DE662880C - Anordnung zur Erzeugung von Heizenergie mit Hilfe einer elektrischen Stromerzeugungsanlage - Google Patents

Anordnung zur Erzeugung von Heizenergie mit Hilfe einer elektrischen Stromerzeugungsanlage

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DE662880C
DE662880C DES107264D DES0107264D DE662880C DE 662880 C DE662880 C DE 662880C DE S107264 D DES107264 D DE S107264D DE S0107264 D DES0107264 D DE S0107264D DE 662880 C DE662880 C DE 662880C
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Dr-Ing Manfred Schleicher
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Siemens AG
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Siemens and Halske AG
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Description

  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Erzeugung von Heizenergie mit Hilfe einer elektrischen Stromerzeugungsanlage, bei der die Gesamtleistungsabgabe der Stromerzeuger konstant gehalten und die Überschußenergie zu Heizzwecken ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme der Stromerzeugerantriebsmaschine und die vom Stromerzeuger erzeugte Überschußenergie einer gemeinsamen Wärmeverwertungsanlage (z. B. Warmwassererzeugungsanlage) zugeführt werden.
  2. 2. S-tromerzeugeranlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufnahme der Überschußenergie dienende Stromverbraucher durch elektrische Entladungsrohre, magnetische Steuereinrichtungen oder andere Geräte geringer Trägheit in seiner Stromaufnahme geregelt wird.
  3. 3. Stromerzeugeranlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieentnahme aus dem zur Aufnahme der Überschußenergie bestimmten Speicher gemessen und mit der gelieferten Cberschußenergie verglichen wird und die Differenz durch Erhöhung der elektrischen Überschußenergie ausgeglichen wird. q..
  4. Stromerzeugeranlagenach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmebedarf mit der dem Bedarf elektrischer Energie entsprechenden erzeugten Abwärme verglichen wird und die Differenz durch Erhöhung der elektrischen Überschußenergieerzeugung ausgeglichen wird.
  5. 5. Stromerzeugeranlagenach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich zwischen dem Wärmebedarf und der erzeugten Abwärme mit Hilfe von Zählwerken durchgeführt wird, die vorzugsweise auf ein Differentialgetriebe arbeiten, und die Zahl der vom Planetenrad vollführten Umdrehungen angezeigt wird.
  6. 6. StromerzeugeranlagenachAnspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschußenergieerzeugung entsprechend der vom Planetenrad in vorangegangenen Zeitabschnitten (Vortag) vollführten Umdrehungen geregelt wird.
  7. 7. Stromerzeugeranlage nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschußenergieerzeugung auf einen bestimmten Mindestwert gebracht wird, sobald der Fehlbetrag zwischen Wärmebedarf und Wärmeerzeugung des vorangegangenen Zeitabschnittes (Vortag) ausgeglichen ist. B. Stromerzeugeranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der überschußenergieerzeugung in Abhängigkeit vom Energieinhalt eines Warmwasserspeichers .derart kontrolliert wird, daß die Verminderung der Überschußenergieerzeugung nur stattfinden kann, wenn der Speicher eine bestimmte Mindestenergiemenge @enthält.
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