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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erwärmung und/oder Kühlung eines flüssigen Mediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Erwärmung und/oder Kühlung eines in einer Behälteranordnung mit wenigstens einem Behälter befindlichen flüssigen Mediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
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Aus der
DE 10 2012 212 545 A1 ist eine Einrichtung zur Erwärmung und/oder Kühlung eines flüssigen Mediums bekannt, wobei die Einrichtung eine Verdichteranordnung für ein gasförmiges Medium umfasst, welche wenigstens einen Verdichter umfasst, und/oder wobei die Einrichtung eine Expansionsanordnung für ein gasförmiges Medium umfasst, welche wenigstens eine Expansionsvorrichtung umfasst, und wobei die Einrichtung eine Behälteranordnung für das flüssiges Medium umfasst, welche wenigstens einen Behälter umfasst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erwärmung und/oder Kühlung eines flüssigen Mediums bzw. ein Verfahren zur Erwärmung und/oder Kühlung eines in einer Behälteranordnung mit wenigstens einem Behälter befindlichen flüssigen Mediums zu entwickeln, bei welche bzw. welches technisch einfach aufgebaut ist und einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. 12 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 12 gelöst. In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist wenigstens ein Verdichter der Verdichteranordnung und/oder wenigstens eine Expansionsvorrichtung der Expansionsanordnung mindestens teilweise oder komplett innerhalb eines der Behälter der Behälteranordnung angeordnet und ist teilweise oder komplett in das in dem jeweiligen Behälter befindliche flüssige Medium eingetaucht. Hierdurch ist keine gesonderte Heizeinrichtung bzw. keine gesonderte Kühleinrichtung erforderlich und es kann auf einen Wärmetauscher und einen zugehörigen Kreislauf zur Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem wenigstens einen Verdichter und/oder der wenigstens einen Expansionsvorrichtung und dem flüssigen Medium in der Behälteranordnung verzichtet werden, so dass die Einrichtung technisch vereinfacht und damit günstiger herstellbar ist und in der Wartung vereinfacht ist. Weiterhin ist der Wirkungsgrad optimiert, da die Einrichtung ohne ein zwischengeschaltetes Wärmetauschersystem auskommt, in welchem Wärmeverluste auftreten.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Einrichtung mindestens eine Druckspeicheranordnung für das gasförmige Medium umfasst, welche wenigstens einen Druckspeicher zur temporären Speicherung von Energie umfasst. Eine Druckspeicheranordnung ist einfach skalierbar, so dass die Einrichtung auf einfache Weise an die Speicherung unterschiedlich großer Energiemengen angepasst werden kann.
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Es ist auch vorgesehen, dass wenigstens einer der Verdichter der Verdichteranordnung elektrisch betreibbar ist und/oder dass mittels wenigstens einer der Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung elektrische Energie erzeugbar ist. Hierdurch ist die Einrichtung optimal zur Speicherung von mit Wind- und Sonnenenergie erzeugter elektrischer Energie geeignet. Hierbei wird wenigstens eine Expansionsvorrichtung der Expansionsanordnung als Druckminderer zur Energieumwandlung eingesetzt, in welchem elektrische Energie erzeugt wird oder in welchem ein Druckluftstrom in einen Hydraulikstrom umgewandelt wird, durch welchen dann beispielsweise wieder ein Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie antreibbar ist.
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Weiterhin ist es auch vorgesehen, wenigstens einen der Druckspeicher der wenigstens einen Druckspeicheranordnung mindestens teilweise oder komplett innerhalb eines der Behälter der Behälteranordnung anzuordnen und mindestens teilweise oder komplett in das flüssige Medium einzutauchen. Hierdurch kann eine bei der Verdichtung von dem gasförmigen Medium aufgenommene Wärmeenergie ebenfalls optimal gespeichert bzw. an das flüssige Medium übergeben werden, da auch hier auf einen Wärmetauscher und eine zugehörigen Kreislauf verzichtet werden kann.
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Es ist auch vorgesehen, dass sich wenigstens einer der Verdichter der Verdichteranordnung mit wenigstens 25% bevorzugt wenigstens 75% und insbesondere 100% seiner Oberfläche in direktem Kontakt mit dem flüssigen Medium befindet und/oder dass sich wenigstens eine der Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung sich mit wenigstens 25% bevorzugt wenigstens 75% und insbesondere 100% ihrer Oberfläche in direktem Kontakt mit dem flüssigen Medium befindet. Dadurch dass der jeweilige Verdichter bzw. die jeweilige Expansionsvorrichtung wenigstens mit dem Oberflächenbereich, welcher einem Ort der Wärmeentstehung am nächsten liegt bzw. an welchen die entstehende Wärme am schnellsten abgegeben wird, in dem flüssigen Medium aufgenommen ist, ist die Wärmeübertragung an das flüssige Medium optimal ausgelegt.
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Weiterhin ist es bei der Einrichtung vorgesehen,
- - dass wenigstens zwei der Verdichter der Verdichteranordnung parallel geschaltet sind, so dass wahlweise einer der beiden Verdichter oder beide Verdichter betreibbar sind und/oder
- - dass wenigstens zwei der Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung parallel geschaltet sind, so dass wahlweise eine der beiden Expansionsvorrichtungen oder beide Expansionsvorrichtungen betreibbar sind und/oder
- - dass wenigstens zwei der Verdichter der Verdichteranordnung in Reihe geschaltet sind und/oder
- - dass wenigstens zwei Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung in Reihe geschaltet sind.
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Durch eine parallele Anordnung von Verdichtern bzw. Expansionsvorrichtungen kann zum einen flexibel auf unterschiedliche Leistungsanforderungen reagiert werden. Bei einer Reihenschaltung ist es unabhängig davon, ob es sich um eine reine Reihenschaltung oder eine Reihenschaltung in Kombination mit einer Parallelschaltung handelt vorteilhaft, dass mit dieser Hohe Drücke aufgebaut bzw. abgebaut werden können. Bei einer Reihenschaltung von Verdichtern bilden die einzelnen Verdichter der Reihe dann jeweils eine Verdichterstufe. Bei einer Reihenschaltung von Expansionsvorrichtungen bilden die einzelnen Expansionsvorrichtungen der Reihe dann jeweils eine Entspannungsstufe.
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Bei der Einrichtung ist es auch vorgesehen,
- - dass entweder alle Verdichter der Verdichteranordnung jeweils in dem wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung oder verteilt auf die wenigstens zwei Behälter der Behälteranordnung angeordnet sind oder dass ein erster Teil der Verdichter in dem wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung oder verteilt auf die wenigstens zwei Behälter der Behälteranordnung angeordnet ist und ein zweiter Teil der Verdichter außerhalb des Behälters bzw. der Behälter der Behälteranordnung angeordnet ist und/oder
- - dass entweder alle Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung jeweils in dem wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung oder verteilt auf die wenigstens zwei Behälter der Behälteranordnung angeordnet sind oder dass ein erster Teil der Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung jeweils in dem wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung oder verteilt auf die wenigstens zwei Behälter der Behälteranordnung angeordnet ist und ein zweiter Teil der Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung jeweils außerhalb des Behälters bzw. der Behälter der Behälteranordnung angeordnet ist und/oder
- - dass entweder alle Verdichter der Verdichteranordnung jeweils in dem wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung oder verteilt auf die wenigstens zwei Behälter der Behälteranordnung angeordnet sind oder dass ein erster Teil der Verdichter der Verdichteranordnung jeweils in dem wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung oder verteilt auf die wenigstens zwei Behälter der Behälteranordnung angeordnet ist und ein zweiter Teil der Verdichter jeweils außerhalb der Behälteranordnung angeordnet ist und/oder
- - dass entweder alle Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung jeweils in dem wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung oder verteilt auf die wenigstens zwei Behälter der Behälteranordnung angeordnet sind oder dass ein erster Teil der Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung jeweils in dem wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung oder verteilt auf die wenigstens zwei Behälter der Behälteranordnung angeordnet ist und ein zweiter Teil der Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung jeweils außerhalb des Behälters bzw. der Behälter Behälteranordnung angeordnet ist.
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Durch eine spezielle Verteilung der Verdichter bzw. der Expansionsvorrichtungen innerhalb und außerhalb wenigstens eines Behälters ist es z.B. auch möglich mit einem oder mehreren Verdichtern einen Raum eines Gebäudes direkt zu erwärmen bzw. mit einer oder mehreren Expansionsvorrichtungen direkt zu kühlen. Bei einer Anordnung von mehreren Verdichtern bzw. Expansionsvorrichtungen in einem Behälter ist es möglich, dem in dem Behälter vorhandenen flüssigen Medium in größerem Umfang Wärme zuzuführen bzw. zu entziehen
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Es ist auch vorgesehen,
- - dass wenigstens einer und insbesondere alle Verdichter der Verdichteranordnung mit hydraulischer Energie betreibbar ist bzw. sind und/oder dass wenigstens einer und insbesondere alle Verdichter der Verdichteranordnung als Kolbenverdichter und insbesondere als Axialkolbenverdichter ausgebildet ist bzw. sind oder
- - dass wenigstens ein und insbesondere alle Verdichter der Verdichteranordnung als hydraulisch-pneumatische Kolben-Zylindereinheit ausgebildet ist bzw. sind, wobei die Kolben-Zylindereinheit insbesondere wenigstens ein Einkammersystem und vorzugsweise mindestens ein Zweikammersystem umfasst.
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Auf diese Weise ist die Einrichtung auch für Energieerzeuger verwendbar, welche hydraulische Energie liefern, ohne dass eine weitere Energieumwandlung vorgenommen werden muss.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass wenigstens eine und insbesondere alle Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung für das gasförmige Medium wenigstens eine Hydraulikpumpe und/oder wenigstens einen Hydraulikmotor antreibt bzw. antreiben und/oder dass wenigstens eine und insbesondere alle Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung für das gasförmige Medium als pneumatisch-hydraulische Zylindereinheit ausgebildet ist bzw. sind, wobei die Kolben-Zylindereinheit insbesondere wenigstens ein Einkammersystem, vorzugsweise aber mindesten ein Zweikammersystem umfasst. Auf diese Weise kann von der Einrichtung auch wieder hydraulische Energie zur Verfügung gestellt werden, um z.B. vor Ort Maschinen mit Hydraulikmotor anzutreiben oder um ein oder mehrere Hydraulikgeneratoren zur Erzeugung elektrischer Energie zu betreiben.
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Es ist vorgesehen, dass wenigstens ein Behälter der Behälteranordnung eine innere Kammer und eine äußere Kammer umfasst, wobei die innere Kammer in der äußeren Kammer angeordnet ist und wobei wenigstens einer der Verdichter der Verdichteranordnung und/oder wenigstens eine der Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung außerhalb der inneren Kammer in der äußeren Kammer angeordnet ist. Hierdurch ist bei optimaler Wärmeübertragung sichergestellt, dass das in der inneren Kammer befindliche flüssige Medium nicht mit der Verdichteranordnung oder der Expansionsanordnung in Verbindung kommt, so dass in der inneren Kammer z.B. Trinkwasser erwärmt bzw. gekühlt werden kann.
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Weiterhin ist es vorgesehen, wenigstens einen Verdichter der Verdichteranordnung und wenigstens eine Expansionsvorrichtung der Expansionsanordnung als kombinierte Maschine auszubilden, wobei die kombinierte Maschine wahlweise als Kompressor oder als Gasexpansionsmotor betreibbar ist. Hierdurch wird der technische Aufwand für die Einrichtung erheblich reduziert, da mittels der kombinierten Maschine bzw. mittel der kombinierten Maschinen sowohl eine Verdichtung als auch eine Entspannung des gasförmigen Mediums erfolgen kann. Sofern die Einrichtung wenigstens zwei kombinierte Maschinen umfasst, ist es auch möglich, zu verdichten und zu entspannen. Dies kann z.B. erwünscht sein, wenn das flüssige Medium eines Behälters z.B. zum Betrieb einer Heizung erwärmt werden soll und wenn das flüssige Medium eines anderen Behälters z.B. zum Betrieb einer Klimaanlage gekühlt werden soll.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erwärmung und/oder Kühlung eines in einer Behälteranordnung mit wenigstens einem Behälter befindlichen flüssigen Mediums sieht vor, dass in wenigstens einem der Behälter für das flüssige Medium wenigstens ein Verdichter einer Verdichteranordnung für ein gasförmiges Medium zur Erwärmung des in dem wenigstens einen Behälter befindlichen flüssigen Mediums betrieben wird und/oder dass in wenigstens einem der Behälter für das flüssige Medium wenigstens eine Expansionsvorrichtung einer Expansionsanordnung für ein gasförmiges Medium zur Kühlung des in dem wenigstens einen Behälter befindlichen flüssigen Mediums betrieben wird. Hierdurch ist keine gesonderte Heizeinrichtung bzw. keine gesonderte Kühleinrichtung erforderlich und es kann auf einen Wärmetauscher und einen zugehörigen Kreislauf zur Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem wenigstens einen Verdichter und/oder der wenigstens einen Expansionsvorrichtung und dem flüssigen Medium in der Behälteranordnung verzichtet werden, so dass die Einrichtung technisch vereinfacht und damit günstiger herstellbar ist und auch in der Wartung vereinfacht ist. Weiterhin ist der Wirkungsgrad optimiert, da das Verfahren einen direkten Wärmeübergang vorsieht und so kein zwischengeschaltetes Wärmetauschersystem zum Einsatz kommt, in welchem Wärmeverluste auftreten.
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Es ist vorgesehen, dass von wenigstens einem der Verdichter erzeugte Wärme durch freie Konvektion an das flüssige Medium und/oder an das gasförmige Medium übertragen wird und/oder dass von der Expansionsvorrichtung erzeugte Kälte durch freie Konvektion an das flüssige Medium und/oder an das gasförmige Medium übertragen wird. Hierdurch kann auf weitere technische Komponenten, welche das flüssige Medium bewegen, verzichtet werden.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass zur Regulierung einer Heizleistung des wenigstens einen Verdichters eine Verdichtungsleistung des wenigstens einen Verdichters angepasst wird und/oder dass zur Regulierung einer Kühlleistung der wenigstens einen Expansionsvorrichtung eine Entspannungsleistung der wenigstens einen Expansionsvorrichtung angepasst wird. Hierdurch ist es möglich, individuelle auf einen Wärme- oder Kältebedarf zu reagieren, wobei Energie zum Betrieb des wenigstens einen Verdichters dann bei Bedarf aus dem öffentlichen Netz entnommen wird.
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Schließlich ist es vorgesehen, dass wenigstens einer der Verdichter der Verdichteranordnung und wenigstens eine der Expansionsvorrichtungen der Expansionsanordnung als kombinierte Maschine ausgebildet ist, wobei die kombinierte Maschine wahlweise als Kompressor oder als Gasexpansionsmotor betrieben wird. Durch einen derartigen Betrieb wird der technische Aufwand erheblich reduziert, da mittels der kombinierten Maschine bzw. mittel der kombinierten Maschinen sowohl eine Verdichtung als auch eine Entspannung des gasförmigen Mediums erfolgen kann. Sofern verfahrensgemäß wenigstens zwei kombinierte Maschinen umfasst, ist es auch möglich, gleichzeitig zu verdichten und zu entspannen. Dies kann z.B. erwünscht sein, wenn das flüssige Medium eines Behälters z.B. zum Betrieb einer Heizung erwärmt werden soll und wenn das flüssige Medium eines anderen Behälters z.B. zum Betrieb einer Klimaanlage gekühlt werden soll.
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Im Sinne der Erfindung wird unter einem gasförmigen Medium beispielsweise ein Medium wie Luft oder Stickstoff verstanden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei zeigt:
- 1: eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
- 2: eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrichtung und
- 3: eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
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In der 1 ist eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1a zur Erwärmung und/oder Kühlung eines flüssigen Mediums FM in schematischer Ansicht gezeigt.
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Die Einrichtung 1a umfasst eine Verdichteranordnung 101 für ein gasförmiges Medium GM, welche einen ersten Verdichter 102 und in einer optionalen Ausbaustufe zusätzlich einen zweiten Verdichter 103 umfasst. Weiterhin umfasst die Einrichtung 1a eine Expansionsanordnung 201 für das gasförmige Medium GM, welche eine erste Expansionsvorrichtung 202 und in einer optionalen Ausbaustufe zusätzlich eine zweite Expansionsvorrichtung 203 umfasst. Schließlich umfasst die Einrichtung noch eine Behälteranordnung 301 für das flüssige Medium FM, welche einen ersten Behälter 302 und einen zweiten Behälter 303 umfasst. Hierbei ist der erste Verdichter 102 der Verdichteranordnung 101 komplett innerhalb des ersten Behälters 302 der Behälteranordnung 301 angeordnet und komplett in das in dem ersten Behälter 302 befindliche flüssige Medium FM eingetaucht und hierbei ist die erste Expansionsvorrichtung 202 der Expansionsanordnung 201 komplett innerhalb des zweiten Behälters 303 der Behälteranordnung 301 angeordnet und komplett in das in dem zweiten Behälter 302 befindliche flüssige Medium FM eingetaucht.
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Elektromotoren 102a und 103a der Verdichter 102 und 103 sind über elektrische Leitungen 102b und 103b an elektrische Energiequellen 151 angeschlossen. Diese sind z.B. als Photovoltaikanlage 152 oder als Windkraftanlage 153 oder als öffentliches Stromnetz 154 oder als elektrische Energie produzierende Wasserkraftanlagen ausgebildet. Über Druckluftleitungen 102c, 103c saugen die Verdichter 102 und 103 im Betrieb das gasförmige Medium GM an, verdichten das gasförmige Medium GM und fördern das komprimierte gasförmige Medium GM in einen Druckspeicher 402 einer Druckspeicheranordnung 401. Bei der Verdichtung des gasförmigen Mediums GM mit dem Verdichter 102 bzw. dem Verdichter 103 entsteht Wärme. Die von dem Verdichter 102 erzeugte Wärme wird durch Konvektion an das flüssige Medium FM abgegeben, welches sich in dem Behälter 302 befindet. Somit wird durch den Betrieb des Verdichters 102 das flüssige Medium FM erwärmt. Hierbei kann die Wärmemenge, welche vom den Verdichter 102 an das in dem Behälter 302 befindliche flüssige Medium FM abgegeben wird, durch die Leistung, mit welcher der Verdichter 102 betrieben wird, geregelt werden. Sofern z.B. nur ein geringer oder kein Wärmeeintrag in das flüssige Medium FM gewünscht ist und trotzdem eine Speicherung von Energie in dem Druckspeicher 402 erfolgen soll, wird - sofern vorhanden vorrangig oder ausschließlich der zweite Verdichter 103 zur Verdichtung des gasförmigen Mediums GM verwendet und so ein Wärmeeintrag in das flüssige Medium FM reduziert oder vollständig unterbunden. Bei dem zweiten Verdichter 103 erfolgt eine Wärmeabfuhr z.B. an eine Umgebungsluft UG. Das flüssige Medium FM wird z.B. als Brauchwasser für eine nicht näher dargestellte Gebäudeheizung oder als industrielles Prozesswasser verwendet. Bei einer entsprechenden Kapselung des Verdichters 102 ist es auch vorgesehen, dass das flüssige Medium FM als Trinkwasser Verwendung findet. Sofern Brauchwasser und Trinkwasser erwärmt werden soll, ist es vorgesehen, die Einrichtung mit einem dritten Verdichter und einem dritten Behälter auszustatten, in welchem der dritte Verdichter derart aufgenommen ist, dass dieser komplett in das in dem jeweiligen Behälter befindliche flüssige Medium FM eingetaucht ist. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann es auch vorgesehen sein, dass dieser nur teilweise in das flüssige Medium eingetaucht ist. Im Ausführungsbeispiel ist das flüssige Medium FM des zweiten Behälters dann als Brauchwasser vorgesehen und hierbei ist das flüssige Medium FM des dritten Behälters dann als Trinkwasser vorgesehen. Der dritte Verdichter ist bei einer derartigen Ausbaustufe der Einrichtung dann parallel zu den anderen beiden Verdichtern angeordnet oder in Reihe mit dem ersten Verdichter oder in Reihe mit dem zweiten Verdichter angeordnet. Sofern Bedarf besteht, das flüssige Medium zu erhitzen und eine angeschlossene, alternative Energiequelle wie die Photovoltaikanlage oder der Windkraftanlage keine Energie liefert, kann zum Betrieb des bzw. der Verdichter auch Energie aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen werden, welche dann in anderer Form zum größten Teil in dem Druckluftspeicher gespeichert wird.
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Die Expansionsvorrichtungen 202 und 203 sind mit ihren Generatoren 202a, 203a über elektrische Leitungen 202b und 203b an Energieabnehmer 161 angeschlossen. Diese sind z.B. als Haushaltsgeräte 162 oder als Elektrofahrzeuge 163 oder als öffentliches Stromnetz 164 ausgebildet. Die Energiequelle 151 und der Energieabnehmer 161 können identisch sein und z.B. durch dasselbe öffentliche Stromnetz gebildet sein. Über Druckluftleitungen 202c, 203c wird den Expansionsvorrichtungen 202 und 203 im Betrieb das gasförmige Medium GM aus dem Druckspeicher 402 zugeführt. Von den Expansionsvorrichtungen 202 und 203 wird das gasförmige Medium GM dann entspannt und in die Umgebungsluft UG abgegeben. Bei der Entspannung des gasförmigen Mediums GM mit der Expansionsvorrichtung 202 bzw. 203 wird nicht nur mittels der Generatoren 202a bzw. 203a Strom erzeugt, sondern wird auch Kälte erzeugt. Die von der Expansionsvorrichtung 302 erzeugte Kälte wird durch Konvektion an das flüssige Medium FM abgegeben, welches sich in dem zweiten Behälter 303 befindet. Somit wird durch den Betrieb der Expansionsvorrichtung 302 das flüssige Medium FM gekühlt. Hierbei kann die Kältemenge, welche vom der Expansionsvorrichtung 202 an das in dem Behälter 303 befindliche flüssige Medium FM abgegeben wird, durch die Leistung, mit welcher die Expansionsvorrichtung 302 betrieben wird, geregelt werden. Sofern z.B. nur ein geringer oder kein Kälteeintrag in das flüssige Medium FM gewünscht ist und trotzdem eine Stromerzeugung mittels des Druckgasspeichers 402 erfolgen soll, wird vorrangig oder ausschließlich die zweite Expansionsvorrichtung 303 zur Entspannung des gasförmigen Mediums GM verwendet und so ein Kälteeintrag in das flüssige Medium FM reduziert oder vollständig unterbunden. Bei der zweiten Expansionsvorrichtung 203 erfolgt eine Kälteabfuhr z.B. an die Umgebungsluft UG. Das flüssige Medium FM wird z.B. als Brauchwasser für eine nicht näher dargestellte Gebäudekühlung verwendet. Bei einer entsprechenden Kapselung der Expansionsvorrichtung 202 ist es auch vorgesehen, dass das flüssige Medium FM als Trinkwasser Verwendung findet. Sofern Brauchwasser und Trinkwasser gekühlt werden sollen, ist es vorgesehen, die Einrichtung mit einer dritten Expansionsvorrichtung und einem weiteren Behälter auszustatten, in welchem die dritte Expansionsvorrichtung derart aufgenommen ist, dass dieser komplett in das in dem jeweiligen Behälter befindliche flüssige Medium FM eingetaucht ist. Hierbei ist das flüssige Medium FM des einen Behälters dann als Brauchwasser vorgehen und hierbei ist das flüssige Medium FM des weiteren Behälters dann als Trinkwasser vorgesehen. Die weitere Expansionsvorrichtung ist bei einer derartigen Ausbaustufe der Einrichtung dann parallel zu den anderen beiden Expansionsvorrichtungen angeordnet oder in Reihe mit der ersten Expansionsvorrichtung oder in Reihe mit der zweiten Expansionsvorrichtung angeordnet. Sofern das flüssige Medium nicht gekühlt werden soll, aber Energie für einen angeschlossenen Energieverbraucher erzeugt werden muss, kann die zweite Expansionsvorrichtung mit dem Druckluftspeicher betrieben werden.
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In der 2 ist eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1b dargestellt. Grundsätzlich trifft die vorstehende Beschreibung zu der in der 1 gezeigten ersten Ausführungsvariante der Einrichtung 1a auch auf die in der 2 gezeigte zweite Ausführungsvariante der Einrichtung 1b zu. Im Unterschied zu dieser sind der erste Verdichter 102 und die erste Expansionsvorrichtung 202 jedoch jeweils nicht in einem eigenen Behälter angeordnet, sondern umfasst die Behälteranordnung 301 einen großen Behälter 304, in welchem sowohl der erste Verdichter 102 als auch die erste Expansionsvorrichtung 202 aufgenommen sind. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist es auch vorgesehen wenigstens einen zweiten Verdichter und/oder wenigstens eine zweite Expansionsvorrichtung aufzunehmen.
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In der 3 ist eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1c dargestellt. Grundsätzlich trifft die vorstehende Beschreibung zu der in der 2 gezeigten zweiten Ausführungsvariante der Einrichtung 1b, welche auch Bezug auf die Beschreibung der ersten Ausführungsvariante der Einrichtung 1a nimmt, auch auf die in der 3 gezeigte dritte Ausführungsvariante der Einrichtung 1c zu. Im Unterschied zu der in der 2 gezeigten zweiten Ausführungsvariante der Einrichtung 1b umfasst die Behälteranordnung 301 bei der dritten Ausführungsvariante der Einrichtung 1c, welche in der 3 gezeigt ist, neben dem großen Behälter 304 einen kleinen Behälter 305. Der kleine Behälter 305 ist in dem großen Behälter 304 aufgenommen und nimmt ein getrennt von dem Flüssigen Medium FM des großen Behälters 304 zirkulierendes flüssiges Medium FM auf. Sowohl der erste Verdichter 102 als auch die erste Expansionsvorrichtung 202 sind außerhalb des kleinen Behälters 305 in dem großen Behälter 304 der Behälteranordnung 301 aufgenommen. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist es auch vorgesehen, außerhalb des kleinen Behälters in dem großen Behälter wenigstens einen zweiten Verdichter und/oder wenigstens eine zweite Expansionsvorrichtung aufzunehmen. Wie in der 3 durch die schematisch dargestellten Anschlüsse des kleinen Behälters 305 angedeutet, kann dieser auch als Durchlaufwärmetauscher Verwendung finden, mit welchem beispielsweise den kleinen Behälter 305 durchströmendes Trinkwasser oder Brauchwasser erwärmt oder gekühlt wird.
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Hinsichtlich des Verfahrens zur Erwärmung und/oder Kühlung eines in der Behälteranordnung mit wenigstens einem Behälter befindlichen flüssigen Mediums ist es vorgesehen, dass ein Betrieb der Einrichtung zur Erwärmung und/oder Kühlung des flüssigen Mediums derart erfolgt, dass ein Laden der Druckspeicheranordnung über wenigstens einen in einem Behälter der Behälteranordnung angeordneten Verdichter der Verdichteranordnung immer dann erfolgt, wenn in einem an den wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung der Einrichtung angeschlossenen Heizsystem Wärme benötigt wird und/oder dass ein Entladen der Druckspeicheranordnung über wenigstens eine in einem Behälter der Behälteranordnung angeordnete Expansionsvorrichtung der Expansionsanordnung immer dann erfolgt, wenn in einem an den wenigstens einen Behälter der Behälteranordnung der Einrichtung angeschlossenen Kühlsystem Kälte benötigt wird. oder wenn aus dem gespeicherten Druckgas erzeugte elektrische Energie oder wenn Kälte und aus dem gespeicherten Druckgas erzeugte elektrische Energie benötigt wird.
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Es ist vorgesehen, dass der oder die Druckspeicher der Druckspeicheranordnung für Drücke bis 250 bar und insbesondere bis zu 350 bar und vorzugsweise bis zu 500 bar ausgelegt sind.
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Weiterhin ist es auch vorgesehen, die beschriebenen Ausführungsvarianten in beliebiger Art zu kombinieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1a
- erste Ausführungsvariante der Einrichtung
- 1b
- zweite Ausführungsvariante der Einrichtung
- 1c
- dritte Ausführungsvariante der Einrichtung
- 101
- Verdichteranordnung
- 102
- erster Verdichter
- 102a
- Elektromotor von 102
- 102b
- elektrische Leitung zu 102a
- 102c
- Druckluftleitung zu 102
- 103
- zweiter Verdichter 103
- 103a
- Elektromotor von 103
- 103b
- elektrische Leitung zu 103a
- 103c
- Druckluftleitung zu 103
- 151
- elektrische Energiequellen
- 152
- Photovoltaikanlage
- 153
- Windkraftanlage
- 154
- öffentliches Stromnetz
- 161
- Energieabnehmer
- 162
- Haushaltsgerät
- 163
- Elektrofahrzeug
- 164
- öffentliches Stromnetz
- 201
- Expansionsanordnung
- 202
- erste Expansionsvorrichtung
- 202a
- Generator von 202
- 202b
- elektrische Leitung zu 202a
- 202c
- Druckluftleitung zu 202
- 203
- zweite Expansionsvorrichtung
- 203a
- Generator von 203
- 203b
- elektrische Leitung zu 203a
- 203c
- Druckluftleitung zu 203
- 301
- Behälteranordnung
- 302
- Behälter
- 303
- Behälter
- 304
- großer Behälter
- 305
- kleiner Behälter
- 401
- Druckspeicheranordnung
- 402
- Druckspeicher
- FM
- flüssiges Medium
- GM
- gasförmiges Medium
- UG
- Umgebungsluft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012212545 A1 [0002]
