WO2019051524A1 - Vorrichtung zum erzeugen von dampf - Google Patents

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WO2019051524A1
WO2019051524A1 PCT/AT2018/060212 AT2018060212W WO2019051524A1 WO 2019051524 A1 WO2019051524 A1 WO 2019051524A1 AT 2018060212 W AT2018060212 W AT 2018060212W WO 2019051524 A1 WO2019051524 A1 WO 2019051524A1
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WO
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heat
evaporator
heat accumulator
air
steam
Prior art date
Application number
PCT/AT2018/060212
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Matthias SCHWEIGHOFER
Franz Markus Schweighofer
Christoph Schweighofer
Sebastian Schweighofer
Elfriede Schweighofer
Original Assignee
Egartner, Albert
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Egartner, Albert filed Critical Egartner, Albert
Publication of WO2019051524A1 publication Critical patent/WO2019051524A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/028—Steam generation using heat accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/36—Arrangements for sheathing or casing boilers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Definitions

  • the invention relates to a device for generating steam from a liquid, in particular water vapor, for driving egg ⁇ ner turbine.
  • the invention further relates to a combination of the device with a power generating device.
  • Steam boilers for generating steam which are also referred to as Dampferzeu ⁇ ger, have long been known and can be used inter alia for the generation of electric current.
  • the steam boilers can be fired with solid, liquid or gaseous fuels or, alternatively, for example, be supplied with waste heat from industrial processes.
  • DE 10 2012 108 733 AI discloses a system for generating hot water and / or steam with a high-temperature storage for use in a gas turbine power plant.
  • the energy for heating the high-temperature storage is provided from an external and / or internal energy source.
  • High-temperature accumulator carries at least one channel formed as a conduit or cavity through which water to be heated or hot water is passed.
  • EP 0 582 898 A1 discloses a gas turbine plant and a steam turbine plant.
  • the steam turbine plant comprises a steam turbine ⁇ with a coupled generator, a steam turbine downstream condenser and a steam generator.
  • the Steam generator has, inter alia, evaporator and superheater.
  • the device is intended to enable the most efficient generation of steam to an extent which is useful for the supply of individual or several households, offices or industrial facilities, especially for the supply of small towns, with electrical energy derived from the steam.
  • the device should be as simple and reliable as possible.
  • the invention provides a device as defined in claim 1 and a combination as defined in claim 25.
  • Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims.
  • the invention provides a device for generating steam from a liquid, in particular water vapor, for driving a turbine, with a heat accumulator, a heat storage device associated with the heat supply device for
  • Heating the heat accumulator an evaporator, which is associated with the heat accumulator to be heated by heat of the heat accumulator he ⁇ , and one connected to the evaporator
  • Steam pressure vessel which is provided for receiving the liquid to be evaporated and steam, which evaporator has a first evaporator stage and a second evaporator stage connected thereto via the steam pressure ⁇ boiler, wherein an inlet of the first evaporator stage with a liquid outlet the vapor pressure vessel and an outlet of the first evaporator stage is connected to a liquid inlet of the vapor pressure vessel and wherein an inlet of the second evaporator stage is connected to a steam outlet of the vapor pressure vessel and an outlet of the second evaporator stage to a connection device for connection to a steam-driven turbine.
  • the device thus has a heat accumulator, which is designed to store energy supplied to the device in the form of heat.
  • the device supplied waste heat or the device supplied excess electrical energy, for example, from renewable energy sources, stored as heat in the heat storage and at times of Energybe ⁇ may be removed again.
  • the heat accumulator is associated with a heat supply device, ie the heat supply device is provided in the heat storage or near the heat storage in operative connection with it.
  • the device also has an evaporator associated with the heat accumulator to be heated by heat from the heat accumulator. This is to be understood that the evaporator is in operative connection with the heat storage, ie the evaporator is arranged in the region of heat radiation of the heat storage or in a heat flow emanating from the heat storage.
  • the evaporator is preferably provided in the smallest possible distance to the heat storage.
  • the evaporator has a first evaporator stage and an associated second vapor ⁇ ferhand.
  • the first evaporator stage, and the second evaporation ⁇ ferhand are interconnected via a steam pressure vessel.
  • the steam pressure vessel is provided for receiving the liquid to be evaporated, for example water, and for receiving vapor generated from the liquid.
  • an inlet of the first evaporator stage with a liquid outlet of the steam pressure vessel and an outlet of the first evaporator stage with a liquid ⁇ keitseinlass the steam pressure vessel is connected.
  • the outlet of the second evaporator stage is in particular a steam outlet and the device Anschlußvor is designed for connection of pipelines.
  • the liquid to be evaporated in the first evaporator ⁇ stage is converted into steam (wet steam), this fed back into the steam pressure vessel and the steam (wet steam) of the
  • Steam pressure boiler is converted in the second evaporator stage in over ⁇ heated steam, which is available at the connection device for the steam-powered turbine.
  • the pre ⁇ direction is thus designed to store at substantially any time, the device supplied energy as heat in the heat storage ⁇ and if necessary for the conversion of liquid speed in steam, in particular overheated steam, can be seen.
  • the heat stored in the heat storage heat is passed over the evaporator Ver.
  • the steam can be converted into electricity using the steam-powered turbine.
  • the device is preferably free of firing by fuels and has mainly the heat storage, preferably only the heat storage, to provide the heat for the evaporator.
  • top, bottom, top, bottom, side, one above the other or vertically refer to the use position of the device.
  • the heat accumulator and the evaporator are accommodated in a heat-insulating housing.
  • de heat storage and the evaporator can be housed in a common heat däm ing housing or in each case a separate heat-insulating Ge housing. In this way, unwanted heat losses can be reduced and the efficiency of the device it can be increased.
  • the heat-insulating casing protects the surrounding environment ⁇ the device from harmful if necessary
  • heat radiation As heat-insulating materials come common materials such as rock wool or CaSi insulation materials in question. Güns ⁇ tiger example, the thermal conductivity of about 0.04W / m * K be the wall thickness of the thermal insulation can be for example between 2m and 3m. This can cause cooling caused by Loss of the device, for example, on a range of
  • the heat storage has firebricks, magnesite stones, natural stones, ceramic body or sand for heat storage.
  • the heat accumulator has a weight of about 5000 tons (5 million kilograms).
  • channels for the passage of hot air can extend in or between the firebrick, magnesite stones, natural stones or ceramic bodies.
  • passed through the heat storage air can be heated on the way through the heat storage and used as a heat source for the evaporator ⁇ .
  • the channels horrre ⁇ CKEN preferably in the same direction, in particular vertically.
  • the channels may have a round, for example circular ⁇ round or polygonal cross-section.
  • the heat supply device has electrical heating elements and / or an inlet and an outlet for connecting the heat accumulator with an external hot air source and / or an external hot air source.
  • the planteversor ⁇ restriction device can thus a heat source such as the electric heating elements and / or the external source of hot air, have or include an inlet and an outlet, wherein at least the inlet for connection to an external heat source, in particular hot air source is formed.
  • the external heat source or hot air source is provided, this is arranged outside the heat-insulating housing.
  • the inlet and the outlet for connecting the heat accumulator with an external hot air source need not necessarily be in direct contact with the heat accumulator.
  • the connection of the heat accumulator with the external hot air source can thus also be understood as an active connection be, ie the inlet and / or outlet are suitably positioned for efficient heat transfer to the heat storage with respect to the heat storage.
  • the electrical heating elements in the heat storage absorbing outside of the heat accumulator in the heat enclosure of the heat store, or as part of the external hot air ⁇ source are provided is particularly beneficial. If the electric heating elements au ⁇ ßer Halb of the heat accumulator in the housing (insulating ie heat housing) are provided, these can the be Ge ⁇ tungsuses, as close as possible to the heat store, or disposed between the inner wall of the housing and the heat store to the inner wall.
  • the heat accumulator and the evaporator be arranged in a common heat-insulating housing, this is to be understood as a heat-insulating housing of the heat accumulator.
  • the electrical heating elements are provided as part of the external hot air ⁇ source, the electric heating elements can support the provision of hot air from the external hot air source. This can be useful if the possible external hot air source is fed even with hot exhaust air, the temperature is lower than the desired temperature of the heat accumulator. In this case, for the heating of the heat storage to the desired temperature of the external
  • Source of hot air supplied hot exhaust air are additionally heated by means geeig ⁇ neter heating elements, in particular electric heating elements.
  • the evaporator can be provided that the first evaporator stage and the second evaporator stage for receiving the liquid to be evaporated and the steam with the steam ⁇ pressure vessel connected riser tubes, which preferably extend substantially in the vertical direction.
  • the risers of the first and second evaporator stages are located in the effective range of the heat accumulator and are thus heated appropriately by the heat emitted by the heat ⁇ memory.
  • the riser pipes are made of a heat resistant to about 900 ° C material.
  • the first evaporator stage and the second evaporator stage are arranged one above the other ⁇ .
  • the first evaporator stage and the second evaporator stage are expediently arranged in the flow direction of the heat emitted by the heat accumulator.
  • the heat accumulator in a common with the heat storage heat-insulating housing, the heat accumulator is arranged around the heat accumulator and in particular the first evaporator stage is arranged above the second evaporator stage.
  • the evaporator may extend along part of the periphery of the heat accumulator or around the entire circumference of the thermal storage ⁇ Chers around.
  • the evaporator in a heat-storing common with the heat-insulating housing, is disposed above the heat accumulator and in particular the second evaporator stage above the first evaporator stage is arranged ⁇ .
  • This embodiment allows the device to be slim, that is, small in the horizontal direction.
  • the heat flow emitted by the heat accumulator can be conducted essentially without diverting via the evaporator arranged above it.
  • the second evaporator stage is disposed above the first Ver ⁇ evaporator stage in this embodiment.
  • the heat accumulator and the evaporator are arranged in a common heat-insulating housing. are each net and a circumferentially closed, at least partially open at the bottom and at the top side wall ⁇ indicate which insulating for forming a flow passage from an inner wall of the housing is spaced heat.
  • the Be ⁇ tenth serve the defined routing of the heat flow in the heat-insulating housing.
  • the side wall of the heat accumulator and the side wall of the evaporator in particular prevent an off ⁇ takes the heat flow from the heat storage and from the evaporation ⁇ fer toward page so that the heat flow substantially between the bottom and the top of the heat accumulator and the bottom and the top of Evaporator and runs in the flow channel.
  • the inner wall of the heat-insulating housing and the side walls of the heat accumulator and the evaporator can be designed zy ⁇ linderförmig to obtain a preferably symmetrical annular gap between the housing and the side walls as a flow channel. If the side walls of the heat storage ⁇ and the evaporator are arranged one above the other, the side wall of the heat storage is conveniently at least from ⁇ section connected to the side wall of the evaporator.
  • At least one fan is provided for the circulation of hot air through the heat accumulator and the evaporator.
  • the hot air can be passed through the heat storage to heat the hot air to the evaporator temperature required at the evaporator.
  • the set on the evaporator temperature ⁇ heated hot air may be passed over or through the evaporator by the fan, which it cools again and flows back to the heat storage.
  • the blower can be omitted and the heat flow through the heat accumulator and the vaporizer adjusts itself constantly one, since the hot air from the thermal storage ⁇ Chers rises and falls, the cooled evaporator air downwardly and flows back to the heat storage.
  • the blower is configured for reversing the flow direction of the hot air.
  • the blower is controlled to guide the hot air for heating the heat accumulator in the direction from the top to the bottom of the heat accumulator and for the heat transfer of the hot air to the evaporator in Direction from the ground to the top of the heat storage system.
  • the blower can be connected to a control device or an actuating device.
  • the blower When the blower is arranged in the intended side of the heat accumulator flow passage is to be provided, no additional space in the device for accommodating the Ge ⁇ blvesses.
  • the fan may be provided as close to the bottom of the heat storage. Structures, which provide the blower below the heat accumulator are as mög ⁇ Lich, wherein then, the flow channel extends beneath the heat accumulator.
  • a closing device is provided between the heat accumulator and the evaporator, which is interposed between a closed position in which an air circulation from the heat accumulator to the evaporator is interrupted, and an open position in which the air circulation from Heat storage is released to the evaporator, is adjustable.
  • the closing device can thus be provided between the top of the heat accumulator and the bottom of the evaporator.
  • the locking device reduces in the
  • Closing position a heat transfer from the heat storage to the evaporator. This is useful if a heat dissipation or Abküh ⁇ ment of the heat storage, especially during the heating of the heat storage, to be avoided or at least reduced.
  • the closing device allows in the open position as unhindered heat transfer from réellespei ⁇ cher to the evaporator for steam generation. Expediently, the closing device has heat-insulating material.
  • the locking device can be connected for their adjustment with a control device or an actuating device.
  • the closing device has an openable cover or at least one cover flap, which are adjustable between the closed position and the open position.
  • the lid of the heat storage can be designed liftable, so essentially on the ge velvet top of the heat storage heat can be dissipated.
  • pivot axis to be pivoted between the closed position and the open position.
  • the pivot axis can pass through the center of the cover flap.
  • the thermal storage and the evaporator in the flow channel may be of the heat accumulator and a portion of the flow channel to the side of which is arranged above the heat accumulator evaporator a Heilirkulati ⁇ onssperre provided between a portion of the flow channel laterally.
  • a particularly simple construction can for example be realized in that the air circulation inhibitor meander-shaped air guide plates having that interrupt a heat-related Beerzirkula ⁇ tion from the portion of the flow passage side of the thermal storage ⁇ Chers to the section of the flow channel laterally of the evaporator and a generated by the fan air flow from the section of the Allow flow channel side of the evaporator to the portion of the flow channel side of the heat accumulator through the air circulation barrier.
  • Such a construction of the air circulation barrier is free of moving components and is therefore particularly reliable.
  • the meandering air baffles form a looped path between the portions of the flow channel laterally of the heat storage and the side of the evaporator, heat released from the heat storage or independently, ie without support from a fan, only to a very small extent by the air circulation barrier to the evaporator stream. In contrast, may be recycled through the flow channel and hence through the air ⁇ circulation inhibitor to the heat storage supported by the fan, the exiting the evaporator with hot air.
  • the air circulation ⁇ perre flaps having adjustable between a closed position in which an air circulation between the sections of the flow channel is interrupted, and an open position in which the air circulation between the sections of the flow channel is released are.
  • the Flaps are adjusted when heating the heat accumulator in the closed position, to guide the hot air only on the heat storage and the portion of the flow channel side of the réellespei ⁇ chers.
  • the flaps can be adjusted to the open position to let the hot air leaving the evaporator flow through the flow channel laterally of the evaporator Ver ⁇ and laterally of the heat storage for heat storage ⁇ back.
  • the flaps can be connected for their adjustment with a control device or an actuating device.
  • the generation of steam can be controlled by vertical Ver ⁇ position of the lid.
  • the rotational speed of the turbine driven by the generated steam can also be adjusted.
  • this can be the verbun with a chain or a wire.
  • the lid to the second evaporation ⁇ ferumble or lowered close to the second evaporator stage can be.
  • the heat accumulator, the evaporator and the lid are accommodated in a common heat-insulating housing expediently.
  • DAEM ⁇ -inhibiting layer is provided in the heat accumulator, at least one heat.
  • the heat-insulating layer which is preferably arranged horizontally in the heat accumulator, causes a subdivision of the heat accumulator in vorzugswei ⁇ se superimposed segments. Accordingly, with a comparatively low heat input into the heat storage, this at least partially, ie in at least one segment, are heated to high temperature, while the remaining segments, for the heating of which the heat input is too low, substantially maintain their lower temperature.
  • the heat from the surface of the heat input in the heat accumulator preferably the top of the heat accumulator, with a non-linear tempera ⁇ turprofil to the opposite surface of the heat accumulator, preferably ⁇ before the bottom of the heat accumulator when heating the heat accumulator, spreads.
  • the heat-insulating layer reduces the natural heat transfer from the warmer to the cooler segments in the heat storage.
  • the heat of the heated segments can be utilized for high temperature steam production and, thus, high speed operation of the turbine connected to the apparatus.
  • more than one heat-insulating layer for example, 2, 3 or 4 heat-insulating layers are provided in the heat storage.
  • the heat accumulator sand particularly quartz sand, has the heat storage assurance and the electric heating elements, in particular heating bars, and the riser tubes of the first and second evaporation ⁇ ferissue substantially running vertically and arranged side by side in the heat accumulator are. In this way, a very compact device is achieved with low height.
  • the evaporator is integrated with its risers in the heat storage.
  • the heat accumulator and the evaporator are accommodated in each case a separate heat-insulating housing and connected to each other via pipes.
  • an air outlet in the heat-insulating housing of the heat accumulator may be connected to an air inlet in the heat-insulating housing of the evaporator and an air outlet in the heat-insulating housing of the evaporator with an air inlet in the heat-insulating housing of the heat accumulator.
  • the air inlet in the heat-insulating housing of the heat accumulator can be favorably associated with the bottom or top of the heat accumulator and the air outlet in the heat-insulating housing of the heat accumulator can be assigned to the other, ie the top or the bottom of the heat accumulator.
  • the invention also contemplates a combination of the aforesaid apparatus in which the heat accumulator and the evaporator are accommodated in respective separate heat-insulating housings with power generating means comprising a gas turbine and a heat exchanger, an air outlet from the evaporator having an air inlet is connected to the heat accumulator, an air outlet from the heat accumulator is connected to the heat exchanger, which is connected upstream of an air inlet of the gas turbine, and an air outlet of the gas turbine with an air ⁇ teinlass is connected to the evaporator. It can the power generating means comprising a gas turbine and a heat exchanger, an air outlet from the evaporator having an air inlet is connected to the heat accumulator, an air outlet from the heat accumulator is connected to the heat exchanger, which is connected upstream of an air inlet of the gas turbine, and an air outlet of the gas turbine with an air ⁇ teinlass is connected to the evaporator.
  • Gas turbine having a rotary shaft, with which a compressor and an electric generator are connected, wherein the compressor has an air inlet and a compressed air heretel ⁇ ing air outlet, which for heating the
  • compressed air is connected via the heat exchanger with the air inlet of the gas turbine. Since the heat exchanger for supplying hot air is connected to the air outlet of the heat accumulator, the hot air provided by the device via the air outlet can be used to generate electricity.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a schematically illustrated device according to the invention in a sectional view
  • FIG. 1a shows an embodiment of a schematically illustrated heat accumulator
  • Figure lb is a more detailed view of a portion of the thermal storage ⁇ Chers of Figure la..;
  • Fig. 2 shows a further embodiment of a schematically illustrated device according to the invention in a sectional view, with a cover flaps having closing device;
  • Fig. 2a is a more detailed view of the locking device of Fig. 2;
  • FIG. 2b shows a view of a horizontal section through the pre ⁇ direction of Figure 2 from above at the level of the evaporator.
  • Fig. 3 shows a further imple mentation of a schematically illustrated device according to the invention in a sectional view, with a cover flaps having closing device and with electrical heating elements in the heat-insulating housing outside of the heat accumulator;
  • Fig. 3a is a more detailed view of the locking device of Fig. 3;
  • 3b is a view of a horizontal section through the pre ⁇ direction of Figure 3 from above at the level of the heat storage.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a schematically illustrated device according to the invention, without a fan, in a sectional view;
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a schematically illustrated device according to the invention, with an external hot air source, in a sectional view;
  • Fig. 5a shows another embodiment of a schematically illustrated device according to the invention, with an external hot air source, in a sectional view;
  • Fig. 6 shows a further embodiment of a schematically illustrated device according to the invention, in which the evaporator is arranged laterally of the heat accumulator, in a sectional view;
  • FIG. 6a shows another embodiment of a schematically illustrated embodiment. placed device according to the invention, in which the evaporator is arranged laterally of the heat accumulator, in a section;
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a schematically illustrated device according to the invention, in which the electrical heating elements and the riser tubes of the first and second evaporator stages are arranged side by side in the heat accumulator, in a sectional view;
  • Fig. 7a is a view on a horizontal section through a part of the device of Figure 7 from above.
  • FIG. 8 shows a sectional view through a schematically illustrated heat accumulator in which four heat-insulating layers are provided
  • FIG. 8a shows a temperature profile in the heat accumulator from FIG. 8;
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a schematically illustrated device according to the invention, in which the heat accumulator and the evaporator are accommodated separately, each in a separate heat-insulating housing, in a sectional view;
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a schematically illustrated device according to the invention, in which the heat accumulator and the evaporator are accommodated separately, each in a separate heat-insulating housing, in a sectional view, the device being connected to a power generating device; and
  • Figures 11 to 13 show a device according to the invention connected to a power supply system.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention in the use position, in a sectional view.
  • the device 1 has a heat accumulator 2, a heat supply device 16 assigned to the heat accumulator 2, for heating the heat accumulator 2, an adjacent to the heat accumulator 2.
  • the evaporator 3, which is positioned above the heat accumulator 2 in the example shown in FIG. 1, is provided to be heated by heat emitted from the heat accumulator 2.
  • the evaporator 3 has a first evaporator stage 3 a and a second evaporator stage 3 b connected thereto via the steam pressure vessel 4.
  • An inlet 7 of the first evaporator stage 3a is connected to a liquid outlet 8 of the steam pressure vessel 4, and an outlet 9 of the first evaporator stage 3a is connected to a
  • Liquid inlet 10 of the vapor pressure vessel 4 connected.
  • an inlet 11 of the second evaporator stage 3b is connected to a steam outlet 12 of the steam pressure vessel 4, and an outlet 13 of the second evaporator stage 3b is connected to the connection apparatus 5 for connection to the steam-driven turbine 6.
  • the vapor pressure of the boiler 4 is provided for receiving the to be evaporated in the evaporator 3 ⁇ Ver fluid F and to receive the resulting vapor D.
  • FIG. 1 also shows that the heat accumulator 2 and the evaporator 3 are accommodated in a heat-insulating housing 14.
  • the first evaporator stage 3a and the second evaporator stage 3b of the above the heat accumulator 2 positio ⁇ ned evaporator 3 are arranged one above the other.
  • the second evaporator stage 3b is disposed above the first evaporative ⁇ ferwork 3a.
  • the heat supply device 16 For the heating of the heat storage unit 2 in a convenient for the Damp ⁇ ferzeugung temperature, the heat supply device 16 is provided, which has in the example of FIG. 1 electrical heating elements 17 which are arranged in the heat storage unit 2.
  • the heating elements 17 can be inserted into the heat storage 2 as heating elements 17a, heating mats 17b or sheet metal plates 17c made of resistance alloys or horizontally in the heat storage. Memory 2 be inserted.
  • FIG. 1a schematically shows an exemplary embodiment of a heat accumulator 2 which, in order to minimize cooling losses, has a cube-like shape.
  • the heat storage unit 2 can each ⁇ but also have other shapes, for example the shape of a cuboid, a cylinder with a round base or a Pris ⁇ mas.
  • the heat storage unit 2 preferably comprises refractory bricks (Sl), magnesite (S2), natural stone (S3), the ceramic body (S4) or sand (S5) for heat storage.
  • Sl refractory bricks
  • S2 magnesite
  • S3 natural stone
  • S4 the ceramic body
  • S5 sand
  • Fig. 1a also shows between the above-mentioned stone layers inserted sheet metal plates 17c made of resistance alloys with a meander-shaped blank. Openings 21 in the metal plates 17c allow air circulation through the heat accumulator 2.
  • the number of bricks and the arrangement of the air ducts 18 may vary in shape and number; depending on the size of the heat accumulator 2.
  • three heating conductors 22 are connected in star and are supplied with three-phase current.
  • Fig. Lb shows a part of the heat storage unit 2 of Fig. La, above, in elevation and down in a plan view, with a cut ⁇ from a sheet metal plate 17c and a portion of a heat conductor 22nd
  • the heat accumulator 2 and the evaporator 3 each have a circumferentially closed side wall ⁇ 23a, 23b.
  • the side wall 23a of the heat accumulator 2 is at least partially open at the bottom 19 and at the top 20 of the heat accumulator 2 ⁇ .
  • the side wall 23b of the evaporator 3 is formed at the bottom 24 and at the top 24a of the evaporator 3 at least partially open.
  • the beab- Be ⁇ tendon 23a, 23b are for forming a flow channel 25 from an inner wall 14a of the heat-insulating casing 14 standet.
  • blower 26 are provided in the example shown in FIG.
  • the blower 26 are formed for generating an air flow within the side walls 23a, 23b from the heat storage 2 to the evaporator 3 and within the flow channel 25 from the evaporator 3 to the heat storage 2. Since the heating of the heat accumulator 2 is favorably carried out from its upper side 20 to its bottom 19, it is expedient if the blowers 26 are designed to reverse the flow direction of the hot air.
  • the blower 26 may be additionally positioned below the bottom 19 of the substancesspei ⁇ chers 2.
  • a closing device 27 is provided between the heat storage 2 and the evaporator 3, within the side walls 23a, 23b, ie in the laterally defined by the flow channel 25 space.
  • the closing device 27 is designed for an adjustment between a closed position in which an air circulation from the heat accumulator 2 to the evaporator 3 is interrupted, and an open position in which the air circulation from the heat accumulator 2 to the evaporator 3 is released.
  • the closing device 27 is formed as an openable lid 27a and shown in the closed position.
  • Fig. 1 also shows an air circulation barrier 28 between the portion 25a of the flow channel 25 laterally of the heat accumulator 2 and the portion 25b of the flow channel 25 laterally of above the heat accumulator 2 arranged evaporator 3.
  • the air circulation barrier 28 has in the game shown in Fig. 1 meandering ⁇ game Air baffles 29, which a heat- conditioned air circulation from the section 25a of the flow channel 25 laterally of the heat accumulator 2 to the portion 25b of Strömungska ⁇ nals 25 laterally interrupt the evaporator 3 and an air circulation generated by the blower 26 from the portion 25b of the flow channel 25 side of the evaporator 3 to the portion 25a of the flow channel 25 laterally allow the heat accumulator 2 through the air circulation lock 28.
  • a vertically adjustable cover 30 may be provided.
  • the cover 30 is conveniently connected to a lifting device 31, for example a guide chain 31a or a guide cable 31b, so as to be able to adjust the distance of the cover 30 to the second evaporator stage 3b.
  • the lifting device 31 may be connected to a counterweight 32, which prevents a crash of the lid 30 in case of failure of a cover drive and the required drive power of the cover drive redu ⁇ graces.
  • the steam pressure vessel 4 has an inlet 33. Via this inlet 33 and, for example via a feedwater pump 4 fresh water or condensate is supplied to the steam pressure vessel. This water is forced into the evaporator 3 (first evaporator stage 3 a) from where it flows as steam with, for example, 50 bar into the upper part of the steam pressure boiler 4. This still sown ⁇ -saturated vapor is then passed through the second evaporator stage 3b acting as a superheater in which the temperature of the steam is increased to, for example, 550 ° C, the high-pressure stage of the steam-plants ⁇ NEN turbine 6 supplied. Vary the pressure and temperature ranges Kgs ⁇ NEN depending on the steam turbine. 6
  • Devices 1 of this type can be conveniently constructed starting from a weight of the heat accumulator 2 of about 5000 tons (5 million kilograms) to operate a steam powered turbine 6 with a power of about 25MW.
  • a heat storage 2 weight of about 25000 tons (25 million kilograms) Drive a steam-powered turbine 6 with a power of about 125MW appear realistic.
  • large cross sections are necessary, for example. From 100 to 150m 2 .
  • the device 1 may, for example, have a cylindrical shape with a circular or polygonal-shaped base.
  • the maximum temperature in the device 1 is limited by the strength of the supporting steel parts. Therefore, a max.
  • Temperature of the storage stones in the heat storage 2 favorably to be set at about 700-750 ° C.
  • the steam-powered turbine 6 can be operated permanently at idle. To nachzuarrin the small amount of steam for idling the steam-powered turbine 6, only small amounts of hot air in the device 1 are necessary.
  • the small amounts of hot air can be adjusted by suitable adjustment of the closing device 27 between the heat storage 2 and the evaporator 3 or by the vertically adjustable cover 30 above the second evaporator stage 3b. For a short start-up time of the device 1, this favorable manner can be permanently applied with steam.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the device 1, in which the closing device 27 has, instead of an openable lid 27a, at least one cover flap 27b, which is adjustable between the closing position and the open position.
  • the closing device 27 has, instead of an openable lid 27a, at least one cover flap 27b, which is adjustable between the closing position and the open position.
  • cover flaps 27b designed as rotary flaps 27c are shown.
  • the rotary flaps 27c each have a rotation ⁇ shaft 27d.
  • FIG. 2a shows the four cover flaps 27b designed as rotary flaps 27c in a view from above.
  • the rotatable cover flaps 27b allow fine adjustment of the heat flow from the heat accumulator 2 to the evaporator 3.
  • Fig. 2b shows a view of a section in the horizontal direction through the device 1 of Fig. 2, at the level of the evaporator 3, from above. Clearly visible are the heat-insulating housing 14, the portion 25b of the flow channel 25 and the risers 15 of the evaporator. 3 Fig. 3 shows an imple mentation of the device 1 in a sectional view, with a cover flaps 27 b having
  • the air circulation barrier 28 has flaps 34 which are interposed between a closed position in which air circulation between the sections 25a, 25b of the flow channel 25 is interrupted and an open position in which the air circulation between the sections 25a, 25b of the flow channel 25 is cegege ⁇ Ben, are adjustable.
  • the electrical heating elements 17 are provided within the heat-insulating housing 14, outside of the heat ⁇ memory 2, in particular in the section 25 a of the flow channel 25 side of the heat accumulator 2. For heating the heat accumulator 2, the cover flaps 27b and the flaps 34 are brought into the closed position and the fan 26 is so ⁇ controls that the air flows in the portion 25a of the flow channel 25 upwards.
  • the heated air flows through the heat accumulator 2, from its upper side 20 toward its bottom 19, and heats the heat accumulator 2.
  • the cover flaps 27b and the flaps 34 are opened and the Geblä ⁇ se driven 26 for reversing the flow direction of the hot air so that the air from the bottom 19 of the heat accumulator 2 to the
  • FIG. 3a shows a more detailed view of the closing device 27 from FIG. 3.
  • the closing device 27 has six cover flaps 27b designed as rotary flaps 27c.
  • 3b is a view of a section in the horizontal direction through the device 1 of FIG. 3, at the level of the heat accumulator 2, from above.
  • the heat-insulating housing 14 With the channels 18, the portion 25a of the flow channel 25, in which on the inner wall 14a of the heat-insulating housing 14 heating elements 17 are added, and three connected to the heating elements 17 heating element 22, for powering the heating elements 17.
  • Fig. 4 shows a further imple mentation of the device 1, without fan 26.
  • the air circulation in the device 1 is independent, only on the basis of Temperature differences between the hot heat storage 2 and the cooler second evaporator stage 3b.
  • the closure device 27 has an openable lid 27a which is adjustable between the closed position and the open position.
  • flaps 34 as air circulation lock 28 before ⁇ seen.
  • the flaps 34 and the lid 27a are set in the closed positions, and the flaps 34 and the lid 27a are set in the open position to generate steam.
  • the electric heating elements 17 are arranged within the heat accumulator 2.
  • Fig. 5 shows an embodiment of the device according to the invention 1, with an external hot air source.
  • the heat supply means to an inlet 35 and an outlet 36 for connection of the thermal storage ⁇ Chers 2 with an external source of hot air 37th
  • the inlet 35 and the outlet 36 may be spaced from the heat accumulator 2 and are in operative connection therewith.
  • the external hot-air source 37 is connected to the inlet 35 and the outlet 36 via preferably shut-off pipes 38, which, for example, have a shut-off flap 39 for this purpose.
  • the external hot ⁇ air source 37 has a heat exchanger 40, which is preferably an air-air heat exchanger and is designed in countercurrent or cross-flow principle.
  • the hot gases supplied to the heat exchanger 40 can occur irregularly in industrial processes, for example in the combustion of waste or in the cement production, and yet by means of the device 1 for the
  • the air flow for heating the heat accumulator 2 is generated in réelletau ⁇ shear 40 and by means of a hot air blower 41 and guided over the butterfly valve 39.
  • ⁇ structure 37 also comprises the external source of hot air in in Fig. 5 dargestell ⁇ th example, electrical heating elements 17th
  • electrical heating elements 17th may be, for example integrated in the heat exchanger 40 is arranged in a separate chamber 42 which is connected to the composites ⁇ NEN with the inlet pipe 35 38th
  • the heat accumulator 2 to be supplied hot air in the external hot air source 37 exclusively ⁇ be generated by a resistance heater. In this case, the heat exchanger 40 through the chamber 42 with the elec- trischen heating elements 17 replaced.
  • the positioning of the conduits 38 may differ from the illustration in Fig. 5, e.g.
  • the hot air return line 38a according to the exemplary illustration in FIG. 5a, can be arranged laterally on the housing 14.
  • several hot air lines or pipes 38 are possible.
  • the external hot air source 37 for heating the air only the heat exchanger 40 but no additional electrical heating elements 17.
  • the blower 26 is switchable in order to be able to convey the hot air in two opposite directions.
  • FIGS. 6 and 6 a show embodiments of the device 1 in which the evaporator 3 is arranged laterally of the heat accumulator 2.
  • the heat accumulator 2 is formed as in the example of FIG. 1 and may have circular or polygonal-shaped cross-section.
  • the heat storage unit 2 may be indirect, ie ⁇ be heated by means provided outside the heat storage unit 2 heating elements 17th In Fig. 6, the heating elements 17 at the
  • Inner wall 14 a of the heat-insulating housing 14 is arranged.
  • the heat accumulator 2 is surrounded by a preferably heat-insulating and circumferentially closed side wall 23a. Circumferentially around the side wall 23a, in a flow channel 25, the evaporator 3 is provided, the first evaporator stage 3a is positioned above the second evaporator stage 3b. Circumferential side around the evaporator 3 around a preferably Wär ⁇ me insulating sidewall 23b is arranged. Between the side wall 23b and the inner wall 14a of the heat-insulating housing 14, the heating elements 17 are provided.
  • the closing device 27 has switchover flaps 27d which, depending on their position, enable a flow path between the heat accumulator 2 and the evaporator 3 or between the heat accumulator 2 and the heating elements 17.
  • the switching flaps 27 d are moved to the lower position shown in FIG. 6 and the fan 26 is for an air flow from the top 20 of the heat accumulator 2 to its bottom 19 is driven. The air flows through the Hei ⁇ ziata 17.
  • the fan 26 is driven to reverse the flow direction and the changeover 27d are moved to the upper position shown in Fig. 6, so that the heat from the heat storage 2 heated air flow through the evaporator 3 can.
  • the heat storage unit 2 can directly, ie ⁇ be heated by means provided within the heat storage unit 2 heating elements 17th
  • the heat accumulator 2 is surrounded by a preferably heat-insulating and circumferentially closed side wall 23a.
  • the evaporator 3 is provided, the first evaporator stage 3a above the second evaporator stage 3b posi ⁇ tioned.
  • the closing device 27 has switchover flaps 27d, which release a flow path between the heat accumulator 2 and the evaporator 3 as a function of their position.
  • Fig. 7 shows a disclosed embodiment of the apparatus 1 in which the electrical heating elements 17 and the risers 15 of the ers ⁇ th and second evaporator stage 3a, 3b are arranged side by side in the heat ⁇ memory 2.
  • vertical electric heating rods 17a are preferably arranged in dry, fine quartz sand of the heat accumulator 2.
  • the steam generation takes place here by the termination of the feedwater supply into the evaporator 3.
  • FIGS. 1 to 6 This leads compared to the imple mentation forms shown in FIGS. 1 to 6 to a slower control behavior of the steam turbine 6, since all the water in the risers 15 in any case is converted into steam and this steam in the turbine 6 entwe ⁇ has to be processed or cooled.
  • the embodiment according to FIG. 7 advantageously does not require any measurement. mechanically moving parts between heat storage 2 and evaporator 3.
  • the device 1 can thus be made particularly large. By appropriate design and season memory can be considered.
  • Fig. 7a shows a view on a section in the horizontal direction through a part of the device 1 of Fig. 7, from above. Clearly visible are the heat-insulating housing 14, the electric heating elements 17a and the risers 15th
  • Figs. 8 shows a sectional view through a schematically presented Darge ⁇ heat storage unit 2, in which four heat-insulating layers 43 are provided, which divide the heat storage unit 2 in segments 44.
  • the heat-insulating layers 43 delay or complicate a heat transfer from a purposefully heated for generating steam segment 44 to an adjacent, not yet heated for steam generation purpose segment 44. In this way, individual segments 44 can be heated appropriately even if for the Heating the entire heat storage 2 too little energy is available.
  • FIG. 8 a shows a temperature profile in the heat accumulator from FIG. 8, in which the temperature in the heat accumulator 2 and in the vertical direction the extent of the heat accumulator are plotted from its upper side 20 to its bottom 19 in the horizontal direction.
  • the heat input into the heat accumulator 2 takes place on its upper side 20.
  • a non-linear temperature profile can be recognized here.
  • Each curve in the illustrated family of curves is assigned a different point in time during the heating of the heat accumulator 2. Segments 44 near the top 20 are therefore already been heated, during Seg ⁇ elements 44 still have close to the bottom 19 of lower temperature.
  • Fig. 9 shows a further imple mentation of a device 1, in which the heat accumulator 2 and the evaporator 3 separately, in each case a separate heat-insulating housing 14 b, 14 c, taken up ⁇ and connected to each other via pipes 45.
  • the heat accumulator 2 is arranged between an air inlet 46 and an air outlet 47 of the heat-insulating housing 14b.
  • the air outlet 47 is provided with an air inlet 48 into the evaporator 3 or in the heat-insulating housing 14c connected.
  • An air outlet 49 of the evaporator 3 or the heat-insulating housing 14 c is connected to the air inlet 46 via a pump 50 for generating the heat flow through the heat accumulator 2 and the evaporator 3.
  • Fig. 10 shows a further imple mentation of a device 1, in which the heat storage 2 and the evaporator 3 separately, in each case a separate heat-insulating housing 14 b, 14 c, ⁇ taken.
  • the device 1 in particular the Wär ⁇ me Eat 2 and the evaporator 3, with an external
  • the power generation device 51 includes a gas turbine 52 having a rotary shaft 53, a compressor 54 connected to the rotary shaft 53, and an electric generator 55 for generating electricity connected to the rotary shaft 53, a heat exchanger 56, and Control valve 57.
  • Compressor 54 is supplied via an air inlet 58 to be compressed air and the compressed air is provided at a Heilaus ⁇ gear 59.
  • the compressed air is guided for heating via the heat exchanger 56 connected to the air outlet 59 and, in the heated state, is conducted to an air inlet 60 of the gas turbine 52 connected to the heat exchanger 56.
  • the cooled air present at the air outlet 61 of the gas turbine 52 is introduced into the air inlet 48 of the evaporator 3 connected to the air outlet 61 and passed over the evaporator 3.
  • the air outlet 49 from a ⁇ placed in the evaporator 3 in the air inlet 46 air is passed through the heat storage unit 2, but he passed ⁇ hitzt and via the air outlet 47 into the air outlet 47 connected to the heat exchanger 56th
  • the heat stored in the heat storage 2 supports the drive of the gas turbine 52.
  • the heat exchanger 56 optionally bridging control ⁇ valve 57 serves to limit the maximum air temperature to protect the gas turbine 52 from overheating and to regulate the output ⁇ performance.
  • the compressor 53 compresses the intake ambient air to, for example, 5 to 12 bar.
  • the compressed air is heated in the heat exchanger 56 (two heat exchangers 56 are provided in FIG. 10) to, for example, 800.degree. at her volume.
  • the pressure of the hot air is reduced to almost ambient pressure.
  • the Ga ⁇ sturbine 52 is driven and supplies energy for the compaction ⁇ ter 54 and the generator 55.
  • the cooled air is introduced into the evaporator 3 to generate steam for a turbine 6 connected thereto. In this case, the air in the evaporator 3 cools down to, for example, 150.degree.
  • the thus cooled air is passed into the heat ⁇ memory 2 and heated in the heat storage 2 to eg. 900 ° C and the secondary side of the heat exchanger 56 is supplied. There, it heats the air for the gas turbine 52 and cools down to, for example, 250 ° C (exhaust air temperature after the compressor 54). The exhaust air is then still available as process energy or can be blown out.
  • FIG. 11 shows a device 1 connected to a power supply system 62.
  • the power supply system 62 includes: AC power sources 63, for example, wind turbines 63a, hydro power plants 63b, and / or a grid 63c connected to an AC power grid 74, DC power sources 63, for example, a photovoltaic power plant 63d, which are connected to a DC power supply 75, a battery system 64, which is connected via a charge regulator 65 from the PV array 63d, connected to said photovoltaic system 63d, and the Ladereg ⁇ ler 65 motor controller 66 with a
  • AC power sources 63 for example, wind turbines 63a, hydro power plants 63b, and / or a grid 63c connected to an AC power grid 74
  • DC power sources 63 for example, a photovoltaic power plant 63d, which are connected to a DC power supply 75
  • a battery system 64 which is connected via a charge regulator 65 from the PV array 63d, connected
  • DC motor 67 for controlling the same
  • a synchronous or asynchronous generator 68 which is connected via a flywheel 69 to the DC motor 67
  • a motor 70 which may be in particular a vegetable oil engine, a biogas engine, a gas engine or a hydrogen engine, which is connected via a freewheel device 71 with the DC motor 67.
  • the engine 70 is connected to a compressor 72 and a turbine 73 connected thereto, which in turn are connected to the device 1.
  • the synchronous or asynchronous generator 68 can be supplied with power from the battery system 64 or from the photovoltaic system 63d and can feed energy into the AC voltage network 74.
  • the device 1 can drive the motor 70 via the turbine 73 and the compressor 72.
  • the device 1 can be heated with excess current from the AC voltage network 74 and / or DC voltage network 75.
  • the energy generated from the power sources 63 to 63d is favorably consumer ⁇ manuals supplied and excess generated energy may be in the
  • Battery system 64 are stored.
  • Fig. 12 shows a further device 1, which is connected to a power supply system ⁇ 62a.
  • a power supply system ⁇ 62a In contrast to in Fig.
  • the photovoltaic system 63d is connected to the alternating voltage network 74 via an inverter 76 and this is connected to the battery system 64 via a rectifier 77.
  • Fig. 13 shows a further device 1, which is connected to a power supply system ⁇ 62b.
  • a power supply system ⁇ 62b In contrast to in Fig.
  • the photovoltaic system 63d and the battery system 64 are connected via an inverter 78 to an AC motor 67a connected between the synchronous or asynchronous generator 68 and the motor 70 and replacing the DC motor 67.
  • FIGS. 11 to 13 represent possible directions of current flow.

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Abstract

Vorrichtung (1) zum Erzeugen von Dampf (D) aus einer Flüssigkeit (F), insbesondere Wasserdampf, zum Antrieb einer Turbine (6), mit einem Wärmespeicher (2), einer dem Wärmespeicher (2) zugeordneten Wärmeversorgungseinrichtung (16), zum Erwärmen des Wärmespeichers (2), einem Verdampfer (3), der dem Wärmespeicher (2) zugeordnet ist, um durch Wärme des Wärmespeichers (2) erhitzt zu werden, und einem mit dem Verdampfer (3) verbundenen Dampfdruckkessel (4), welcher zur Aufnahme der zu verdampfenden Flüssigkeit (F) und von Dampf (D) vorgesehen ist, welcher Verdampfer (3) eine erste Verdampferstufe (3a) und eine damit über den Dampfdruckkessel (4) verbundene zweite Verdampferstufe (3b) aufweist, wobei ein Einlass (7) der ersten Verdampferstufe (3a) mit einem Flüssigkeitsauslass (8) des Dampfdruckkessels (4) und ein Auslass (9) der ersten Verdampferstufe (3a) mit einem Flüssigkeitseinlass (10) des Dampfdruckkessels (4) verbunden ist und wobei ein Einlass (11) der zweiten Verdampferstufe (3b) mit einem Dampfauslass (12) des Dampfdruckkessels (4) und ein Auslass (13) der zweiten Verdampferstufe (3b) mit einer Anschlussvorrichtung (5) zur Verbindung mit einer Dampf-betriebenen Turbine (6) verbunden ist.

Description

Vorrichtung zum Erzeugen von Dampf
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Dampf aus einer Flüssigkeit, insbesondere Wasserdampf, zum Antrieb ei¬ ner Turbine.
Die Erfindung betrifft weiters eine Kombination der Vorrichtung mit einer Stromerzeugungseinrichtung.
Dampfkessel zur Erzeugung von Dampf, welche auch als Dampferzeu¬ ger bezeichnet werden, sind seit langem bekannt und können unter anderem zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden. Die Dampfkessel können hierfür mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen befeuert werden oder alternativ hierzu beispielsweise mit Abwärme aus industriellen Prozessen versorgt werden .
Nachteilig ist hierbei, dass dann wenn überschüssige Wärme, d.h. Abwärme, nicht als Abfallprodukt anfallen soll, sondern zur Dampferzeugung weiter genutzt werden soll, oder vorübergehend überschüssige elektrische Energie zur Dampferzeugung zu Verfü¬ gung steht, die Dampferzeugung und somit auch die Umwandlung des erzeugten Dampfes in elektrische Energie an ene Zeiten gebunden ist, zu welchen die Abwärme oder gegebenenfalls die überschüssi¬ ge elektrische Energie tatsächlich als Energiequelle zur Verfü¬ gung stehen.
Die DE 10 2012 108 733 AI offenbart ein System zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf mit einem Hochtemperaturspeicher für den Einsatz in einem Gasturbinenkraftwerk. Die Energie für die Erwärmung des Hochtemperaturspeichers wird aus einer externen und/oder internen Energiequelle bereitgestellt. Durch den
Hochtemperaturspeicher führt mindestens ein als Rohrleitung oder Hohlraum ausgebildeter Kanal, durch welchen zu erwärmendes Wasser oder Heißwasser geleitet wird.
Die EP 0 582 898 AI offenbart eine Gasturbinenanlage und eine Dampfturbinenanlage . Die Dampfturbinenanlage umfasst eine Dampf¬ turbine mit einem angekoppelten Generator, einen der Dampfturbine nachgeschalteten Kondensator sowie einen Dampferzeuger. Der Dampferzeuger weist u.a. Verdampfer und Überhitzer auf.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung wie eingangs angegeben zu schaffen, die eine Erzeugung von Dampf auch zu Zeitpunkten ermöglicht, zu welchen der Vorrichtung zuführbare Abwärme oder der Vorrichtung zuführbare überschüssige elektri¬ sche Energie als Energiequelle für die Dampferzeugung nicht zur Verfügung stehen. Die Vorrichtung soll eine möglichst effiziente Dampferzeugung in einem Ausmaß ermöglichen, welches zur Versorgung einzelner oder mehrerer Haushalte, Büros oder Industrieanlagen, insbesondere auch zur Versorgung von Kleinstädten, mit aus dem Dampf gewonnener elektrischer Energie zweckmäßig ist. Zudem soll die Vorrichtung möglichst einfach und zuverlässig aufgebaut sein.
Es ist weiters Aufgabe der Erfindung eine Kombination der Vorrichtung mit einer Stromerzeugungseinrichtung zu schaffen, welche Kombination eine Erzeugung von elektrischem Strom auch zu Zeitpunkten ermöglicht, zu welchen der Vorrichtung zuführbare Abwärme oder der Vorrichtung zuführbare überschüssige elektri¬ sche Energie als Energiequelle für die Dampferzeugung nicht zur Verfügung stehen.
Hierfür sieht die Erfindung eine Vorrichtung wie in Anspruch 1 und eine Kombination wie in Anspruch 25 definiert vor. Vorteil¬ hafte Aus führungs formen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Demgemäß sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen von Dampf aus einer Flüssigkeit, insbesondere Wasserdampf, zum Antrieb einer Turbine vor, mit einem Wärmespeicher, einer dem Wärmespeicher zugeordneten Wärmeversorgungseinrichtung, zum
Erwärmen des Wärmespeichers, einem Verdampfer, der dem Wärmespeicher zugeordnet ist, um durch Wärme des Wärmespeichers er¬ hitzt zu werden, und einem mit dem Verdampfer verbundenen
Dampfdruckkessel , welcher zur Aufnahme der zu verdampfenden Flüssigkeit und von Dampf vorgesehen ist, welcher Verdampfer eine erste Verdampferstufe und eine damit über den Dampfdruck¬ kessel verbundene zweite Verdampferstufe aufweist, wobei ein Einlass der ersten Verdampferstufe mit einem Flüssigkeitsauslass des Dampfdruckkessels und ein Auslass der ersten Verdampferstufe mit einem Flüssigkeitseinlass des Dampfdruckkessels verbunden ist und wobei ein Einlass der zweiten Verdampferstufe mit einem Dampfauslass des Dampfdruckkessels und ein Auslass der zweiten Verdampferstufe mit einer Anschlussvorrichtung zur Verbindung mit einer Dampf-betriebenen Turbine verbunden ist. Die Vorrichtung weist somit einen Wärmespeicher auf, welcher ausgebildet ist, der Vorrichtung zugeführte Energie in Form von Wärme zu speichern. Auf diese Weise kann der Vorrichtung zugeführte Abwärme oder der Vorrichtung zugeführte überschüssige elektrische Energie, beispielsweise aus regenerativen Energiequellen, als Wärme im Wärmespeicher gespeichert und zu Zeiten von Energiebe¬ darf wieder entnommen werden. Zum Erwärmen des Wärmespeichers ist dem Wärmespeicher eine Wärmeversorgungseinrichtung zugeordnet, d.h. die Wärmeversorgungseinrichtung ist im Wärmespeicher vorgesehen oder nahe dem Wärmespeicher in einer Wirkverbindung damit angeordnet. Die Vorrichtung weist zudem einen Verdampfer auf, der dem Wärmespeicher zugeordnet ist, um durch Wärme des Wärmespeichers erhitzt zu werden. Darunter ist zu verstehen, dass sich der Verdampfer in einer Wirkverbindung mit dem Wärmespeicher befindet, d.h. der Verdampfer ist im Bereich einer Wärmestrahlung des Wärmespeichers bzw. in einem vom Wärmespeicher ausgehenden Wärmestrom angeordnet. Für eine kompakte Ausführung der Vorrichtung und für eine effiziente Erwärmung des Verdampfers durch den Wärmespeicher ist der Verdampfer vorzugsweise in einem möglichst geringen Abstand zum Wärmespeicher vorgesehen. Für eine effiziente Dampferzeugung weist der Verdampfer eine erste Verdampferstufe und eine damit verbundene zweite Verdamp¬ ferstufe auf. Die erste Verdampferstufe und die zweite Verdamp¬ ferstufe sind über einen Dampfdruckkessel miteinander verbunden. Dabei ist der Dampfdruckkessel zur Aufnahme der zu verdampfenden Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, und zur Aufnahme von aus der Flüssigkeit erzeugtem Dampf vorgesehen. Um die zu verdampfende Flüssigkeit und den aus der Flüssigkeit erzeugten Dampf durch den Verdampfer leiten zu können, ist ein Einlass der ersten Verdampferstufe mit einem Flüssigkeitsauslass des Dampfdruckkessels und ein Auslass der ersten Verdampferstufe mit einem Flüssig¬ keitseinlass des Dampfdruckkessels verbunden. Zudem ist ein Ein¬ lass der zweiten Verdampferstufe mit einem Dampfauslass des Dampfdruckkessels und ein Auslass der zweiten Verdampferstufe mit einer Anschlussvorrichtung zur Verbindung mit einer Dampfbetriebenen Turbine verbunden. Der Auslass der zweiten Verdampferstufe ist insbesondere ein Dampfauslass und die Anschlussvor richtung ist zum Anschluss von Rohrleitungen ausgebildet. Dabei wird die zu verdampfende Flüssigkeit in der ersten Verdampfer¬ stufe in Dampf (Nassdampf) umgewandelt, dieser in den Dampfdruckkessel zurück geleitet und der Dampf (Nassdampf) des
Dampfdruckkessels wird in der zweiten Verdampferstufe in über¬ hitzten Dampf umgewandelt, welcher an der Anschlussvorrichtung für die Dampf-betriebene Turbine zur Verfügung steht. Die Vor¬ richtung ist somit ausgebildet, zu im Wesentlichen beliebigen Zeiten der Vorrichtung zugeführte Energie als Wärme im Wärme¬ speicher zu speichern und bei Bedarf zur Umwandlung von Flüssig keit in Dampf, insbesondere überhitzen Dampf, zu entnehmen. Dabei wird die im Wärmespeicher gespeicherte Wärme über den Ver dampfer geführt. Der Dampf kann mit Hilfe der Dampf-betriebenen Turbine in elektrischen Strom umgewandelt werden. Die Vorrichtung ist vorzugsweise frei von Befeuerungen durch Brennstoffe und weist hauptsächlich den Wärmespeicher, bevorzugt nur den Wärmespeicher, zur Bereitstellung der Wärme für den Verdampfer auf .
Die im Rahmen der Beschreibung vorkommenden Begriffe oben, unten, Oberseite, Boden, seitlich, übereinander oder vertikal beziehen sich auf die Verwendungsposition der Vorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung ist vorge sehen, dass zumindest der Wärmespeicher und der Verdampfer in einem Wärme dämmenden Gehäuse aufgenommen sind. Dabei können de Wärmespeicher und der Verdampfer in einem gemeinsamen Wärme däm menden Gehäuse oder in jeweils einem eigenen Wärme dämmenden Ge häuse aufgenommen sein. Auf diese Weise können unerwünschte Wärmeverluste reduziert und der Wirkungsgrad der Vorrichtung er höht werden. Zudem schützt das Wärme dämmende Gehäuse die Umge¬ bung der Vorrichtung vor gegebenenfalls schädlicher
Hitzestrahlung. Als Wärme dämmende Materialien kommen gängige Materialien wie Steinwolle oder CaSi-Dämmstoffe in Frage. Güns¬ tiger Weise kann die Wärmeleitfähigkeit etwa 0,04W/m*K betragen Die Wandstärke der Wärmedämmung kann beispielsweise zwischen 2m und 3m betragen. Damit können durch Abkühlung verursachte Ver- luste der Vorrichtung beispielsweise auf einen Bereich von
0,25%/Tag bezogen auf die mit der Turbine erzeugte mechanische Energie begrenzt werden.
Zur kostengünstigen Speicherung großer Mengen von Energie in Form von Wärme kann vorgesehen sein, dass der Wärmespeicher Schamottesteine, Magnesitsteine, Natursteine, Keramikkörper oder Sand zur Wärmespeicherung aufweist. Selbstverständlich kann auch eine Kombination dieser Materialien vorgesehen sein. Beispielsweise weist der Wärmespeicher ein Gewicht von etwa 5000 Tonnen (5 Millionen Kilogramm) auf.
Um Luft durch den Wärmespeicher hindurch führen zu können, können sich in oder zwischen den Schamottesteinen, Magnesitsteinen, Natursteinen oder Keramikkörpern Kanäle zum Durchtritt von Heißluft erstrecken. Somit kann durch den Wärmespeicher geleitete Luft auf dem Weg durch den Wärmespeicher erhitzt und als Wärme¬ quelle für den Verdampfer verwendet werden. Die Kanäle erstre¬ cken sich vorzugsweise in der selben Richtung, insbesondere vertikal. Die Kanäle können einen runden, beispielsweise kreis¬ runden, oder mehreckigen Querschnitt aufweisen.
Für eine effiziente Zufuhr von Wärme an den Wärmespeicher kann vorgesehen sein, dass die Wärmeversorgungseinrichtung elektrische Heizelemente und/oder einen Einlass und einen Auslass zur Verbindung des Wärmespeichers mit einer externen Heißluftquelle und/oder eine externe Heißluftquelle aufweist. Die Wärmeversor¬ gungseinrichtung kann somit eine Wärmequelle, beispielsweise die elektrischen Heizelemente und/oder die externe Heißluftquelle, aufweisen oder einen Einlass und einen Auslass aufweisen, wobei zumindest der Einlass für eine Verbindung mit einer externen Wärmequelle, insbesondere Heißluftquelle, ausgebildet ist.
Selbstverständlich sind auch Kombinationen hiervon möglich. Sofern die externe Wärmequelle bzw. Heißluftquelle vorgesehen ist, ist diese außerhalb des Wärme dämmenden Gehäuses angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass der Einlass und der Auslass zur Verbindung des Wärmespeichers mit einer externen Heißluftquelle nicht notwendiger Weise direkt mit dem Wärmespeicher in Kontakt stehen müssen. Die Verbindung des Wärmespeichers mit der externen Heißluftquelle kann somit auch als Wirkverbindung verstanden werden, d.h. der Einlass und/oder Auslass sind zweckmäßig zur effizienten Wärmeübertragung an den Wärmespeicher in Bezug auf den Wärmespeicher positioniert.
Besonders günstig ist es, wenn die elektrischen Heizelemente im Wärmespeicher, außerhalb des Wärmespeichers im Wärme dämmenden Gehäuse des Wärmespeichers, oder als Teil der externen Heißluft¬ quelle vorgesehen sind. Wenn die elektrischen Heizelemente au¬ ßerhalb des Wärmespeichers im Gehäuse (d.h. Wärme dämmenden Gehäuse) vorgesehen sind, können diese an der Innenwand des Ge¬ häuses, möglichst nahe zum Wärmespeicher, oder zwischen der Innenwand des Gehäuses und dem Wärmespeicher angeordnet sein.
Sollten der Wärmespeicher und der Verdampfer in einem gemeinsamen Wärme dämmenden Gehäuse angeordnet sein, ist dieses auch als Wärme dämmendes Gehäuse des Wärmespeichers zu verstehen. Wenn die elektrischen Heizelemente als Teil der externen Heißluft¬ quelle vorgesehen sind, können die elektrischen Heizelemente die Bereitstellung der Heißluft von der externen Heißluftquelle unterstützen. Dies kann dann zweckmäßig sein, wenn die allfällige externe Heißluftquelle selbst mit heißer Abluft gespeist wird, deren Temperatur geringer als die gewünschte Temperatur des Wärmespeichers ist. In diesem Fall kann für die Aufheizung des Wärmespeichers auf die gewünschte Temperatur die der externen
Heißluftquelle zugeführte heiße Abluft zusätzlich mittels geeig¬ neter Heizelemente, insbesondere der elektrischen Heizelemente, erwärmt werden.
Hinsichtlich des Verdampfers kann vorgesehen sein, dass die erste Verdampferstufe und die zweite Verdampferstufe zur Aufnahme der zu verdampfenden Flüssigkeit und des Dampfes mit dem Dampf¬ druckkessel verbundene Steigrohre aufweisen, die bevorzugt im Wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufen. Die Steigrohre der ersten und zweiten Verdampferstufe befinden sich im Wirkbereich des Wärmespeichers und werden somit durch die vom Wärme¬ speicher abgegebene Wärme zweckmäßig erhitzt. Die für die
Erzeugung des Dampfes erforderliche Flüssigkeit und der von der ersten Verdampferstufe erzeugte Nassdampf werden vom Dampfdruckkessel in die Steigrohre geleitet. Da naturgemäß die Wärme im Wärme dämmenden Gehäuse nach oben steigt, ist es günstig, wenn die Steigrohre im Wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufen. Günstiger Weise sind die Steigrohre aus einem bis etwa 900°C hitzebeständigen Material hergestellt.
Für eine kompakte Bauweise der Vorrichtung und eine Energie¬ effiziente Erzeugung des Dampfes ist es günstig, wenn die erste Verdampferstufe und die zweite Verdampferstufe übereinander an¬ geordnet sind. Dabei sind die erste Verdampferstufe und die zweite Verdampferstufe zweckmäßiger Weise in Strömungsrichtung der vom Wärmespeicher abgegebenen Wärme angeordnet.
Um die Bauhöhe der Vorrichtung gering zu halten, ist es günstig, wenn der Verdampfer, in einem mit dem Wärmespeicher gemeinsamen Wärme dämmenden Gehäuse, seitlich des Wärmespeichers, um den Wärmespeicher herum angeordnet ist und insbesondere die erste Verdampferstufe oberhalb der zweiten Verdampferstufe angeordnet ist. Dabei kann der Verdampfer entlang eines Teils des Umfangs des Wärmespeichers oder um den gesamtem Umfang des Wärmespei¬ chers herum verlaufen. Um die vom Wärmespeicher abgegebene Wärme über den Verdampfer zu leiten ist es günstig, den vom Wärmespeicher abgegebenen Wärmestrom auf die Seite zum Verdampfer umzuleiten und den umgeleiteten Wärmestrom im Vergleich zur
Strömungsrichtung im Wärmespeicher in der hierzu entgegengesetzten Richtung über den Verdampfer zu leiten. Zweckmäßiger Weise ist dann die erste Verdampferstufe oberhalb der zweiten Verdamp¬ ferstufe angeordnet.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Verdampfer, in einem mit dem Wärmespeicher gemeinsamen Wärme dämmenden Gehäuse, oberhalb des Wärmespeichers angeordnet ist und insbesondere die zweite Verdampferstufe oberhalb der ersten Verdampferstufe ange¬ ordnet ist. Diese Aus führungs form ermöglicht die Vorrichtung schlank, d.h. mit geringen Abmessungen in horizontaler Richtung, auszubilden. Zudem kann der vom Wärmespeicher abgegebene Wärmestrom im Wesentlichen ohne Umleitung über den darüber angeordneten Verdampfer geleitet werden. Zweckmäßiger Weise ist in dieser Ausführung die zweite Verdampferstufe oberhalb der ersten Ver¬ dampferstufe angeordnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wärmespeicher und der Verdampfer in einem gemeinsamen Wärme dämmenden Gehäuse angeord- net sind und jeweils eine umfangsseitig geschlossene, am Boden und an der Oberseite zumindest teilweise offene Seitenwand auf¬ weisen, welche zur Ausbildung eines Strömungskanals von einer Innenwand des Wärme dämmenden Gehäuses beabstandet ist. Die Sei¬ tenwände dienen dem definierten Leiten des Wärmestroms im Wärme dämmenden Gehäuse. Die Seitenwand des Wärmespeichers und die Seitenwand des Verdampfers verhindern insbesondere einen Aus¬ tritt des Wärmestroms aus dem Wärmespeicher und aus dem Verdamp¬ fer zu Seite hin, sodass der Wärmestrom im Wesentlichen zwischen dem Boden und der Oberseite des Wärmespeichers und dem Boden und der Oberseite des Verdampfers sowie im Strömungskanal verläuft. Beispielsweise können die Innenwand des Wärme dämmenden Gehäuses und die Seitenwände des Wärmespeichers und des Verdampfers zy¬ linderförmig ausgebildet sein, um zwischen dem Gehäuse und den Seitenwänden einen vorzugsweise symmetrischen ringförmigen Spalt als Strömungskanal zu erhalten. Wenn die Seitenwände des Wärme¬ speichers und des Verdampfers übereinander angeordnet sind, ist die Seitenwand des Wärmespeichers günstiger Weise zumindest ab¬ schnittsweise mit der Seitenwand des Verdampfers verbunden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Umwälzung von Heißluft durch den Wärmespeicher und den Verdampfer zumindest ein Gebläse vorgesehen ist. Mittels des Gebläses kann die Heißluft durch den Wärmespeicher geleitet werden, um die Heißluft auf die am Verdampfer benötigte Verdampfer-Temperatur aufzuheizen. Zudem kann mittels des Gebläses die auf die Verdampfer-Temperatur aufge¬ heizte Heißluft über bzw. durch den Verdampfer geleitet werden, wobei sie wieder abkühlt und zum Wärmespeicher zurückströmt. In einer alternativen Aus führungs form kann das Gebläse entfallen und die Wärmeströmung durch den Wärmespeicher und den Verdampfer stellt sich selbstständig ein, da die heiße Luft des Wärmespei¬ chers nach oben steigt und die am Verdampfer abgekühlte Luft nach unten absinkt und zum Wärmespeicher zurückströmt.
Für eine effiziente Aufheizung des Wärmespeichers ist es güns¬ tig, wenn das Gebläse zum Umkehren der Strömungsrichtung der Heißluft ausgebildet ist. Zweckmäßiger Weise wird das Gebläse angesteuert, die Heißluft für die Aufheizung des Wärmespeichers in Richtung von der Oberseite zum Boden des Wärmespeichers zu führen und für die Wärmeabgabe der Heißluft an den Verdampfer in Richtung vom Boden zur Oberseite des Wärmespeichers zu führen. Hierfür kann das Gebläse mit einer Steuereinrichtung bzw. einer Betätigungseinrichtung verbunden sein.
Wenn das Gebläse im seitlich des Wärmespeichers vorgesehenen Strömungskanal angeordnet ist, ist für die Unterbringung des Ge¬ bläses in der Vorrichtung kein zusätzlicher Platz vorzusehen. Beispielsweise kann das Gebläse möglichst nahe dem Boden des Wärmespeichers vorgesehen sein. Konstruktionen, welche das Gebläse unterhalb des Wärmespeichers vorsehen, sind ebenso mög¬ lich, wobei sich dann der Strömungskanal auch unterhalb des Wärmespeichers erstreckt.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Wärmespeicher und dem Verdampfer eine Schließeinrichtung vorgesehen ist, welche zwischen einer Schließ-Position, in welcher eine LuftZirkulation vom Wärmespeicher zum Verdampfer unterbrochen ist, und einer offenen Position, in welcher die LuftZirkulation vom Wärmespeicher zum Verdampfer freigegeben ist, verstellbar ist. Die Schließeinrichtung kann somit zwischen der Oberseite des Wärmespeichers und dem Boden des Verdampfers vorgesehen sein. Die Schließeinrichtung reduziert in der
Schließ-Position eine Wärmeabgabe vom Wärmespeicher an den Verdampfer. Dies ist zweckmäßig, wenn eine Wärmeabgabe bzw. Abküh¬ lung des Wärmespeichers, insbesondere während des Aufheizens des Wärmespeichers, vermieden oder zumindest reduziert werden soll. Demgegenüber ermöglicht die Schließeinrichtung in der offenen Position eine möglichst ungehinderte Wärmeabgabe vom Wärmespei¬ cher an den Verdampfer zur Dampferzeugung . Zweckmäßiger Weise weist die Schließeinrichtung Wärme dämmendes Material auf. Die Schließeinrichtung kann für ihre Verstellung mit einer Steuereinrichtung bzw. einer Betätigungseinrichtung verbunden sein.
Hinsichtlich einer zuverlässigen und kostengünstigen Konstruktion ist es vorteilhaft, wenn die Schließeinrichtung einen offenbaren Deckel oder zumindest eine Abdeckklappe aufweist, welche zwischen der Schließ-Position und der offenen Position verstellbar sind. Für eine möglichst ungehinderte Wärmeabgabe vom Wärme¬ speicher an den Verdampfer kann der Deckel vom Wärmespeicher abhebbar ausgebildet sein, sodass im Wesentlichen über die ge- samte Oberseite des Wärmespeichers Wärme abgegeben werden kann. Im Fall der zumindest einen Abdeckklappe kann diese eine
Schwenkachse aufweisen, um zwischen der Schließ-Position und der offenen Position verschwenkt zu werden. Beispielsweise kann die Schwenkachse durch die Mitte der Abdeckklappe verlaufen.
Um im Strömungskanal einen Wärmeübergang zwischen dem Wärmespeicher und dem Verdampfer beeinflussen zu können, kann zwischen einem Abschnitt des Strömungskanals seitlich des Wärmespeichers und einem Abschnitt des Strömungskanals seitlich des oberhalb des Wärmespeichers angeordneten Verdampfers eine LuftZirkulati¬ onssperre vorgesehen sein.
Eine besonders einfache Konstruktion kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die LuftZirkulationssperre mäanderförmige Luftleitbleche aufweist, welche eine wärmebedingte Luftzirkula¬ tion vom Abschnitt des Strömungskanals seitlich des Wärmespei¬ chers zum Abschnitt des Strömungskanals seitlich des Verdampfers unterbrechen und eine durch das Gebläse erzeugte LuftZirkulation vom Abschnitt des Strömungskanals seitlich des Verdampfers zum Abschnitt des Strömungskanals seitlich des Wärmespeichers durch die LuftZirkulationssperre zulassen. Eine derartige Konstruktion der LuftZirkulationssperre ist frei von beweglichen Komponenten und ist daher besonders zuverlässig. Da die mäanderförmigen Luftleitbleche einen geschlungenen Pfad zwischen den Abschnitten des Strömungskanals seitlich des Wärmespeichers und seitlich des Verdampfers bilden, kann vom Wärmespeicher abgegebene bzw. aufsteigende Wärme selbstständig, d.h. ohne eine Unterstützung durch ein Gebläse, nur in einem sehr geringen Ausmaß durch die LuftZirkulationssperre zum Verdampfer strömen. Demgegenüber kann unterstützt durch das Gebläse die den Verdampfer verlassende Heißluft durch den Strömungskanal und daher auch durch die Luft¬ zirkulationssperre zum Wärmespeicher zurückgeführt werden.
Andererseits kann vorgesehen sein, dass die LuftZirkulationss¬ perre Klappen aufweist, welche zwischen einer Schließ-Position, in welcher eine LuftZirkulation zwischen den Abschnitten des Strömungskanals unterbrochen ist, und einer offenen Position, in welcher die LuftZirkulation zwischen den Abschnitten des Strömungskanals freigegeben ist, verstellbar sind. Somit können die Klappen beim Aufheizen des Wärmespeichers in die Schließ-Positi- on verstellt werden, um die Heißluft nur über den Wärmespeicher und den Abschnitt des Strömungskanals seitlich des Wärmespei¬ chers zu führen. Während der Dampferzeugung können die Klappen in die offene Position verstellt werden, um die den Verdampfer verlassende Heißluft durch den Strömungskanal seitlich des Ver¬ dampfers und seitlich des Wärmespeichers zum Wärmespeicher zu¬ rück strömen zu lassen. Die Klappen können für ihre Verstellung mit einer Steuereinrichtung bzw. einer Betätigungseinrichtung verbunden sein.
Wenn oberhalb der zweiten Verdampferstufe des oberhalb des Wär¬ mespeichers angeordneten Verdampfers ein vertikal verstellbarer Deckel, zur Einstellung eines Abstands des Deckels von der zwei ten Verdampferstufe, vorgesehen ist, kann durch vertikale Ver¬ stellung des Deckels die Dampferzeugung gesteuert werden.
Demgemäß kann auch die Drehzahl der mit dem erzeugten Dampf angetriebenen Turbine eingestellt werden. Zum Heben und Senken de Deckels kann dieser mit einer Kette oder einem Drahtseil verbun den sein. Vorzugsweise kann der Deckel auf die zweite Verdamp¬ ferstufe oder nahe an die zweite Verdampferstufe abgesenkt werden. Dabei sind zweckmäßiger Weise der Wärmespeicher, der Verdampfer und der Deckel in einem gemeinsamen Wärme dämmenden Gehäuse aufgenommen.
Für die Verbesserung des Wärmeübergangs der Heißluft auf den Verdampfer, insbesondere auf die Steigrohre des Verdampfers, ist es günstig, wenn im Gehäuse im Vergleich zur Umgebungsluft mit Kohlendioxid angereicherte Luft aufgenommen ist, da bei der Speicherung und Abgabe von Wärme im und vom Wärmespeicher keine hinreichende Menge Kohlendioxid selbst erzeugt wird.
Um auch durch einen nicht vollständig aufgeheizten Wärmespeicher Wärme hoher Temperatur an den Verdampfer abgeben zu können, ist es zweckmäßig, wenn im Wärmespeicher zumindest eine Wärme däm¬ mende Schicht vorgesehen ist. Die Wärme dämmende Schicht, welche vorzugsweise horizontal verlaufend im Wärmespeicher angeordnet ist, bewirkt eine Unterteilung des Wärmespeichers in vorzugswei¬ se übereinander liegende Segmente. Demnach kann mit einem vergleichsweise geringen Wärmeeintrag in den Wärmespeicher, dieser zumindest teilweise, d.h. in zumindest einem Segment, auf hohe Temperatur aufgeheizt werden, während die übrigen Segmente, für deren Aufheizung der Wärmeeintrag zu gering ist, im Wesentlichen ihre geringere Temperatur beibehalten. Dabei wird ausgenutzt, dass sich beim Aufheizen des Wärmespeichers die Wärme von der Fläche des Wärmeeintrags in den Wärmespeicher, vorzugsweise der Oberseite des Wärmespeichers, mit einem nichtlinearen Tempera¬ turprofil zur gegenüberliegenden Fläche des Wärmespeichers, vor¬ zugsweise dem Boden des Wärmespeichers, ausbreitet. Somit werden beim Aufheizen die der Fläche des Wärmeeintrags näherliegenden Segmente zeitlich vor den von der Fläche des Wärmeeintrags wei¬ ter entfernten Segmenten aufgeheizt. Die Wärme dämmende Schicht reduziert den natürlichen Wärmeübergang von den wärmeren zu den kühleren Segmenten im Wärmespeicher. Die Wärme der aufgeheizten Segmente kann für die Dampferzeugung bei hoher Temperatur und somit für einen Betrieb der an der Vorrichtung angeschlossenen Turbine mit hoher Drehzahl genutzt werden. Vorzugsweise sind mehr als eine Wärme dämmende Schicht, beispielsweise 2, 3 oder 4 Wärme dämmende Schichten im Wärmespeicher vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann vorgesehen sein, dass der Wärmespeicher Sand, insbesondere Quarzsand, zur Wärmespei- cherung aufweist und die elektrischen Heizelemente, insbesondere Heizstäbe, sowie die Steigrohre der ersten und zweiten Verdamp¬ ferstufe im Wesentlichen vertikal verlaufend und nebeneinander im Wärmespeicher angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine sehr kompakte Vorrichtung mit geringer Bauhöhe erzielt. Dabei ist der Verdampfer mit seinen Steigrohren in den Wärmespeicher integriert .
Um den Verdampfer extern zum Wärmespeicher anordnen zu können, kann vorgesehen sein, dass der Wärmespeicher und der Verdampfer in jeweils einem eigenen Wärme dämmenden Gehäuse aufgenommen und über Rohrleitungen miteinander verbunden sind. Dabei kann ein Luftauslass im Wärme dämmenden Gehäuse des Wärmespeichers mit einem Lufteinlass im Wärme dämmenden Gehäuse des Verdampfers und ein Luftauslass im Wärme dämmenden Gehäuse des Verdampfers mit einem Lufteinlass im Wärme dämmenden Gehäuse des Wärmespeichers verbunden sein. Mittels dieses Kreislaufs kann vom Verdampfer erhaltene über den Wärmespeicher strömende Luft am Wärmespeicher erwärmt und dem Verdampfer wieder zugeführt werden. Dabei kann günstiger Weise der Lufteinlass im Wärme dämmenden Gehäuse des Wärmespeichers dem Boden oder der Oberseite des Wärmespeichers zugeordnet sein und der Luftauslass im Wärme dämmenden Gehäuse des Wärmespeichers kann dem jeweils anderen, d.h. der Oberseite oder dem Boden des Wärmespeichers zugeordnet sein.
Die Erfindung sieht auch eine Kombination der zuvor genannten Vorrichtung, bei welcher der Wärmespeicher und der Verdampfer in jeweils einem eigenen Wärme dämmenden Gehäuse aufgenommen sind, mit einer Stromerzeugungseinrichtung vor, die eine Gasturbine und einen Wärmetauscher aufweist, wobei ein Luftauslass aus dem Verdampfer mit einem Lufteinlass in den Wärmespeicher verbunden ist, ein Luftauslass aus dem Wärmespeicher mit dem Wärmetauscher verbunden ist, welcher einem Lufteingang der Gasturbine vorgeschaltet ist, und ein Luftausgang der Gasturbine mit einem Luf¬ teinlass in den Verdampfer verbunden ist. Dabei kann die
Gasturbine eine Drehwelle aufweisen, mit welcher ein Verdichter und ein elektrischer Generator verbunden sind, wobei der Verdichter einen Lufteingang und einen verdichtete Luft bereitstel¬ lenden Luftausgang aufweist, welcher zur Aufheizung der
verdichteten Luft über den Wärmetauscher mit dem Lufteingang der Gasturbine verbunden ist. Da der Wärmetauscher zur Versorgung mit Heißluft mit dem Luftauslass des Wärmespeichers verbunden ist, kann die von der Vorrichtung über den Luftauslass bereitgestellte Heißluft zur Stromerzeugung genutzt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Schnittansicht;
Fig. la eine Aus führungs form eines schematisch dargestellten Wärmespeichers ;
Fig. lb eine detailliertere Ansicht eines Teils der Wärmespei¬ chers aus Fig. la; Fig. 2 eine weitere Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Schnittansicht, mit einer Abdeckklappen aufweisenden Schließeinrichtung;
Fig. 2a eine detailliertere Ansicht der Schließeinrichtung aus Fig. 2 ;
Fig. 2b eine Ansicht auf einen Horizontalschnitt durch die Vor¬ richtung aus Fig. 2 von oben auf Höhe des Verdampfers;
Fig. 3 eine weitere Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Schnittansicht, mit einer Abdeckklappen aufweisenden Schließeinrichtung und mit elektrischen Heizelementen im Wärme dämmenden Gehäuse außerhalb des Wärmespeichers;
Fig. 3a eine detailliertere Ansicht der Schließeinrichtung aus Fig. 3;
Fig. 3b eine Ansicht auf einen Horizontalschnitt durch die Vor¬ richtung aus Fig. 3 von oben auf Höhe des Wärmespeichers;
Fig. 4 eine weitere Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung, ohne Gebläse, in einer Schnittansieht ;
Fig. 5 eine weitere Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung, mit einer externen Heißluftquelle, in einer Schnittansicht;
Fig. 5a eine andere Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung, mit einer externen Heißluftquelle, in einer Schnittansicht;
Fig. 6 eine weitere Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung, in welcher der Verdampfer seitlich des Wärmespeichers angeordnet ist, in einer Schnittansieht ;
Fig. 6a eine andere Aus führungs form einer schematisch darge- stellten Vorrichtung gemäß der Erfindung, in welcher der Verdampfer seitlich des Wärmespeichers angeordnet ist, in einer Schnittansieht ;
Fig. 7 eine weitere Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung, in welcher die elektrischen Heizelemente und die Steigrohre der ersten und zweiten Verdampferstufe nebeneinander im Wärmespeicher angeordnet sind, in einer Schnittansicht;
Fig. 7a eine Ansicht auf einen Horizontalschnitt durch einen Teil der Vorrichtung aus Fig. 7 von oben;
Fig. 8 eine Schnittansicht durch einen schematisch dargestellten Wärmespeicher, in welchem vier Wärme dämmende Schichten vorgesehen sind;
Fig. 8a ein Temperaturprofil im Wärmespeicher aus Fig. 8;
Fig. 9 eine weitere Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung, in welcher der Wärmespeicher und der Verdampfer separat, in jeweils einem eigenen Wärme dämmenden Gehäuse aufgenommen sind, in einer Schnittansicht ;
Fig. 10 eine weitere Aus führungs form einer schematisch dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung, in welcher der Wärmespeicher und der Verdampfer separat, in jeweils einem eigenen Wärme dämmenden Gehäuse aufgenommen sind, in einer Schnittansicht, wobei die Vorrichtung mit einer Stromerzeugungseinrichtung verbunden ist; und
Fig. 11 bis 13 zeigen eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die mit einem Energieversorgungssystem verbunden ist.
Fig. 1 zeigt eine Aus führungs form der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung in Verwendungsposition, in einer Schnittansicht. Die Vorrichtung 1 weist einen Wärmespeicher 2, eine dem Wärmespeicher 2 zugeordnete Wärmeversorgungseinrichtung 16, zum Erwärmen des Wärmespeichers 2, einen benachbart zum Wärmespeicher 2 ange- ordneten Verdampfer 3, einen mit dem Verdampfer 3 verbundenen Dampfdruckkessel 4 und eine Anschlussvorrichtung 5 zur Verbindung mit einer Dampf-betriebenen Turbine 6 auf. Der Verdampfer 3, welcher im in Fig. 1 dargestellten Beispiel oberhalb des Wärmespeichers 2 positioniert ist, ist vorgesehen, um durch vom Wärmespeicher 2 abgegebene Wärme erhitzt zu werden. Der Verdampfer 3 weist eine erste Verdampferstufe 3a und eine damit über den Dampfdruckkessel 4 verbundene zweite Verdampferstufe 3b auf. Ein Einlass 7 der ersten Verdampferstufe 3a ist mit einem Flüs- sigkeitsauslass 8 des Dampfdruckkessels 4 verbunden und ein Aus- lass 9 der ersten Verdampferstufe 3a ist mit einem
Flüssigkeitseinlass 10 des Dampfdruckkessels 4 verbunden. Zudem ist ein Einlass 11 der zweiten Verdampferstufe 3b mit einem Dampfauslass 12 des Dampfdruckkessels 4 verbunden und ein Aus- lass 13 der zweiten Verdampferstufe 3b ist mit der Anschlussvorrichtung 5 zur Verbindung mit der Dampf-betriebenen Turbine 6 verbunden. Der Dampfdruckkessel 4 ist zur Aufnahme der im Ver¬ dampfer 3 zu verdampfenden Flüssigkeit F und zur Aufnahme des dabei entstehenden Dampfes D vorgesehen.
Fig. 1 zeigt zudem, dass der Wärmespeicher 2 und der Verdampfer 3 in einem Wärme dämmenden Gehäuse 14 aufgenommen sind. Zudem ist erkennbar, dass die erste Verdampferstufe 3a und die zweite Verdampferstufe 3b des oberhalb des Wärmespeichers 2 positio¬ nierten Verdampfers 3 übereinander angeordnet sind. Insbesondere ist die zweite Verdampferstufe 3b oberhalb der ersten Verdamp¬ ferstufe 3a angeordnet. Zur Aufnahme der zu verdampfenden Flüs¬ sigkeit F und des Dampfes D weisen die erste Verdampferstufe 3a und die zweite Verdampferstufe 3b mit dem Dampfdruckkessel 4 verbundene Steigrohre 15 auf. Da der Verdampfer 3 oberhalb des Wärmespeichers 2 positioniert ist, verlaufen die Steigrohre 15 bevorzugt im Wesentlichen in vertikaler Richtung R.
Für die Aufheizung des Wärmespeichers 2 auf eine für die Damp¬ ferzeugung zweckmäßige Temperatur, ist die Wärmeversorgungseinrichtung 16 vorgesehen, die im in Fig. 1 dargestellten Beispiel elektrische Heizelemente 17 aufweist, welche im Wärmespeicher 2 angeordnet sind. Die Heizelemente 17 können als Heizstäbe 17a, Heizmatten 17b oder Blechplatten 17c aus Widerstandslegierungen in den Wärmespeicher 2 eingeschoben oder horizontal in den Wär- mespeicher 2 eingelegt sein.
Fig. la zeigt schematisch eine beispielhafte Aus führungs form eines Wärmespeichers 2, welcher, um Abkühlverluste zu minimieren, eine Würfel-ähnliche Form aufweist. Der Wärmespeicher 2 kann je¬ doch auch andere Formen aufweisen, beispielsweise die Form eines Quaders, eines Zylinders mit runder Grundfläche oder eines Pris¬ mas. Der Wärmespeicher 2 weist bevorzugt Schamottesteine (Sl), Magnesitsteine (S2), Natursteine (S3), Keramikkörper (S4) oder Sand (S5) zur Wärmespeicherung auf. Zum Durchtritt von mit C02 angereicherter Heißluft durch den Wärmespeicher 2 erstrecken sich in diesem, vorzugsweise in oder zwischen den Schamottesteinen, Magnesitsteinen, Natursteinen oder Keramikkörpern Kanäle 18, siehe auch Fig. 1. Die Kanäle 18 erstrecken sich im dargestellten Beispiel in vertikaler Richtung, vorzugsweise geradlinig, d.h. von einem Boden 19 des Wärmespeichers 2 zu einer
Oberseite 20 Wärmespeichers 2. Fig la lässt auch zwischen die oben genannten Steinlagen eingelegte Blechplatten 17c aus Widerstandslegierungen mit mäanderförmigem Zuschnitt erkennen. Öffnungen 21 in den Blechplatten 17c erlauben eine LuftZirkulation durch den Wärmespeicher 2. Die Anzahl der Steine und die Anordnung der Luftkanäle 18 können in Form und Anzahl variieren; je nach Größe des Wärmespeichers 2. Im in Fig. la dargestellten Beispiel sind drei Heizleiter 22 in Stern geschaltet und werden mit Drehstrom versorgt.
Fig. lb zeigt einen Teil des Wärmespeichers 2 aus Fig. la, oben in einem Aufriss und unten in einem Grundriss, mit einem Ab¬ schnitt einer Blechplatte 17c und mit einem Abschnitt eines Heizleiters 22.
Aus Fig. 1 ist weiters ersichtlich, dass der Wärmespeicher 2 und der Verdampfer 3 jeweils eine umfangsseitig geschlossene Seiten¬ wand 23a, 23b aufweisen. Die Seitenwand 23a des Wärmespeichers 2 ist am Boden 19 und an der Oberseite 20 des Wärmespeichers 2 zu¬ mindest teilweise offen ausgebildet. Ebenso ist die Seitenwand 23b des Verdampfers 3 am Boden 24 und an der Oberseite 24a des Verdampfers 3 zumindest teilweise offenen ausgebildet. Die Sei¬ tenwände 23a, 23b sind zur Ausbildung eines Strömungskanals 25 von einer Innenwand 14a des Wärme dämmenden Gehäuses 14 beab- standet. Somit kann Heißluft, die zur Erzeugung des Dampfes D vom Wärmespeicher 2 durch den Verdampfer 3 strömt, durch den Strömungskanal 25 zum Wärmespeicher 2 zurück strömen. Um die Zirkulation der Heißluft durch den Wärmespeicher 2, über den Verdampfer 3 und zum Wärmespeicher 2 wieder zurück in der Vorrichtung 1 bzw. im Wärme dämmenden Gehäuse 14 zu unterstützen, sind im in Fig. 1 dargestellten Beispiel zumindest zwei Gebläse 26 vorgesehen. Zweckmäßiger Weise sind die Gebläse 26 zur Erzeugung einer Luftströmung innerhalb der Seitenwände 23a, 23b vom Wärmespeicher 2 zum Verdampfer 3 und innerhalb des Strömungskanals 25 vom Verdampfer 3 zum Wärmespeicher 2 ausgebildet. Da die Aufheizung des Wärmespeichers 2 günstiger Weise von seiner Oberseite 20 zu seinem Boden 19 erfolgt, ist es zweckmäßig, wenn die Gebläse 26 zum Umkehren der Strömungsrichtung der Heißluft ausgebildet sind. Das zumindest eine bzw. beide Gebläse 26
kann/können im Strömungskanal 25 angeordnet sein. Dabei können die Gebläse 26 zusätzlich unterhalb des Bodens 19 des Wärmespei¬ chers 2 positioniert sein.
In Fig. 1 ist weiters zu erkennen, dass zwischen dem Wärmespeicher 2 und dem Verdampfer 3, innerhalb der Seitenwände 23a, 23b, d.h. im vom Strömungskanal 25 seitlich begrenzten Raum, eine Schließeinrichtung 27 vorgesehen ist. Die Schließeinrichtung 27 ist für eine Verstellung zwischen einer Schließ-Position, in welcher eine LuftZirkulation vom Wärmespeicher 2 zum Verdampfer 3 unterbrochen ist, und einer offenen Position, in welcher die LuftZirkulation vom Wärmespeicher 2 zum Verdampfer 3 freigegeben ist, ausgebildet. Somit kann während des Aufheizens des Wärme¬ speichers 2 eine Wärmeabgabe vom Wärmespeicher 2 an den Verdampfer 3 weitgehend unterbunden werden, während die Wärmeabgabe zur Dampferzeugung freigegeben werden kann. Im in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist die Schließeinrichtung 27 als offenbarer Deckel 27a ausgebildet und in der Schließ-Position dargestellt.
Fig. 1 zeigt zudem eine LuftZirkulationssperre 28 zwischen dem Abschnitt 25a des Strömungskanals 25 seitlich des Wärmespeichers 2 und dem Abschnitt 25b des Strömungskanals 25 seitlich des oberhalb des Wärmespeichers 2 angeordneten Verdampfers 3. Die LuftZirkulationssperre 28 weist im in Fig. 1 dargestellten Bei¬ spiel mäanderförmige Luftleitbleche 29 auf, welche eine wärmebe- dingte LuftZirkulation vom Abschnitt 25a des Strömungskanals 25 seitlich des Wärmespeichers 2 zum Abschnitt 25b des Strömungska¬ nals 25 seitlich des Verdampfers 3 unterbrechen und eine durch das Gebläse 26 erzeugte LuftZirkulation vom Abschnitt 25b des Strömungskanals 25 seitlich des Verdampfers 3 zum Abschnitt 25a des Strömungskanals 25 seitlich des Wärmespeichers 2 durch die LuftZirkulationssperre 28 zulassen. Um die Dampferzeugung bzw. die Drehzahl der Dampf-betriebenen Turbine 6 regeln zu können, kann wie im Beispiel gemäß Fig. 1 oberhalb der zweiten Verdampferstufe 3b des oberhalb des Wärmespeichers 2 angeordneten Ver¬ dampfers 3 ein vertikal verstellbarer Deckel 30 vorgesehen sein. Der Deckel 30 ist günstiger Weise mit einer Hebeeinrichtung 31, beispielsweise einer Führungskette 31a oder einem Führungsseil 31b verbunden, um damit den Abstand des Deckels 30 zur zweiten Verdampferstufe 3b einstellen zu können. Die Hebeeinrichtung 31 kann mit einem Gegengewicht 32 verbunden sein, welches einen Absturz des Deckels 30 bei Ausfall eines Deckelantriebs verhindert und die erforderliche Antriebsleistung des Deckelantriebs redu¬ ziert .
Der Dampfdruckkessel 4 weist einen Einlass 33 auf. Über diesen Einlass 33 und beispielsweise über eine Speisewasserpumpe wird dem Dampfdruckkessel 4 Frischwasser bzw. Kondensat zugeführt. Dieses Wasser wird in den Verdampfer 3 (erste Verdampferstufe 3a) gedrückt von wo aus es als Dampf mit bspw. 50 bar in den oberen Teil des Dampfdruckkessels 4 strömt. Dieser noch gesät¬ tigte Dampf wird dann durch die zweite Verdampferstufe 3b, die als Überhitzer wirkt, in welcher die Temperatur des Dampfs auf bspw. 550°C erhöht wird, der Hochdruckstufe der Dampf-betriebe¬ nen Turbine 6 zugeführt. Die Druck bzw. Temperaturbereiche kön¬ nen je nach verwendeter Dampfturbine 6 variieren.
Die in den Figuren mit dem Bezugszeichen W versehenen Pfeile deuten die Richtung des Wärmestroms an.
Vorrichtungen 1 dieser Bauart können ab einem Gewicht des Wärmespeichers 2 von etwa 5000 Tonnen (5 Millionen Kilogramm) zweckmäßig errichtet werden, um eine Dampf-betriebene Turbine 6 mit einer Leistung von etwa 25MW zu betreiben. Ein Gewicht des Wärmespeichers 2 von etwa 25000 Tonnen (25 Millionen Kilogramm) zum Antrieb einer Dampf-betriebene Turbine 6 mit einer Leistung von etwa 125MW erscheinen noch realistisch. Für die Ausführung des Verdampfers 3 sind große Querschnitte notwendig, bspw. ab 100- 150m2. Die Vorrichtung 1 kann bspw. eine zylindrische Form mit einer kreisförmigen oder Polygon-förmigen Grundfläche aufweisen. Die maximale Temperatur in der Vorrichtung 1 ist durch die Festigkeit der tragenden Stahlteile begrenzt. Daher ist eine max . Temperatur der Speichersteine im Wärmespeicher 2 günstiger Weise mit etwa 700-750°C anzusetzen.
Um möglichst schnell elektrische Energie an das angeschlossene Netz zu liefern, kann die Dampf-betriebene Turbine 6 dauerhaft im Leerlauf betrieben werden. Um die geringe Dampfmenge für den Leerlauf der Dampf-betriebene Turbine 6 nachzuliefern, sind nur geringe Heißluftmengen in der Vorrichtung 1 notwendig. Die geringen Heißluftmengen können durch geeignete Einstellung der Schließeinrichtung 27 zwischen dem Wärmespeicher 2 und dem Verdampfer 3 oder durch den vertikal verstellbaren Deckel 30 oberhalb der zweiten Verdampferstufe 3b eingestellt werden. Für eine geringe Anlaufzeit der Vorrichtung 1 kann diese günstiger Weise dauerhaft mit Dampf beaufschlagt werden.
Fig. 2 zeigt eine Aus führungs form der Vorrichtung 1, in welcher die Schließeinrichtung 27 statt eines offenbaren Deckels 27a zumindest eine Abdeckklappe 27b aufweist, welche zwischen der Schließ-Position und der offenen Position verstellbar ist. In Fig. 2 sind vier als Drehklappen 27c ausgebildete Abdeckklappen 27b dargestellt. Die Drehklappen 27c weisen jeweils eine Dreh¬ welle 27d auf.
Fig. 2a zeigt die vier als Drehklappen 27c ausgebildeten Abdeckklappen 27b in einer Ansicht von oben. Die drehbaren Abdeckklappen 27b ermöglichen eine feine Einstellung der Wärmeströmung vom Wärmespeicher 2 zum Verdampfer 3.
Fig. 2b zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt in horizontaler Richtung durch die Vorrichtung 1 aus Fig. 2, auf Höhe des Verdampfers 3, von oben. Deutlich erkennbar sind das Wärme dämmende Gehäuse 14, der Abschnitt 25b des Strömungskanal 25 und die Steigrohre 15 des Verdampfers 3. Fig. 3 zeigt eine Aus führungs form der Vorrichtung 1 in einer Schnittansicht, mit einer Abdeckklappen 27b aufweisenden
Schließeinrichtung 27. Zudem ist erkennbar, dass die Luftzirkulationssperre 28 Klappen 34 aufweist, welche zwischen einer Schließ-Position, in welcher eine LuftZirkulation zwischen den Abschnitten 25a, 25b des Strömungskanals 25 unterbrochen ist, und einer offenen Position, in welcher die LuftZirkulation zwischen den Abschnitten 25a, 25b des Strömungskanals 25 freigege¬ ben ist, verstellbar sind. Die elektrischen Heizelemente 17 sind innerhalb des Wärme dämmenden Gehäuses 14, außerhalb des Wärme¬ speichers 2, insbesondere im Abschnitt 25a des Strömungskanals 25 seitlich des Wärmespeichers 2 vorgesehen. Zum Aufheizen des Wärmespeichers 2 werden die Abdeckklappen 27b und die Klappen 34 in die Schließ-Position gebracht und das Gebläse 26 derart ange¬ steuert, dass die Luft im Abschnitt 25a des Strömungskanals 25 nach oben strömt. Somit strömt die aufgeheizte Luft durch den Wärmespeicher 2, von seiner Oberseite 20 zu seinem Boden 19 hin, und heizt den Wärmespeicher 2 auf. Für die Dampferzeugung werden die Abdeckklappen 27b und die Klappen 34 geöffnet und das Geblä¬ se 26 zum Umkehren der Strömungsrichtung der Heißluft angesteuert, sodass die Luft vom Boden 19 des Wärmespeichers 2 zum
Verdampfer 3 strömt.
Fig. 3a zeigt eine detailliertere Ansicht der Schließeinrichtung 27 aus Fig. 3. Die Schließeinrichtung 27 weist sechs als Drehklappen 27c ausgebildete Abdeckklappen 27b auf.
Fig. 3b eine Ansicht auf einen Schnitt in horizontaler Richtung durch die Vorrichtung 1 aus Fig. 3, auf Höhe des Wärmespeichers 2, von oben. Deutlich erkennbar sind das Wärme dämmende Gehäuse 14, der Wärmespeicher 2 mit den Kanälen 18, der Abschnitt 25a des Strömungskanal 25, in welchen an der Innenwand 14a des Wärme dämmenden Gehäuses 14 Heizelemente 17 aufgenommen sind, und drei mit den Heizelementen 17 verbundene Heizleiter 22, zur Stromversorgung der Heizelemente 17.
Fig. 4 zeigt eine weitere Aus führungs form der Vorrichtung 1, ohne Gebläse 26. In dieser Aus führungs form erfolgt die Luftzirkulation in der Vorrichtung 1 selbstständig, nur auf Grund der Temperaturunterschiede zwischen dem heißen Wärmespeicher 2 und der kühleren zweiten Verdampferstufe 3b. Die Schließeinrichtung 27 weist einen offenbaren Deckel 27a auf, welcher zwischen der Schließ-Position und der offenen Position verstellbar ist. Zudem sind wie in Fig. 3 Klappen 34 als LuftZirkulationssperre 28 vor¬ gesehen. Zum Aufheizen des Wärmespeichers 2 werden die Klappen 34 und der Deckel 27a in die Schließ-Positionen gestellt und zur Erzeugung von Dampf werden die Klappen 34 und der Deckel 27a in die offene Position gestellt. Die elektrischen Heizelemente 17 sind innerhalb des Wärmespeichers 2 angeordnet.
Fig. 5 zeigt eine Aus führungs form der Vorrichtung gemäß der Erfindung 1, mit einer externen Heißluftquelle. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Wärmeversorgungseinrichtung 16 einen Einlass 35 und einen Auslass 36 zur Verbindung des Wärmespei¬ chers 2 mit einer externen Heißluftquelle 37 auf. Der Einlass 35 und der Auslass 36 können vom Wärmespeicher 2 beabstandet sein und stehen mit diesem in einer Wirkverbindung. Die externe Heißluftquelle 37 ist über vorzugsweise absperrbare Rohrleitungen 38, welche hierfür bspw. eine Absperrklappe 39 aufweisen, mit dem Einlass 35 und dem Auslass 36 verbunden. Die externe Hei߬ luftquelle 37 weist einen Wärmetauscher 40 auf, der vorzugsweise ein Luft-Luft Wärmetauscher ist und im Gegenstrom oder Kreuzstromprinzip ausgeführt ist. Die dem Wärmetauscher 40 zugeführten Heißgase können bei industriellen Prozessen, z.B. bei der Verbrennung von Müll oder bei der Zementherstellung, unregelmäßig anfallen und dennoch mittels der Vorrichtung 1 für die
Stromerzeugung zu gewünschten Zeitpunkten verwendet werden. Der Luftstrom zum Beheizen des Wärmespeichers 2 wird im Wärmetau¬ scher 40 und mittels eines Heißluftgebläses 41 erzeugt und über die Absperrklappe 39 geführt. Zur Erhöhung der Heißlufttempera¬ tur weist die externe Heißluftquelle 37 im in Fig. 5 dargestell¬ ten Beispiel zudem elektrische Heizelemente 17 auf. Diese können z.B. im Wärmetauscher 40 integriert oder in einer separaten Kammer 42 angeordnet sein, die mit der mit dem Einlass 35 verbunde¬ nen Rohrleitung 38 verbunden ist. In einer nicht dargestellten alternativen Aus führungs form kann die dem Wärmespeicher 2 zuzuführende Heißluft in der externen Heißluftquelle 37 ausschlie߬ lich durch eine Widerstandsheizung erzeugt werden. In diesem Fall wird der Wärmetauscher 40 durch die Kammer 42 mit den elek- trischen Heizelementen 17 ersetzt.
Die Positionierung der Rohrleitungen 38 kann von der Darstellung in Fig. 5 abweichen, z.B. kann die Heißluft-Rückleitung 38a, gemäß der beispielhaften Darstellung in Fig. 5a seitlich am Gehäuse 14 angeordnet sein. Außerdem sind bei Bedarf auch mehrere Heißluftleitungen bzw. Rohrleitungen 38 möglich. In Fig. 5a weist die externe Heißluftquelle 37 zur Aufheizung der Luft nur den Wärmetauscher 40 aber keine zusätzlichen elektrischen Heizelemente 17 auf.
Das Gebläse 26 ist in dem in Fig. 5a dargestellten Beispiel umschaltbar ausgebildet, um die Heißluft in zwei entgegengesetzte Richtungen fördern zu können.
Fig. 6 und 6a zeigen Aus führungs formen der Vorrichtung 1, in welcher der Verdampfer 3 seitlich des Wärmespeichers 2 angeordnet ist. Dabei ist der Wärmespeicher 2 wie im Beispiel gemäß Fig. 1 ausgebildet und kann kreisrunden oder Polygon-förmigen Querschnitt aufweisen.
Gemäß Fig. 6 kann der Wärmespeicher 2 indirekt, d.h. mittels außerhalb des Wärmespeichers 2 vorgesehener Heizelemente 17 aufge¬ heizt werden. In Fig. 6 sind die Heizelemente 17 an der
Innenwand 14a des Wärme dämmenden Gehäuses 14 angeordnet. Der Wärmespeicher 2 ist von einer vorzugsweise Wärme dämmenden und umfangsseitig geschlossenen Seitenwand 23a umgeben. Umfangssei- tig um die Seitenwand 23a herum, in einem Strömungskanal 25, ist der Verdampfer 3 vorgesehen, dessen erste Verdampferstufe 3a oberhalb der zweiten Verdampferstufe 3b positioniert ist. Um- fangsseitig um den Verdampfer 3 herum ist eine vorzugsweise Wär¬ me dämmende Seitenwand 23b angeordnet. Zwischen der Seitenwand 23b und der Innenwand 14a des Wärme dämmenden Gehäuses 14, sind die Heizelemente 17 vorgesehen. Die Schließeinrichtung 27 weist Umschaltklappen 27d auf, die abhängig von ihrer Stellung einen Strömungsweg zwischen dem Wärmespeicher 2 und dem Verdampfer 3 oder zwischen dem Wärmespeicher 2 und den Heizelementen 17 freigeben. Zum Aufheizen des Wärmespeichers 2 mittels der Heizele¬ mente 17 werden die Umschaltklappen 27d in die in Fig. 6 gezeigte untere Position verstellt und das Gebläse 26 wird für eine Luftströmung von der Oberseite 20 des Wärmespeichers 2 zu seinem Boden 19 angesteuert. Die Luft strömt dabei über die Hei¬ zelemente 17. Zur Dampferzeugung wird das Gebläse 26 zum Umkehren der Strömungsrichtung angesteuert und die Umschaltklappen 27d werden in die in Fig. 6 gezeigte obere Position verstellt, sodass die vom Wärmespeicher 2 erhitze Luft über den Verdampfer 3 strömen kann.
Gemäß Fig. 6a kann der Wärmespeicher 2 direkt, d.h. mittels innerhalb des Wärmespeichers 2 vorgesehener Heizelemente 17 aufge¬ heizt werden. Der Wärmespeicher 2 ist von einer vorzugsweise Wärme dämmenden und umfangsseitig geschlossenen Seitenwand 23a umgeben. Umfangsseitig um die Seitenwand 23a herum, in einem Strömungskanal 25, ist der Verdampfer 3 vorgesehen, dessen erste Verdampferstufe 3a oberhalb der zweiten Verdampferstufe 3b posi¬ tioniert ist. Die Schließeinrichtung 27 weist Umschaltklappen 27d auf, die abhängig von ihrer Stellung einen Strömungsweg zwischen dem Wärmespeicher 2 und dem Verdampfer 3 freigeben. Zum Aufheizen des Wärmespeichers 2 mittels der Heizelemente 17 wer¬ den die Umschaltklappen 27d in die in Fig. 6a gezeigte untere Position verstellt und das Gebläse 26 wird deaktiviert. Zur Dampferzeugung wird das Gebläse 26 für eine Luftströmung vom Boden 19 des Wärmespeichers 2 zu seiner Oberseite 20 angesteuert und die Umschaltklappen 27d werden in die in Fig. 6a gezeigte obere Position verstellt, sodass die vom Wärmespeicher 2 erhitze Luft über den Verdampfer 3 strömen kann.
Fig. 7 zeigt eine Aus führungs form der Vorrichtung 1, in welcher die elektrischen Heizelemente 17 und die Steigrohre 15 der ers¬ ten und zweiten Verdampferstufe 3a, 3b nebeneinander im Wärme¬ speicher 2 angeordnet sind. Hierbei sind vorzugsweise senkrechte elektrische Heizstäbe 17a in trockenem, feinem Quarzsand des Wärmespeichers 2 angeordnet. Die Dampferzeugung erfolgt hier durch die Beendigung der Speisewasserzufuhr in den Verdampfer 3. Dies führt im Vergleich zu den Aus führungs formen gemäß den Fig. 1 bis 6 zu einem trägeren Regelverhalten der Dampfturbine 6, da das gesamte Wasser in den Steigrohren 15 in jedem Fall noch in Dampf umgewandelt wird und dieser Dampf in der Turbine 6 entwe¬ der abgearbeitet oder abgekühlt werden muss. Die Aus führungs form gemäß Fig. 7 erfordert jedoch vorteilhafter Weise keine me- chanisch beweglichen Teile zwischen Wärmespeicher 2 und Verdampfer 3. Die Vorrichtung 1 kann somit besonders groß ausgebildet werden. Durch entsprechende Auslegung können auch Jahreszeitenspeicher angedacht werden.
Fig. 7a zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt in horizontaler Richtung durch einen Teil der Vorrichtung 1 aus Fig. 7, von oben. Deutlich erkennbar sind das Wärme dämmende Gehäuse 14, die elektrischen Heizstäbe 17a und die Steigrohre 15.
Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht durch einen schematisch darge¬ stellten Wärmespeicher 2, in welchem vier Wärme dämmende Schichten 43 vorgesehen sind, welche den Wärmespeicher 2 in Segmente 44 unterteilen. Die Wärme dämmende Schichten 43 verzögern bzw. erschweren einen Wärmeübergang von einem für die Dampferzeugung zweckmäßig aufgeheizten Segment 44 zu einem benachbarten, noch nicht für die Dampferzeugung zweckmäßig aufgeheizten Segment 44. Auf diese Weise können einzelne Segmente 44 auch dann zweckmäßig aufgeheizt werden, wenn für die Aufheizung des gesamten Wärmespeichers 2 zu wenig Energie zur Verfügung steht.
Fig. 8a zeigt ein Temperaturprofil im Wärmespeicher aus Fig. 8, in welchem in horizontaler Richtung die Temperatur im Wärmespeicher 2 und in vertikaler Richtung die Erstreckung des Wärmespeichers von seiner Oberseite 20 zu seinem Boden 19 aufgetragen sind. Im in Fig. 8a dargestellten Beispiel erfolgt der Wärmeeintrag in den Wärmespeicher 2 an seiner Oberseite 20. Dabei ist ein nicht-linearer Temperaturverlauf erkennbar. Jeder Kurve in der dargestellten Kurvenschar ist ein anderer Zeitpunkt während des Aufheizens des Wärmespeichers 2 zugeordnet. Segmente 44 nahe der Oberseite 20 sind demnach bereits aufgeheizt, während Seg¬ mente 44 nahe dem Boden 19 noch geringere Temperatur aufweisen.
Fig. 9 zeigt eine weitere Aus führungs form einer Vorrichtung 1, in welcher der Wärmespeicher 2 und der Verdampfer 3 separat, in jeweils einem eigenen Wärme dämmenden Gehäuse 14b, 14c, aufge¬ nommen und über Rohrleitungen 45 miteinander verbunden sind. Der Wärmespeicher 2 ist zwischen einem Lufteinlass 46 und einem Luftauslass 47 des Wärme dämmenden Gehäuse 14b angeordnet. Der Luftauslass 47 ist mit einem Lufteinlass 48 in den Verdampfer 3 bzw. in das Wärme dämmende Gehäuse 14c verbunden. Ein Luftaus- lass 49 des Verdampfers 3 bzw. des Wärme dämmenden Gehäuses 14c ist über eine Pumpe 50 zur Erzeugung des Wärmestroms durch den Wärmespeicher 2 und den Verdampfer 3 mit dem Lufteinlass 46 verbunden .
Fig. 10 zeigt eine weitere Aus führungs form einer Vorrichtung 1, in welcher der Wärmespeicher 2 und der Verdampfer 3 separat, in jeweils einem eigenen Wärme dämmenden Gehäuse 14b, 14c, aufge¬ nommen sind. Dabei ist die Vorrichtung 1, insbesondere der Wär¬ mespeicher 2 und der Verdampfer 3, mit einer externen
Stromerzeugungseinrichtung 51 verbunden. Die Stromerzeugungseinrichtung 51 weist im in Fig. 10 dargestellten Beispiel folgendes auf: eine Gasturbine 52 mit einer Drehwelle 53, einen mit der Drehwelle 53 verbundenen Verdichter 54 und einen mit der Drehwelle 53 verbundenen elektrischen Generator 55 zur Stomerzeu- gung, einen Wärmetauscher 56 und ein Regelventil 57. Dem
Verdichter 54 wird über einen Lufteingang 58 zu verdichtende Luft zugeführt und die verdichtete Luft wird an einem Luftaus¬ gang 59 bereitgestellt. Die verdichtete Luft wird zur Aufheizung über den mit dem Luftausgang 59 verbundenen Wärmetauscher 56 geführt und in erhitztem Zustand an einen mit dem Wärmetauscher 56 verbundenen Lufteingang 60 der Gasturbine 52 geleitet. Die am Luftausgang 61 der Gasturbine 52 vorhandene abgekühlte Luft wird in den mit dem Luftausgang 61 verbundenen Lufteinlass 48 des Verdampfers 3 eingebracht und über den Verdampfer 3 geführt. Die vom Luftauslass 49 des Verdampfers 3 in den Lufteinlass 46 ein¬ gebrachte Luft wird über den Wärmespeicher 2 geführt, dabei er¬ hitzt und über den Luftauslass 47 in den mit dem Luftauslass 47 verbundenen Wärmetauscher 56 geleitet. Somit unterstützt die im Wärmespeicher 2 gespeicherte Wärme den Antrieb der Gasturbine 52. Das den Wärmetauscher 56 gegebenenfalls überbrückende Regel¬ ventil 57 dient zur Begrenzung der maximalen Lufttemperatur, um die Gasturbine 52 vor Überhitzung zu schützen und um die Abgabe¬ leistung zu regeln.
Der Verdichter 53 verdichtet die angesaugte Umgebungsluft je nach Turbinenauslegung auf bspw. 5 bis 12 Bar. Die verdichtete Luft wird im Wärmetauscher 56 (in Fig. 10 sind zwei Wärmetauscher 56 vorgesehen) auf bspw. 800°C erhitzt und vergrößert da- bei ihr Volumen. In der Gasturbine 52 wird der Druck der heißen Luft auf nahezu Umgebungsdruck abgebaut. Dadurch wird die Ga¬ sturbine 52 angetrieben und liefert die Energie für den Verdich¬ ter 54 und den Generator 55. Durch die Expansion der Luft wird diese auf bspw. 600°C abgekühlt. Die abgekühlte Luft wird in den Verdampfer 3 eingeleitet, um Dampf für eine daran angeschlossene Turbine 6 zu erzeugen. Dabei kühlt die Luft im Verdampfer 3 auf bspw. 150 °C ab. Die somit abgekühlte Luft wird in den Wärme¬ speicher 2 geleitet und im Wärmespeicher 2 auf bspw. 900 °C erwärmt und der Sekundärseite der Wärmetauscher 56 zugeführt. Dort erwärmt sie die Luft für die Gasturbine 52 und kühlt dabei auf bspw. 250°C ab (Abluft-Temperatur nach dem Verdichter 54) . Die Abluft steht dann noch als Prozessenergie zur Verfügung oder kann ausgeblasen werden.
Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung 1, die mit einem Energieversorgungssystem 62 verbunden ist. Das Energieversorgungssystem 62 weist im in Fig. 11 dargestellten Beispiel folgendes auf: Energiequellen 63 für Wechselstrom, bspw. Windkraftanlagen 63a, Wasserkraftanlagen 63b und/oder ein Verbundnetz 63c, die mit einem Wechselspannungsnetz 74 verbunden sind, Energiequellen 63 für Gleichstrom, bspw. eine Photovoltaikanlage 63d, die mit einem Gleichspannungsnetz 75 verbunden sind, ein Batteriesystem 64, das über einen Laderegler 65 mit der Photovoltaikanlage 63d verbunden ist, eine mit der Photovoltaikanlage 63d und dem Ladereg¬ ler 65 verbundene Motorsteuerung 66, die mit einem
Gleichstrommotor 67 zum Steuern desselben verbunden ist, einen Synchron- oder Asynchron-Generator 68, der über ein Schwungrad 69 mit dem Gleichstrommotor 67 verbunden ist, und einen Motor 70, der insbesondere ein Pflanzenölmotor, ein Biogasmotor, ein Gasmotor oder ein Wasserstoffmotor sein kann, der über eine Freilaufeinrichtung 71 mit dem Gleichstrommotor 67 verbunden ist. Zudem ist der Motor 70 mit einem Verdichter 72 und einer damit verbundenen Turbine 73 verbunden, die ihrerseits mit der Vorrichtung 1 verbunden sind. Der Synchron- oder Asynchron-Generator 68 kann mit Energie aus dem Batteriesystem 64 oder von der Photovoltaikanlage 63d versorgt werden und kann Energie in das Wechselspannungsnetz 74 einspeisen. Mit Hilfe des Motors 70 bzw. des Gleichstrommotors 67 kann ein Leistungsabfall am Batterie¬ system 64 oder an der Photovoltaikanlage 63d ausgeglichen wer- den. Zudem kann die Vorrichtung 1 über die Turbine 73 und den Verdichter 72 den Motor 70 antreiben. Die Vorrichtung 1 kann mit überschüssigem Strom aus dem Wechselspannungsnetz 74 und/oder Gleichspannungsnetz 75 beheizt werden. Die von den Energiequellen 63 bis 63d erzeugte Energie wird günstiger Weise Verbrau¬ chern zugeführt und überschüssige erzeugte Energie kann im
Batteriesystem 64 gespeichert werden.
Fig. 12 zeigt eine weitere Vorrichtung 1, die mit einem Energie¬ versorgungssystem 62a verbunden ist. Im Unterschied zum in Fig.
11 dargestellten Beispiel, ist die Photovoltaikanlage 63d über einen Wechselrichter 76 mit dem Wechselspannungsnetz 74 verbunden und dieses ist über einen Gleichrichter 77 mit dem Batteriesystem 64 verbunden.
Fig. 13 zeigt eine weitere Vorrichtung 1, die mit einem Energie¬ versorgungssystem 62b verbunden ist. Im Unterschied zum in Fig.
12 dargestellten Beispiel, sind die Photovoltaikanlage 63d und das Batteriesystem 64 über einen Umrichter 78 mit einem zwischen den Synchron- oder Asynchron-Generator 68 und den Motor 70 geschalteten Wechselstrommotor 67a, der den Gleichstrommotor 67 ersetzt, verbunden.
Die in den Fig. 11 bis 13 dargestellten Pfeile stellen mögliche Richtungen des Stromflusses dar.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung (1) zum Erzeugen von Dampf (D) aus einer Flüssigkeit (F), insbesondere Wasserdampf, zum Antrieb einer Turbine
(6), mit einem Wärmespeicher (2), einer dem Wärmespeicher (2) zugeordneten Wärmeversorgungseinrichtung (16), zum Erwärmen des Wärmespeichers (2), einem Verdampfer (3), der dem Wärmespeicher
(2) zugeordnet ist, um durch Wärme des Wärmespeichers (2) er¬ hitzt zu werden, und einem mit dem Verdampfer (3) verbundenen Dampfdruckkessel (4), welcher zur Aufnahme der zu verdampfenden Flüssigkeit (F) und von Dampf (D) vorgesehen ist, welcher Verdampfer (3) eine erste Verdampferstufe (3a) und eine damit über den Dampfdruckkessel (4) verbundene zweite Verdampferstufe (3b) aufweist, wobei ein Einlass (7) der ersten Verdampferstufe (3a) mit einem Flüssigkeitsauslass (8) des Dampfdruckkessels (4) und ein Auslass (9) der ersten Verdampferstufe (3a) mit einem Flüs- sigkeitseinlass (10) des Dampfdruckkessels (4) verbunden ist und wobei ein Einlass (11) der zweiten Verdampferstufe (3b) mit ei¬ nem Dampfauslass (12) des Dampfdruckkessels (4) und ein Auslass
(13) der zweiten Verdampferstufe (3b) mit einer Anschlussvorrichtung (5) zur Verbindung mit einer Dampf-betriebenen Turbine
(6) verbunden ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Wärmespeicher (2) und der Verdampfer (3) in einem Wärme dämmenden Gehäuse (14, 14b, 14c) aufgenommen sind.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (2) Schamottesteine (Sl ) , Magnesit¬ steine (S2), Natursteine (S3), Keramikkörper (S4) oder Sand (S5) zur Wärmespeicherung aufweist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich in oder zwischen den Schamottesteinen (Sl), Magnesitsteinen (S2), Natursteinen (S3) oder Keramikkörpern (S4) Kanäle (18) zum Durchtritt von Heißluft erstrecken.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeversorgungseinrichtung (16) elektrische Heizelemente (17) und/oder einen Einlass (35) und einen Auslass (36) zur Verbindung des Wärmespeichers (2) mit einer ex¬ ternen Heißluftquelle (37) und/oder eine externe Heißluftquelle (37) aufweist.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Heizelemente (17) im Wärmespeicher
(2) , außerhalb des Wärmespeichers (2) im Wärme dämmenden Gehäuse (14) des Wärmespeichers (2), oder als Teil der externen Hei߬ luftquelle (37) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdampferstufe (3a) und die zweite Verdampferstufe (3b) zur Aufnahme der zu verdampfenden Flüssig¬ keit (F) und des Dampfes (D) mit dem Dampfdruckkessel (4) ver¬ bundene Steigrohre (15) aufweisen, die bevorzugt im Wesentlichen in vertikaler Richtung (R) verlaufen.
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdampferstufe (3a) und die zweite Verdampferstufe (3b) übereinander angeordnet sind.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3), in einem mit dem Wärmespeicher (2) gemeinsamen Wärme dämmenden Gehäuse (14), seitlich des Wärmespeichers (2), um den Wärmespeicher (2) herum angeordnet ist und insbesondere die erste Verdampferstufe (3a) oberhalb der zweiten Verdampferstufe (3b) angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3), in einem mit dem Wärme¬ speicher (2) gemeinsamen Wärme dämmenden Gehäuse (14), oberhalb des Wärmespeichers (2) angeordnet ist und insbesondere die zwei¬ te Verdampferstufe (3b) oberhalb der ersten Verdampferstufe (3a) angeordnet ist.
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (2) und der Verdampfer
(3) in einem gemeinsamen Wärme dämmenden Gehäuse (14) angeordnet sind und jeweils eine umfangsseitig geschlossene, am Boden (19, 24) und an der Oberseite (20, 24a) zumindest teilweise offene Seitenwand (23a, 23b) aufweisen, welche zur Ausbildung eines Strömungskanals (25) von einer Innenwand (14a) des Wärme dämmen¬ den Gehäuses (14) beabstandet ist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umwälzung von Heißluft durch den Wärme¬ speicher (2) und den Verdampfer (3) zumindest ein Gebläse (26) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (26) zum Umkehren der Strömungsrichtung der Heißluft ausgebildet ist.
14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 und Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (2) im seitlich des Wärmespeichers (2) vorgesehenen Strömungskanal (25a) angeordnet ist .
15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmespeicher (2) und dem Verdampfer (3) eine Schließeinrichtung (27) vorgesehen ist, welche zwischen einer Schließ-Position, in welcher eine LuftZirkulation vom Wärmespeicher (2) zum Verdampfer (3) unterbrochen ist, und einer offenen Position, in welcher die LuftZirkulation vom Wärmespeicher (2) zum Verdampfer (3) freigegeben ist, verstellbar ist .
16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließeinrichtung (27) einen offenbaren Deckel (27a) oder zumindest eine Abdeckklappe (27b) aufweist, welche zwischen der Schließ-Position und der offenen Position verstellbar sind.
17. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Abschnitt (25a) des Strömungska¬ nals (25) seitlich des Wärmespeichers (2) und einem Abschnitt (25b) des Strömungskanals (25) seitlich des oberhalb des Wärme¬ speichers (2) angeordneten Verdampfers (3) eine LuftZirkulati¬ onssperre (28) vorgesehen ist.
18. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 und An- spruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die LuftZirkulationss¬ perre (28) mäanderförmige Luftleitbleche (29) aufweist, welche eine wärmebedingte LuftZirkulation vom Abschnitt (25a) des Strö¬ mungskanals (25) seitlich des Wärmespeichers (2) zum Abschnitt
(25b) des Strömungskanals (25) seitlich des Verdampfers (3) un¬ terbrechen und eine durch das Gebläse (26) erzeugte Luftzirkula¬ tion vom Abschnitt (25b) des Strömungskanals (25) seitlich des Verdampfers (3) zum Abschnitt (25a) des Strömungskanals (25) seitlich des Wärmespeichers (2) durch die LuftZirkulationssperre
(28) zulassen.
19. Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die LuftZirkulationssperre (28) Klappen (34) aufweist, wel¬ che zwischen einer Schließ-Position, in welcher eine Luftzirkulation zwischen den Abschnitten (25a, 25b) des Strömungskanals (25) unterbrochen ist, und einer offenen Position, in welcher die LuftZirkulation zwischen den Abschnitten (25a, 25b) des Strömungskanals (25) freigegeben ist, verstellbar sind.
20. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der zweiten Verdampferstufe (3b) des oberhalb des Wärmespeichers (2) angeordneten Verdampfers (3) ein vertikal verstellbarer Deckel (30), zur Einstellung eines Abstands des Deckels (30) von der zweiten Verdampferstufe (3b), vorgesehen ist .
21. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (14, 14b, 14c) im Vergleich zur Umgebungsluft mit Kohlendioxid angereicherte Luft aufgenommen ist .
22. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmespeicher (2) zumindest eine Wärme dämmende Schicht (43) vorgesehen ist.
23. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (2) Sand (S5) , insbesondere Quarzsand, zur Wärmespeicherung aufweist und die elektrischen
Heizelemente (17), insbesondere Heizstäbe (17a), sowie die
Steigrohre (15) der ersten und zweiten Verdampferstufe (3a, 3b) im Wesentlichen vertikal verlaufend und nebeneinander im Wärmespeicher (2) angeordnet sind.
24. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 12, 13, 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (2) und der Verdampfer (3) in jeweils einem eigenen Wärme dämmenden Gehäuse (14b, 14c) aufgenommen und über Rohrleitungen (45) miteinander verbunden sind.
25. Kombination einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der Wärmespeicher (2) und der Verdampfer (3) in jeweils einem eigenen Wärme dämmenden Gehäuse (14b, 14c) auf¬ genommen sind, mit einer Stromerzeugungseinrichtung (51), die eine Gasturbine (52) und einen Wärmetauscher (56) aufweist, wo¬ bei ein Luftauslass (49) aus dem Verdampfer (3) mit einem Luf- teinlass (46) in den Wärmespeicher (2) verbunden ist, ein
Luftauslass (47) aus dem Wärmespeicher (2) mit dem Wärmetauscher (56) verbunden ist, welcher einem Lufteingang (60) der Gasturbine (52) vorgeschaltet ist, und ein Luftausgang (61) der Gasturbine (52) mit einem Lufteinlass (48) in den Verdampfer (3) verbunden ist.
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