DE655775C - Druckluftspeicheranlage, bestehend aus hintereinander angeordnetem und miteinander in Verbindung stehendem Verdichter, Druckluftspeicher und Heissluft- oder Brennkraftmaschine - Google Patents

Druckluftspeicheranlage, bestehend aus hintereinander angeordnetem und miteinander in Verbindung stehendem Verdichter, Druckluftspeicher und Heissluft- oder Brennkraftmaschine

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DE655775C
DE655775C DES117955D DES0117955D DE655775C DE 655775 C DE655775 C DE 655775C DE S117955 D DES117955 D DE S117955D DE S0117955 D DES0117955 D DE S0117955D DE 655775 C DE655775 C DE 655775C
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air storage
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B17/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by use of uniflow principle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B17/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by use of uniflow principle
    • F01B17/02Engines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Description

  • Druckluftspeicheranlage, bestehend aus hintereinander angeordnetem und miteinander in Verbindung stehendem Verdichter, Druckluftspeicher und Heißluft- oder Brennkraftmaschine Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckluftspeicheranlage, die aus hintereinander angeordnetem und miteinänder in Verbindung stehendem Verdichter, Druckluftspeicher und Heißluft- oder Brennkraftmaschine besteht.
  • Speicherwerke haben die Aufgabe, in Zeiten geringen Stromverbrauches überschüssige Energie aufzuspeichern und diese bei erhöhtem Bedarf wieder abzugeben. Die bekannten Speicheranlagen liefern im allgemeinen nur einen Teil der Energie zurück, da der Rest bei der wiederholten Umformung und Übertragung zur Deckung der Verluste verbraucht wird. Dies gilt auch für die heute in großem Umfang angewandte hydraulische Speicherung, bei welcher Wasser in hochliegende Becken und Behälter gepumpt und mit dem der Förderhöhe entsprechenden Arbeitsvermögen aufgespeichert wird. Nur in seltenen Fällen kann die aus den zugehörigen Wasserturbinen zurückgewonnene Energiemenge größer sein als die gespeicherte, nämlich dann, wenn die örtlichen Verhältnisse eine tiefere Aufstellung der Turbinen als der Pumpen ermöglichen und dadurch das den Turbinen zur Ausnutzung zur Verfügung stehende Gefälle größer wird als die Förderhöhe der zugehörigen Pumpen. Die Druckluftspeicherung tritt dagegen zurück, weil der erforderliche Speicherraum als geschlossener Behälter teurer, der Speicherrauminhalt begrenzt und der Wirkungsgrad der Drucklufterzeugung niedriger ist. Der Rückführung der gespeicherten Druckluft in das Arbeitspiel einer Brennkraftmaschine steht außerdem entgegen, daß der Speicherdruck je nach der Füllung des Speichers veränderlich ist, wenn der Speicherbehälter nicht nach dem an sich bekannten Verdrängungsprinzip arbeitet, bei welchem die Luft durch Druckmesser bei unveränderlichem Druck aus dem Behälter herausgedrückt wird. Bei der Aufladung des Behälters verdrängt dann die eintretende Luft die Wasserfüllung, so daß der Speicherdruck während des ganzen Arbeitsspieles annähernd unverändert bleibt. In den bekannten Ausführungen werden die Verdrängungsspeicher jedoch zu teuer infolge der Bemessung der Wandungen auf den vollen Druck des Speichers, codier es müssen zum Teil hohe Drucduftverluste in Kauf genommen werden, wenn nicht eine vollständig sicher wirkende Abdichtung der Wandungen des Speichers vorgenommen wird.
  • Diese Nachteile der Druckluftspeicherung sollen nach der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden werden, daß Speicherräume unter Ausnutzung der an sich bekannten Verdrängerwirkung verwendet werden, welche so tief in einem Flüssigkeitsbehälter angeordnet sind, daß der äußere Wasserdruck gleich dem Druck der Druckluft ist, wobei ferner eine ständige unmittelbare Verbindung zwische'rh, dem Druckluftbehälter und dem Raum ,des Flüssigkeitsbehälters besteht.
  • An Hand der Zeichnung soll die Wirkungs-@ weise einer Anlage gemäß der Erfindung hinsichtlich der mit ihr erreichbaren Vorteile erläutert und ein Ausführungsbeispiel für eine Anlage solcher Art beschrieben werden.
  • Die Abb. i, 2 und 3 zeigen im Druckvolumendiagramm die' je m3 aufgespeicherte Arbeit für einen Wasserhochbehälter (Abb. i), einen geschlossenen Druckluftbehäl ter (Abb: 2 ) und einen Drucklufttauchbehälter (Abb.3) gemäß der Erfindung. Die Abb. q. gibt die je m3 aufgespeicherte Arbeit in PS-Stunden bei verschiedenen Drücken an, und zwar Kurve a für den Wasserhochbehälter, Kurve b für den geschlossenen Druckluftbehälter und Kurve c für den Tauchbehälter. Abb.5 zeigt ;eine Anordnung gemäß der Erfindung.
  • Bei einer Speicherung in einem offenen Wasserhochbehälter wird der Vorgang durch das Arbeitsschaubild der Kolbenpumpe dargestellt. Der Druck auf den Kolben ist auf dem ganzen Hub gleichbleibend. Die Arbeitsfläche, welche die Pumparbeit und die gespeicherte Energie darstellt, ist ein Rechteck (Abb. i). Es wird nur Volldruckarbeit gespeichert.
  • Bei Speicherung in einem Druckluftbehälter wird der Höchstdruck entsprechend Abb. 2 erst bei vollständiger Füllung erreicht. Die Luft ist nur-zu verdichten, und es wird lediglich die Verdichtungsarbeit gespeichert.
  • Bei einem Speichervorgang gemäß der Erfindung steht der Speicherbehälter dauernd unter dem Druck der Wassersäule, die Luft wird auf diesen Druck verdichtet und außerdem das Wasser aus dem Behälterinnern verdrängt, also Volldruck- und Verdichtungsarbeit gespeichert. Gemäß Abb. 5 ist ein Druckluftbehälter a in einem Wasserbehälter g angeordnet. Das Wasser hat freien Zutritt zu dem Druckluftraum durch das Rohr b, wodurch der Druck annähernd gleichbleibt und sich nur entsprechend etwaigen Wä.sserspiegelschwankungen im Behälter c und an der Oberfläche d verändert. Die Wandungen des Behälters werden also durch den Speicherdruck nicht belastet. Die Druckluft wird durch die Rohrleitung e bei f zugeführt und entnommen. Während bei bisher gebräuchlichen Druckluftspeichern meist nur die Verdichtungsarbeit der Luft bzw. des Gases aufgespeichert werden konnte, kommen bei der neuen Speicheranordnung die Verdichtungs-und die Volldruckarbeiten entsprechend der Wasserverdrängung zur Aufspeicherung. Bei einem Druck von 8 at ist beispielsweise die isothermische Verdichtungsarbeit etwa gleich der Volldruckarbeit, so daß die je ms aufgep eic * herte Energie im neuen Speicherraum :'°lj@ppelt so groß ist als im geschlossenen .rbruckluftbehälter ohne Verdrängerwirkung. Auch gegenüber der Druckwasserspeicherung wird bei diesem Druck bereits die doppelte Arbeit je m3 gespeichert, weil bei der Druckwasserförderung lediglich die Volldruckarbeit zu leisten ist.
  • Die im Unterwasserspeicher aufgespeicherte Energie ist gleich der Summe der Energien im Hochbehälter und im geschlossenen Druckluftbehälter. Dabei ist noch nicht berücksichtigt, daß bei dem geschlossenen Druckluftspeicher mit Rücksicht auf den mit fortschreitender Entladung abfallenden Druck nur ein Teil der im Speicher enthaltenen Energien ausgenutzt werden kann.
  • An Stelle von Luft können auf diese Weise auch alle anderen im Wasser nicht löslichen Gase gespeichert werden.- Außerdem können Luft und Gase für jeden beliebigen Zweck in gleicher Weise gespeichert werden.
  • Als weiterer wesentlicher Vorteil der neuen Speicheranlage sind noch die geringen Abmessungen der Rohrleitungen zu nennen, welche nur für kleinere Mengen als bei den bisherigen Druckluftspeichern zu bemessen sind und nur einen Bruchteil der Querschnitte in Druckwasseranlagen bei gleichem Druckverlust bekommen.
  • Ihre besondere Bedeutung haben die neuen Speicheranlagen im flachen Lande, wo vielfach Seen mit größerer Wassertiefe vorhanden sind, aber die Bodenerhebungen zur Anlage von Druckwasserspeichern fehlen und unregelmäßig arbeitende Kraftquellen, wie Wind- und Meeres- sowie Gezeitenströmungen, in erhöhtem Maße vorhanden sind. Es können dann z. B. außer Dienst gestellte Schiffskörper, welche versenkt und beschwert werden, als Speicherräume nutzbringende Verwendung finden, oder da die Wandungen vom Druck entlastet sind, betonierte oder ähnliche Behälter.
  • Da, wie eingangs. erwähnt wurde, der Wirkungsgrad der Verdichter im allgemeinen geringer ist als der Wirkungsgrad von Speicherpumpen und bei der Entspannung weitere höhere Verluste entstehen, würde die Wirtschaftlichkeit bei Kraftspeicheranlagen in Frage gestellt, wenn die Druckluftspeicher nicht wie entsprechend der Erfindung mit Wärmekraftmaschinen zusammenarbeiteten. Die kalte Druckluft soll hiernach je nach Bedarf zur Speisung -von Heißluftmaschinen oder Brennkraftmaschinen Verwendung finden, wobei es an sich einerlei ist, ob die Erwärmung durch äußere Beheizung oder durch innere Verbrennung oder durch beides nacheinander erfolgt. Die rasche Betriebsbereitschaft dieser Maschinen im Gegensatz beispielsweise zu Dampfkraftanlagen macht sie als Spitzenkraftmaschinen wertvoll. Die heißen Abgase können dabei zur Vorwärmung der kalten Druckluft verwendet werden, bevor dieser die Verbrennungswärme zugeführt wird, sofern man nicht zwischen Speicher und Kraftmaschine noch eine stärkere Verdichtung einschaltet, durch welche die Druckluft bereits höher erhitzt wird. Diese Nachverdichtung kann dort wirtschaftlich sein, wo der Speicherdruck allein nicht hoch genug ist, um eine günstige Wärmeausnutzung zu erreichen. Je nach dem Verdichtungsverhältnis und den Betriebsverhältnissen kann es vorteilhaft sein, den Verdichter für die Nachverdichtung gekühlt oder ungekühlt zu verwenden.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Druckluftspeicheranlage, bestehend aus hintereinander angeordnetem und miteinander in Verbindung stehendem Verdichter, Druckluftspeicher und Heißluft-oder Brennkraftmaschine, bei der die im Speicher beffindliche Druckluft durch eine Verdrängerflüssigkeit herausgedrückt und der Brennkraftmaschine zugeführt wird, gekennzeichnet durch Anordnung des Speicherbehälters (a) in einem Flüssigkeitsbehälter (g) an einer Stelle gleichen Druckes wie im Speicherbehälter bei ständiger unmittelbarer Verbindung des Druckluftspeicherbehälters mit dem Raum des Flüssigkeitsbehälters.
  2. 2. Speicheranlage gemäß Anspruch r, gekennzeichnet durch Anordnung eines weiteren Verdichters in der Leitung zwischen dem Druckluftspeicher und der Kraftmaschine.
DES117955D 1935-04-16 1935-04-16 Druckluftspeicheranlage, bestehend aus hintereinander angeordnetem und miteinander in Verbindung stehendem Verdichter, Druckluftspeicher und Heissluft- oder Brennkraftmaschine Expired DE655775C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2539134A (en) * 1943-03-12 1951-01-23 Bendix Aviat Corp Hydraulic system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2539134A (en) * 1943-03-12 1951-01-23 Bendix Aviat Corp Hydraulic system

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