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Wärmespeicher mit Berieselungsvorrichtung für feste Wärmeaufnahmekörper.
Es sind Wärmespeicher bekannt, die mit festen, zur Aufspeicherung der Wärme geeigneten
Stoffen, wie Eisenschrot, Eisenteile oder Steinen, gefüllt sind, die von dem hindurchstreichenden,
-gesättigten oder überhitzten Dampf bis auf die Dampftemperatur erwärmt werden,
um dann wieder ihre Wärme an hindurchstreichenden Dampf niedrigerer Temperatur abzugeben.
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Die Erfindung will die Aufgabe lösen, mit Hilfe derartiger Wärmespeicher
während der Entladezeit Dampf von beliebiger, also regelbarer Spannung mit oder
ohne Überhitzung zu liefern. Dieser Erfolg wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß die Wärmeaufnahmekörper in dem Speicher in Gestalt mehrerer gegen Wärmeleitung
isolierter Stapel oder Pakete angeordnet werden, wobei in den einzelnen Paketen
Leitbleche angeordnet sind, um das zur Dampferzeugung auf das Paket herabrieseInde
Wasser aufzufangen und weiter mit Hilfe von in den Zwischenräumen zwischen den Paketen
vorgesehenen Klappen in weitere Pakete zu leiten, wobei zweckmäßig für jedes Paket
eine besondere Wasserzuleitung vorgesehen ist. Dadurch ist es möglich, kleine und
große Wassermengen zur Verdampfung zu bringen und dadurch die Dampfspannung in weiten
Grenzen zu regeln; aber auch die Überhitzungstemperatur ist regelbar dadurch, daß
der in einem Paket erzeugte Dampf vor seiner Entnahme von einem oder mehreren Paketen,
die dann nicht mit Wasser berieselt werden, überhitzt wird.
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Das beispielsweise auf das, erste Paket herabrieselnde Wasser wird
entsprechend der Temperatur dieses Pakets zunächst in Dampf verwandelt und kann,
je nachdem der Dampf sofort hinter diesem Paket oder erst hinter einem oder mehreren
weiteren Paketen entnommen
wird, auf beliebige Temperatur gebracht
werden, deren Höchstgrenze durch die vorhergehende Erwärmung der Pakete bestimmt
ist. Die Temperatur des ersten Pakets sinkt hierbei allmählich, bis eine Verdampfung
des herabrieselnden Wassers nicht mehr möglich ist. Dann wird das Wasser durch die
in dem Paket angeordneten Leitbleche aufgefangen und mit Hilfe von in den Zwischenräumen
zwischen den Paketen vorgesehenen Klappen in das folgende Paket geleitet, das noch
die zur Verdampfung des Wassers erforderliche Temperatur aufweist, so daß dann das
erste Paket lediglich die Vorwärrnung des aufrieselnden, zu verdampfenden Wassers
bewirkt, während die Verdampfung in dem zweiten oder einem folgenden Paket erfolgt.
Dadurch wird erreicht, daß die in den einzelnen Paketen aufgespeicherte Wärme bis
weit unter die Verdampfungstemperatur ausgenutzt wird; infolgedessen kann an Masse
des Wärmeträgers erheblich gespart werden.
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Die Unterteilung eines Wärmespeichers in einzelne Abteilungen ist
allerdings bereits für solche Wärmespeicher bekannt geworden., welche als wärmeaufnehmendes
Hilfsmittel Wasser benutzen. Da hier bei der Entladung der Dampf sich aus dem Speicherwasser
entsprechend der in dem System auftretenden Druckabsenkung entwickelt, ist naturgemäß
eine Regelung der Spannung und Temperatur des erzeugten Dampfes, wie im vorliegenden
Falle, nicht möglich. , Die Zeichnung veranschaulicht in Abb. i eineAusführungsformder
Erfindung ; Abb. z zeigt einen Teil davon in vergrößer. tem Maßstabe.
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Der hier dargestellte Wärmespeicher nach der Erfindung besteht aus
einem walzenkesselartigen Behälter a aus Metall, der vollkommen dampfdicht, genügend
druckfest und gegen Wärmeverluste durch Strahlung- ausreichend isoliert ist. In
diesem Behälter a ist eine Mehrzahl von Aufbauten oder Stapeln b vorgesehen, die'
sich aus gut wärmeleitenden:, festen Körpern zusammensetzen, derart,- daß zwischen
diesen Körpern genügend Raum für den Umlauf von Gasen bzw. Wasser vorhanden ist.
Die einzelnen Stapel b sind voneinander durch Zwischenräume -c getrennt. In Abb.
2 ist der Aufbau eines solchen Stapels b in vergrößertem Maßstabe beispielsweise
angedeutet. Die Unterlage bildet eine Bußeiserne Platte d, die durch Sattelstücke
dl mit Wasserdurchlaßöffnungen gestützt und wagerecht oder leicht nach einer Seite
geneigt ist. Auf dieser Platted, die gegebenenfalls noch mit einer hitzebeständigen
Isolierschicht aus Asbest, Klingerit o. dgl: abgedeckt sein kann, liegt zunächst
eine Lage von Wärmeaufnahmekörpern, z. $. T-Eisen e. und auf diese gestülpte U-Eisen
f ; in die Zwischenräume zwischen beiden können noch Flacheisen g eingelegt werden.
Diese Lage ist abgedeckt durch Flacheisen, die dem Wasser einen wagerechten Weg
frei lassen und als Verband den Aufbauten eine größere Festigkeit geben. In entsprechenden
Abständen tritt an Stelle der Flacheisenlage ein Leitblech h auf, auf dem sich dann
- wieder eine gleiche Lage von Wärmeaufnahmekörpern e, f, g aufbaut
usw. In dem oberen Teil der Stapel fallen die Leitbleche h fort, wie Abb. i erkennen
.läßt; dort liegen die einzelnen Lagen der Wärmeaufnahmekörper unmittelbar übereinander.
Die Gestalt dieser Körper ist natürlich beliebig; z. B, können auch starkwandige
Rohre a benutzt werden.
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Die Leitbleche k haben nach Abb. i an der einen Stapelseite einen
aufwärts gehenden, an der entgegengesetzten Stapelseite einen abwärts gerichteten
Rand. In den Zwischenräumen c zwischen den Stapeln oder Aufbauten sind Klappen i
drehbar angeordnet. Bei h und L sind Dampfein- und -auslasse ängedeutet.
Mit dem Behälter a ist durch eine durch Ventil absperrbare Leitung in ein Sammelbehälter..n
für Kondenswasser verbunden, der seinerseits durch; eine Leitung o mit Pumpe p mit
einem zweiten hochgelegenen Behälter g in Verbindung steht, aus deni das Wasser
durch die Leitung Y mit selbsttätigem Abschlußventil s und die Anschlüsse bzw. Ventile
t, t1, t2 . . . wieder in den Behälter a,
und zwar auf die erhitzten
Stapel b, geführt werden kann. Die beiden Wasserbehälter n und q stehen mit dem
Speicher a noch durch Druckausgleichleitungen ta in Verbindung, die obere
Leitung ist absperrbar. Bei v ist ein Wassereinlaß und bei tv ein Sicherheitsventil
angedeutet.
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Die Wirkungsweise ist die folgende: Der- Dampf, dessen- Wärme aufzuspeichern
ist, tritt bei h bzw. bei L in den Speicher a und durchströmt die
einzelnen Stapel von Wärmeaufnahmekörpern, an -denen er kondensiert, indem er sie
erwärmt. Das Kondenswasser tropft an den Wärmeaufnahmekörpern herab auf die Leitbleche
k und fließt von diesen über den abwärts geneigten tRand herab, Die Klappen! sind
jetzt, wie links dargestellt, mit ihrer Oberkante nach links eingestellt, so daß
sie das von den Leitblechenherabrieselnde Wasser nicht behindern. Das Wasser sammelt
sich unten in dem Speicher a, und der Druck steigt allmählich; das Wasser fließt
in den Sammelbehälter n und wird aus- diesem durch die Pumpe p in den Behälter q
gefördert, zweckmäßig nach Maßgabe des im Speicher a steigenden Druckes, dergestalt,
daß derDruck im Speicher stets etwas (z. B. i/@ bis- i Atm.) unter (lern Kesseldruck
gehalten wird.
Sind sämtliche Wärmeaufnahrnekörper auf die mögliche
Höchsttemperatur gebracht, so daß also der zugeführte Dampf nicht mehr kondensiert
werden kann, so ist der Speicher aufgeladen.
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Um die aufgespeicherte Wärme wieder in Dampfform auszunutzen, wird
Wasser aus dem Behälter q durch die Leitung r und die Ventile t, 1i, t@
... in den Speicher eingelassen. Das Wasser rieselt auf die einzelnen hocherhitzten
Pakete oder Stapel b und verwandelt sich in Dampf, der durch die Anschlüsse h und
L zur beliebigen Verwendung abgeleitet werden kann.
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Um den Druck im Speicher a bei dieser Dampfentwicklung nicht zu hoch
steigen zu lassen, kann die Leitung r durch das selbsttätige, schnellwirkende Abschlußventil
s abgesperrt werden, das von einem Kolben Cesteuert wird, der einerseits durch den
Dampfdruck im Speicher, anderseits durch eine einstellbare Feder belastet ist.
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Die Menge des hierbei erzeugten Dampfes kann dadurch geregelt werden,
daß je nach Bedarf eines oder mehrere Ventile t, il ... geöffnet werden, derart,
daß also nur ein Paket oder deren mehrere gleichzeitig berieselt werden.
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Hierbei werden die Klappen i nach rechts umgestellt, wie in Abb. r
auf der rechten Seite angedeutet; das hat folgende Wirkung: Wird z. B. nur das erste
Paket durch Öffnen des Ventils b berieselt, so gelangt bei allmählicher Temperaturabnahme
des oberen Teiles des Pakets das eingeführte Nasser auf das Leitblech li und fließt
über dessen abwärts gerichteten Rand und die entsprechend eingestellte Klappe i
in das nächste Paket usw., so daß bei den folgenden Paketen oder Stapeln b in diesem
Falle zuerst der untere 'feil ausgenutzt wird. Infolge der guten Leitfälligkeit
der Wärmeaufnahmekörper findet innerhalb der Pakete ein Wärmeausgleich statt, so
daß auch die nicht berieselten Teile der Pakete an der Dampfentwicklung mitwirken.
Der in dem ersten Paket entwickelte Dampf kann entweder als gesättigter Dampf sofort
hinter diesem Paket entnommen werden, oder er durchstreicht je nach Bedarf ein oder
mehrere der weiteren Pakete, wodurch er in regelbarer Weise überhitzt wird.
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Ist das erste Paket ausgenutzt, wird das Ventil t geschlossen und
das Ventil t, geöffnet, so daß nunmehr das zweite Paket von oben berieselt wird
usw.
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Ist der Behälter q entleert oder ist die Temperatur der Pakete b zu
weit gesunken, um das aus diesem Behälter zugeführte heiße Wasser verdampfen zu
können, so kann durch den Anschluß r1 der Leitung r kälteres Wasser, z. B. von der
Kesselspeisepumpe aus, zugeführt werden.
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Soll die aufgespeicherte Wärme zur Erzeugung von heißem Wasser verwendet
werden, so wird Wasser durch den Anschluß v in den Speicher eingeführt, so daß es
die Pakete von unten her überflutet. Hierbei findet allerdings auch eine gewisse
Dampfentwicklung statt; aber wenn die Zuführung des kalten Wassers von vornherein
in großer Menge erfolgt, so kann dann an beliebiger Stelle am Boden des Speichers
erhitztes Wasser abgezogen werden. Der Sammelbehältern ist dann natürlich durch
das in der Leitung m liegende Ventil abgesperrt; die punktiert angedeutete Leitung
m: kann als Überlauf dienen.
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Soll die Wärme aus den Rauchgasen eines industriellen Ofens oder einer
Feuerung aufgespeichert werden, so sind an dem Speicher a. Rohrstutzen zum Durchführen
der Rauchgase anzubauen. Wird die aufgespeicherte Wärme zur Dampferzeugung benutzt,
so empfiehlt es sich, sofort nach beendetem Aufladen des Speichers etwas Wasser
auf die Pakete b rieseln zu lassen, um durch den erzeugten Dampf den Rest der Rauchgase
aus dem Speicher zu treiben und ihn danach auf Druck zu bringen.
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Selbstverständlich kann die aufgespeicherte Wärme auch zur Erhitzung
von Luft oder anderen Gasen benutzt werden, wobei dann die Wärmeaufnahmekörper durch
geeignete überzüge geschützt werden können.
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Die Pakete b dürfen die Behälterwandung nicht berühren, einerseits
um einen Wärmeaustausch durch Berührung zu verhindern und anderseits um genügend
Raum zur Ausdehnun- unter dem Einfluß der Erwärmung zu haben.