DE102013112196A1 - Method for recovering mechanical energy from compressed gas in compressed gas reservoir, involves controlling quasi-isothermal expansion of compressed gas, to produce electrical energy from mechanical work of working machine - Google Patents

Method for recovering mechanical energy from compressed gas in compressed gas reservoir, involves controlling quasi-isothermal expansion of compressed gas, to produce electrical energy from mechanical work of working machine Download PDF

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Abstract

The expansion of compressed gas in expansion chamber (E) is controlled such that the change amount of temperature of gas during mass quasi-isothermal expansion is less than half of that occurs during full-adiabatic expansion. The displacement of liquid (1) due to expanding gas (2), from expansion chamber into working machine (A) e.g. water turbine is performed through opening. The mechanical work produced by liquid flowing in working machine is converted into electrical energy by generator. An independent claim is included for a compressed gas storage plant.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die Erfindung betrifft ein angenähert isotherm arbeitendes Druckgasspeicherkraftwerk, speziell ein Druckluftspeicherkraftwerk. Das Kraftwerk soll auch die Möglichkeit bieten, bei kurzfristiger hoher Leistungsanforderung aus dem Stromnetz störungsfrei teiladiabatisch oder nahezu völlig adiabatisch betrieben zu werden. The invention relates to an approximately isothermally operating compressed gas storage power plant, especially a compressed air storage power plant. The power plant should also offer the opportunity to be operated at short-term high power demand from the power grid trouble-free teiladiabatisch or almost completely adiabatic.

Stand der Technik State of the art

Bei Druckluftspeicherkraftwerken tritt das Problem auf, daß Gas während der Entspannung beim Durchlaufen der Gasturbine durch die Arbeitsverrichtung abkühlt und Feuchtigkeit auskondensiert und dann die Turbine schädigt. Das expandierende Gas darf also nicht zu stark abkühlen! Zudem geht ein erheblicher Anteil der Energie verloren, die bei der Herstellung der Druckluft aufgebracht werden mußte, denn dabei entsteht Wärme, und bei der Expansion holt sich das Gas die Energie zur Arbeitsverrichtung aus seiner inneren Energie, und dies ist vor allem seine Molekülgeschwindigkeit bzw. Wärme. Von daher wird versucht, die bei der Herstellung der Druckluft entstandene Wärme dem Gas vor dessen Expansion wieder zuzuführen. Solche bisherigen Druckluftspeicherkraftwerke mit Wärmerückgewinnung weisen zwischen Druckluftspeicher (häufig eine Salzkaverne) und Arbeitsmaschine (häufig eine Gasturbine) einen Wärmespeicher auf, nach dessen Durchlaufen die Luft näherungsweise adiabatisch expandiert. Man spricht daher von adiabatischen Druckluftspeicherkraftwerken. Um einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung thermischer in mechanische und letztlich elektrische Energie zu erzielen, wurde dabei bislang fälschlicherweise eine möglichst hohe Temperatur des Wärmespeichers angestrebt, denn der Wirkungsgrad η der Umwandlung von reiner Wärme in mechanische (und letztlich elektrische Energie) ist maximal so groß wie der Wirkungsgrad einer sogenannten Carnot-Maschine. Dieser beträgt: η = (Thoch – Ttief)/Thoch wobei Thoch die Temperatur ist, mit der das in der Maschine arbeitsverrichtende Medium in die Carnot-Maschine eintritt und Ttief die Temperatur, mit der es nach Verrichtung mechanischer Arbeit aus der Maschine austritt. Keine zyklisch arbeitende (reine) Wärmekraftmaschine kann einen höheren Wirkungsgrad als die Carnot-Maschine besitzen! (Ansonsten wäre die Konstruktion eines Perpetuum Mobile zweiter Art möglich!) Da die tiefe Temperatur Ttief meistens in der Größenordnung der Umgebungstemperatur liegt, folgt aus der Gleichung die Notwendigkeit einer hohen Temperatur Thoch, um einen hohen Wirkungsgrad η erzielen zu können. Ein Druckluftspeicherkraftwerk ist nun aber gar keine Wärmekraftmaschine für die das Carnot-Gesetz streng gelten würde! Es ist vielmehr eine „Rückumwandlungsmaschine für gespeicherte potentielle Energie“ die einen möglichst großen Anteil der bei der Druckluftherstellung freigesetzten Wärmeenergie zurückgewinnen soll. Der oben angegebene Carnot-Wirkungsgrad sitzt aber so fest in den Köpfen der Ingenieure, daß dies wohl mit dazu beigetragen hat, sich auf adiabatisch arbeitende Kraftmaschinen zu konzentrieren, zumal die meisten uns jetzt oder früher umgebenden mechanischen Kraftmaschinen (Explosionsmotoren, Gasturbinen, Stirlingmotoren, Dampfmaschinen) Wärmekraftmaschinen sind/waren, die dem Carnot-Wirkungsgrad unterworfen sind. Als ein hohe Temperaturen aushaltendes Material für ein adiabatisch arbeitendes Druckluftspeicherkraftwerk, ist z.B. Keramik bekannt. Ein solcher Speicher zum Zwecke der Erwärmung von Druckluft, welche in einem unterirdischen Druckluftspeicher gespeichert wurde, ist z.B. in der EP 1857614 B1 beschrieben. Durch solche und andere Wärmespeicher läuft die Druckluft bei der Beladung des Druckluftspeichers vom Kompressor zum Druckluftspeicher hindurch und gibt dabei ihre durch die Kompression erzeugte Wärme in ihn ab. Der Entladevorgang des Druckluftspeichers erfolgt vom Druckluftspeicher durch den Wärmespeicher hindurch in eine Arbeitsmaschine, eine angenähert adiabatisch arbeitende Gasexpansionsturbine, in der dann die Druckluft ihre um die Wärmeenergie des Wärmespeichers angereicherte Energie teilweise in mechanische Arbeit umwandelt. Teilweise wird, zur weiteren Erhöhung der Temperatur der Druckluft und damit von deren Energiegehalt, auch noch ein brennbares Gas (z.B. Erdgas) in der Druckluft verbrannt. Die beschriebenen Druckluftkraftwerke arbeiten bei Drucken der Druckluft am Eintritt in die Arbeitsmaschine von etwa 50 bis 60 bar und am Austritt von ungefähr Normaldruck (1 bar). Es werden auch angenähert adiabatisch arbeitende Druckluftkraftwerke beschrieben, in denen der Expansionsprozeß mehrstufig über mehrere Arbeitsmaschinen verläuft. Bei den beschriebenen Druckluftkraftwerken wird der Druckluftspeicher nie voll entleert (z.B. nur von 60 auf 50 bar). Es wird stets nur ein Teil der in ihm enthaltenen Energie ausgenützt, der Rest bleibt immer im Speicher enthalten. Dies wiederum bedeutet, daß die effektive Speicherdichte an Energie für einen solchen Speicher deutlich kleiner ist als für einen, bei dem der Druck im Speicher bis auf einen geringeren Druck reduziert werden kann. Dies ist aber aufgrund des druckabhängigen Wirkungsgrades der angehängten Elektrizität erzeugenden Gasturbinen nicht möglich. Aufgrund des großen Druckgefälles zwischen dem Eintritt in die Arbeitsmaschine und dem Austritt aus dieser benötigt der Wärmespeicher eine sehr hohe Temperatur, damit bei der Expansion und Arbeitsverrichtung des Gases in den Gasturbinen, die zu einer Abkühlung des Gases führt, keine Kondensationsvorgänge auftreten, die die Turbinenschaufeln schädigen würden. In compressed air storage power plants, the problem arises that gas cools during relaxation as it passes through the gas turbine by the Arbeitsverrichtung and condenses moisture and then damage the turbine. The expanding gas must not cool down too much! In addition, a significant portion of the energy was lost, which had to be applied in the production of compressed air, because it generates heat, and during the expansion, the gas gets the energy to work from its internal energy, and this is especially its molecular velocity or Warmth. Therefore, it is attempted to supply the heat generated during the production of compressed air to the gas before its expansion again. Such previous compressed air storage power plants with heat recovery have between compressed air reservoir (often a salt cavern) and working machine (often a gas turbine) on a heat storage, after passing through the air expands approximately adiabatically. One speaks therefore of adiabatic compressed air storage power plants. In order to achieve a high degree of efficiency in the conversion of thermal energy into mechanical energy and ultimately electrical energy, the highest possible temperature of the heat accumulator has been erroneously sought, because the efficiency η of the conversion of pure heat into mechanical (and ultimately electrical energy) is maximally so great like the efficiency of a so-called Carnot machine. This is: η = (T high - T deep ) / T high wherein T is high, the temperature at which the arbeitsverrichtende in the machine medium enters the Carnot machine and T low, the temperature at which it exits according to performance of mechanical work from the machine. No cyclically operating (pure) heat engine can be more efficient than the Carnot machine! (Otherwise, the construction of a second type perpetuum mobile would be possible!) Since the low temperature T deep is mostly of the order of the ambient temperature, the equation implies the need for a high temperature T high in order to achieve a high efficiency η. A compressed air storage power plant is now but no heat engine for which the Carnot law would apply strictly! Rather, it is a "stored potential energy back-conversion machine" which is intended to recover as much of the heat energy released in compressed air production as possible. However, the above-mentioned Carnot efficiency sits so firmly in the minds of the engineers that this has probably helped to focus on adiabatic-working engines, especially since most of us now or earlier surrounding mechanical combustion engines (explosion engines, gas turbines, Stirling engines, steam engines ) Heat engines are / were subjected to the Carnot efficiency. As a high-temperature-holding material for adiabatic working compressed air storage power plant, for example, ceramic is known. Such a memory for the purpose of heating compressed air, which has been stored in a subterranean compressed air storage, is eg in the EP 1857614 B1 described. By such and other heat storage, the compressed air passes through the loading of the compressed air reservoir from the compressor to the compressed air reservoir, while their heat generated by the compression of heat in him. The discharge of the compressed air storage takes place from the compressed air storage through the heat storage into a working machine, an approximately adiabatic working gas expansion turbine, in which then the compressed air their energy enriched by the heat energy of the heat storage partially converts into mechanical work. Partly, to further increase the temperature of the compressed air and thus of their energy content, even a combustible gas (eg natural gas) is burned in the compressed air. The described compressed air power plants operate at pressures of compressed air at the entrance to the working machine of about 50 to 60 bar and at the outlet of about normal pressure (1 bar). Also approximate adiabatically operating compressed air power plants are described, in which the expansion process runs in several stages over several machines. In the described compressed air power plants, the compressed air reservoir is never fully emptied (eg only from 60 to 50 bar). Only a part of the energy contained in it is used, the rest always remains in the memory. This in turn means that the effective storage density of energy for such a memory is significantly smaller than for one in which the pressure in the memory can be reduced to a lower pressure. However, this is not possible due to the pressure-dependent efficiency of the attached electricity generating gas turbine. Due to the large pressure gradient between the entry into the working machine and the heat storage requires a very high temperature, so that during the expansion and Arbeitsverrichtung of the gas in the gas turbine, which leads to a cooling of the gas, no condensation processes occur that would damage the turbine blades.

Der adiabatische Wärmespeicher nach Stand der Technik muß also, um die bei der Kompression der Luft beim Beladen des Druckluftspeichers entstehende Wärme aufnehmen und unter Erzielung eines hohen Wirkungsgrades wieder abgeben zu können, für hohe Temperaturen größer als 400°C, bevorzugt größer als 500°C oder sogar größer als 600°C ausgelegt sein. Diese notwendige Temperaturtoleranz ist eine Folge der bei der (quasi)adiabatischen Kompression der Luft entstehenden Wärme, die vom Enddruck abhängig ist, auf den die Luft komprimiert werden soll. Auch die Arbeitsmaschine/Turbine muß für diese Temperaturen ausgelegt sein. Diese hohen Temperaturen in Kombination mit hohen Drücken, sowohl im Wärmespeicher, als auch in der Arbeitsmaschine, erfordern teure Materialien, die dazu noch gegenüber Niedertemperaturmaterialien Nachteile aufweisen. Durch eine mehrstufige Führung des Expansionsprozesses in mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsmaschinen mit Wiederaufwärmung der teilexpandierten Luft zwischen den einzelnen Arbeitsmaschinen in einem Wärmespeicher läßt sich dieses Problem verringern, aber nicht ganz beheben. The adiabatic heat storage device according to the prior art must therefore, in order to absorb the heat generated during the compression of the air during loading of the compressed air reservoir and to be able to release it again with high efficiency, for high temperatures greater than 400 ° C, preferably greater than 500 ° C. or even greater than 600 ° C be designed. This necessary temperature tolerance is a consequence of the (quasi) adiabatic compression of the air resulting heat, which depends on the final pressure to which the air is to be compressed. The work machine / turbine must be designed for these temperatures. These high temperatures in combination with high pressures, both in the heat storage, as well as in the work machine, require expensive materials, which still have disadvantages compared to low-temperature materials. By a multi-stage leadership of the expansion process in several successive work machines with reheating the parts-expanded air between the machines in a heat storage can reduce this problem, but not completely resolve.

Um die beschriebenen Probleme zu umgehen werden daher im Stand der Technik isotherme bzw. quasiisotherme Druckluftspeicherkraftwerke beschrieben. In der DE 10 2011 106 040 A1 wird ein Pumpspeicherkraftwerk beschrieben, bei dem der aus der Lageenergie des höhergelegenen Wasserspeichers stammende hydrostatische Wasserdruck an der Turbine durch einen auf die Wasseroberfläche wirkenden Luftdruck ersetzt wird. Die bei der Expansion zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Gases notwendige Wärme wird aus der Flüssigkeit an das Gas übertragen. Dies gschieht z.B. über dessen große Flüssigkeitsoberfläche beim Versprühen. Das im System enthaltene Gas bleibt in diesem erhalten und wird zyklisch verdichtet und entspannt, während es die Flüssigkeit wie einen Kolben bewegt und dabei mittels eines Generators elektrische Energie erzeugt. Der gesamte Druckluftspeicher stellt also hier einen Teil der Arbeitsmaschine, eines Gasexpansionsmotores, dar, seine Außenwandung ist sozusagen die „Zylinderwandung“ dieses „Einzylindermotors“. Ein ähnliches System wird auch schon früher von der Firma IVE GmbH, Cochem, beschrieben, z.B. in der WO 2004/020793 A1 . Druckluft aus einem Druckluftspeicher preßt hierbei Wasser aus einem Druckbehälter in einen höhergelegenen Wasserbehälter. Die Druckluft nimmt hierbei Wärme aus dem Wasser und der Umgebung auf. Der Druckbehälter, aus dem das Wasser durch die Druckluft hinausgedrückt wird, ist dabei größer als der Druckluftspeicher und der Druckluftspeicher wird dabei in einem Arbeitszyklus praktisch entleert. Das Gas bleibt ebenfalls im System erhalten und wird später wieder aus dem Druckbehälter durch das Wasser im höhergelegenen Wasserbehälter verdrängt. In order to avoid the problems described, isothermal or quasi-isothermal compressed air storage power plants are therefore described in the prior art. In the DE 10 2011 106 040 A1 describes a pumped storage power plant in which the hydrostatic water pressure at the turbine originating from the potential energy of the higher water reservoir is replaced by an air pressure acting on the water surface. The heat required to maintain the temperature of the gas during expansion is transferred from the liquid to the gas. This happens, for example, over its large liquid surface during spraying. The gas contained in the system is retained in this and is cyclically compressed and relaxed, while it moves the liquid like a piston and thereby generates electrical energy by means of a generator. The entire compressed air reservoir thus represents here a part of the working machine, a gas expansion engine, its outer wall is, so to speak, the "cylinder wall" of this "single-cylinder engine". A similar system is also described earlier by the company IVE GmbH, Cochem, eg in the WO 2004/020793 A1 , Compressed air from a compressed air reservoir in this case presses water from a pressure vessel in a higher water tank. The compressed air absorbs heat from the water and the environment. The pressure vessel from which the water is forced out by the compressed air is greater than the compressed air reservoir and the compressed air reservoir is practically emptied in a work cycle. The gas is also retained in the system and is later displaced from the pressure vessel by the water in the higher water tank.

Diese Druckluftwasserkraftwerke nach Stand der Technik benötigen große Volumina für Druckluft und arbeitsverrichtendes Wasser. Das liegt daran, daß die Druckluft beim Expandieren an Volumen zunimmt, bei einem isothermen Expandieren von 60 auf z.B. 2 bar um den Faktor 30! Der wasserenthaltende Raum muß somit noch größer sein als das Speichervolumen der Druckluft. Dies führt nicht nur zu höheren Herstellungskosten dieses Hohlraumes aufgrund der Größe, sondern auch zu Stabilitätsproblemen, da der Hohlraum mindestens anfangs unter dem gleichen hohen Druck wie das Arbeitsgas steht und die Wandung zudem abwechselnd der Wirkung des Wassers und der Luft ausgesetzt ist. These prior art compressed air hydro power plants require large volumes of compressed air and working water. This is because the compressed air increases in volume as it expands, with an isothermal expansion of 60 to e.g. 2 bar by a factor of 30! The water-containing space must therefore be greater than the storage volume of the compressed air. This not only leads to higher manufacturing costs of this cavity due to the size, but also to stability problems, since the cavity is at least initially under the same high pressure as the working gas and the wall is also exposed alternately to the action of water and air.

Die Regelung solcher Druckluftkraftwerke ist zudem steuerungstechnisch aufwendig, da der Druck des Gases mit der Zeit abnimmt und die Turbine sich an den abnehmenden Druck anpassen muß, um ihren Wirkungsgrad hinreichend hoch zu halten, gleichzeitig aber die Durchströmungsmenge ebenfalls geändert werden muß, um die im Elektrizitätsnetz geforderten schwankenden Leistungsanforderungen bedienen zu können. In der JP 2007231760 A wird ein Perpetuum mobile mit einem geschlossenen Wasserkreislauf beschrieben, bei dem mit elektrischer Energie eine Luftpumpe betrieben wird. Die Luft dieser Luftpumpe betreibt eine Mammutpumpe, die Wasser auf eine höhere Lage in ein Becken befördert. Am Austritt aus der Mammutpumpe wird eine Impulsturbine angetrieben, die wieder elektrische Energie erzeugt. Das Wasser im höher gelegenen Becken strömt zudem durch ein Fallrohr in ein unteres Becken und treibt dabei ebenfalls eine Turbine an, die elektrische Energie erzeugt. In der WO 2012/017243 A1 wird eine Mammutpumpe mit einer Vielzahl von Steigrohren, in die elektrisch betriebene Kompressoren Luft einbringen, und einem Fallrohr, in dem eine Turbine zur Gewinnung von elektrischer Energie angeordnet ist, beschrieben. Die beschriebenen Mammutpumpen sind für die Verwendung von unter hohem Druck stehender Druckluft wegen eines nur geringen Wirkungsgrades wenig geeignet, denn an der Eintrittsöffnung der Druckluft ins Wasser dehnt sich die Druckluft erst einmal schlagartig nicht isotherm auf ein Volumen aus, daß dem Druck beim entsprechenden hydrostatischen Druck entspricht, und beginnt erst dann aufzusteigen und sich weiter langsam auszudehnen. Diese Ausdehnung ist dann bei nicht zu großen Luftblasen angenähert isotherm, doch ist der Wirkungsgrad dadurch verringert, daß während des Aufsteigens der Luftblasen auch Wasser an den Luftblasen von oben nach unten fließt, dessen Energie später nicht mehr zur Energiegewinnung zur Verfügung steht! The regulation of such compressed air power plants is also complex control technology, since the pressure of the gas decreases over time and the turbine must adapt to the decreasing pressure to keep their efficiency sufficiently high, but at the same time the flow rate must also be changed to those in the electricity grid to be able to serve the required fluctuating performance requirements. In the JP 2007231760 A is a Perpetuum mobile described with a closed water cycle in which an electric pump air pump is operated. The air of this air pump operates a mammoth pump, which carries water to a higher position in a tank. At the exit from the mammoth pump, a pulse turbine is driven, which again generates electrical energy. The water in the upper basin also flows through a downpipe in a lower basin and also drives a turbine, which generates electrical energy. In the WO 2012/017243 A1 For example, there is described a mammoth pump having a plurality of risers into which electrically powered compressors introduce air, and a downcomer in which an electrical energy turbine is disposed. The described mammoth pumps are not very suitable for the use of high pressure compressed air because of low efficiency, because at the inlet of the compressed air into the water, the compressed air expands suddenly not isothermal to a volume that the pressure at the corresponding hydrostatic pressure corresponds, and then begins to ascend and continue to expand slowly. This expansion is then approximately isothermal at not too large air bubbles, but the efficiency is reduced by the fact that during As the air bubbles rise, water also flows from the top downwards through the air bubbles, the energy of which is later no longer available for energy!

Aufgabe der Erfindung Object of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Druckgasspeicherkraftwerk, speziell Druckluftspeicherkraftwerk, anzugeben, das im Regelbetrieb quasiisotherm arbeitet. Das Druckgasspeicherkraftwerk soll aber auch unempfindlich darauf reagieren, ob es quasiisotherm (Regelbetrieb) oder zeitweise (hohe Leistungsanforderung) mit hohem adiabatischem Anteil betrieben wird. The object of the invention is to provide a compressed gas storage power plant, especially compressed air storage power plant, which operates quasiisothermally in normal operation. The compressed gas storage power plant should also react insensitive to whether it is operated quasi-isothermally (regular operation) or temporarily (high power requirement) with a high adiabatic proportion.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das Druckgasspeicherkraftwerk wird dadurch zu einem Druckgasflüssigkeitskraftwerk. Die Erfindung geht hierbei von einem isothermen bzw. angenähert isothermen Verfahren der Expansion von Druckluft aus, denn die Theorie besagt, daß es vorteilhaft wäre, ein Druckluftspeicherkraftwerk, oder allgemeiner Druckgasspeicherkraftwerk, annähernd isotherm zu betreiben. Im folgenden wird mit isotherm immer angenähert isotherm bzw. quasiiotherm gemeint, da ein ideal isothermes Verhalten nur theoretisch existiert und in der Praxis wegen der Endlichkeit der Zeit nicht realisiert werden kann. Man kann diese Zeiten etwas abkürzen, indem man es zu keinem vollständigen Temperaturausgleich kommen läßt, sondern einen deutlichen Resttemperaturgradienten aufrechterhält, wodurch natürlich der Wirkungsgrad schlechter wird. Dennoch bleibt die hinreichend schnelle Übertragung von Wärme aus dem Arbeitsgas in das Speichermaterial (z.B. Wasser, aber auch ein Feststoff oder ein anderer Stoff) des Wärmetauschers hinein und vor allem zur Arbeitsverrichtung aus dem Speicher heraus ein Problem! Denn während man sich zum Beladen des Wärmespeichers meistens länger Zeit lassen kann, muß beim Entladen des Speichers bedarfsweise sehr schnell Wärme übertragen werden, um Energieanforderungen des Stromnetzes kurzfristig bedienen zu können! Im folgenden wird der Einfachheit halber zur Abschätzung der Effekte stets vom Verhalten eines idealen Gases ausgegangen, da die Berechnungen realer Gase extrem kompliziert sind. Die dadurch entstehenden Abweichungen sind aber bei Gasen wie Luft noch nicht allzu groß. (Anders sieht das z.B. bei Kohlendioxid oder Erdgas aus.) Am Prinzip der Erfindung ändert aber auch die Verwendung solcher realer Gase nichts (selbst wenn kondensierte Phasen auftreten) auch wenn die Berechnung komplizierter wird! The object is solved by the features specified in the characterizing part of claim 1. The compressed gas storage power plant thereby becomes a pressurized gas liquid power plant. The invention is based on an isothermal or approximately isothermal method of expansion of compressed air, because the theory says that it would be advantageous to operate a compressed air storage power plant, or general compressed gas storage power plant, approximately isothermal. In the following isothermal always approximated isothermal or quasiiothermal, since an ideal isothermal behavior exists only theoretically and can not be realized in practice because of the finiteness of time. One can abbreviate these times a bit by not coming to a complete temperature compensation, but maintains a significant residual temperature gradient, which of course the efficiency is worse. Nevertheless, the sufficiently rapid transfer of heat from the working gas into the storage material (for example, water, but also a solid or other substance) of the heat exchanger remains in and above all for Arbeitsverrichtung out of the memory out a problem! Because while you can usually take a long time to load the heat storage, heat must be transferred as needed quickly when unloading the memory to be able to serve energy requirements of the power grid in the short term! In the following, for the sake of simplicity, the estimation of the effects is always based on the behavior of an ideal gas, since the calculations of real gases are extremely complicated. However, the resulting deviations are not too great for gases such as air. (This is different for carbon dioxide or natural gas, for example.) However, using the principle of the invention, the use of such real gases does not change anything (even if condensed phases occur), even if the calculation becomes more complicated!

Weiterhin wird im folgenden oft allgemein von Gas oder Flüssigkeit gesprochen. Erfindungsgemäß ist aber die Verwendung von Luft und Wasser oder wässrigen Lösungen (z.B. Salzwasser) bevorzugt. Furthermore, in the following is often spoken of gas or liquid. However, according to the invention, the use of air and water or aqueous solutions (e.g., salt water) is preferred.

Die maximale Volumenarbeit, die ein (ideales) Gas bei isothermer Expansion von einem Volumen V1 auf ein Volumen V2 verrichtet, beträgt: W = –nRT·ln(V2/V1) wobei n die Anzahl der Mole an Gas bedeutet, R die allgemeine Gaskonstante (8,314 J/(Mol·K)) ist und T die absolute Temperatur in Kelvin (K). Außerdem gilt für ein ideales Gas: pV = nRT pV beträgt für 1 Kubikmeter eines idealen Gases, das unter 100 bar Druck (ungefähr 107 N/m2) steht, 107 Nm, also 107 Joule oder 10 MJ. Die Arbeit, die ein solcher Kubikmeter Gas bei isothermer Expansion ausgehend von einem Druck von 100 bar (10 MPascal) auf Umgebungsdruck von 1 bar lieferte (Expansion von 1 Kubikmeter auf 100 Kubikmeter), betrüge also 107·ln100 Joule = 107·4,605 Joule, also etwa 46 MJ. Die gleiche Energie wäre in 1 Kubikmeter Wasser enthalten, der in etwa 4600 Meter Höhe lagerte und von dort herabfiele, wodurch er unten eine Geschwindigkeit von ungefähr 303 Meter pro Sekunde erreicht hätte. Oder sie wäre in 920 Kubikmetern Wasser enthalten, die sich mit 10 Metern pro Sekunde bewegten, wozu sie z.B. 1 Sekunde im Erdschwerefeld frei fallen müßten, was 5 Metern Höhe entspräche. The maximum volume work that an (ideal) gas performs in isothermal expansion from a volume V 1 to a volume V 2 is: W = -nRT · ln (V 2 / V 1 ) where n is the number of moles of gas, R is the general gas constant (8.314 J / (mol · K)) and T is the absolute temperature in Kelvin (K). In addition, for an ideal gas: pV = nRT pV is 10 7 Nm, ie 10 7 joules or 10 MJ for 1 cubic meter of an ideal gas that is under 100 bar pressure (about 10 7 N / m 2 ). The work that such a cubic meter of gas at isothermal expansion, starting from a pressure of 100 bar (10 MPa) to ambient pressure of 1 bar supplied (expansion of 1 cubic meter to 100 cubic meters), would thus be 10 7 · ln100 Joule = 10 7 · 4.605 Joule, about 46 MJ. The same energy would be contained in 1 cubic meter of water, which was stored at about 4600 meters altitude and dropped from there, which he would have reached down to a speed of about 303 meters per second. Or it would be contained in 920 cubic meters of water, which moved at 10 meters per second, for which they would have to fall free for example 1 second in the Earth's gravity field, which would correspond to 5 meters in height.

Die Erfindung erreicht die energieeffiziente Energiespeicherung in einem Druckgas durch quasiisotherme Expansion des Gases. Bevorzugt wird das Gas zur Beladung des Speichers auch quasiisotherm komprimiert. Die quasiisotherme Expansion des Gases ist der Kompromiß zwischen dem theoretisch Möglichen und dem praktisch sinnvoll Machbaren. Als besonders günstig hat sich erfindungsgemäß erwiesen, wenn Gas, dessen Druck sich durch Expansion auf die Hälfte verringert, seine Temperatur nur um weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Fünftel des Betrages, noch bevorzugter um weniger als ein Zehntel des Betrages verändert, um den sich diese Temperatur bei einer adiabatischen Expansion vermindert hätte! (Man könnte näherungsweise sagen, der isotherme Anteil an der Expansion soll größer als 50%, vorzugsweise größer als 80%, noch bevorzugter größer als 90%, sein.) Für ein ideales Gas gilt gemäß Poisson für die Temperatur nach einer adiabatischen Expansion (oder Kompression) und speziell für Luft mit κ = 1,4:

Figure DE102013112196A1_0002
The invention achieves energy-efficient energy storage in a compressed gas by quasi-isothermal expansion of the gas. Preferably, the gas is also quasiisothermally compressed to load the memory. The quasi-isothermal expansion of the gas is the compromise between the theoretically possible and the practically meaningful. It has proven to be particularly favorable according to the invention, when gas whose pressure is reduced by half expansion, its temperature only by less than half, preferably less than one-fifth of the amount, more preferably by less than one-tenth of the amount changed, by which this temperature would have decreased with an adiabatic expansion! (It might be approximated that the isothermal rate of expansion should be greater than 50%, preferably greater than 80%, more preferably greater than 90%.) For an ideal gas, according to Poisson, for the temperature after adiabatic expansion (or Compression) and especially for air with κ = 1.4:
Figure DE102013112196A1_0002

Erfindungsgemäß soll daher als Definition der Quasiisothermie allgemein, bzw. speziell für den Fall Luft, gelten:

Figure DE102013112196A1_0003
vorzugsweise:
Figure DE102013112196A1_0004
noch bevorzugter:
Figure DE102013112196A1_0005
According to the invention, therefore, the definition of quasi-isothermia in general, or in particular for the case of air, should be:
Figure DE102013112196A1_0003
preferably:
Figure DE102013112196A1_0004
even more preferred:
Figure DE102013112196A1_0005

Für eine Temperatur T1 von 20 °C (293 K) soll also für den (bevorzugten) Spezialfall der Luft die Temperaturänderung bei einer Halbierung des Druckes erfindungsgemäß so gesteuert werden, daß sie kleiner ist als 26,3°C, vorzugsweise kleiner als 10,5 °C, noch bevorzugter kleiner als 5,3 °C (anstatt wie bei einer rein adiabatischen Expansion 52,7 °C). Auf diese Weise gelingt es, einen für wirtschaftliche Zwecke hinreichend hohen Wirkungsgrad bei der Gasexpansion zu erzielen. Auch wenn es natürlich theoretisch gesehen günstig ist, die Isothermie so perfekt wie möglich anzustreben, so ist es erfindungsgemäß doch noch ausreichend, sich im oben erwähnten Bereich der Temperaturänderung des Gases bei einer Halbierung des Gasdruckes zu bewegen! Dies macht die Steuerung des Betriebes des Kraftwerkes einfach! In ganz besonders bevorzugter Ausführung soll auch am Ende des ganzen Expansionsprozesses keine Temperaturänderung im expandierenden Druckgas stattgefunden haben, die größer ist als 20°C. Die hier definierte Quasiisothermie umfaßt sowohl eine geringfügige Hypothermie (Gas ist nach der Expansion etwas kälter), als auch eine Hyperthermie (Gas ist nach der Expansion noch etwas wärmer), denn sie ist durch die Veränderung um den Betrag der Temperaturdifferenz definiert und nicht durch die Verminderung der Temperatur! Als geringfügige Hypothermie wird hier der häufigste Anwendungsfall der Erfindung bezeichnet, wenn nämlich das Gas unter Kontakt mit einer Flüssigkeit expandiert, die anfangs gleiche oder etwas geringere Temperatur aufweist als das Gas, so daß das Gas nachher etwas abgekühlt ist. Als geringfügige Hyperthermie wird hier der Fall bezeichnet, wenn das Gas unter Kontakt mit einer Flüssigkeit expandiert, die anfangs eine höhere Temperatur als das Gas aufweist. Dies kann z.B. auftreten, wenn die temperierende Flüssigkeit z.B. durch Abwärme (z.B. aus den Kompressionsmaschinen oder/und anderen Abwärmequellen) über ihre Ursprungstemperatur und über die anfängliche Druckgastemperatur aufgewärmt wurde, oder die temperierende Flüssigkeit sogar elektrisch mittels im Überschuß produzierter elektrischer Energie (z.B. aus regenerativen Energiequellen) auf diese erhöhte Temperatur aufgeheizt wurde. Die Flüssigkeit, die eigentlich dem Temperieren des Gases während der Expansion dient, stellt dann gleichzeitig einen sehr großen Energiespeicher für Überschußenergie in Überschußproduktionszeiten dar! Aber selbst, wenn die zum Temperieren des expandierenden Gases eingesetzte Flüssigkeit zu Beginn der Expansion eine etwas höhere Temperatur aufweist, als das Gas, kann der Prozeß natürlich auch so geführt werden, daß die Temperatur des Gesamtsystems Gas/Flüssigkeit nach der Expansion etwas unter der Anfangstemperatur des Gases liegt. Der Prozeß verläuft in so einem Falle dann zuerst hypertherm, dann hypotherm. Sowohl bei hyperthermischer Prozeßführung als auch bei hypothermischer Prozeßführung enthält der Gesamtprozeß eine kleine adiabatische Komponente, die aber erfindungsgemäß weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 20%, noch bevorzugter weniger als 10% zur Energieerzeugung beitragen soll! For a temperature T 1 of 20 ° C (293 K), therefore, for the (preferred) special case of the air, the temperature change with a halving of the pressure should be controlled so that it is less than 26.3 ° C, preferably less than 10 , 5 ° C, more preferably less than 5.3 ° C (instead of 52.7 ° C as in a purely adiabatic expansion). In this way, it is possible to achieve a sufficiently high efficiency in gas expansion for economic purposes. Although it is of course theoretically favorable to aim for isothermism as perfectly as possible, it is still sufficient according to the invention to move in the above-mentioned range of the temperature change of the gas at a halving of the gas pressure! This makes the control of the operation of the power plant easy! In a particularly preferred embodiment, even at the end of the entire expansion process no change in temperature in the expanding compressed gas should have taken place, which is greater than 20 ° C. The quasi-isothermia defined here includes both a slight hypothermia (gas is slightly colder after expansion), and hyperthermia (gas is slightly warmer after expansion), because it is defined by the change by the amount of temperature difference and not by the Reduction of temperature! As a slight hypothermia here the most common application of the invention is referred to, namely, when the gas expands under contact with a liquid which initially has the same or slightly lower temperature than the gas, so that the gas is subsequently cooled slightly. Poor hyperthermia is the case here when the gas expands under contact with a liquid which initially has a higher temperature than the gas. This can occur, for example, if the tempering liquid was heated, for example by waste heat (eg from the compression machines and / or other waste heat sources) above its original temperature and the initial pressure gas temperature, or the tempering liquid even electrically by means of excess electrical energy produced (eg regenerative Energy sources) was heated to this elevated temperature. The liquid, which actually serves to temper the gas during expansion, then simultaneously represents a very large energy store for excess energy in excess production times! But even if the liquid used for tempering the expanding gas at the beginning of the expansion has a slightly higher temperature than the gas, of course, the process can also be performed so that the temperature of the entire gas / liquid system after expansion slightly below the initial temperature of the gas. In such a case, the process is then hyperthermic, then hypothermic. Both in hyperthermic process control and in hypothermic process control, the overall process contains a small adiabatic component, but according to the invention should contribute less than 50%, preferably less than 20%, more preferably less than 10% to energy production!

Das Grundprinzip der Erfindung sieht folgende Merkmale vor:

  • a.) Ein Druckgas wird als als mechanischer Energiespeicher ähnlich einer mechanischen Feder eingesetzt.
  • b.) Zur Energiegewinnung aus dem Druckgas wird eine in einem druckstabilen Expansionsraum mit starren Wänden befindliche Flüssigkeit durch in diesem Expansionsraum befindliches und dort expandierendes Druckgas in Bewegung versetzt und aus diesem verdrängt.
  • c.) Die Expansion des Druckgases im Expansionsraum wird so gesteuert, daß sie in dem Maße quasiisotherm verläuft, daß bei einer Druckhalbierung nur eine Temperaturänderung des Gases auftritt, die weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Fünftel, noch bevorzugter weniger als ein Zehntel derer beträgt, die bei einer volladiabatischen Expansion aufträte.
  • d.) Die Quasiisothermie wird dadurch erreicht, daß im Inneren (!) des Expansionsraumes mindestens ein Teil der reinen Flüssigkeit oder ein Teil der Flüssigkeit, in der noch mindestens ein anderer Stoff gelöst ist, auch zum Temperieren des Druckgases während (!) der Expansion verwendet wird oder zum Wiederaufwärmen eines im Expansionsraum befindlichen Feststoffes dient, der zur Temperierung des im Expansionsraum expandierenden Druckgases während (!) dessen Expansion verwendet wird und hierzu die Eigenschaft eines temporären Kurzzeitwärmespeichers und Wärmetauschers aufweist.
  • e.) Die Verdrängung der Flüssigkeit durch das expandierende Gas aus dem Expansionsraum heraus erfolgt über eine Öffnung im Mantel des Expansionsraumes hindurch über eine Zuleitung in mindestens eine außerhalb des Expansionsraumes befindliche Arbeitsmaschine für Flüssigkeiten (z.B. Wasserturbine) hinein. Die durch die Arbeitsmaschine strömende Flüssigkeit erzeugt dort mechanische Arbeit. Die mechanische Arbeit der Arbeitsmaschine wird dabei vorzugsweise mittels eines Generators weiter in elektrische Energie umgewandelt, sie kann aber auch direkt verwendet werden.
  • f.) Es tritt also kein Gas als Gasphase in die Arbeitsmaschine ein! Lediglich durch in der Flüssigkeit gelöstes Gas oder durch Verwirbelung von Gasblasen treten eventuell geringfügige Gasmengen in die Arbeitsmaschine ein.
The basic principle of the invention provides the following features:
  • a.) A compressed gas is used as a mechanical energy storage similar to a mechanical spring.
  • b.) To generate energy from the pressurized gas, a liquid located in a pressure-stable expansion chamber with rigid walls is set in motion by displaced gas in this expansion space and expanding there, and displaced therefrom.
  • c.) The expansion of the pressurized gas in the expansion space is controlled to be quasi-isothermal to the extent that at half pressure only a temperature change of the gas occurs which is less than one half, preferably less than one fifth, more preferably less than one tenth which occurs in a fully adiabatic expansion.
  • d.) The Quasiisothermie is achieved by the fact that in the interior (!) Of the expansion space at least a portion of the pure liquid or a portion of the liquid in which at least one other substance is dissolved, also for tempering the compressed gas during (!) Expansion is used or used for reheating a solid located in the expansion space, which is used to control the temperature of the expanding expansion gas in the expansion space during expansion (!) and this has the property of a temporary short-term heat storage and heat exchanger.
  • e.) The displacement of the liquid by the expanding gas from the expansion space takes place via an opening in the shell of the expansion space through a feed line into at least one outside of the expansion space located working machine for liquids (eg water turbine) into it. The liquid flowing through the working machine generates mechanical work there. The mechanical work of the work machine is preferably further converted by means of a generator into electrical energy, but it can also be used directly.
  • f.) Thus, no gas enters the working machine as a gas phase! Only by dissolved in the liquid gas or by turbulence of gas bubbles may occur small amounts of gas in the machine.

Die Erfindung ist gemäß mehrerer Varianten ausführbar: The invention can be carried out according to several variants:

Variante A: Option A:

Das Druckgas tritt über eine Zuleitung chargenweise aus einem externen Druckgasspeicher in einen als Expansionsraum dienenden Druckbehälter ein, der wenigstens zum größten Teil mit Flüssigkeit gefüllt ist. Der Expansionsraum ist der Arbeitsraum, in dem die im Druckgas gespeicherte mechanische Energie quasiisotherm freigesetzt wird. The compressed gas enters via a supply line in batches from an external compressed gas storage in serving as an expansion space pressure vessel, which is filled at least for the most part with liquid. The expansion space is the working space in which the mechanical energy stored in the compressed gas is released quasi-isothermally.

Als Expansionsraum wird der Raum zwischen Einfüllöffnung(en) und Flüssigkeitsaustrittsöffnung verstanden, der mit Fluid füllbar ist und in dem das Gas expandiert. Der Expansionsraum kann also auch ein Hohlraum sein, in dem sich noch zusätzlich Körper mit geschlossener fester Oberfläche befinden (z.B. Gesteinschüttung, unten offene Rohre oder flüssigkeitsgefüllte Gefäße). Jede Druckgascharge wird für sich expandiert. Die Expansion des Druckgases im Druckgasspeicher erfolgt also in aufeinanderfolgenden Zyklen im Expansionsraum, so daß also eine neue Druckgascharge erst wieder dem Expansionsraum zugeführt wird, wenn der vorhergehende Expansionszyklus/Arbeitszyklus des Gases vollendet ist. Der mit Flüssigkeit immer wieder befüllte Expansionsraum arbeitet also wie der Zylinder eines Motors, kann aber anders als dieser wesentlich beliebiger geformt sein, da der sich in der Höhe über der Austrittsöffnung ändernde Flüssigkeitsspiegel einem sich selbst (!) gegen die Wandung abdichtenden Kolben entspricht! The expansion space is understood to mean the space between the filling opening (s) and the liquid outlet opening, which can be filled with fluid and in which the gas expands. The expansion space may thus also be a cavity in which there are additionally solids with a closed, solid surface (for example, bedrock, pipes open at the bottom, or vessels filled with liquid). Each print batch is expanded on its own. The expansion of the compressed gas in the compressed gas storage thus takes place in successive cycles in the expansion space, so that a new compressed gas charge is only returned to the expansion space when the previous expansion cycle / duty cycle of the gas is completed. The expansion space filled with liquid again works like the cylinder of a motor, but unlike this one can be shaped much more arbitrarily, since the liquid level changing in height above the outlet opening corresponds to a piston sealing itself (!) Against the wall!

Variante B: Variant B:

Das gesamte Druckgas befindet sich während eines Expansionszyklus und Kompressionszyklus schon innerhalb des Expansionsraumes. Der Expansionsraum ist also gleich dem Druckgasspeicher. Die folgenden Untervarianten a.) und b.) sind möglich:

  • a.) Das Druckgas ist durch eine stabile, gut wärmeleitende, aber verformbare Schicht von der das expandierende Gas temperierenden Flüssigkeit getrennt. Das Gas befindet sich somit in vielen kleineren Behältern mit verformbarer Wandung ähnlich Ballons, die von Flüssigkeit umgeben sind. Auf diese Weise weist das Druckgas eine große relative Oberfläche zur Flüssigkeit auf. Außer dem Gas können die kleinen geschlossenen Gasbehälter auch noch andere Stoffe enthalten, z.B. Flüssigkeiten oder Feststoffe.
  • b.) Das Druckgas befindet sich in langgestreckten, senkrechten oder geneigten, unten offenen Behältern, die auch eine starre Wand aufweisen können. Das Druckgas füllt dabei nur einen Bruchteil des Volumens im obersten Bereich dieser Behälter aus und zwar nur so wenig davon, daß es nach vollständiger Expansion noch nicht unten aus dem Behälter austritt, sondern dort nur Flüssigkeit hinausdrängt, die zuvor darin war.
The entire compressed gas is already within the expansion space during an expansion cycle and compression cycle. The expansion space is therefore equal to the compressed gas storage. The following subvariants a.) And b.) Are possible:
  • a.) The compressed gas is separated by a stable, good heat-conducting, but deformable layer of the expanding gas-tempering liquid. The gas is thus in many smaller containers with deformable wall similar to balloons, which are surrounded by liquid. In this way, the compressed gas has a large relative surface area to the liquid. In addition to the gas, the small closed gas containers may also contain other substances, such as liquids or solids.
  • b.) The compressed gas is in elongated, vertical or inclined, open-bottomed containers, which may also have a rigid wall. The compressed gas fills out only a fraction of the volume in the uppermost region of these containers and indeed only so little that it does not exit the bottom of the container after complete expansion, but there pushes out only liquid that was previously in it.

Die kleinen Gasbehälter gemäß Untervarianten a.) oder b.), die im folgenden als Kleingasbehälter bezeichnet werden, befinden sich in einem als Expansionsraum dienenden Druckbehälter, dessen Restvolumen wenigstens großteils, bevorzugt vollständig, mit Flüssigkeit gefüllt ist. Der Expansionsraum ist der Arbeitsraum, in dem die im Druckgas gespeicherte Energie quasiisotherm freigesetzt wird. The small gas containers according to sub-variants a.) Or b.), Which are referred to below as small-scale gas tanks, are located in a pressure vessel serving as an expansion space, the residual volume of which is at least mostly, preferably completely, filled with liquid. The expansion space is the working space in which the stored energy in the compressed gas is released quasiisothermic.

Die Kleingasbehälter sind vorzugsweise relativ zum Druckbehälter fixiert, jeder Kleingasbehälter bleibt also während einer Gasexpansion an seinem Platz. Kleingasbehälter der Untervariante a.) können aber auch frei im Expansionsraum schwimmen. Der Expansionsraum weist mindestens eine Öffnung auf, durch die die Flüssigkeit bei Expansion des Gases in den Kleingasbehältern aus dem Expansionsraum entweichen und in eine Arbeitsmaschine für Flüssigkeiten (z.B. eine Wasserturbine) eintreten kann. Die trennende Schicht zwischen Druckgas und Flüssigkeit ist vorzugsweise dünn. In einer einfachen Ausführung ist das Druckgas z.B. in dehnbaren Elastomerballons gespeichert. Eine andere Ausführung sieht vor, nichtdehnbare Ballons zu verwenden, die bei hohem Innendruck im Expansionsraum Falten aufweisen oder schlaff sind, und bei Gasexpansion praller werden (ähnlich wie sogenannte Stratosphärenballons, in denen sich mit zunehmender Höhe über dem Erdboden und dabei fallendem Luftdruck das Trägergas immer mehr ausdehnen kann). Als Ballonhülle eignen sich dünne, dehnungsfeste Folien, vor allem bidirektional gestreckte Folien, wie beispielsweise Mylar. Aufgrund des Dichteunterschiedes zwischen Flüssigkeit und Gas sammelt sich das Gas stets im oberen Teil des Kleingasbehälters, bis dieser Bereich völlig gefüllt ist. Erst dann füllt sich der Kleingasbehälter weiter nach unten hin mit dem expandierenden Gas. Da das Gas in den Kleingasbehältern bleibt, muß das gesamte Druckgas außen von einem Druckbehälter als Expansionsraum umgeben sein. Damit dieser Druckbehälter nicht zu groß wird, können mehrere oder viele solcher Druckbehälter als expansionsräume vorgesehen werden, von denen jeder einen Teil des gesamten Druckgases in Kleingasbehältern enthält, in denen das Gas sein Volumen mit dem Druck ändern kann. Jeder der Expansionsräume weist eine Verbindungsleitung zu einer Arbeitsmaschine auf, durch die als Folge der Gasexpansion in den Kleingasbehältern die Flüssigkeit aus den Expansionsräumen austritt. Jeder der Expansionsräume kann eine eigene Arbeitsmaschine aufweisen, oder eine Arbeitsmaschine kann mehreren Expansionsräumen zugeordnet sein und sukzessiv oder gleichzeitig von diesen mit Flüssigkeit durchströmt werden. Dabei muß darauf geachtet werden, daß nur solche Expansionsräume gleichzeitig mit der Arbeitsmaschine in Verbindung stehen, wenn der Druck in den Expansionsräumen gleich ist, denn sonst kann Flüssigkeit vom einen Expansionsraum zurück in einen anderen fließen, und selbst wenn man dies durch Ventile verhindert, sinkt der Wirkungsgrad der Umwandlung von Druckgasenergie in mechanische Arbeit. Jeder Expansionsraum kann auch Verbindung zu mehreren Arbeitsmaschinen haben, die für bestimmte Druckbereiche optimale Wirkungsgrade für die Umwandlung von Flüssigkeitsdruck in mechanische Energie aufweisen. Diese Arbeitsmaschinen werden dann mit fallendem Druck im Expansionsraum nacheinander entsprechend ihrem optimalen Arbeitsbereich von der Flüssigkeit aus dem Expansionsraum durchströmt. The small gas containers are preferably fixed relative to the pressure vessel, so each small gas tank remains so during a gas expansion in place. Small gas tanks of sub-variant a.) Can also float freely in the expansion space. The expansion space has at least one opening through which, upon expansion of the gas in the small gas tanks, the liquid can escape from the expansion space and enter a fluid machine (e.g., a water turbine). The separating layer between compressed gas and liquid is preferably thin. In a simple embodiment, the pressurized gas is e.g. stored in stretchy elastomeric balloons. Another embodiment envisages using non-expandable balloons which are wrinkled or flaccid at high internal pressure in the expansion space and become more pliable upon gas expansion (similar to so-called stratospheric balloons in which the carrier gas always increases with increasing altitude above the ground and with decreasing air pressure can stretch more). As a balloon envelope are thin, stretch-resistant films, especially bidirectionally stretched films, such as Mylar. Due to the density difference between liquid and gas, the gas always collects in the upper part of the small gas tank until this area is completely filled. Only then does the small gas tank continue to fill down with the expanding gas. Since the gas remains in the small gas tanks, the entire pressure gas must be outside surrounded by a pressure vessel as an expansion space. To prevent this pressure vessel from becoming too large, several or many such pressure vessels may be provided as expansion spaces, each of which contains a portion of the total compressed gas in small gas tanks in which the gas can change its volume with pressure. Each of the expansion spaces has a connection line to a work machine through which the liquid exits the expansion spaces as a result of gas expansion in the small gas tanks. Each of the expansion spaces can have its own work machine, or a work machine can be assigned to a plurality of expansion spaces and be successively or simultaneously flowed through by them with liquid. It must be ensured that only such expansion spaces are simultaneously connected to the working machine when the pressure in the expansion chambers is the same, otherwise fluid can flow from one expansion space back to another, and even if this is prevented by valves, sinks the efficiency of the conversion of compressed gas energy into mechanical work. Each expansion space can also be linked to several work machines that have optimum efficiencies for the conversion of fluid pressure into mechanical energy for certain pressure ranges. These machines are then flowed through with decreasing pressure in the expansion space successively according to their optimal working range of the liquid from the expansion space.

Die Varianten A und B können auch gleichzeitig in einem Expansionsraum vorkommen. The variants A and B can also occur simultaneously in an expansion space.

Sowohl Variante A als auch Variante B zeichnen sich dadurch aus, daß die Flüssigkeit, die durch das expandierende Gas durch die Arbeitsmaschine getrieben wird, eine fast konstante Temperatur aufweist, die weit genug vom Gefrierpunkt entfernt ist, so daß keine Gefahr der Vereisung der Arbeitsmaschine besteht. Dies gilt auch im Falle eines aus der Regel fallenden Betriebes im nicht quasiisothermen Bereich, während dessen die Temperatur des Gases unter die Gefriertemperatur der Flüssigkeit absinken kann. Diejenigen Teile der Flüssigkeit, die mit dem erkalteten Gas in Kontakt kommen, haben aber keinen unmittelbaren Zugang zur Arbeitsmaschine ohne vorher durch andere Flüssigkeitsanteile erwärmt worden zu sein! Das erfindungsgemäße Kraftwerk ist, anders als bekannte Kraftwerke, in seinem Betrieb extrem redundant, kann also unter sehr variablen Bedingungen völlig störungsfrei betrieben werden! Es ist sehr tolerant gegenüber plötzlichen Änderungen der Betriebsbedingungen! Both variant A and variant B are characterized in that the liquid which is driven by the expanding gas through the working machine, has an almost constant temperature, which is far enough from the freezing point, so that there is no risk of icing of the working machine , This also applies in the case of a normally falling operation in the non-quasi-isothermal region, during which the temperature of the gas can drop below the freezing temperature of the liquid. However, those parts of the liquid which come into contact with the cooled gas have no direct access to the working machine without being previously heated by other liquid parts! The power plant according to the invention is, unlike known power plants, extremely redundant in its operation, so it can be operated completely trouble-free under very variable conditions! It is very tolerant to sudden changes in operating conditions!

Im Regelbetrieb läuft das Kraftwerk aber wie definiert quasiisotherm! Sowohl bei Variante A als auch bei Variante B sollen hierfür die relativen Oberflächen von Flüssigkeit und Gas, ohne oder mit Trennschicht dazwischen, groß sein um eine schnelle Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeit und Gas zu ermöglichen! Bei Variante A haben das expandierende Druckgas und die temperierende Flüssigkeit bzw. der temperierende Festkörper (Kurzzeitwärmespeicher) bei direktem Kontakt eine hinreichend große relative Oberfläche gemein. Bei Variante B befindet sich mindestens teilweise eine wärmeleitende Trennschicht dazwischen. Mit hinreichend großer relativer Oberfläche ist gemeint, daß die Kontaktfläche zwischen temperierender Flüssigkeit und expandierendem Gas so groß ist, daß der Vorgang im vorgegebenen Zeitfenster quasiisotherm gemäß der zuvor gegebenen Definition abläuft, eine geringfügige Hypothermie oder Hyperthermie ist also möglich. Weiterhin wird vorzugsweise darauf eingewirkt, daß wärmeisolierende ruhende Gasschichten zwischen expandierendem Druckgas und temperierender Flüssigkeit zerstört werden. Dies geschieht durch ausreichende relative Bewegung von Gas und Flüssigkeit zueinander. In normal operation, however, the power plant runs as defined quasi-isothermally! For both Variant A and Variant B, the relative surfaces of liquid and gas, with or without a separating layer in between, should be large enough to allow rapid heat transfer between liquid and gas! In variant A, the expanding compressed gas and the tempering liquid or the tempering solid (short-term heat storage) in direct contact have a sufficiently large relative surface in common. In variant B is at least partially a heat-conducting separating layer in between. With a sufficiently large relative surface is meant that the contact area between tempering liquid and expanding gas is so large that the process in the given time window quasiisothermally according to the definition given above, a slight hypothermia or hyperthermia is therefore possible. Furthermore, it is preferably acted upon that thermally insulating stationary gas layers are destroyed between expanding pressurized gas and tempering liquid. This is done by sufficient relative movement of gas and liquid to each other.

Es gibt für Variante A mehrere Möglichkeiten, die Oberfläche hinreichend groß zu halten:

  • 1.) Die das expandierende Druckgas temperierende Flüssigkeit (vorzugweise die gleiche, wie die, die auch als aus dem Expansionsraum verdrängte Arbeitsflüssigkeit in der Arbeitsmaschine, z.B. Turbine, dient; es kann aber auch eine andere sein, z.B. eine Salzlösung statt normalem Wasser, wenn normales Wasser als Arbeitsflüssigkeit verwendet wird, oder Süßwasser, wenn Meerwasser als Arbeitsflüssigkeit dient) wird in Tropfen- oder Tröpfchenform in das expandierende Druckgas eingebracht, z.B. eingesprüht. Eine ausreichende relative Bewegung von Gas und temperierender Flüssigkeit bzw. temperierendem Flüssigkeitsanteil zueinander ist hierbei meistens gewährleistet. Die temperierende Flüssigkeit, die in Tropfen-/Tröpfchenform eingebracht wird, kann a.) von gleicher Temperatur sein wie die schon im Expansionsraum befindliche Flüssigkeit, die als Arbeitsflüssigkeit dient b.) eine andere Temperatur aufweisen als die im Expansionsraum befindliche Flüssigkeit; insbesondere kann sie eine höhere Temperatur aufweisen, die z.B. von Abwärmeaufnahme oder Überschußenergieeintrag aus regenerativen Energiequellen herrührt.
  • 2.) Das expandierende Druckgas wird im unteren Bereich des Expansionsraumes als Gasblasen in die temperierende und als Arbeitsflüssigkeit in der Arbeitsmaschine dienende Flüssigkeit eingebracht, z.B. eingedüst. Es steigen dann Gasblasen in der Flüssigkeit auf. Je kleiner die Gasblasen sind, umso langsamer steigen sie auf. Beim Aufsteigen findet auch schon der Expansionsprozeß statt, wodurch die Gasblasen größer werden und etwas schneller aufsteigen. Dies alles geschieht außerhalb der Arbeitsmaschine im Expansionsraum. In der Arbeitsmaschine selbst findet praktisch keine Gasexpansion mehr statt, da lediglich in der Flüssigkeit gelöstes Gas in die Arbeitsmaschine eintritt und dort in geringem Umfang durch Druckabfall in der Flüssigkeit austreten kann.
  • 3.) Die Flüssigkeit wird im Expansionsraum während der Gasexpansion stark bewegt, so daß z.B. Wellen entstehen, wodurch auch das Gas (vor allem direkt darüber) bewegt wird und wärmeisolierende ruhende Gasschichten oder Flüssigkeitsschichten zerstört werden.
  • 4.) Das Druckgas wird aus dem Druckgasspeicher chargenweise in hinreichend kleine Behälter innerhalb des Expansionsraumes eingefüllt und expandiert dann darin. Das expandierte Gas wird nach seiner Arbeitsverrichtung in die „Umgebung“ entlassen. Diese Kleingasbehälter können elastisch ausdehnbar sein. Einfacher ist aber eine unten offene Behälterart, z.B. langgestreckte oben geschlossene Rohre: Das Druckgas befindet sich aufgrund seiner geringeren Dichte im Oberteil dieser Rohre und drückt die darunter befindliche Flüssigkeit während der Expansion hinaus. Die Rohrwandung wird dabei durch die das Rohr umgebende Flüssigkeit temperiert und temperiert dann das darin expandierende Gas. Da die Rohre sich vorzugsweise im druckstabilen Expansionsraum befinden, können sie selbst eine dünne Wandung aufweisen, da zwischen Außenseite und Innenseite praktisch kein Druckunterschied besteht. (Befinden sich die Rohre nicht in einem druckstabilen Expansionsraum, so müssen sie selbst druckstabil sein. Die Rohre stellen dann selbst kleine druckstabile Expansionsräume mit Zuleitung zu einer Arbeitsmaschine dar. Dafür braucht dann ein umgebender temperierender Flüssigkeitstank nicht druckstabil zu sein!)
There are several options for variant A to keep the surface sufficiently large:
  • 1.) The liquid tempering the expanding pressurized gas (preferably the same as that which also serves as working fluid displaced from the expansion space in the working machine, eg turbine, but it may also be another one, eg saline instead of normal water, if normal water is used as the working fluid, or fresh water when seawater serves as the working fluid) is introduced in droplet or droplet form in the expanding compressed gas, eg sprayed. A sufficient relative movement of gas and tempering liquid or tempering liquid portion to each other is usually ensured here. The tempering liquid, which is introduced in droplet / droplet form, can be a.) Of the same temperature as the liquid already in the expansion space, which serves as working liquid b.) Have a different temperature than the liquid located in the expansion space; In particular, it may have a higher temperature, for example due to waste heat absorption or excess energy input from regenerative energy sources.
  • 2.) The expanding compressed gas is introduced in the lower region of the expansion space as gas bubbles in the temperature-controlling and serving as working fluid in the working machine liquid, eg injected. Gas bubbles then rise in the liquid. The smaller the gas bubbles are, the slower they rise. When ascending, the expansion process already takes place, causing the gas bubbles to grow larger and rise slightly faster. All this happens outside the work machine in the expansion room. In the work machine itself virtually no gas expansion takes place, since only dissolved in the liquid gas enters the machine and there may leak to a small extent by pressure drop in the liquid.
  • 3.) The liquid is strongly moved in the expansion space during gas expansion, so that, for example, waves, whereby the gas (especially directly above it) is moved and thermally insulating stationary gas layers or liquid layers are destroyed.
  • 4.) The compressed gas is filled from the compressed gas storage batchwise into sufficiently small containers within the expansion space and then expands therein. The expanded gas is discharged after its work in the "environment". These small gas containers can be elastically expandable. However, a container type which is open at the bottom is simpler, eg elongated tubes closed at the top: Due to its lower density, the compressed gas is located in the top of these tubes and pushes the liquid underneath during the expansion. The tube wall is tempered by the liquid surrounding the tube and then tempered the expanding gas therein. Since the tubes are preferably in the pressure-stable expansion space, they may themselves have a thin wall, since there is virtually no pressure difference between the outside and the inside. (If the pipes are not in a pressure-stable expansion chamber, they must themselves be pressure-stable.) The pipes then themselves form small pressure-stable expansion chambers with supply to a working machine.

Für Variante B sind die gasenthaltenden Kleingasbehälter hinreichend klein oder weisen eine große Oberfläche auf (z.B. dünn und langgestreckt), so daß die Temperierung des expandierenden Gases durch die die Behälter umgebende Flüssigkeit im Druckbehälter gemäß Definition quasiisotherm ist. Behälter dieser Art werden im folgenden als Kleingasbehälter bezeichnet. Diese Kleingasbehälter dürfen außer Gas auch noch andere Stoffe enthalten, z.B. temperierende Flüssigkeit oder Ballaststoffe. For variant B, the gas-containing small gas containers are sufficiently small or have a large surface area (e.g., thin and elongated), so that the temperature of the expanding gas through the liquid surrounding the containers in the pressure vessel is defined as quasi-isothermal. Containers of this type are referred to below as a small gas tank. These small gas tanks may also contain other substances besides gas, e.g. tempering fluid or fiber.

Das gewählte Verfahren ist davon abhängig, wie viel Zeit für die Temperierung des Gases zur Verfügung steht! Große Expansionsräume bzw. Druckbehälter mit sehr vielen Kleingasbehältern darin erlauben z.B. bei geringerer Expansionsleistung pro Volumen größere Tropfen bzw. Gasblasen oder Kleingasbehälter. Die notwendige Größe der Tropfen bzw. Gasblasen oder Kleingasbehälter läßt sich mit den bekannten Gleichungen zur Wärmeübertragung abschätzen, wenn auch nicht genau ausrechnen. Genauere Anpassungen erfolgen durch einige wenige zusätzliche Versuche. The chosen method depends on how much time is available for the temperature control of the gas! Large expansion chambers or pressure vessels with a large number of small gas tanks in it allow e.g. at lower expansion capacity per volume larger drops or gas bubbles or small gas tank. The necessary size of the droplets or gas bubbles or small gas containers can be estimated with the known equations for heat transfer, although not accurate. More precise adjustments are made by a few additional attempts.

Die Erfindung gemäß Varianten A und B kann

  • a.) mit einem begrenzten Flüssigkeitsvolumen durchgeführt werden, das mindestens so groß ist wie das Volumen des Expansionsraumes und von dem für jeden neuen Arbeitszyklus wenigstens ein Teil erneut in den Expansionsraum eingebracht wird, eventuell nach einer vorherigen Erwärmung, z.B. mittels Verlustwärme aus Betriebsprozessen oder auch durch Überschußenergie aus regenerativen Energien. Die Flüssigkeit wird dann in einem geschlossenen Kreislauf geführt.
  • b.) mit einem „unbegrenzten“ Flüssigkeitsvolumen durchgeführt werden. Es tritt dann also bei jedem Zyklus neue Flüssigkeit in den Expansionsraum ein. Dies ist dann möglich, wenn die Flüssigkeit Wasser ist, z.B. aus einem Fluß, See oder Meer. Es kann natürlich auch neues Wasser mit schon verwendetem Wasser gemischt im Expansionsraum zur Gastemperierung eingesetzt werden.
The invention according to variants A and B can
  • a.) are carried out with a limited volume of liquid which is at least as large as the volume of the expansion space and of which at least a part is introduced again for each new working cycle in the expansion space, possibly after a previous heating, for example by means of heat loss from operating processes or by excess energy from regenerative energies. The liquid is then passed in a closed circuit.
  • b.) with an "unlimited" volume of liquid. Thus, new fluid enters the expansion space every cycle. This is possible if the liquid is water, eg from a river, lake or sea. Of course, new water mixed with already used water can be used in the expansion chamber for the gas tempering.

Ein Expansionsraum gemäß Variante A weist folgende Merkmale auf:

  • 1.) Der Expansionsraum weist mindestens eine Verbindung zum Druckgasspeicher (oder auch, falls vorhanden, mehreren Druckgasspeichern) auf, die mit einem Ventil geöffnet und verschlossen werden kann. (Als Ventile werden in der gesamten Anmeldung allgemeine Bauteile bezeichnet, die eine Regelung des Durchflusses von Fluiden gestatten, und zwar kontinuierlich oder diskontinuierlich (z.B. offen/geschlossen). Der Begriff Ventil umfaßt also in dieser Anmeldung z.B. auch Bauteile wie Absperrklappen oder Absperrschieber).)
  • 2.) Er weist auch (mindestens) eine Öffnung mit Ventil auf, durch die expandiertes bzw. teilexpandiertes Gas den Arbeitsraum ins Freie oder ein druckniedriges Großreservoir („die Umgebung“) verläßt.
  • 3.) Er weist mindestens eine Austrittsöffnung auf, durch die die Flüssigkeit aus dem Expansionsraum in die Arbeitsmaschine eintritt. Zwischen Austrittsöffnung und Arbeitsmaschine befindet sich ebenfalls ein Ventil, das geöffnet und geschlossen werden kann, bevorzugt graduell, zur Leistungssteuerung der Arbeitsmaschine. Bevorzugt ist die Arbeitsmaschine oberhalb des Niveaus des Bodens des Expansionsraumes angeordnet und ist mit diesem über ein Steigrohr mit großem Innendurchmesser (daraus folgt eine geringe Strömungsgeschwindigkeit darin) verbunden, das verhindert, daß Gesteinsstücke oder schwerer Grobschmutz in die Arbeitsmaschine geraten. Oder es befindet sich zwischen Expansionsraum und Arbeitsmaschine eine Zuleitung, die mindestens ein solches Steigrohr enthält. Hinter dem Steigrohr darf es dann auch wieder abwärts gehen.
An expansion space according to variant A has the following features:
  • 1.) The expansion chamber has at least one connection to the compressed gas storage (or, if present, several compressed gas storage), which can be opened and closed with a valve. (As valves throughout the application general components are referred to, which allow a control of the flow of fluids, either continuously or discontinuously (eg open / closed) The term valve thus includes in this application, for example, components such as butterfly valves or gate valve). )
  • 2.) It also has (at least) an opening with valve through which expanded or partially expanded gas leaves the working space to the outside or a low-pressure large reservoir ("the environment").
  • 3.) It has at least one outlet opening through which the liquid from the expansion space enters the working machine. Between the outlet opening and working machine is also a valve that can be opened and closed, preferably gradually, for power control of the machine. Preferably, the work machine is disposed above the level of the bottom of the expansion space and connected thereto by a riser pipe having a large inner diameter (resulting in a low flow velocity therein) which prevents rock pieces or heavy coarse dirt from entering the work machine. Or it is located between expansion space and work machine a supply line containing at least one such riser. Behind the riser, it may then go down again.

Das Arbeitsverfahren des erfindungsgemäßen Kraftwerkes gemäß Variante A stellt sich folgendermaßen dar:
Das erfindungsgemäße Druckgasflüssigkeitskraftwerk arbeitet wie ein quasiisothermer Druckluftmotor mit selbstabdichtendem Kolben:
Der Expansionsraum ist zu Beginn eines Arbeitstaktes großteils (a.)) oder ganz (b.)) mit Flüssigkeit gefüllt.

  • a.) In den verbliebenen Gasraum wird nun Druckgas mit dem im Druckgasspeicher herrschenden Druck eingeleitet. Das Ventil hinter der Austrittsöffnung aus dem Expansionsraum ist dabei vorzugsweise zur Arbeitsmaschine hin ganz oder teilweise geschlossen, so daß sich ein Druck oberhalb der Flüssigkeit aufbaut, der dem Druck im Druckgasspeicher entspricht.
  • b.) Ist der Expansionsraum ganz mit Flüssigkeit gefüllt (die bevorzugte Ausführung), ist das Ventil hinter der Austrittsöffnung zur Arbeitsmaschine hin mindestens teilweise geöffnet und das Druckgas schiebt einen Teil der Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung in die Arbeitsmaschine, wo die mechanische Energie der Flüssigkeit in eine andere mechanische Bewegung umgewandelt wird. Dies geschieht praktisch isotherm, da der Druckabfall des Druckgases beim Einleiten nur minimal ist, weil der Druckgasspeicher deutlich größer ist als das nun abgezweigte Teilvolumen für den Arbeitszyklus.
The working method of the power plant according to the invention according to variant A is as follows:
The pressurized gas liquid power plant according to the invention works like a quasi-isothermal compressed air motor with a self-sealing piston:
The expansion space is at the beginning of a power stroke largely (a.)) Or completely (b.)) Filled with liquid.
  • a.) In the remaining gas space now pressurized gas is introduced with the pressure prevailing in the compressed gas storage pressure. The valve behind the outlet opening from the expansion chamber is preferably completely or partially closed towards the working machine, so that a pressure builds up above the liquid, which corresponds to the pressure in the compressed gas storage.
  • b.) Is the expansion space completely filled with liquid (the preferred embodiment), the valve behind the outlet opening to the working machine is at least partially open and the compressed gas pushes a portion of the liquid through the outlet opening in the working machine, where the mechanical energy of the liquid in another mechanical movement is converted. This is practically isothermal, since the pressure drop of the compressed gas during discharge is only minimal, because the compressed gas storage is significantly greater than the now diverted sub-volume for the duty cycle.

Anschließend wird das Ventil in der Verbindung zum Druckgasspeicher geschlossen. Man achtet darauf, daß das vom Druckgas im Expansionsraum eingenommene Volumen nur so groß ist, daß nach der arbeitsverrichtenden Expansion des Gases die Flüssigkeit gerade aus dem Expansionsraum verdrängt ist, oder, bevorzugt, noch etwas Flüssigkeit darin zurückbleibt. Dann besteht nämlich keine Gefahr, daß Gas in die Arbeitsmaschine gerät, bei der es sich um eine mit hohem Wirkungsgrad arbeitende hydrodynamische Maschine handelt und keinen Gasmotor/Gasexpansionsturbine. Subsequently, the valve is closed in the connection to the compressed gas storage. Care must be taken that the volume occupied by the pressurized gas in the expansion space is only so great that, after the working expansion of the gas, the liquid is just displaced from the expansion space or, preferably, some liquid remains therein. In that case, there is no risk of gas entering the work machine, which is a high-efficiency hydrodynamic machine and not a gas engine / gas expansion turbine.

Flüssigkeit, auf deren Oberfläche ein Gasdruck von z.B. 60 bar einwirkt, ist äquivalent dem Wasser eines Speichersees, der ungefähr 600 Meter oberhalb einer Wasserturbine angeordnet ist! Um 60 Kubikmeter (ideales) Gas von Umgebungsdruck (ungefähr 1 bar) isotherm auf 60 bar zu verdichten (es nimmt dann nur noch 1 Kubikmeter Volumen ein), benötigt man ungefähr 24000 kJ an Energie (entspricht ungefähr 6000 kcal). Diese Energie wird bei einer isothermen Expansion auch wieder vom Gas abgegeben, ähnlich, wie bei einer elastischen Feder. Ein Druckgasspeicher mit 100.000 Kubikmetern (idealem) Gas von 60 bar weist also (bei isothermer Expansion bis auf 1 bar) einen Energiegehalt von ungefähr 2,4 Mrd. Kilojoule, also 2,4 Billionen Joule auf. Eine Leistung von 100 MW könnte von diesem Druckgasspeicher 24.000 Sekunden (fast 7 Stunden) lang geliefert werden. Dies gilt aber nur bei einer Umwandlung mit 100% Wirkungsgrad. Dies ist natürlich in der Praxis unmöglich. An einen solchen Druckgasspeicher angeschlossen ist z.B. ein Expansionsraum von 10.000 Kubikmetern. Dieser Expansionsraum ist anfangs mit 10.000 Kubikmetern Flüssigkeit gefüllt, von der anfangs bis zur Schließung des Ventils zwischen Druckgasspeicher und Expansionsraum 150 Kubikmeter durch Druckgas verdrängt werden, wobei diese 150 Kubikmeter Flüssigkeit in der Arbeitsmaschine (z.B. Francis-Turbine) bei einem praktisch konstanten Druck von ungefähr 60 bar eine Energie erzeugen, die 150 Kubikmeter Wasser abgeben würden, die aus 600 Metern Höhe in eine Turbine fielen. Das sind 900.000.000 Joule (900 MJ). Läßt man das Druckgas 9 Sekunden lang aus dem Druckgasspeicher die Flüssigkeit mit gleichmäßiger Geschwindigkeit durch die Arbeitsmaschine schieben, erzeugt man dadurch gerade 100 MW Leistung. Anschließend expandieren diese 150 Kubikmeter Gas quasiisotherm von 60 bar auf 1 bar und dabei auf 9000 Kubikmeter, wobei 8850 Kubikmeter Flüssigkeit verdrängt werden, wobei aber der Druck der Flüssigkeit von 60 bar bis auf 1 bar abnimmt und dabei (gemäß der zuvor angegebenen Gleichung W = –nRT·ln(V2/V1) für isotherme Gasexpansion) ungefähr 3,6 Mrd. Joule (3600 MJ) an Energie erzeugt werden. Benötigt der Gesamtvorgang 36 Sekunden, so hat man wieder eine Leistung von 100 MW erzeugt. Anschließend öffnet man das Entgasungsventil am Expansionsraum, das ins Freie oder in einen Niederdruckgasbehälter („die Umgebung“) führt, schließt das Ventil zur Arbeitsmaschine und flutet den Expansionsraum erneut mit Flüssigkeit. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Luft als Gas, weil nur diese einfach und dennoch wirklich unbedenklich ins Freie entlassen werden kann. Dann schließt man das Entgasungsventil, öffnet erneut das Ventil zum Druckgasspeicher und das zur Arbeitsmaschine und ein neuer Arbeitszyklus beginnt. Dieser startet aber diesmal nicht mehr bei 60 bar, sondern etwas darunter (bei 59,91 bar), da von den 100.000 Kubikmetern ja 150 bereits entnommen wurden. Liquid, on the surface of which a gas pressure of, for example, 60 bar acts, is equivalent to the water of a reservoir lake, which is located approximately 600 meters above a water turbine! To compress 60 cubic meters of (ideal) gas from ambient pressure (about 1 bar) isothermally to 60 bar (it then occupies only 1 cubic meter of volume), it takes about 24000 kJ of energy (equivalent to about 6000 kcal). This energy is also released from the gas in an isothermal expansion, similar to an elastic spring. A compressed gas storage tank with 100,000 cubic meters of (ideal) gas at 60 bar has an energy content of approximately 2.4 billion kilojoules, ie 2.4 trillion joules (with isothermal expansion down to 1 bar). An output of 100 MW could be delivered from this compressed gas storage 24,000 seconds (almost 7 hours). However, this only applies to a conversion with 100% efficiency. Of course, this is impossible in practice. Connected to such a compressed gas storage is, for example, an expansion space of 10,000 cubic meters. This expansion space is initially filled with 10,000 cubic meters of liquid, from the beginning until the closure of the valve between compressed gas storage and expansion space 150 cubic meters are displaced by compressed gas, which 150 cubic meters of liquid in the working machine (eg Francis turbine) at an almost constant pressure of about 60 bar generate an energy that would give 150 cubic meters of water, which fell from a height of 600 meters in a turbine. That's 900,000,000 joules (900 MJ). If you let the compressed gas for 9 seconds from the compressed gas storage, the liquid at a uniform speed through the machine, thereby producing just 100 MW of power. These 150 cubic meters of gas then expand quasiisothermically from 60 bar to 1 bar and 9000 cubic meters, displacing 8850 cubic meters of liquid, but the pressure of the liquid decreases from 60 bar to 1 bar and thereby (according to the equation W = -NRT · ln (V 2 / V 1 ) for isothermal gas expansion) approximately 3.6 billion joules (3600 MJ) of energy are generated. If the total process takes 36 seconds, then one has again generated a power of 100 MW. Subsequently, the degassing valve is opened at the expansion space leading into the atmosphere or into a low-pressure gas container ("the environment"), closing the valve to the work machine and re-flooding the expansion space with liquid. Very particularly preferred is the use of air as a gas, because only this can be released easily and yet really harmless to the outside. Then you close the degassing valve, re-opens the valve to the compressed gas storage and the work machine and a new cycle begins. This time, however, no longer starts at 60 bar, but slightly lower (at 59.91 bar), since 150 out of the 100,000 cubic meters have already been taken.

Durch sich wiederholende Arbeitszyklen wird der Druckgasspeicher mit der Zeit bis auf ein bestimmtes Maß entleert, das z.B. auch davon abhängig ist, welcher Stützdruck an Gas aus Stabilitätsgründen darin verbleiben muß. By repeating cycles of operation, the compressed gas reservoir is evacuated over time to a certain extent, e.g. also depends on which support pressure must remain in gas for stability reasons.

Wird ein (vorzugsweise unterirdischer) Druckgasspeicher z.B. mit sehr grobem Schüttgut gefüllt, so stützt dieses die Wand! Auch wenn dann später Wandteile (z.B. Fels) abbrechen, macht das nichts, denn das Abbrechen hat spätestens dann ein Ende, wenn der Druckgasspeicher überall mit Wandkontakt mit Schüttgut, eben auch Wandabbruchmaterial, gefüllt ist. Da das Schüttgut aber Volumen einnimmt, das nicht von energieenthaltendem Druckgas gefüllt ist, muß der Druckgasspeicherraum deutlich größer gewählt werden. Es läßt sich im Druckgasspeicher durch grobes Schüttgut ein zur Energiespeicherung verwendbares Leervolumen von etwa 20 bis 30% erzielen. Das Schüttgut muß deswegen grob sein, damit die Strömung der Luft nicht behindert wird. Die untereinander verbundenen Leerräume sollten einen mittleren Durchmesser von mehr als 5 Zentimetern haben, bevorzugt mehr als 10 Zentimetern. Ein schüttgutbefüllter Druckgasspeicher hat zwar weniger Füllvolumen als ein leerer Raum, aber er hat den Vorteil, daß er einfacher quasiisotherm mit Druckgas gefüllt werden kann, da das Schüttgut als wärmeaufnehmender Wärmespeicher mit großer Oberfläche dient. If a (preferably subterranean) compressed gas storage, e.g. filled with very coarse bulk material, this supports the wall! Even if later wall parts (for example rock) break off, this does not matter, because the break has an end at the latest when the compressed gas storage is everywhere filled with wall contact with bulk material, just wall demolition material. However, since the bulk material occupies volume that is not filled by energy-containing compressed gas, the compressed gas storage space must be chosen significantly larger. It can be achieved in the compressed gas storage by coarse bulk material usable for energy storage void volume of about 20 to 30%. The bulk material must therefore be coarse, so that the flow of air is not obstructed. The interconnected voids should have an average diameter of more than 5 centimeters, preferably more than 10 centimeters. Although a bulk material-filled compressed gas storage has less filling volume than an empty space, but it has the advantage that it can be filled with gas quasiisotherm easier because the bulk material serves as a heat-absorbing heat accumulator with a large surface area.

Vorzugsweise arbeitet das Gesamtkraftwerk mit mehr als nur einem Expansionsraum, wobei jeder Expansionsraum gerade in einer unterschiedlichen Phase des Arbeitszyklus ist. Das hilft, die Leistungsabgabe des Gesamtkraftwerks zu vergleichmäßigen. Preferably, the entire power plant operates with more than one expansion space, each expansion space being in a different phase of the work cycle. This helps to even out the power output of the entire power plant.

Da der Expansionsraum während eines Arbeitszyklus nicht ständig unter dem Maximaldruck steht, weil ja keine ständig offene Verbindung zum Druckgasspeicher besteht, ist es möglich, den Expansionsraum, in dem der Arbeitszyklus abläuft, in mehrere Teilexpansionsräume aufzuteilen, in denen Teile des Arbeitszyklus bei unterschiedlichen Drücken ablaufen! Dies hat den Vorteil, das man nicht den ganzen Expansionsraum stabil gegen den Maximaldruck ausgestalten muß, was wegen des großen Volumens des Gesamtexpansionsraumes teuer wird, falls der Expansionsraum oberirdisch aufgestellt und nicht in einer unterirdischen Kaverne eingerichtet werden sollte. Man könnte im Falle einer Aufteilung in mehrere Teilexpansionsräume dann z.B. einen ersten Teilexpansionsraum erstellen, der das Druckgas von z.B. 60 bar auf 15 bar entspannte, also eine vierfache Volumenvergrößerung ermöglichte. Dieser erste Teilexpansionsraum wäre, weil noch relativ klein, relativ einfach zu stabilisieren (Näherung: „Kesselformel“) und man könnte ihn auch aus kostengünstigen Materialien, z.B. vorgespanntem Beton (eventuell mit gasdichtem „Inliner“), herstellen. Since the expansion space during a working cycle is not constantly below the maximum pressure, because there is no constantly open connection to the compressed gas storage, it is possible to divide the expansion space in which the work cycle runs into several parts expansion spaces in which run parts of the duty cycle at different pressures ! This has the advantage that it is not necessary to design the entire expansion space stable against the maximum pressure, which is expensive because of the large volume of the total expansion space, if the expansion space should be placed above ground and not set up in an underground cavern. In the case of a division into several parts expansion spaces it would then be possible, e.g. create a first part expansion space containing the compressed gas of e.g. 60 bar to 15 bar relaxed, thus allowing a fourfold increase in volume. This first part expansion space, because it is still relatively small, would be relatively easy to stabilize (approximation: "boiler formula") and could also be made from inexpensive materials, e.g. prestressed concrete (possibly with gas-tight "inliner").

In einem zweiten Teilexpansionsraum würde dann das vorentspannte Gas weiter entspannt, z.B. von 15 bar auf einen Enddruck von ungefähr 1 bis 2 bar oder auch nur auf ungefähr 5 bar. An den zweiten Teilexpansionsraum schlösse sich dann ein dritter, letzter Teilexpansionsraum an. Es versteht sich, daß während des Ablaufs der Teilzyklen die Verbindung zwischen dem/den Teilexpansionsräumen, in denen der Teilzyklus gerade abläuft und dem/den dahinterliegenden Teilexpansionsraum/Teilexpansionsräumen geschlossen ist und die Flüssigkeit über einen separaten Weg in die oder eine Arbeitsmaschine eintritt, und daß erst nach Beendigung des jeweiligen Teilzyklus eine Verbindung zwischen dem vorangehenden Teilexpansionsraum und dem darauffolgenden geöffnet wird, damit das teilexpandierte Druckgas auch in diesem weiterexpandieren und seinen Teilzyklus durch Verdrängung der dort befindlichen Flüssigkeit verrichten kann. Die Teilexpansionsräume können einfach unabhängig voneinander und räumlich getrennt mit Verbindungen zwischen ihnen angeordnet sein. Z.B. kann auch ein Teil der Expansionsräume (z.B. die Hochdruckteilräume, oberirdisch angeordnet sein und die mit niederem Druck, die größere Volumina erfordern, unterirdisch.) In einer anderen Ausführung befinden sich hingegen die jeweils folgenden Teilexpansionsräume zwiebelschalenartig um den ersten Hochdruckteilexpansionsraum herum angeordnet, was Stabilitätsvorteile bringt. Es ergeben sich insbesondere dann Stabilitätsvorteile, wenn das Druckgasflüssigkeitskraftwerk „mehrzylindrig“ ausgeführt wird (also mit mehreren Expansionsräumen A, B, ... ausgestattet ist, in denen phasenverschoben Arbeitszyklen Za, Zb, ... ablaufen) und in dem den ersten Teilexpansionsraum umgebenden Teilexpansionsraum für Arbeitszyklus Za bereits ein Teilarbeitszyklus eines phasenverschobenen Arbeitszyklus Zb eines anderen „Zylinders“ (Expansionsraumes B) ausgeführt wird, denn dann stützt der geringere Druck dieses Arbeitszyklus Zb in diesem umgebenden Teilexpansionsraum die Wand des ersten Teilexpansionsraumes. Es wechseln also in diesem Falle die Teilexpansionsräume der unterschiedlichen Arbeitszyklen Za, Zb, ... der Expansionsräume A, B, ... zeitlich ihren räumlichen Ort, um die Wände, vor allem der unter Hochdruck stehenden Teilexpansionsräume, optimal zu stützen. In a second part expansion chamber, the pre-expanded gas would then be further expanded, for example from 15 bar to a final pressure of approximately 1 to 2 bar or even only to approximately 5 bar. At the second Teilxpansionsraum then enclose a third, last Teilxpansionsraum. It will be appreciated that during the course of the sub-cycles, the connection between the part expansion space (s) where the subcycle is about to run and the subexpansion space (s) is closed and the fluid enters the or a work machine via a separate path, and only after completion of the respective subcycle a connection between the preceding parts expansion space and the subsequent one is opened, so that the partially expanded compressed gas can also expand in this and perform its subcycle by displacement of the liquid located there. The parts expansion spaces may simply be arranged independently and spatially separated with connections between them. For example, a part of the expansion areas (eg the high-pressure part spaces, above ground In another embodiment, however, each of the following parts expansion chambers are onion-like arranged around the first high-pressure part expansion space, which brings stability advantages. This results in particular stability advantages when the compressed gas liquid power plant "mehrzylindrig" is executed (that is equipped with several expansion spaces A, B, ..., in which run phase Za, Zb, ... run) and in which the first part expansion space surrounding Partial expansion chamber for work cycle Za already a partial work cycle of a phase-shifted cycle Zb another "cylinder" (expansion space B) is performed, because then supports the lower pressure of this cycle Zb in this surrounding part expansion space, the wall of the first part expansion space. In this case, therefore, the parts expansion spaces of the different working cycles Za, Zb,... Of the expansion spaces A, B,... Temporally change their spatial location in order to optimally support the walls, in particular the parts expansion areas under high pressure.

Ein Expansionsraum kann sich auch ganz oder teilweise im Boden befinden. In einer Ausführungsvariante ist der Expansionsraum im wesentlichen kegelförmig oder kegelstumpfförmig geformt. Die Kegelwandung muß aber (im Längsschnitt durch den Kegel betrachtet) nicht gerade sein, sondern kann auch geschwungen sein. Auch der Boden und die Spitze des Kegelstumpfes müssen nicht eben sein. Vorzugsweise sind sie sogar gewölbt, um den Innendruck im Expansionsraum besser aufnehmen zu können. Der obere Teil eines solchen (wie zuvor definierten) „Kegels“, in dem das Druckgas sich mit dem höchsten Druck befindet, kann sich auch aufgrund des geringen Radius (hohe Stabilität!) oberhalb des Bodens befinden. Der untere Teil des Kegels ist vorzugsweise im Boden und der Bodendruck stabilisiert die Wände, wodurch sie weniger stabil ausgeführt werden müssen als wenn diese Bereiche oberhalb der Erdoberfläche lägen. Je tiefer sich der „Kegel“ im Boden befindet, umso schwächer können die Wände dieses Expansionsraumes sein. Eine weitere Möglichkeit, kostengünstig einen Expansionsraum in den Boden zu legen, besteht darin, ihn ins Grundwasser zu betten und dieses nachher um den Expansionsraum herum zu vereisen (z.B. mit Gefrierlanzen). Dabei dehnt sich der Boden aus, und die Wände werden unter eine nach innen gerichtete Vorspannung gesetzt, die dem Innendruck im Expansionsraum entgegenwirkt. Falls der Expansionsraum, bei etwas verringertem Wirkungsgrad, mit einer im Kreislauf geführten Flüssigkeit (z.B. einer wässrigen Salzlösung oder Gefrierschutzmischung) betrieben wird, deren Temperatur mindestens 10 °C unter der Gefriertemperatur von Wasser liegt, so hat die Wand des Expansionsraumes eine Temperatur unter 0 °C und der Expansionsraum umgibt sich mit einer stabilen Schicht aus vereistem Boden, so daß die Wände des Expansionsraumes entsprechend schwach sein dürfen. Es ist auch möglich, den gesamten Expansionsraum in einen großen oberirdischen Behälter mit wasserdurchtränktem Boden zu geben, der dann durchgefroren wird. Dann hat man eine Expansionsraumwand, deren Festigkeit zu einem großen Teil von gefrorenem Boden stammt! Werden in den Boden auch noch Fasern eingebracht, so kann dieser „Eisbeton“ auch einen erheblichen Teil Zugkräfte aufnehmen! Und eventuell mit der Zeit entstandene Risse darin ließen sich sehr gut durch Aufschmelzen und Wiedereinfrieren reparieren! Bei sehr hohem Faseranteil könnte auch Eis ohne Bodenanteil als „Eisbetonwand“ eingesetzt werden! Ein besonders billig herstellbarer „Eisbeton“ mit Faseranteil ist Pykrete, der aus 14% Sägespänen und 86% Wasser besteht. Als Zugfestigkeit von Pykrete wird in Wikipedia ungefähr 4,8 MPa angegeben (im Vergleich zu Beton mit 1,7 MPa und Eis mit 1,1 MPa). Als Druckfestigkeit besitzt Pykrete 7,6 MPa (verglichen mit Beton mit 17,2 MPa und Eis mit 3,4 MPa). Die Dichte von Pykrete beträgt 980 Kilogramm pro Kubikmeter (Beton 2500, Eis 910). Durch Verwendung anderer Fasern als Holzspänen läßt sich vor allem die Zugfestigkeit noch deutlich steigern! An expansion area can also be completely or partially located in the ground. In one embodiment, the expansion space is formed substantially conical or frusto-conical. However, the conical wall (viewed in longitudinal section through the cone) need not be straight, but may also be curved. Also, the bottom and the top of the truncated cone need not be even. Preferably, they are even curved in order to better absorb the internal pressure in the expansion space can. The upper part of such a (as previously defined) "cone", in which the compressed gas is at the highest pressure can also be due to the small radius (high stability!) Above the ground. The lower part of the cone is preferably in the ground and the ground pressure stabilizes the walls, making them less stable than if they were above the surface of the earth. The deeper the "cone" is in the ground, the weaker the walls of this expansion space can be. Another way of economically placing an expansion space in the ground is to embed it in the groundwater and subsequently freeze it around the expansion space (e.g., with freezing lances). The soil expands and the walls are placed under an inward bias that counteracts the internal pressure in the expansion space. If the expansion chamber, with somewhat reduced efficiency, with a circulated liquid (eg an aqueous salt solution or antifreeze mixture) is operated, whose temperature is at least 10 ° C below the freezing temperature of water, the wall of the expansion chamber has a temperature below 0 ° C and the expansion space surrounds itself with a stable layer of icy ground, so that the walls of the expansion space may be correspondingly weak. It is also possible to place the entire expansion space in a large above-ground container with water-soaked ground, which is then frozen through. Then you have an expansion space wall whose strength comes to a large extent from frozen ground! If fibers are also introduced into the soil, this "ice concrete" can absorb a considerable amount of traction! And eventually cracks in it could be repaired very well by melting and re-freezing! If the fiber content is very high, ice without a soil component could also be used as an "ice concrete wall"! A particularly cheap to produce "ice concrete" with fiber content is Pykrete, which consists of 14% sawdust and 86% water. The tensile strength of pyrites is about 4.8 MPa in Wikipedia (compared to concrete with 1.7 MPa and ice with 1.1 MPa). Pykrete has a compressive strength of 7.6 MPa (compared to 17.2 MPa concrete and 3.4 MPa ice). The density of pyrites is 980 kilograms per cubic meter (concrete 2500, ice 910). By using fibers other than wood chips, especially the tensile strength can be significantly increased!

Um den Wirkungsgrad des Kraftwerkes zu verbessern, ist es möglich, nicht nur eine Art Arbeitsmaschine einzusetzen, sondern zwei oder auch mehr unterschiedliche, von denen jede für einen bestimmten Flüssigkeitsdruckbereich optimiert ist. Für die hohen Flüssigkeitsdrücke (von 70 bis ungefähr 2 bar) wird z.B. eine Francis-Turbine (oder eine verwandte Konstruktion) eingesetzt (Wirkungsgrad ungefähr 90% für Wasser) und für den mittleren oder niedrigen Flüssigkeitsdruckbereich (4 bis 2 bar) eine Kaplan-Turbine (oder eine verwandte Konstruktion) (Wirkungsgrad 80–95% für Wasser). In order to improve the efficiency of the power plant, it is possible to use not only one kind of work machine, but two or more different, each of which is optimized for a particular fluid pressure range. For the high liquid pressures (from 70 to about 2 bar), e.g. a Francis turbine (or related construction) (efficiency about 90% for water) and for the medium or low fluid pressure range (4 to 2 bar) a Kaplan turbine (or related construction) (efficiency 80-95% for water ).

Für Flüssigkeitsdrücke oberhalb 70 bar verwendet man vorzugsweise eine peltonartige Turbine (Wirkungsgrad 90–95% für Wasser). Eine Francis-Turbine ist hierbei über den weitesten Druckbereich verwendbar. Peltonartige Turbinen sind dafür aber am besten bei wechselndem Durchsatz steuerbar. For liquid pressures above 70 bar is preferably used a pelton-type turbine (efficiency 90-95% for water). A Francis turbine can be used over the widest pressure range. However, Pelton-type turbines are best controlled with varying throughput.

Bei Verwendung mehrerer Expansionsräume E1, E2, ... muß nicht jeder Expansionsraum eine oder mehrere Arbeitsmaschinen besitzen, sondern es können die Arbeitsmaschinen je nach Zykluszeitpunkt, in dem sich der Expansionsraum gerade befindet, von unterschiedlichen Expansionsräumen wechselweise angeströmt werden. When using a plurality of expansion spaces E 1 , E 2 , ... Not every expansion space must have one or more machines, but it can be alternately flowed by different expansion spaces depending on the cycle time in which the expansion space is currently the work machines.

Wie bereits erwähnt, sind in einem Kubikmeter komprimierten Druckgases von 60 bar ungefähr 24.000 kJ „isotherme Energie“ enthalten. (Mit „“isothermer Energie“ wird die Energie bezeichnet, die durch isotherme Expansion auf 1 bar als mechanische Arbeit gewinnbar ist. Anders als bei einer adiabatischen Expansion ist dabei die „isotherme Energie“ (eines idealen Gases) unabhängig vom molekularen Aufbau des Gases!) Wird dieser Kubikmeter Druckgas von 60 bar isotherm auf 2 Kubikmeter mit 30 bar expandiert, so enthalten diese 2 Kubikmeter noch ungefähr 20.000 kJ an „isothermer Energie“ (10.000 kJ pro Kubikmeter). Das bedeutet, die isotherme Expansion auf das doppelte Volumen setzt pro Kubikmeter Druckgas von 60 bar etwa 4000 kJ frei. Werden die 2 Kubikmeter Druckgas danach von 30 bar auf 6 Kubikmeter von 10 bar isotherm expandiert, so enthalten diese 6 Kubikmeter dann noch ungefähr 14.000 kJ (2300 kJ pro Kubikmeter). Bei der Expansion von 2 Kubikmetern von 30 bar auf 6 Kubikmeter von 10 bar werden also ungefähr 6000 kJ frei. Werden diese 6 Kubikmeter von 10 bar auf 12 Kubikmeter von 5 bar isotherm expandiert, so enthalten diese 12 Kubikmeter noch ungefähr 9.500 kJ (800 kJ pro Kubikmeter). Bei der Expansion von 6 Kubikmetern Druckgas von 10 bar auf 5 bar werden somit ungefähr 4.500 kJ frei. Werden diese 12 Kubikmeter Druckgas von 5 bar auf 30 Kubikmeter von 2 bar expandiert, so enthalten diese 30 Kubikmeter noch ungefähr 3800 kJ (ungefähr 130 kJ pro Kubikmeter). Bei der Expansion von 12 Kubikmetern Druckgas von 5 bar auf 30 Kubikmeter Druckgas von 2 bar werden somit ungefähr 5.700 kJ frei. Der Restenergiegehalt von 3800 kJ stellt nur noch ungefähr 15 % der Anfangsenergie dar. Ungefähr 85% der Anfangsenergie wurden dem Druckgas entnommen. Das Druckgas von 2 bar kann nun über das Entgasventil entlassen werden und seine Energie wäre dann verloren. Es könnte aber während des Entlassens noch über eine Niederdruckgasturbine laufen und dabei einen Teil seiner restlichen Energie abgeben, wodurch der Gesamtwirkungsgrad erhöht würde. Dies ist vor allem möglich, wenn das Druckgas Luft ist, oder das Druckgas in einen „drucklosen“ Behälter (z.B. expandierbarer Folienbehälter) entlassen würde. As already mentioned, about 24,000 kJ of isothermal energy are contained in one cubic meter of compressed compressed gas of 60 bar. (The term "isothermal energy" refers to the energy that can be recovered as mechanical work by isothermal expansion to 1 bar.) Unlike adiabatic expansion, the "isothermal energy" (of an ideal gas) is independent of the molecular structure of the gas! ) If this cubic meter of compressed gas is expanded from 60 bar isothermally to 2 cubic meters at 30 bar, these 2 cubic meters still contain approximately 20,000 kJ of "isothermal energy" (10,000 kJ per cubic meter). This means that the isothermal expansion to twice the volume releases about 4000 kJ per cubic meter of pressurized gas of 60 bar. If the 2 cubic meters of compressed gas are subsequently expanded isothermally from 30 bar to 6 cubic meters of 10 bar, these 6 cubic meters then still contain about 14,000 kJ (2300 kJ per cubic meter). With the expansion of 2 cubic meters from 30 bar to 6 cubic meters of 10 bar, about 6000 kJ will be released. If these 6 cubic meters are expanded isothermally from 10 bar to 12 cubic meters of 5 bar, these 12 cubic meters still contain about 9,500 kJ (800 kJ per cubic meter). With the expansion of 6 cubic meters of compressed gas from 10 bar to 5 bar, about 4,500 kJ are released. If these 12 cubic meters of compressed gas are expanded from 5 bar to 30 cubic meters of 2 bar, these 30 cubic meters still contain about 3800 kJ (about 130 kJ per cubic meter). With the expansion of 12 cubic meters of compressed gas from 5 bar to 30 cubic meters of compressed gas at 2 bar, approximately 5,700 kJ will be released. The residual energy content of 3800 kJ represents only about 15% of the initial energy. Approximately 85% of the initial energy was taken from the compressed gas. The compressed gas of 2 bar can now be discharged via the degassing valve and its energy would then be lost. However, it could still run during release via a low-pressure gas turbine and thereby release a portion of its remaining energy, which would increase the overall efficiency. This is especially possible if the compressed gas is air, or the compressed gas would be discharged into a "non-pressurized" container (eg expandable film container).

Vorzugsweise würde dabei das Niederdruckgas vorher noch etwas in seiner Temperatur angehoben, um Kondensationserscheinungen in der Turbine zu verhindern. Dies kann z.B. im einfachsten Falle von Luft durch Verbrennen von etwas Erdgas in dieser Niederdruckluft erfolgen. Alternativ könnten, wenn man eine geeignete Niederdruckflüssigkeitsarbeitsmaschine hierfür zur Verfügung hat, die 30 Kubikmeter von 2 bar auch noch weiter isotherm expandiert werden, z.B. auf 40 Kubikmeter von 1,5 bar. In diesen 40 Kubikmeter wären dann noch 2.400 kJ an Energie enthalten (60 kJ pro Kubikmeter). Beim Expandieren würden also nochmals 1400 kJ frei. Damit würde das isotherm expandierte Gas von 1,5 bar nur noch ungefähr 10% der Anfangsenergie enthalten, 90% wären bereits in mechanische Arbeit umgesetzt. Von den verbliebenen 10 % ließe sich ein beträchtlicher Teil mittels einer Gasturbine wiedergewinnen, weil bei der adiabatischen Expansion von 1,5 auf 1 bar keine starke Temperaturänderung mehr einsetzte. Auch hier ist aber eine vorherige Anhebung der Niederdruckgastemperatur noch sinnvoll. Ansonsten könnte man im Falle von Luft diese auch durch das Entlüftungsventil ohne Arbeitsverrichtung einfach entweichen lassen, was den apparativen Aufwand reduzierte. Eine andere Methode, eine Restdruckgasenergie sinnvoll auszunützen besteht darin, mit dieser Energie die zuvor durch das expandierte Gas aus den Expansionsräumen verdrängte Flüssigkeit für den nächsten Arbeitszyklus wieder in einen anderen Expansionsraum hineinzubefördern. Dies ist dadurch erleichtert, daß die Expansionsräume während der Befüllung mit Flüssigkeit eine Verbindung zur Außenluft bzw. zu einem drucklosen Gasbehälter haben und daher drucklos befüllt werden können. Es muß für eine solche Befüllung eine Verbindung des Gasraumes des Expansionsraumes E1, in dem gerade ein Arbeitszyklus beendet ist, mit dem Flüssigkeitsreservoir R vorhanden sein. Dann wird Flüssigkeit aus dem Reservoir R über eine weitere Leitung in einen leeren drucklosen Expansionsraum E2 gedrückt, dessen Entgasungsventil gerade geöffnet ist. Preferably, the low-pressure gas would previously be slightly raised in its temperature in order to prevent condensation phenomena in the turbine. This can be done, for example, in the simplest case of air by burning some natural gas in this low-pressure air. Alternatively, if one has a suitable low pressure liquid working machine available for this, the 30 cubic meters of 2 bar could be further isothermally expanded, eg to 40 cubic meters of 1.5 bar. In these 40 cubic meters would then be 2.400 kJ of energy contained (60 kJ per cubic meter). When expanding so again 1400 kJ would be free. Thus, the isothermally expanded gas of 1.5 bar would contain only about 10% of the initial energy, 90% would already be converted into mechanical work. Of the remaining 10%, a considerable part could be recovered by means of a gas turbine, because in the adiabatic expansion from 1.5 to 1 bar no strong change in temperature began. Again, however, a prior increase in the low-pressure gas temperature is still useful. Otherwise you could easily escape in the case of air through the vent valve without Arbeitsverrichtung what the apparatus required reduced. Another method of making good use of a residual pressure gas energy is to use this energy to bring the liquid previously displaced by the expanded gas from the expansion spaces back into another expansion space for the next work cycle. This is facilitated by the fact that the expansion spaces during the filling with liquid have a connection to the outside air or to a non-pressurized gas container and therefore can be filled without pressure. It must be present for such a filling a connection of the gas space of the expansion space E 1 , in which just finished a cycle with the liquid reservoir R. Then liquid is pressed from the reservoir R via another line in an empty pressure-less expansion space E 2 , the degassing valve is currently open.

Für eine gute Regelbarkeit der Stromerzeugung ist es sinnvoll, den Expansionsraum möglichst groß zu wählen, weil dann die Änderungen des Drucks darin langsamer vor sich gehen und damit besser steuerbar sind. Wie groß man ihn letztendlich wählt, hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab (Standfestigkeit des Gebirges, schon vorhandene Hohlräume, u.a.). Kleinere Expansionsräume oder Teilexpansionsräume lassen sich auch oberirdisch oder in Nähe der Erdoberfläche künstlich anlegen, z.B. auch mit einem Beton- oder Stahlmantel. Eine geringere Größe der Expansionsräume läßt sich durch eine Vielzahl derselben ausgleichen. Die Größe der expansionsräume ist in einem weiten bereich von etwa 1 bis 100.000 Kubikmetern sinnvoll machbar. For a good controllability of the power generation, it makes sense to choose the expansion space as large as possible, because then the changes in pressure in slower going on and thus are more controllable. How big you ultimately choose depends on the local conditions (stability of the mountains, already existing cavities, etc.). Smaller expansion spaces or partial expansion spaces can also be artificially applied above ground or in the vicinity of the earth's surface, e.g. also with a concrete or steel jacket. A smaller size of the expansion spaces can be compensated by a variety of the same. The size of the expansion areas is feasible within a wide range of about 1 to 100,000 cubic meters.

Die Quasiisothermie im Expansionsraum wird durch den Wärmeaustausch mit dort befindlicher Flüssigkeit erreicht. Sinnvoll ist hierbei, die Flüssigkeit in diesem Raum zu versprühen oder von oben herabregnen zu lassen. Hierbei am sinnvollsten sind Methoden ähnlich Rasensprinklern, da hierbei die Flüssigkeit länger Gaskontakt hat, als wenn sie nur von oben herabrieselte. Durch eine schräge Einsprühung von Flüssigkeit läßt sich auch eine Zirkulationswalze des Gases im Expansionsraum erzeugen, wodurch sich der Wärmeaustausch verbessert. Andererseits existiert aber die Möglichkeit, eine passive sehr wartungsarme Berieselung des Gasraumes oberhalb des Flüssigkeitspiegels durchzuführen: Hierzu befinden sich an oder etwas unterhalb der Decke des Expansionsraumes wannenartige Strukturen mit Siebboden oder Behälter mit Siebboden und Entgasungsventilen an der Oberseite. Nach der Füllung des Expansionsraumes mit Flüssigkeit sind diese Wannen bzw. Behälter ebenfalls überflutet/gefüllt. Wenn das Gas expandiert, sinkt der Flüssigkeitsspiegel im Expansionsraum unter den Wannenboden/Siebboden und die in den Wannen befindliche Flüssigkeit rieselt durch die Sieböffnungen (wie aus einem Duschkopf) nach unten und erwärmt/temperiert dabei das sich beim Expandieren abkühlende Gas. Die Wannen müssen also mindestens diejenige Flüssigkeitsmenge enthalten, die benötigt wird, um eine ausreichende Quasiisothermie sicherzustellen und die Öffnungen müssen so klein und gleichzeitig auch so groß sein, daß die Flüssigkeit aus den Wannen ungefähr bis zum Ende des Expansionszyklus des Gases im Expansionsraum ausgeflossen ist. Die notwendige Größe und Anzahl der Öffnungen kann näherungsweise mittels Hagen-Poiseuille-Gesetz abgeschätzt und dann im Versuch optimiert werden. Eine Regelung der Ausflußgeschwindigkeit über die Anzahl der Öffnungen ist einfacher als über den Durchmesser der Öffnungen, da sich der Ausfluß zur Anzahl der Öffnungen linear verhält, wohingegen Größe der Öffnungen und Durchfluß durch dieselben in stark nichtlinearem Zusammenhang stehen. Vorzugsweise ist der Ausfluß aus den Wannen regelbar, z.B. durch die Öffnungen zeitweise abdeckende Schieber. The quasi-isotherm in the expansion space is achieved by the heat exchange with liquid located there. It makes sense here to spray the liquid in this room or rain down from above. The most sensible methods are similar to lawn sprinklers, since in this case the liquid has longer gas contact than if it trickled down only from above. By an oblique injection of liquid can also produce a circulation roll of the gas in the expansion space, whereby the heat exchange improves. On the other hand, there is the possibility to perform a passive very low-maintenance sprinkling of the gas space above the liquid level: For this purpose are at or slightly below the ceiling of the expansion space trough-like structures with sieve bottom or container with sieve bottom and degassing valves at the top. After filling the expansion space with liquid these wells or containers are also flooded / filled. As the gas expands, the liquid level in the expansion chamber sinks below the trough bottom / sieve tray and the liquid in the trough trickles down through the sieve openings (as though from a shower head), warming / tempering the cooling gas as it expands. The tubs must therefore contain at least the amount of liquid needed to ensure sufficient quasi-isothermia and the openings must be so small and at the same time large enough for the liquid to flow out of the tubs until the end of the expansion cycle of the gas in the expansion space. The necessary size and number of openings can be estimated approximately by means of Hagen-Poiseuille law and then optimized in the experiment. Control of the rate of discharge over the number of orifices is simpler than over the diameter of the orifices, since the outflow to the number of orifices is linear, whereas the size of the orifices and flow therethrough are highly nonlinear. Preferably, the outflow from the tubs is controllable, for example through the openings temporarily covering slide.

Über die Menge der Flüssigkeit und deren Temperatur läßt sich ein zu starkes Absinken der Gemischtemperatur Gas/Flüssigkeit im Expansionsraum verhindern. Vor allem Wasser oder wässrige Lösungen erweisen sich hier als sehr günstig! Wasser besitzt gewichtsbezogen ungefähr eine vier mal größere Wärmekapazität als z.B. Luft (ungefähr 4,2 kJ/(kg·K) gegenüber ungefähr 1 kJ/(kg·K)). Es kann somit relativ wenig Wasser bereits ein starkes Absinken der Temperatur während der Gasexpansion verhindern. Beispielrechnung mit Wasser und Luft: Wenn 1 Kilogramm Druckluft (vereinfacht und idealisiert gerechnet) von 293 K (20°C) und 60 bar (das sind dann ungefähr 12,9 Liter Druckluft) adiabatisch auf 1 bar expandiert würde, so würde ihr Volumen dabei gemäß der Gleichung

Figure DE102013112196A1_0006
um das 18,6-fache zunehmen. On the amount of liquid and its temperature can be too strong a decrease in the mixture temperature gas / liquid in the expansion space prevent. Above all, water or aqueous solutions prove to be very cheap here! By weight, water has about four times greater heat capacity than air (about 4.2 kJ / (kg · K) versus about 1 kJ / (kg · K)). Thus, relatively little water can already prevent a sharp drop in temperature during gas expansion. Example calculation with water and air: If 1 kilogram of compressed air (simplified and idealized) of 293 K (20 ° C) and 60 bar (that is about 12.9 liters of compressed air) adiabatically expanded to 1 bar, so would their volume according to the equation
Figure DE102013112196A1_0006
increase by 18.6 times.

Für die Temperatur nach einer adiabatischen Expansion gilt die Gleichung

Figure DE102013112196A1_0007
For the temperature after adiabatic expansion, the equation holds
Figure DE102013112196A1_0007

Somit beträgt die Temperatur

Figure DE102013112196A1_0008
Thus, the temperature is
Figure DE102013112196A1_0008

Die expandierte Luft hätte somit ungefähr 202 Grad Temperatur verloren. Zur Erwärmung dieses einen Kilos kalter Luft auf etwa 283 K (10°C) benötigte man dann etwa 200 Kilojoule. Diese Wärmemenge könnte von ungefähr 5 Kilo Wasser abgegeben werden, die dabei von 20°C auf 10°C oder von 30°C auf 20°C abgekühlt würden, oder von 10 Kilo Wasser, die von 20°C auf 15°C oder von 25°C auf 20°C abgekühlt würden, oder von 1 Kilo Wasser, das von 70°C auf 20°C abgekühlt würde. Würde die adiabatisch expandierte Luft durch Mischen mit Wasser wieder auf ungefähr 10°C erwärmt, so würde (bei konstant gehaltenem Volumen) ihr Druck ansteigen, und zwar näherungsweise gemäß der allgemeinen Gasgleichung. Da der Druck bei konstantem Volumen der absoluten Temperatur proportional ist, stünde die Luft dann unter einem Druck von 283/90,9·1 bar = 3,11 bar. Sie könnte dann wieder adiabatisch auf 1 bar expandiert werden, wobei sie sich wieder etwas (aber deutlich weniger als zuvor) abkühlte, dann wieder mittels Wasser erwärmt werden usf., bis man am Ende Luft mit 1 bar bei einer Temperatur von 10°C hätte. Diese vielen hintereinandergeschalteten Prozesse lassen sich zu einem einzigen zusammenführen, in dem bereits während der Expansion der Luft (spätestens aber vor Ende der Expansion) das Wasser zugeführt wird. Je größer der Temperaturunterschied zwischen der Druckluft und dem Wasser ist, umso schneller läuft der Wärmeübergang vom Wasser an die Luft ab. Man verliert auch an Wirkungsgrad, weil das Wasser zuvor auf die erhöhte Temperatur gebracht werden müßte, wohingegen Wasser von Umgebungstemperatur (jahreszeitlich abhängig schwankend) immer quasi ohne Energieverbrauch zur Verfügung stünde. Wie bereits erwähnt könnte aber das temperierende Wasser auch durch Abwärme oder Überschußenergie aus Zeiten von Überproduktion aufgeheizt worden sein, so daß sogar eine höhere Energie aus der gespeicherten Druckluftenergie gewonnen werden könnte, weil ein Teil der thermischen Überschußenergie ebenfalls in mechanische Energie umgewandelt würde! Es ist dies der zuvor als Hyperthermie definierte Fall der Quasiisothermie. The expanded air would thus have lost about 202 degrees of temperature. To heat up that one kilo of cold air to about 283 K (10 ° C) you needed about 200 kilojoules. This amount of heat could be emitted from about 5 kilos of water, which would thereby be cooled from 20 ° C to 10 ° C or from 30 ° C to 20 ° C, or 10 kilos of water, from 20 ° C to 15 ° C or from 25 ° C to 20 ° C, or 1 kilo of water, which would be cooled from 70 ° C to 20 ° C. If the adiabatically expanded air were reheated to approximately 10 ° C by mixing with water, its pressure would increase (with the volume held constant), approximately in accordance with the general gas equation. Since the pressure at constant volume is proportional to the absolute temperature, the air would then be under a pressure of 283 / 90.9 · 1 bar = 3.11 bar. It could then be expanded again adiabatically to 1 bar, where it cooled down a bit (but much less than before), then heated again by means of water, etc., until at the end air at 1 bar at a temperature of 10 ° C would have , These many processes connected in series can be combined into a single one in which the water is already supplied during the expansion of the air (but at the latest before the end of the expansion). The greater the temperature difference between the compressed air and the water, the faster the heat transfer from the water to the air. It also loses efficiency because the water would have to be brought to the elevated temperature beforehand, whereas water from ambient temperature (seasonal fluctuating) would always be available without energy consumption. As already mentioned, however, the tempering water could also have been heated by waste heat or excess energy from times of overproduction, so that even a higher energy could be obtained from the stored compressed air energy because part of the thermal excess energy would also be converted into mechanical energy! This is the case of quasi-isothermia previously defined as hyperthermia.

Eine andere Möglichkeit, eine annähernde Isothermie des expandierenden Gases zu erreichen, ist, den Expansionsraum mit einem wärmespeichernden Feststoff so zu füllen, daß die Flüssigkeit ohne große Reibung durch Hohlräume in ihm hindurchfließen kann, während das Druckgas expandiert und dabei die Flüssigkeit aus dem Expansionsraum verdrängt! Der Feststoff hat hier zwei Funktionen: er temperiert das expandierende Druckgas, und er ist an seiner Oberfläche Träger von Flüssigkeit, die ebenfalls das expandierende Druckgas temperiert. Die Flüssigkeit trieft dabei vom Feststoff herab und berieselt so das expandierende Druckgas. Am Gas abgekühlt, tropft es wieder auf den Feststoff und erwärmt sich als dünner Flüssigkeitfilm dort sehr schnell und kann dann erneut expandierendes Druckgas temperieren. Eigentlich ist sogar die meiste Zeit des Expansionsvorganges ein dünner Flüssigkeitsfilm Überträger von Wärme zwischen Feststoff und Gas. Bei dem Feststoff kann es sich z.B. einfach um eine grobe Felsschüttung handeln, die auch die Wand des Expansionsraumes zu stabilisieren hilft, falls dieser unterirdisch sein sollte. Um den Hohlraumanteil zu erhöhen (dann kann der Druckbehälter nämlich kleiner sein und ist dann einfacher stabil zu bauen), können auch künstlich geschaffene Gebilde, z.B. Betonrohrteile, als Schüttung verwendet werden. Es können aber auch z.B. wabenförmige Konstruktionen oder speziell geschichtete künstliche Körper errichtet werden. Rasengittersteine, gestapelt, ergeben ebenfalls größere Hohlraumanteile, und noch größere, wenn sie geschüttet werden. Der Wärmegehalt des Feststoffs liefert die Wärme, die zur Aufrechterhaltung der Quasiisothermie nötig ist, dabei kühlt sich der Feststoff bei der Duckgasexpansion etwas ab. Er wird jedesmal wieder erwärmt, wenn der Expansionsraum erneut mit Flüssigkeit (die eine höhere Temperatur als der Feststoff hat) gefüllt wird. Da in einem solchen Expansionsraum die Gaszirkulation stark vermindert ist, ist es von Vorteil, wenn der Feststoff im oberen Bereich des Expansionsraumes eine größere relative Oberfläche aufweist als im unteren. Denn dann wird auch der obere Gasanteil, der bei der Expansion nur mit wenig neuem Feststoff in Kontakt kommt, noch gut temperiert. Im Falle einer Gesteinsschüttung bedeutet dies z.B. eine geringere Korngröße. Damit aber die feineren Körner nicht in die darunterliegenden größeren absacken und deren Hohlraumanteil verringern, sind vorzugsweise gut flüssigkeitsdurchlassende Trennschichten notwendig, z.B. Netze oder Maschendraht mit einer Maschenweite, die geringer ist als die Korngröße. Die Gesteinskörnungen können nacheinander schichtweise in den Expansionsraum mit Trennschichten der geeigneten Maschenweite eingebracht werden, oder es werden ganze Säcke des Gesteins in den Expansionsraum eingebracht, wobei das Sackmaterial ein Netz ist. Das Netz kann aus Kunststoff sein, es kann aber auch aus Metall sein und z.B. auch eine Gabione sein. Gabionen lassen sich auch unter Erzeugung noch größerer Hohlraumanteile stapeln. Another way to achieve an approximate isotherm of the expanding gas is to fill the expansion space with a heat-storing solid so that the liquid can flow through it without cavities in it, while the compressed gas expands, thereby displacing the liquid from the expansion space ! The solid has two functions: it tempered the expanding compressed gas, and it is on its surface carrier of liquid, which also tempered the expanding compressed gas. The liquid drips down from the solid and thus sprinkles the expanding compressed gas. When cooled down, it drips again onto the solid and, as a thin liquid film, heats up very quickly there and can then temper again expanding compressed gas. In fact, even most of the expansion process, a thin liquid film is a carrier of heat between solid and gas. The solid may be e.g. simply act around a coarse pile of rock, which also helps stabilize the wall of the expansion space, if it should be underground. In order to increase the void fraction (the pressure vessel may then be smaller and then easier to build stably), artificially created structures, e.g. Concrete pipe parts to be used as a bed. But it can also be e.g. honeycomb structures or specially layered artificial bodies are erected. Grass pavers, stacked, also result in larger voids, and even larger, when poured. The heat content of the solid provides the heat necessary to maintain quasi-isothermicity, with the solid cooling slightly during the expansion of the duckg gas. It is reheated each time the expansion space is refilled with liquid (which has a higher temperature than the solid). Since in such an expansion space, the gas circulation is greatly reduced, it is advantageous if the solid in the upper region of the expansion space has a larger relative surface area than in the lower. Because then the upper gas content, which comes in the expansion with only a little new solid in contact, still tempered well. In the case of a rock bed, this means e.g. a smaller grain size. However, in order to prevent the finer grains from sagging into the underlying larger ones and reducing their void fraction, it is preferable to have well liquid-permeable separating layers, e.g. Mesh or wire mesh with a mesh size smaller than the grain size. The aggregates may be successively introduced layer by layer into the expansion space with separation layers of the appropriate mesh size, or whole sacks of the rock are introduced into the expansion space, the bag material being a net. The net can be made of plastic, but it can also be made of metal and e.g. also be a gabion. Gabions can also be stacked to produce even greater void fraction.

Wird das Druckgas in unterirdischen Speichern (z.B. Salzkavernen) gespeichert, so hat es eine Temperatur, die mindestens die Temperatur des umgebenden Bodens in dieser Tiefe hat (plus Restwärme, weil die Kompression doch nicht völlig isotherm verläuft, oder falls man sie absichtlich gar nicht isotherm durchführt). Die Wärme der Druckluft im unterirdischen Speicher ist abhängig von der sogenannten geothermischen Tiefenstufe. Durchschnittlich nimmt die Temperatur mit der Tiefe um etwa 3 Grad Celsius pro 100 Meter zu, in manchen Gegenden mehr, in anderen weniger. In 600 Metern Tiefe ist also durchschnittlich mit Temperaturen von etwa 30 Grad Celsius zu rechnen. When the compressed gas is stored in underground reservoirs (eg salt caverns), it has a temperature that is at least the temperature of the surrounding soil at that depth (plus residual heat because the compression is not completely isothermal, or intentionally not isothermal performs). The heat of the compressed air in the underground storage depends on the so-called geothermal depth. On average, the temperature increases with the depth by about 3 degrees Celsius per 100 meters, in some areas more, in others less. At a depth of 600 meters, temperatures of about 30 degrees Celsius are expected on average.

Beispielrechnung einer Temperierung von expandierender Luft durch Wasser: Wenn 13 Liter Druckluft (60 bar) von 20°C (das sind ungefähr 1000 Gramm oder 34,5 Mol Luft) während der Expansion mit 8 Litern (ungefähr 8000 Gramm) feinverteiltem Wasser von 20°C vermischt würden, so entstünde also aus einer Mischung, in der Luft und Wasser anfangs volumenmäßig im Verhältnis 13:8 (ungefähr 1,5:1) gemischt wären, nach der fast isothermen Entspannung auf 1 bar eine Mischung von z.B. ungefähr 10°C, in der der Anteil von Luft zu Wasser volumenmäßig etwa 780:8 = 97:1 betrüge. (Dies allerdings nur, wenn man annimmt, daß dabei kein Wasser vom flüssigen Zustand in die Gasphase übergeht, was strenggenommen nicht der Fall ist, denn es verdunstet ja etwas Wasser bis 100% relative Luftfeuchtigkeit erreicht ist!) Sinnvollerweise wird das Wasser aber nicht auf ein Mal zu Beginn des Expansionsvorganges zugesetzt, sondern kontinuierlich oder in kleinen Intervallen während des gesamten Expansionsvorganges. An der Energieerhaltung und Endtemperatur von Wasser und Luft ändert das aber nichts. Um beim früheren Beispiel eines Expansionsraumes von 10.000 Kubikmetern zu bleiben, in den anfangs 150 Kubikmeter Druckluft von 60 bar eingeleitet werden: Um diese 150 Kubikmeter Druckluft, die etwa 11500 Kilogramm wiegen, um nicht mehr als 10 Grad abkühlen zu lassen, sind ungefähr 92000 Kilogramm Wasser (ungefähr 92 Kubikmeter) der gleichen Temperatur zum Temperieren nötig. Würden diese 92 Kubikmeter Wasser z.B. mit einem Überdruck von 3 bar, wie er in Wasserleitungsnetzen üblich ist, im Expansionsraum mittels Sprinklern versprüht (also dem unter Druck stehenden Bodenwasser im Expansionsraum entnommen und mit einem 3 bar höheren Druck oben wieder eingesprüht), so verbrauchte das eine Energie von W = p·V von 27,6 MJ, was deutlich weniger als 1% der in den 150 Kubikmetern Druckluft gespeicherten „isothermen Energie“ entspräche. Example calculation of a temperature control of expanding air by water: When 13 liters of compressed air (60 bar) of 20 ° C (that is about 1000 grams or 34.5 moles of air) during expansion with 8 liters (about 8000 grams) of finely divided water of 20 ° C would be mixed, so would arise from a mixture in the air and water initially in volume in the ratio 13: 8 (about 1.5: 1) would be mixed, after the almost isothermal relaxation to 1 bar, a mixture of, for example, about 10 ° C. in which the proportion of air to water in volume amounts to about 780: 8 = 97: 1. (However, this only if one assumes that no water from the liquid state into the gas phase passes, which is not strictly the case, because it evaporates so some water to 100% relative humidity is reached!) It makes sense, the water but not on added once at the beginning of the expansion process, but continuously or at small intervals throughout the expansion process. At the conservation of energy and final temperature of water and air that does not change anything. To stay with the earlier example of an expansion chamber of 10,000 cubic meters, into which initially 150 cubic meters of compressed air of 60 bar are introduced: To let this 150 cubic meters of compressed air, which weigh about 11,500 kilograms to cool not more than 10 degrees, are about 92,000 kilograms Water (about 92 cubic meters) of the same temperature for tempering necessary. If these 92 cubic meters of water, for example, with an overpressure of 3 bar, as is common in water networks, sprinkled in the expansion space by sprinklers (ie the pressurized soil water removed in the expansion chamber and sprayed with a 3 bar higher pressure top again), so consumed that is, an energy of W = p · V of 27.6 MJ, which would be significantly less than 1% of the "isothermal energy" stored in the 150 cubic meters of compressed air.

Vorzugsweise finden Druckgasflüssigkeitskraftwerke ihre Anwendung direkt neben bereits bestehenden Wasserkraftwerken oder Pumpspeicherkraftwerken, bzw. sie sind dann Bestandteil derselben. Preferably, pressurized gas liquid power plants find their application directly next to existing hydroelectric power plants or pumped storage power plants, or they are then part of the same.

Ein erfindungsgemäßes Druckgasflüssigkeitskraftwerk wird dann dazu benutzt, Wasser, welches im konventionellen Pumpspeicherkraftwerk herabgestürzt ist und Energie erzeugt hat, wieder nach oben in den Speichersee zu befördern (direkt mittels mechanischer Pumpen oder über den Zwischenschritt der elektrischen Energie und Antrieb elektrischer Pumpen). Dies hat den Vorteil, daß das erfindungsgemäße Druckgasflüssigkeitskraftwerk nicht genau in seiner Leistung geregelt sein muß. Es muß nur über einen langen Zeitraum hinweg betrachtet den Speichersee immer hinreichend voll halten. Die ausgereiften, in ihrer Abgabeleistung regelbaren Generatoren des Pumpspeicherkraftwerks bzw. Wasserkraftwerkes sind es dann, die elektrische Energie genau geregelt ins elektrische Netz einspeisen. Der relativ konstante Wasserspiegel des Sees ermöglicht diese genaue Regelung! Dadurch verbilligen sich die erfindungsgemäßen Druckgasflüssigkeitskraftwerke, weil sie keine teure exakte Leistungssteuerung benötigen! Diese ist ja bereits am Speicherseekraftwerk vorhanden! Besonders bevorzugt für solch einen Fall ist natürlich die Verwendung von Wasser als Flüssigkeit und Luft als Gas. Der Speichersee kann dann zusätzlich zur Lageenergiespeicherung auch als ein sehr großes thermisches Reservoir an Flüssigkeit für ein solches Druckluftwasserkraftwerk verwendet werden. Da solche Druckgasflüssigkeitskraftwerke mit angehängtem Speichersee nur eine begrenzte Wassermenge benötigen, die durch Druckgasenergie im Kreisprozeß geführt wird, ermöglichen es Druckgasflüssigkeitskraftwerke dieser Art, die Wasserturbinen des Speichersees so lange laufen zulassen, bis die Druckgasenergie aufgebraucht ist. Hierzu sind prinzipiell nur relativ kleine Wasserspeicher nötig, die nicht einmal als oberirdische Seen ausgeführt sein müssen, sondern auch, umweltunschädlich und unsichtbar, hochgelegene unterirdische Kavernen sein können. Erfindungsgemäß können neben bestehenden Wasserkraftwerken und Pumpspeicherkraftwerken druckluftdichte unterirdische Kavernen hergestellt werden, die bevorzugt mit Hilfe überschüssiger regenerativer Energie mit Druckluft gefüllt werden. (Oberirdische Druckgasspeicher sind natürlich auch möglich, aber meist teurer.) Bei Energiebedarf im Stromnetz fangen nun die Wasserkraftwerke an, elektrische Energie zu erzeugen, wobei gleichzeitig oder auch erst etwas später das Druckgasflüssigkeitskraftwerk die hochgelegenen Wasserspeicher immer wieder mit Wasser auffüllt, so daß diese so lange Wasser enthalten, wie hinreichend Druckgasenergie verfügbar ist, diese aufzufüllen. Um nicht nur über längere Zeit hinweg aus den Pumpspeicherkraftwerken elektrische Energie abzapfen zu können, sondern auch bei Bedarf eine höhere Leistung, ist es sinnvoll, die Pumpspeicherkraftwerke leistungsmäßig auszubauen, z.B. mehr Fallrohre und Turbinen anzulegen. Dies ist möglich, weil das Wasser des Speichersees ständig durch Druckgasenergie nachgefüllt wird. Es ist also auch zur Leistungssteigerung nicht nötig, mehr umweltbeeinträchtigende Pumpspeicherseen anzulegen! A pressurized gas liquid power plant according to the invention is then used to transport water which has fallen down in the conventional pumped storage power station and has generated energy back up into the storage lake (directly by means of mechanical pumps or via the intermediate step of electrical energy and drive of electric pumps). This has the advantage that the compressed gas liquid power plant according to the invention does not have to be regulated exactly in its performance. It only has to keep the storage lake sufficiently full for a long period of time. The matured, adjustable in their power output generators pumped storage power plant or hydroelectric power plant, it is then fed exactly regulated electrical energy into the electrical grid. The relatively constant water level of the lake allows this exact regulation! As a result, the compressed gas liquid power plants according to the invention become cheaper because they do not require expensive exact power control! This is already available at the storage lake power plant! Of course, particularly preferred for such a case is the use of water as liquid and air as gas. The storage lake can then also be used as a very large thermal reservoir of liquid for such a compressed air water power plant in addition to the storage of location energy. Since such compressed gas liquid power plants with attached storage lake require only a limited amount of water, which is guided by pressurized gas energy in the cycle, allow pressurized gas liquid power plants of this type, the water turbines of the reservoir allow run until the compressed gas energy is used up. For this purpose, in principle only relatively small water reservoirs are needed, which do not even have to be designed as aboveground lakes, but also, environmentally harmless and invisible, high-altitude underground caverns can be. According to the invention, in addition to existing hydroelectric power plants and pumped storage power plants, compressed air-tight underground caverns can be produced, which are preferably filled with compressed air with the aid of excess regenerative energy. (Above-ground compressed gas storage are of course also possible, but usually more expensive.) When energy needs in the power grid now start the hydroelectric power plants to generate electrical energy, while or later, the pressurized gas liquid power plant, the high-altitude reservoir repeatedly filled with water, so that they are so Long water will contain how much pressurized gas energy is available to replenish it. In order to not only be able to draw off electrical energy from the pumped-storage power plants over a longer period of time, but also to increase the power if required, it makes sense to expand the pumped-storage power plants in terms of performance, e.g. create more downpipes and turbines. This is possible because the water of the reservoir is constantly refilled by compressed gas energy. So it is not necessary to increase the performance, create more environmentally damaging pumped storage lakes!

Für den Fall, daß ein erfindungsgemäßes Druckgasflüssigkeitskraftwerk ohne daneben vorhandenem Pumpspeicherkraftwerk eingesetzt werden soll, wird die Leistungsabgabe durch Steuerung der Durchflußgeschwindigkeit durch die Arbeitsmaschine, meistens eine Turbine, geregelt, wodurch automatisch auch die Expansionsgeschwindigkeit des Druckgases im Expansionsraum geregelt wird. Bei Druckgasflüssigkeitskraftwerken mit mehr als einem Expansionsraum vergleichmäßigt sich die Leistungsabgabe, indem sich Ungleichmäßigkeiten bei der Ausdehnung in den unterschiedlichen Expansionsräumen teilweise ausmitteln, ähnlich, wie es ja auch bei Mehrzylindermotoren der Fall ist. Es ist aber auch möglich, die Regelung dadurch zu vereinfachen, daß man das Kraftwerk mit einem oder mehreren Energiespeichern (in diesem Falle keine Pumpspeicher) koppelt, die zeitweise Überschüsse aufnehmen und diese bei einem Leistungsdefizit der Arbeitsmaschine wieder abgeben. Diese Energiespeicher zum Leistungsausgleich müssen nicht groß sein, so daß sie nicht teuer sind. Es kann sich bei ihnen z.B. um einen Schwungradspeicher handeln oder auch um einen Hubspeicher oder Federspeicher. Auch ist es möglich, kurzzeitige Energieübeschüsse wieder zum Komprimieren von Druckgas und Einspeisen desselben in den Druckgasspeicher zu verwenden. Oder die Energiespitzen werden zum Aufheizen der temperierenden Flüssigkeit verwendet. Prinzipiell sind auch Batteriespeicher möglich, so wie auch andere nicht zu teure Speicherarten mit der Möglichkeit der schnellen Ein- und Auskopplung von Energie. In the event that a pressurized gas liquid power plant according to the invention is to be used without existing pumped storage power plant, the power output is controlled by controlling the flow rate through the working machine, usually a turbine, whereby automatically the expansion speed of the pressurized gas is controlled in the expansion space. In pressurized gas liquid power plants having more than one expansion space, the output is made uniform by partially compensating for unevenness in expansion in the different expansion spaces, similarly to the case of multi-cylinder engines. But it is also possible to simplify the scheme by coupling the power plant with one or more energy storage devices (in this case no pumped storage tanks), which temporarily absorb surpluses and release them again in the event of a power shortage of the working machine. These energy storage for power balancing need not be large, so that they are not expensive. It may be with them e.g. to act a flywheel storage or to a Hubspeicher or spring storage. It is also possible to use short time Energieübeschüsse again for compressing compressed gas and feeding it into the compressed gas storage. Or the energy peaks are used to heat the tempering liquid. In principle, battery storage is possible, as well as other not too expensive memory types with the possibility of fast coupling and decoupling of energy.

Ein erfindungsgemäßes Druckgasflüssigkeitskraftwerk weist vorzugsweise im Gasraum des Expansionsraumes mindestens einen Temperaturmeßfühler auf. Der Temperaturmeßfühler kann dabei aber auch ein Infrarotmeßgerät sein oder auch ein Laser ähnlich LIDAR, der Temperaturen und auch Strömungen auch an Stellen entfernt von der Vorrichtung zu messen gestattet. Der Temperaturmeßfühler befindet sich vorzugsweise in dem Volumen des Expansionsraumes, der zu Beginn eines Expansionszyklus mit noch nicht expandiertem Druckgas befüllt ist, denn in diesem Gasvolumen findet im Falle einer Abwesenheit von Konvektion auch die größte Temperaturänderung statt. Der oder die Temperaturfühler sollten vorzugsweise nicht ständig mit temperierender Flüssigkeit in Kontakt kommen, sondern im Falle einer temperierende Flüssigkeit einsprühenden Sprühvorrichtung mit einer gegen die Richtung der Sprühvorrichtung angebrachten Abdeckung versehen sein, damit die temperierende Flüssigkeit nicht dauernd den Temperaturmeßfühler erwärmt. Im Falle von temperierenden Berieselungswannen wäre der Temperaturfühler nach oben z.B. mit einer Art „Lampenschirm“ von der temperierenden Flüssigkeit geschützt. Vorzugsweise enthält der Expansionsraum auch noch einen Druckfühler. Dieser kann sich im Gasraum oder im Flüssigkeitsraum befinden, vorzugsweise aber an einem Ort mit geringer Strömungsgeschwindigkeit, da diese die Druckmessung beeinflußt (Bernoulli). An inventive compressed gas liquid power plant preferably has at least one temperature sensor in the gas space of the expansion space. However, the temperature sensor can also be an infrared measuring device or else a laser similar to LIDAR, which allows temperatures and also flows to be measured even at points away from the device. The temperature sensor is preferably in the volume of the expansion space, which is filled at the beginning of an expansion cycle with not yet expanded compressed gas, because in this gas volume takes place in the absence of convection and the largest temperature change. The temperature sensor (s) should preferably not be constantly with but in the case of a tempering liquid spraying spray device be provided with a mounted against the direction of the spray device cover so that the temperature-controlling liquid does not constantly heated the temperature. In the case of tempering sprinkler baths, the temperature sensor would be protected upwards, for example with a kind of "lampshade" of the tempering liquid. Preferably, the expansion chamber also contains a pressure sensor. This may be located in the gas space or in the liquid space, but preferably in a location with low flow velocity, since this affects the pressure measurement (Bernoulli).

Weiterhin weist das erfindungsgemäße Druckgasflüssigkeitskraftwerk eine automatische Regelvorrichtung auf, die aus den Meßwerten des mindestens einen Temperaturmeßfühlers und eventuell auch eines Druckfühlers die Leistungsabgabe des Druckgasflüssigkeitskraftwerks zu regeln gestattet. Die Leistungsabgabe wird über die Durchflußmenge durch die Arbeitsmaschine in Abhängigkeit vom gerade im Expansionsraum vorherrschenden Druck geregelt. Die Regelvorrichtung vermindert automatisch den Durchfluß durch die Arbeitsmaschine, wenn Meßwerte des mindestens einen Temperaturmeßfühlers anzeigen, daß der eingespeicherte Definitionswert der Quasiisothermie überschritten würde und der Wirkungsgrad daher zu stark abnähme. Vorzugsweise ist in der Regelvorrichtung aber nicht nur ein einziger Definitionswert der Quasiisothermie eingespeichert, der mit einem bestimmten minimalen akzeptablen Wirkungsgrad verbunden ist, sondern es sind mindestens zwei Definitionswerte abgespeichert! Dies erlaubt es der Regelvorrichtung bei ausnahmsweise kurzzeitiger hoher Leistungsanforderung des Stromnetzes, auch diese durch das Druckgasflüssigkeitskraftwerk zu bedienen. Die Regelvorrichtung akzeptiert dann kurzfristig auch eine geringere Qualitätsanforderung an die Quasiisothermie und ermöglicht einen deutlich vermehrten Durchfluß von Flüssigkeit durch die Arbeitsmaschine, allerdings bei verringertem Wirkungsgrad! Die Gastemperatur im Expansionsraum darf in diesen Ausnahmefällen dann niedriger sein, als im Regelfall. Eine weitere Option der Regelvorrichtung ist es, die eingesprühte Menge an Temperierflüssigkeit zu erhöhen oder die Temperierflüssigkeit, die die kleinen Gasbehälter von Variante B umgibt, in verstärkte Konvektion zu versetzen, so daß sich die Wärmeübertragung zwischen Gas und Flüssigkeit erhöht und die Quasiisothermie wieder besser erfüllt wird. In einer Variante der Erfindung erlaubt die Regelvorrichtung zusätzlich auch einen Notbetrieb im fast volladiabatischen Bereich. Technisch ist das erfindungsgemäße Druckgasflüssigkeitskraftwerk nämlich (anders als Druckluftkraftwerke mit Gasturbine) in der Lage, dies schadlos zu überstehen, denn alle Abkühlungen im Expansionsraum wirken sich (abgesehen vom erniedrigten Wirkungsgrad!) nicht schädigend auf die Arbeitsmaschine aus, da das Gas gar nicht in die Arbeitsmaschine eindringt. Nach der erneuten Befüllung des Expansionsraumes mit Flüssigkeit sind auch die zuvor durch das kalte Gas abgekühlten Bereiche sehr schnell wieder auf Flüssigkeitstemperatur hochtemperiert! Furthermore, the pressurized gas liquid power plant according to the invention has an automatic control device, which allows to regulate the power output of the pressurized gas liquid power plant from the measured values of the at least one temperature sensor and possibly also a pressure sensor. The power output is controlled by the flow rate through the work machine depending on the prevailing pressure in the expansion space. The control device automatically reduces the flow through the working machine, if measured values of the at least one temperature sensor indicate that the stored definition value of the quasi-isotherm would be exceeded and the efficiency therefore decreases too much. Preferably, however, not only a single definition value of quasi-isothermia is stored in the control device, which value is associated with a certain minimum acceptable efficiency, but at least two definition values are stored! This allows the control device in exceptionally short-term high power requirement of the power grid to serve them through the compressed gas liquid power plant. The control device then accepted in the short term, a lower quality requirement for the Quasiisothermie and allows a significantly increased flow of liquid through the machine, but at a reduced efficiency! The gas temperature in the expansion area may then be lower in these exceptional cases, as a rule. Another option of the control device is to increase the sprayed amount of heat transfer fluid or the tempering, which surrounds the small gas tank variant B in reinforced convection, so that increases the heat transfer between gas and liquid and the quasi-isothermal again better fulfilled becomes. In a variant of the invention, the control device also allows an emergency operation in almost fully adiabatic area. Technically, the compressed gas liquid power plant according to the invention namely (unlike compressed air power plants with gas turbine) able to withstand this harmless, because all the cooling in the expansion space affect (apart from the reduced efficiency!) Not harmful to the working machine, since the gas is not in the Work machine penetrates. After refilling the expansion chamber with liquid, the areas previously cooled by the cold gas are again heated to high liquid temperature very quickly!

Zum Speicherbetrieb des Druckgasflüssigkeitskraftwerks:
Wie schon bei der Expansion, so ist auch für die Kompression des Gases eine isotherme Kompression thermodynamisch am günstigsten! Das erfindungsgemäße Druckgasflüssigkeitskraftwerk kann aber sowohl mit isotherm bzw. quasiisotherm komprimiertem Druckgas als auch anderweitig, z.B. mehrstufig adiabatisch, komprimiertem Druckgas betrieben werden. Die Abgabe der bei der angenähert isothermen Kompression des Gases (vorzugsweise Luft) entstehenden Wärme an die Flüssigkeit (vorzugsweise Wasser) erfolgt entweder indirekt über übliche im Stand der Technik beschriebene Gaswärmeaustauscher, einfachstenfalls Rohre, die durch die Flüssigkeit geführt werden. Oder die Wärmeabgabe erfolgt durch direkten Kontakt zwischen erwärmtem Gas und Flüssigkeit. Hierzu wird das unter Druck stehende Gas direkt in die in einem Druckbehälter befindliche Flüssigkeit eingeblasen, an der es dann entlangströmt. Geeignet hierfür sind vor allem turmartige Gebilde ähnlich den als Stand der Technik beschriebenen Gaswäschern, in denen das Gas unten eintritt, entgegen der Schwerkraft aufsteigt und die Flüssigkeit hierdurch auch noch gut durchmischt, und dann oben austritt. Die Flüssigkeit in diesen Direktwärmetauschern steht unter dem Druck des komprimierten Gases. Bei mehrstufiger Kompression des Gases steht z.B. hinter jeder Kompressionsstufe ein solcher Direktwärmetauscher und der hinterste in der Reihe steht in Verbindung mit und unter dem Druck des Druckgasspeichers. Hinter der Kompressionsmaschine und vor dem Direktwärmetauscher befindet sich vorzugsweise mindestens ein Rückschlagventil, das ein Zurückströmen von Flüssigkeit in die Kompressionsmaschine verhindert. Vorteilhaft ist zur weiteren Sicherheit auch ein Rückschlaggefäß zwischen Kompressionsmaschine und Direktwärmetauscher, in dem eventuell zurückströmendes Wasser aufgefangen wird, bevor es die Kompressionsmaschine erreichen kann. Der unter hohem Druck stehende Direktwärmetauscher befindet sich vorzugsweise unterirdisch. Eine Trocknung von durch Wasser befeuchteter Luft durch übliche Gastrocknungsmethoden vor Eintritt in einen Druckluftspeicher ist nicht unbedingt nötig, vor allem, wenn die Wandungen des Druckluftspeichers wasserunempfindlich sind (z.B. Fels) oder hinreichend dick sind (z.B. Salzkaverne). In langen Zeitabständen könnte dann Wasser oder Sole, die sich am Boden angesammelt hat, abgepumpt werden.
For storage operation of the pressurized gas liquid power plant:
As with the expansion, isothermal compression is thermodynamically most favorable for the compression of the gas! However, the compressed gas liquid power plant according to the invention can be operated both with isothermally or quasi-isothermally compressed compressed gas and otherwise, for example multi-stage adiabatic, compressed compressed gas. The delivery of heat to the liquid (preferably water) resulting from the approximate isothermal compression of the gas (preferably air) occurs either indirectly via conventional gas heat exchangers described in the prior art, most simply tubes which are passed through the liquid. Or the heat is released by direct contact between heated gas and liquid. For this purpose, the pressurized gas is injected directly into the liquid in a pressure vessel, where it then flows along. Suitable for this purpose are, above all, tower-like structures similar to the gas scrubbers described in the prior art, in which the gas enters at the bottom, rises against gravity, and the fluid thereby also mixes well, and then exits at the top. The liquid in these direct heat exchangers is under the pressure of the compressed gas. In the case of multi-stage compression of the gas, for example, such a direct heat exchanger is located behind each compression stage and the rearmost in the series is in connection with and under the pressure of the compressed gas storage. Behind the compression machine and before the direct heat exchanger is preferably at least one check valve, which prevents backflow of liquid into the compression machine. A further advantage for further safety is a non-return valve between the compression machine and the direct heat exchanger in which any water flowing back is collected before it can reach the compression machine. The high pressure direct heat exchanger is preferably underground. Drying of water humidified air by conventional gas drying methods prior to entry into a compressed air storage is not absolutely necessary, especially if the walls of the compressed air reservoir are insensitive to water (eg rock) or sufficiently thick (eg salt cavern). At long intervals, water or brine that has accumulated on the floor could then be pumped out.

Ein angenähert isotherm geführtes Druckgasflüssigkeitskraftwerk (z.B. Druckluftwasserkraftwerk) kann auch mit Druckgas (z.B. Druckluft) von wesentlich höherem Druck betrieben werden, als die bislang angedachten ein- oder mehrstufigen adiabatischen Druckluftspeicherkraftwerke! Der Grund hierfür liegt darin, daß sämtliche Kompressionswärme einfach bei niedriger Temperatur relativ zeitnah während des Komprimierens abgeführt wird und das Druckgas nie hohe, die Behältnisse/Leitungen oder Arbeitsmaschinen belastende Temperaturen aufweist! Denn es ist die Kombination aus hoher Temperatur und gleichzeitig hohem Druck, die die Beherrschbarkeit materialtechnisch so schwierig macht! So kann Gas (z.B. Luft) auch angenähert isotherm ein- oder mehrstufig auf z.B. ungefähr 300 bar komprimiert werden. Für die isotherme Volumenarbeit eines idealen Gases gilt: W = n·R·T·ln(phoch/pniedrig) = n·R·T·ln(Vgroß/Vklein) (W Arbeit, n Molzahl, R allgemeine Gaskonstante, T absolute Temperatur, ln natürlicher Logarithmus aus hohem Druck durch niedrigen Druck bzw. Volumen nach der Entspannung durch Volumen vor der Entspannung; n·R·T beträgt für einen Kubikmeter Luft bei 1 bar und 300 Kelvin ungefähr 100 kJ) An approximately isothermally guided compressed gas liquid power plant (eg compressed air water power plant) can also be operated with compressed gas (eg compressed air) of substantially higher pressure than the previously envisaged single or multi-stage adiabatic compressed air storage power plants! The reason for this is that all compression heat is dissipated at low temperature relatively promptly during compression and the compressed gas never high, the containers / lines or work machines stressing temperatures! Because it is the combination of high temperature and high pressure at the same time that makes the controllability of materials so difficult! Thus, gas (eg air) can also be approximately isothermally compressed one or more stages to eg about 300 bar. For the isothermal volume work of an ideal gas, the following applies: W = n · R · T · ln (p high / p low ) = n · R · T · ln (V large / V small ) (W work, n number of moles, R general gas constant, T absolute temperature, natural logarithm of high pressure by low pressure or volume after expansion by volume before expansion, n · R · T for 1 cubic meter of air at 1 bar and 300 Kelvin about 100 kJ)

Beispielrechnung für Luft: Demnach enthalten z.B. 300 Kubikmeter Luft von 1 bar, die isotherm auf 1 Kubikmeter mit 300 bar komprimiert wurden, bezogen auf eine spätere isotherme Expansion auf wieder 1 bar eine Energie von ungefähr 30.000 kJ·ln300 = 170.000 kJ. Die Energiedichte der Druckluft von 300 bar beträgt also für eine isotherme Expansion 170.000 kJ pro Kubikmeter. 300 Kubikmeter Luft, die isotherm von 1 bar auf 60 bar komprimiert wurden und danach 5 Kubikmeter einnehmen, enthalten bezogen auf eine spätere isotherme Expansion auf wieder 1 bar eine Energie von ungefähr 30.000 kJ·ln60 = 123.000 kJ. Diese nehmen aber das 5-fache Volumen ein, so daß die Energiedichte der Druckluft von 60 bar nur ungefähr 25.000 kJ pro Kubikmeter beträgt. Das bedeutet, daß die Energiedichte bei 300 bar immerhin fast 7-mal so hoch ist wie bei 60 bar! Ein Druckluftspeicher von 100.000 Kubikmetern Inhalt beherbergt daher bei 300 bar eine über einen isothermen Prozeß als mechanische Arbeit wiedergewinnbare Energie von ungefähr 17 Milliarden Kilojoule (17 Billionen Joule) gegenüber nur ungefähr 2,5 Milliarden Kilojoule (2,5 Billionen Joule) bei 60 bar. 17 Billionen Joule entsprechen der Lageenergie von 1,7 Billionen Kilogramm (1,7 Milliarden Tonnen) in 1 Meter Höhe oder von 17 Millionen Kubikmeter Wasser in einem 100 Meter hoch gelegenen Speichersee! Dies ist immerhin ein Speichersee von 1 Quadratkilometer Fläche und 17 Metern Durchschnittstiefe! Man sieht, daß durch relativ kleine unterirdische Druckluftspeicher hohen Druckes relativ große, landschaftsverbrauchende oberirdische Speicherbecken ersetzt werden können! Man sieht auch, daß annähernd isotherm arbeitende Druckluftspeicherkraftwerke geringere Speicherkosten aufweisen können als adiabatisch arbeitende, weil sie mit höheren Drücken arbeiten können. Ausgebeutete Erdgaslagerstätten können z.B. bis zu Drücken von 300 bar gefüllt werden! Example calculation for air: Accordingly, e.g. 300 cubic meters of air of 1 bar, which were isothermally compressed to 1 cubic meter at 300 bar, based on a subsequent isothermal expansion to 1 bar again an energy of about 30,000 kJ · ln300 = 170,000 kJ. The energy density of the compressed air of 300 bar is therefore 170,000 kJ per cubic meter for an isothermal expansion. 300 cubic meters of air, which were isothermally compressed from 1 bar to 60 bar and then occupy 5 cubic meters, based on a later isothermal expansion to 1 bar again, an energy of about 30,000 kJ · ln60 = 123,000 kJ. However, these occupy 5 times the volume, so that the energy density of the compressed air of 60 bar only about 25,000 kJ per cubic meter. This means that the energy density at 300 bar is almost 7 times as high as 60 bar! Thus, at 300 bar, a compressed air reservoir of 100,000 cubic meters accommodates an approximately 17 billion kilojoules (17 trillion joules) of energy recoverable through an isothermal process versus only 2.5 billion kilojoules (2.5 trillion joules) at 60 bar. 17 trillion joules corresponds to the potential energy of 1.7 trillion kilograms (1.7 billion tons) in 1 meter height or 17 million cubic meters of water in a 100 meter high storage lake! This is after all a reservoir lake of 1 square kilometer area and 17 meters average depth! It can be seen that by relatively small underground compressed air storage high pressure relatively large, landscape-consuming aboveground storage tanks can be replaced! It can also be seen that approximately isothermal compressed air storage power plants may have lower storage costs than adiabatic ones because they can operate at higher pressures. Exploited natural gas deposits may e.g. be filled up to pressures of 300 bar!

Nicht alle Arten von Kavernen sind aber unter hohen Drücken dicht. Besonders dicht sind zwar auch Salzkavernen, doch kann man diese nur bis etwa 80 bar belasten. Nimmt man (analog wie beim Projekt ADELE eines adiabatischen Druckluftspeicherkraftwerkes) einen Druckluftspeicher in einer Salzkaverne von 500.000 Kubikmetern an, der ungefähr unter 60 bar steht und aus dem 10% entladen werden (Arbeitsbereich ungefähr 57 bis 63 bar), so werden gemäß der Erfindung einigermaßen isotherm ungefähr 50.000 Kubikmeter Druckluft mit einem durchschnittlichen Druck von etwa 60 bar entnommen und später wieder eingespeist. Diese 50.000 Kubikmeter von etwa 60 bar entsprechen etwa 3.000.000 Kubikmetern von 1 bar. Not all types of caverns are dense under high pressures. Although salt caverns are particularly dense, they can only be loaded up to about 80 bar. Assuming (analogous to the ADELE project of an adiabatic compressed air storage power plant) a compressed air reservoir in a salt cavern of 500,000 cubic meters, which is approximately below 60 bar and unloaded from the 10% (working range about 57 to 63 bar), so according to the invention reasonably isothermally extracted about 50,000 cubic meters of compressed air with an average pressure of about 60 bar and fed back later. These 50,000 cubic meters of about 60 bar correspond to about 3,000,000 cubic meters of 1 bar.

Diese 3.000.000 Kubikmeter Luft wiegen ungefähr 3.900.000 Kilogramm. Eine isotherme Kompression (die, was den thermodynamischen Wirkungsgrad angeht, günstigste Art der Kompression) dieser Gasmenge benötigt ebenso viel Energie, wie sie später bei isothermer Expansion wieder abgeben kann. Gemäß den zuvor angegebenen Zahlenwerten beträgt diese Energie für die 3.000.000 Kubikmeter bei isothermer Kompression bei 300 Kelvin auf einen Druck von 60 bar W = 3.000.000 + 100kJ + ln60 = 1,23 Mrd. kJ Diese Energie wird bei isothermer Kompression vollständig von der Umgebung aufgenommen, denn die innere Energie des (idealen) Gases bleibt bei isothermer Kompression gleich und die zugeführte Energie fließt als Wärme in die Umgebung. Will man diese Energie in einem endlichen Volumen Umgebung speichern, bleibt dieses aber nicht isotherm, sondern erwärmt sich. Speichert man die Energie in Wasser, so kann ein Kilo Wasser pro Grad Celsius Temperaturerhöhung ungefähr 4,2 kJ Energie aufnehmen. 293.000.000 Kilogramm Wasser, entsprechend 293.000 Kubikmetern, könnten bei einer Temperaturerhöhung von 1 Grad diese Energiemenge aufnehmen. Läßt man eine immer noch quasiisotherme Temperaturerhöhung um 10 Grad Celsius zu, so wären nur noch 29.300 Kubikmeter Wasser vonnöten. Bei einer immer noch quasiisothermen Erhöhung um 20 Grad Celsius wären es noch 14.650 Kubikmeter Wasser. (Da nicht völlig isotherm komprimiert wird, liegt der Wert etwas, aber nicht viel, darüber.) Das entspräche ungefähr 7 olympischen Schwimmbecken oder einem kleinen Teich von 50 auf 50 Metern bei 5,86 Metern Tiefe (z.B. auch einfach mit Teichfolie, Lehmboden oder ähnlichem ausgeführt) oder einem Würfel mit 24,5 Metern Seitenlänge. Ließe man eine höhere Temperaturerhöhung des Wassers zu, erniedrigte sich das benötigte Wasservolumen natürlich dementsprechend weiter. Dieses Wasser würde dann wieder (chargenweise, da die Druckluft auch nur chargenweise abgezapft wird) zur Kompensation der Abkühlung bei der Gasexpansion verwendet. Der Expansionsraum des Druckluftwasserkraftwerks wäre in den meisten Ausführungsvarianten kleiner als der Wasserwärmespeicher. Dies ist aber natürlich abhängig davon, wie warm man das Wasser werden lassen möchte und wie groß man den Expansionsraum des Druckluftkraftwerks bauen möchte. (Bei einem "offenen System" (z.B. Meer) benötigte man gar keine Vorratshaltung des Wassers.) Die 50.000 Kubikmeter Druckluft von durchschnittlich 60 bar, die aus dem Druckluftspeicher gemäß obigem Beispiel entnommen werden könnten, enthielten eine „isotherme Energie“ von 1.230.000.000 kJ oder 1,23 Billionen Joule. 1,23 Billionen Joule entsprechen der Lageenergie von 123 Milliarden Kilogramm (123 Millionen Tonnen) in 1 Meter Höhe oder von 1,23 Millionen Kubikmeter Wasser in einem 100 Meter hoch gelegenen Speichersee! Dies ist immerhin ein Speichersee von 1 Quadratkilometer Fläche und 1,23 Metern Durchschnittstiefe, bzw. eines kreisflächenförmigen Sees von 600 Metern Durchmesser und einer Durchschnittstiefe von 4,5 Metern. (Zum Vergleich: Das Speicherbecken des Pumpspeicherwerks Goldisthal hat ein etwa 10-faches Volumen.) Ein neben einem Pumpspeicherkraftwerk angeordnetes Druckluftwasserkraftwerk könnte somit diesen großen Wasservorrat sinnvoll zur Zwischenspeicherung der bei der isothermen Kompression abzuführenden Wärmeenergie nutzen. Die Temperaturänderungen des Wassers im Speichersee wären minimal! These 3,000,000 cubic meters of air weigh about 3,900,000 kilograms. Isothermal compression (which, in terms of the thermodynamic efficiency, most favorable type of compression) of this amount of gas requires as much energy as it can release later in isothermal expansion again. According to the numerical values given above, this energy is for the 3,000,000 cubic meters in isothermal compression at 300 Kelvin to a pressure of 60 bar W = 3,000,000 + 100kJ + ln60 = 1.23 billion kJ This energy is completely absorbed by the environment in isothermal compression, because the internal energy of the (ideal) gas remains the same during isothermal compression and the energy supplied flows as heat into the environment. If one wants to store this energy in a finite volume environment, this does not remain isothermal, but heats up. If you store the energy in water, one kilo of water per degree Celsius of temperature increase can absorb about 4.2 kJ of energy. 293,000,000 kilograms of water, corresponding to 293,000 cubic meters, could absorb this amount of energy with a temperature increase of 1 degree. If one allows a still quasi-isothermal increase in temperature by 10 degrees Celsius, then only 29,300 cubic meters of water would be needed. With a still quasi-isothermal increase by 20 degrees Celsius it would be 14,650 cubic meters of water. (Since not completely isothermally compressed, the value is a bit, but not much, above.) That would be equivalent to about 7 Olympic swimming pools or a small pond from 50 to 50 meters at 5.86 meters depth (eg also easy with pond liner, clay soil or similar executed) or a cube with 24.5 meters side length. Of course, if you let a higher temperature increase of the water, the required volume of water decreased accordingly. This water would then again (batchwise, since the compressed air is tapped only in batches) used to compensate for the cooling during gas expansion. The expansion space of the compressed air water power plant would be smaller than the water heat storage in most embodiments. Of course, this depends on how warm you want the water to be and how big you want to build the expansion space of the compressed air power plant. (With an "open system" (eg sea) one needed no stockpiling of the water.) The 50,000 cubic meters compressed air of on average 60 bar, which could be taken from the compressed air storage according to the above example, contained an "isothermal energy" of 1,230,000,000 kJ or 1.23 trillion joules. 1.23 trillion joules corresponds to the potential energy of 123 billion kilograms (123 million tons) in 1 meter height or of 1.23 million cubic meters of water in a 100 meter high reservoir lake! This is after all a storage lake of 1 square kilometer area and 1.23 meters average depth, or a circular lake of 600 meters in diameter and an average depth of 4.5 meters. (For comparison: The storage tank of the pumped storage plant Goldisthal has an approximately 10-fold volume.) A arranged next to a pumped storage power plant compressed air hydro power plant could thus make good use of this large water supply for intermediate storage of dissipated in the isothermal compression heat energy. The temperature changes of the water in the reservoir lake would be minimal!

Die Figuren zeigen schematisch einige mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung. The figures show schematically some possible embodiments of the invention.

1a zeigt das Grundschema eines einfachen Kraftwerks gemäß Variante A mit einem Expansionsraum E und einer Arbeitsmaschine A. 1a shows the basic diagram of a simple power plant according to variant A with an expansion space E and a working machine A.

1b zeigt das gleiche Kraftwerk, aber mit zwei Expansionsräumen E1 und E2 und einer Arbeitsmaschine A. 1b shows the same power plant, but with two expansion spaces E1 and E2 and a working machine A.

2a zeigt das Grundschema eines einfachen Kraftwerks gemäß Variante B mit einem Expansionsraum E und einer Arbeitsmaschine A, die auch als Pumpe P arbeiten kann. 2a shows the basic scheme of a simple power plant according to variant B with an expansion space E and a working machine A, which can also work as a pump P.

2b zeigt das gleiche Grundschema, aber mit separater Pumpe P. 2 B shows the same basic scheme, but with separate pump P.

2c zeigt ein Kraftwerk gemäß Variante B mit mehreren Expansionsräumen E1 bis En, und einer Arbeitsmaschine A die auch als Pumpe arbeiten kann. 2c shows a power plant according to variant B with several expansion spaces E1 to En, and a working machine A can also work as a pump.

2d zeigt ein Kraftwerk gemäß Variante B mit mehreren Expansionsräumen E1 bis En, einer Arbeitsmaschine A und einer separaten Pumpe P. 2d shows a power plant according to variant B with several expansion spaces E1 to En, a working machine A and a separate pump P.

3a zeigt das Grundschema eines Kraftwerkes gemäß Variante A oder B mit mehreren, im dargestellten Fall drei, Expansionsräumen unterschiedlicher Größe für unterschiedliche Druckbereiche und mit pro Expansionsraum jeweils einer angeschlossenen Arbeitsmaschine für den jeweiligen Druckbereich im vorgeschalteten Expansionsraum. 3a shows the basic scheme of a power plant according to variant A or B with several, in the illustrated case, three expansion spaces of different sizes for different pressure ranges and with each expansion space each connected machine for the respective pressure range in the upstream expansion space.

3b zeigt das Grundschema eines Kraftwerkes wie in 3a, bei dem die Expansionsräume ineinandergeschachtelt sind. 3b shows the basic scheme of a power plant as in 3a in which the expansion spaces are nested.

4a zeigt das Grundschema eines Kraftwerkes gemäß Variante A oder B, bei dem ein Expansionsraum mit zwei Arbeitsmaschinen für unterschiedliche Druckbereiche verbunden ist. 4a shows the basic diagram of a power plant according to variant A or B, in which an expansion space is connected to two working machines for different pressure ranges.

4b zeigt eine Ausführung für Variante A, die ähnlich einem Zweizylindermotor funktioniert. 4b shows an embodiment for variant A, which works similar to a two-cylinder engine.

Die 5a bis 5d stellen das Grundschema eines Kraftwerkes gemäß Variante A mit drei Expansionsräumen und drei Arbeitsmaschinen dar, die sich in unterschiedlichen Phasen des Arbeitszyklus oder der Befüllung befinden. Jeder Expansionsraum verfügt über seine eigene, nur ihm zugeordnete Arbeitsmaschine. The 5a to 5d represent the basic scheme of a power plant according to variant A with three expansion spaces and three working machines, which are in different Phases of the working cycle or filling are located. Each expansion room has its own work machine assigned only to it.

Die 6 und die 7a bis 7d stellen das Grundschema eines Kraftwerkes gemäß Variante A mit mehreren Expansionsräumen und mehreren Arbeitsmaschinen dar, die sich in unterschiedlichen Phasen des Arbeitszyklus oder der Befüllung befinden. Jede Arbeitsmaschine ist mit jedem der Expansionsräume verbunden. 6 stellt dabei ein Schema mit drei Arbeitsmaschinen an drei Expansionsräumen dar, die 7a bis 7d stellen ein Schema dar mit weniger Arbeitsmaschinen als Expansionsräumen, nämlich zwei Arbeitsmaschinen an drei Expansionsräumen. The 6 and the 7a to 7d represent the basic scheme of a power plant according to variant A with several expansion spaces and multiple machines that are in different phases of the duty cycle or the filling. Each work machine is connected to each of the expansion rooms. 6 represents a scheme with three machines at three expansion spaces, the 7a to 7d represent a scheme with fewer machines than expansion spaces, namely two machines at three expansion spaces.

Die 8 zeigen eine Auswahl unterschiedlicher Formen von Expansionsräumen. Prinzipiell handelt es sich bei Expansionsräumen aber um Druckbehälter, und andere Formen von Druckbehältern, wie sie im Stand der Technik für die geforderten Drücke beschrieben sind, sind auch möglich. Zuleitungen und Ableitungen in die Expansionsräume sind in den 8 (und auch in den 11, 13 und 14) nicht dargestellt. Druckgaszuleitungen und -ableitungen befinden sich aber im Regelfall an der Oberseite oder zumindest im oberen Bereich des Expansionsraumes, Flüssigkeitszuleitungen und -ableitungen befinden sich im Regelfall an der Unterseite oder zumindest im unteren Bereich des Expansionsraumes. The 8th show a selection of different forms of expansion spaces. In principle, however, expansion chambers are pressure vessels, and other forms of pressure vessels, as described in the prior art for the required pressures, are also possible. Supply lines and discharges into the expansion areas are in the 8th (and also in the 11 . 13 and 14 ) not shown. Compressed gas supply lines and discharges are, however, usually at the top or at least in the upper region of the expansion space, liquid supply and discharge are usually at the bottom or at least in the lower part of the expansion space.

Die 9 zeigt einen Expansionsraum mit Steigrohr. The 9 shows an expansion space with riser.

Die 10 zeigen einige Beispiele von Expansionräumen mit darin enthaltenen Kleingasbehältern für die Variante B der Erfindung. The 10 show some examples of expansion spaces with small gas containers contained therein for variant B of the invention.

Die 11 zeigen Expansionsräume die durch Vereisungsmäntel VM gestützt werden. The 11 show expansion areas that are supported by icing coats VM.

12 zeigt das Schema eines Pumpspeicherkraftwerks, daß durch die Energie eines Druckgaskraftwerkes wieder aufgefüllt werden kann. 12 shows the scheme of a pumped storage power plant that can be refilled by the energy of a pressurized gas power plant.

Die 13 zeigen einige Möglichkeiten der Gastemperierung. The 13 show some possibilities of gas temperature control.

Die 14 zeigen ein besonders einfache Ausführungsmöglichkeit für ein Verfahren gemäß Variante B. The 14 show a particularly simple execution option for a method according to variant B.

15 zeigt eine Ausführung für ein Verfahren gemäß Variante A mit Expansionsräumen innerhalb des Druckgasspeichers D. 15 shows an embodiment of a method according to variant A with expansion spaces within the compressed gas storage D.

Die 16 zeigen schematische Druck/Volumenverläufe bei unterschiedlicher Prozeßführung. The 16 show schematic pressure / volume curves with different process control.

In den Figuren sind Leitungen 8 und 9, die andere kreuzen und nicht mit diesen verbunden sind, gestrichelt dargestellt. In 1a ist das Grundschema einer sehr einfachen Ausführung eines Kraftwerkes nach Variante A dargestellt. Ein Druckgasspeicher D stellt das Druckgasreservoir dar, aus dem Teilmengen an Gas 2 chargenweise über ein bevorzugt kontinuierlich oder in mehreren Stufen regelbares Ventil VDE in einen Expansionsraum E eingebracht werden. Das Ventil VDE kann aber auch nichtregelbar sein und nur die möglichen Zustände offen und geschlossen aufweisen. Beim Einleiten der Teilmenge des Druckgases 2 in den Expansionsraum E wird bereits Flüssigkeit 1 aus dem Expansionsraum E durch das bevorzugt regelbare Ventil VEA hindurch in die Arbeitsmaschine A verdrängt. (Dieser Prozeß läuft bei fast konstantem Druck, also isobar bzw. quasiisobar, ab!) Danach findet im Expansionsraum E oberhalb der Flüssigkeit 1 unter Druckabnahme eine Expansion der eingelassenen Teilmenge des Gases 2 statt, die die Flüssigkeit 1 durch das bevorzugt regelbare Ventil VEA in eine Arbeitsmaschine A verdrängt. Die Temperierung des Gases 2 im Expansionsraum E während der Expansion ist in diesem einfachen Schema nicht dargestellt, findet aber wie zuvor schon und auch später noch beschrieben statt. In the figures are lines 8th and 9 that cross others and are not connected to them, dashed lines. In 1a the basic scheme of a very simple version of a power plant according to variant A is shown. A compressed gas reservoir D represents the compressed gas reservoir, from the subsets of gas 2 Batchwise introduced via a preferably continuously or in several stages controllable valve V DE in an expansion space E. However, the valve V DE can also be non-controllable and have only the possible states open and closed. When introducing the subset of the compressed gas 2 in the expansion space E is already liquid 1 displaced from the expansion space E through the preferably controllable valve V EA through into the working machine A. (This process takes place at almost constant pressure, ie isobaric or quasi-isobaric!) Thereafter, in the expansion space E above the liquid 1 Under pressure decrease an expansion of the subset of the gas 2 instead of the liquid 1 displaced by the preferably controllable valve V EA in a working machine A. The temperature of the gas 2 in the expansion space E during the expansion is not shown in this simple scheme, but takes place as previously and later described.

Der Druck der Flüssigkeit 1, der am Eingang zur Arbeitsmaschine A aufgrund der relativen Inkompressibilität der Flüssigkeit 1 praktisch dem aktuellen Gasdruck im Expansionsraum E entspricht (abzüglich Reibungsverlusten), wird in der Arbeitsmaschine A vermittels Bewegung der Flüssigkeit 1 in mechanische Arbeit umgewandelt. Dabei fällt der Druck der Flüssigkeit 1 vom Zugang der Arbeitsmaschine A (die auch aus mehreren Unteraggregaten bestehen kann) bis zu deren Ende stark ab. Aus der Arbeitsmaschine A fließt die Flüssigkeit 1 mit einem nur noch geringen Überdruck in ein Flüssigkeitsreservoir R weiter. Vorzugsweise befindet sich zwischen Arbeitsmaschine A und Reservoir R ein bevorzugt regelbares Ventil VAR. Mitttels der Ventile VEA und VAR läßt sich der Durchfluß durch die Arbeitsmaschine A regeln. Eine weitere Regelung erfolgt durch nicht abgebildete, aus dem Stand der Technik bekannte, übliche innere Stellglieder in der Arbeitsmaschine A. Handelt es sich bei der Arbeitsmaschine z.B. um eine Wasserturbine, so können hier auch noch die Stellwinkel der Schaufeln und Leitflächen die Durchflußmenge der Flüssigkeit 1 verändern. Die erzeugte mechanische Arbeit ergibt sich aus W = p + V oder genauer differentiell aus dW = dp + dV. Abgezogen werden müssen wieder Reibungsverluste und „Durchschlupfverluste“ durch die Arbeitsmaschine/Turbine. Der Expansionsraum E wird bis zum gewünschten Enddruck des Gases 2 von Flüssigkeit 1 geleert. Es verbleibt aber vorzugsweise ein Teil Flüssigkeit 1 darin, der den Gaszutritt zur Arbeitsmaschine A verhindert. Das in 1a dargestellte Kraftwerk kann nur so lange Arbeit verrichten, wie Flüssigkeit 1 durch die Arbeitsmaschine A fließt. Danach muß erst wieder der Expansionsraum E mit Flüssigkeit 1 aufgefüllt werden, bevor eine neue eingeleitete Teilmenge Druckgas 2 aus dem Druckgasspeicher D einen neuen Arbeitszyklus starten kann. Eine Füllung des Expansionsraumes E geschieht mit Flüssigkeit 1 aus dem Reservoir R. Das Reservoir R ist in diesem Ausführungsbeispiel als umwandeter Behälter mit einem Entgasungsventil VRL dargestellt. Das Reservoir R könnte aber auch oben offen sein. Ein geschlossener Behälter mit Ventil erlaubt aber besser, die Temperatur der Flüssigkeit zu halten, vor allem, wenn der Behälter noch mit wärmeisolierenden Wänden umgeben ist. Dann kann die Flüssigkeit 1 darin auch sehr langfristig auf Temperaturen gehalten werden, die höher sind, als die Umgebungstemperatur. In 1a ist das Reservoir R mit einem größeren Volumen als das des Expansionsraumes E dargestellt. Prinzipiell muß es aber nur das Volumen der aus dem Expansionsraum E verdrängten Flüssigkeit 1 enthalten. Ein größeres Flüssigkeitsvolumen ermöglicht es, die Temperatur der Flüssigkeit 1 konstanter zu halten, wenn dies aus Betriebsgründen gewünscht ist. Ein größeres Volumen ermöglicht aber auch eine erhöhte Speicherung von Wärmeenergie, z.B. von Abwärme oder von Heizenergie aus Überschußwindkraft oder Überschußsolarenergie, die beim Entladen des Druckgasspeichers D das expandierende Gas 2 dann zusätzliche mechanische Arbeit verrichten läßt. The pressure of the liquid 1 at the entrance to work machine A due to the relative incompressibility of the liquid 1 practically corresponds to the actual gas pressure in the expansion space E (minus friction losses), is in the work machine A by means of movement of the liquid 1 converted into mechanical work. The pressure of the liquid drops 1 from the access of the working machine A (which may also consist of several subaggregates) until the end of sharply. From the working machine A, the liquid flows 1 with only a slight overpressure in a liquid reservoir R on. Preferably located between working machine A and reservoir R is a preferably controllable valve V AR . Mitttels the valves V EA and V AR , the flow through the working machine A can be regulated. A further control is performed by not shown, known from the prior art, the usual internal actuators in the machine A. If it is the work machine, for example, a water turbine, so here also the setting angle of the blades and vanes, the flow rate of the liquid 1 change. The mechanical work produced results from W = p + V or, more precisely, differentially from dW = dp + dV. Once again, friction losses and "slip-through losses" must be subtracted by the working machine / turbine. The expansion space E is to the desired final pressure of the gas 2 of liquid 1 emptied. But it remains preferably a part of liquid 1 therein, which prevents the gas access to the working machine A. This in 1a shown power plant can only work as long as liquid 1 through the working machine A flows. Thereafter, only the expansion space E with liquid must again 1 be refilled before a new introduced subset compressed gas 2 from the compressed gas storage D can start a new cycle. A filling of the expansion space E happens with liquid 1 from the reservoir R. The reservoir R is shown in this embodiment as a converted container with a degassing valve V RL . The reservoir R could also be open at the top. However, a closed container with valve allows better keeping the temperature of the liquid, especially if the container is still surrounded with heat-insulating walls. Then the liquid can 1 It is also kept in the long term at temperatures that are higher than the ambient temperature. In 1a the reservoir R is shown with a larger volume than that of the expansion space E. In principle, however, it only has to be the volume of the liquid displaced from the expansion space E. 1 contain. A larger volume of liquid allows the temperature of the liquid 1 to keep it constant if this is desired for operational reasons. However, a larger volume also allows an increased storage of heat energy, for example, waste heat or heating energy from excess wind power or excess solar energy, the expanding gas during discharge of the compressed gas storage D 2 then do additional mechanical work.

Zum Füllen des Expansionsraumes E nach Beendigung eines Expansionszyklus fließt Flüssigkeit 1 aus dem Reservoir R durch das Ventil VRE in den Expansionsraum E zurück. Hierzu wird das Ventil VEL an der Oberseite des Expansionsraumes E geöffnet, damit das darin enthaltene entspannte Gas 2 entweichen kann. Liegt der Flüssigkeitspegel 10 im Reservoir oberhalb der Oberkante des Expansionsraumes E, so wird das Gas 1 passiv vollständig verdrängt („kommunizierende Röhren“). Liegt der Flüssigkeitspegel 10 unterhalb der Oberkante des Expansionsraumes E, so wird aktiv Flüssigkeit 1 aus dem Reservoir R in den Expansionsraum E gepumpt, bis dieser gefüllt ist. Optional kann das Gas 2, das durch das Ventil VEL abgeleitet wird, noch durch eine Gasturbine geleitet werden, wo es ebenfalls noch einen Rest mechanische Energie erzeugt, die in elektrische Energie umgewandelt werden kann. To fill the expansion space E after completion of an expansion cycle, liquid flows 1 back from the reservoir R through the valve V RE in the expansion space E. For this purpose, the valve V EL is opened at the top of the expansion space E, so that the expanded gas contained therein 2 can escape. Is the liquid level 10 in the reservoir above the upper edge of the expansion space E, so will the gas 1 passively completely displaced ("communicating tubes"). Is the liquid level 10 below the upper edge of the expansion space E, so is active liquid 1 pumped from the reservoir R in the expansion space E until it is filled. Optionally, the gas 2 which is diverted through the valve V EL , are still passed through a gas turbine where it also generates a residual mechanical energy that can be converted into electrical energy.

In 1b ist eine Ausführung des einfachen Kraftwerkes aufgeführt, die kontinuierlich arbeiten kann, bis der Druckgasspeicher D auf seinen aus Stabilitätsgründen mindestens erforderlichen Mindestinnendruck geleert ist. Hierzu weist dieses Kraftwerk einen zweiten Expansionsraum E2 auf. (Prinzipiell können es auch mehr als zwei Expansionsräume sein.) Dann können die beiden Expansionsräume E1 und E2 wechselweise arbeiten und neu mit Flüssigkeit 1 und dann einer Druckgascharge 2 befüllt werden, während zur gleichen Zeit im jeweils anderen Expansionsraum der Expansionszyklus abläuft. Während also im zweiten Expansionsraum E2 die Wiederbefüllung mit Flüssigkeit 1 aus dem Reservoir R über das Ventil VRE2 stattfindet, bei der gleichzeitig das entspannte Gas 2 über das Ventil VE2L (bevorzugt über eine energieerzeugende Gasturbine) entweicht, läuft im Expansionsraum E1 ein Expansionszyklus ab, bei dem Flüssigkeit 1 durch die Arbeitsmaschine A gedrückt wird. Die Wiederbefüllung geschieht in einer kürzeren Zeit, als der, die ein Expansionszyklus benötigt. Dadurch ist der wiederbefüllte Expansionsraum E1 bzw. E2 stets rechtzeitig startklar für einen neuen Expansionszyklus, bevor der Expansionszyklus im anderen Expansionsraum beendet ist. Zur Beendigung des Expansionszyklus im Expansionsraum E1 wird das Ventil VE1A zwischen Expansionsraum E1 und Arbeitsmaschine A geschlossen und gleichzeitig oder kurz zuvor das Ventil VE2A zwischen Expansionsraum E2 und Arbeitsmaschine A geöffnet, so daß dann durch die in den Expansionsraum E2 eingebrachte Druckgascharge 2 Flüssigkeit 1 in die Arbeitsmaschine A gedrückt wird und dann das Reservoir R erreicht. Gleichzeitig mit dem Ventil VE2A oder auch etwas zuvor wird auch das Ventil VDE2 zwischen Druckgasspeicher D und Expansionsraum E2 geöffnet. Das Ventil VDE2 wird dann aber wieder geschlossen, sobald die erforderliche Menge Druckgas 2 in den Expansionsraum E2 eingetreten ist. Danach findet die Expansion dieser Druckgascharge 2 statt, während in der Zwischenzeit der Expansionsraum E1 mit Flüssigkeit 1 wiederbefüllt wird. In 1b wird nur eine Arbeitsmaschine A von zwei Expansionsräumen E1 und E2 bedient. Vorteilhafter, aber etwas aufwendiger, ist es, jeden Expansionsraum mit einer eigenen Arbeitsmaschine auszustatten. In 1b an embodiment of the simple power plant is listed, which can work continuously until the compressed gas storage D is emptied on his minimum stability required for stability minimum internal pressure. For this purpose, this power plant has a second expansion space E2. (In principle, there may be more than two expansion spaces.) Then, the two expansion spaces E1 and E2 can work alternately and new with liquid 1 and then a compressed gas batch 2 be filled while expires at the same time in the other expansion space of the expansion cycle. So while in the second expansion space E2 refilling with liquid 1 from the reservoir R via the valve V RE2 takes place, at the same time the expanded gas 2 escapes via the valve V E2L (preferably via a power-generating gas turbine), runs in the expansion space E1 from an expansion cycle, wherein the liquid 1 is pressed by the working machine A. The refill happens in a shorter time than the one that needs an expansion cycle. As a result, the refilled expansion space E1 or E2 is always ready in time for a new expansion cycle before the expansion cycle is completed in the other expansion space. To complete the expansion cycle in the expansion space E1, the valve V E1A between the expansion space E1 and working machine A is closed and simultaneously or shortly before the valve V E2A between expansion space E2 and working machine A is opened, so that then introduced by the introduced into the expansion space E2 Druckgascharge 2 liquid 1 is pressed into the working machine A and then reaches the reservoir R. Simultaneously with the valve V E2A or slightly earlier, the valve V DE2 between compressed gas storage D and expansion chamber E2 is opened. The valve V DE2 is then closed again as soon as the required amount of compressed gas 2 has entered the expansion space E2. Thereafter, the expansion of this compressed gas batch takes place 2 while, in the meantime, the expansion space E1 with liquid 1 is refilled. In 1b Only one work machine A is served by two expansion spaces E1 and E2. It is more advantageous, but more elaborate, to equip each expansion area with its own work machine.

Die Wiederbefüllung der Expansionsräume mit Flüssigkeit 1 geschieht abhängig von deren relativer Höhenlage passiv durch Schwerkraft oder durch Pumpen, die nicht dargestellt sind. Refilling the expansion chambers with liquid 1 happens passively depending on their relative altitude by gravity or by pumps that are not shown.

In 2a ist das Grundschema einer sehr einfachen Ausführung der Erfindung gemäß Variante B dargestellt. Es existiert nur ein Expansionsraum E, der auch gleichzeitig der Druckgasspeicher D ist, in dem alles energiespeichernde Druckgas enthalten ist. Es ist ein geschlossenes Reservoir R dargestellt, aber natürlich ist auch ein völlig offenes möglich, das dann aber vorzugsweise mit Wasser oder einer Salzlösung gefüllt ist. Zur Erzeugung von Energie wird die im kleingasbehälterenthaltenden Expansionsraum E enthaltene Flüssigkeit aufgrund der Gasexpansion in den nicht dargestellten Kleingasbehältern durch die Arbeitsmaschine A gedrückt, wodurch mechanische Arbeit erzeugt wird, die mittels eines elektrischen Generators elektrische Energie erzeugen kann. Der Durchfluß durch die Arbeitsmaschine A wird vorzugsweise durch ein Ventil VEA zwischen Expansionsraum und Arbeitsmaschine A und ein Ventil VAR zwischen Arbeitsmaschine A und Flüssigkeitsreservoir R geregelt. Weiterhin kann eine Regelung über Stellglieder in der Arbeitsmaschine erfolgen. Bei einer Wasserturbine wären dies z.B. die Anstellwinkel der Turbinenschaufeln und Leitvorrichtungen. Das Gas in den Kleingasbehältern kann vollständig bis zum betriebsbedingt möglichen Enddruck expandiert werden, oder es kann auch schon vorher die Expansion gestoppt werden. Zur Beladung des Speichers D mit Druckgasenergie wird Flüssigkeit aus dem Reservoir R mit der als Pumpe P betriebenen Arbeitsmaschine A zurück in den Expansionsraum E gepumpt, wobei das expandierte Gas in den Kleingasbehältern komprimiert wird und die dabei erzeugte Wärme in die umgebende Flüssigkeit überträgt. Die Kompression geschieht so langsam, daß der Kompressionsvorgang quasiisotherm abläuft, da dies für einen guten Wirkungsgrad günstig ist. Die Kompression kann dabei kontinuierlich oder intervallmäßig erfolgen. Der gleichzeitig als Druckgasspeicher D dienende Expansionsraum E kann so groß sein, wie es statisch möglich ist. Befindet sich der Expansionsraum E unter der Erde oder unter einer großen Wasserschicht, so kann er auch bei hohen Speicherdrücken von 60 bar oder mehr sehr große Volumina besitzen, z.B. zwischen 100.000 und 1.000.000 Kubikmeter. Befindet sich der Expansionsraum E oberirdisch oder oberflächennah, so liegen die sinnvollen Größen unter 100.000 Kubikmetern, vorzugsweise unter 10.000 Kubikmetern, noch bevorzugter unter 1000 Kubikmetern. In der Figur ist am Expansionsraum E ein Entgasungsventil VEL dargestellt. Dieses ist nicht unbedingt nötig. Es ermöglicht aber, eventuell in den Expansionsraum E aus den Kleingasbehälter eingetretenes Gas über dieses Ventil abzulassen, um eine vollständige Flüssigkeitsfüllung des Expansionsraumes E außerhalb der Kleingasbehälter erreichen zu können. In 2b ist das gleiche Kraftwerk, aber mit einer von der Arbeitsmaschine A separaten Pumpe P dargestellt. Eine separate Pumpe P bedeutet zwar höhere Kosten, aber dafür hat man den Vorteil, daß eventuell notwendige Wartungsarbeiten an der Pumpe P durchgeführt werden können, wenn gerade die Arbeitsmaschine A zur Energieerzeugung in Betrieb ist, und an der Arbeitsmaschine, wenn gerade die Pumpe zur Energieeinspeicherung läuft. In 2c ist ein ähnliches Kraftwerk wie in 2a gemäß Variante B der Erfindung dargestellt. Das gesamte Druckgas ist allerdings in mehrere (Anzahl n) Anteile aufgespalten, die sich innerhalb von nicht dargestellten Kleingasbehältern in unterschiedlichen Expansionsräumen E1 bis En befinden, die entsprechend gleichzeitig Druckgasspeicher D1 bis Dn sind. Die Expansionsräume müssen nicht gleich groß sein, sondern sie können auch sehr unterschiedliche Volumen aufweisen. Es gibt eine Arbeitsmaschine A, die von allen Expansionsräumen E1 bis En mit Flüssigkeit bedient wird. Dieselbe Arbeitsmaschine A, die im Entlademodus des Druckgasspeicherkraftwerks mechanische Arbeit erzeugt, wird im Belademodus des Kraftwerks als Pumpe eingesetzt, die Flüssigkeit aus dem Reservoir R zurück in die Expansionsräume E1 bis En pumpt. Die Expansionsräume können dabei alle gleichzeitig neu befüllt werden, oder es kann erst nur einer befüllt werden und dann erst der nächste. Eine gleichzeitige Befüllung führt zu einer besseren Quasiisothermie, weil der Druckanstieg in den einzelnen Expansionsräumen langsamer erfolgt und damit auch die Aufheizung des Gases, das dann mehr Zeit hat, die Wärme auf die Flüssigkeit zu übertragen. Gleiches wie für die Befüllung gilt für die Entleerung der Flüssigkeit aus den Expansionsräumen während der Gasexpansion: Wenn alle Expansionräume gleichzeitig Flüssigkeit in die Arbeitsmaschine A drücken, erfolgt die Änderung des Druckes (und damit die Änderung der Temperatur des Gases in den gasvolumenveränderlichen Kleingasbehältern) in jedem einzelnen Expansionsraum langsamer, als wenn nur ein Expansionsraum die gleiche Flüssigkeitsmenge durch die Arbeitsmaschine A drücken würde. Entsprechend ist die Quasiisothermie besser gewährleistet, wenn alle Expansionsräume die Arbeitsmaschine A gleichzeitig bedienen. Ein Wiederbefüllen der Expansionsräume mit Flüssigkeit nacheinander hat wiederum den Vorteil, daß man stets einen Expansionsraum unter Volldruck halten kann. In 2d ist eine ähnliche Ausführung wie in 2c dargestellt, bei der aber eine separate Pumpe die Wiederbefüllung der Expansionsräume E1 bis En mit Flüssigkeit über separate Ventile VRE1 bis VREn besorgt. Es kann aber natürlich bei anderer Führung der Zuleitungen auch eine Wiederbefüllung mit Flüssigkeit aus dem Reservoir R über die Ventile VE1A bis VEnA erfolgen. In 2a the basic scheme of a very simple embodiment of the invention according to variant B is shown. There is only one expansion space E, which is also the compressed gas storage D at the same time, in which all energy-storing compressed gas is contained. It is a closed reservoir R shown, but of course, a completely open is possible, but then preferably filled with water or a saline solution. To generate energy, the liquid contained in the small gas tank expansion space E is due to the gas expansion in the small gas tanks, not shown by the working machine A. pressed, whereby mechanical work is generated, which can generate electrical energy by means of an electric generator. The flow through the working machine A is preferably controlled by a valve V EA between the expansion space and working machine A and a valve V AR between the working machine A and liquid reservoir R. Furthermore, a control via actuators in the machine can be done. In a water turbine, for example, this would be the angle of attack of the turbine blades and guide devices. The gas in the small gas tanks can be fully expanded to operational end pressure possible, or it can also be stopped before the expansion. To load the reservoir D with compressed gas energy liquid from the reservoir R is pumped with the operated as a pump P work machine A back into the expansion space E, wherein the expanded gas is compressed in the small gas tanks and transfers the heat generated in the surrounding liquid. The compression occurs so slowly that the compression process is quasiisothermic, since this is favorable for a good efficiency. The compression can take place continuously or at intervals. The simultaneously serving as compressed gas storage D expansion space E can be as large as it is possible statically. If the expansion space E is under the earth or under a large layer of water, it can also have very high volumes, for example between 100,000 and 1,000,000 cubic meters, even at high storage pressures of 60 bar or more. If the expansion space E is above ground or near the surface, then the reasonable sizes are less than 100,000 cubic meters, preferably less than 10,000 cubic meters, more preferably less than 1000 cubic meters. In the figure, a degassing valve V EL is shown at the expansion space E. This is not necessary. However, it makes it possible, possibly in the expansion space E from the small gas tank occurred gas discharged through this valve in order to achieve a complete liquid filling of the expansion space E outside of the small gas tank can. In 2 B is the same power plant, but with a separate from the working machine A pump P. Although a separate pump P means higher costs, but it has the advantage that any necessary maintenance work on the pump P can be performed when just the machine A for power generation is in operation, and at the working machine, if just the pump for energy storage running. In 2c is a similar power plant as in 2a represented according to variant B of the invention. However, the entire compressed gas is split into several (number n) shares, which are located within non-illustrated small gas tanks in different expansion spaces E1 to En, which are at the same time compressed gas storage D1 to Dn. The expansion spaces do not have to be the same size, but they can also have very different volumes. There is a working machine A, which is operated by all expansion spaces E1 to En with liquid. The same work machine A, which generates mechanical work in the discharge mode of the compressed gas storage power plant is used in the loading mode of the power plant as a pump that pumps liquid from the reservoir R back into the expansion spaces E1 to En. The expansion rooms can all be refilled at the same time, or only one can be filled and then only the next. A simultaneous filling leads to a better Quasiisothermie, because the pressure increase in the individual expansion spaces is slower and thus also the heating of the gas, which then has more time to transfer the heat to the liquid. The same applies to the filling for the emptying of the liquid from the expansion chambers during gas expansion: If all expansion chambers simultaneously press liquid into the working machine A, the change in pressure (and thus the change in the temperature of the gas in the gas volume variable small gas tanks) takes place in each single expansion space slower than if only one expansion space would press the same amount of liquid through the working machine A. Accordingly, the Quasiisothermie is better ensured when all expansion spaces operate the machine A simultaneously. Refilling the expansion chambers with liquid in turn has the advantage that one can always keep an expansion space under full pressure. In 2d is a similar design as in 2c illustrated, but in which a separate pump, the refilling of the expansion spaces E1 to En worried with liquid via separate valves V RE1 to V REn . However, it can of course also be carried out with another management of the supply lines and a refilling with liquid from the reservoir R via the valves V E1A to V EnA .

In 3a ist eine Ausführung eines Kraftwerks mit drei Expansionsräumen dargestellt, aus denen die Flüssigkeit sukzessive durch das expandierende Gas verdrängt wird. Es kann sich dabei sowohl um ein Kraftwerk gemäß Variante A, als auch ein Kraftwerk gemäß Variante B handeln. Im Falle eine Kraftwerks gemäß Variante A weist der Expansionsraum E1 ein Ventil VDE1 zum Druckgasspeicher auf. Daher ist dieses Ventil und die Zuleitung 9 in der Figur gestrichelt dargestellt. Je nachdem, welche Variante dargestellt ist, handelt es sich bei den Verbindungsleitungen der Expansionsräume untereinander nur um Flüssigkeitsleitungen 8 (Variante B) oder Leitungen, 8 und 9, durch die, je nach Zeitpunkt im Expansionszyklus, entweder Flüssigkeit 1 oder Gas 2 strömt (Variante A). Das Ventil VE1L, durch das bei einer Ausführung gemäß Variante A das expandierte Gas aus den Expansionsräumen während der Wiederbefüllung mit Flüssigkeit abgeleitet wird, macht aber auch bei einer Ausführung gemäß Variante B Sinn, weil durch ein solches Ventil eventuell mit der Zeit (aufgrund von etwaigen Undichtigkeiten der Kleingasbehälter) angesammeltes Gas leichtentfernt werden kann. Die Expansionsräume E2 und E3 können ebenfalls noch Entgasungsventile aufweisen (nicht dargestellt), die eine Wiederbefüllung mit Flüssigkeit erleichtern. Bei einer Ausführung eines Kraftwerkes wie der in 3a findet die Gasexpansion in unterschiedlichen Expansionsräumen statt, die für unterschiedliche Drücke ausgelegt sind. Im ersten Expansionsraum E1 herrscht der höchste Druck. Daher ist dieser Expansionsraum am stabilsten ausgeführt. Indem man diesen Expansionsraum E1 kleiner baut als die darauf folgenden, kann man dennoch die Wandstärken dieses Expansionsraumes relativ gering und dadurch kostengünstig halten (z.B. gemäß „Kesselformel“-Näherung, DIN 2413 ). Während der Expansion des Gases in diesem Expansionsraum E1 ist das Ventil VE1E2 zum nächsten Expansionsraum E2 geschlossen. Die durch die Gasexpansion verdrängte Flüssigkeit wird durch das geöffnete Ventil VE1A1 in die Arbeitsmaschine A1 gedrückt, wo sie mechanische Energie erzeugt, mit der elektrische Energie erzeugt werden kann. Die Flüssigkeit verläßt die Arbeitsmaschine A1 in ein Reservoir R, vorzugsweise über ein Ventil VA1R. Die Gasexpansion im Expansionsraum E1 wird nur bis zu einem bestimmten, immer noch relativ hohen Druck durchgeführt. Bei einem Anfangsdruck von 60 bar kann der Enddruck in dieser Stufe z.B. bei ungefähr 20 bar liegen. Nachdem dieser Druck erreicht wurde, wird das Ventil VE1A1 geschlossen und das Ventil VE1E2 zwischen Expansionsraum E1 und E2 geöffnet. Nun steht auch die Flüssigkeit im Expansionsraum E2 unter dem Druck, der zuvor noch im Expansionsraum E1 herrschte. (Im Falle einer Ausführung gemäß Variante B wird darauf geachtet, daß der Inhalt des Expansionsraumes E2 schon zuvor unter dem Enddruck des Expansionsraumes E1 stand, denn sonst würde das Gas in den Kleingasbehältern von Expansionsraum E2 eine plötzliche Volumenänderung erfahren!) Außerdem wird das Ventil VE2A2 zwischen Expansionsraum E2 und Arbeitsmaschine A2 geöffnet. Das Ventil VE2E3 zum Expansionsraum E3 ist hingegen geschlossen. Es wird dann durch die Expansion des Gases im Expansionsraum E1 und E2 (es tritt dabei in Variante A Gas durch das Ventil VE1E2 aus dem Expansionsraum E1 in den Expansionsraum E2 ein) die Flüssigkeit des Expansionsraumes E2 durch die Arbeitsmaschine A2 gedrückt und verläßt diese dann in das Flüssigkeitsreservoir R, vorzugsweise über ein Ventil VA2R. Auch diese Gasexpansion findet nur bis zu einem bestimmten Druck statt, der noch nicht der Enddruck des Gesamtverfahrens ist. Betrug der Anfangsdruck bei dieser Expansionsstufe z.B. 20 bar, so kann der Enddruck in dieser Stufe z.B. bei 6 bar liegen. Ist dieser Enddruck dieser Stufe erreicht, so wird das Ventil VE2A2 zur Arbeitsmaschine A2 geschlossen und das Ventil VE2E3 zum Expansionsraum E3 geöffnet. Außerdem wird das Ventil VE3A3 zwischen Expansionsraum E3 und der Arbeitsmaschine A3 geöffnet. Nun expandiert das Gas in den Expansionsräumen E1, E2 und E3 und verdrängt dabei die Flüssigkeit aus dem Expansionsraum E3. Bei Variante A strömt dabei Gas aus dem Expansionsraum E2 in den Expansionsraum E3. Die verdrängte Flüssigkeit erzeugt in der Arbeitsmaschine A3 mechanische Arbeit, die zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden kann. Die Flüssigkeit fließt hinter der Arbeitsmaschine in das Reservoir R. Stand die Flüssigkeit (und das Gas) zu Anfang dieser Expansionsstufe noch unter einem Druck von z.B. 6 bar, so verläßt sie die Arbeitsmaschine z.B. nur noch mit einem Druck von 1,5 bar oder 2 bar. Nachdem der größte Teil der Flüssigkeit aus dem Expansionsraum E3 verdrängt und der Sollenddruck des Gesamtverfahrens erreicht ist, kann der Wiederbefüllungsprozeß der Expansionsräume E1, E2 und E3 erfolgen:
Liegt der Flüssigkeitsspiegel im Reservoir R höher als in den Expansionsräumen (ansonsten verwendet man hierzu eine Pumpe), so kann durch einfaches Öffnen des Ventils VRE3 zwischen Reservoir R und Expansionsraum E3 und des Entgasungsventils VE1L am Expansionsraum E1 die Flüssigkeit aus dem Reservoir R in die Expansionsräume zurückfließen. Dies erfolgt in umgekehrter Reihenfolge wie bei der Gasexpansion, also von E3 nach E2 nach E1. Sind die Expansionsräume vollständig flüssigkeitsgefüllt, so werden die Ventile VE1L und VRE3 wieder geschlossen. Es ist auch möglich, die Expansionsräume gleichzeitig mit Flüssigkeit zu befüllen. Hierzu sollten aber alle Expansionsräume über Entgasungsventile verfügen und jeder Expansionsraum benötigt eine Verbindung zum Reservoir R. Prinzipiell kann die Wiederbefüllung auch über einen Bypass an der jeweiligen Arbeitsmaschine vorbei erfolgen. Man spart dann Rohrleitungen 8 ein. In der 3a ist jeder Expansionsraum mit einer eigenen Arbeitsmaschine versehen, die für den Druckbereich, der in dem jeweiligen Expansionsraum durchlaufen wird, optimiert ist. Es ist aber auch möglich, alle Expansionsräume mit derselben Arbeitsmaschine über zusammengeführte Leitungen 8 und Ventile in Verbindung zu bringen, oder auch zwei Expansionsräume mit einer Arbeitsmaschine zu verbinden und den dritten mit einer zweiten. Man verliert dabei zwar etwas an Wirkungsgrad, aber das Gesamtverfahren vereinfacht sich. 3b zeigt eine Ausführung wie in 3a, aber die Expansionsräume sind ineinander geschachtelt angeordnet. Wenn der jeweils äußere Expansionsraum unter Druck steht, wenn der innere auch unter Druck steht, so stabilisiert der Druck im äußeren umgebenden Expansionsraum die Wand des inneren Expansionsraumes und die Wände können dünner und damit kostengünstiger hergestellt werden! Auch hier kann natürlich die Energieerzeugung mit nur einer einzigen oder zwei Arbeitsmaschinen erfolgen.
In 3a shows an embodiment of a power plant with three expansion spaces, from which the liquid is successively displaced by the expanding gas. It may be both a power plant according to variant A, as well as a power plant according to variant B. In the case of a power plant according to variant A, the expansion space E1 has a valve V DE1 to the compressed gas storage. Therefore, this valve and the supply line 9 shown in dashed lines in the figure. Depending on which variant is shown, the connection lines of the expansion chambers with each other are only liquid lines 8th (Variant B) or lines, 8th and 9 through which, depending on the time in the expansion cycle, either liquid 1 or gas 2 flows (variant A). The valve V E1L , through which in an embodiment according to variant A, the expanded gas is discharged from the expansion chambers during refilling with liquid, but makes sense in an embodiment according to variant B, because through such a valve eventually with time (due to any leaks in the small gas tanks) can be easily removed. The expansion chambers E2 and E3 may also still degassing valves (not shown) having a Refill with liquid. In one embodiment of a power plant like the one in 3a Gas expansion takes place in different expansion spaces, which are designed for different pressures. In the first expansion space E1, the highest pressure prevails. Therefore, this expansion space is most stable. By making this expansion space E1 smaller than the one following, it is nevertheless possible to keep the wall thicknesses of this expansion space relatively low and thus cost-effective (eg in accordance with the "boiler formula" approximation). DIN 2413 ). During the expansion of the gas in the expansion space E1, the valve V E1E2 is closed to the next expansion chamber E2. The liquid displaced by the gas expansion is forced through the open valve V E1A1 into the working machine A1, where it generates mechanical energy with which electrical energy can be generated. The liquid leaves the working machine A1 in a reservoir R, preferably via a valve V A1R . The gas expansion in the expansion space E1 is carried out only up to a certain, still relatively high pressure. At an initial pressure of 60 bar, the final pressure in this stage may be, for example, about 20 bar. After this pressure has been reached, valve V E1A1 is closed and valve V E1E2 is opened between expansion space E1 and E2. Now, the liquid in the expansion space E2 is under the pressure that previously prevailed in the expansion space E1. (In the case of an embodiment according to variant B, care is taken that the content of the expansion space E2 was already below the final pressure of the expansion space E1, otherwise the gas in the small gas tanks of expansion space E2 would experience a sudden volume change!) In addition, the valve V E2A2 between expansion space E2 and work machine A2 opened. The valve V E2E3 to the expansion space E3, however, is closed. It is then by the expansion of the gas in the expansion space E1 and E2 (it enters in variant A gas through the valve V E1E2 from the expansion space E1 in the expansion space E2) the liquid of the expansion space E2 pressed by the working machine A2 and then leaves them into the liquid reservoir R, preferably via a valve V A2R . Also, this gas expansion takes place only up to a certain pressure, which is not yet the final pressure of the overall process. For example, if the initial pressure at this expansion stage was 20 bar, the final pressure in this stage could be 6 bar. If this final pressure reached this stage, the valve V E2A2 is closed to the working machine A2 and the valve V E2E3 opened to the expansion space E3. In addition, the valve V E3A3 is opened between the expansion space E3 and the work machine A3. Now the gas expands in the expansion spaces E1, E2 and E3 and displaces the liquid from the expansion space E3. In variant A gas flows from the expansion space E2 in the expansion space E3. The displaced liquid generates mechanical work in the work machine A3 which can be used to generate electrical energy. The liquid flows behind the working machine in the reservoir R. If the liquid (and the gas) at the beginning of this expansion stage still under a pressure of 6 bar, for example, it leaves the machine only with a pressure of 1.5 bar or 2 bar. After most of the liquid has been displaced from the expansion space E3 and the target end pressure of the overall process has been reached, the refilling process of the expansion spaces E1, E2 and E3 can take place:
If the liquid level in the reservoir R higher than in the expansion spaces (otherwise be used for this purpose, a pump), so, by simply opening the valve V RE3 between the reservoir R and the expansion chamber E3, and of the vent valve V E1L to the expansion compartment E1, the liquid from the reservoir R in the expansion spaces flow back. This is done in the reverse order of gas expansion, ie from E3 to E2 to E1. If the expansion chambers are completely filled with liquid, the valves V E1L and V RE3 are closed again. It is also possible to fill the expansion chambers with liquid at the same time. For this purpose, however, all expansion chambers should have degassing valves and each expansion space requires a connection to the reservoir R. In principle, the refilling can also take place via a bypass past the respective working machine. You then save pipes 8th one. In the 3a Each expansion space is equipped with its own working machine, which is optimized for the pressure range that is passed through in the respective expansion space. But it is also possible, all expansion spaces with the same machine on merged lines 8th and to connect valves or to connect two expansion spaces with a work machine and the third with a second. Although you lose some efficiency, but the overall process is simplified. 3b shows an execution as in 3a but the expansion spaces are nested inside each other. If the respective outer expansion space is under pressure, and the inner one is under pressure, then the pressure in the outer surrounding expansion space stabilizes the wall of the inner expansion space and the walls can be made thinner and thus less expensive! Again, of course, the power generation can be done with only a single or two machines.

Das Reservoir in den 3 kann natürlich auch offen sein, im Falle von Wasser auch ein offenes Gewässer. Die Ventile VE1E2f und VE2E3f zwischen den Expansionsräumen E1 und E2 bzw. E2 und E3 stellen Ventile dar, durch die während des Füllprozesses der Expansionsräume mit Flüssigkeit das in den Expansionsräumen E1 und E2 enthaltene Gas in den jeweils umgebenden Expansionsraum E2 bzw E3 entweichen kann, so daß schließlich alles Gas aus allen Expansionsräumen durch das Ventil VE3L in die Umgebung abgelassen werden kann. The reservoir in the 3 Of course, it can also be open, in the case of water also an open water. The valves V E1E2f and V E2E3f between the expansion spaces E1 and E2 or E2 and E3 represent valves through which the gas contained in the expansion spaces E1 and E2 escape into the respective expansion space E2 or E3 during the filling process of the expansion spaces with liquid can, so that eventually all gas from all expansion spaces through the valve V E3L can be discharged into the environment.

In 4a ist eine Ausführung dargestellt, die sowohl für Variante A und auch Variante B möglich ist. Für Variante B besteht keine Verbindung zum Druckgasspeicher D, sondern der Expansionsraum E ist selbst der Druckgasspeicher, in dem das Druckgas in Kleingasbehältern gespeichert ist. Das Kraftwerk gemäß 4 verfügt über zwei Arbeitsmaschinen (mehr sind natürlich auch möglich), um den Wirkungsgrad der Umwandlung der Energie aus dem Druckgas zu verbessern, denn Arbeitsmaschinen haben üblicherweise bestimmte Bereiche, in denen sie den höchsten Wirkungsgrad aufweisen, und mit mehreren Arbeitsmaschinen mit unterschiedlichen Arbeitsbereichen lassen sich die beim Betrieb auftretenden Bedingungen besser abdecken. Das expandierende und dabei Arbeit verrichtende Gas drückt also zuerst die Flüssigkeit über das Ventil VEA1 durch die für diesen Druckbereich optimierte Arbeitsmaschine A1 und weiter über das optionale Ventil VA1R in das Reservoir R. Dabei sind die Ventile VEA2, das ebenfalls optionale Ventil VA2R und das Ventil VRE zwischen Expansionsraum und Reservoir geschlossen. Vorzugsweise wird bereits kurz vor dem Erreichen des Enddruckes, ab dem die Arbeitsmaschine A2 den höheren Wirkungsgrad aufweist, das Ventil VEA2 langsam geöffnet, so daß ein kontinuierliches Anfahren der Arbeitsmaschine A2 gewährleistet ist. Auch das Ventil VEA1 wird vorzugsweise nicht abrupt geschlossen, sondern kontinuierlich betätigt. Wenn das Gas im Expansionsraum E seinen Enddruck des Gesamtverfahrens erreicht hat, kann der Expansionsraum E erneut aus dem Reservoir R mit Flüssigkeit befüllt werden. Dies kann durch Bypässe um die Arbeitsmaschinen herum erfolgen oder wie in der Figur dargestellt durch eine separate Leitung vom Reservoir R zum Expansionsraum E. Hierzu wird dann das Ventil VRE geöffnet. Wenn die Flüssigkeit im Reservoir R höher steht, als im Expansionsraum E, so füllt sich der Expansionsraum E im Falle der Variante A auch ohne aktives Pumpen auf, weil das expandierte Gas (im Verfahren gemäß Variante A) über das Ventil VEL entweicht. Im Falle der Variante B dient das Ventil VEL nur als Notentgasungsventil für aus den Kleingasbehältern ungewünscht entwichenes Gas und ist im Regelfall geschlossen. Im Falle von Variante B muß daher die Flüssigkeit mittels Pumpen gegen den ansteigenden Druck des Gases in den Kleingasbehältern eingefüllt werden. 4a stellt auch den Fall dar, bei dem zwei (oder natürlich auch mehr) Arbeitsmaschinen gleicher Bauart mit einem Expansionsraum verbunden sind und auch gleichzeitig durchströmt werden. In 4a a version is shown, which is possible for both variant A and variant B. For variant B, there is no connection to the compressed gas reservoir D, but the expansion space E is itself the compressed gas storage in which the compressed gas is stored in small gas tanks. The power plant according to 4 has two working machines (more are of course also possible) to improve the efficiency of the conversion of energy from the compressed gas, because work machines usually have certain areas where they have the highest efficiency, and with several machines with different work areas can be cover better during operation. The expanding and thus doing gas thus first presses the liquid through the valve V EA1 through the working machine optimized for this pressure range A1 and further through the optional valve V A1R in the reservoir R. In this case, the valves V EA2 , which is also optional valve V A2R and the valve V RE between expansion space and reservoir closed. Preferably, shortly before reaching the final pressure, from which the working machine A2 has the higher efficiency, the valve V EA2 is opened slowly, so that a continuous start-up of the working machine A2 is ensured. Also, the valve V EA1 is preferably not closed abruptly, but continuously operated. When the gas in the expansion space E has reached its final pressure of the overall process, the expansion space E can be filled again from the reservoir R with liquid. This can be done by bypasses around the machines around or as shown in the figure by a separate line from the reservoir R to the expansion space E. For this purpose, the valve V RE is opened. If the liquid in the reservoir R is higher than in the expansion space E, then the expansion space E fills in the case of the variant A without active pumping, because the expanded gas escapes (in the process according to variant A) via the valve V EL . In the case of variant B, the valve V EL serves only as Notentgasungsventil for undesirable escaped from the small gas tanks gas and is normally closed. In the case of variant B, therefore, the liquid must be filled by means of pumps against the increasing pressure of the gas in the small gas tanks. 4a also represents the case in which two (or of course more) machines of the same type are connected to an expansion space and are also flowed through at the same time.

Da die mechanische Leistung (die von einem Generator in elektrische Leistung umgewandelt werden kann) vom Druck und der durchströmenden Volumenmenge abhängt (es gilt ja dW = d(p + V), also die Änderung der Arbeit ist gleich der Änderung des Produktes aus Druck und Volumen), und der Druck anfangs sehr hoch und am Ende sehr niedrig ist, muß zwangsläufig auch die durch die Arbeitsmaschine strömende Flüssigkeitsmenge anfangs klein und am Ende dafür groß sein, wenn die Leistung konstant gehalten werden soll. Dies kann bei hierfür geeigneten Arbeitsmaschinen in einer einzigen Arbeitsmaschine durch Regelung des Durchflusses erzielt werden. Einfachere Arbeitsmaschinen ermöglichen aber nur eine Änderung des Durchflusses innerhalb eines engeren Bereiches, als erforderlich wäre. Für diesen Fall sieht die Erfindung vor, wie in der 4a abgebildet, zwei (oder auch mehr) Arbeitsmaschinen an den Expansionsraum E anzuschließen. Zuerst wird nur eine Arbeitsmaschine durchströmt und mit zunehmendem Volumenstrom werden weitere Arbeitsmaschinen hinzugeschaltet. Da diese weiteren, später hinzugeschalteten Arbeitsmaschinen nicht den hohen Anfangsdruck aushalten müssen, dürfen sie auch weniger stabil ausgeführt sein, sie können dafür aber z.B. für größere Volumenströme geeignet sein. Auch bei den Ausführungen von 4a kann das Reservoir R offen sein und im Falle von Wasser auch ein offenes Gewässer darstellen. 4b stellt eine Ausführung der Erfindung für Variante A dar, bei der zwei Expansionsräume E1 und E2 wechselweise Arbeitszyklen mittels des darin expandierenden Gases 2 verrichten und wobei der jeweils andere Expansionsraum dann als Flüssigkeitsreservoir R2 bzw. R1 des anderen dient. Im dargestellten Zustand expandiert gerade Gas 2 im Expansionsraum E2 und drückt dabei Flüssigkeit 1 durch die Arbeitsmaschine A2 in den Expansionsraum E1 hinein, der zu diesem Zeitpunkt als Flüssigkeitsreservoir R2 dient. Hierzu ist das Entgasungsventil VE1L geöffnet und das Ventil VDE1 zum Druckgasspeicher D geschlossen. Nachdem dann das Gas 2 im Expansionsraum E2 auf Sollenddruck expandiert ist (der Expansionsraum E1 ist dann mit Flüssigkeit gefüllt), wird das Ventil VE2A2 zur Arbeitsmaschine A2 geschlossen. Außerdem wird das Ventil VE2L vom Expansionsraum E2 zur Umgebung geöffnet. Weiterhin wird das Ventil VE1A1 vom Expansionsraum E1 zur Arbeitsmaschine A1 und das Ventil VDE1 zwischen Druckgasspeicher D und Expansionsraum E1 geöffnet und eine Druckgascharge in den Expansionsraum E1 eingebracht, die anschließend nach Schließen des Ventils VDE1 expandiert und dabei die Flüssigkeit 1 durch die Arbeitsmaschine A1 hindurch wieder zurück in den Expansionsraum E2 drückt, der zu dieser Zeit als Flüssigkeitsreservoir R1 des Expansionsraumes E1 dient. Das Gesamtsystem arbeitet dann wie ein Zweizylindermotor mit dem Druckgas 2 als „Explosivstoff“ und Flüssigkeit 1 als „Zylindern“. Man kann auch mehr als zwei Arbeitsmaschinen zwischen den Expansionsräumen anordnen, die die auftretenden Druckbereiche und Volumenströme mit höherem Wirkungsgrad ausnützen. Since the mechanical power (which can be converted by a generator into electrical power) depends on the pressure and the amount of volumetric flow (it is true that dW = d (p + V), so the change in the work is equal to the change in the product of pressure and Volume), and the pressure is initially very high and very low at the end, inevitably the amount of liquid flowing through the working machine must initially be small and large at the end if the power is to be kept constant. This can be achieved in suitable machines in a single machine by regulating the flow. However, simpler work machines allow only a change in flow within a narrower range than would be required. In this case, the invention provides, as in the 4a pictured to connect two (or more) work machines to the expansion space E. First, only a working machine is flowed through and with increasing flow further machines are connected. Since these further, later switched-on machines do not have to withstand the high initial pressure, they may also be made less stable, but they may be suitable for larger volume flows, for example. Also in the versions of 4a Reservoir R may be open and, in the case of water, also open water. 4b shows an embodiment of the invention for variant A, in which two expansion spaces E 1 and E 2 alternately cycles by means of the gas expanding therein 2 perform and the other expansion space then serves as a liquid reservoir R 2 and R 1 of the other. In the illustrated state just expanding gas 2 in the expansion space E 2 and presses liquid 1 through the working machine A 2 in the expansion space E 1 inside, which serves as a liquid reservoir R 2 at this time. For this purpose, the degassing valve V E1L is open and the valve V DE1 closed to the compressed gas reservoir D. After then the gas 2 in the expansion space E 2 is expanded to Sollenddruck (the expansion space E 1 is then filled with liquid), the valve V E2A2 to the working machine A 2 is closed. In addition, the valve V E2L is opened from the expansion space E 2 to the environment. Furthermore, the valve V E1A1 is opened from the expansion space E 1 to the working machine A 1 and the valve V DE1 between compressed gas storage D and expansion space E 1 and introduced a compressed gas charge in the expansion space E 1 , which then expands after closing the valve V DE1 and thereby the liquid 1 through back through the working machine A 1 back into the expansion space E 2 , which serves as a liquid reservoir R 1 of the expansion space E 1 at this time. The entire system then works like a two-cylinder engine with the compressed gas 2 as an "explosive" and liquid 1 as "cylinders". It is also possible to arrange more than two working machines between the expansion spaces, which exploit the occurring pressure ranges and volume flows with a higher degree of efficiency.

Selbstverständlich ist es auch möglich, mit mehr als zwei Expansionsräumen zu arbeiten, die sich in ihrer Funktion als Expansionsräume E und Reservoirs R zeitlich ablösen. Wenn man eine bidirektionale Arbeitsmaschine zur Verfügung hat, so kann man auch zwei Arbeitsmaschinen zwischen zwei Expansionsräumen durch eine solche bidirektionale ersetzen. Of course, it is also possible to work with more than two expansion spaces, which replace each other in their function as expansion spaces E and R reservoir. If you have a bidirectional machine available, so you can also replace two machines between two expansion spaces by such a bidirectional.

In 5a ist schematisch eine Ausführung gemäß Verfahrensvariante A dargestellt, bei der sich drei Expansionsräume E1 bis E3 zum gleichen Zeitpunkt betrachtet in verschiedenen Arbeitszyklen befinden. Jeder Expansionsraum hat eine eigene ihm zugeordnete Arbeitsmaschine. Prinzipiell läßt sich dieser Aufbau (ohne Verbindungsleitung zu einem externen Druckgasspeicher) aber auch für die Variante B einsetzen, doch ist der Aufbau für die Variante A geeigneter. Durch eine solche Anordnung wird die Leistungsabgabe des Kraftwerkes vergleichmäßigt, da zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht nur das expandierende Gas in einem einzigen Expansionsraum Arbeit an Flüssigkeit verrichtet. Vergleichbar ist eine solche Anordnung mit einem Mehrzylindermotor. Im dargestellten Fall handelt es sich sozusagen um einen Dreizylindermotor, bei dem zu jedem Zeitpunkt drei Zylinder Arbeit verrichten oder zwei Zylinder Arbeit verrichten und einer der Zylinder gerade wieder aus dem Reservoir R (das in dieser Figur als offen dargestellt ist, aber auch geschlossen und mit Entgasungsventil versehen sein kann) mit Flüssigkeit befüllt wird, wenn er gerade keine Arbeit verrichtet. In 5a expandiert gerade Gas 2 in den Expansionsräumen E2 und E3, wobei das Gas 2 im Expansionsraum E2 noch in einer früheren Phase der Expansion ist und daher einen höheren Druck aufweist als das im Expansionsraum E3. Die Flüssigkeitsspiegel 10 in diesen Expansionsräumen bewegen sich abwärts (Pfeile) und Flüssigkeit 1 aus diesen Expansionsräumen wird in die Arbeitsmaschinen A2 bzw. A3 gedrückt. Während der Arbeitsphasen der Expansionsräume E2 und E3 wird der Expansionsraum E1 bei geöffnetem Ventil VE1L gerade wieder mit Flüssigkeit 1 befüllt. Dies kann passiv durch einfaches Volllaufen erfolgen, wenn der Flüssigkeitsspiegel 10 im Reservoir R höher liegt als die Oberkante des Expansionsraumes E1, oder es kann durch aktives Pumpen gegen den nur geringen Gasinnendruck oder/und hydrostatischen Druck im Expansionsraum E1 erfolgen. In der Figur ist der Expansionsraum E1 gerade wieder fast vollständig mit Flüssigkeit 1 gefüllt, aber der Flüssigkeitsspiegel 10 bewegt sich noch aufwärts (Pfeil). 5b zeigt das gleiche Kraftwerk einige Zeit später: Nun hat auch im Expansionsraum E1 ein Arbeitszyklus begonnen, nachdem aus dem Druckgasspeicher D über das Ventil VDE1 Druckgas 2 in den Expansionsraum E1 eingebracht wurde. Flüssigkeit 1 aus dem Expansionsraum E1 wird durch die Arbeitsmaschine A1 gedrückt. Die Expansionsräume E2 und E3 befinden sich auch noch in einem Arbeitszyklus, daher bewegt sich nun in allen Expansionsräumen der Flüssigkeitsspiegel 10 nach unten. In 5a is schematically illustrated an embodiment according to process variant A, in which there are three expansion spaces E1 to E3 considered at the same time in different working cycles. Each expansion room has its own work machine assigned to it. In principle, this structure (without connection line to an external compressed gas storage) but also for the variant B, but the structure for the variant A is more suitable. By such an arrangement, the power output of the power plant is made uniform, because at a certain time, not only the expanding gas in a single expansion space does work on liquid. Comparable is such an arrangement with a multi-cylinder engine. In the case shown, it is, so to speak, a three-cylinder engine in which perform three cylinders at any time work or two cylinders perform work and one of the cylinder just back from the reservoir R (which is shown in this figure as open, but also closed and with Degassing valve can be provided) is filled with liquid when he is doing no work. In 5a is expanding gas 2 in the expansion spaces E2 and E3, where the gas 2 in the expansion space E2 is still in an earlier stage of expansion and therefore has a higher pressure than that in the expansion space E3. The liquid level 10 in these expansion spaces move downwards (arrows) and liquid 1 from these expansion spaces is pressed into the working machines A2 and A3. During the working phases of the expansion chambers E2 and E3, the expansion space E1 is just again with liquid when the valve V E1L is open 1 filled. This can be done passively by simply running full when the liquid level 10 in the reservoir R is higher than the upper edge of the expansion space E1, or it can be done by active pumping against the low internal gas pressure and / or hydrostatic pressure in the expansion space E1. In the figure, the expansion space E1 is again almost completely liquid 1 filled, but the liquid level 10 is still moving upwards (arrow). 5b shows the same power plant some time later: Now, a duty cycle has also started in the expansion space E1 after compressed gas from the compressed gas reservoir D via the valve V DE1 2 was introduced into the expansion space E1. liquid 1 from the expansion space E1 is pressed by the work machine A1. The expansion spaces E2 and E3 are still in a work cycle, therefore, now moves in all expansion spaces of the liquid level 10 downward.

5c zeigt einen gegenüber 5b späteren Zeitpunkt, zu dem der Expansionsraum E3 gerade wieder aus dem Reservoir R befüllt wird. Der Expansionsraum E2 befindet sich in der Endphase seines Arbeitszyklus. Der Expansionsraum E1 befindet sich mitten im Arbeitszyklus. 5d zeigt einen gegenüber 5c späteren Zeitpunkt, zu dem der Expansionsraum E3 schon wieder mit Flüssigkeit 1 befüllt und dann mit einer Charge Druckgas 2 beschickt worden war und sich erneut in einem Arbeitszyklus befindet. Auch der Expansionsraum E2 befindet sich kurz nach seiner Befüllung wieder in einem beginnenden Arbeitszyklus mit hohem Innendruck des Gases 2. Der Expansionsraum E1 befindet sich hingegen vor dem Ende der Arbeitsverrichtung an der Flüssigkeit 1. Einige Zeit später liegt wieder der Zustand der 5a vor. Je nach Leistungsanforderung kann man aber auch die Arbeitszyklen in den einzelnen Expansionsräumen gegeneinander verschieben, so daß der Zustand der 5a nicht erreicht wird, sondern nur ein ähnlicher. Durch Wiederholen der Vorgänge gemäß 5a bis 5d kann der Druckgasspeicher D sukzessive bis zu seinem möglichen Mindestenddruck entladen werden. Er kann aber auch schon vorher wieder neu beladen werden, wenn keine Leistungsabgabe des Druckgasflüssigkeitskraftwerks mehr angefordert wird und gerade ein Überschuß an Energie aus Wind- oder Sonnenkraft (oder natürlich auch einer anderen Energiequelle) zur Verfügung steht. 5c shows one opposite 5b later time at which the expansion space E3 is being refilled from the reservoir R. The expansion space E2 is in the final phase of its working cycle. The expansion space E1 is in the middle of the work cycle. 5d shows one opposite 5c later time, to which the expansion space E3 again with liquid 1 filled and then with a charge of compressed gas 2 was loaded and again in a work cycle. Also, the expansion space E2 is shortly after its filling again in an incipient working cycle with high internal pressure of the gas 2 , The expansion space E1, however, is located on the liquid before the end of Arbeitsverrichtung 1 , Some time later, the condition of the 5a in front. Depending on the power requirement, however, it is also possible to shift the working cycles in the individual expansion spaces against each other, so that the state of the 5a not achieved, but only a similar one. By repeating the operations according to 5a to 5d For example, the compressed gas reservoir D can be discharged successively to its possible minimum end pressure. However, it can also be reloaded again beforehand if no power output of the compressed gas liquid power plant is more demanded and there is just an excess of energy from wind or solar power (or, of course, another energy source) available.

In der 6 und den 7a bis 7d wird ein Kraftwerk ähnlich wie in den 5 dargestellt, doch ist hier jeder Expansionsraum E1 bis E3 mit mehreren Arbeitsmaschinen A1 bis A3 verbunden, die für unterschiedliche Druckbereiche optimiert sind. In 6 ist ein Schema mit drei Arbeitsmaschinen A1 bis A3 dargestellt, in den 7a bis 7d mit zwei Arbeitsmaschinen A1 und A2. Jeder Expansionsraum drückt dann Flüssigkeit 1 zeitlich nacheinander durch diese Arbeitsmaschinen A1 bis A3 hindurch. Die jeweils durchströmte Arbeitsmaschine ist abhängig vom gerade im Expansionsraum herrschenden Druck und dem optimalen Arbeitsbereich der entsprechenden Arbeitsmaschine ausgewählt. In den Figuren ist ein offenes Reservoir R dargestellt, doch es kann sich natürlich auch um ein geschlossenes mit Entgasungsventil handeln. In 6 wird gerade der Expansionsraum E3 wieder aus dem Reservoir R neu befüllt, daher bewegt sich der Flüssigkeitsspiegel 10 dort nach oben (Pfeil). Die Ventile VE3A1, VE3A2 und VE3A3 zu den Arbeitsmaschinen A1, A2 und A3 sind zu diesem Zeitpunkt geschlossen, das Ventil VRE3, durch das die Flüssigkeit 1 aus dem Reservoir R einströmt und das Ventil VE3L, durch das das im vorausgehenden Arbeitszyklus expandierte Gas 2 aus dem Expansionsraum E3 entweicht, sind hingegen geöffnet. Je nach Lage des Flüssigkeitsspiegels 10 im Reservoir R und der Oberkante des Expansionsraumes E3 füllt sich der Expansionsraum E3 passiv, oder/und es wird aktiv mit einer Pumpe nachgeholfen. Der Expansionsraum E2 befindet sich am Anfang eines Arbeitszyklus und der Flüssigkeitsspiegel 10 senkt sich durch das drückende Gas 2, das die Flüssigkeit 1 durch die Arbeitsmaschine A1 drückt, die für hohe Drücke (z.B. 60 bis 20 bar) optimiert ist. Die Ventile VE2A2 und VE2A3 zu den Arbeitsmaschinen A2 und A3 sind zu diesem Zeitpunkt geschlossen, ebenfalls, nach Beendigung der Einbringung der vollständigen Druckgascharge 2, das Ventil VDE2 zum Druckgasspeicher D. Der Expansionsraum E1 befindet sich gerade ungefähr im Mitteldruckbereich des Arbeitszyklus. Daher strömt die Flüssigkeit 1, die aus ihm verdrängt wird, durch die Arbeitsmaschine A2, die für mittlere Drücke (z.B. 20 bis 5 bar) optimiert ist. Die Ventile VE1A1 und VE1A3 zu den Arbeitsmaschinen A1 und A3 (optimiert für Drücke von z.B. 5 bis 1,5 bar) sind zu diesem Zeitpunkt geschlossen. In the 6 and the 7a to 7d will be a power plant similar to the one in the 5 represented, but here each expansion space E1 to E3 is connected to a plurality of work machines A1 to A3, which are optimized for different pressure ranges. In 6 is a scheme with three work machines A1 to A3 shown in the 7a to 7d with two working machines A1 and A2. Each expansion chamber then presses liquid 1 chronologically successively through these machines A1 through A3. Each working machine is selected depending on the currently prevailing pressure in the expansion space and the optimal working range of the corresponding machine. In the figures, an open reservoir R is shown, but it may of course also be a closed with degassing. In 6 is just the expansion space E3 refilled from the reservoir R, therefore, the liquid level moves 10 up there (arrow). The valves V E3A1 , V E3A2 and V E3A3 to the working machines A1, A2 and A3 are closed at this time, the valve V RE3 , through which the liquid 1 from the reservoir R flows in and the valve V E3L , through which the gas expanded in the previous cycle 2 escapes from the expansion space E3, however, are open. Depending on the position of the liquid level 10 in the reservoir R and the upper edge of the expansion space E3, the expansion space E3 fills passively, or / and it is actively helped with a pump. The expansion space E2 is at the beginning of a working cycle and the liquid level 10 descends through the oppressive gas 2 that the liquid 1 through the working machine A1, which is optimized for high pressures (eg 60 to 20 bar). The valves V E2A2 and V E2A3 to the work machines A2 and A3 are closed at this time, also, after completion of the introduction of the complete compressed gas charge 2 , the valve V DE2 to the compressed gas reservoir D. The expansion space E1 is just about in the medium-pressure range of the duty cycle. Therefore, the liquid flows 1 , which is displaced from it, by the working machine A2, which is optimized for medium pressures (eg 20 to 5 bar). The valves V E1A1 and V E1A3 to the working machines A1 and A3 (optimized for pressures of eg 5 to 1.5 bar) are closed at this time.

In 7a ist ein gegenüber 6 späterer Zeitpunkt dargestellt, zu dem gerade die Füllung des Expansionsraumes E3 vollendet ist. Außerdem weist dieses Kraftwerk keine Arbeitsmaschine A3 auf, sondern nur zwei Arbeitsmaschinen A1 und A2 mit einem anderen optimalen Arbeitsdruckbereich (z.B. Arbeitsmaschine A1 für einen oberen Druckbereich von 60 bis 10 bar und Arbeitsmaschine 2 für einen unteren Druckbereich von 10 bis 1,5 bar). Weniger Arbeitsmaschinen bedeuten auch geringere Kosten und geringeren Steuerungsaufwand. Das Ventil VRE3 und das Ventil VE3L werden geschlossen und als nächstes wird das Ventil VDE3 zum Druckgasspeicher und das Ventil VE3A1 zur Arbeitsmaschine A1 für den oberen Druckbereich geöffnet. Der Expansionsraum E2 befindet sich am Anfang des unteren Druckbereichs des Arbeitszyklus (der Druck des Gases 2 nimmt anfangs bei zunehmendem Volumen sehr schnell ab, später langsamer) und der Flüssigkeitsspiegel senkt sich (Pfeil) weiter durch das drückende Gas, das die Flüssigkeit nun durch die Arbeitsmaschine A2 drückt, die für niedrigere Drücke optimiert ist. Das Ventil VE2A2 ist daher geöffnet, das Ventil VE2A1 zur Arbeitsmaschine A1 ist hingegen zu diesem Zeitpunkt geschlossen. Der Expansionsraum E1 hat seinen Arbeitszyklus beendet und wird gerade wieder neu mit Flüssigkeit 1 aus dem Reservoir R befüllt (Flüssigkeitsspiegel steigt: Pfeil). Die Ventile VE1A1 und VE1A2 zu den Arbeitsmaschinen A1 und A2 sind zu diesem Zeitpunkt geschlossen, wohingegen natürlich das Ventil VRE1 zum Reservoir R geöffnet ist. Auch das Entgasungsventil VE1L ist geöffnet, damit das im vorangegangenen Arbeitszyklus expandierte Gas 2 entweichen kann. In 7b ist ein gegenüber 7a späterer Zeitpunkt dargestellt, zu dem sich gerade der Expansionsraum E3 am Anfang eines Arbeitszyklus unter noch relativ hohem Druck befindet. Das Ventil VE3A2 zur Arbeitsmaschine A2 für den unteren Druckbereich ist daher geschlossen. Das Ventil VE3A1 zur Arbeitsmaschine A1 für den hohen Druckbereich ist hingegen geöffnet. Der Expansionsraum E2 befindet sich noch im Niederdruckbereich des Arbeitszyklus und der Flüssigkeitsspiegel 10 senkt sich weiter (Pfeil) durch das drückende Gas 2, das die Flüssigkeit 1 durch die Arbeitsmaschine A2 drückt, die für niedrige Drücke optimiert ist. Das Ventil VE2A2 ist daher weiterhin geöffnet, das Ventil VE2A1 zur Arbeitsmaschine A1 ist hingegen zu diesem Zeitpunkt weiterhin geschlossen. Der Expansionsraum E1 befindet sich noch in der Wiederbefüllungsphase aus dem Reservoir R. In 7c ist ein gegenüber 7b späterer Zeitpunkt dargestellt, zu dem sich gerade der Expansionsraum E3 im unteren Druckbereich eines Arbeitszyklus befindet. Das Ventil VE3A1 zur Arbeitsmaschine A1 für den hohen Druckbereich ist daher geschlossen. VE3A2 zur Arbeitsmaschine A2 für den niedrigeren Druckbereich ist hingegen geöffnet. Der Expansionsraum E2 hat gerade seinen Arbeitszyklus beendet und steht vor der Wiederbefüllung mit Flüssigkeit aus dem Reservoir R. Die Ventile zu den Arbeitsmaschinen sind daher geschlossen und das Ventil VRE2 wird geöffnet. Auch das Entgasungsventil VE2L am Expansionsraum E2 wird geöffnet. Der Expansionsraum E1 befindet sich gerade zu Beginn eines Arbeitszyklus, für den das Ventil VDE1 zwischen Druckgasspeicher D und Expansionsraum E1 so lange geöffnet wird, bis die vorgesehene Menge an Druckgas in den Expansionsraum E1 eingeströmt ist. Das Ventil zur Arbeitsmaschine A2 für den unteren Druckbereich ist geschlossen, wohingegen das Ventil zur Arbeitsmaschine A1 für den hohen Druckbereich geöffnet ist, so daß Flüssigkeit durch den Druck im Expansionsraum E1 (der bei geöffnetem Ventil VDE1 ungefähr dem im Druckgasspeicher entspricht, also relativ konstant ist) durch die Arbeitsmaschine A1 gedrückt wird. Dies geschieht zu Beginn dieses Arbeitszyklus, solange das Ventil VDE1 noch geöffnet ist, wie schon erläutert, bei relativ konstantem Druck, so daß auch kaum eine Temperaturänderung des Gases erfolgt. In dieser Phase ist es also nicht unbedingt nötig, das Gas mit Flüssigkeit über eine gemeinsame große Oberfläche in Kontakt zu bringen. In 7d ist ein gegenüber 7c späterer Zeitpunkt dargestellt, zu dem der Expansionsraum E3 seinen Arbeitszyklus beendet hat. Die Ventile zu den Arbeitsmaschinen sind daher geschlossen. Das Ventil VRE3 zum Reservoir R und das Ventil VE3L in die Umgebung wird geöffnet. Der Expansionsraum E2 befindet sich gerade im Zustand der Wiederbefüllung mit Flüssigkeit aus dem Reservoir R. Die Ventile zu den Arbeitsmaschinen sind daher geschlossen und das Ventil VRE2 ist geöffnet. Auch das Entgasungsventil VE2L am Expansionsraum E2 ist geöffnet. Der Expansionsraum E1 befindet sich gerade im unteren Druckbereich eines Arbeitszyklus. Das Ventil zur Arbeitsmaschine A1 für den hohen Druckbereich ist daher geschlossen, wohingegen das Ventil zur Arbeitsmaschine A2 für den unteren Druckbereich geöffnet ist, so daß Flüssigkeit durch den Gasdruck im Expansionsraum E1 durch die Arbeitsmaschine A2 gedrückt wird. In 7a is opposite 6 represented later time at which just the filling of the expansion space E3 is completed. In addition, this power plant has no work machine A3, but only two work machines A1 and A2 with another optimal working pressure range (eg work machine A1 for an upper pressure range of 60 to 10 bar and work machine 2 for a lower pressure range of 10 to 1.5 bar). Fewer machines also mean lower costs and less control effort. The valve V RE3 and the valve V E3L are closed, and next the valve V DE3 is opened to the compressed gas storage and the valve V E3A1 to the working machine A1 for the upper pressure range. The expansion space E2 is at the beginning of the lower pressure range of the duty cycle (the pressure of the gas 2 initially decreases rapidly as volume increases, later slower), and the fluid level continues to descend (arrow) through the pressurized gas, which now pushes fluid through work machine A2, which is optimized for lower pressures. The valve V E2A2 is therefore open, the valve V E2A1 to the working machine A1, however, is closed at this time. The expansion space E1 has finished its cycle and is just getting new with liquid 1 from the reservoir R filled (liquid level rises: arrow). The valves V E1A1 and V E1A2 to the working machines A1 and A2 are closed at this time, whereas of course the valve V RE1 is open to the reservoir R. Also, the degassing valve V E1L is open so that the gas expanded in the previous cycle 2 can escape. In 7b is opposite 7a represented later time at which just the expansion space E3 at the beginning of a duty cycle is still under relatively high pressure. The valve V E3A2 to the working machine A2 for the lower pressure range is therefore closed. The valve V E3A1 to the working machine A1 for the high pressure range, however, is open. The expansion space E2 is still in the low pressure range of the duty cycle and the liquid level 10 continues to descend (arrow) through the oppressive gas 2 that the liquid 1 through the working machine A2, which is optimized for low pressures. The valve V E2A2 is therefore still open, the valve V E2A1 to the working machine A1, however, is still closed at this time. The expansion space E1 is still in the refilling phase from the reservoir R. In 7c is opposite 7b represented later point of time, to which is currently the expansion space E3 in the lower pressure range of a duty cycle. The valve V E3A1 to the working machine A1 for the high pressure range is therefore closed. V E3A2 to the working machine A2 for the lower pressure range, however, is open. The expansion space E2 has just finished its duty cycle and is about to be refilled with liquid from the reservoir R. The valves to the work machines are therefore closed and the valve V RE2 is opened. Also, the degassing valve V E2L at the expansion space E2 is opened. The expansion space E1 is just at the beginning of a working cycle for which the valve V DE1 between compressed gas storage D and expansion space E1 is opened until the intended amount of compressed gas has flowed into the expansion space E1. The valve to the working machine A2 for the lower pressure range is closed, whereas the valve is open to the working machine A1 for the high pressure range, so that liquid by the pressure in the expansion space E1 (the valve V DE1 is open approximately equal to that in the compressed gas storage, so relatively constant is) is pressed by the working machine A1. This is done at the beginning of this cycle, as long as the valve V DE1 is still open, as already explained, at a relatively constant pressure, so that there is hardly any change in temperature of the gas. In this phase, it is therefore not absolutely necessary to bring the gas into contact with liquid via a common large surface. In 7d is opposite 7c represented later time at which the expansion space E3 has ended its duty cycle. The valves to the work machines are therefore closed. The valve V RE3 to the reservoir R and the valve V E3L into the environment is opened. The expansion space E2 is currently in the state of refilling with liquid from the reservoir R. The valves to the working machines are therefore closed and the valve V RE2 is open. Also, the degassing valve V E2L at the expansion space E2 is open. The expansion space E1 is currently in the lower pressure range of a duty cycle. Therefore, the valve to the high pressure area working machine A1 is closed, whereas the valve to the lower pressure area working machine A2 is opened, so that liquid is pushed by the working machine A2 by the gas pressure in the expansion space E1.

In 8a ist ein Längsschnitt durch einen zylindrischen Expansionsraum E mit Kugelkappen dargestellt, der für Kraftwerke nach Variante A oder B verwendbar ist. Zu- und Ableitungen sind nicht dargestellt, ebenso wenig die Wandstärke. Diese ergibt sich gemäß üblichen bautechnischen Berechnungen aus dem verwendeten Material, der Baugröße und dem maximalen Betriebsdruck. In 8a is a longitudinal section through a cylindrical expansion space E shown with spherical caps, which is used for power plants according to variant A or B. Inlet and outlet lines are not shown, nor the wall thickness. This results in accordance with customary structural calculations from the material used, the size and the maximum operating pressure.

Anstatt einem zylindrischen Expansionsraum ist auch ein polygonaler Querschnitt möglich, vor allem bei nicht gar zu hohen Drücken. Je höher der Druck, um so mehr Ecken muß das Polygon aufweisen. Der Expansionsraum kann auch, ähnlich wie ein Faß, aus Teilsegmenten (“Dauben“) zusammengesetzt sein, die durch Spannmittel umfaßt und zusammengehalten werden. In 8b ist ein kugelförmiger Expansionsraum E dargestellt, der sowohl für Variante A als auch Variante B verwendbar ist. Ein kugelförmiger Expansionsraum weist die größte Stabilität bei geringstem Materialverbrauch auf. 8c stellt eine ungefähr „birnenförmige“ Ausführung eines Expansionsraumes E dar, die für Variante A und B verwendbar ist. Vorzugsweise befindet sich ein solcher Expansionsraum wenigstens mit seinem unteren breiten Bereich im Boden. Auf diese Weise kann der untere Bereich nämlich mit geringerer Wandstärke ausgeführt werden, als wenn er sich oberirdisch befände. Die Wandstärke eines solchen Expansionsraumes kann im oberen Bereich deutlich dünner ausgeführt sein als im unteren Bereich (Näherung: „Kesselformel“ bzw. Variante für Wandstärken, die mehr als 20% des Radius ausmachen)! 8d stellt eine Variante eines Expansionsraumes dar, der einen druckaufnehmenden Boden ähnlich wie eine Sektflasche aufweist. Auch ein solcher Expansionsraum E befindet sich vorzugsweise mit seinem unteren Bereich im Boden. 8e stellt als Beispiel einen „birnenförmigen“ Expansionsraum E dar, der drei horizontale Trennschichten T1, T2, T3 aufweist, die eine gute Durchlässigkeit für Flüssigkeiten aufweisen. Die Trennschichten ermöglichen es, die durch die Trennschichten begrenzten Räume mit Feststoffen zu füllen, die sich nicht miteinander über die Trennschichten hinweg vermischen, falls die Trennschicht immer nur Öffnungen aufweist, die kleiner sind als die Teilchengröße des durch die Trennschicht abgegrenzten Feststoffes. Mindestens die Trennschicht unter einem Feststoff muß eine Größe der Öffnungen haben, die kleiner ist als die des Feststoffes darüber. Im einfachsten Falle handelt es sich bei den Trennschichten um eingelegte Siebe oder Netze mit entsprechend kleiner Maschenweite. 8f zeigt einen Expansionsraum E wie in 8a, der mit einfachem unregelmäßig geformtem Schüttgut (Gestein) 3 gefüllt ist, das als Zwischenwärmespeicher und Temperiermedium für das expandierende Gas dient. 8g zeigt einen Expansionsraum wie in 8e, der zwischen seinen Trennschichten T1, T2, T3 mit einfachem Schüttgut 3 unterschiedlicher Korngröße gefüllt ist. Instead of a cylindrical expansion space and a polygonal cross-section is possible, especially at not too high pressures. The higher the pressure, the more corners the polygon must have. The expansion space can also, like a barrel, be composed of sub-segments ("staves"), which are enclosed by clamping means and held together. In 8b a spherical expansion space E is shown, which is usable for both variant A and variant B. A spherical expansion chamber has the greatest stability with minimum material consumption. 8c represents an approximately "pear-shaped" version of an expansion space E, which is usable for variant A and B. Preferably, such an expansion space is located at least with its lower wide area in the ground. In this way, the lower area can namely be carried out with a smaller wall thickness than if it were above ground. The wall thickness of such an expansion space can be made significantly thinner in the upper area than in the lower area (approximation: "boiler formula" or variant for wall thicknesses that make up more than 20% of the radius)! 8d represents a variant of an expansion space, which has a pressure-absorbing bottom similar to a champagne bottle. Also, such an expansion space E is preferably located with its lower portion in the ground. 8e exemplifies a "pear-shaped" expansion space E, which has three horizontal separation layers T 1 , T 2 , T 3 , which have a good permeability to liquids. The separation layers make it possible to fill the spaces delimited by the separation layers with solids which do not mix with each other over the separation layers if the separation layer always only has openings smaller than the particle size of the solid defined by the separation layer. At least the release layer under a solid must have a size of the openings smaller than that of the solid above. In the simplest case, the separating layers are inserted sieves or nets with a correspondingly small mesh size. 8f shows an expansion space E as in 8a made with simple irregularly shaped bulk material (rock) 3 is filled, which serves as an intermediate heat storage and temperature control medium for the expanding gas. 8g shows an expansion space as in 8e , between its separating layers T 1 , T 2 , T 3 with a simple bulk material 3 different grain size is filled.

9 zeigt am Beispiel eines Expansionsraumes E der Form wie in 8a die Möglichkeit, den Austritt der verdrängten Flüssigkeit nicht durch eine Öffnung im unteren Bereich des Expansionsraumes E zu ermöglichen, sondern die verdrängte Flüssigkeit über ein Steigrohr 4 an der Oberseite des Expansionsraumes E in eine Arbeitsmaschine A und dann weiter in ein offenes oder geschlossenes Reservoir R abzuleiten. Auch die Wiederbefüllung des Expansionsraumes E mit Flüssigkeit nach jedem Arbeitszyklus erfolgt dann vorzugsweise aus dem Reservoir R über dieses Steigrohr 4. Eine solche Ausführung ist insbesondere auch für Expansionsräume geeignet, bei denen schon vorhandene oder nachträglich hergestellte unterirdische Kavernen mit schlecht definierter Innenwandfläche als Expansionsräume eingesetzt werden. Der Vorteil einer solchen Ausführung ist der, daß alle Zu- und Ableitungen 8, 9 in den Expansionsraum E eng beieinander liegen, so daß sie auch in ein gemeinsames Bauteil (z.B. aus Metall) eingesetzt sein können, welches dann in eine einzige etwas größere Öffnung des Expansionsraumes E gasdicht, aber möglichst leicht auswechselbar, eingebaut wird. Bei einer Ausführung mit Steigrohr 4 ist darauf zu achten, daß dieses nicht zu hoch wird, weil die Höhe der Flüssigkeit im Steigrohr 4 das Gas im Expansionsraum E zusammendrückt und daher der Druck im Expansionsraum E nicht unter den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule im Steigrohr fallen kann. Wenn die Arbeitsmaschine A unterhalb des oberen Endes des Steigrohres 4 liegt, so ist der Höhenunterschied zwischen Arbeitsmaschine A und Flüssigkeitsspiegel im Expansionsraum E für den Druck entscheidend, auf den das Gas im Expansionsraum E expandiert werden kann. Liegt die Arbeitsmaschine A unterhalb des niedrigsten Flüssigkeitsspiegels, der im Expansionsraum E am Ende eines Arbeitszyklus erreicht wird, so „saugt“ dieses Gefälle aber sogar Flüssigkeit aus dem Expansionsraum E heraus und ermöglicht es, besonders tiefe Gasdrucke am Ende der Expansion zu erreichen. Es ist aber auch vorteilhafterweise darauf zu achten, daß die Flüssigkeitssäule über der Arbeitsmaschine A nicht die Höhe erreicht, ab der die Flüssigkeitssäule unter Bildung eines Leerraumes abreißen kann. Diese Höhe beträgt im Falle von Wasser z.B. ungefähr 10 Meter. Der Leerraum ist zwar nicht wirklich leer, sondern mit Flüssigkeitsdampf gefüllt, aber Leerräume könnten beim Einschalten des Durchflusses in die Arbeitsmaschine A in diese hineingeraten und dort Kavitationsschäden erzeugen. 9 shows the example of an expansion space E of the form as in 8a the possibility of not allowing the discharge of the displaced liquid through an opening in the lower region of the expansion space E, but the displaced liquid via a riser 4 at the top of the expansion space E in a working machine A and then further into an open or closed reservoir R deduce. The refilling of the expansion space E with liquid after each working cycle is then preferably carried out from the reservoir R via this riser 4 , Such an embodiment is particularly suitable for expansion spaces in which already existing or subsequently produced underground caverns are used with poorly defined inner wall surface as expansion spaces. The advantage of such an embodiment is that all inlets and outlets 8th . 9 in the expansion space E are close to each other, so that they can also be used in a common component (eg made of metal), which is then gas-tight, but easily replaceable, installed in a single slightly larger opening of the expansion space. In a version with riser 4 make sure that this is not too high, because the height of the liquid in the riser 4 the gas in the expansion space E compresses and therefore the pressure in the expansion space E can not fall below the hydrostatic pressure of the liquid column in the riser. When the working machine A is below the upper end of the riser 4 is, then the difference in height between the working machine A and liquid level in the expansion space E for the pressure is critical, to which the gas in the expansion space E can be expanded. If the working machine A is below the lowest liquid level reached in the expansion space E at the end of a working cycle, this gradient will even "suck" liquid out of the expansion space E and allow it to reach particularly low gas pressures at the end of the expansion. But it is also advantageous to make sure that the liquid column above the working machine A does not reach the height from which the liquid column can tear off to form a void. This height is in the case of water, for example, about 10 meters. The void is not really empty, but filled with liquid vapor, but voids could get into this when turning on the flow in the working machine A and generate cavitation damage there.

10a zeigt (im leeren Zustand) einen Expansionsraum E, in diesem Beispiel in Form eines Rotationsellipsoides, mit darin angeordneten unten offenen und oben geschlossenen senkrechten Rohren als Kleingasbehälter Ko für eine Ausführung gemäß Variante B der Erfindung. Die Kleingasbehälter Ko sind unten offen, weil die Flüssigkeit schwerer ist als das Gas und daher das Gas nicht unten aus den Rohren austritt. Damit dies aber bei der Expansion des Gases nicht geschieht, darf natürlich jedes Rohr nur so viel Gas enthalten, daß die Unterkante des Rohres am Ende des Arbeitszyklus, wenn der Druck am niedrigsten ist, vom im Rohr expandierten Gas noch nicht erreicht wird. Wenn doch einmal etwas Gas austritt, so kann dieses bei Bedarf über das Ventil VEL abgelassen werden. 10a shows (in the empty state) an expansion space E, in this example in the form of an ellipsoid of revolution, with arranged therein downwardly open and closed at the top vertical tubes as a small gas tank K o for an embodiment according to variant B of the invention. The small gas containers K o are open at the bottom, because the liquid is heavier than the gas and therefore the gas does not exit the tubes at the bottom. However, in order for this not to happen in the expansion of the gas, of course, each tube may contain only so much gas that the lower edge of the tube at the end of the working cycle, when the pressure is lowest, is not yet reached by the expanded gas in the tube. If there is any gas leakage, it can be drained via the valve V EL if necessary.

Die Befestigungen der Rohre Ko an der Wand des Expansionsraumes E und untereinander sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Kleingasbehälter Ko enthalten gegenüber der umgebenden Flüssigkeit kein Gas mit hohem Überdruck und müssen daher nicht starkwandig ausgeführt sein. Sie sollen sogar idealerweise so dünnwandig wie möglich sein, um einen guten Wärmeaustausch zwischen dem Gas im Kleingasbehälter Ko und der umgebenden Flüssigkeit zu ermöglichen. Das Material der Wand muß aber die Lastwechsel zwischen hohem Druck und niedrigem Druck aushalten können, was für die meisten Materialien, die kein oder wenig Gase enthalten, bei den verwendeten Druckbereichen der Fall ist. Gas, das sich unter Druck im Laufe vieler Arbeitszyklen mit der Zeit in der Flüssigkeit löst, wird hin und wieder ersetzt und erneut den Kleingasbehälter Ko zugeführt. Dies kann z.B. durch nicht dargestellte dünne Gasleitungen erfolgen, die von unten ein kleines Stück in das Rohr Ko hineinragen. 10b stellt denselben Expansionsraum E wie in 10a dar, aber diesmal sind Gas 2 und Flüssigkeit 1 im Innenraum eingezeichnet. Das Gas 2 ist hier schwarz dargestellt, die Flüssigkeit 1 weiß. Der Expansionsraum E befindet sich gerade in einem Stadium des Arbeitszyklus, in dem das in den Rohren Ko enthaltene Gas 2 ungefähr das halbe Rohrvolumen einnimmt. Das Ventil VEA zur Arbeitsmaschine A ist geöffnet bzw. teilweise geöffnet, und das Ventil VRE zum Reservoir R ist geschlossen. Der dargestellte Zustand kann aber auch eine Befüllung zu einem Zeitpunkt darstellen, zu dem das Gas 2 in den Kleingasbehältern Ko gerade einmal wieder auf das halbe Volumen komprimiert ist. In diesem Falle ist das Ventil VEA zur Arbeitsmaschine A geschlossen und das Ventil VRE geöffnet, so daß eine Pumpe Flüssigkeit aus dem Reservoir R gegen das in den Rohren komprimiert werdende Gas 2 in den Expansionsraum E drücken kann. 10c stellt einen Expansionsraum E wie in 10a dar, aber diesmal enthält dieser völlig geschlossene, weiche Kleingasbehälter Kg, z.B. langgestreckte Mylarfolienbeutel. Die Befestigung derselben an der Wandung oder/und untereinander ist nicht dargestellt. 10d zeigt einen Expansionsraum E wie in 10c, bei dem diesmal Flüssigkeit 1 und Gas 2 dargestellt sind. Die Flüssigkeit 1 ist als weiße Fläche, das Gas 2 als schwarze Fläche dargestellt. Der dargestellt Zustand entspricht dem gleichen Zeitpunkt im Arbeitszyklus wie in 10b dargestellt. Da Gas 2 leichter als Flüssigkeit 1 ist, sammelt es sich im oberen Teil jedes Kleingasbehälters Kg und der untere Teil wird durch die Flüssigkeit 1 zusammengedrückt. Wenn, anders als in 10d, jeder Kleingasbehälter Kg in seiner Länge in Unterbehälter unterteilt ist (wenn z.B. der langgestreckte Folienbeutel Schweißquernähte aufweist), dann kann das Gas 2 immer nur bis zur oberen begrenzenden Schweißquernaht nach oben wandern, und man erhält viele kleine, voneinander räumlich getrennte Gasportionen, die entlang der Länge eines Kleingasbehälters Kg verteilt sind. Das in jedem Unterbehälter enthaltene geringe Gasvolumen hat in der umgebenden Flüssigkeit eine geringere Auftriebskraft als das größere Gasvolumen in einem nicht unterteilten Kleingasbehälter Kg. Dadurch ist auch die auf das Wandmaterial der Oberseite des Unterbehälters (z.B. eine Schweißquernaht) wirkende Kraft geringer als die Kraft, die an der Oberseite eines nicht unterteilten Kleingasbehälters Kg auf das Wandmaterial desselben dort wirkt. Wenn ein Kleingasbehälter Kg in Unterbehälter unterteilt wird, so kann somit seine Wandung schwächer ausgeführt sein. 10e stellt einen im wesentlichen zylindrischen Expansionsraum E mit völlig geschlossenen weichen Kleingasbehältern Kg dar, die bei Bedarf über Zuleitungen 9 an ihrem oberen Ende wieder mit Gas befüllt werden können, falls dieses mit der Zeit und nach vielen Arbeitszyklen durch die dünne Wandung (z.B. Folie) der Kleingasbehälter Kg durch Diffusion teilweise entwichen sein sollte. Die Zuleitungsrohre 9 in die Kleingasbehälter Kg sind hier als dicke schwarze Linien dargestellt. Die Nachfüllung erfolgt über ein Ventil VCK mittels eines Kompressor C oder aus Druckgasflaschen. Mit solchen läßt sich auch die Art des Gases in großer Auswahl auswählen, zumal dieses Gas auch kaum verbraucht wird, sondern der größte Teil sehr viele Arbeitszyklen durchläuft, bevor er aus den Kleingasbehältern Kg entwichen ist. Z.B. kann ein Gas oder Gasgemisch gewählt werden, welches eine nur geringe Änderung der Temperatur bei einer Kompression oder Expansion aufweist (also einen niedrigen Adiabatenexponenten aufweist). Dies sind vor allem höhermolekulare Gase mit unsymmetrischer Molekülstruktur und weichen, leicht zu Molekülschwingungen anregbaren chemischen Bindungen. Durch eine geeignete Zumischung von Gasen (z.B. Helium, Wasserstoff, dieser aber nicht gemischt mit Sauerstoff oder einem sauerstoffenthaltenden Gasgemisch), die beim Betriebsdruck unterhalb der Joule-Thompson-Inversionstemperatur liegen, kann ebenso die Temperaturveränderung bei Druckänderungen im Kleingasbegälter Kg möglichst klein gehalten werden, so daß die Volumenänderungen relativ schnell durchgeführt werden können, ohne die Quasiisothermie zu verlassen. 10f stellt analog zu 10e einen im wesentlichen zylindrischen Expansionsraum E, diesmal aber mit unten offenen Kleingasbehältern Ko dar (z.B. Rohren). Diese Ausführung kann entweder nach Verfahrensvariante B betrieben werden: Dann dient ein Ventil VCK nur zur Nachfüllung von Gas, welches mit der Zeit aufgrund seiner Löslichkeit in der Flüssigkeit aus den Kleingasbehältern Ko abhanden gekommen ist. Die dargestellte Ausführung kann aber auch nach Verfahrensvariante A betrieben werden: Dann dient ein Ventil VDK zur Befüllung der Kleingasbehälter Ko mit Druckgas aus einem Druckgasspeicher D nach jedem Arbeitszyklus des Gases. Das expandierte Gas muß am Ende eines jeden Arbeitszyklus natürlich entlassen werden. Dies geschieht dann über eine zusätzliche Leitung 9 und ein zusätzliches Ventil VKL (beide gestrichelt wiedergegeben), die z.B., wie dargestellt, außerhalb des Expansionsraumes E an der gleichen Leitung 9 angeschlossen sein können, durch die die Kleingasbehälter Ko für jeden neuen Arbeitszyklus gefüllt werden. Ein Expansionsraum E wie in 10f dargestellt kann auch am gleichen Kraftwerk sowohl im Betrieb nach Variante A, als auch im Betrieb nach Variante B eingesetzt werden. So kann z.B. während des Energieeinspeicherbetriebs des Kraftwerkes zuerst noch vorhandenes expandiertes Gas in den Kleingasbehältern Ko im Expansionsraum E wieder verdichtet werden und erst im weiteren Verlauf des Einspeicherns von Energie wird dann der Druckgasspeicher D mit externem Gas beladen. Man hat dann einen bereits gefüllten, sofort zur Arbeitsverrichtung heranziehbaren Expansionsraum E zur Verfügung, also etwas schneller, als wenn erst Druckgas aus dem Druckgasspeicher D in die Kleingasbehälter Ko eingefüllt werden müßte! The fortifications of the pipes K o on the wall of the expansion space E and each other are not shown for clarity. The small gas tank K o contain over the surrounding liquid no gas with high pressure and therefore need not be made strong walls. Ideally, they should be as thin-walled as possible to allow good heat exchange between the gas in the small gas container K o and the surrounding liquid. However, the material of the wall must be able to withstand the load changes between high pressure and low pressure, which is the case for most materials that contain little or no gas at the pressure ranges used. Gas, which dissolves in the liquid over time in the course of many working cycles over time, is now and then replaced and returned to the small gas tank K o . This can be done for example by thin gas lines, not shown, which protrude from below a small piece in the pipe K o . 10b represents the same expansion space E as in 10a but this time it's gas 2 and liquid 1 drawn in the interior. The gas 2 here is shown black, the liquid 1 White. The expansion space E is currently at a stage of the duty cycle in which the gas contained in the pipes K o 2 about half the volume of the pipe. The valve V EA to the work machine A is opened or partially open, and the valve V RE to the reservoir R is closed. The illustrated state may also represent a filling at a time to which the gas 2 in the small gas containers K o just once again compressed to half the volume. In this case, the valve V EA to the working machine A is closed and the valve V RE is opened, so that a pump liquid from the reservoir R against the compressed gas in the pipes 2 in the expansion space E can press. 10c represents an expansion space E as in 10a This time, however, this completely enclosed, soft small gas container contains K g , eg elongated Mylarfolienbeutel. The attachment of the same to the wall and / or with each other is not shown. 10d shows an expansion space E as in 10c in which this time liquid 1 and gas 2 are shown. The liquid 1 is as white surface, the gas 2 shown as a black area. The illustrated state corresponds to the same time in the work cycle as in 10b shown. Because gas 2 lighter than liquid 1 is, it collects in the upper part of each small gas container K g and the lower part is through the liquid 1 pressed together. If, unlike in 10d , Each small gas tank K g is subdivided in its length in sub-container (if, for example, the elongated foil bag has welding transverse seams), then the gas 2 only up to the upper limiting Schweißquernaht wander upwards, and you get many small, spatially separate gas portions, which are distributed along the length of a small gas container K g . The small volume of gas contained in each sub-tank has a lower buoyant force in the surrounding liquid than the larger volume of gas in a non-subdivided small-gas tank K g . As a result, the force acting on the wall material of the upper side of the lower container (for example, a welding cross seam) is less than the force acting on the upper side of a non-subdivided small gas container K g on the wall material of the same there. If a small gas tank K g is subdivided into sub-containers, so its wall can thus be made weaker. 10e represents a substantially cylindrical expansion space E with fully closed soft small gas containers K g , which if necessary via leads 9 can be refilled with gas at its upper end, if this should have partially escaped by diffusion over time and after many cycles through the thin wall (eg foil) of the small gas tank K g . The supply pipes 9 in the small gas tank K g are shown here as thick black lines. The refilling takes place via a valve V CK by means of a compressor C or compressed gas cylinders. With such, the type of gas can be selected in a wide range, especially since this gas is hardly consumed, but the largest part goes through many cycles before he escaped from the small gas containers K g . For example, a gas or gas mixture can be selected which has only a small change in the temperature during compression or expansion (ie has a low adiabatic exponent). These are mainly higher molecular weight gases with unsymmetrical molecular structure and soft, easily to chemical vibrations excitable chemical bonds. By a suitable admixture of gases (eg helium, hydrogen, but not mixed with oxygen or an oxygen-containing gas mixture), which are below the Joule-Thompson inversion temperature at the operating pressure, the temperature change in pressure changes in the small gas container K g can also be kept as small as possible so that the volume changes can be made relatively quickly without leaving quasi-isothermia. 10f provides analogously 10e a substantially cylindrical expansion space E, but this time with bottom open small gas containers K o (eg pipes). This embodiment can either be operated according to process variant B: Then, a valve V CK serves only to replenish gas, which has gotten lost over time due to its solubility in the liquid from the small gas containers K o . The illustrated embodiment can also be operated according to process variant A: Then, a valve V DK is used to fill the small gas tank K o with compressed gas from a compressed gas reservoir D after each working cycle of the gas. Of course, the expanded gas must be discharged at the end of each working cycle. This happens then over an additional line 9 and an additional valve V KL (both shown in phantom), for example, as shown, outside of the expansion space E on the same line 9 may be connected, through which the small gas container K o are filled for each new cycle. An expansion space E as in 10f can also be used on the same power plant both in operation according to variant A, as well as in operation according to variant B. Thus, for example, during the energy storage operation of the power plant first still existing expanded gas in the small gas containers K o in the expansion space E be compressed again and only in the course of storing energy then the compressed gas reservoir D is loaded with external gas. It then has an already filled, immediately zoomable to the working operation expansion space E available, so slightly faster than if only compressed gas from the compressed gas storage D would have to be filled in the small gas tank K o !

11a zeigt einen Expansionsraum E (in diesem Beispiel zylinderförmig mit Kugelkappen), der sich im Boden B befindet und von einem kostengünstigen Vereisungsmantel VM („Bodenvereisung“) umgeben ist, der es gestattet, die aus Beton, Stahl oder einem anderen flüssigkeitsdichten und vorzugsweise auch gasdichten Material bestehende Wandung des Expansionsraumes wesentlich dünner zu halten, als ohne den Vereisungsmantel nötig wäre. Im Extremfall kann der Vereisungsmantel VM die gesamte Drucklast aufnehmen. Zu- und Ableitungen zum Expansionsraum E sind in den 11 nicht dargestellt. 11b zeigt einen Expansionsraum E (wie in 11a zylinderförmig mit Kugelkappen), der sich oberirdisch in einem Bauwerk mit thermischer Isolierung 6 befindet, das wenigstens teilweise mit dem Vereisungsmantel VM, der den Expansionsraum E umgibt, gefüllt ist. Der Vereisungsmantel kann vorzugsweise aus einem faserbewehrten Eismantel, z.B. aus Pykrete, bestehen. Für so große Wandstärken des Vereisungsmantels ist die „Kesselformel“ σ = p·r / s für die Tangentialspannung σ, die eine Wand der Dicke s eines Zylinders mit Radius r unter einem Innendruck p erfährt, nicht mehr anwendbar. Es muß dann z.B. in besserer Näherung für die vom Radius r abhängige Tangentialspannung folgende Formel angewendet werden:

Figure DE102013112196A1_0009
bei der a der Innenradius und b der Außenradius des Zylinders sind. Man sieht, daß für große Wanddicken s = b – a die Tangentialspannung viel geringer ist als gemäß Kesselformel! Das bedeutet, daß im Verhältnis zum Radius dicke Wände sich auch durch ihre Dicke selbst stabilisieren helfen und wesentlich geringere Wandstärken nötig sind als wenn man gemäß Kesselformel rechnete! 11c zeigt einen Expansionsraum E wie in 11b, aber diesmal ist auch der Expansionsraum E selbst gegen den Vereisungsmantel VM thermisch isoliert. Die thermische Isolierschicht 6 muß druckstabil gegen Drücke sein, wie sie im Expansionsraum E auftreten. Eine solche Ausführung gestattet es, die Flüssigkeit und das expandierende Gas im Expansionsraum E auch bei Temperaturen über 0°C zu halten. 11a shows an expansion space E (in this example cylindrical with spherical caps), which is located in the bottom B and is surrounded by a low-cost icing VM, which allows concrete, steel or other liquid-tight and preferably also gas-tight Material existing wall of the expansion space to keep substantially thinner than would be necessary without the icing. In extreme cases, the icing VM can absorb the entire pressure load. Inlets and outlets to the expansion space E are in the 11 not shown. 11b shows an expansion space E (as in 11a cylindrical with spherical caps), located above ground in a building with thermal insulation 6 is at least partially filled with the icing VM, which surrounds the expansion space E filled. The icing jacket may preferably consist of a fiber-reinforced ice shell, for example of Pykrete. For such large wall thicknesses of the icing jacket is the "kettle formula" σ = p · r / s for the tangential stress σ, which undergoes a wall of thickness s of a cylinder with radius r under an internal pressure p, no longer applicable. For example, in a better approximation, the following formula must be used for the tangential stress dependent on the radius r:
Figure DE102013112196A1_0009
where a is the inner radius and b is the outer radius of the cylinder. It can be seen that for large wall thicknesses s = b - a the tangential stress is much lower than according to the boiler formula! This means that in relation to the radius thick walls also stabilize themselves by their thickness and much smaller wall thicknesses are needed than if you calculated according to boiler formula! 11c shows an expansion space E as in 11b but this time also the expansion space E itself is thermally insulated against the icing VM. The thermal insulation layer 6 must be pressure stable against pressures as they occur in the expansion space E. Such an embodiment makes it possible to keep the liquid and the expanding gas in the expansion space E even at temperatures above 0 ° C.

In diesem Fall wird der Vereisungsmantel VM durch externe Kühlung erzeugt. In der Figur geschieht dies durch geeignet angeordnete Gefrierlanzen. Die Gefrierlanzen befinden sich vorzugsweise näher am Expansionsraum E als an der Bauwerkswand 11, um einen stets geschlossenen Vereisungsmantel VM um den Expansionsraum E herum zu gewährleisten. In this case, the icing VM is generated by external cooling. In the figure, this is done by suitably arranged freezing lances. The freezing lances are preferably closer to the expansion space E than to the building wall 11 to ensure an always closed icing VM around the expansion space E.

12 stellt das Schema eines mit einem Pumpspeicherkraftwerk gekoppelten Druckgasflüssigkeitskraftwerkes dar: Aus dem Pumpspeicher PS stürzt bei Energiebedarf Wasser 1 in die Pumpspeicherkraftwerksanlage PSK und erzeugt dort, sehr genau regelbar, die benötigte elektrische Leistung im Stromnetz. Das herabgestürzte Wasser 1 mit niedriger potentieller Energie wird dann vorzugsweise in einem Zwischenreservoir ZR gesammelt und aus diesem wieder mit Druckgasenergie, die von der Arbeitsmaschine A aus dem Druckgas 2 erzeugt wird, nach oben in den Pumpspeicher PS befördert. Dieser Kreislauf kann so lange aufrechterhalten werden, wie Druckgasenergie verfügbar ist. Idealerweise wird das Wasser 1 des Pumpspeichers PS auch zur Wiederbefüllung des Expansionsraumes E verwendet. Das Druckgasflüssigkeitskraftwerk kann aber auch mit einer anderen Flüssigkeit 1 und einem eigenen Reservoir R in einem getrennten Zyklus betrieben werden. Es kann sich bei dieser Flüssigkeit aber natürlich auch um Wasser handeln, z.B. besonders reines Wasser. Es ist sinnvoll, wenn das Druckgasflüssigkeitskraftwerk und das Pumpspeicherkraftwerk sich in räumlicher Nähe zueinander befinden. Wenn allerdings das Druckgasflüssigkeitskraftwerk zuerst elektrische Energie gewinnt, die dann wiederum Pumpen betreibt, die Wasser erneut in den Pumpspeicher PS befördern, so können die beiden kooperierenden Kraftwerke auch räumlich weit getrennt voneinander stehen! Die beim Betrieb des Druckgasflüssigkeitskraftwerkes erzeugte elektrische Energie wird dann über eine Stromleitung zum Pumpspeicherkraftwerk geleitet und dort zum Emporpumpen von Wasser verwendet. Vorzugsweise werden hierfür aber vom öffentlichen Stromnetz getrennte, unabhängige Stromleitungen verwendet. Ein mit einem Pumpspeicherkraftwerk gekoppeltes Druckgasflüssigkeitskraftwerk läßt sich auch mit nur einem einzigen Expansionsraum E betreiben. Dies liegt daran, daß es nicht kontinuierlich arbeiten muß! Die angeforderte kontinuierliche Stromversorgung im Stromnetz wird ja durch das Pumpspeicherkraftwerk geliefert. Das Druckgasflüssigkeitskraftwerk darf also den Pumpspeicher PS auch diskontinuierlich wieder auffüllen! 12 represents the scheme of a coupled with a pumped storage power plant compressed gas liquid power plant: From the pump storage PS crashes in energy demand water 1 in the pumped storage power plant PSK and generates there, very precisely controllable, the required electrical power in the power grid. The fallen water 1 with low potential energy is then preferably collected in an intermediate reservoir ZR and from this again with compressed gas energy from the working machine A from the compressed gas 2 is conveyed up into the pump reservoir PS. This cycle can be maintained as long as pressurized gas energy is available. Ideally, the water will 1 the pump reservoir PS also used for refilling the expansion space E. The compressed gas liquid power plant can also work with another liquid 1 and a separate reservoir R in a separate cycle. Of course, this liquid can also be water, eg very pure water. It makes sense if the compressed gas liquid power plant and the pumped storage power plant are in spatial proximity to each other. However, if the pressurized gas liquid power plant first electrical Energy wins, which in turn operates pumps that carry water again in the pumped storage PS, so the two cooperating power plants can also be spatially far apart from each other! The electrical energy generated during operation of the compressed gas liquid power plant is then passed via a power line to the pumped storage power plant and used there for pumping up water. Preferably, however, separate from the public power grid, independent power lines are used. A coupled with a pumped storage power plant compressed gas liquid power plant can also operate with only a single expansion space E. This is because it does not have to work continuously! The requested continuous power supply in the power grid is indeed supplied by the pumped storage power plant. The compressed gas liquid power plant may therefore fill the pump reservoir PS discontinuously again!

13a stellt einen Expansionsraum E mit Kugelkappen dar, der mit Flüssigkeit 1 teilweise gefüllt ist und in dem gerade Gas 2 expandiert, das durch die Flüssigkeit 1 aus Wannen W passiv berieselt und dadurch temperiert wird. Zu- und Ableitungen in den Expansionsraum E sind in den 13 nicht dargestellt. 13b stellt ebenfalls einen Expansionsraum E mit Kugelkappen dar, der mit Flüssigkeit 1 teilweise gefüllt ist und in dem gerade Gas 2 expandiert, bei dem die Temperierung aber durch Flüssigkeit 1 erfolgt, die ausgehend von einem auf der Flüssigkeit schwimmenden Floß mit Sprinkler S nach oben gesprüht wird, ähnlich wie bei Rasensprinkleranlagen. Viele Varianten von üblichen Rasensprinkleranlagen sind im Falle von Wasser auch unverändert oder fast unverändert einsetzbar. Das Versprühen erfolgt vorzugsweise durch eine elektrische Pumpe, die ihre Energie vorzugsweise über ein Kabel bezieht. Wenn das Floß mit Sprühvorrichtungen S von einem senkrecht gespannten Seil oder einer senkrecht stehenden Stange geführt wird, kann dieses Seil bzw. diese Stange auch das elektrische Kabel beinhalten. 13c stellt eine Ausführung dar, in der die Temperierung des expandierenden Gases 2 durch Versprühen der Flüssigkeit 1 ausgehend von einem mit Düsenöffnungen versehenen zentralen Sprührohr S erfolgt, in das eine Pumpe P Flüssigkeit 1 drückt. (Es sind natürlich auch mehrere Rohre möglich, die auch nicht unbedingt senkrecht verlaufen müssen.) Bei einem solchen Rohr sollten die unteren Düsen vorzugsweise einen kleineren Durchmesser haben als die oberen (oder es sollten im oberen Bereich mehr Düsen vorhanden sein), damit mehr Flüssigkeit 1 durch die oberen austritt. Unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 10 ist der unnötige Austritt von Flüssigkeit 1 durch dort befindliche Düsen aufgrund der Dichte und Viskosität der umgebenden Flüssigkeit 1 gegenüber dem Austritt in das Gas 2 gehemmt. 13d stellt eine Ausführung mit zentralem Rohr 8 dar, durch das eine Pumpe P Flüssigkeit 1 nach oben pumpt, wo sie aus einer Sprüheinrichtung/Beregnungseinrichtung S austritt. Die Sprüheinrichtung S besteht z.B. aus Rohren, die sich radial vom Zentralrohr 8 aus erstrecken und mit Sprühöffnungen versehen sind, durch die Flüssigkeit 1 nach oben, unten und zur Seite austritt. 13e zeigt eine Ausführung, bei der Flüssigkeit 1 extern aus einem Reservoir in den Expansionsraum E eingebracht wird. Dies kann z.B. durch eine elektrische Pumpe P erfolgen, oder aber auch durch Beaufschlagung des Reservoirs mit Druckgas 2 aus dem Druckgasspeicher D. Im dargestellten Falle handelt es sich um ein Warmreservoir WR, in dem sich Flüssigkeit 1 befindet, die durch Verlustwärme oder überschüssige regenerative Energie auf erhöhte Temperatur gebracht wurde, wodurch der „wirtschaftliche“ Gesamtwirkungsgrad angehoben wird, weil die zum Erwärmen der Flüssigkeit 1 verwendete Energie sonst sowieso verloren gewesen wäre oder zu einem günstigeren Preis zur Verfügung stand als der, der nachher für die mittels des Druckgasflüssigkeitskraftwerkes erzeugte Energie verdient wird. Das Warmreservoir WR hat im dargestellten Fall ein Ventil VRL zur Umgebung. Wenn das Reservoir VR volumenveränderlich ist (z.B. flexible oder faltenbalgartige Wände), ist ein solches Ventil nicht unbedingt nötig. Die Flüssigkeit im Warmreservoir WR wird vorzugsweise aus dem Reservoir R entnommen (nicht dargestellt), das die Flüssigkeit aus dem Expansionsraum E aufnimmt. 13a represents an expansion space E with spherical caps that with liquid 1 Partially filled and in the gas just 2 that expands through the liquid 1 it is sprinkled passively from tubs W and thereby tempered. Inlets and outlets in the expansion space E are in the 13 not shown. 13b also represents an expansion space E with spherical caps that with liquid 1 Partially filled and in the gas just 2 expanded, in which the temperature but by liquid 1 takes place, which is sprayed starting from a floating on the liquid raft with sprinkler S upwards, similar to lawn sprinkler systems. Many variants of conventional lawn sprinkler systems are also unchanged or almost unchanged in the case of water. The spraying is preferably carried out by an electric pump, which preferably draws its energy via a cable. When the raft is guided by sprayers S from a vertically tensioned rope or rod, this rope or rod may also contain the electrical cable. 13c represents an embodiment in which the temperature of the expanding gas 2 by spraying the liquid 1 starting from a provided with nozzle openings central spray tube S, in which a pump P liquid 1 suppressed. (Of course, there are several pipes possible, which also need not necessarily be perpendicular.) In such a tube, the lower nozzles should preferably have a smaller diameter than the upper (or there should be more nozzles in the upper area), so more liquid 1 through the upper exit. Below the liquid level 10 is the unnecessary leakage of liquid 1 through nozzles located there due to the density and viscosity of the surrounding liquid 1 opposite the exit into the gas 2 inhibited. 13d represents a version with central tube 8th through which a pump P liquid 1 pump up where it exits a spray / sprinkler S. The spraying device S consists, for example, of tubes extending radially from the central tube 8th extend out and are provided with spray openings, through the liquid 1 goes up, down and to the side. 13e shows an embodiment in which liquid 1 is introduced externally from a reservoir in the expansion space E. This can be done for example by an electric pump P, or by pressurizing the reservoir with compressed gas 2 from the compressed gas reservoir D. In the case shown, it is a warm reservoir WR, in which liquid 1 which has been brought to elevated temperature by waste heat or excess regenerative energy, thereby raising the overall "economic" efficiency because of heating the liquid 1 energy used would otherwise have been lost anyway or was available at a cheaper price than that which is subsequently earned for the energy generated by the pressurized gas liquid power plant. The warm reservoir WR has in the illustrated case a valve V RL to the environment. If the reservoir VR is variable in volume (eg flexible or bellows-like walls), such a valve is not absolutely necessary. The liquid in the warm reservoir WR is preferably removed from the reservoir R (not shown), which receives the liquid from the expansion space E.

Die 14 zeigen schematisch eine sehr einfache Variante eines Expansionsraumes mit darin befindlichen geschlossenen Kleingasbehältern Kg für Variante B der Erfindung. Zu- und Ableitungen zum Expansionsraum E sind nicht dargestellt. The 14 schematically show a very simple variation of an expansion chamber with therein small closed gas containers K g for variant B of the invention. Inlets and outlets to the expansion space E are not shown.

Die Kleingasbehälter Kg schwimmen bei dieser Ausführung frei beweglich in der Flüssigkeit 1. Durch ihren Auftrieb versuchen sie, so weit wie möglich oben zu schwimmen und die meiste Flüssigkeit 1 sammelt sich unterhalb ihnen, aber die Raumbereiche zwischen den Kleingasbehältern sind ebenfalls mit Flüssigkeit 1 gefüllt. Die Kleingasbehälter sind in diesem Falle kugelförmig und von derselben Größe. Im einfachsten Falle handelt es sich um gasenthaltende Ballons mit dehnbarer oder faltbarer Hülle. Es kann sich auch um dünnwandige Kunststofffußbälle handeln. Die Größe der Kleingasbehälter Kg ist abhängig von der Zeit, in der die Volumenänderungen stattfinden, sollte aber vorzugsweise nicht größer als 50 Zentimeter sein. 14a zeigt einen Zeitpunkt, zu dem die Kleingasbehälter Kg voll expandiert sind, also am Ende eines Arbeitszyklus des in ihnen enthaltenen Gases. 14b zeigt den Zustand der völligen Kompression der Kleingasbehälter Kg. Die schraffierte Fläche stellt schematisch die im Volumen stark verkleinerten oder/und verformten Kleingasbehälter Kg dar, die sich an der Spitze des sich in diesem Beispiel nach oben hin verengenden Expansionsraumes ansammeln. Die Wandung des Expansionsraumes E ist, wie im Beispiel, bevorzugt geneigt, weil dann die während der Energieerzeugung im Volumen expandierenden Kleingasbehälter Kg nach unten ausweichen können ohne festzuklemmen. Je flacher die Wandneigung und je glatter die Wandinnenfläche des Expansionsraumes E, umso geringer ist die Gefahr eines Verklemmens, und auch der Verschleiß an den Kleingasbehältern Kg ist geringer. Vorzugsweise besteht die Hülle der Kleingasbehälter Kg aus einem Material mit größerer spezifischer Dichte als die Flüssigkeit 1. Denn dann sinken defekte Kleingasbehälter Kg, die kein Gas 2 mehr enthalten, von selbst mit der Zeit nach unten und können z.B. oberhalb eines Siebes abgesammelt werden. Die Kleingasbehälter Kg können auch außer Gas noch einen schweren Zusatzstoff enthalten, der die Durchschnittsdichte von Hüllenmaterial plus Zusatzstoff über die Dichte der Flüssigkeit 1 erhöht. The small gas tank K g float in this embodiment freely movable in the liquid 1 , Through their buoyancy, they try to float up as much as possible and most of the liquid 1 collects below them, but the spaces between the small gas tanks are also liquid 1 filled. The small gas tanks are spherical in this case and of the same size. In the simplest case, it is gas-containing balloons with stretchable or foldable envelope. It can also be thin-walled plastic footballs. The size of the small gas tank K g is dependent on the time in which the volume changes take place, but should preferably not be greater than 50 centimeters. 14a shows a time when the small gas tank K g are fully expanded, so at the end of a cycle of the gas contained in them. 14b shows the state of complete compression of the small gas tank K g . The shaded area schematically represents the volume of the small gas container K g , which is greatly reduced in volume and / or deformed, and which accumulates at the tip of the expansion space narrowing in this example. The wall of the expansion space E is, as in the example, preferably inclined, because then the during energy generation in volume expanding small gas tank K g can dodge down without jamming. The flatter the wall inclination and the smoother the inner wall surface of the expansion space E, the lower the risk of jamming, and also the wear on the small gas containers K g is lower. Preferably, the shell of the small gas tank K g is made of a material having a greater specific gravity than the liquid 1 , Because then sink defective small gas tank K g , no gas 2 contain more, of course, with the time down and can be collected eg above a sieve. The small gas containers K g may also contain, besides gas, a heavy additive which is the average density of casing material plus additive over the density of the liquid 1 elevated.

15 zeigt schematisch ein Beispiel, bei dem sich der Expansionsraum innerhalb des Druckgasspeichers D befindet. Im gezeigten, besonders bevorzugten Beispiel befinden sich sogar gleich zwei Expansionsräume E1 und E2 innerhalb des Druckgasspeichers D, und die beiden Expansionsräume stellen wechselweise während des energieerzeugenden Betriebes auch Reservoire R2 und R1 für die Flüssigkeit 1 dar. Es wird gerade ein Zustand dargestellt, während dessen im Expansionsraum E2 der Flüssigkeitsspiegel 10 durch das expandierende Gas 2 heruntergedrückt wird, wodurch Flüssigkeit 1 aus dem Expansionsraum E2 durch die Arbeitsmaschine A in den Expansionsraum E1 gedrückt wird, der zu diesem Zeitpunkt das Reservoir R2 für Flüssigkeit 1 darstellt und sich ungefähr unter Umgebungsluftdruck befindet, denn das Ventil VE1L ist zu diesem Zeitpunkt geöffnet, wohingegen das Ventil VDE1 geschlossen ist. 15 schematically shows an example in which the expansion space is within the compressed gas reservoir D. In the particularly preferred example shown, there are even two expansion spaces E 1 and E 2 within the compressed gas reservoir D, and the two expansion spaces alternately provide reservoirs R2 and R1 for the liquid during the energy-producing operation 1 It is just shown a state during which in the expansion space E 2 of the liquid level 10 through the expanding gas 2 is pressed down, causing fluid 1 is pressed from the expansion space E 2 by the working machine A in the expansion space E1, at this time, the reservoir R 2 for liquid 1 represents and is approximately under ambient air pressure, because the valve V E1L is open at this time, whereas the valve V DE1 is closed.

Ist alles Gas 2 aus dem Expansionsraum E1 durch die Leitung 9 in die „Umgebung“ entwichen, wird das Ventil VE1L geschlossen, das Ventil VE2L am anderen Expansionsraum E2 geöffnet und das Ventil VDE1 des Expansionsraumes E1 zum Druckgasspeicher D zeitweise geöffnet, bis eine hinreichend große Druckgascharge 2 in den Expansionraum E1 eingedrungen ist, wobei sie bereits Flüssigkeit 1 aus dem Expansionsraum E1 verdrängt, die durch die vorzugsweise bidirektional arbeitsfähige Arbeitsmaschine A in den Expansionsraum E2 zurückströmt. Wenn die Arbeitsmaschine A nicht bidirektional arbeitsfähig ist, so ist eine zweite Arbeitsmaschine für diesen Rückstrom notwendig. Anschließend wird das Ventil VDE1 geschlossen und das Gas 2 im Expansionsraum E1 expandiert weiter unter gleichzeitiger Temperierung durch eingesprühte Flüssigkeit 1, bis das gesamte expandierte Gas 2 aus dem Expansionsraum E2 über das Ventil VE2L und die Leitung 9 in die „Umgebung“ entwichen ist. Anschließend läuft der Prozeß von E2 nach E1 zurück. Dies kann so lange geschehen (Prinzip „Zweizylindermotor“), bis der erforderliche Minimaldruck im Druckgasspeicher D erreicht ist. Im speziellen Beispiel mit zwei Expansionsräumen befindet sich auch das Reservoir R für die Flüssigkeit 1 innerhalb des Druckgasspeichers D, doch kann es natürlich auch außerhalb liegen. Es ist jedoch auch für den Fall von nur einem Expansionsraum im Druckgasspeicher D darauf zu achten, daß Expansionsraum E und Reservoir R ungefähr auf gleicher Höhe liegen, denn sonst geht Energie für das Anheben von Flüssigkeit 1 gegen die Schwerkraft verloren! Das Reservoir R kann den Expansionsraum E z.B. auch ummanteln. Ein Expansionsraum E, der sich in einem Druckgasspeicher D befindet, muß statisch nicht gegen einen hohen Innendruck stabil gemacht werden, weil er nie einen Druck enthält, der größer ist als der Außendruck im Druckgasspeicher! Ein nur gegen Außendruck stabiler Expansionsraum E ist daher sehr kostengünstig, z.B. auch aus druckstabilem Beton, zu bauen, denn er stabilisiert sich wie ein Gewölbe! Is everything gas 2 from the expansion space E1 through the line 9 escaped into the "environment", the valve V E1L is closed, the valve V E2L opened at the other expansion space E 2 and the valve V DE1 of the expansion space E 1 to the compressed gas storage D temporarily open until a sufficiently large Druckgascharge 2 has penetrated into the expansion space E 1 , where they are already liquid 1 displaced from the expansion space E 1 , which flows back through the preferably bidirectionally workable working machine A in the expansion space E 2 . If the work machine A is not bi-directionally capable, then a second machine for this return flow is necessary. Subsequently, the valve V DE1 is closed and the gas 2 in the expansion space E 1 continues to expand with simultaneous temperature control by sprayed liquid 1 until the whole expanded gas 2 from the expansion space E 2 via the valve V E2L and the line 9 escaped into the "environment". Subsequently, the process returns from E 2 to E 1 . This can be done so long (principle "two-cylinder engine") until the required minimum pressure in the compressed gas storage D is reached. In the specific example with two expansion spaces, the reservoir R for the liquid is also located 1 within the compressed gas storage D, but of course it can also be outside. However, it is also in the case of only one expansion space in the compressed gas storage D to ensure that expansion space E and reservoir R are approximately at the same level, otherwise energy goes to the lifting of liquid 1 lost against gravity! The reservoir R can also encase the expansion space E, for example. An expansion space E, which is located in a compressed gas storage D, does not have to be statically made stable against a high internal pressure because it never contains a pressure that is greater than the external pressure in the compressed gas storage! A stable only against external pressure expansion space E is therefore very inexpensive, for example, also made of pressure-resistant concrete to build, because it stabilizes like a vault!

16a zeigt ideale Verlaufskurven isothermer und adiabatischer Prozeßführung für den Fall, daß eine Volumeneinheit (z.B. ein Kubikmeter) Druckgas bei 61 bar eine Expansion beginnt, die einmal isotherm ist (obere Kurve) und einmal adiabatisch ist (gestrichelte untere Kurve). Die Adiabate gilt für Luft, deren Adiabatenexponent ungefähr 1,4 beträgt. Die Werte am Koordinatensystem zeigen Überdrucke gegenüber dem Umgebungsluftdruck 1 bar an! Die verwendeten Gleichungen für die Isotherme bzw. die Adiabate sind proportional 60/V bzw. 60/V1,4 und gelten gegenüber „Vakuum“. Es kann aber maximal bis auf Umgebungsdruck entspannt werden, daher ist in der Praxis der Umgebungsdruck die Nulllinie. (Nicht der Absolutwert des Innendruckes, sondern nur die Differenz zwischen Innendruck und Umgebungsdruck kann Arbeit verrichten!) Eine Expansion, die im Diagramm bei einem Druck 1 bar endet, endet also in Wahrheit bei 1 bar Überdruck, also ungefähr 2 bar und nicht einem bar! Entsprechend beginnt die Gasexpansion nicht bei 60 bar, sondern bei 60 bar Überdruck, also ungefähr 61 bar! Eine Expansion bis zum Druck des Umgebungsdruckes macht technisch keinen Sinn, da die Druckdifferenzen am Ende infinitesimal klein werden und die Kräfte, die sich durch die Druckdiferenz ergeben ebenfalls infinitesimal klein werden. Sie können dann keine reibungsbehafteten Arbeitsmaschinen mehr antreiben. Theoretisch interessant ist allerdings, daß eine isotherme Expansion bis zu infinitesimal kleinen Drücken in der Lage ist, Umgebungswärme mit hohem Wirkungsgrad in mechanische Arbeit umzusetzen, was man leicht daran erkennen kann, daß das Integral der Funktion 1/V bei abnehmendem Druck, bei dem das Volumen gegen unendlich geht, ebenfalls gegen unendlich geht, wenn auch logarithmisch! Die Isotherme schneidet die 1-bar-Linie bei 60 Volumeneinheiten am Punkt Q3, also 60-facher Ausdehnung des ursprünglichen Gasvolumens bei 60 bar. Die Adiabate fällt steiler ab: Sie schneidet die 1-bar-Linie schon im Punkt Q2 bei ungefähr 18,6 Volumeneinheiten. Für die Energie, die gemäß Diagramm durch isotherme Expansion einer Volumeneinheit von 60 bar auf 1 bar erzeugt wird, gilt: Wi = nRT + ln(V2/V1) = nRT + ln60 = nRT + 4,094 (Dies ist die Fläche zwischen Isotherme und V-Achse vom Punkt Q1 bis zum Punkt Q3.) Für die Energie, die gemäß Diagramm durch adiabatische Expansion einer Volumeneinheit von 60 bar auf 1 bar erzeugt wird, gilt (nach Integration der Adiabatengleichung): Wa = nRT + (1/–0,4) + ((V2)–0,4 – (V1)–0,4) = nRT + (–2,5) + (18,6–0,4 – 1–0,4) = nRT + (–2,5) + (0,311 – 1) = nRT + 1,724 (Dies ist die Fläche zwischen Adiabate und V-Achse vom Punkt Q1 bei 60 bar bis zum Punkt Q2 bei 18,6 bar.) Die durch adiabatische Expansion gewonnene Energie beträgt also für dieses Beispiel nur 42% der Energie, die durch eine isotherme Expansion gewinnbar ist! Die Temperatur der Luft nach der adiabatischen Expansion von 60 bar auf 1 bar beträgt T2 = T1 + (p2/p1)0,4/1,4 = T1 + (p2/p1)0,286 = T1 + (1/60)0,286 = T1 + 0,31 Beträgt die Anfangstemperatur der Luft z.B. 293 Kelvin (20°C), dann kühlt sie sich durch die adiabatische Expansion auf ungefähr 91 Kelvin bzw. – 182 °C ab. Das, was die isotherme Expansion an Mehr an Energie gegenüber der adiabatischen erzeugt, holt sie sich aus der Wärme der Umgebung! Für isotherme wie auch adiabatische Expansion kommt im Falle eines Verfahrens gemäß Variante A der Erfindung zusätzlich zur Expansionsarbeit auch noch der Energieanteil hinzu, der beim Einbringen der Druckgasscharge in den Expansionsraum isobar (eigentlich quasiisobar) freigesetzt wird. Es handelt sich dabei um die Rechteckfläche zwischen dem Ursprung O des Koordinatensystems und dem Punkt Q1 bei 60 bar. Verglichen mit den Expansionsenergien hat er die Größe nRT. 16a shows ideal trajectories of isothermal and adiabatic process control in the event that a volume unit (eg one cubic meter) of compressed gas at 61 bar begins an expansion that is isothermal (upper curve) and once adiabatic (dashed lower curve). The adiabatic rate applies to air whose adiabatic exponent is approximately 1.4. The values on the coordinate system indicate overpressure compared to the ambient air pressure 1 bar! The equations used for the isotherm or adiabatic are proportional to 60 / V and 60 / V 1.4, respectively, and apply to "vacuum". But it can be relaxed to a maximum of ambient pressure, therefore, in practice, the ambient pressure is the zero line. (Not the absolute value of the internal pressure, but only the difference between internal pressure and ambient pressure can do work!) An expansion, which ends in the diagram at a pressure 1 bar, so in truth ends at 1 bar overpressure, ie about 2 bar and not one bar ! Accordingly, the gas expansion does not start at 60 bar, but at 60 bar overpressure, ie about 61 bar! An expansion to the pressure of the ambient pressure makes no technical sense, since the pressure differences are infinitesimally small at the end and the forces that result from the Druckdiferenz also infinitesimal small. You can then drive no frictional machines more. Theoretically interesting, however, is that isothermal expansion up to infinitesimal small pressures is able to convert ambient heat into mechanical work with high efficiency, as can easily be seen from the fact that the integral of the 1 / V function decreases with decreasing pressure Volume goes to infinity, also goes to infinity, albeit logarithmically! The isotherm cuts the 1 bar line at 60 volume units at point Q3, ie 60 times the original gas volume at 60 bar. The adiabatic precipitates steeper: It cuts the 1-bar line already at the point Q2 at about 18.6 volume units. For the energy generated according to the diagram by isothermal expansion of a volume unit from 60 bar to 1 bar, the following applies: W i = nRT + ln (V 2 / V 1 ) = nRT + ln60 = nRT + 4.094 (This is the area between the isotherm and the V-axis from point Q1 to point Q3.) For the energy generated by adiabatic expansion of a volume unit from 60 bar to 1 bar, (after integration of the adiabatic equation): W a = nRT + (1 / -0.4) + ((V 2 ) -0.4 - (V 1 ) -0.4 ) = nRT + (-2.5) + (18.6 -0, 4 - 1 - 0.4 ) = nRT + (-2.5) + (0.311 - 1) = nRT + 1.724 (This is the area between adiabatic and V axis from point Q1 at 60 bar to point Q2 at 18.6 bar.) Thus, the energy gained by adiabatic expansion is only 42% of the energy produced by isothermal expansion is profitable! The temperature of the air after adiabatic expansion is from 60 bar to 1 bar T 2 = T 1 + (p 2 / p 1 ) 0.4 / 1.4 = T 1 + (p 2 / p 1 ) 0.286 = T 1 + (1/60) 0.286 = T 1 + 0.31 For example, if the initial temperature of the air is 293 Kelvin (20 ° C), then it cools to about 91 Kelvin or -182 ° C through adiabatic expansion. What the isothermal expansion produces in terms of more energy versus the adiabatic, it gets from the heat of the environment! For isothermal as well as adiabatic expansion, in the case of a process according to variant A of the invention, in addition to the expansion work, there is also the proportion of energy which is released isobarically (actually quasi-isobarically) when the compressed gas charge is introduced into the expansion space. It is the rectangular area between the origin O of the coordinate system and the point Q1 at 60 bar. Compared with the expansion energies, it has the size nRT.

Ein isothermer Arbeitszyklus gemäß Variante A erzeugt also eine mechanische Arbeit von 5,094 + nRT, ein adiabatischer Arbeitszyklus eine solche von 2,724 + nRT. Damit verrichtet ein adiabatischer Arbeitszyklus im Falle einer Prozeßführung nach Variante A immerhin 53% der Arbeit eines isothermen Arbeitszyklus. Das bedeutet, daß ein Verfahren nach Variante A der Erfindung gegenüber einem solchen nach Variante B bei sonst gleicher Gastemperierung einen höheren Wirkungsgrad hat, da dem Verfahren nach Variante B die anfängliche isobare Arbeit fehlt! 16b stellt zur besseren Veranschaulichung einen in die Höhe gestreckten Ausschnitt der 16a dar. 16c stellt einen idealisierten Fall des Betriebes dar, bei dem hypertherm gearbeitet wird. Im gezeigten Beispiel wird Druckgas im Expansionsraum mit Flüssigkeit erhöhter Temperatur temperiert, so daß es eine 20% höhere absolute Temperatur besitzt als das Gas im Druckgasspeicher. Wenn das Gas im Druckgasspeicher z.B. eine Temperatur von 293 Kelvin (ungefähr 20 °C) aufweist und mit dieser Temperatur in den Expansionsraum eingebracht wird, so wird es also durch eine hinreichend große Menge temperierende Flüssigkeit auf eine Temperatur von ungefähr 352 Kelvin (ungefähr 79 °C) gebracht. Die temperierende Flüssigkeit muß hierzu eine Temperatur von mehr als 352 Kelvin aufweisen. Sie kann z.B. bei 362 Kelvin (89°C) liegen. Bei dieser Temperatur kocht Wasser z.B. noch nicht, auch nicht bei normalem Luftdruck. Die Hypertherme verläuft oberhalb der Isotherme und sie schneidet die 1-bar-Linie auch erst später als die Isotherme, nämlich bei 72 Volumeneinheiten. Die höhere Temperatur führt auch zu einem proportionalen Druckanstieg im Gas. Vor allem für Variante A der Erfindung kann der Arbeitszyklus dann auf zwei unterschiedliche Weisen ablaufen:

  • 1.) Die Druckgascharge wird mit 293 Kelvin bei 60 bar in den Expansionsraum eingebracht (Punkt Q1 im Diagramm). Anschließend wird Temperierflüssigkeit eingebracht/eingesprüht, wodurch die Gastemperatur auf 352 Kelvin ansteigt. Dadurch steigt auch der Druck des Gases, nämlich auf 72 bar (Punkt Q4 im Diagramm). Anschließend wird das Gas hypertherm bei 352 Kelvin expandiert, bis es bei 1 bar ein Volumen von 72 Volumeneinheiten aufweist (von Punkt Q4 bis Punkt Q6). Vorteil dieser Vorgehensweise ist eine höhere Energieausbeute! Nachteil ist aber, daß der Expansionsraum auf den höheren Druck ausgelegt werden muß, also stabiler und damit teurer gebaut werden muß!
  • 2.) Die Druckgascharge wird mit 293 Kelvin bei 60 bar in den Expansionsraum eingebracht. Anschließend wird sie unter Einbringung von Temperierflüssigkeit isobar (bzw. quasiisobar) expandiert bis Punkt Q5. Ab dem Punkt Q5 findet anschließend eine normale hypertherme Expansion statt bis zum Punkt Q6 bei 72 Volumeneinheiten. Vorteil dieser Vorgehensweise ist, daß der Expansionsraum keine höheren Druckbeanspruchungen erfährt!
Thus, an isothermal duty cycle according to variant A produces a mechanical work of 5.094 + nRT, an adiabatic duty cycle such as 2.724 + nRT. Thus, an adiabatic duty cycle performs at least 53% of the work of an isothermal work cycle in the case of a variant A process. This means that a method according to variant A of the invention over such a variant B with otherwise the same gas temperature control has a higher efficiency, since the method according to variant B, the initial isobaric work is missing! 16b For a better illustration, an upwardly stretched section of the 16a represents. 16c represents an idealized case of operation in which hypertherm is being worked on. In the example shown, compressed gas is heated in the expansion space with liquid of elevated temperature, so that it has a 20% higher absolute temperature than the gas in the compressed gas storage. If the gas in the compressed gas storage, for example, a temperature of 293 Kelvin (about 20 ° C) and is introduced with this temperature in the expansion space, it is so by a sufficiently large amount of tempering liquid to a temperature of about 352 Kelvin (about 79 ° C) brought. The tempering liquid must have a temperature of more than 352 Kelvin for this purpose. For example, it can be at 362 Kelvin (89 ° C). For example, water does not boil at this temperature, even at normal atmospheric pressure. The hypertherm runs above the isotherm and it cuts the 1-bar line later than the isotherm, namely at 72 Volume units. The higher temperature also leads to a proportional pressure increase in the gas. Especially for variant A of the invention, the duty cycle can then proceed in two different ways:
  • 1.) The compressed gas charge is introduced with 293 Kelvin at 60 bar into the expansion space (point Q1 in the diagram). Subsequently, tempering liquid is introduced / sprayed, whereby the gas temperature rises to 352 Kelvin. This also increases the pressure of the gas, namely to 72 bar (point Q4 in the diagram). Subsequently, the gas is hypertherm expanded at 352 Kelvin until it has a volume of 72 volume units at 1 bar (from point Q4 to point Q6). Advantage of this procedure is a higher energy yield! Disadvantage is that the expansion space must be designed for the higher pressure, so it must be built more stable and therefore more expensive!
  • 2.) The compressed gas charge is introduced at 293 Kelvin at 60 bar into the expansion space. Subsequently, it is isobar (or quasi-isobar) expanded with the introduction of tempering liquid to point Q5. From point Q5, normal hyperthermic expansion then takes place up to point Q6 at 72 volume units. Advantage of this procedure is that the expansion chamber does not experience higher pressure loads!

Die hypertherm gewonnene Arbeit aus der Gasexpansion gemäß 1.) beträgt gegenüber der Isotherme bei um 20% erhöhter Temperatur: Wh1 = 1,2 + nRT + ln(V2/V1) = 1,2 + nRT + ln72 = 1,2 + nRT + 4,277 = 5,132 + nRT Das sind sogar 25,4% mehr Energie als bei einer isothermen Prozeßführung. Die hypertherm gewonnene Arbeit aus der Gasexpansion gemäß 2.) beträgt gegenüber einer Isotherme bei um 20% erhöhter Temperatur: Rechteckfläche unterhalb der Verbindungsstrecke Q1 bis Q5 plus Fläche unterhalb der Hypertherme von Q5 bis Q6 Da Q5 bei 1,2 Volumeneinheiten liegt und Q6 bei 72 Volumeneinheiten, bedeutet das: Wh2 = nRT + (1,2 – 1) + 1,2 + nRT + (ln72 – ln1,2) = nRT + 0,2 + 1,2 + nRT + 4,094 = 0,2 + nRT + 4,913 + nRT = 5,113 + nRT Die durch Gasexpansion gewonnene Energie Wh2 ist also gegenüber Wh1(5,132 + nRT) nur geringfügig (0,37%) geringer. Der Wärmeanteil der Temperierflüssigkeit (die Wärmemenge, die von der versprühten Flüssigkeit an das Gas übertragen wird) wird vollständig in mechanische Arbeit umgewandelt! Da aber die Temperierflüssigkeit im hyperthermen Fall nicht auf Umgebungstemperatur abkühlt, ist der thermische Wirkungsgrad nicht 100% Denn zuerst wird ja Temperierflüssigkeit von Umgebungstemperatur durch Abwärme (vorzugsweise im Gegenstromverfahren) aufgeheizt, und von der dabei aufgenommenen Wärmemenge wird nachher nur ein Teil in mechanische Arbeit umgewandelt! Die Temperierflüssigkeit bleibt oberhalb der Umgebungstemperatur. Der thermische Wirkungsgrad der Wärmeumwandlung in mechanische Energie beträgt daher nur die Differenz aus der Einsprühtemperatur der Temperierflüssigkeit minus der Temperatur nach dem Temperiervorgang geteilt durch die Differenz aus der Einsprühtemperatur und der Umgebungstemperatur. Im dargestellten Beispiel beträgt der thermische Wirkungsgrad der Umwandlung der Abwärme daher (362 Kelvin – 352 Kelvin)/(362 Kelvin – 293 Kelvin) = 0,145, also nur 14,5%. Anders sieht dies im Falle des Wirkungsgrades aus, falls Überschußenergie aus regenerativer Energieerzeugung in Form von Wärme in der Temperierflüssigkeit gespeichert wird und die Temperierflüssigkeit im Kreislauf geführt, also nach Aufheizung immer wieder verwendet wird! Denn in diesem Falle wird zwar ebenso jedesmal nur ein Anteil der Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt, der dem Temperaturunterschied der Temperierflüssigkeit zwischen der Einspritztemperatur und der Temperatur am Ende des Temperiervorganges entspricht. Aber nach einem ersten Beladen der Temperierflüssigkeit ausgehend von der Umgebungstemperatur muß in allen weiteren Zyklen der Temperierflüssigkeit diese nur noch von der Temperatur nach Beendigung eines Temperiervorganges wieder auf die Temperatur vor dem Einsprühen gebracht werden! Dies ist bei elektrischer Aufheizung praktisch mit fast 100% Wirkungsgrad möglich. Und diese mit fast 100% Wirkungsgrad erzeugte Wärme wird dann auch wieder mit fast 100% Wirkungsgrad in mechanische Arbeit zurückverwandelt! Ein Flüssigkeitswärmespeicher stellt also eine sehr günstige Möglichkeit dar, ein isothermes bzw. hyperthermes Druckgasspeicherkraftwerk in seiner Energieabgabemöglichkeit zu erhöhen! The hypertherm-derived work from the gas expansion according to 1.) is at 20% higher temperature than the isotherm: W h1 = 1.2 + nRT + ln (V 2 / V 1 ) = 1.2 + nRT + ln72 = 1.2 + nRT + 4.277 = 5.122 + nRT This is even 25.4% more energy than in an isothermal process. The hypertherm-derived work from the gas expansion according to 2.) is 20% higher than an isotherm: rectangular area below the junction Q1 to Q5 plus area below the hyperthermia from Q5 to Q6 Da Q5 is 1.2 volume units and Q6 is 72 Volume units, this means: W h2 = nRT + (1.2 - 1) + 1.2 + + nRT (ln72 - ln1,2) = nRT + 0.2 + 1.2 + + 4.094 nRT = 0.2 + + 4.913 + nRT nRT = 5.113 + nRT The energy W h2 obtained by gas expansion is therefore only slightly (0.37%) lower than W h1 (5.132 + nRT). The heat component of the heat transfer liquid (the amount of heat that is transferred from the sprayed liquid to the gas) is completely converted into mechanical work! However, since the tempering liquid does not cool down to ambient temperature in the hyperthermal case, the thermal efficiency is not 100%. First of all, the temperature control liquid is heated from ambient temperature by waste heat (preferably countercurrently), and only a part of the amount of heat absorbed is subsequently converted into mechanical work ! The temperature control liquid remains above the ambient temperature. The thermal efficiency of the heat conversion into mechanical energy is therefore only the difference between the Einsprühtemperatur the bath liquid minus the temperature after the tempering divided by the difference between the Einsprühtemperatur and the ambient temperature. In the example shown, the thermal efficiency of the conversion of the waste heat is therefore (362 Kelvin - 352 Kelvin) / (362 Kelvin - 293 Kelvin) = 0.145, ie only 14.5%. The situation is different in the case of efficiency, if excess energy from regenerative energy production in the form of heat is stored in the bath liquid and the bath fluid is circulated, so it is used again and again after heating up! Because in this case, each time only a portion of the heat is converted into mechanical work, which corresponds to the temperature difference of the bath between the injection temperature and the temperature at the end of the tempering. But after a first loading of the bath liquid starting from the ambient temperature in all other cycles of the bath must be brought back to the temperature before spraying only from the temperature after completion of a tempering! This is possible with electrical heating practically with almost 100% efficiency. And this heat generated with almost 100% efficiency is then converted back into mechanical work with almost 100% efficiency! A liquid heat storage is thus a very cheap way to increase an isothermal or hyperthermes compressed gas storage power plant in its energy delivery option!

(Abwärme läßt sich hingegen in einem hyperthermen Kraftwerk nicht zu 100% nutzen, weil das Fluid mit der enthaltenen Abwärme nach einem Wärmetauscher (vorzugsweise Gegenstromwärmetauscher), in dem es Wärme an die Temperierflüssigkeit abgibt, immer noch die Temperatur aufweist, die der Temperatur der Flüssigkeit am Ende des Temperiervorganges entspricht und mit der diese in den Wärmetauscher einströmt. Eine fast 100%ige Umwandlung von Abwärme in mechanische Arbeit ist hingegen in einem isothermen, ungefähr bei Umgebungstemperatur arbeitenden Druckgasflüssigkeitskraftwerk möglich, da in einem solchen die Temperierflüssigkeit am Ende des Temperiervorganges ungefähr Umgebungstemperatur aufweist und mit Abwärme im Wärmetauscher mit fast 100% Wirkungsgrad wieder auf die spätere Einsprühtemperatur, die vorzugsweise der Temperatur des abwärmetragenden Fluides entspricht, erwärmt werden kann.) 16d stellt im Vergleich zum isothermen und adiabatischen Fall einen hypothermen Betrieb des Druckgasflüssigkeitskraftwerkes dar. Dargestellt ist nur ein Ausschnitt aus dem pV-Diagramm, ähnlich wie in 16b. Die Hypotherme verläuft selbstverständlich unterhalb der Isotherme, aber oberhalb der Adiabate. Sie beginnt an einem Punkt Q7 bei 60 bar, der idealerweise gleich dem Punkt Q1 ist. Im dargestellten Fall verläuft die Hypotherme ungleichmäßig, was auf ungenaue Steuerung der Temperatur des expandierenden Gases zurückzuführen ist. Eine exakte Steuerung ist aber auch nicht nötig! Auch hier ist die durch Expansion gewonnene Energie gleich der Fläche unter der Hypotherme, ausgehend von Q7 (idealerweise gleich Q1) bis Q8, wo die Hypotherme die 1-bar-Linie schneidet. Der Schnittpunkt liegt bei weniger als 60 Volumeneinheiten, aber bei mehr als 18,6 Volumeneinheiten. Dementsprechend liegt die erzeugte mechanische Arbeit zwischen der des isothermen Falles und der des adiabatischen Falles. Je weniger die Temperatur des expandierenden Gases unter die Temperatur des Gases zu Beginn der Expansion fällt, umso näher an der Isotherme liegt die Kurve und desto höher ist der Wirkungsgrad des Druckgasflüssigkeitskraftwerkes. (On the other hand, waste heat can not be used 100% in a hyperthermal power plant because the fluid containing the waste heat after a heat exchanger (preferably countercurrent heat exchanger), in which it gives off heat to the heat transfer liquid, still has the temperature that the temperature of the liquid By contrast, an almost 100% conversion of waste heat into mechanical work is possible in an isothermal compressed gas liquid power plant operating approximately at ambient temperature, since in such a case the tempering liquid at the end of the tempering process is approximately ambient and with waste heat in the heat exchanger with almost 100% efficiency again to the later Einsprühtemperatur, which preferably corresponds to the temperature of the waste heat-carrying fluid, can be heated.) 16d represents in comparison to the isothermal and adiabatic case a hypothermic operation of the pressurized gas liquid power plant. Shown is only a section of the pV diagram, similar to in 16b , Of course, the hypothermia is below the isotherm, but above the adiabatic. It starts at a point Q7 at 60 bar, which is ideally equal to the point Q1. In the illustrated case, the hypothermia is uneven, due to inaccurate control of the temperature of the expanding gas. An exact control is not necessary! Again, the energy gained by expansion is equal to the area under the hypothermia, starting from Q7 (ideally equal to Q1) to Q8, where the hypothermic crosses the 1-bar line. The intersection is less than 60 volume units but more than 18.6 volume units. Accordingly, the mechanical work produced is between that of the isothermal case and that of the adiabatic case. The less the temperature of the expanding gas falls below the temperature of the gas at the beginning of the expansion, the closer to the isotherm lies the curve and the higher the efficiency of the compressed gas liquid power plant.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

E, En E, E n
Expansionsraum, Expansionsraum Nr. n mit n = 1, 2, 3, ... Expansion room, expansion room no. N with n = 1, 2, 3, ...
D, Dn D, D n
Druckgasspeicher, Druckgasspeicher Nr. n mit n = 1, 2, 3, ... Compressed gas storage, compressed gas storage n. N with n = 1, 2, 3, ...
R, Rn R, R n
Flüssigkeitsreservoir (offen oder geschlossen) mit n = 1, 2, 3, ...Liquid reservoir (open or closed) with n = 1, 2, 3, ...
WR WR
Warmreservoir für Flüssigkeit 1 Warm reservoir for liquid 1
A, An A, A n
Arbeitsmaschine, Arbeitsmaschine Nr. n mit n = 1, 2, 3, ... Working machine, working machine No. n with n = 1, 2, 3, ...
P P
Pumpe pump
T, Tn T, T n
flüssigkeitsdurchlässige Trennschicht Nr. n mit n = 1, 2, 3, ...liquid-permeable separating layer No. n with n = 1, 2, 3, ...
K K
Kleingasbehälter Small gas containers
B B
Boden, „Erd“reich Soil, "earth" rich
VM VM
Vereisungsmantel icing jacket
ZR ZR
Zwischenreservoir eines Pumpspeicherkraftwerks Intermediate reservoir of a pumped storage power plant
W W
Berieselungswanne sprinkling tub
S S
Sprühvorrichtung/Sprinkler, Beregnungsvorrichtung Sprayer / sprinkler, sprinkler
Ko K o
Kleingasbehälter, unten offen Small gas tank, open at the bottom
Kg K g
Kleingasbehälter, geschlossen Small gas tank, closed
PS PS
Pumpspeicher, z.B. ein hochgelegener See Pumped storage, e.g. a high altitude lake
PSK PSK
Pumpspeicherkraftwerksanlage Pumped storage power plant
VEA V EA
Ventil zwischen Expansionsraum E und Arbeitsmaschine A Valve between expansion space E and work machine A
VAR V AR
Ventil zwischen Arbeitsmaschine A und Reservoir R Valve between working machine A and reservoir R
VRE V RE
Ventil zwischen Reservoir R und Expansionsraum E Valve between reservoir R and expansion space E
VDE V DE
Ventil zwischen Druckgasspeicher D und Expansionsraum E Valve between compressed gas storage D and expansion space E
VEL V EL
Ventil zwischen Expansionsraum und Umgebung („Luft“), Entgasungsventil Valve between expansion space and environment ("air"), degassing valve
VRL V RL
Ventil zwischen Reservoir R und Umgebung („Luft“) Valve between reservoir R and surroundings ("air")
VEnAm V EnAm
Ventil zwischen Expansionsraum E Nr. n und Arbeitsmaschine A Nr. m mit n, m = 1, 2, 3, ... Valve between expansion space E no. N and working machine A no. M with n, m = 1, 2, 3, ...
VAnR V AnR
Ventil zwischen Arbeitsmaschine A Nr. n und Reservoir R mit n = 1, 2, 3, ... Valve between working machine A no. N and reservoir R with n = 1, 2, 3, ...
VREn V REn
Ventil zwischen Reservoir R und Expansionsraum E Nr. n mit n = 1, 2, 3, ... Valve between reservoir R and expansion chamber E no. N with n = 1, 2, 3, ...
VDEn V DEn
Ventil zwischen Druckgasspeicher D und Expansionsraum E Nr. n mit n = 1, 2, 3, ...Valve between compressed gas reservoir D and expansion chamber E no. N with n = 1, 2, 3, ...
VEnL V EnL
Ventil zwischen Expansionsraum Nr. n und Umgebung („Luft“) mit n = 1, 2, 3, ... Valve between expansion room no. N and surroundings ("air") with n = 1, 2, 3, ...
VRP V RP
Ventil zwischen Reservoir R und Pumpe P Valve between reservoir R and pump P
VEnEm V EnEm
Ventil zwischen Expansionsraum E Nr. n und Expansionsraum E Nr. m mit n, m = 1, 2, 3, ... Valve between expansion space E no. N and expansion space E no. M with n, m = 1, 2, 3, ...
VCK V CK
Ventil zwischen Kompressor C und Kleingasbehältern Ko oder Kg Valve between compressor C and small gas tanks K o or K g
VDK V DK
Ventil zwischen Druckgasspeicher D und Kleingasbehältern Ko Valve between compressed gas reservoir D and small gas tanks K o
VKL2 V KL2
Ventil zwischen offenen Kleingasbehältern Ko und Umgebung („Luft“)Valve between open small gas tanks K o and surroundings ("air")
VE1E2f V E1E2f
Gas/Flüssigkeitsventil zwischen den Expansionsräumen E1 und E2 Gas / liquid valve between the expansion spaces E1 and E2
VE2E3f V E2E3f
Gas/Flüssigkeitsventil zwischen den Expansionsräumen E2 und E3 Gas / liquid valve between the expansion spaces E2 and E3
1 1
Flüssigkeit liquid
2 2
Gas gas
3 3
Festkörperschüttung mit Leerräumen Solid bed with voids
4 4
Steigrohr riser
5 5
Erdoberfläche earth's surface
6 6
Wärmeisolationsschicht Thermal insulation layer
7 7
Gefrierlanze freeze lance
8 8th
Leitung Flüssigkeit Lead liquid
9 9
Leitung Gas Pipe gas
10 10
Flüssigkeitsspiegel liquid level
11 11
Bauwerkswand building wall

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1857614 B1 [0002] EP 1857614 B1 [0002]
  • DE 102011106040 A1 [0004] DE 102011106040 A1 [0004]
  • WO 2004/020793 A1 [0004] WO 2004/020793 A1 [0004]
  • JP 2007231760 A [0006] JP 2007231760 A [0006]
  • WO 2012/017243 A1 [0006] WO 2012/017243 A1 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN 2413 [0090] DIN 2413 [0090]

Claims (12)

Verfahren zur Rückgewinnung von mechanischer Energie aus zuvor komprimiertem Gas, das in einem Druckgasspeicher (D) als Energiespeicher zwischengelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Merkmale aufweist: – zur Energiegewinnung aus dem Druckgas (2) wird eine in einem druckstabilen Expansionsraum (E) mit starren Wänden befindliche Flüssigkeit (1) durch das in diesem Expansionsraum (E) expandierende Druckgas (2) in Bewegung versetzt und aus diesem verdrängt – die Expansion des Druckgases (2) im Expansionsraum (E) wird so gesteuert, daß sie in dem Maße quasiisotherm verläuft, daß bei einer Druckhalbierung nur eine Temperaturänderung des Gases (2) auftritt, die weniger als die Hälfte dessen beträgt, wie sie bei einer volladiabatischen Expansion aufträte – die Quasiisothermie wird dadurch erreicht, daß im Inneren des Expansionsraumes (E) ein Teil der reinen Flüssigkeit (1) oder ein Teil der Flüssigkeit (1), in der noch mindestens ein anderer Stoff gelöst ist, auch zum Temperieren des Druckgases (2) während der Expansion verwendet wird oder zum Wiederaufwärmen eines im Expansionsraum (E) befindlichen Feststoffes (3) dient, der zur Temperierung des im Expansionsraum (E) expandierenden Druckgases (2) verwendet wird und hierzu die Eigenschaft eines temporären Kurzzeitwärmespeichers und Wärmetauschers aufweist – die Verdrängung der Flüssigkeit (1) durch das expandierende Gas (2) aus dem Expansionsraum (E) heraus erfolgt über eine Öffnung im Mantel des Expansionsraumes (E) hindurch über eine Zuleitung (8) in mindestens eine außerhalb des Expansionsraumes (E) befindliche Arbeitsmaschine (A) für Flüssigkeiten (1) (z.B. Wasserturbine) hinein. Die durch die Arbeitsmaschine (A) strömende Flüssigkeit (1) erzeugt dort mechanische Arbeit. Es tritt bei der Verdrängung der Flüssigkeit (1) aus dem Expansionsraum (E) kein Gas (2) als Gasphase in die Arbeitsmaschine (A) ein! Lediglich durch in der Flüssigkeit (1) gelöstes Gas (2) oder durch Verwirbelung von Gasblasen treten eventuell geringfügige Gasmengen (2) in die Arbeitsmaschine (A) ein. A method for recovering mechanical energy from previously compressed gas, which is stored in a compressed gas storage (D) as energy storage, characterized in that it comprises the following features: - For energy from the compressed gas ( 2 ) is a liquid in a pressure-stable expansion chamber (E) with rigid walls ( 1 ) by in this expansion space (E) expanding compressed gas ( 2 ) is set in motion and displaced from it - the expansion of the compressed gas ( 2 ) in the expansion space (E) is controlled so that it runs quasiisothermally to the extent that at a pressure halving only a change in temperature of the gas ( 2 ), which is less than half of what occurs in a fully adiabatic expansion - the quasi-isotherm is achieved in that in the interior of the expansion space (E) a portion of the pure liquid ( 1 ) or part of the liquid ( 1 ), in which at least one other substance is dissolved, also for tempering the compressed gas ( 2 ) is used during the expansion or for reheating a solid located in the expansion space (E) ( 3 ), which is used for the temperature control of the expansion gas (E) expanding compressed gas ( 2 ) is used and this has the property of a temporary temporary heat storage and heat exchanger - the displacement of the liquid ( 1 ) by the expanding gas ( 2 ) out of the expansion space (E) via an opening in the shell of the expansion space (E) through a supply line ( 8th ) in at least one outside of the expansion space (E) located working machine (A) for liquids ( 1 ) (eg water turbine) into it. The liquid flowing through the working machine (A) ( 1 ) generates mechanical work there. It occurs during the displacement of the liquid ( 1 ) from the expansion space (E) no gas ( 2 ) as gas phase in the working machine (A)! Only by in the liquid ( 1 ) dissolved gas ( 2 ) or by turbulence of gas bubbles may occur small amounts of gas ( 2 ) in the working machine (A). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas (2) aus einem außerhalb des Expansionsraumes (E) befindlichen Druckgasspeicher (D) chargenweise in den Expansionsraum (E) geleitet wird und daß erst nach Vollendung eines Expansionszyklus dieser Druckgascharge (2) im Expansionsraum (E) und Wiederbefüllung des Expansionsraumes (E) mit Flüssigkeit (1) eine neue Druckgascharge (2) für einen neuen Expansionszyklus in den Expansionsraum (E) eingebracht wird. Process according to Claim 1, characterized in that the pressurized gas ( 2 ) from a outside of the expansion space (E) located compressed gas storage (D) in batches in the expansion space (E) is passed and that only after completion of an expansion cycle of this Druckgascharge ( 2 ) in the expansion space (E) and refilling the expansion space (E) with liquid ( 1 ) a new compressed gas batch ( 2 ) is introduced into the expansion space (E) for a new expansion cycle. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionsraum (E) gleichzeitig als Druckgasspeicher (D) ohne Verbindung zu einem externen Druckgasspeicher (D) dient und das Druckgas (2) in diesem auf eine Vielzahl kleiner Gasbehälter (Kg, Ko) aufgeteilt vorliegt und das Gas (2) in diesen Kleingasbehältern(Kg, Ko), abgesehen von über die Zeit hinweg notwendigen kleineren Nachfüllungen immer das gleiche bleibt und für das Austragen von mechanischer Energie expandiert wird, wobei es Flüssigkeit (1), die das verbliebene Volumen im Expansionsraum (E) ausfüllt, aus diesem verdrängt und in eine Arbeitsmaschine (A) treibt und daß das Gas (2) zur Speicherung von Energie komprimiert wird, indem Flüssigkeit (1) in den Expansionsraum (E) zurückgedrückt wird, wobei sich die Wand der Kleingasbehälter (Kg, Ko) entweder flexibel verformt, nämlich bei Austrag von Energie sich ausdehnt oder bei Speicherung von Energie sich zusammenzieht oder sich zusammenlegt oder Flüssigkeit (1) unten durch eine Öffnung aus den Kleingasbehältern Ko bei Energieaustrag austritt oder bei Speicherung von Energie und Komprimieren des im Kleingasbehälter Ko befindlichen Gases (2) dort eintritt. Method according to Claim 1, characterized in that the expansion space (E) simultaneously serves as compressed gas reservoir (D) without connection to an external compressed gas reservoir (D) and the compressed gas ( 2 ) in this on a plurality of small gas container (K g , K o ) is divided and the gas ( 2 ) in these small gas tanks (K g , K o ), apart from the smaller refills necessary over time, always remain the same and are expanded for the discharge of mechanical energy, whereby liquid ( 1 ), which fills the remaining volume in the expansion space (E), displaces it from this and drives it into a working machine (A) and that the gas ( 2 ) is compressed to store energy by liquid ( 1 ) is pushed back into the expansion space (E), wherein the wall of the small gas containers (K g , K o ) either deforms flexibly, namely when energy is expelled or contracts or accumulates when energy is stored, or liquid ( 1 ) exits through an opening from the small gas containers K o at the time of energy discharge or when storing energy and compressing the gas present in the small gas tank K o ( 2 ) enters there. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierung des Gases (2) während der Expansion durch Flüssigkeitströpfchen (1) erfolgt. Method according to at least one of Claims 1 and 2, characterized in that the temperature of the gas ( 2 ) during expansion by liquid droplets ( 1 ) he follows. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitströpfchen (1) mittels pumpenbetriebener Sprinkleranlagen (S) in das expandierende Gas (2) eingesprüht werden. Process according to at least one of Claims 1, 2 and 4, characterized in that the liquid droplets ( 1 ) by means of pump-operated sprinkler systems (S) into the expanding gas ( 2 ) are sprayed. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsprühen von unten nach oben und schräg erfolgt. Method according to at least one of claims 1, 2, 4 and 5, characterized in that the spraying takes place from bottom to top and at an angle. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsprühen von der Decke des Expansionsraumes (E) aus nach unten gerichtet erfolgt. Method according to at least one of Claims 1, 2, 4, 5 and 6, characterized in that the spraying takes place from the ceiling of the expansion space (E) downwards. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitströpfchen (1) passiv aus an der Decke des Expansionsraumes (E) befindlichen Wannen oder Behältern (W) mit Löchern im Boden in das expandierende Gas (2) herabregnen. Process according to at least one of Claims 1, 2 and 4, characterized in that the liquid droplets ( 1 ) Passively from at the ceiling of the expansion space (E) located trays or containers (W) with holes in the bottom in the expanding gas ( 2 ) rain down. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierung des bei Energieaustrag expandierenden und bei Energiespeicherung sich zusammenziehenden Gasvolumens (2) in den Kleingasbehältern (Kg, Ko) zum allergrößten Teil über die Wandung der Kleingasbehälter (Kg, Ko) und im Falle der unten offenen Kleingasbehälter Ko zusätzlich zu einem kleineren Teil über die direkte Kontaktfläche Gas (2)/Flüssigkeit (1) erfolgt. Method according to at least one of Claims 1 and 3, characterized in that the temperature control of the gas volume which expands during the discharge of energy and contracts during energy storage ( 2 ) in the small gas tanks (K g , K o ) for the most part on the wall of the small gas tank (K g , K o ) and in the case of open bottom small gas tank K o in addition to a smaller part on the direct contact surface gas ( 2 ) / Liquid ( 1 ) he follows. Druckgasflüssigkeitskraftwerk zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mindestens folgenden Teilvorrichtungen und Betriebsmitteln besteht: – einem druckstabilen Expansionsraum (E) in dem das Druckgas (2) von einem hohen Druck zu einem niedrigen Druck expandiert – mindestens einem Druckgasspeicher (D) außerhalb des Expansionsraumes (E) oder innerhalb des Expansionsraumes (E) – mindestens einer Arbeitsmaschine (A) für Flüssigkeiten (1) – mindestens einer Zuleitung (8) aus dem unteren Bereich des Expansionsraumes (E) zur Arbeitsmaschine (A) – Flüssigkeit (1) in Arbeitsmaschine (A), Zuleitung (8) zur Arbeitsmaschine (A) und veränderlichen Flüssigkeitsmengen (1) im Expansionsraum (E) – Flüssigkeit (1) im Expansionsraum (E) zur Temperierung von Gas (2), das sich in seinem Volumen verändert – mindestens einem Temperaturfühler im Expansionsraum (E) in dem sich im Volumen verändernden Gas (2) zur Kontrolle der Quasiisothermie des sich im Volumen verändernden Gases (2) – mindestens einer automatischen Regelvorrichtung, die den Zutritt der Flüssigkeit (1) in die Arbeitsmaschine (A) und/oder den Zutritt von Temperierflüssigkeit (1) in das oder zu dem sich im Volumen verändernden Gas (2) mit Hilfe der Meßwerte des mindestens einen Temperaturfühlers zu regeln gestattet, um die Veränderung im Volumen des Gases (2) im quasiisothermen Bereich zu halten. Compressed gas liquid power plant for carrying out the method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that it consists of at least the following sub-devices and resources: - a pressure-stable expansion space (E) in which the compressed gas ( 2 ) is expanded from a high pressure to a low pressure - at least one compressed gas reservoir (D) outside the expansion space (E) or within the expansion space (E) - at least one working machine (A) for liquids ( 1 ) - at least one supply line ( 8th ) from the lower area of the expansion space (E) to the working machine (A) - liquid ( 1 ) in working machine (A), supply line ( 8th ) to the working machine (A) and variable amounts of liquid ( 1 ) in the expansion space (E) - liquid ( 1 ) in the expansion space (E) for the temperature control of gas ( 2 ) which changes in volume - at least one temperature sensor in the expansion space (E) in the volume-changing gas ( 2 ) for controlling the quasi-isotherm of the volume-changing gas ( 2 ) - at least one automatic control device which controls the access of the liquid ( 1 ) in the working machine (A) and / or the access of tempering liquid ( 1 ) into or to the volume-changing gas ( 2 ) with the aid of the measured values of the at least one temperature sensor in order to determine the change in the volume of the gas ( 2 ) in the quasi-isothermal region. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Temperaturfühler im oberen Zehntel des im Expansionsraum (E) befindlichen Gasvolumens (2) angeordnet ist, nachdem dieses sein größtes Volumen erreicht hat. Device according to claim 10, characterized in that located at least one temperature sensor in the upper tenth of the expansion space (E) the gas volume ( 2 ) is arranged after this has reached its largest volume. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Regelvorrichtung veränderliche Parameter von Quasiisothermie abgespeichert hat, damit im Falle einer unplanmäßig hohen Leistungsanforderung im Stromnetz das Druckgasflüssigkeitskraftwerk dennoch diese Leistung liefern kann, aber bei geringeren Anforderungen an die Quasiisothermie und damit geringerem Wirkungsgrad. Apparatus according to at least one of claims 10 and 11, characterized in that the automatic control device has stored variable parameters of quasi-heat so that in the case of an unplanned high power requirement in the power grid, the pressurized gas liquid power plant can still deliver this power, but with lower demands on the Quasiisothermie and thus lower efficiency.
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