer Energie in Akkumulatorenbatterien zu speichern. Dieser Weg ist aber nur beschreitbar, wenn die zu speichernde Energiemenge eine gewisse Grösse nicht überschreiten.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Wasser eines Ruth'sehen Wärmespeichers durch elektrische Überschussenergie aufzuheizen und den erzeugten Dampf zum Betrieb einer Speicherturbine zu benutzen, die einen elektrischen Generator antreibend, die elektrische Energie rückgewinnt.
Auch in diesem Fall sind die zu speichernden Energiemengen sehr begrenzt.
Die Erfindung dient der Lösung des Problems, des sich bei Ausnutzung der Sonnenenergie immer wieder stellt, nämlich das der Speicherung der Energie für sonnenarme Tage und die Nacht.
Aber auch ganz allgemein gibt die Speicherung elektrischer Energie in grösseren Mengen Probleme auf.
Die Anordnung eingangs erwähnter Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das aus Luft oder einem inerten Gas bestehende Primärmedium sich durch Kanäle der durch die Heizspiralen aufgeheizten keramischen Primäreinrichtung aufwärmt und die aufgenommene Primärwärme an ein durch eine im Wärmespeicher angeordnete Rohrschlange oder Rohre, welche an einen Heizrohrkessel angeschlossen sind, strömendes Sekundärmedium, welches aus Dampf, Luft oder inertem Gas besteht, abgibt,
wobei bei einer in Öffnungsstellung befindlichen Stellklappe zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des Primärmediums ein fremdangetriebener Verstellpropeller benutzt wird und die an das Sekundärmedium abgegebene Wärmeenergie in der Expansionsantriebsmaschine abgearbeitet und gegebenenfalls in dem an die Expansionsantriebsmaschine gekuppelten elektrischen Generator in elektrische Energie rückverwandelt wird und während der Aufheizperiode bei stillstehendem Verstellpropeller die in Schliessstellung gebrachte Stellklappe den natürlichen Primärmediumumlauf während des Aufheizens des Wärmespeichers unterbunden wird. Durch die erfindungsgemäss vorgesehenen Massnahmen wird der Vorteil erzielt, dass die Rohre während der Aufheizperiode nicht ausgeglüht werden können und anderseits ihre Auswechslung problemlos, ohne Zerstörung des Magmas, möglich ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass zu einer einstufigen Wärmeübertragung die von den Kanälen durchzogene keramische Primäreinrichtung durch Wärmeisolierung getrennt, in einem selbst nach aussen wärmeisolierten Druckkessel eingebaut ist.
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Da in der Aufheizphase des Speicherkerns die Rohrschlange-21-, bzw. die Rohre eines Heizrohrkessels von keinem Medium durchströmt werden, könnten sie zu hohe Temperatur annehmen.
Um dies zu verhindern, kann mit Hilfe der Stellklappen --22-- der natürliche Gasumlauf, der sich beim Aufheizen des Speichers einstellt, verhindert werden. Beim Entladen des Speichers wird es erforderlich sein, diesen natürlichen Gasumlauf mit Hilfe eines von einem Elektromotor angetriebenen Verstellpropellers --23-- zu unterstützen. Der Verstellpropeller gestattet es, die Geschwindigkeit des Heizgasumlaufs zu verändern und dadurch die Temperatur des dem Speicher entströmenden Dampfes bzw. Gases in gewünschtem Sinne zu beeinflussen. Mit --18-- ist die Wärmeisolierung des Speichers bezeichnet.
In den Fig. 3,4 und 5 wurde das zu erwärmende Medium durch Rohrschlangen-14 bzw.
21-- geleitet. Bei kleinen Anlagen, die als Betriebsmittel Luft oder ein inertes Gas verwenden, ist aber auch eine Anordnung gemäss Fig. 6 denkbar.
Der mit Kanälen --20-- versehene Speicherkern --19-- wird wärmeisoliert in einem Druckkessel - eingebaut. Die Isolierung --18-- schützt diesen vor Wärmeverlusten. Jetzt wird die Wärme vom Speicherkern unmittelbar an das zu erwärmende Medium abgegeben. Weil dieser Druckkessel aber nicht beliebig gross ausgeführt werden kann, sind die zu speichernden Energiemengen begrenzt.
Für einsam gelegene Behausungen, wie Schutzhütten, ist eine Anlage nach Fig. 5 empfehlenswert. Sonnenkollektor --1-- und Wärmespeicher --19-- sind nicht weit voneinander entfernt und durch Rohrleitungen, wie gezeichnet, miteinander verbunden. Gezeichnet wurde eine Anlage, die als Betriebsmittel Luft oder ein inertes Gas benutzt. Bei geöffnetem Ventil --28-- und geschlossenem Ventil --29-- strömt das Medium durch den Sonnenkollektor --1--, wird aufgeheizt und gibt seine Energie an die Expansionsantriebsmaschine --10-- ab. Diese treibt den Verdichter --9-- und den elektrischen Generator --6-- an.
Letzterer liefert Strom in das Hausnetz, lädt den Akkumulator - auf und beheizt den Wärmespeicher --19--. Wird Ventil --28- geschlossen und Ventil - geöffnet und der Wärmespeicher vom Hausnetz --7-- getrennt, dann wird die zum Betrieb erforderliche Wärme dem Speicher --19-- entnommen. Die Kapazität des Akkumulators --26-- ist nicht gross, er speichert nur die Energie, die zum Anwurf der Maschinenanlage erforderlich ist.
Er könnte auch durch einen herkömmlichen Verbrennungsmotor, der nur als Starthilfe dient, ersetzt werden.
In den Fig. l, 2,3, 4 und 5 wurden allgemeine Symbole für die Antriebsmaschine bzw., wo vorkommend, für den Verdichter verwendet. Für beide kommen sowohl Turbo- als Hubkolben- bzw.
Drehkolbenmaschinen in Frage.
Auf folgendes sei noch hingewiesen : In den Fig. 3,4 und 5 sind die Wärmespeicher im Ver- 1ältnis zu den Maschinensätzen um Zehnerpotenzen zu klein gezeichnet. Es sind eben nur Prinzipskizze. Bei den Speichern handelt es sich um sehr grosse, um nicht zu sagen um gewaltige Bauwerke. Sie sind so voluminös, dass sie aus Kostengründen nicht 100%ig aus Magnesitsteinen, die vegen des hohen spezifischen Gewichts, der hohen spezifischen Wärme, der guten Wärmeleit- und elektrischen Isolierfähigkeit usw. als besonders geeignet erscheinen, errichtet werden können.
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and, Lehmlafür kostet die Primärenergie, die Sonneneinstrahlung, nichts.
Ein weiteres Anwendungsgebiet von Anlagen nach Fig. 3 und 4 ergibt sich in unseren Breiten. leute fliesst in den grossen Flusskraftwerken zu Zeiten des Hochwassers noch viel Wasser ungenutzt (her die Wehre. Diese gegenwärtig noch verlorenen Wasserkräfte könnten über einfache und damit ) illige Propellerturbinen genutzt und die momentan nicht benötigte Energie zum Aufheizen der bechriebenen Wärmespeicher verwendet werden. Die Anlagen sind teuer, machen sich aber im Laufe ler Zeit bezahlt.
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Auch elektrische Energie aus Windkraftwerken kann mit derartigen Anlagen gespeichert wer- den.
Anlagen nach Fig. 3, 4 und 5 (letztere ohne Sonnenkollektor) können auch fahrbar gemacht werden. Zur Aufheizung des Wärmespeichers wird der Strom dem öffentlichen Netz entnommen. Nach
Trennung vom Netz kann die vom Generator --6- erzeugte Energie zur Speisung der Elektromotoren eines Fahrzeuges herangezogen werden. Man hat dann einen Wärmekraftmaschinen-elektrischen
Antrieb vor sich. Der elektrische Akkumulator der bis jetzt bekannten Elektrotriebfahrzeuge und
Elektromobile ist durch einen Wärmeakkumulator ersetzt worden, dessen Kapazität bei gleichem
Gewicht grösser als die Kapazität der heute verwendeten elektrischen Akkumulatoren ist.
Der Wir- kungsgrad dürfte derselbe sein. Generator --6-- könnte auch weggelassen und die mechanische
Energie über mechanische Getriebe unmittelbar auf die Antriebsräder eines Schienen- oder Strassen- fahrzeuges übertragen werden.
Die beschriebenen Anlagen sind unweltfreundlich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Speicherenergiezufuhr für eine Wärmekraftmaschine und/oder zur Stromerzeugung in einem elektrischen Generator in einer Wärmekraftanlage nach Zwischenspeicherung von elektrischer Überschussenergie während bedarfsarmer Zeitbereiche durch elektrische Aufheizung eines nach aussen thermisch isolierten Wärmespeichers und Wärmeaustauschersystems, welches aus einer elektrisch beheizten zur Energiespeicherung dienenden keramischen Primäreinstellung und aus einer zum Wärmeaustausch dienenden Sekundäreinrichtung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Luft oder einem inerten Gas bestehende Primärmedium sich durch Kanäle (20) der durch die Heizspiralen (13) aufgeheizten keramischen Primäreinrichtung (19) aufwärmt und die aufgenommene Primärwärme an ein durch eine im Wärmespeicher angeordnete Rohrschlange (21)
oder Rohre, welche an einen Heizrohrkessel angeschlossen sind, strömendes Sekundärmedium, welches aus Dampf, Luft oder inertem Gas besteht, abgibt, wobei bei einer in Öffnungsstellung befindlichen Stellklappe (22) zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des Primärmediums ein fremdangetriebener Verstellpropeller (23) benutzt wird und die an das Sekundärmedium abgegebene Wärmeenergie in der Expansionsantriebsmaschine (10) abgearbeitet und gegebenenfalls in dem an die Expansionsantriebsmaschine gekuppelten elektrischen Generator (6) in elektrische Energie rückverwandelt wird und während der Aufheizperiode bei stillstehendem Verstellpropeller (23) die in Schliessstellung gebrachte Stellklappe (20) den natürlichen Primärmediumumlauf während des Aufheizens des Wärmespeichers (19) unterbunden wird.