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Wärmespeicher mit einer Speicherfüllung aus einer stark absorbierenden
Flüssigkeit Die Erfindung bezieht sich auf Wärmespeicher, bei denen stark absorbierende
Flüssigkeiten, z. B. hochkonzentrierte Lösungen, zur Aufspeicherung der Wärme verwendet
werden, deren Siedepunkt beträchtlich höher liegt als der der zur Ladung des Speichers
dienenden Flüssigkeit.
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Es sind solche Speicher bekannt, bei denen das Lademittel durch in
der Speicherflüssigkeit liegende Rohrschlangen o. dgl. hindurchgeführt wird und
durch diese der Speicherflüssigkeit die Wärme mitteilt.
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Demgegenüber besteht die Erfindung in einem Wärmespeicher, bei dem
die Ladung durch unmittelbare Einleitung des Lademittels in die Speicherflüssigkeit
(Absorption) erfolgt, wobei die Entladung vorzugsweise durch Ausdampfen durch Druckverminderung
bewirkt wird.
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Es ist wohl schon vorgeschlagen worden, zur Nutzbarmachung der Wärme
des abgehenden Maschinendampfes diesen. durch Absorption in einem Natrondampfkessel
Dampf erzeugen zu lassen, doch hatte dieser Vorschlag nichts mit der Wärmespeicherung,
die den Gegenstand der Erfindung bildet, zu tun.
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Die Vorteile des Wärmespeichers gemäß der Erfindung hinsichtlich Wirtschaftlichkeit,
Anwendungsmöglichkeit usw. zeigen sich besonders bei einer Ausführungsform, bei
der die Ladung gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten sowohl unmittelbar durch
Einleitung des Lademittels in die Speicherflüssigkeit als auch mittelbar durch eine
mit dem Speicher zusammenwirkende Wärmeaustauschvorrichtung, die bei der Entladung
als Dampferzeuger o. dgl. dienen kann, erfolgt und die Entladung gleichzeitig oder
zu verschiedenen Zeiten sowohl durch Druckerniedrigung im Speicher als auch durch
Wärme entzug in der Austauschvorrichtung vor sich geht.
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Als Speicherflüssigkeit werden -stark konzentrierte Lösungen verwendet,
die einerseits bei erheblich höheren Temperaturen sieden, als dem Siedepunkt der
Flüssigkeit (z. B. Wasser) entspricht, deren Dämpfe (Wasserdampf) behufs Speicherung
der Verdampfungswärme niedergeschlagen werden sollen (was im folgenden kurz als
Siedeverzug bezeichnet werden soll), und anderseits fähig sind, solche Dämpfe in
erheblichem Maße zu absorbieren, d. h. zu schlucken und zu kondensieren. Solche
Flüssigkeiten sind z. B. hochkonzentrierte Chlorcalciumlösungen o. dgl., -die gegebenenfalls
durch Kristallüberschuß. oder Zufuhr von zu lösendem Stoff, bei Verdünnung der Lösung
infolge Mischens mit Dampf in der Konzentration erhalten werden, wie sie der Kristallisationsgrenzkurve
entspricht. Sie wirken infolge ihrer großen Hygroskopizität, so daß Wasser- o. dgl.
Dämpfe
in erheblichem Maße aufgenommen werden können. Es könnten aber auch Polyalkohole
o. dgl. als Speicherflüssigkeit verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung so getroffen, daß der Speicher
einerseits mit Dampf verschiedener Spannung führenden Leitungen zusammenwirkt, so
dä.ß er je nach dem Drucke, unter welchem: er steht, mit höher oder niedriger gespanntem
Dampf unmittelbar geladen werden kann, jedoch immer bei höherem Druck, als dem jeweiligen
Speicherdruck entspricht, und andererseits mit einer Wärmeaustauschvorrichtung zusammenwirkt,
die durch Wärmeaustausch mit der Speicherflüssigkeit zu einer mittelbaren Ladung
des Speichers führt, indem das durch die Wärmeaustauschvorrichtung strömende Mittel
(Flüssigkeit oder Dampf) die Wärme an den Speicherinhalt überträgt. Hierbei ist
immer höhere Temperatur nötig, als eben im Speicher herrscht.
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Ein solcher Speicher kann auf verschiedene Weise entladen werden.
Die Entladung kann durch ein durch Druckentlastung hervorgerufenes Ausdampfen der
Speicherflüssigkeit auf Kosten der Flüssigkeitswärme bewirkt werden, das je nach
dem im Speicher herrschenden Drucke nach einer Hochdruck-, Mitteldruck- oder Niederdruckleitung
zu erfolgen kann, und zwar so lange, als Dampfbildung eintritt, wobei diese Leitungen
gegebenenfalls nacheinander in dem Maße, als der Speicherdruck fällt, an den Speicher
angeschlossen werden können. Ist durch Druckentlastung die Dampfbildung beendet,
so kann der Speicher auf Kosten der Wärme des Siedeverzuges dadurch weiter .entladen
werden, daß die Wärmeaustauschvorrichtung als Dampfkessel betrieben wird, wobei
diese Entladung gegebenenfalls auch gleichzeitig mit der Entladung durch Druckentlastung
erfolgen kann. Die Speicherfähigkeit ist ungefähr .doppelt so hoch wie die eines
gewöhnlichen Speichers.
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Die Entladung kann aber auch, insbesondere wenn im Speicher ein hoher
Druck herrscht, zuerst zur Erzeugung hochgespannten Dampfes innerhalb der Wärmeaustausrhvorrichtung
dienen und nachher durch Ausdampfen zur Erzeugung niedriger gespannten Dampfes usf.,
wobei für die Erzeugung von Dampf hocherhitztes Wasser in die Wärmeaustauschvo.rrichtung
eingeführt oder eingespritzt werden kann. Der Dampf kann mit einer Hochspannung
entnommen werden, die nahezu der erhöhten Siedepunktstempieratur des Speicherinhalts
entspricht.
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Es kann ,also von zwei Quellen gleichzeitig geladen und nach zwei
Stufen gleichzeitig entladen werden. Unter Umständen kann auch. höher gespannter
Dampf abgegeben werden, als der vorhandenen Kesselanlage entspricht. In diesem Falle
arbeitet der Speicher bei fallendem Druck ohne veränderten Flüssigkeitsspiegel.
Er kann dann nur durch Erwärmen von außen nachgeladen werden, wobei auch der Druck
wiederhergestellt wird. Seine Speicherfähigkeit entspricht nähezu dem Gefälle des
Siedeverzuges.
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Im letzterwähnten Falle kann bei plötzlichem Kraftbedarf, für den
man den Kessel nicht in Anspruch nehmen kann, der Speicher einerseits Dampf liefern,
anderseits den gelieferten Dampf nach der Kraftabgabe sogleich wieder absorbieren
und bei steigendem Flüssigkeitsspiegel speichern, wobei nicht die Flüssigkeitswärme,
sondern die Absorptionswärme (Kondensationswärme) den Kraftdampf liefert. Nach Erreichung
des höchsten Spiegels muß. jedoch der Vorgang wieder rückläufig gemacht und der
Wasserspiegel unter Wärmezufuhr gesenkt werden.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch veranschaulicht.
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Abb. i zeigt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung in Anlehnung
an einen Ruths-Speicher.
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i ist der Speicher, der eine hochkonzentrierte Lösung, z. B. eine
Chlorcalciumlösung, enthält, zweckmäßig in einer solchen Konzentration, daß noch
ein Kristallüberschuß 2 i oder ein überschuß an zu lösendem Stoff vorhanden ist.
Derselbe kann auch außerhalb des Raumes i getankt sein. Mit dem Speicher ist eine
z. B. nach Art eines Röhrenkessels ausgebildete Wärmeaustauschvorrichtung 2 zusammengebaut,
die einerseits an eine Speise- oder Einspritzpumpe 3 und anderseits an einen Dampfsammler
q. angeschlossen ist. Zur Ladung des Speichers dienen Dampf verschiedener Spannung
führende Leitungen 5, 6, 7, aus welchen der Speicher je nach dem Drucke, welcher
im Speicher herrscht, geladen werden kann. Die Leitung 5 ist z. B. eine an eine
Kesselanlage angeschlossene Hochdruckleitung, die Leitung 6 eine Mitteldruckleitung
und die Leitung 7 eine Niederdruckleitung. Beim Laden durch diese Leitungen steigt
der Druck im Speicher und infolge der Dampfkondensation auch der Flüssigkeitsspiegel
in demselben. Erreicht der Speicher den Druck der Niederdruckleitung 7, so erfolgt
die weitere Ladung des Speichers durch die Mitteldruckleitung 6; erreicht der Druck
im Speicher auch den Druck in der Mitteldruckleitung 6, so erfolgt die Ladung durch
die Hochdruckleitung 5.
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Die Ladung des Speichers kann aber auch durch Wärmeaustausch mit Hilfe
der Vorrichtung
2 erfolgen, durch welche warme Flüssigkeit (Speisewasser)
oder Dampf von entsprechender Temperatur von irgendeiner der vorhandenen Quellen
geleitet wird.
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20 ist ein Flüssigkeitsstandanzeiger.
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Die Verbindung der Leitungen 5, 6, 7 mit dem Speicher ist einerseits
unter Vermittlung der Speiseleitungen 8, 9, io hergestellt, in welchen Regelorgane
i i, 12, 13 eingebaut sind, die automatisch z. B. von einem Druckregler oder
von Hand aus beeinflußt werden können, und anderseits unter Vermittlung der Dampfableitungen
14, 15 aus dem Speicher, die in die Leitungen 5, 6, 7 zurückführen. Die Verbindung
der Dampfableitung aus dem Speicher mit den Ladeleitungen 5, 6, 7 ist durch einen
Verteiler 16 hergestellt, der automatisch wirkt oder von Hand gesteuert wird und
mittels der Verteilerleitungen 17, 18, i 9 an die Ladeleitungen 5, 6, 7 angeschlossen
ist.
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An den Verteiler 16 kann auch der Dampfsammler q. der Wärmeaustauschvorrichtung
angeschlossen werden.
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Die Wirkungsweise des Speichers ist folgende: Das Laden des Speichers
kann auf verschiedene Weise erfolgen, und zwar i. durch Erwärmen des Speicherinhaltes
mittels der Wärmeaustauschvorrichtung 2, durch welche z. B. entweder hochgespannter
Dampf geführt ,wird, wobei das sich bildende Kondensat in den Kessel rückgespeist
wird, oder durch welche Warmwasser oder auch überhitzter Dampf hindurchgeschickt
wird; hierbei herrscht höhere Temperatur in 2, als in i vorhanden .ist; 2. durch
Einleiten von Dampf aus einer der Leitungen 5, 6, 7, wobei jene Leitung benutzt
wird, in welcher ein höherer Druck herrscht, als dem Speicher entspricht; 3. durch
Heizung des Speichers von außen, z. B. durch Abfallenergie (z. B. Nachtstrom).
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Das Entladen kann auf verschiedene Weise erfolgen, und zwar sind insbesondere
folgende Wege möglich: i. Ausdampfen der in der Speicherflüssigkeit gelösten Dampfmenge,
die ihre Verdampfungswärme an die Speicherflüssigkeit als Flüssigkeitswärme abgegeben
hat. Hierbei wird leicht überhitzter Dampf vom Speicherdruck abgegeben.
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2. Dampferzeugung oder Warmwassererzeugung in der Wärmeaustauschvorrichtung
2 aus Wasser, das mittels der Speisepumpe 3 in die Wärmeaustauschvorrichtung 2 eingeführt
wird.
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3. Erzeugung von Hochdruckdampf in der Wärmeaustauschvorrichtung 2
aus Heißwasser von Hochdruckkesselspannung, das z. B. in die Vorrichtung 2 eingespritzt
wird. Bei Heizung der Speicherfüllung i, z. B. durch Nachtstrom, kommt diese zufolge
des Siedeverzuges ohne die entsprechende hohe Druclksteigerung auf die dem Siedeverzug
entsprechende höhere Temperatur und ist trotzdem in der Lage, in der Vorrichtung
2 Dampf von Hochspannung zu erzeugen, gegebenenfalls sogar von höherer Spannung,
als in Leitung 5 herrscht.
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Bei Entladung mittels Hochdruckdampferzeugung in der Vorrichtung 2
durch Verwertung der höchsten Temperatur des Speicherinhaltes i beim höchstgetriebenen
Innendruck kann der erzeugte Dampf nach Entspannung in einer Kraftanlage, die z.
B. zwischen 5 und 6 oder zwischen 6 und 7 gedacht sei, in die Speicherfüllung eingeleitet
und dort absorbiert werden. Die so zuge-
führte Kondensationswärme wird zur
Weitererzeugung von Dampf in der Vorrichtung 2 verfügbar, da ohne deren Abfuhr die
Temperatur und der Druck im Speicherinhalt i steigen würden.
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Die Speicherfähigkeit eines solchen Speichers ist erheblich größer
als die eines gewöhnlichen Speichers, sie entspricht nahezu dem ganzen Gefälle des
Siedeverzuges.
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Der Speicher kann ohne eine sogenannte Wärmepumpe, d. i. ein Dampfkompressor,
der aus dem Speicher ansaugt und in die hochgespannte Leitung drückt, Dampf in das
höchstgespannte Netz abgeben.
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In Abb. 2a und 2b ist die Verbindung eines Absorptionsspeichers gemäß
der Erfindung mit einem Großwasserraumspeicher schematisch dargestellt.
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Der Speicherkessel ist mit :einem Großwasserraumkessel zusammengebaut,
der in üblicher Weise auch stoßweise die Entnahme sehr großer Dampfmengen ermöglicht
und den wirksamen Speicherraum als Warmwasserspeicher vermehrt.
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Durch einen Pumpenkreislauf, der sowohl die Absorption als auch die
Wärmeabgabe begünstigt, werden die Wärmeaustauschwirkungen gesteigert.