-
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsstation, insbesondere für Pipelines.
-
Unbemannte Überwachungsstationen, welche technische Einrichtungen überwachen, werden beispielsweise für sich über große Distanzen erstreckende Pipelines, wie z. B. Erdgas-Pipelines, eingesetzt. Ziel ist es dabei, in vorbestimmten, räumlichen Abständen, z. B. alle 10 km, den Zustand der Pipelines mit jeweiligen Überwachungsstationen zu erfassen. Hierzu sind entsprechende Module in der Form von Sensormodulen und gegebenenfalls auch Kommunikationsmodulen in der Überwachungsstation installiert. Die Sensormodule erfassen dabei den Zustand der Pipeline und gegebenenfalls auch den Betriebszustand der in der Überwachungsstation verbauten Komponenten über entsprechende Messungen. Die Kommunikationsmodule dienen zum Weiterleiten der mit Sensormodulen erfassten Messungen an eine zentrale Leitstelle, welche bei Fehlfunktionen bzw. Unregelmäßigkeiten Gegenmaßnahmen einleiten kann. Die Überwachungsstationen benötigen dabei Energie für die Sensoren, Kommunikationsmodule usw., vorrangig in der Form von elektrischem Strom. Um einen zuverlässigen Betrieb von Überwachungsstationen zu gewährleisten, ist somit eine sichere Stromversorgung (z. B. 5 kW pro Station) ein wichtiges Kriterium.
-
Überwachungsstationen werden häufig in unbewohnten Gegenden und in rauen klimatischen Gebieten, wie z. B. in sehr kalten Regionen bzw. auch in sehr heißen Regionen (z. B. Wüstenregionen), aufgestellt. Bei dem Betrieb der Überwachungsstation ist deshalb sicherzustellen, dass die darin verbauten Komponenten auch unter rauen Bedingungen funktionstüchtig bleiben. Herkömmlicherweise werden in Überwachungsstationen kleine Gasmotoren (z. B. Gas oder Diesel) betrieben. Diese Motoren müssen zur Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs der Überwachungsstation redundant ausgeführt sein. Aufgrund der rauen klimatischen Gegebenheiten führt dies zu sehr kurzen Wartungsintervallen und eine entsprechend hohen Wartungsaufwand.
-
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Überwachungsstation, insbesondere für Pipelines, derart auszugestalten, dass ein zuverlässiger Betrieb der Überwachungsstation mit möglichst geringem Wartungsaufwand gewährleistet ist.
-
Diese Aufgabe wird durch die Überwachungsstation gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
-
Die erfindungsgemäße Überwachungsstation umfasst eine Anzahl von elektrisch betriebenen Modulen, bei denen es sich um ein oder mehrere Sensormodule zur Erfassung von Messwerten im Umfeld der Überwachungsstation sowie gegebenenfalls auch um ein oder mehrere Kommunikationsmodule handelt, mit denen die sensierte Daten über eine entsprechende Kommunikationsverbindung (z. B. über Funk oder auch drahtgebunden) an eine zentrale Stelle übermittelt werden. In der Überwachungsstation ist eine Mehrzahl von Energieversorgungskomponenten integriert, welche zum einen eine oder mehrere elektrische Energieversorgungskomponenten umfassen, die zum elektrischen Betrieb des oder der Module dienen, und zum anderen eine oder mehrere thermische Energieversorgungskomponenten zur Aufnahme und Abgabe von thermischer Energie. Die thermischen Energieversorgungskomponenten ermöglichen in geeigneter Weise die Speicherung bzw. den Übertrag von thermischer Energie, wodurch je nach Anwendungsfall eine Kühlung bzw. eine Erwärmung eines entsprechenden Mediums bewirkt werden kann.
-
Die erfindungsgemäße Überwachungsstation zeichnet sich dadurch aus, dass die einen oder mehreren elektrischen und thermischen Energieversorgungskomponenten im Betrieb der Überwachungsstation derart gesteuert werden, dass vorbestimmte Betriebsbedingungen der Überwachungsstation eingehalten werden. Das heißt, in der Überwachungsstation ist eine geeignete Steuerung vorgesehen, welche sicherstellt, dass unter Verwendung von elektrischen und von thermischen Energieversorgungskomponenten gleichmäßige Betriebsbedingungen gewährleistet werden.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die eine oder mehreren elektrischen Energieversorgungskomponenten derart steuerbar, dass der Anzahl von Modulen eine für deren Betrieb erforderliche elektrische Energiemenge in der Form von Strom bzw. Spannung bereitgestellt wird. Demgegenüber sind die eine oder mehreren thermischen Energieversorgungskomponenten vorzugsweise derart steuerbar, dass im Betrieb der Überwachungsstation ein vorbestimmter Betriebstemperaturbereich für die eine oder mehreren elektrischen Energieversorgungskomponenten und/oder das oder die Module aufrecht erhalten wird. Hierdurch wird in geeigneter Weise sichergestellt, dass der Betrieb der Überwachungsstation auch unter schwierigen klimatischen Bedingungen, insbesondere bei extrem hohen oder tiefen Temperaturen bzw. bei extremen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht, gewährleistet ist.
-
Um einen energieeffizienten und möglichst autarken Betrieb der Überwachungsstation zu gewährleisten, ist in einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform zumindest eine elektrische Energieversorgungskomponente derart ausgestaltet, dass sie zumindest teilweise aus einer regenerativen Energiequelle elektrische Energie erzeugt. Analog ist vorzugsweise zumindest eine thermische Energieversorgungskomponente derart ausgestaltet, dass sie zumindest teilweise mit einer regenerativen Energiequelle betrieben wird. Regenerative Energiequellen umfassen dabei insbesondere Wasserkraft, Windenergie, Sonnenstrahlen, Erdwärme und dergleichen. Je nach Ausstellort der Überwachungsstation stehen in der Regel im Umfeld der Station eine oder mehrere dieser regenerativen Energiequellen zur Verfügung, welche dann in geeigneter Weise zum autarken Betrieb der Überwachungsstation genutzt werden können.
-
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungsstation umfassen die eine oder die mehreren elektrischen Energieversorgungskomponenten eine oder mehrere der folgenden Komponenten, die aus einer bestimmten Energieart elektrischen Strom generieren:
eine Windturbine, eine Wasserturbine, ein Wasserrad, eine Gasturbine, einen elektrischen Energiespeicher (z. B. eine Batterie), eine Solar-Stirling-Anlage, einen Verbrennungsmotor (z. B. mit Gas oder Diesel betrieben), eine Organic-Rankine-Cycle-Turbine, einen thermoelektrischen Generator, eine Photovoltaikanlage. Bei der Solar-Stirling-Anlage handelt es sich im Wesentlichen um einen Stirling-Motor, der über eine Wärmezufuhr in der Form von Solarenergie mechanische, und hieraus elektrische Energie generiert. Dabei wird ein Parabolspiegel zur Fokussierung der Sonnenstrahlung verwendet, um hierdurch die zum Betrieb des Motors erforderliche Wärme zu generieren. Bei Organic-Rankine-Cycle-Turbinen handelt es sich um Turbinen, welche analog zu Dampfturbinen betrieben werden, jedoch anstatt Wasser ein organischen Medium verwenden.
-
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungsstation umfassen die eine oder mehreren thermischen Energieversorgungskomponenten eine oder mehrere der folgenden Komponenten:
eine Solarthermie-Anlage, einen thermischen Energiespeicher, insbesondere einen Latentwärmespeicher und/oder einen thermophysikalischen Wärmespeicher und/oder einen thermochemischen Wärmespeicher, einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Luft-Luft-Wärmeübertrager, eine Kältemaschine, insbesondere eine Absorptions- und/oder Adsorptionskältemaschine.
-
Bei der Verwendung von Wärmeübertragern bzw. thermischen Energiespeichern können in einer besonders bevorzugten Ausführungsform sog. PCM-Speicher zum Einsatz (PCM = Phase Change Material), welche ein Phasenwechselmaterial enthalten, das beim Übergang von einer Phase zur anderen Wärmeenergie aufnimmt. Insbesondere wird beim Übergang von der festen zur flüssigen Phase Wärmeenergie aufgenommen, welche anschließend über das Medium beim Erstarren des Phasenwechselmaterials wieder abgegeben werden kann. Je nach Einsatz der Überwachungsstation werden PCM-Materialien mit geeigneten Phasenwechseltemperaturen verwendet. Beispiele von PCM-Materialien sind Paraffine mit Phasenwechseltemperaturen zwischen 40°C und 70°C bzw. auch Wasser, welches eine Phasenwechseltemperatur von 0°C aufweist. Je höher die Temperaturen sind, in denen die Überwachungsstation aufgestellt wird, desto höher sollte die Phasenwechseltemperatur des PCM-Materials liegen. Insbesondere sollten Umgebungstemperaturen erreicht werden, welche höher als die Phasenwechseltemperatur liegen, um hierdurch den PCM-Speicher mit Wärmeenergie zu laden. Diese Wärmeenergie kann dann bei niedrigeren Temperaturen wieder abgegeben werden.
-
In einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Überwachungsstation ist zumindest eine thermische Energieversorgungskomponente, welche eine oder mehrere thermische Energiespeicher umfasst, zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Temperaturbereichs in einem Betriebsraum der Überwachungsstation in einem Zuluftbetrieb und einem Umluftbetrieb betreibbar. In dem Betriebsraum sind dabei eine oder mehrere Komponenten der Überwachungsstation untergebracht, für deren zuverlässigen Betrieb sichergestellt werden muss, dass eine bestimmte Betriebstemperatur eingehalten wird. Im Zuluftbetrieb wird dem oder den thermischen Energiespeichern Umgebungsluft zugeführt, wohingegen im Umluftbetrieb die Luft im Betriebsraum über die thermische Energieversorgungskomponente umgewälzt wird. Sowohl im Umluftbetrieb als auch im Zuluftbetrieb kann je nach Anwendungsfall ein Kühlen des Betriebsraums oder ein Beheizen des Betriebsraums erreicht werden. Bei höheren Umgebungstemperaturen außerhalb des Betriebsraums wird im Zuluftbetrieb der Betriebsraum geeignet gekühlt, indem ein Laden der thermischen Energiespeicher bewirkt wird. Bei niedrigeren Umgebungstemperaturen (z. B. bei Nacht) kann im Zuluftbetrieb der Betriebsraum geeignet beheizt werden, indem der oder die thermischen Energiespeicher entladen werden. In Analogie zum Zuluftbetrieb kann im Umluftbetrieb bei höheren Umgebungstemperaturen ein Kühlen des Betriebsraum und bei niedrigen Temperaturen ein Beheizen des Betriebsraums erreicht werden. Der Umluftbetrieb kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungluft und Luft im Betriebsraum einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, d. h. besonders groß ist.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überwachungsstation wirkt zumindest eine elektrische Energieversorgungskomponente mit zumindest einer thermischen Energieversorgungskomponente derart zusammen, dass eine von der elektrischen Energieversorgungskomponente erzeugte Abwärme von der thermischen Energieversorgungskomponente aufgenommen wird. Hierdurch wird ein energieeffizienter Betrieb der Energieversorgungskomponenten durch die Nutzung von Abwärme erreicht.
-
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungsstation umfasst eine thermische Energieversorgungseinheit eine Adsorptions- und/oder Adsorptions-Kältemaschine und eine andere thermische Energieversorgungskomponente einen thermischen Energiespeicher. In einer Variante wird der thermische Energiespeicher bei seinem Aufladen mit thermischer Energie zur Kühlung des Rückkühlers der Kältemaschine benutzt. Ein Rückkühler ist bei der Verwendung von Absorptions- bzw. Adsorption-Kältemaschinen zur Aufrechterhaltung des Kühlprozesses unabdingbar. Durch die Kopplung des Rückkühlers an einen thermischen Energiespeicher kann der Betrieb der Absorptions- bzw. Adsorptions-Kältemaschine auch bei höheren Temperaturen sichergestellt werden.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überwachungsstation wird der thermische Energiespeicher der anderen thermischen Energieversorgungskomponente zum Speichern von Wärme genutzt, welche von der zum Betrieb der Adsorptions- bzw. Adsorptions-Kältemaschine verwendeten Wärmequelle abgegeben wird. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Wärmeleistung durch die Wärmequelle bereitgestellt werden, da zuviel erzeugte Wärmeenergie durch den thermischen Energiespeicher aufgenommen wird, welche zu einem späteren Zeitpunkt (d. h. wenn die Wärmequelle weniger Wärme bereitstellt) wieder abgegeben werden kann. Ebenso ist es möglich, dass der thermische Energiespeicher der anderen thermischen Energieversorgungskomponente mit der über die Absorptions- bzw. Adsorptions-Kältemaschine generierten Kälte entladen wird, was bedeutet, dass der thermische Energiespeicher mit Kälte beladen wird. Der mit Kälte beladene thermische Energiespeicher kann dann zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden, um neben der von der Absorptions- bzw. Adsorptions-Kältemaschine erzeugten Kälte zusätzliche Kälteleistung bereitzustellen.
-
Um die Überwachungsstation besonders gut gegen Umwelteinflüsse bzw. auch Vandalismus zu schützen, ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Mehrzahl von Energieversorgungskomponenten und insbesondere die gesamte Überwachungsstation in einer geschlossenen und vorzugsweise thermisch isolierten Einheit integriert, insbesondere in der Form eines Iglus. Die Verwendung eines Iglus weist den Vorteil auf, dass die Überwachungsstation hohe Wind- und Schneelasten aushalten kann und ein günstiges Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis für die Überwachungsstation gewährleistet ist.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überwachungsstation ist eine Diagnoseeinheit vorgesehen, welche den Betriebszustand der Mehrzahl von Energieversorgungskomponenten und/oder der Module der Überwachungsstation über geeignete Messungen erfasst, wobei die Diagnosewerte der Diagnoseeinheit über ein Kommunikationsmodul der Überwachungsstation an eine zentrale Stelle übertragen werden können. Auf diese Weise kann eine geeignete Fernüberwachung nicht nur der überwachten technischen Einrichtung, sondern auch der Komponenten der Überwachungsstation gewährleistet werden. Insbesondere können basierend auf den Diagnosewerten entsprechende Prognosen für Wartungsintervalle der Überwachungsstation getroffen werden.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines in einer Ausführungsform der Erfindung verwendeten Wärmeübertragers mit PCM-Wärmespeicher; und
-
2 eine schematische Darstellung, welche ein Zusammenwirken von thermischen Energieversorgungseinheiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verdeutlicht.
-
Die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Überwachungsstation wird in klimatisch extreme Gebiete mit sehr hohen bzw. sehr niedrigen Umgebungstemperaturen bzw. sehr großen Temperaturschwankungen eingesetzt. Die Überwachungsstation dient insbesondere zur Überwachung von einer Gaspipeline und umfasst entsprechende Sensoren und Kommunikationsmodule, mit denen der Betrieb der Pipeline überwacht wird. Üblicherweise werden solche Überwachungsstationen alle 10 km entlang einer Gaspipeline aufgestellt. Die über die Sensoren der Überwachungsstation erfassten Daten werden über ein entsprechendes Kommunikationsmodul der Überwachungsstation an eine zentrale Stelle gesendet, welche diese Daten auswertet und somit gegebenenfalls Fehler, wie z. B. aus der Pipeline austretendes Gas, feststellen kann und geeignete Gegenmaßnahmen einleiten kann.
-
Da die Kommunikationsmodule und Sensoren der Überwachungsstation elektrische Energie benötigen, umfasst die Überwachungsstation eine elektrische Energieversorgungseinrichtung, in der zumindest eine elektrische Energieversorgungskomponente zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die Sensoren bzw. Kommunikationsmodule vorgesehen ist. Die Überwachungsstation umfasst ferner zumindest eine thermische Energieversorgungskomponente zur Abgabe und Aufnahme von thermischer Energie, welche derart mit der elektrischen Energieversorgungskomponente und/oder den Sensoren und Kommunikationsmodulen wechselwirkt, dass vorbestimmte Betriebsbedingungen und insbesondere ein vorbestimmter Betriebstemperaturbereich aufrecht erhalten wird. Der Betrieb der Überwachungsstation wird dabei über eine geeignete integrierte Steuerung geregelt.
-
Durch die Überwachungsstation und deren elektrischer Energieversorgung wird unter allen äußeren Umständen eine ausreichende Leistung in der Größenordnung von 1 bis 10 kW, vorzugsweise 5 kW, zur Versorgung der Überwachungs- und Kommunikationskomponenten an der Pipeline zur Verfügung gestellt. Dabei wird eine geeignete thermische und elektrische Integration erreicht. Die Komponenten der Überwachungsstation werden in einer standardisierten abgeschlossenen Einheit, insbesondere in einem geeigneten Container, untergebracht. Zum Beispiel kann eine solche Einheit die Form eines Iglus bzw. einer Halbkugel aufweisen, um so hohen Wind- bzw. Schneelasten aufgrund des günstigen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnisses standzuhalten. Vorzugsweise ist die Einheit dabei in geeigneter Weise isoliert. Zur Isolierung der standardisierten Einheit gegen Erwärmung bzw. Auskühlung kann z. B. eine Vakuum-Isolation, ein Vakuum-Kugelgranulat, Schaumpolystryrol, Neopor®, eine Oberflächenbeschichtung, eine transparente Wärmedämmung und dergleichen vorgesehen sein.
-
In der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Überwachungsstation sind als elektrische Energieversorgungskomponenten eine oder mehrere der folgenden Komponenten vorgesehen:
ein Windrad, ein elektrischer Energiespeicher (insbesondere eine Batterie), ein Gas- bzw. Dieselmotor, eine Mikrogasturbine, ein Stirling-Motor bzw. ein Solar-Stirling-Motor, eine Organic-Rankine-Cycle-Turbine, ein thermoelektrischer Generator, eine Photovoltaikanlage. All diese Komponenten erzeugen elektrische Energie, wobei vorzugsweise solche Komponenten verwendet werden, welche regenerative Energiequellen, d. h. Windkraft, Wasserkraft, Sonnenenergie, Erdwärme und dergleichen, zur Energieerzeugung verwenden.
-
Als thermische Energieversorgungskomponenten werden in der hier beschriebenen Ausführungsform ein oder mehrere der folgenden Komponenten verwendet:
ein latenter Wärmespeicher mit PCM-Material, eine Solarthermie-Anlage mit Wärmespeicher, ein Wärmeübertrager, insbesondere mit einem PCM-Speicher, eine Absorptions- oder Adsorptionskältemaschine, ein thermophysikalischer oder thermochemischer Wärmespeicher.
-
Die in der Überwachungsstation integrierte Steuerung regelt selbständig den benötigten Energiebedarf gemäß Strom-/Wärme-/Kältebedarf und setzt gegebenenfalls Alarm-, Warn- und Statusmeldungen ab, welche über die Kommunikationsmodule an die zentrale Stelle übermittelt werden. Die Überwachungsstation kann gegebenenfalls eine eigenständige Diagnoseeinheit umfassen, welche über entsprechende Messungen erfasste Diagnosedaten betreffend den Betrieb der Komponenten der Überwachungsstation an eine zentrale Leitstelle über ein Kommunikationsmodul sendet. Basierend auf den Diagnosedaten können dann Prognosen für Wartungsintervalle der Komponenten der Überwachungsstation ermittelt werden.
-
1 zeigt eine Ausführungsform eines in der erfindungsgemäßen Überwachungsstation verwendbaren Wärmeübertragers. Der Aufbau des Wärmeübertragers ist dabei an sich bekannt, so dass lediglich die für die Erfindung relevanten Komponenten erläutert werden. Der Wärmeübertrager ist mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet und umfasst einen PCM-Wärmespeicher 301 mit geeignetem Phasenwechselmaterial. Der Wärmeübertrager kann dabei im Umluftbetrieb oder im Zuluftbetrieb betrieben werden. Der Zuluftbetrieb ist durch Pfeile P angedeutet, welche aus Übersichtlichkeitsgründen nur teilweise mit diesem Bezugszeichen versehen sind. Demgegenüber ist der Umluftbetrieb durch einen gestrichelten Pfeil P' angedeutet.
-
Zwischen Zuluft- und Umluftbetrieb wird durch die Betätigung einer Außenluftklappe 302 gewechselt. Befindet sich die Klappe in horizontaler Stellung, liegt Zuluftbetrieb vor, in dem Umgebungsluft von außen gemäß den Pfeilen P in einen Betriebsraum geführt wird, in dem sich die entsprechenden Kommunikations- bzw. Sensormodule der Überwachungsstation bzw. die elektrischen Energieversorgungskomponenten der Überwachungsstation befinden. Die Kommunikations- und Sensormodule sind dabei schematisch durch Bezugszeichen 1 und die elektrischen Energieversorgungskomponenten schematisch durch Bezugszeichen 2 in der Form entsprechender Boxen wiedergegeben. Im Unterschied zum Zuluftbetrieb wird im Umluftbetrieb innerhalb des Betriebsraums die Luft umgewälzt, ohne dass Umgebungsluft zugeführt wird. In diesem Fall befindet sich die Außenluftklappe 302 in vertikaler Stellung.
-
Erfindungsgemäß kann durch geeignete Steuerung des Zuluft- bzw. Umluftbetriebs je nach Umgebungstemperatur erreicht werden, dass die Temperatur innerhalb des Betriebsraums möglichst konstant gehalten wird, so dass keine extremen Temperaturschwankungen auftreten, welche zu einem Ausfall von Komponenten der Überwachungsstation führen können. Im Folgenden wird beispielhaft erläutert, wie der Wärmeübertrager in 1 bei der Verwendung der Überwachungsstation in einem klimatischen Gebiet betrieben werden kann, in dem starke Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht vorliegen.
-
Zu Tagesanfang ist dabei der PCM-Wärmespeicher komplett entladen. Steigen die Umgebungstemperaturen durch starke Sonneneinstrahlung über einen vorbestimmten Wert und insbesondere über die Phasenwechseltemperatur, wird der Wärmeübertrager der 1 im Zuluftbetrieb betrieben, was zur Folge hat, dass die zugeführte Umgebungsluft durch den PCM-Wärmespeicher gekühlt wird und hierdurch ein Aufladen des Wärmespeichers bewirkt wird. Überschreitet tagsüber die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und Luft im Betriebsraum den vorbestimmten Schwellenwert, wird in den Umluftbetrieb umgeschaltet, wodurch eine konstante kühle Betriebstemperatur im Betriebsraum auch bei hohen Außentemperaturen aufrecht erhalten wird. Dabei wird der Wärmespeicher sukzessive beladen. Sinkt schließlich die Umgebungstemperatur bei Eintritt der Dunkelheit unter die Phasenwechseltemperatur des PCM-Wärmespeichers, wird der Wärmeübertrager wiederum im Zuluftbetrieb betrieben, wodurch eine Entladung des Energiespeichers durch Zufuhr von Kaltluft bewirkt wird, welche im Rahmen der Entladung erwärmt wird und hierdurch mit höherer Temperatur dem Betriebsraum zugeführt wird. Auf diese Weise wird auch nachts eine gleichbleibende Betriebstemperatur im Betriebsraum gewährleistet.
-
2 zeigt eine weitere Ausführungsform von in der erfindungsgemäßen Überwachungsstation integrierten thermischen Energieversorgungskomponenten. Dabei sind als thermische Energieversorgungskomponenten ein Rückkühlsystem 300 mit Wärmeübertrager 303 mit PCM-Speicher 301, eine Absorptionskältemaschine 4 und eine Solarthermie-Anlage 5 vorgesehen. Mit dem Rückkühlsystem 300 wird Wärme mit einem flüssigen Kühlmittel in einem entsprechenden Kühlkreislauf, der über Eingänge 3a und 3b mit der Absorptionskältemaschine 4 verbunden ist, mit der Umgebung ausgetauscht. In 2 ist ferner der Kaltwasserkreislauf der an sich bekannten Absorptionskältemaschine 4 wiedergegeben. Dabei bezeichnet 401 den zu kühlenden Raum der Überwachungsstation, welcher über Anschlüsse 4a und 4b mit Komponenten der als Black-Box dargestellte Absorptionskältemaschine verbunden ist. Diese Kältemaschine ist in an sich bekannter Weise unter anderem mit einem Rückkühler, einem Austreiber, einem Kondensator und einem Verdampfer ausgestattet. Mit diesen Komponenten wird in einem entsprechenden Kühlprozess der Umgebung Wärme entzogen wird.
-
Die Absorptionskältemaschine 4 kann zur Kühlung des oben beschriebenen Betriebsraums mit darin enthaltenen Komponenten 1 und 2 eingesetzt werden. Als Wärmequelle für die Absorptionskältemaschine dient die Solarthermie-Anlage 5, welche auch über einen Flüssigkeitskreislauf verfügt, der über Anschlüsse 5a und 5b mit der Absorptionskältemaschine verbunden ist.
-
Über die Solarthermie-Anlage wird in dem Austreiber der Absorptionskältemaschine das Lösungsmittel erhitzt. Die Flussrichtungen der soeben beschriebnen Flüssigkeitskreisläufe sind durch entsprechende Pfeile angedeutet. Ferner sind in den Kreisläufen an entsprechenden Positionen Temperaturen für die darin fließenden Flüssigkeiten wiedergegeben. Die Temperaturen sind dabei lediglich beispielhaft und können gegebenenfalls auch in einem anderen Bereich liegen.
-
Im Rahmen der Ausführungsform der 2 wird das Rückkühlsystem 300 dazu genutzt, um die Absorptionskältemaschine geeignet rückzukühlen. Die bei der Rückkühlung erwärmte Flüssigkeit wird dabei im Falle von höheren Umgebungstemperaturen (d. h. insbesondere tagsüber) durch den Latentwärmespeicher 301 gekühlt, wodurch dieser Wärmespeicher geladen wird. Im Nachtbetrieb kann der Latentwärmespeicher dann in Analogie zu 1 Umgebungsluft erwärmen und dabei entladen werden. Wie sich aus der Ausführungsform der 2 ergibt, können in geeigneter Weise auch mehrere thermische Energieversorgungskomponenten geeignet kombiniert werden, um hierdurch den Betrieb der einzelnen Energieversorgungskomponenten untereinander zu unterstützen und eine möglichst gleichbleibende Betriebstemperatur in einem Betriebsraum der Überwachungsstation bereitzustellen.
-
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind lediglich beispielhaft und können geeignet modifiziert werden. Beispielsweise kann als eine elektrische Energieversorgungskomponente ein Blockheizkraftwerk, d. h. ein Verbrennungsmotor mit Abgaswärmeübertrager und elektrischem Generator eingesetzt werden, wobei im Betrieb des Blockheizkraftwerks ein großer thermischer Wärmespeicher geladen wird. Die Abgaswärme wird dabei auch zum Aufrechterhalten einer Mindesttemperatur in einem entsprechenden Betriebsraum verwendet. Der geladene Wärmespeicher kommt dabei insbesondere dann zum Einsatz, wenn das Blockheizkraftwerk ausfällt, wobei in diesem Fall dann der thermische Wärmespeicher die zum Betrieb der Komponenten der Überwachungsstation erforderliche Mindesttemperatur aufrecht erhält. Alternativ kann die Abgaswärme auch zum Antrieb einer Absorptionskältemaschine verwendet werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann die Überwachungsstation auf Stelzen bzw. Pfählen stehen, um sie so gegen Umwelteinflüsse, wie z. B. Hochwasser, zu schützen. Die Überwachungsstation kann je nach Verwendungszweck, d. h. in Abhängigkeit von den klimatischen Randbedingungen, in denen die Station verwendet wird, angepasst werden. Zum Beispiel kann das Temperaturniveau bzw. die Phasenwechseltemperatur eines entsprechenden thermischen Energiespeichers geeignet eingestellt werden. In kalten Regionen sind das Temperaturniveau und damit die Phasenwechseltemperatur eher niedrig. Dabei kann gegebenenfalls auch Wasser als Phasenwechselmaterial eingesetzt werden.
-
Die im Vorangegangenen beschriebene erfindungsgemäße Überwachungsstation weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere ist die Überwachungsstation sehr robust gegen Wetter und klimatische Bedingungen. Dabei kann unter Verwendung von regenerativen Energiequellen, insbesondere von Sonne, Wasser und Wind, eine umweltfreundliche Energieversorgung der Überwachungsstation erreicht werden. Durch den Einsatz von einfachen und mit geringem Wartungsaufwand verbundener Komponenten kann ein zuverlässiger Betrieb der Überwachungsstation gewährleistet werden. Durch die Ausgestaltung der Überwachungsstation als ein geschlossener Container kann die Station sehr gut gegen Vandalismus geschützt werden. Die Überwachungsstation gewährleistet insbesondere einen sehr sicheren autonomen Betrieb, der in geeigneter Weise fernüberwacht und gegebenenfalls auch ferngesteuert werden kann.
