-
Anordnung zur Erzeugung von Heizenergie mit Hilfe einer elektrischen
Stromerzeugungsanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung
von Heizenergie mit Hilfe einer elektrischen Stromerzeugeranlage,. bei der die Gesamtleistungsabgabe
der Stromerzeuger konstant gehalten und die Überschußenergie zu Heizzwecken ausgenutzt
wird. Erfindungsgemäß wird die Abwärme der Stromerzeugerantriebsmaschine und die
vom Stromerzeuger erzeugte Überschußenergie einer gemeinsamen Wärmeverwertungsanlage
(z. B. Warinwassererzeugungsanlage) zugeführt.
-
Ein Ausführungbeispiel der Erfindung sei im folgenden unter der Annahme
beschrieben, daß der Generator von einem Dieselmotor angetrieben wird. Es können
natürlich auch andere Kraftmaschinen, z. B. Dampfturbinen, Benzinmotoren u. dgl.,
zum Antrieb des Generators benutzt werden. Im Ausführungsbeispiel wird ferner von
einer verhältnismäßig kleinen Anlage ausgegangen, die beispielsweise zur Versorgung
von Hotels oder Häuserblocks dient. Die Erfindung kann aber auch in analoger Weise
für Anlagen benutzt werden, die eine größere Anzahl von Stromverbrauchern versorgen.
-
In Fig. i ist mit i ein Dieselmotor bezeichnet, der in bekannter Weise
mit einem Fliehkraftregler 2 ausgerüstet ist, der das Brenstoifv entil 3 derart
steuert, daß die Drehzahl genügend konstant bleibt, 4 ist ein Generator, der sowohl
als Wechselstrom-oder als Gleichstromgenerator ausgebildet sein kann. Der Generator
q. speist das Netz 5, an das die elektrischen Stromverbraucher angeschlossen sind.
In dem angenommenen Fäll der Speisung eines Hotels wären dieses die zur Beleuchtung
dienenden Lampen, die Fahrstuhlmotoren, Ventilatoren, elektrisch betriebene Küchen
und Hausgeräte u. dgl. Die Abwärme des Dieselmotors wird durch den Wassererhitzer
6 nutzbar gemacht, und zwar kann sowohl die in dem Kühlwasser enthaltene Wärmemenge
als auch die in den Auspuffgasen enthaltene Wärmemenge ausgenutzt werden. Man kann
beispielsweise das Kühlwasser unmittelbar verwenden und gegebenenfalls durch Hindurchleiten
durch einen von den Abgasen durchströmten Wassererhitzer leiten, in dem das Kühlwasser
dann auf eine für den Bedarf geeignete Temperatur gebracht wird. Die Anlage zur
Wassererhitzung ist in der Figur nur schematisch angedeutet, und zwar bedeutet der
Pfei17 die Zuführung der Abwärme zum Wassererhitzer 6, während der Pfeil 8 den Teil
der Wärme andeuten soll, der den Wassererhitzer unausgenutzt verläßt. Das erzeugte
Warmwasser kann im Hotelbetrieb in bekannter Weise, z. B. in der Küche, zur Bereitung
von Bädern, benutzt werden. Das erzeugte Warmwasser wird dem Warmwasserspeicher.
g
zugeführt. Damit das erzeugte Warmwasser stets eine bestimmte Temperatur erhält,
empfiehlt es sich, die Frisch-. wasserzufuhr mit Hilfe des Ventils 14 in': Abhängigkeit
von der Temperatur des ';et-. zeugten Warmwassers zu regeln. Zu dies ein. Zweck
dient die mit 15 bezeichnete, schema-' tisch dargestellte Regelapparatur, deren
Einwirkung auf das Ventil 14 durch die gestrichelte Linie 16 angedeutet ist. Der
bisher beschriebene Teil der Anlage wäre für sich bereits betriebsfähig. Man müßte
jedoch verhältnismäßig starke Spannungsschwankungen in Kauf nehmen, weil die Belastungsänderunglen
z. B. beim Einschalten der Fahrstuhlmiotoren einen wesentlichen Teil der Leistungsfähigkeit
des Generators 4 ausmachen und man kaum mit genügender Geschwindigkeit eine Nachregulierung
der Spannung bzw. Drehzahl durchführen kann. Auch wäre keine Gewähr dafür gegeben,
daß stets genügend Warmwasser erzeugt wird, da die Abwärme des Dieselmotors in einem
bestimmten Zusammenhang mit der elektrisch erzeugten Energie steht. Im allgemeinen
wird man damit rechnen können, daß etwa der doppelte Betrag der vom Generator erzeugten
Energie als Abwärme des antreibenden Dieselmotors zur Warmwasserbereitung zur Verfügung
steht.
-
Gemäß der Erfindung wird der Betrag des Wärmebedarfs, der nicht durch.die
dem elektrischen Leistungsbedarf entsprechende Abwärme des Dieselmotors erzeugt
werden kann, mit Hilfe eines elektrischen Wassererhitzers gewonnen, -der von dem
Generator gespeist wird. Unter der Voraussetzung, daß die Energie des vom Dieselmotor
angetriebenen Generators ausschließlich dem Warmwassererzeuger zugeführt wird, ergibt
sich im Warmwassererzeuger insgesamt der dreifache Bedarf dieser vom Generator für
Warmwassererzeugungszwecke abgegebenen Energie, da, wie oben erwähnt wurde, als
Abwärme des Dieselmotors etwa der doppelte Betrag der elektrisch erzeugten Energie
auftritt. Zur elektrischen Warmwasserbereitung dient bei der Anlage nach Fig. io
der elektrische Warmwassererhitzer io, dessen Heizwiderstände durch die Schütze
1i, 12, und 13
gesteuert werden kann.
-
Die Frischwasserzufuhr zum Wassererhitzer io kann in der gleichen
Weise gesteuert werden wie die Frischwasserzufuhr zum Wassererhitzer 6. Zu diesem
Zweck dient das Ventil a7 und die die Temperatur des erzeugten Warmwassers überwachende
Steuereinrichtung 18, deren Einwirkung auf das Ventil 17 durch die gestrichelte
Linie i9 angedeutet ist. Damit der Generator ,4 mit Rücksicht auf den Warmwasserbereiter
io nicht vergrößert werden muß, wodurch ein dementsprechend größerer Dieselmotor
benötigt würde, wird gemäß der Erfindung die -:Energiezufuhr zum Warmwassererhitzer
io <Derart gesteuert, daß die Belastung des '.Generators 4 innerhalb bestimmter
Grenzen konstant bleibt. Zu diesem Zweck verwendet man zweckmäßig eine möglichst
trägheitsfrei arbeitende Vorrichtung, welche entweder unmittelbar den durch die
Heizwiderstände des Warunwasserbereiters io fließenden Strom steuert oder zur Steuerung
der Schütze i i bis 13 dient. Man kann zu diesem Zweck beispielsweise eine nach
Art eines Kathodenstrahloszillographen gebaute Einrichtung benutzen, bei der der
Kathodenstrahl in Abhängigkeit von der Energieabgabe des Generators oder von dem
Energiebedarf der Stromverbraucher (ausschließlich des Warmwasserbereiters) gesteuert
wird und beispielsweise über steuerbare Gleichrichter auf die Magnetwicklungen der
Schütze ii bis 13
einwirkt. In der Figur ist schematisch eine derartigeSchaltanordnung
angedeutet. Mit -o ist eine nach Art eines Kathodenstrahloszillographen gebaute
Vorrichtung bezeichnet, bei der ein möglichst scharf begrenzter Kathodenstrahl in
der für Kathodenstrahloszillographen bekannten Weise erzeugt wird. Der Strahl trifft
die Kontaktsegmente 21, die mit den Gittern von steuerbaren Gleichrichtern verbunden
sind. Diese Gleichrichter sind in der Figur nur schematisch angedeutet und tragen
die Nummer 22. Der übersichtlichkeit halber ist in Fig. i nur eine einpolige Darstellung
gewählt. Der Kathodenstrahl wird in Abhängigkeit von der vom Generator ¢ abgegebenen
Leistung gesteuert. Sofern es sich um einen Gleichstromgenerator handelt, kann man
diesen Gleichstrom unmittelbar durch eine magnetisch auf den Kathodenstrahl einwirkende
Spule schicken. Bei Wechselstrom kann man mit Hilfe bekannter Gleichrichte- und
Glättungseinrichtungen einen Gleichstrom erzeugen, dessen Stärke dem vom Generator
4 gelieferten Wechselstrom entspricht. Eine derartige Anordnung ist schematisch
in Fig. i dargestellt. 23 ist ein Stromwandler, dessen Sekundärstrom über die Gleichrichte-
und Glättungseinrichtung 24 und die beispielsweise als Spannungsteiler geschaltete
Regeleinrichtung 25 auf die Steuerspule 26 der Vorrichtung 2o einwirkt. Die Anordnung
wird so eingestellt, daß bei steigender Belastung der Kathodenstrahl an der Vorrichtung
2o derart abgelenkt wird, daß über die steuerbaren Gleichrichter 22 einzelne Heizwiderstände
des Warmwasserbereiters io ausgeschaltet werden, bis schließlich beim Erreichen
einer bestimmten Belastung sämtliche Widerstände ausgeschaltet
sind.
Man kann die Verhältnisse beispielsweise so treffen, daß der Warmwasserbereiter
io etwa 3/4 der Gesamtleistung des Generators ¢ aufnimmt (sämtliche Heizwiderstände
einschaltet) und sämtliche Heizwiderstände des Warmwasserbereiters io ausgeschaltet
werden, wenn die Belastung durch die an das Netz 5 angeschlossenen Strornververbraucher
bis auf Vollast steigt.
-
Der bisher beschriebene neue Teil der Anordnung nach Fig. i arbeitet
in folgender Weise: Die Abwärme des Dieselmotors i wird zur Erwärmung von Wasser
benutzt, das mit Hilfe der Regelanordnung 1q., 15 auf konstanter Temperatur gehalten
wird. Solange der Strombedarf verhältnismäßig gering ist, wird ein erheblicherTeil
der vom Generator q. erzeugten Energie über die Schütze 11, 12 oder 13 im elektrischen
Warmwasserbereiter io zugeführt, dessen Frischwasserzufuhr ebenfalls so geregelt
wird, daß das vom Warmwasserbereiter gelieferte Wasser eine bestimmte Temperatur,
z. B. 8o°, besitzt. Treten nun Belastungsstöße im Netz auf, beispielsweise durch
Hinzuschalten eines Fahrstuhlmotors, so steigt die Belastung, und unter dem Einfluß
der Vorrichtung 2o wird mit Hilfe der steuerbaren Gleichrichter 22 und der Schütze
i i bis 13 ein etwa dem Belastungsstoß entsprechender Teil, der Widerstand des Warmwasserbereiters,
abgeschaltet, so daß die Belastung des Generators und damit auch die Spannung im
wesentlichen konstant bleibt. Wenn man die Heizwiderstände des Warmwasserbereiters
io unmittelbar durch Entladungsröhren ohne Zuhilfenahme mechanischer Schütze steuert,
so kann man die Abschaltung der Heizwiderstände so rasch vornehmen, daß merkbare
Änderungen in der Belastung des Generators auch vorübergehend kaum auftreten. Bei
plötzlichen Entlastungen im Netz tritt die umgekehrte Wirkungsweise ein, es wird
nämlich dann ein der Lastverminderung entsprechender Widerstand im Warmwasserbereiter
io zugeschaltet. Bei praktischen Ausführungen wird man dieLeistungsaufnahme des
Warmwasserspeichers feiner abstufen als dies im Ausführungsbeispiel dargestellt
ist. Man wird beispielsweise io oder 15 Regelstufen benutzen.
-
Da der Warmwasserbedarf gewissen Schwankungen unterworfen ist, so
wird sich zeigen, daß das Gleichgewicht zwischen Wärmebedarf (Warmwasserbedarf)
und Abwärme bzw. der im Warmwasserbereiter io erzeugten Wärme sich nicht ohne weiteres
von selbst aufrechterhält. Man kann dieses Gleichgewicht aber durch Beeinflussung
der dem Warmwasserbereiter io zugeführten Energiemenge wiederherstellen. Dies geschieht
durch Verstellung der Regeleinrichtung 25, mit deren Hilfe die Einwirkung der vom
Generator 4. abgegebenen Ströme auf die Vorrichtung 2o verändert werden kann. Wenn
sich beispielsweise zeigt, daß die erzeugten Wärmemengen größer sind als der Bedarf,
so wird man durch Beeinflussung der Vorrichtung 25 die Energiezufuhr zum Warmwasserbereiter
io vermindern. Man wird sie z. B. so einstellen, daß bei 750o der Vollast bereits
sämtliche Widerstände ausgeschaltet sind. Ist dagegen der Wärmebedarf größer als
die erzeugten Wärmemengen, dann wird man durch Beeinflussung der Vorrichtung 25
die Anlage so einstellen, daß die Belastung des Generators dauernd größer ist, beispielsweise
9o0/0 der Vollast. Wenn verhältnismäßig große Speicher für das Warmwasser vorhanden
sind, so- kann man das Regelverfahren von Hand durchführen, weil die vorübergehend
auftretenden Differenzen zwischen dem Wärmebedarf und der Wärmeerzeugung durch den
Speicher :ausgeglichen werden.
-
Man kann mit Speichern geringerer Größe auskommen, wenn man die Diff
erenz zwischen dem Wärmebedarf und der Wärmeerzeugung selbsttätig anzeigt. Zu diesem
Zweck kann man eine Vergleichsanordnung verwenden, bei der der Wärmebedarf bzw.
die Wärmeerzeugung in Wegstrecken umgesetzt wird, die miteinander verglichen werden
können. In Fig. i ist mit 27 ein Wassermesser bezeichnet, dessen Anzeige der aus
dem Speicher 9 entnommenen Warmwassermenge entspricht. Da die Temperatur des Wassers
im wesentlichen konstant ist, so entspricht die gemessene Wassermenge einer bestimmten
Wärmemenge. Man könnte an Stelle des Wassermessers 27 aber auch ein Gerät
verwenden, welches unmittelbar die dem Speicher 9 entnommene Wärmemenge (unter Berücksichtigung
der Temperaturschwankungen) mißt. Das Meßgerät 27 kann beispielsweise unter Benutzung
einer an sich bekannten Fernmeßanlage, z. B. nach dem Impulsfrequenzsystem, auf
ein Triebwerk 28 einwirken, dessen Welle 29 sich entsprechend dem Warmwasserverbrauch
dreht, und zwar derart, daß die Zahl der Umdrehungen dem Warmwasser-bzw. Wärmeverbrauch
entspricht. Jeder von den Stromverbrauchern aufgenommenen Kilowattstunde entspricht
eine bestimmte Wärmemenge, die als Abwärme im Dieselmotor erzeugt wird. Sie beträgt
bei der Anordnung nach dem Ausführungsbeispiel etwa das Doppelte der von den Stromverbrauchern
aufgenommenen Energie. Mit Hilfe des Zählers 30 wird die an das Netz 5 abgegebene
Energie gemessen und unter Berücksichtigung des Verhältnisses zwischen elektrisch
erzeugter Energie und der ihr entsprechenden Abwärme
mit dem Wärmebedarf
(Zähler 27) verglichen. Die Welle 29 treibt das eine Sonnenrad des Planetengetriebes
31 an, dessen anderes Sonnenrad vom Zähler 30 angetrieben wird. Die Übersetzungsverhältnisse
werden so gewählt, daß je Kalorie die vom Generator an das Netz 5 abgegebene Energiemenge
etwa die doppelte Zahl von Umdrehungen ausführt als die Welle 29 je Kalorie. Das
Übersetzungsverhältnis wird, wie bereits angedeutet, genau nach dem Verhältnis zwischen
der elektrisch erzeugten Energie und nutzbarer Abwärme für jede Anlage besonders
bestimmt. Sofern der Wärmebedarf mit der nutzbaren Abwärme übereinstimmt, werden
die Wellen a9 und 32 gleich rasch umlaufen. Ist jedoch dieser Gleichgewichtszustand
nicht vorhanden, so wird sich die Welle des Planetenrades verdrehen, und zwar ist
die Zahl der von ihm ausgeführten Umdrehungen der Differenz zwischen dem Wärmeverbrauch
und der Wärmeerzeugung proportional. Der Zeiger 33 zeigt also die gesuchte Differenz
an. Durch Beobachtung der in vorangehenden Zeitabschnitten entstandenen Differenz
zwischen Wärmeverbrauch und der erzeugten Abwärme kann man leicht die zusätzlich
elektrisch zu erzeugende Wärme sowie die ihr entsprechende nutzbare Abwärme einstellen.
Man kann beispielsweise den Zeiger 33 über einer Skala spielen lassen, die in Kilowattstunden
geeicht ist, so daß man je nach der Zeit, innerhalb welcher die Differenz beseitigt
sein soll, die dem Warmwassererzeuger io elektrisch zugeführte Leistung so einstellen
kann, daß diese zusätzliche Energiemenge in dem gewählten Zeitabschnitt erzeugt
wird.
-
Man kann die elektrisch erzeugte Zusatzwärme auch mit Hilfe eines
Zählers 34 messen und die zusätzlichen Wärmeerzeuger im Warmwasserbereiter io auf
einen Mindestwert herabsetzen, sobald die Differenz zwischen Wärmebedarf und erzeugter
Abwärme beseitigt ist. Der Zähler 3q. ist zu diesem Zweck mit einem Kontaktarm 35
versehen. Der von ihm zurückgelegte Weg entspricht den dem Warmwasserbereiter io
zugeführten Wärmemengen und ist deshalb auch ein Maß für die gesamte, dem Speicher
9 zugeführte zusätzliche Energie (elektrisch zugeführte Energie plus der ihr entsprechenden
nutzbaren Abwärme). Die Bewegungen des Zeigers 35 entsprechen zweckmäßig im gleichen
Maßstab den gleichen Energiemengen wie die Bewegungen des Zeigers 33. 36 ist ein
einstellbarer Kontakt, der beispielsweise entsprechend der Differenz zwischen Wärmebedarf
und erzeugter Abwärme einer vorangehenden Zeitperiode, des Vortages, eingestellt
wird. Der Zeiger 33 wird beispielsweise täglich in seine Nullstellung gebracht.
Der Kontakt 36, der mit dem Zeiger 35 zusammenarbeitet, ist mit einem Kontakt 37
in Reihe geschaltet, der vom Stand des Warmwassers gesteuert wird. BeideKontaktewirken
auf eine Magnetspule 38, welche die Regeleinrichtung 25 verstellt und durch Beeinflussung
der Röhre 2o eine Verminderung der Energieaufnahme des Warmwasserbereiters io herbeiführen
kann. Wie bereits erwähnt, wird der Zeiger 36 entsprechend der Differenz zwischen
Wärmebedarf und Abwärme des Vortages eingestellt. Die Regelanordnung 2.5 wird dann
so eingestellt, daß z.B: in 18 Stunden die dem Warmwasserbereiter io zugeführte
Wärmemenge einschließlich der dieser Wärmemenge entsprechenden Abwärme zur Beseitigung
der erwähnten Differenz ausreicht. Eine selbsttätige Verminderung der Leistungsaufnahme
des Warmwassererzeugers io wird dann selbsttätig durch den Kontakt 36 durchgeführt;
denn sobald eine der erwähnten Differenz entsprechende Wärmemenge zusätzlich erzeugt
worden ist, kommt der Zeiger 35 mit dem Kontakt 36 in Berührung. Die Erregung der
Spule 38 wird jedoch noch durch den Kontakt 37 kontrolliert, der erst geschlossen
wird, sobald der Wasserstand im Speicher 9 eine bestimmte Höhe erreicht hat. Dann
wird durch die Vorrichtung 25 die Energieabgabe an den Warmwasserbereiter io so
weit verringert, wie es zum Ausgleich von Laststößen im Netz zulässig ist.
-
Rechnungen haben gezeigt, daß der thermische Wirkungsgrad einer in
der beschriebenen Weise betriebenen Anlage in der Größenordnung von 77% liegt.
-
Bei dem in Abb. i dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Differenz
zwischen dem Wärmebedarf und der erzeugten nutzbaren Abwärme angezeigt. Zwecks selbsttätiger
Abschaltung ist es erforderlich, den Kontakt 36 entsprechend der am Vortage aufgelaufenen
Differenz einzustellen.
-
Fig. 2 zeigt eine Regelanordnung, bei der mit Hilfe eines Zeitwerkes
das erwähnte Regelverfahren selbsttätig durchgeführt werden kann. Die mit Fig. i
übereinstimmenden Teile tragen die gleichen Bezugszeichen. Der Zähler
30 mißt den Verbrauch der an das Netz 5 angeschlossenen Stromverbraucher.
Das Übersetzungsverhältnis ist so gewählt, daß die Zahl der von der Welle 32 ausgefÜhrten
Umdrehungen der erzeugten nutzbaren Abwärme entspricht. 28 ist ein Fortschaltwerk,
dem Impulse zugeführt werden, welche dem Warmwasserverbrauch bzw. der entsprechenden
Energiemenge proportional sind. Der Warmwassermesser ist mit 27 bezeichnet und möge
beispielsweise auf magnetischem Wege einen Kontakt 39 steuern, der im Stromkreis
der Batterie 40 und des Elektromagneten
41 liegt, der bei jedem
Impuls mit Hilfe der Klinke 42 das Zahnrad 43 um eine Teilung weiter schaltet. Die
Impulshäufigkeit sowie das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnrad 43 und der
Wille 29 wird so gewählt, daß jede Umdrehung der Welle :29 der gleichen Energiemenge
(Abwärme in Kalorien) entspricht, wie eine Umdrehung der Welle 32. Das Planetenrad
44 treibt über das Schneckengetriebe 45 das Reibrad 46 an. Mit Hilfe der Elektromagnete
47 und 48 kann das Reibrad wahlweise gegen eine der Reibscheiben 49 und
50 gelegt werden und treibt dann entweder den Zeiger 51 oder 5_2 im Sinne
der eingezeichneten Pfeile an. Die Zeiger 51 und 52 entsprechen dem Zeiger 35 nach
Fig. i. Die feststehenden Kontakte 53 und 54 entsprechen dem Kontakt 36 nach Fig.
i. 55 und 56 sind Zähler, die dem Zähler 34 nach Fig. i entsprechen. Mit Hilfe eines
der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten, durch ein Zeitwerk angetriebenen
Schaltwerkes werden in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten, z. B. nach Ablauf j
e eines Tages, folgende Schaltungen vorgenommen: In dem einen Zeitabschnitt mißt
der Zähler 55 die dem Wärmemessererhitzer zugeführte Energie. Durch Erregung der
Magnetwicklung 47 ist im gleichen Zeitabschnitt die Reibscheibe 46 gegen die Scheibe
50 gedrückt worden, so daß der Zeiger 52 entsprechend der Differenz zwischen
Wärmebedarf und nutzbarer Abwärme bewegt wird. Der Zähler 56 ist abgeschaltet. Sein
Anker wird über das dargestellte Zahnradgetriebe mitgenommen. Man kann ihn auch
z. B. auf magnetischem Wege entkuppeln. Während des anderen Zeitabschnittes mißt
der Zähler 56 die dem Warmwassererhitzer io zugeführte elektrische Leistung. Während
des gleichen Zeitabschnittes wird du- ch Erregung der Spule 48 die Reibscheibe 46
gegen die Scheibe 49 gedrückt und treibt den Zeiger 51 an. In diesem Falle ist der
Zähler 55 abgeschaltet. Dabei ergibt sich folgende Wirkungsweise: Es sei angenommen,
daß der Zähler 55 die dem Warmwassererhitzer zugeführte Energie mißt und die Reibscheibe
46 gegen die Scheibe 5o gedrückt wird. Dann wird der Zeiger 52 entsprechend der
entsprechenden Differenz zwischen dem Wärmebedarf und der dem elektrischen Energiebedarf
entsprechenden nutzbaren Abwärme verstellt. Während des vorangegangenen Zeitabschnittes
ist der Zeiger 51 in eine Stellung gebracht worden, die der Differenz zwischen Wärmebedarf
und nutzbarer Abwärme entspricht. Er wird jetzt unter dem Einfluß des Zählers 55
entsprechend der dem Warmwassererhitzer zugeführten Wärmemenge einschließlich der
dieser Wärmemenge entsprechenden nutzbaren Abwärme gegen den Kontakt 53 bewegt und
erreicht diesen Kontakt, sobald diese zusätzlich dem Speicher 9 zugeführte Wärmemenge
die Differenz des Vortages ausgeglichen hat. Dann wird mit Hilfe des Kontaktes 53
die Energiezufuhr zum Warmwasserbereiter io in der gleichen Weise vermindert wie
bei der Anordnung nach Fig. i durch den Kontakt 36. Im nächsten Zeitabschnitt, z.
B. am nächsten Tage, wird durch das nicht dargestellte Schaltwerk die Rolle der
Zähler 55 und 56 vertauscht. Die Anordnung arbeitet dann in der analogen Weise.
-
Fig. i zeigt eine mittelbare Steuerung der Widerstände des Warmwassererhitzers
io mit Hilfe der Schütze i i bis 13. In Fig. 3 ist eine unmittelbare Steuerung mit
Hilfe von steuerbaren Gleichrichtern bzw. Schaltröhren dargestellt. Die im Warmwassererhitzer
angeordneten Heizwiderstände sind mit 57, 58, 59 bezeichnet. Sie sind an die Sekundärwicklungen
6o, 61, 62 eines an das Netz angeschlossenen Transformators 63 angeschlossen, und
zwar an die Mittelpunkte der Sekundärwicklung. Die Enden der Sekundärwicklungen
sind mit den Anoden der steuerbaren Gleichrichter 64, 65, 66, 67, 68, 69 angeschlossen,
deren Kathoden untereinander verbunden sind. Die Gitter einander zugeordneter Röhren
sind miteinander verbunden und an die Kontaktsegmente 70y 71 und 72 der Röhre 2o
angeschlossen. Zwischen der Kathode der Röhre 2o und den Kathoden der Röhren 64
bis 69 liegt die Spannungsquelle 63. Der mit Hilfe einer Kathodenkonstruktion 74
bekannter Bauart erzeugte Kathodenstrahl wird fächerartig auseinandergezogen, wie
dies durch den schraffierten Teil dargestellt ist. Solange die Belastung des Stromerzeugers
4. unter einem bestimmten Wert bleibt, wird keines der Kontaktsegmente
70 bis 72 vom Kathodenstrahl getroffen. Über die Kontaktsegmente 7o bis 72
fließt deshalb kein Strom, und die Gitter der Röhren 64 bis 69 erhalten keine Vorspannung.
Die Röhren werden deshalb zünden und sämtlichen Widerständen 57 bis 59 Strom zuführen.
Steigt nun die Belastung über einen bestimmten Wert, so wird unter dem Einfluß des
von der Spule 26 erzeugten Magnetfeldes der Kathodenstrahl nach rechts abgelenkt
und trifft zunächst das Kontaktsegment 70. Dann kommt ein Strom zustande, der vom
Pluspoi der Batterie über die Kathodenleitungen der Röhren 64 bis 69, den Widerstand
75, das Kontaktsegment 70, zur Kathode der Röhre 2o und zum Minuspol der Batterie
73 führt. Durch den Spannungsabfall arn Relais 74 erhalten die Gitter der Röhren
6.4, 65 eine negative Vorspannung von solcher Größe, daß die Röhren nicht mehr zünden
und dadurch der Widerstand 57 stromlos wird. Steigt die
Stromstärke
noch weiter an, so trifft der Kathodenstrahl auch das Segment 71, so daß ein zweiter
Stromweg über denWiderstand76 geschlossen wird und; auch die Röhren 66 und 67 stromlos
werden. Dann wird auch der Widerstand 58 ausgeschaltet. Bei noch größerer Leistungsabgabe
des Generators 4, Fig. i, wird auch das Kontaktsegment 7,2 vom Kathodenstrahl
getroffen, so daß unter dem Einfluß des Spannungsabfalles am Widerstand77 die Röhren
68, 69 erlöschen und den Widerstand 59 stromlos machen. Beim Sinken der Belastung
verläßt der Kathodenstrahl allmählich die einzelnen Segmente nacheinander, so daß
die Vorspannungen an den Röhren verschwinden und die Aufladungen wieder einsetzen
können. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Steuerung in nur drei Stufen.
Bei praktischen Ausführungen wird man eine größere Stufenzahl wählen. Wie bereits
erwähnt, kann die Steuerung des Kathodenstrahles bei Gleichstromanlagen unmittelbar
durchgeführt werden, indem man durch die Spule 26 den vom Generator erzeugten Strom
oder den an das Netz 5 abgegebenen Strom schickt. Im letzteren Fall kann man die
Anordnung so einstellen, daß beim Hinzukommen einer bestimmten Belastung fast genau
der gleiche Betrag durch Abschalten eines Widerstandes im Warmwassererhitzer io
frei gemacht wird, während man bei der Messung des Gesamtstromes einen bestimmten
Anstieg der Last zulassen muß.
-
Sofern es sich um Wechselstromanlagen handelt, kann man, wie erwähnt,
mit Hilfe von Gleichrichtern und Glättungseinrichtungen einen Gleichstrom erzeugen,
der dem Wechselstrom entspricht. Man kann aber auch mit Hilfe von Gleichrichtern,
an welchen eine der Spannung entsprechende Hilfsspannung gelegt wird, in bekannter
Weise das Produkt I . cos . q, bilden und einen diesem Produkt entsprechenden
Strom, der dann der Wirkleistungsabgabe entspricht (Spannung als konstant vorausgesetzt),
der Spule 26 zuleiten.
-
Anstatt die Heizwiderstände des Warmwassererhitzers io stufenweise
zu regeln, kann man auch eine stetige Regelung durchführen, und zwar unter Benutzung
steuerbarer Gleichrichter. Eine zu diesem Zwecke dienende Schaltanordnung ist in
Fig. 4 dargestellt. 78 ist ein an das Netz angeschlossener Transformator, 79 ein
Heizwiderstand, der zur Wassererhitzung dient. Soundgi sind steuerbare Gleichrichter,
die in der -in Fig. 3 dargestellten `.'eise an den Transformator 78 und 79 angeschlossen
sind. 82 ist ein Stromwandler, der in der Zuleitung zum Netz 5, Fig. i, liegt. Er
ist mit dein Widerstand 83 belastet. Der von diesem Widerstand abgezweigte Strom
wird in der Vorrichtung 84 gleichgerichtet und geglättet und den Gittern der Röhren
8o und 8i zugeführt. 85 ist eine Batterie, welche den Gittern eine geeignete Vorspannung
erteilt. Die Polarität ist nun so gewählt, daß bei steigendem Strom die Spannung
an den Gittern der Röhren 8o und 8 i sinkt, so daß die Zündzeitpunkte der Röhren
sich verschieben und die Zeitdauer der durch den Widerstand 79 fließenden Stromstöße
kleiner wird. Man kann auch andere Mittel zur Steuerung der Gleichrichter benutzen,
z. B. Anordnungen, die unter Benutzung von Phasenverschiebungen arbeiten. Mit steigendem
Strom in der Zuleitung zum Netz 5 nimmt also die Belastung des Widerstandes 79 ab.
Dadurch wird der gewünschte Lastausgleich erzielt. Der Anschlußpunkt der "Vorrichtung
84 am Widerstand 83 kann regelbar sein, so daß dieser Widerstand die Rolle der Vorrichtung
25 nach Fig. i zu übernehmen vermag.
-
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Regelanordnung für den
Warmwassererhitzer io, bei dem zur Regelung eine regelbare Drosselspule benutzt
wird. Mit 86 ist eine dreischenklige -Drosselspule bezeichnet, die in die Zuleitung
zum Warmwassererhitzer eingeschaltet wird. Auf den mittleren Schenkeln ist die Gleichstromwicklung
87 angeordnet, die von einer steuerbaren Gleichrichteranordnung 88 gespeist wird.
Diese Gleichrichteranordnung kann in der gleichen Weise geschaltet werden wie die
Gleichrichteranordnung nach Fig.4, lediglich mit dein Unterschied, daß an Stelle
des Widerstandes 79 die Nicklung87tritt. Die Gleichrichteranordnung wird mit Hilfe
der Zuleitung 89 an das Netz. angeschlossen. Zur Erzeugung der Gitterspannung für
die Gleichrichteranordnung 88 kann die gleiche Anordnung benutzt werden wie bei
Fig.4 dargestellt. Es sind deshalb auch die gleichen Bezugszeichen für diesen Teil
der Anordnung gewählt. Die Anordnung muß so getroffen sein, daß bei steigender Netzbelastung
der Strom in der Wicklung 87 schwächer wird, damit die Vormagnetisierung der Drossel
86 sinkt und damit die Drosselwirkung steigt, so daß sich der durch den Heizwiderstand
fließende Strom verringert.
-
Bei der in Fig. i dargestellten Anlage kann es vorkommen, daß bei
plötzlich starken Verminderungen des Wärmebedarfes der Speicher 9 rascher als erwartet
aufgefüllt wird und die am Vortage entstehenden Differenzen zwischen Wärmebedarf
und nutzbarer Abwärme beseitigt werden. Es empfiehlt sich deshalb, mit dem den Wasserstand
überwachenden Schwimmer einen weiteren Xontakt zu verbinden, der die zusätzliche
Wärmeerzeugung
auf ein Mindestmaß herabsetzt, sobaldder Wasserstand
im Warmwasserbehälter einem bestimmten Wert überschreitet. Diese Abschaltung kann
unabhängig davon geschehen, ob die Vergleichsanordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt
ist, angesprochen hat oder nicht.
-
Die Anordnung nach Fig. i, bei der getrennt Warmwasser aus der Abwärme
des Antriebsmotors auf elektrischem Wege erzeugt wird, gibt die Möglichkeit, Warmwasser
verschiedener Temperatur für verschiedene Zwecke herzustellen. Bei Überschuß des
Wassers höherer Temperatur, welches vorzugsweise auf elektrischem Wege erzeugt wird,
kann man dieses Wasser mit dem Wasser anderer Temperatur mischen, dessen Temperaturerhöhung
meist zulässig ist. Man kann beispielsweise das Wasser höherer Temperatur vorzugsweise
zu Reinigungszwecken in der Küche verwenden, während beispielsweise das Wasser tieferer
Temperatur für Heizungszwecke benutzt werden kann. In letzterem Fall ist es angezeigt,
das Wasser im Kreislauf durch die Heizkörper und den Erhitzer selbst zu führen.
Das mit Hilfe einer Anordnung nach Fig. i erzeugte Warmwasser kann zur Raumheizung
benutzt werden. Im allgemeinen wird zur Raumheizung nur dann genügend Abwärme frei
werden, wenn der Strombedarf der einzelnen Wohnungen über (las für die Beleuchtung
notwendige Maß hinausgeht. Er wird in den meisten Fällen ausreichen, wenn elektrisch
betriebene Küchen vorhanden sind.
-
Der Gegenstand der Erfindung kann beispielsweise auch in industriellen
Betrieben mit hohem Warmwasserbedarf, z. B. in Schlachthöfen, Färbereien, Wäschereien
usw., verwendet werden. In derartigen Betrieben ist meist der Strombedarf für die
Beleuchtung sowie die Hilfsbetriebe so groß, daß die nutzbare Abwärme zur Erzeugung
großer Mengen Warmwasser ausreicht. Aber selbst wenn hierbei nicht genügend Energie
frei wird, so kann der noch fehlende Betrag ohne wesentliche Verschlechterung des
Wirkungsgrades der Gesamtanlage auf elektrischem Wege erzeugt werden.
-
Bei der Benutzung einer im vorstehenden beschriebenen Anlage in Häuserblocks
kann man während der warmen Jahreszeit die frei werdende Abwärme usw. zum Betriebe
von Kühlanlagen benutzen, denn es ist möglich, Warmwasser so hoher Temperatur zu
erzeugen, daß es zur Erhitzung von Kochern von Absorptionskältemaschinen benutzt
werden kann. Wenn auch in der wärmeren Jahreszeit eine volle Ausnutzung der Anlage
nicht immer möglich ist, so rechtfertigt dennoch `die Ersparnis in der kälteren
Jahreszeit die Aufwendung der Anlagekosten. ' In Häuserblocks, in welchen nicht
elektrisch gekocht wird, wird bei der Erzeugung der für die Beleuchtung und Speisung
von elektrischen Hilfsapparaten (Staubsaugern u. dgl.) - notwendigen elektrischen
Energie so viel Wärme frei, daß der Warmwasserbedarf des Blockes gedeckt werden
kann. Selbst wenn man aus Sicherheitsgründen zwei voneinander unabhängige S-tromerzeugeraggregate
vorsieht, so wird die Wirtschaftlichkeit der Anlage unter Berücksichtigung der Anlagekosten
so gut, daß sie den bisher bekannten Anlagen überlegen bleibt.
-
Im vorstehenden wurde die Erfindung und insbesondere die zur Überwachung
der Energieerzeugung dienende und in Fig. 2 dargestellte Einrichtung unter Zugrundelegung
einer Anlage beschrieben, bei der die Überschußenergie in Wärme verwandelt wird.
Man könnte ähnlich gebaute Einrichtungen auch verwenden, wenn die Überschußenergie
zu anderen Zwecken benutzt wird. In diesem Falle müßte man durch entsprechende Bemessung
der Übersetzungsverhältnisse zwischen den Zählern und den Differentialgetrieben
dafür sorgen, daß die abgegebene Überschußenergie mit dem gewünschten Betrag übereinstimmt.
Sofern die Überschußenergie nicht zur Wärmeerzeugung benutzt wird, müßte dabei also
der als Abwärme frei werdende, der Überschußenergie entsprechende Betrag unberücksichtigt
bleiben.