-
Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Wärmeenergie aus Wärmespeichern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entnahme von Wärmeenergie aus Wärmespeichern,
die aus einer großen Masse von Stein, Beton, Sand o. dgl. bestehen. Erfindungsgemäß
findet zur Entnahme der gespeicherten Wärme und zu ihrer übertragung auf die Nutzungsstelle
(Dampf- und Warmwassererzeugungsvorrichtung o. dgl.) ein in einem geschlossenen
Kanalsystem kontinuierlich kreisendes gasförmiges Mittel. Verwendung, wobei der
Umlauf zweckmäßig durch Ventilatoren unterstützt wird. Eine besonders zweckmäßige
Ausführungsform des neuen Verfahrens besteht darin, den gleichen Gasstrom auch zur
Aufladung des Speichers zu benutzen, indem er derart umgeleitet wird, daß er an
Heizkörpern vorbeigeleitet wird. Bei der Ausübung eines derartigen Verfahrens finden
in Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig Klappen oder ähnliche Steuervorrichtungen
Anwendung, um den Weg des kreisenden Gasstromes so zu steuern, daß entweder die
Wärme eines mit Wärmeaustauschflächen versehenen, die zu speichernde Wärme abgebenden
Heizkörpers auf die Speichervorrichtung oder auf den Dampferzeuger bzw. den Wärmeentnehmer
oder auf beide Einrichtungen gleichzeitig oder die gespeicherte Wärme auf den Dampferzeuger
bzw. Wärmeentnehmer übertragen wird, wobei sich die verschiedenen Vorgänge auch
gegenseitig überschneiden können.
-
Die Erfindung ermöglicht in technisch einfacher Weise die Überführung
gespeicherter Wärme zur Nutzungsstelle mit Hilfe eines Verfahrens, das gleichzeitig
für die Speicherung der Wärme benutzt werden kann. Da es sich hierbei gewöhnlich
um größere Energiemengen handelt, soll der Wärmnesp:eicher zweckmäßig eine große
Masse, die beispielsweise
aus Steinen mit großem Wärmefassungsvermögen
besteht, aufweisen. Auf anderer Seite wird der zweckentsprechend ausgebildete Dampferzeuger
die Form eine Kessels mit verhältnismäßig kleiner Wassermenge besitzen können. Der
erzeugte Dampf kann dann in beliebiger Weise zur Krafterzeugung in Dampfmaschinen
oder Turbinen, zur Beheizung oder zu beliebigen andern Zwecken Verwendung finden.
An Stelle einer Dampferzeugung kann auch jede andere Art der Wärmeausnutzung Verwendung
finden, wie z. B. die Erzeugung von heißem `'Wasser zur Beheizung von Gebäuden oder
anderen Zwecken.
-
Man hat bei ähnlichen Wärmespeichervorrichtungen bereits vorgeschlagen,
Flüssigkeiten, wie beispielsweise öl, als Wärmeübertragungsmittel zwischen Speicher
und Dampferzeuger zu benutzen. Hierfür sind ölleitungen von recht erheblicher Länge
erforderlich, deren Herstellung und Instandhaltung mit Kosten und Schwierigkeiten
verknüpft ist. Wenn die Wärme längere Zeit gespeichert bleibt, so ist das ül in
den Rohrleitungen in ruhendem Zustand der Einwirkung der gespeicherien Wärme unterworfen,
so daß Zersetzungserscheinungen zu befürcht--n sind. Soll Wärme entnommen werden,
so muß das öl, um seine Funktion als Wärmeübertragungsmittel ausführen zu können,
ziemlich schnell kreisen, und da die langen Rohrleitungen selbst bei reichlicher
Querschnittsbemessung ziemlich erhebliche Widerstände bieten, müssen entsprechend
kräftige Pumpen für diesen Zweck vorgesehen «=erden. Demgegenüber weist die Erfindung
die Vorteile der Billigkeit in Herstellung und Betrieb auf. Der Gasumlauf bei der
Entnahme der Speicherwärme geht ohne wesentliche Widerstände mit beliebiger Geschwindigkeit
vor sich. Dabei liegt ein ganz besonderer Vorteil darin, daß dasselbe Mittel durch
eine einfache Umschaltung unter Benutzung der gleichen Leitungen und Antriebsvorrichtungen
zur Aufladung des Speichers benutzt werden kann.
-
Die Erfindung ist im nachstehenden mit weiteren Merkmalen an Hand
des zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
-
Fig. i ist ein Längsschnitt, und Fig.2 ist ein Querschnitt nach der
Linie II-11 in Fig.1.
-
Als Wärmespeicher dient eine sehr große Masse 1, 2, 3, ¢ (Fig. i),
deren Querschnittbeispielsweise in Fig. 2 mit 5, 6, 7, ß bezeichnet ist, die aus
einem geeigneten Steinmaterial, Sand oder einem beliebigen anderen Stoff hergestellt
ist, der ein möglichst großes Wärmefassungsvermögen besitzt. Durch diese Speichermasse
hindurch führt eine Anzahl von Kanälen 9, die entweder in waagerechter Richtung
gerade hindurchlaufen oder zur Ver-@rößerung ihrer Länge auch innerhalb der Speichermasse
im Zickzack, in Krümmungen fAer in sonst geeigneter Form hindurchgeführt werden
können und einen beliebigen Querschnitt besitzen. Diese Kanäle stehen an ihrem vorderen
und hinteren Ende mit einem Umlaufkanal. 12 in Verbindung, in welchem ein elektrischer
Heizkörper i r odereine andere Wärme abgebende Vorrichtung angeordnet ist. Das Kanalsystem
ist entweder mit Luft, mit Kohlensäure oder irgendeinem anderen gasförmigen Mittel
gefüllt, welches zweckmäßig chemisch inert ist, damit die Apparatur durch die heißen
Gase nicht angegriffen wird. Findet Luft- Verwendung, so kann ihr zu diesem Zweck
der Sauerstoff vorher entzogen sein.
-
Das gasförmige Mittel wird durch einen Ventilator io angetrieben.
Parallel zu dem Kanal 12 liegt ein Kanal 16. Eine Klappe 14# die bei 15 gelenkig
gelagert ist, läßt die Gase, die durch die Umleitung 13 zu den Kanälen 9 des Wärmespeichers
geleitet wurden und diesen durchströmt haben, entweder, solange Wärme gespeichert
werden soll, nach Durchlaufen des elektrischen Heizkörpers i i, dessen Beheizung
durch den Krafterzeuger, beispielsweise eine Windkraftmaschine, erfolgt, durch den
Kanal 12 weiter im Kreislauf umlaufen, um den Wärmespeicher aufzuladen, oder zwingt
die Gase, wenn die aufgespeicherte Wärme zur Dampferzeugung benutzt werden soll,
nachdem sie beim Durchlaufen des Speichers aufgeheizt sind, durch den Kanal 1 6
und damit durch eine Wärmeentnahmevorrichtung, beispielsweise den Dampferzeuger
1;, zu strömen und durch Wärmeabgabe an diesen Dampf zu erzeugen. Natürlich kann
die Dampferzeugung auch in unmittelbarer Abhängigkeit von der Energieerzeugung stattfinden.
Doch wird .es zu diesem Zweck richtiger sein, durch zwei, Klgppen 21, 22 den Wärmespeicher
ganz abzuschalten und mit Hilfe der gestrichelt gezeichneten Umlaufleitung 2o und
entsprechender Stellung der Klappe 1 4. die Gase im Kreislauf durch den Ventilator
io, den Heizkörper i i, den Kanal 16, den Dampferzeuger 17 und rückwärts durch den
Kanal 12 und die Umlaufleitung 2o kreisen zu lassen. Die Schaltung kann aber auch
so getroffen werden, daß gleichzeitig der Dampferzeuger beheizt und der (Wärmespeicher
aufgeladen wird, sei es, daß hierzu die Restwärme des Heizgases benutzt wird, nachdem
es den Dampferzeuger 17 durchlaufen hat, sei es, daß die Schaltung so erfolgt, daß
ein Teil der Gase dem Wärmespeicher und ein anderer Teil dem Dämpferzeuger
vom
Heizkörper aus unmittelbar zugeleitet wird. _ Der Heizkörper i i ist mit geeigneten
Wärmeaustausch$ächen versehen. Es können mehrere solcher Heizkörper vorgesehen sein.
oder der Heizkörper selbst ist unterteilt, so daß je nach der zur Verfügung stehenden
Energieerzeugung mehr oder weniger Heizflächen eingeschaltet werden können.
-
Das ganze System ist gegen Wärmeverluste durch eine wärmeisolierende
Schicht 18 geschützt, um Wärmeverluste auf ein Mindestmaß zu beschränken.
-
Natürlich ist es möglich, die Erhitzung des Wärmespeichers selbst
auch auf anderem Wege zu bewirken, beispielsweise dadurch, daß elektrische Heizelemente
in die Masse des Speichers selbst eingebaut werden. Die Vorrichtung kann auch so
getroffen werden, daß die Heizelemente teils in der eben angedeuteten Weise in die
Speichermasse eingebaut werden und daß außerdem noch ein zweiter Heizkörper in der
gezeichneten Weise vorgesehen ist, so daß nach Bedarf die Erhitzung des gasförmigen
Mittels zum Zweck der Dämpferzeugung entweder über die Speichermasse hinweg oder
auch zum Zwecke der unmittelbaren Dampfer7,eugung aus der zur Verfügung stehenden
Energie unmittelbar erfolgen kann.