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Verfahren und Einrichtung zur Nutzung von Abwärme Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtungen zur Speicherung von Wärme in
Sommerzeiten, die bis zum Winter gehalten wird.
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In der Form des aus den Kondensatoren der Dampfturbinen oder sonstigen
Kühlern abgeführten Kühlwassers, von Abdämpfen oder Abgasen, von Verbrennungsmaschinen
oder in der Form von befeuerte Ofen oder Dampfkessel verlassenden Rauchgasen gehen
Unmengen von Wärme verloren, weil die diese Wärme tragenden Mittel nur Temperaturen
bis zur Höhe von etwa 200° haben und industriell in zu geringem Umfange Bedarf an
Wärme von derart geringen Temperaturen besteht.
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Andererseits liegt in Winterzeiten ein sehr großer Bedarf an Wärme
für die Beheizung bzw. Warmwasserversorgung von Wohnungen od. d'gl. vor, der in
der Regel durch die Verfeuerung von Kohle gedeckt wird und der Wirtschaft sehr große
Mengen dieses Werkstoffes entzieht.. Bei sog. Heizkraftwerken wurde zwar bereits
systematisch die Abwärme Wohnungen od. dgl. zugeleitet. Da in letzteren während
Sommerzeiten indessen ein nennenswerter Bedarf an Wärme von diesen Temperaturen
nicht gegeben ist, mußten selbst diese Werke in Sommerzeiten die Abwärme nutzlos
abstoßen, falls sie nicht sogar außer Betrieb gingen.
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Erfindungsgemäß gelangt zur Beheizung von Wohnungen u. dgl. im Winter
die in Sommerzeiten bei Wärmeerzeugerstätten anfallende Abwärme zur Nutzung.
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Für die Winterbeheizung von Wohnungen ist bereits vorgeschlagen worden,
während der Sommerzeit in höheren Lagen aufgefangenes Wasser zu benutzen. Dazu sollte
das Druckpotential dieses Wassers in elektrische Energie umgewandelt und die elektrische
Energie zur Aufheizung eines Wärmespeidhers benutzt und dessen Wärme in
Winterzeiten
an die Wohnungen abgeführt werden. Das Problem der Verwertung der Abwärme von Kraftzentralen
od. dgl. wurde damit nicht gelöst.
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Zur Durchführung des neuen Verfahrens werden an sich bekannte überdrucklose
Erdspeicher angewendet, welche Steine und Erde und Wasser zur 2lufnalinie der Wärme
enthalten.
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Erfindungsgemäß werden Abdampf oder Heißivascer oder Heißgase in den
Speicher eingeleitet, so (laß die Speicherstoffe selbst die Wärme aufnehmenden Flächen
bilden. Abdampf bzw. das aus ihm entstehende Kondenswasser und auch anfallendes
Heißwasser werden gespeichert und später unmittelbar als Heißwasser benutzt. Dagegen
werden nach der Erfindung Heißgase in Zellen eingeleitet und .die Zellen aufgeheizt,
die dann ihrerseits die Wärme an (las aufzuheizende Speichermaterial bzw. da".;
aufzuheizende Wasser abgeben, so daß schädliche Beimengungen in den Abgasen nicht
in <las Heizwasser eindringen können.
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Zur Aufladung ist der Speicher in Zellen aufgeteilt, welche verhältnismäßig
große Querschnitte für den Durchfluß von Gasen oder Dämpfen frei lass(-n, wohingegen
die zwischen den Zellen verbleibenden Schichten aus dicht aneinandergefügten Stoffen
bestehen können. Die Wärme tritt dabei ans den "Zellen auch in die sie trennenden
Schichten über. Mehrere Zellen können hintereinandergeschaltet werden; für entsprechend
große Dampf- bzw. Gasmengen auch parallel zueinander. Für die Entnahme des Heizwassers
bzw. Wiedereinfiihrung des \on der Wohnraumheizung zurückkommenden Kaltwassers sind
in verschiedenen Höhen des Speichers entsprechende Rohrleitungen gelegt, die vorteilhafterweise
in aderförmiger Verteilung in die Speicherzellen münden bzw. aus ihnen entspringen.
Das Heizwasser wird an den obersten Stellen entnommen, dagegen das Kaltwasser in
einer tieferen Höhenlage des Speichers zugeführt, in der die Temperatur des Speichers
schon auf etwa die des Kaltwassers abgesunken ist. Zu diesen Zwecken wird
erfindungsgemäß der Speicher aus mehreren übereinanderliegenden Lagen von Zellen
gebildet, wobei die Lagen. gegeneinander durch Trennschichten im Gas- bzw. Dampfdurchlaß
abgesperrt sind. Die Strömungszellen können auch ganz oder zum Teil aus festgefügten
steifen mit Durchlässen versehenen Wänden gebildet werden, wodurch wenigstens zum
Teil Strömungswiderstände verringert und die hauptsächlich der Verschmutzung ausgesetzten
Teile der Zellen leichter gereinigt werden können.
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Günstige Vorbedingungen für den Speicherbau ergehen sich bei der Trümmerbeseitigung
zerlxonibter Städte; die aufgeschütteten Trümmerberge können fast ohne Mehrkosten
zu Wärmespeichern %-crwendet werden, indem die Steinbrockcn zii Strömungszellen
und das Kleinzeug lediglich zti Speicherschidhten benutzt werden.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindiing in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt. I?s zeigen die Abb. i. bis 3 senkrechte Schnitte durch \\'ärniespeicher.
Jeder Speicher besteht aus einer wasserundurchlä@ssi,gen Schicht i, die in Form
einer Wanne ausgebildet und hei den Abb. i und 2 unter, bei der Ausführung nach
der Ahb.3 über Terrain angeordnet ist. -Die Wanne ist mit Steinschichtungen 3 ausgefüllt,
welche sich über den Rand der Wanne hinauf in Hügel bzw. Berge 2 fortsetzen können.
Jede Steinschichtung besteht aus einer Lage sehr grober Steine 3°, darüber einer
Lage grober Steine 3b, darüber einer Lage kleiner Steine 3c und einer Lage aus Erde
od. dgl. feinkörnigem Material 3d. Dabei dienen die Zwischenräume zwischen den sehr
groben Steinen demDurchfluß bzw. Eintritt der abzukühlenden Gase oder Dämpfe, also
der primären Aufheizung, wohingegen die Lagen feinkörnigen Materials 3d die Trennschicht
zwischen zwei Zellen darstellt und die Lagen 3b bzw. 3c die Tremischicht am Eindringen
in die Aufheizlage 3° hindern soll. Selbstverständlich nehmen auch die Schichten
3b, 3c und 3d an der Wärmespeicherung teil. Bei dem Speicher nach der Abb. i kann,
wie auf der rechten Seite dargestellt, auch die linke Seite mit Steinschichtungen
311 bis 3d ausgefüllt sein.
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Zur Ladung des Speichers naoh der Abb. i wird' der Wärmeträger, etwa
Dampf, durch ein Rohr 13 in den Leerschacht und die sich an ihn anschließenden Aiifheizsc.hichten
bzw. das in ihnen .befindliche Wasser eingeführt, in welchen er aufsteigt oder teilweise
kondensiert. Mittels der Pumpe i i bzw. der Leitung 1.4 wird dein Speicher kaltes
Wasser aus der Wanne i unten entnommen und oben bei 15 verspritzt. Auf seinem Fallweg
durch den aufsteigenden Dampf nimmt das Wasser Wärme auf und legt sich auf die Oberfläche
des Wasserspiegels, so daß auf diese Weise der gesamte Inhalt des Speichers mit
`'Wärme aufgeladen werden kann. Zur Wärmeentnahme wird das warme Wasser aus den
oberen Schichten mit Hilfe der Pumpen 16 und der Rohrleitung 17 angesaugt und nach
Abgabe seiner Wärme an einen Wohnraumheizkörper od. dgl. durch die Leitung 18 zum
Grunde des Wärmespeichers wieder zurückgeführt. Die Leitungen 17 und 18 sind
zweckmäßig in ihrer Eintauchtiefe in das Wasser veränderbar auszubilden.
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Bei den Speichern nach der Abb.2 sind sechs Schichten 3 übereinander
angeordnet. Beim Aufheizen wird durch die Leitung 9 der Abhitzeträger in die Schichten
eingelassen. Mittels einer Leitung io und einer Pumpe ii kann Wasser in die oberen
Schichten gefördert werden, das durch sein Eigengewicht abwärts strömt und Wärme
von den Schichten übernimmt. Es dringt in der Form von Heißwasser durch die unter
Terrain liegende Speicherfüllung ein, heizt diese auf und kommt schließlich als
Kalt-,vasser in der Wanne i an. Derart durch den Speicher kreisend, kann das Wasser
den gesamten Speicherinhalt ,auf Hochtemperatur bringen. Während der Aufladezeit
kann der Speicher jede angebotene Wärmemenge schlucken, indem bei Anfall sehr großer
Dampfmengen mehrere Schichten 3 oder Zellen 4 parallel und hintereinandergeschaltet
werden.
Der Speicher nach der Abb. 3 ist durch Wände 5 in mehrere
Zellen 4 aufgeteilt, deren jede aus iuehrerc#n iibereinanderliegenden Schichten
3 besteht. Zur .@lufladuiig wird beispielsweise Dampf durch die Leitung 7 unten
in den Speicher eingeleitet, der in die Schichten 3 entweicht und sie aufheizt.
"Zur Wärmeentnahme wird Wasser. z. B. durch die Leitung 6, den oberen Schichten
zugeführt, melches durch die darunterliegenden Schichten dringt, :ich dabei erwärmt
und aus der Wanne 1 mittels der Leitung 8 wieder entnommen wird.
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Die Isolierung der Speicher gegen Wärmeverluste kann durch Erde 12
erfolgen, ebenso Tiber dem Speicher aus einer Isolierschicht bestehen.