DE102014008331B3 - Method for providing a compressed air source - Google Patents

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Karl Naguib-Agha
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00Other motors, e.g. gravity or inertia motors

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Bereitstellung einer Druckluftquelle, mit einem Ladeschritt, bei dem zumindest ein, in einer Ladeposition (L) befindlicher Druckbehälter (9) mit Druckluft gefüllt wird, und zwar unter Gewichtszunahme von einer reduzierten Gewichtskraft (Gleer) bis zu einer erhöhten Gewichtskraft (Gvoll), und bei dem der mit Druckluft gefüllte Druckbehälter (9) in einer Gebrauchsposition (G) als Druckluftquelle bereitgestellt wird. Erfindungsgemäß erfolgt nach der Durchführung des Ladeschritts ein Senkschritt, bei dem der, die nunmehr erhöhte Gewichtskraft (Gvoll) aufweisende Druckbehälter (9) in einer Abwärtsbewegung (II) um einen Höhenversatz (Δh) nach unten in die Gebrauchsposition (G) verstellt wird, und zwar unter Nutzung der bei der Abwärtsbewegung (II) gewonnenen Bewegungsenergie.The invention relates to a method and an arrangement for providing a compressed air source, with a charging step, wherein at least one, in a loading position (L) located pressure vessel (9) is filled with compressed air, under weight gain of a reduced weight (Gleer) to to an increased weight force (Gvoll), and in which the compressed air filled pressure container (9) in a use position (G) is provided as a compressed air source. According to the invention carried out after performing the loading step, a lowering step, in which the now increased weight (Gvoll) having pressure vessel (9) in a downward movement (II) by a vertical displacement (Δh) down to the use position (G) is adjusted, and although using the kinetic energy gained during the downward movement (II).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Druckluftquelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.The invention relates to a method for providing a compressed air source according to the preamble of claim 1 and an arrangement according to the preamble of claim. 6
  • In pneumatischen Anwendungsfällen ist der Einsatz von Druckluftquellen erforderlich, mit denen zum Beispiel Antriebseinheiten, etwa ein Kolbenmotor, mit Druckluft versorgt werden. Derartige Druckluftquellen können beispielhaft Druckbehälter oder alternativ dazu Kompressoren sein. Die Druckluftquellen können alternativ auch Bestandteil einer Einrichtung zur Gewinnung von Frischwasser sein, bei der die Druckluft unter Expansion eine Kondensationsfläche kühlt, an der sich Wasser aus der Umgebungsluft niederschlagen kann. Das an der Kondensationsfläche niedergeschlagene Wasser kann gesammelt und zum Beispiel einer Frischwasserversorgung zugeführt werden.In pneumatic applications, the use of compressed air sources is required, with which, for example, drive units, such as a piston engine, are supplied with compressed air. Such compressed air sources may be exemplified pressure vessel or alternatively compressors. The compressed air sources may alternatively be part of a device for the recovery of fresh water, in which the compressed air under expansion cools a condensation surface at which water can precipitate out of the ambient air. The precipitated on the condensation surface water can be collected and supplied, for example, a fresh water supply.
  • In einem gattungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung einer Druckluftquelle wird in einem Ladeschritt zumindest ein, in einer Ladeposition befindlicher Druckbehälter mit Druckluft gefüllt. Der Füllvorgang erfolgt unter Gewichtszunahme, bei der der Druckbehälter ausgehend von einer reduzierten Gewichtskraft (das heißt in seinem Leerzustand) bis zu einer demgegenüber stark erhöhten Gewichtskraft mit Druckluft befüllt wird. Anschließend kann der mit Druckluft gefüllte Druckbehälter in einer Gebrauchsposition als Druckluftquelle genutzt werden, etwa zur Versorgung einer Antriebseinheit oder dergleichen.In a generic method for providing a compressed air source, at least one pressure vessel located in a loading position is filled with compressed air in a charging step. The filling process is carried out under weight gain, in which the pressure vessel is filled from a reduced weight (that is, in its empty state) to a contrast greatly increased weight with compressed air. Subsequently, the pressure vessel filled with compressed air can be used in a position of use as a compressed air source, for example to supply a drive unit or the like.
  • Im obigen Stand der Technik kann der Druckbehälter beispielhaft mittels eines elektrisch betriebenen Kompressors unter Aufbau von Druckenergie mit der Druckluft gefüllt werden. Die im Druckbehälter gespeicherte Druckenergie wird anschließend zu Gebrauchszwecken, etwa zur Versorgung einer Antriebseinheit, genutzt. Die Umwandlung der für den Kompressionsvorgang erforderlichen elektrischen Energie in die Druckenergie ist jedoch im Stand der Technik mit vergleichsweise hohen Energieverlusten verbunden.In the above prior art, the pressure vessel may be filled with the compressed air by way of example by means of an electrically operated compressor under pressure energy build-up. The pressure energy stored in the pressure vessel is subsequently used for purposes of use, for example for supplying a drive unit. However, the conversion of the electrical energy required for the compression process into the pressure energy is associated with comparatively high energy losses in the prior art.
  • Aus der DE 10 2009 036 640 A1 ist eine mechanische Hubvorrichtung mit Kettenhub bekannt. Die Hubvorrichtung erzeugt dadurch potentielle Energie, dass schwerere Masseträger unter dem Einsatz elektrischer Energie angehoben werden. Die potentielle Energie der Masseträger wird vermindert, um die Verluste der Hubvorrichtung durch Absenken der Masseträger über Generatoren in Strom zurück zu verwandeln. Aus der DE 10 2011 012 594 A1 ist ein hydraulischer Energiespeicher bekannt, der ein erstes und ein zweites Fluidreservoir aufweist. Die beiden Fluidreservoirs sind über eine Turbinen-Pumpanordnung miteinander verbunden. Bei deren Betrieb ist ein Fluid zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidreservoir hin- und herbewegbar, wodurch Energie umgewandelt wird. Aus der DE 10 2005 015 169 A1 ist ein dynamischer Energiespeicher bekannt, mit dem der Einsatz von unter Druck gebrachtem Medium als Energiereservoir für eine Maschinenanordnung umweltschonend und kostengünstig ermöglicht ist.From the DE 10 2009 036 640 A1 is a mechanical lifting device with chain lift known. The lifting device thereby generates potential energy that heavier mass carriers are raised using electrical energy. The potential energy of the mass carriers is reduced in order to transform the losses of the lifting device by lowering the mass carriers back into electricity via generators. From the DE 10 2011 012 594 A1 a hydraulic energy storage is known, which has a first and a second fluid reservoir. The two fluid reservoirs are connected to one another via a turbine pump arrangement. In operation, a fluid is reciprocable between the first and second fluid reservoirs, thereby converting energy. From the DE 10 2005 015 169 A1 is a dynamic energy storage known, with the use of pressurized medium as an energy reservoir for a machine assembly is environmentally friendly and inexpensive.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Druckluftquelle zu schaffen, bei der eine im Vergleich zum Stand der Technik energieeffizientere Bereitstellung der Druckluftquelle ermöglicht ist.The object of the invention is to provide a method and a device for providing a compressed air source, in which a more energy-efficient provision of the compressed air source is made possible in comparison to the prior art.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 und 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of the independent claims 1 and 6. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the subclaims.
  • Die Erfindung beruht auf der Problematik, dass sich bei der Umwandlung der für den Kompressionsvorgang erforderlichen Energie in die im Druckbehälter gespeicherte Druckenergie hohe Energieverluste auftreten. Vor diesem Hintergrund besteht die allgemeine Idee der Erfindung darin, die bei dem Füllvorgang des Druckbehälters mit Druckluft einhergehende Gewichtszunahme des Druckbehälters energetisch zu nutzen, wodurch insgesamt die Energieeffizienz bis zur Bereitstellung der mit Druckluft befüllten Druckbehälter erhöht werden kann. Vor diesem Hintergrund erfolgt nach der Durchführung des Ladeschrittes ein Senkschritt, bei dem der, die nunmehr erhöhte Gewichtskraft aufweisende Druckbehälter in einer Abwärtsbewegung um einen Höhenversatz nach unten in die Gebrauchsposition verstellt wird, und zwar unter Nutzung der durch die Abwärtsbewegung des Druckbehälters gewonnenen Bewegungsenergie. Bevorzugt kann vor der Durchführung des Ladeschrittes (das heißt der Druckluft-Füllvorgang) ein Hubschritt erfolgen, bei dem der, die reduzierte Gewichtskraft aufweisende Druckbehälter in einer Aufwärtsbewegung um einen Höhenversatz nach oben in die Ladeposition verstellt wird.The invention is based on the problem that high energy losses occur in the conversion of the energy required for the compression process into the pressure energy stored in the pressure vessel. Against this background, the general idea of the invention is to use the energy associated with the filling of the pressure vessel with compressed air weight gain of the pressure vessel energetically, whereby the total energy efficiency can be increased to provide the filled with compressed air pressure vessel. Against this background, after the charging step has been carried out, a lowering step takes place in which the pressure vessel now having increased weight is moved downwards by a vertical displacement to the use position, using the kinetic energy obtained by the downward movement of the pressure vessel. Preferably, before carrying out the charging step (that is, the compressed air filling process), a lifting step take place in which the pressure vessel having the reduced weight force is moved upwards in the loading position by a height offset.
  • Bevorzugt ist der Innendruck des, die noch reduzierte Gewichtskraft aufweisenden Druckbehälters im Wesentlichen identisch mit dem Umgebungsdruck. Demgegenüber kann der, die nach dem Ladevorgang erhöhte Gewichtskraft aufweisende Druckbehälter einen Innendruck aufweisen, der um ein Vielfaches größer ist als der Umgebungsdruck. Beispielhaft können Innendrücke erzielt werden, die in einer Größenordnung von 900 bar liegen.Preferably, the internal pressure of the pressure vessel, which still has a reduced weight, is essentially identical to the ambient pressure. In contrast, the pressure vessel having increased weight after the charging process can have an internal pressure which is many times greater than the ambient pressure. By way of example, internal pressures of the order of 900 bar can be achieved.
  • Mit der obigen Erfindung kann beispielhaft bei einem Innenvolumen des Druckbehälters von 1 m3 sowie einem Fülldruck von 900 bar eine Gewichtszunahme um etwa 1000 kg erzielt werden. In diesem Fall kann beispielhaft bei einem Leergewicht des Behälters von 200 kg nach erfolgtem Ladeschritt der Behälter ein Gewicht von insgesamt 1200 kg aufweisen.With the above invention can be achieved by way of example with an internal volume of the pressure vessel of 1 m 3 and a filling pressure of 900 bar, an increase in weight by about 1000 kg. In this case, by way of example, at a curb weight of the Container of 200 kg after the loading step of the container has a total weight of 1200 kg.
  • Die Auf- und Abwärtsbewegungen des Druckbehälters können bevorzugt mittels einer Fördereinrichtung durchgeführt werden, insbesondere eines Lastenaufzuges. Der Lastenaufzug kann bevorzugt eine Bremseinheit aufweisen, mit der die Abwärtsbewegung des Druckbehälters bis zur Gebrauchsposition abgebremst wird. Zur Nutzung der bei der Abwärtsbewegung gewonnenen kinetischen Energie kann die Bremseinheit als eine Rekuperationsbremse arbeiten, mit der unter Bremsverzögerung die gewonnene Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Beispielhaft kann die Fördereinrichtung eine Elektromaschine aufweisen, die bei einer Hubbewegung bis in die geodätisch obere Ladeposition als Antriebsmotor arbeitet, und bei einer Abwärtsbewegung im Generatorbetrieb arbeitet, bei der unter Aufbau einer Bremskraft die Bewegungsenergie in die elektrische Energie rückgewonnen wird.The up and down movements of the pressure vessel may preferably be carried out by means of a conveying device, in particular a freight elevator. The freight elevator may preferably have a brake unit, with which the downward movement of the pressure vessel is braked to the use position. To use the kinetic energy obtained during the downward movement, the brake unit can operate as a recuperation brake with which the kinetic energy gained is converted into electrical energy under braking deceleration. By way of example, the conveyor may comprise an electric machine which operates as a drive motor in a lifting movement up to the geodesically upper loading position, and works in a downward movement in the generator mode, in which the kinetic energy is recovered into the electrical energy while building up a braking force.
  • Entsprechend kann der im Leerzustand vergleichsweise leichte Druckbehälter mit reduzierter Gewichtskraft nach oben in seine Ladeposition gefördert werden. In der Ladeposition kann unter Aufbau von Gewichtskraft der Druckbehälter mit der Druckluft gefüllt werden. Anschließend wird unter Nutzung der dazugewonnenen Gewichtskraft des Druckbehälters die Abwärtsbewegung durchgeführt, die mittels der Bremseinheit in zum Beispiel elektrische Energie umgewandelt wird.Accordingly, the relatively empty in the empty state pressure vessel can be promoted with reduced weight up to its loading position. In the loading position, the pressure vessel can be filled with the compressed air while building up the weight. Subsequently, using the added weight force of the pressure vessel, the downward movement is carried out, which is converted into electrical energy, for example, by means of the braking unit.
  • Die Ladestation kann in einer technischen Realisierung einen Kompressor aufweisen, mit dem der Druckbehälter in gängiger Praxis mit der Druckluft befüllt werden kann. Die oben erwähnte Fördereinrichtung kann wie erwähnt ein Lastaufzug sein, mit dem der Druckbehälter in einem Lastkorb zwischen der oberen Ladeposition und der unteren Gebrauchsposition förderbar ist. Zudem kann die Anordnung eine untere Entladestation aufweisen, in der der Druckbehälter in seiner Gebrauchsposition angeordnet ist. Sowohl die Entladestation als auch die Ladestation können Druckluft-Koppelstellen aufweisen, mit denen ein Befüllen/Entleeren des Druckbehälters ermöglicht ist, ohne den Druckbehälter von der Fördereinrichtung zu entfernen. Das heißt, dass bevorzugt die Druckluft-Koppelstellen derart in den Lade- und/oder Entladestationen positioniert sind, dass der Füll- und/oder Entleervorgang bei im Lastkorb des Lastaufzugs verbleibendem Druckbehälter durchführbar ist.The charging station can in a technical realization have a compressor, with which the pressure vessel can be filled in common practice with the compressed air. The above-mentioned conveyor may, as mentioned, be a load elevator with which the pressure vessel is conveyable in a load cage between the upper loading position and the lower use position. In addition, the arrangement may have a lower unloading station, in which the pressure vessel is arranged in its use position. Both the unloading station and the loading station may have compressed air coupling points, with which a filling / emptying of the pressure vessel is made possible without removing the pressure vessel from the conveyor. This means that preferably the compressed air coupling points are positioned in the loading and / or unloading stations such that the filling and / or emptying process can be carried out at the pressure vessel remaining in the load cage of the load elevator.
  • Zur weiteren Steigerung der Energieeffizienz kann dem Kompressor der Ladestation eine Wasserkühlung mit einem Wärmetauscher zugeordnet sein. Im Kompressorbetrieb kann dadurch die generierte Wärme zu Wärmetauscher abgeleitet werden. Der Wärmetauscher kann insbesondere Bestandteil eines Heizsystems, zum Beispiel für ein Gebäude, sein, in dem die Kompressor-Abwärme genutzt werden kann.To further increase energy efficiency, the compressor of the charging station can be assigned a water cooling with a heat exchanger. In compressor operation, the generated heat can be dissipated to heat exchangers. The heat exchanger may in particular be part of a heating system, for example for a building, in which the compressor waste heat can be used.
  • Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.The advantageous embodiments and / or further developments of the invention explained above and / or reproduced in the dependent claims can be used individually or else in any desired combination with one another, for example, in cases of unambiguous dependencies or incompatible alternatives.
  • Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention and its advantageous embodiments and further developments and advantages thereof are explained in more detail below with reference to drawings.
  • Es zeigen:Show it:
  • 1 in einer grob schematischen Darstellung eine Anordnung zur Bereitstellung einer Druckluftquelle; 1 in a rough schematic representation of an arrangement for providing a compressed air source;
  • 2 bis 4 jeweils Ansichten entsprechend der 1, die das Verfahren zur Bereitstellung der Druckluftquelle veranschaulichen. 2 to 4 each views according to the 1 illustrating the method of providing the compressed air source.
  • In der 1 ist ein Lastaufzug 1 angedeutet, der beispielhaft als eine Fördereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbar ist. der Lastaufzug kann beispielhaft in einem Aufzugschacht eines Hochhauses angeordnet seinIn the 1 is a freight elevator 1 indicated by way of example as a conveyor for carrying out the method according to the invention is usable. the load elevator can be arranged by way of example in a lift shaft of a high-rise building
  • Der Lastaufzug 1 ist im Hinblick auf seine Konstruktion sowie Funktionsweise lediglich nur insoweit gezeigt und erläutert, als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demzufolge weist der Lastaufzug 1 in der 1 vertikal voneinander beabstandete Seiltrommeln 2, 3 auf. Die beiden Seiltrommeln 1, 3 sind über ein Seilelement 5 miteinander in Wirkverbindung.The freight elevator 1 is shown and explained in terms of its construction and operation only insofar as it is necessary for understanding the invention. Consequently, the load elevator points 1 in the 1 vertically spaced cable drums 2 . 3 on. The two rope drums 1 . 3 are about a rope element 5 in operative connection with each other.
  • Am Seilelement 5 ist in der 1 beispielhaft lediglich ein angedeuteter Lastkorb 7 angelenkt, auf dem ein Druckbehälter 9 positioniert ist. Der Druckbehälter 9 weist einen Druckanschluss 11 mit einem angedeuteten Rückschlagventil auf. Über den Druckanschluss 11 kann Druckluft in den Druckbehälter 9 eingeleitet oder alternativ aus dem Druckbehälter 9 herausgeleitet werden.On the rope element 5 is in the 1 For example, only an indicated load basket 7 hinged, on which a pressure vessel 9 is positioned. The pressure vessel 9 has a pressure connection 11 with an indicated check valve on. About the pressure connection 11 can compressed air in the pressure vessel 9 initiated or alternatively from the pressure vessel 9 be led out.
  • Die untere Seiltrommel 3 ist mittels einer Elektromaschine 13 antreibbar, der wiederum in gängiger Praxis mit einer nicht gezeigten Steuereinheit ansteuerbar ist. Wie später noch beschrieben ist, kann die Elektromaschine 13 nicht nur im motorischen, sondern auch im generatorischen Betrieb, das heißt als eine Rekuperationsbremse arbeiten, mittels der eine Abwärtsbewegung II (3) des Druckbehälters 9 abbremsbar ist, und zwar unter Umwandlung der Bewegungsenergie aus der Abwärtsbewegung II des Druckbehälters 9 in elektrische Energie, die in den Figuren beispielhaft in einem Akkumulator 27 gespeichert werden kann.The lower cable drum 3 is by means of an electric machine 13 drivable, which in turn can be controlled in common practice with a control unit, not shown. As will be described later, the electric machine 13 not only in the motor, but also in the generator mode, that is to say as a recuperation brake work, by means of a downward movement II ( 3 ) of the pressure vessel 9 is braked, under Transformation of kinetic energy from the downward movement II of the pressure vessel 9 in electrical energy, which in the figures by way of example in an accumulator 27 can be stored.
  • Wie aus der 1 weiter hervorgeht, weist die Anordnung in etwa auf Höhe der oberen Seiltrommel 2 eine obere Ladestation 15 sowie auf Höhe der unteren Seiltrommel 3 eine unter Entladestation 21 auf, die um einen Höhenversatz Δh (1) unterhalb der oberen Ladestation 15 angeordnet ist. Die obere Ladestation 15 besteht aus einem Kompressor 17, der an seiner Druckseite eine Druckluft-Koppelstelle 19 aufweist und dessen Saugseite mit der Umgebungsluft verbunden ist.Like from the 1 further shows, the arrangement has approximately at the height of the upper cable drum 2 an upper charging station 15 as well as at the height of the lower cable drum 3 one under unloading station 21 which is offset by a height offset Δh ( 1 ) below the upper charging station 15 is arranged. The upper charging station 15 consists of a compressor 17 , which at its pressure side a compressed air coupling point 19 and whose suction side is connected to the ambient air.
  • In der unteren Entladestation 21 befindet sich eine weitere Druckluft-Koppelstelle 23, von der eine Versorgungsleitung 25 zu einem nicht gezeigten Druckluft-Verbraucher, zum Beispiel einem Kolbenmotor, geführt ist. Mittels des Lastaufzuges 1 kann der Druckbehälter 9 zwischen der unteren Entladestation 21 und der oberen Ladestation 15 verstellt werden.In the lower unloading station 21 there is another compressed air coupling point 23 from which a supply line 25 to a compressed air consumer, not shown, for example, a piston engine, is guided. By means of the load elevator 1 can the pressure vessel 9 between the lower unloading station 21 and the upper charging station 15 be adjusted.
  • Nachfolgend wird anhand der 1 und 4 das Verfahren zur Nutzung des Druckbehälters 9 als Druckluftquelle beschrieben: So befindet sich in der 1 der Druckbehälter 9 noch in seiner unteren Position, das heißt in der Gebrauchsposition G auf Höhe der Entladestation 21. Der noch leere Druckbehälter 9 weist einen Innendruck pi auf, der hier beispielhaft identisch mit dem Umgebungsdruck pu ist. Entsprechend weist der Druckbehälter 9 lediglich eine reduzierte Gewichtskraft Gleer auf. Anschließend wird der Druckbehälter 9 mittels des Lastaufzugs 1 in einer Aufwärtsbewegung I um den Höhenversatz Δh (1) nach oben in seine Ladeposition L auf Höhe der Ladestation 15 verstellt (2). In der Ladeposition L wird der noch leere, an die kompressorseitige Koppelstelle 19 angeschlossene Druckbehälter 9 mittels des Kompressors 17 mit Druckluft gefüllt. Der Füllvorgang erfolgt unter Gewichtszunahme, bei der die Gewichtskraft Gleer des Druckbehälters 9 bis zu einer erhöhten Gewichtskraft Gvoll am Ende des Füllvorgangs ansteigt (3). In der 3 liegt der Innendruck pi des Druckbehälters 9 nach dem Füllvorgang beispielhaft bei 900 bar.The following is based on the 1 and 4 the method of using the pressure vessel 9 described as compressed air source: So is located in the 1 the pressure vessel 9 still in its lower position, that is in the use position G at the level of the unloading station 21 , The still empty pressure vessel 9 has an internal pressure p i , which is here for example identical to the ambient pressure p u . Accordingly, the pressure vessel 9 only a reduced weight G empty . Subsequently, the pressure vessel 9 by means of the freight elevator 1 in an upward movement I by the height offset Δh ( 1 ) up to its loading position L at the level of the charging station 15 adjusted ( 2 ). In the loading position L is the still empty, to the compressor side coupling point 19 connected pressure vessels 9 by means of the compressor 17 filled with compressed air. The filling process takes place under weight gain, in which the weight G empty of the pressure vessel 9 increases to an increased weight G fully at the end of the filling process ( 3 ). In the 3 is the internal pressure p i of the pressure vessel 9 after the filling process, for example at 900 bar.
  • Bei einem Innenvolumen von 1 m3 ergibt sich somit durch den Füllvorgang einer Gewichtszunahme von etwa 1000 kg. Das heißt, dass der Druckbehälter 9 beispielhaft bei einem Leergewicht von 200 kg nach dem Füllvorgang der Druckbehälter 9 ein Endgewicht von 1200 kg aufweist. Erfindungsgemäß wird diese Gewichtszunahme beim nachfolgenden Senkschritt (3) genutzt. Beim Senkschritt wird der, die erhöhte Gewichtskraft Gvoll aufweisende Druckbehälter 9 in einer Abwärtsbewegung II um den Höhenversatz Δh nach unten in seine Gebrauchsposition G (das heißt in die untere Entladestation 21) verstellt, wie es in der 4 gezeigt ist.With an internal volume of 1 m 3 , the filling process results in a weight gain of about 1000 kg. That means that the pressure vessel 9 for example, at a curb weight of 200 kg after the filling of the pressure vessel 9 has a final weight of 1200 kg. According to the invention, this weight increase during the subsequent lowering step ( 3 ) used. During the lowering step, the pressure vessel, which has the increased weight G, becomes full 9 in a downward movement II by the height offset .DELTA.h down into its use position G (that is, in the lower unloading station 21 ), as it is in the 4 is shown.
  • Die Elektromaschine 13 des Lastaufzugs 1 arbeitet bei der Durchführung des Hubschrittes als Antriebsmotor, um den noch leeren Druckbehälter 9 in die Ladestation 15 zu verstellen. Demgegenüber arbeitet die Elektromaschine 13 während des Senkschrittes als eine Rekuperationsbremse im generatorischen Betrieb arbeiten. Das heißt es wird unter Bremsverzögerung des Druckbehälters 9 dessen Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Die somit gewonnene elektrische Energie wird im Akkumulator 27 zwischengespeichert. In seiner, in der 4 gezeigten Gebrauchsposition G weist der Druckbehälter 9 nach wie vor einen Innendruck pi von 900 bar auf und kann somit als Druckluftquelle für beliebige pneumatische Anwendungsfälle eingesetzt werden. Gemäß der 4 verbleibt der Druckbehälter 9 ortfest im Lastkorb 7 und wird über seinen Druckanschluss 11 an die Koppelstelle 23 der Entladestation 21 angeschlossen, wodurch über deren Versorgungsleitung 25 eine Druckversorgung zu einem nicht gezeigten Druckluft-Endverbraucher erfolgt. Alternativ dazu kann der gefüllte Druckbehälter 11 durch ein weiteres Fördermittel zum Anwendungsort transportiert werden.The electric machine 13 of the freight elevator 1 works in the implementation of the lifting step as a drive motor to the still empty pressure vessel 9 in the charging station 15 to adjust. In contrast, the electric machine works 13 operate during the lowering step as a recuperation brake in regenerative operation. That means it is under braking deceleration of the pressure vessel 9 whose kinetic energy is converted into electrical energy. The thus obtained electrical energy is in the accumulator 27 cached. In his, in the 4 shown use position G has the pressure vessel 9 As before, an internal pressure p i of 900 bar and can thus be used as a compressed air source for any pneumatic applications. According to the 4 the pressure vessel remains 9 stationary in the load basket 7 and gets over its pressure connection 11 to the coupling point 23 the unloading station 21 connected, whereby over their supply line 25 a pressure supply to a compressed air end consumer, not shown, takes place. Alternatively, the filled pressure vessel 11 be transported by another funding to the site of use.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann dem Kompressor 17 eine Wasserkühlung 29 zugeordnet sein, wie es nur in der 3 angedeutet ist. Die Wasserkühlung 29 weist in der 3 einen Wärmetauscher 31 auf, mittels dem die im Kompressorbetrieb generierte Wärme ableitbar ist. Der Wärmetauscher 31 kann beispielhaft Bestandteil einer Gebäudeheizung eines Hochhauses sein, wodurch zusätzlich auch die Kompressor-Abwärme energieeffizient nutzbar ist.According to a further embodiment, the compressor 17 a water cooling 29 be assigned as it is only in the 3 is indicated. The water cooling 29 points in the 3 a heat exchanger 31 on, by means of which the heat generated in the compressor operation can be derived. The heat exchanger 31 may be an example of a building heating of a high-rise building, which in addition also the compressor waste heat is energy efficient usable.
  • BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 11
    FördereinrichtungConveyor
    2, 32, 3
    Seiltrommelncable drums
    55
    Seilelementcable element
    77
    LastkorbLastkorb
    99
    Druckbehälterpressure vessel
    1111
    Druckanschlusspressure connection
    1313
    Elektromaschineelectric machine
    1515
    Ladestationcharging station
    1717
    Kompressorcompressor
    1919
    Koppelstellecoupling point
    2121
    Entladestationunloading
    2323
    Koppelstellecoupling point
    2525
    Versorgungsleitungsupply line
    2727
    Akkumulatoraccumulator
    2929
    Wasserkühlungwater cooling
    3131
    Wärmetauscherheat exchangers
    Δh.delta.h
    Höhenversatzheight offset
    pi p i
    Druckbehälter-InnendruckPressure vessel internal pressure
    pu p u
    Umgebungsdruckambient pressure
    Gleer, Gvoll G empty , G full
    Gewichtskräfteweight forces
    I, III, II
    Auf- und AbwärtsbewegungenUp and down movements

Claims (13)

  1. Verfahren zur Bereitstellung einer Druckluftquelle, mit einem Ladeschritt, bei dem zumindest ein, in einer Ladeposition (L) befindlicher Druckbehälter (9) mit Druckluft gefüllt wird, und zwar unter Gewichtszunahme von einer reduzierten Gewichtskraft (Gleer) bis zu einer erhöhten Gewichtskraft (Gvoll), und bei dem der mit Druckluft gefüllte Druckbehälter (9) in einer Gebrauchsposition (G) als Druckluftquelle bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Durchführung des Ladeschritts ein Senkschritt erfolgt, bei dem der, die nunmehr erhöhte Gewichtskraft (Gvoll) aufweisende Druckbehälter (9) in einer Abwärtsbewegung (II) um einen Höhenversatz (Δh) nach unten in die Gebrauchsposition (G) verstellt wird, und zwar unter Nutzung der bei der Abwärtsbewegung (II) gewonnenen Bewegungsenergie.Method for providing a compressed-air source, with a charging step, in which at least one pressure vessel (in a loading position (L)) ( 9 ) is filled with compressed air, under weight gain from a reduced weight (G empty ) to an increased weight force (G full ), and in which the pressure vessel filled with compressed air ( 9 ) is provided in a use position (G) as a compressed air source, characterized in that after performing the loading step, a lowering step takes place, in which the, the now increased weight force (G full ) having pressure vessel ( 9 ) in a downward movement ( II ) is displaced downwards by a height offset (Δh) into the use position (G), by using the during the downward movement ( II ) obtained kinetic energy.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Ladeschritts ein Hubschritt erfolgt, bei dem der, die reduzierte Gewichtskraft (Gleer) aufweisende Druckbehälter (9) in einer Aufwärtsbewegung (I) um einen Höhenversatz (Δh) nach oben in die Ladeposition (L) verstellt wird.A method according to claim 1, characterized in that before carrying out the loading step, a lifting step takes place, wherein the, the reduced weight force (G empty ) having pressure vessel ( 9 ) in an upward movement ( I ) by a height offset (Δh) upwards in the loading position (L) is adjusted.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck (pi) des, die reduzierte Gewichtskraft (Gleer) aufweisenden Druckbehälters (9), das heißt vor dem Ladeschritt, im Wesentlichen dem Umgebungsdruck (pu) entspricht, und/oder dass der Innendruck (pi) des, die erhöhte Gewichtskraft (Gvoll) aufweisenden Druckbehälters (9), das heißt nach dem Ladeschritt, um ein Vielfaches größer als der Umgebungsdruck (pu) ist, insbesondere in einer Größenordnung von 800 bar bis 1000 bar liegt.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the internal pressure (p i ) of the pressure vessel having the reduced weight force (G empty ) ( 9 ), that is before the charging step, substantially corresponds to the ambient pressure (p u ), and / or that the internal pressure (p i ) of the pressure vessel having the increased weight force (G full ) ( 9 ), that is, after the charging step, is many times greater than the ambient pressure (p u ), in particular in the order of 800 bar to 1000 bar.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auf- und Abwärtsbewegung (I, II) des Druckbehälters (9) mittels einer Fördereinrichtung (1), insbesondere ein Lastaufzug, erfolgen, und dass die Fördereinrichtung (1) eine Bremseinheit (13) aufweist, mit der die Abwärtsbewegung (II) des Druckbehälters (9) bis zur Gebrauchsposition (G) abgebremst wird.Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the up and down movement ( I . II ) of the pressure vessel ( 9 ) by means of a conveyor ( 1 ), in particular a freight lift, and that the conveyor ( 1 ) a brake unit ( 13 ), with which the downward movement ( II ) of the pressure vessel ( 9 ) is decelerated to the use position (G).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (13) der Fördereinrichtung (1) bei Abbremsvorgang als Rekuperationsbremse arbeitet, mit der unter Bremsverzögerung die Bewegungsenergie des Druckbehälters (9) in elektrische Energie umgewandelt wird.Method according to claim 4, characterized in that the brake unit ( 13 ) of the conveyor ( 1 ) works as a recuperation brake during deceleration, with the braking energy being decelerated, the kinetic energy of the pressure vessel ( 9 ) is converted into electrical energy.
  6. Anordnung zur Bereitstellung einer Druckluftquelle, mit einer Ladestation (15), in der zumindest ein Druckbehälter (9) in einer Ladeposition (L) mit Druckluft befüllbar ist, und zwar unter Gewichtszunahme von einer reduzierten Gewichtskraft (Gleer) bis zu einer erhöhten Gewichtskraft (Gvoll), wobei der mit Druckluft gefüllte Druckbehälter (9) in einer Gebrauchsposition (G) als Druckluftquelle nutzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Fördereinrichtung (1) aufweist, mit der nach erfolgtem Füllvorgang der, die erhöhte Gewichtskraft (Gvoll) aufweisende Druckbehälter (9) in einer Abwärtsbewegung (II) um einen Höhenversatz (Δh2) nach unten in die Gebrauchsposition (G) förderbar ist, und dass die Fördereinrichtung (1) eine Wandlereinheit (13) aufweist, mittels der die bei der Abwärtsbewegung (II) gewonnene Bewegungsenergie nutzbar ist.Arrangement for providing a compressed air source, with a charging station ( 15 ), in which at least one pressure vessel ( 9 ) can be filled with compressed air in a loading position (L), with an increase in weight from a reduced weight force (G empty ) to an increased weight force (G full ), the pressure vessel filled with compressed air ( 9 ) in a use position (G) can be used as a compressed air source, characterized in that the arrangement is a conveyor ( 1 ), with the after filling of the, the increased weight (G full ) having pressure vessel ( 9 ) in a downward movement ( II ) by a height offset (Δh 2 ) down to the use position (G) is conveyed, and that the conveyor ( 1 ) a transducer unit ( 13 ), by means of which in the downward movement ( II ) used kinetic energy is available.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Fördereinrichtung (1) der, die reduzierte Gewichtskraft (Gleer) aufweisende Druckbehälter (9), das heißt vor dem Füllvorgang, in einer Aufwärtsbewegung (I) um einen Höhenversatz (Δh) nach oben in die Ladestation (15) förderbar ist.Arrangement according to claim 6, characterized in that by means of the conveyor ( 1 ), the reduced weight (G empty ) having pressure vessel ( 9 ), that is before the filling process, in an upward movement ( I ) by a height offset (Δh) in the top of the charging station ( 15 ) is eligible.
  8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit (13) bei der Abwärtsbewegung (II) des Druckbehälters (9) als eine Rekuperationsbremse arbeitet, mittels der unter Abbremsung des Druckbehälters (9) dessen Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelbar ist.Arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the transducer unit ( 13 ) during the downward movement ( II ) of the pressure vessel ( 9 ) operates as a Rekuperationsbremse, by means of the deceleration of the pressure vessel ( 9 ) whose kinetic energy is convertible into electrical energy.
  9. Anordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (15) einen Kompressor (17) aufweist, mit dem der Druckbehälter (9) mit Druckluft befüllbar ist, und dass insbesondere der Kompressor (17) saugseitig mit der Umgebungsluft in Verbindung ist.Arrangement according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the charging station ( 15 ) a compressor ( 17 ), with which the pressure vessel ( 9 ) is filled with compressed air, and that in particular the compressor ( 17 ) is in connection with the ambient air on the suction side.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (1) ein Lastaufzug ist, mit dem der Druckbehälter (9) in einem Lastkorb (7) zwischen der Ladeposition (L) und der Gebrauchsposition (G) förderbar ist.Arrangement according to one of claims 6 to 9, characterized in that the conveyor ( 1 ) is a load elevator, with which the pressure vessel ( 9 ) in a load basket ( 7 ) between the loading position (L) and the use position (G) is conveyed.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Entladestation (21) aufweist, in der der Druckbehälter (9) in seiner Gebrauchsposition (G) angeordnet ist, und dass insbesondere die Entladestation (21) und/oder die Ladestation (15) Druckluft-Koppelstellen (19, 23) aufweist zum Befüllen/Entleeren des Druckbehälters (9).Arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized in that the arrangement comprises an unloading station ( 21 ), in which the pressure vessel ( 9 ) is arranged in its use position (G), and that in particular the unloading station ( 21 ) and / or the charging station ( 15 ) Compressed air coupling points ( 19 . 23 ) for filling / emptying the pressure vessel ( 9 ).
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft-Koppelstellen (19, 23) so in den Lade- und/oder Entladestationen (15, 21) positioniert sind, dass der Füll- und/oder Entleervorgang bei ortfest im Lastkorb (7) des Lastaufzugs (1) verbleibenden Druckbehälter (9) durchführbar ist.Arrangement according to claim 11, characterized in that the compressed air coupling points ( 19 . 23 ) in the loading and / or unloading stations ( 15 . 21 ) are positioned that the filling and / or Emptying when stationary in the load basket ( 7 ) of the freight elevator ( 1 ) remaining pressure vessel ( 9 ) is feasible.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kompressor (17) der Ladestation (15) eine Wasserkühlung (29) mit einem Wärmetauscher (31) zugeordnet ist, auf den die im Kompressorbetrieb generierte Wärme ableitbar ist, und dass insbesondere der Wärmetauscher (31) Bestandteil eines Heizsystems, insbesondere zur Gebäudeheizung, ist.Arrangement according to one of claims 6 to 12, characterized in that the compressor ( 17 ) of the charging station ( 15 ) a water cooling ( 29 ) with a heat exchanger ( 31 ), to which the heat generated in the compressor operation can be derived, and in particular that the heat exchanger ( 31 ) Part of a heating system, in particular for heating buildings, is.
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DE102018002198A1 (en) 2018-03-19 2019-09-19 Karl Naguib-Agha Method and accumulator for storing and providing electrical energy

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