LU503094B1 - Speicherkraftwerk, insbesondere Druckspeicherkraftwerk, sowie Verfahren zum Betrieb eines Speicherkraftwerks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Speicherkraftwerk (1-1c), insbesondere Druckspeicherkraftwerk, das eine Gasgeneratorkammer (2-2b) und eine mit der Gasgeneratorkammer fluidisch ver- bundene, mindestens einen Druckspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) umfassende Druckspei- chervorrichtung (6; 6b) aufweist, wobei die Gasgeneratorkammer (2-2b) dazu eingerichtet ist, als Explosionskammer zu wirken, in der ein Betriebsstoff (3-3b), mit dem das Speicherkraft- werk betrieben wird, zur Explosion gebracht wird. Zweckmäßigerweise ist der mindestens eine Druckspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) der Druckspeichervorrichtung (6; 6b) zur Aufnahme eines in der Gasgeneratorkammer (2-2b) durch die Explosion des Betriebsstoffes (3-3b) er- zeugten Explosionsgases (21) eingerichtet. Vorteilhaft kann ein bei der Explosion entstehen- der Gasdruck unmittelbar genutzt werden, beispielsweise zum Betrieb einer Turbine zur Er- zeugung von elektrischem Strom. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb des Speicherkraftwerks (1-1c).

Description

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Beschreibung:

Christof Pfaff, 66606 St. Wendel (Deutschland) „Speicherkraftwerk, insbesondere Druckspeicherkraftwerk, sowie Verfahren zum Betrieb ei- nes Speicherkraftwerks“

Die Erfindung betrifft ein Speicherkraftwerk, das eine Gasgeneratorkammer und eine mit der

Gasgeneratorkammer fluidisch verbundene, mindestens einen Druckspeicher umfassende

Druckspeichervorrichtung aufweist, wobei die Gasgeneratorkammer dazu eingerichtet ist, als

Explosionskammer zu wirken, in der ein Betriebsstoff, mit dem das Speicherkraftwerk betrie- ben wird, zur Explosion gebracht wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Speicherkraftwerks.

Aus dem Stand der Technik sind Speicherkraftwerke bekannt, die Energie in Form von

Druckluft speichern und bei Bedarf zur Erzeugung von elektrischem Strom abrufen können.

Dazu wird Luft in unterirdische Kaverne gepresst, wobei die Luft zum Betrieb einer Turbine zur Erzeugung von elektrischem Strom aus den Kavernen entnommen werden kann.

Aus US 2011/0283705 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Kompressionskolben durch Detonation eines staubférmigen explosiven Gemischs oder eines Sprengstoffs antreib- bar ist. Durch eine Bewegung des Kompressionskolbens durch die Detonation wird ein Kom- pressionsgas über eine Ventileinrichtung in einen Druckspeicher geleitet.

DE 958 788 C offenbart eine Startvorrichtung fir eine Verbrennungsmaschine, bei der eine

Pulverziindung einen Kompressor betreibt, der eine einer ersten Dieselzündung vorausge- hende Verdichtung bewirkt.

DE 3821 304 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Verdichtung eines Metallpulvers zur Herstel- lung eines verdichteten Massivbauteils, die eine Explosionskammer mit einem bewegbaren

Kompressionskolben aufweist. Der Kompressionskolben teilt die Explosionskammer in einen

Explosionsraum und einen Kompressionsraum. In dem Kompressionsraum befindet sich ein

Metallpulver, das zu dem verdichteten Massivbauteil komprimiert werden soll. Wird in dem

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Explosionsraum ein Sprengstoff gezündet, wird durch eine Bewegung des Kolbens der Kom- LU503094 pressionsraum verkleinert und das Metallpulver verdichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Speicherkraftwerk, insbesondere ein Druck-

Speicherkraftwerk, der eingangs genannten Art zu schaffen, das durch Explosionsgase, die bei Explosion eines Betriebsstoffes entstehen, betreibbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der mindestens eine Druckspeicher der Druckspeichervorrichtung zur Aufnahme eines in der Gasgeneratorkammer durch die Ex- 190 plosion des Betriebsstoffes erzeugten Explosionsgases eingerichtet ist.

Bei der Explosion des Betriebsstoffes, der beispielsweise ein Sprengstoff wie Schwarzpulver,

Nitrozellulose oder C4 sein kann, entsteht ein unter hohem Druck stehendes Explosionsgas in der Gasgeneratorkammer, das zum Druckabbau aus dieser in den mindestens einen

Druckspeicher geleitet und dort gespeichert werden kann. Der mindestens eine Druckspei-

Cher kann ein einzelner Druckspeicherbehälter sein. Denkbar ist, dass der mindestens eine

Druckspeicher mehrere fluidisch parallel geschaltete Druckspeicherbehälter aufweist.

Vorteilhaft kann ein bei der Explosion entstehender Gasdruck unmittelbar genutzt werden, beispielsweise zum Betrieb einer Turbine zur Erzeugung von elektrischem Strom.

Weiter vorteilhaft wird kein Explosionsgas in die Umgebung des Speicherkraftwerks abgelas- sen, sondern zur Energiespeicherung verwendet. Dazu ist denkbar, dass das Explosionsgas gereinigt wird und nach Passieren einer Turbine, die mit dem Explosionsgas zur Stromerzeu- gung angetrieben wird, verdichtet und unterirdisch gespeichert wird. Es wird ein emissions- freies Speicherkraftwerk geschaffen, das kein Explosionsgas in die Atmosphäre abgibt.

Eine Befüllung der Gasgeneratorkammer mit dem Betriebsstoff erfolgt vorzugsweise durch einen aus der Verwendung in Haubitzen bekannten, besonders druckfesten Schraubver- schluss.

Weiter denkbar ist, dass das erzeugte Explosionsgas in der Art von Druckluft benutzt wird, um Maschinen oder ähnliche Vorrichtungen zu betreiben, beispielsweise einen Druckluftmo- tor.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Speicherkraftwerks, insbesondere ei- nes Druckspeicherkraftwerks, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Explosion des

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Betriebsstoffes in der Gasgeneratorkammer erzeugtes Explosionsgas aus der Gasgenerator- LU503094 kammer in mindestens einen Druckspeicher einer Druckspeichervorrichtung geleitet wird.

ZweckmäBigerweise weist die Gasgeneratorkammer eine Ventileinrichtung mit mindestens einem Überdruckventil auf, durch die das bei der Explosion des Betriebsstoffes erzeugte Ex- plosionsgas in den mindestens einen fluidisch mit der Gasgeneratorkammer verbundenen

Druckspeicher der Druckspeichervorrichtung hindurchströmen kann. Ein Überdruckventil ist ein Ventil, welches bei Erreichen eines Grenzdrucks öffnet und bei Unterschreiten des Grenz- drucks schließt. Bei der Explosion des Betriebsstoffes entsteht in der Gasgeneratorkammer ein derart hoher Druck, dass das mindestens eine Uberdruckventil öffnet, so dass durch die

Explosion erzeugtes Explosionsgas in den mindestens einen Druckspeicher, der beispiels- weise ein Druckspeicherbehälter oder eine unterirdische Kaverne sein kann, geleitet wird.

Denkbar ist, dass die Ventileinrichtung mehrere Ventile aufweist, die als Überdruckventile ausgebildet sind und die bei voneinander verschiedenen Grenzdrücken öffnen.

Denkbar ist außerdem, dass die Ventileinrichtung mehrere Überdruckventile aufweist, die in einer Umfangsrichtung der Gasgeneratorkammer, die zylindrisch ausgebildet sein kann, ne- beneinander angeordnet sind, insbesondere äquidistant voneinander beabstandet. Vorteilhaft wird die Gasgeneratorkammer bei Explosion des Betriebsstoffs gleichmäßig belastet.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Gasgeneratorkammer eine Ventileinrichtung mit mindestens einem steuerbaren Ventil auf, dessen Ansteuerung mit der Explosion des Be- triebsstoffes synchronisiert ist. Das Ventil wird geöffnet, sobald eine Explosion stattfindet und ein Druck in der Gasgeneratorkammer höher ist als in dem mindestens einen Druckspeicher der Druckspeichervorrichtung. Das steuerbare Ventil kann geschlossen werden, sobald ein bestimmter Druck in dem Druckspeicher oder der Gasgeneratorkammer erreicht ist.

Vorteilhaft ist ein gesteuerter Druckaufbau in dem mindestens einen Druckspeicher möglich.

Denkbar ist, dass die Ventileinrichtung mehrere Ventile aufweist, die in einer Umfangsrich- tung der Gasgeneratorkammer, die zylindrisch ausgebildet sein kann, nebeneinander ange- ordnet sind, insbesondere äquidistant voneinander beabstandet. Vorteilhaft wird die Gasge- neratorkammer bei Explosion des Betriebsstoffs gleichmäßig belastet.

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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Druckspeicher der LU503094

Druckspeichervorrichtung in einer Umfangsrichtung um die Gasgeneratorkammer herum an- geordnet, vorzugsweise vollständig in der Umfangsrichtung. Vorteilhaft ist ein besonders kompakter Aufbau des Speicherkraftwerks möglich.

Der um die Gasgeneratorkammer herum angeordnete Druckspeicher kann als Druck- speicherbehälter ausgebildet sein und außerdem als Verstärkungsmittel wirken, das die Gas- generatorkammer verstärkt. Vorteilhaft kann das Speicherkraftwerk mit besonders hohen Ex- plosionsdrücken betrieben werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Druckspeichervorrichtung mehrere in Reihe geschaltete Druckspeicher, wobei ein letzter Druckspeicher zur Entnahme von bei der Explo- sion des Betriebsstoffes erzeugten Gases eingerichtet ist.

Durch eine Anordnung von Druckspeichern in einer Kaskade kann von Druckspeicher zu

Druckspeicher ein durch die Explosion erzeugter Druck reduziert werden, so dass der letzte

Druckspeicher bei einem konstanten Druck gehalten wird, der beispielsweise zum kontinuier- lichen Betrieb einer Turbine zur Stromerzeugung erforderlich ist.

Das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk kann isobar und/oder adiabatisch betrieben wer- den.

Denkbar ist, dass der letzte Druckspeicher mehrere fluidisch parallel geschaltete Druck- speicherbehälter umfasst. Bei dieser Anordnung kann eine Entlüftung der Gasgeneratorkam- mer unmittelbar in einen der fluidisch parallel geschalteten Druckspeicherbehalter erfolgen.

Vorteilhaft wird eine Speicherkraftwerk mit einem besonders hohen Wirkungsgrad geschaf- fen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Druckspeichervorrichtung mehrere in Reihe geschaltete Druckspeicher, wobei eine Temperatur eines jeden der Druckspeicher einstellbar ist. Dazu kann der Druckspeicher in einem Warmetauscherbad gelagert sein, das ein Wasserbad, ein Olbad oder eine Salzschmelze sein kann. Durch Anpassung einer Wär- metauscherbadtemperatur ist eine Explosionsgastemperatur im Innern der Druckspeicher einstellbar.

Denkbar ist, dass ein Warmeaustausch in das Warmetauscherbad hinein stattfindet, das heißt dem Druckspeicher bei der Explosion des Betriebsstoffes Wärme entzogen wird, die zum Aufheizen eines Warmespeichers benutzt wird, dessen gespeicherte Warme bei Bedarf

Seite 4/12 verwendbar ist. Vorteilhaft ist ein besonders effizienter Betrieb des Speicherkraftwerks mög- LU503094 lich.

ZweckmäBigerweise weist das Speicherkraftwerk eine Wärmetauscheinrichtung auf, die zu-

Mindest einen Wärmetauscher umfasst, der um die Gasgeneratorkammer herum angeordnet ist. Bei der Explosion des Betriebsstoffes entstehende Wärme kann abgeführt werden. Eine thermische Belastung der Gasgeneratorkammer wird vorteilhaft erheblich reduziert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der Gasgeneratorkammer ein Dämpfungsmittel 190 angeordnet, das vorzugsweise einen bewegbaren Kolben umfasst, durch dessen Bewegung ein Volumen der Gasgeneratorkammer veränderbar ist. Der Kolben bildet dazu einen beweg- baren Wandabschnitt der Gasgeneratorkammer.

Durch eine Bewegung des Kolbens bei der Explosion des Betriebsstoffes kann eine auf Ge- neratorkammerwände und Ventile wirkende Kraft reduziert werden.

Vorzugsweise weist das Dämpfungsmittel ein Rückstellmittel auf, das als mechanisches

Rückstellmittel wie eine Schraubenfeder, oder als hydraulisches oder pneumatisches Rück- stellmittel ausgebildet sein kann.

Es versteht sich, dass das Rückstellmittel vorgespannt sein kann, um eine Dämpfungswir- kung einstellen zu können. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Speicherkraftwerk einen bewegbaren Kolben mit einer vorgespannten Schraubenfeder aufweisen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Gasgeneratorkammer zumindest eine Durchgangsöffnung in einer Wand der Gasgeneratorkammer auf, die von dem Dämp- fungsmittel in einer Grundstellung des Dämpfungsmittels überdeckt wird und in einer Arbeits- stellung des Dämpfungsmittels freiliegt. Das Dämpfungsmittel ist vorzugsweise bewegbar ausgebildet. Vorteilhaft wird ein Teil des bei der Explosion des Betriebsstoffes freiwerden

Drucks dazu benutzt, um das Dämpfungsmittel aus der Grundstellung in die Arbeitsstellung derart zu bewegen, dass die zumindest eine Durchgangsöffnung zu einem Druckspeicher ei- ner Druckspeichervorrichtung freigelegt werden. Vorteilhaft sind keine Ventile erforderlich, so ein Aufbau des Speicherkraftwerks wird vereinfacht.

Zweckmäßigerweise weist die Gasgeneratorkammer eine Entlüftungsleitung auf, die die Gas- generatorkammer mit einem letzten Druckspeicher oder einem der letzten Druckspeicher ei- ner Druckspeichervorrichtung, die mehrere in Reihe geschaltete Druckspeicher umfasst, ver-

Seite 5/12 bindet. Vorteilhaft kann eine Entlüftung der Gasgeneratorkammer in den letzten oder einem LU503094 der letzten Druckspeicher hinein erfolgen. Druckverluste werden dadurch minimiert.

Der letzte oder einer der letzten Druckspeicher kann mehrere fluidisch parallel geschaltete

Druckspeicherbehälter umfassen, die sowohl aus einem diesem vorangeschalteten weiteren

Druckspeicher befüllt werden als auch durch die Entlüftung der Gasgeneratorkammer.

Dazu sind Ventile der Druckspeicherbehälter einzeln ansteuerbar, so dass vor einer Befül- lung mit Explosionsgas aus dem vorangeschschalteten Druckspeicher dieser zuerst mit Ex- plosionsgas aus der Gasgeneratorkammer von deren Entlüftung befüllt wird. Weiter vorteil- haft wird durch eine solche Betriebsart eine kontinuierliche Entnahme von Explosionsgas aus dem mindestens einen oder dem letzten von mehreren Druckspeichern mit konstantem

Druck sichergestellt.

In einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird das durch die Explosion des Betriebsstoffes in der Gasgeneratorkammer erzeugte Explosionsgas durch mehrere in

Reihe geschaltete Druckspeicher einer Druckspeichervorrichtung geleitet, wobei die in Reihe geschalteten Gasspeicher voneinander verschiedene Drücke aufweisen. Vorteilhaft kann durch eine derartige Anordnung von Druckbehältern in einer Kaskade ein kontinuierlicher Be- trieb des Speicherkraftwerks sichergestellt werden, das heißt aus dem letzten der Druckspei- cher mit konstantem Druck entnommen werden, obwohl durch das wiederholte Einbringen des zur Explosion vorgesehen Betriebsstoffes ein diskontinuierlicher Betrieb der Gasgenera- torkammer erfolgt.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Innendruck der in Reihe geschalteten Druckspeicher von der Gasgeneratorkammer zu einer Turbine zu Stromerzeugung hin abnimmt.

In einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird das durch die Ex- plosion des Betriebsstoffes in der Gasgeneratorkammer erzeugte Explosionsgas aus einem letzten der Druckspeicher zum Betrieb einer Turbine zur Stromerzeugung entnommen.

Denkbar ist, dass das erzeugte Explosionsgas vor dessen Zuführung zu der Turbine gereinigt wird.

In einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein letzter Druckspeicher mehrerer in Reihe geschalteter Druckspeicher einer Druckspeichervorrichtung erwärmt. Vor- teilhaft wird sichergestellt, dass eine Auslassdüse, durch die das erzeugte Explosionsgas

Seite 6/12 entnommen und einer Turbine zugeführt wird, bei dessen Expansion zu keiner Vereisung der LU503094

Düse führt.

Zweckmäßigerweise wird die Gasgeneratorkammer in den mindestens einen Druckspeicher hinein entlüftet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten, sich auf die Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Mehrere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Speicherkraftwerks,

Fig. 2 Mehrere weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Speicherkraft- werks sowie Details,

Fig. 3 eine weitere, besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spei- cherkraftwerks,

Fig. 4 Details einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemaBen Speicher- kraftwerks.

Ein in Fig. 1a in Seitenansicht schematisch gezeigtes Speicherkraftwerk 1 umfasst eine Gas- generatorkammer 2, in der ein fester Betriebsstoff 3 zur Explosion gebracht werden kann. Die

Gasgeneratorkammer 2 ist durch eine Verbindungsleitung 4 mit einem ersten Druckspeicher- behälter 5 einer Druckspeichervorrichtung 6 derart fluidisch verbunden, dass bei der Explosi- on erzeugtes Explosionsgas durch ein in Fig. 1a nicht gezeigtes Uberdruckventil aus der

Gasgeneratorkammer 2 in den Druckspeicherbehalter 5 einstrômen kann.

Die Druckspeichervorrichtung 6 umfasst zwei weitere Druckspeicherbehälter 7, 8, wobei der erste Druckspeicherbehälter 5 durch eine Verbindungsleitung 9 mit dem zweiten Druck- speicherbehälter 7 fluidisch verbunden ist und dieser zweite durch eine Verbindungsleitung 10 mit dem dritten Druckspeicherbehälter 8. Der dritte Druckspeicherbehälter 8 weist ein flu- idisches Verbindungsmittel 11 auf, das eine Gasaustrittsdüse umfassen kann, und durch das durch die Explosion erzeugtes Explosionsgas in Richtung einer Turbine 12 zu deren Betrieb strömen kann. Das Speicherkraftwerk 1 wird unmittelbar mit bei der Explosion des Betriebs- stoffes 3 erzeugtem Explosionsgas betrieben.

Ein Innendruck in den Druckspeicherbehaltern 5, 7, 8 nimmt vom ersten Druckspeicherbehal- ter 5 zum dritten, das heißt dem letzten, Druckspeicherbehälter 8 hin ab, so dass in dem letz-

Seite 7/12 ten Druckspeicherbehälter 8 konstant derjenige Druck herrscht, der zum Betrieb der Turbine LU503094 12 erforderlich ist.

Es versteht sich, dass der erste und der zweite Druckspeicherbehälter 5, 7 außerdem in Fig. 1a nicht gezeigte Uberdruckventile aufweisen, zumindest eines pro Druckspeicherbehälter 5,7. Durch die Verwendung von Überdruckventilen kann bei der Explosion des Betriebsstof- fes 3 in der Gasgeneratorkammer 2 erzeugtes Explosionsgas bei hinreichend hohem Druck in den jeweils nächsten Druckspeicherbehälter 5, 7, 8 der Druckspeichervorrichtung 6, in der die Druckspeicherbehälter 5, 7, 8 in einer Kaskade angeordnet sind, strömen.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Speicherkraftwerks 1 wird der feste Betriebsstoff 3 in der Gasgeneratorkammer 2 zur Explosion gebracht. Dabei erfolgt eine plötzliche Volumenausdehnung in der Gasgeneratorkammer, insbesondere durch Änderung des Aggregatzustands des Betriebsstoffes von fest zu gasförmig. Dadurch steigt der Druck in der Gasgeneratorkammer 2, deren Volumen in diesem Ausführungsbeispiel konstant ist, plötzlich und erheblich an, so dass sich in der Gasgeneratorkammer 2 ein Überdruck auf- baut. Bei der Explosion erzeugtes, diesen Überdruck bewirkendes Explosionsgas kann durch das Überdruckventil aus der Gasgeneratorkammer 2 entweichen und durch die Verbindungs- leitung 4 in den Druckspeicherbehälter 5 einströmen.

Dadurch, dass das Überdruckventil unterhalb eines Grenzdrucks in der Gasgeneratorkam- mer schließt, kann kein Explosionsgas aus dem Druckspeicherbehälter 5 in die Gasgenera- torkammer 2 zurückströmen.

Die weiteren Druckspeicherbehälter 7, 8 sind außerdem mit Überdruckventilen versehen, so dass die in diesem Ausführungsbeispiel in Reihe geschalteten drei Druckspeicherbehälter 5, 7,8 eine Druckspeicherbehälterkaskade bilden, in der das bei der Explosion des festen Be- triebsstoffes 3 erzeugte Explosionsgas nur in einer Richtung, das heißt in Richtung der Turbi- ne 12 strömen kann. Die Größe der Druckspeicherbehälter 5, 7, 8 ist derart bemessen, dass in dem letzten Druckspeicherbehälter 8 der Kaskade bei Betrieb des Speicherkraftwerks ein konstanter Druck herrscht, der zum kontinuierlichen Betrieb der Turbine 12 nutzbar ist.

Damit das Speicherkraftwerk 1 als solches kontinuierlich betreibbar ist, muss nach jeder Ex- plosion in der Gasgeneratorkammer 2 und einer Entnahme des erzeugten Gases ein neuer fester Betriebsstoff 3 in die Gasgeneratorkammer 2 eingebracht und zur Explosion gebracht werden. Es versteht sich, dass ggf. eine Entlüftung der Gasgeneratorkammer 2 erforderlich

Seite 8/12 ist. Trotz der diskontinuierlichen, nacheinander erfolgenden Explosionen von festen Betriebs- LU503094 stoffen 3, ist ein kontinuierlicher Betrieb des Speicherkraftwerks 1 aufgrund der Druckspei- chervorrichtung 6 möglich.

Es versteht sich, dass ein erfindungsgemäßes Speicherkraftwerk 1 auch mehr als drei

Druckspeicherbehälter aufweisen kann, oder nur einen oder zwei.

Ein in Fig. 1b in Seitenansicht schematisch gezeigtes Speicherkraftwerk 1 unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 1a gezeigten dadurch, dass eine Wärmetauscheinrichtung 13 vorge- sehen ist, die einen ersten Wärmetauscher 14 aufweist, der zum Austausch von Wärme mit der Gasgeneratorkammer 2 eingerichtet ist und einen zweiten Wärmetauscher 15, der zum

Erwärmen des dritten Druckspeicherbehälters 8 eingerichtet ist. Die beiden Wärmetauscher 14 und 15 sind durch eine Verbindungsleitung 16 fluidisch miteinander verbunden, so dass der Gasgeneratorkammer 2 entnommene Wärme nutzbar ist, um den dritten Druckspeicher- behälter 8 aufzuwärmen. Vorteilhaft ist keine zusätzliche Erwärmung erforderlich, um aus dem Druckspeicherbehälter 8 ausströmendes Explosionsgas, welches zu Vereisung führen kann, zu erwärmen.

Die Wärmetauscheinrichtung 13 kann mit einem flüssigen Medium wie Wasser oder einem gasförmigen Medium wie Wasserdampf betrieben werden.

Obwohl in Fig. 1b nicht gezeigt, ist denkbar, dass der erste Wärmetauscher 14 oder der zwei- te Wärmetauscher 15 zur Versorgung eines Fern- oder Nahwärmenetzes oder zur Stromer- zeugung durch Wärme oder zur Speicherung von Wärme eingerichtet ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Speicherkraftwerk könnte neben Elektrizität vorteilhaft auch 253 Wärme erzeugt werden.

Ein in Fig. 1c in einer geschnittenen Draufsicht schematisch gezeigtes Speicherkraftwerk 1 unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 1a und 1b gezeigten dadurch, dass ein erster, in diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt zylindrischer Druckspeicherbehälter 5 in Um- fangsrichtung um eine zylindrische Gasgeneratorkammer 2 herum angeordnet ist. Dabei ist der Druckspeicherbehälter 5 als Verstärkungsmittel vorgesehen, das die Gasgeneratorkam- mer 2 verstärkt. Dazu wirkt der Druckspeicherbehälter 5 in der Art einer die Gasgenerator- kammer 2 umgebenden Verstärkungsmanschette.

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Ferner sind in Fig. 1c Überdruckventile 17 gezeigt, durch die das durch eine Explosion eines LU503094

Betriebsstoffes 3 erzeugte Explosionsgas von der Gasgeneratorkammer 2 bis in einen dritten

Druckspeicherbehälter 8 strömen kann. s Obwohl in keiner der Fig. 1a bis 1c gezeigt, ist denkbar, dass zumindest einer, zwei oder sämtliche der Druckspeicherbehälter 5-8 in einem Wärmetauscherbad angeordnet sind. Vor- teilhaft ist eine Temperatur im Inneren der Druckspeicherbehälter 5-8 einstellbar.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben

Bezugszahl wie in Fig. 1 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buch- stabe a beigefügt ist.

Ein in Fig. 2a und 2b ausschnittsweise in einer geschnittenen Seitenansicht schematisch ge- zeigtes Speicherkraftwerk 1a unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 1 gezeigten dadurch, dass in einer Gasgeneratorkammer 2a ein entlang eines Doppelpfeils 19 bewegbarer Kolben 18 angeordnet ist, der aus einer in Fig. 2a gezeigten Grundstellung in eine in Fig. 2b gezeigte

Arbeitsstellung entgegen einer Rückstellkraft eines in diesem Ausführungsbeispiel als Feder ausgebildeten Rückstellmittels bewegbar ist.

Durch den Kolben 18 kann eine plötzliche Druckzunahme in der Gasgeneratorkammer 2a bei

Explosion eines festen Betriebsstoffes 3 und einer daraus folgenden Erzeugung eines Explo- 20 sionsgases 21 gedämpft werden. Vorteilhaft ist eine Belastung der Gasgeneratorkammer 2a und ein auf ein Überdruckventil 17a wirkender Druck geringer als ohne Verwendung eines den Kolben 18 umfassenden Dampfungsmittels.

Zur Entlüftung eines Bereichs oberhalb des Kolbens 18 ist eine Entlüftungsöffnung 22 vorge- sehen.

Ein in Fig. 2c und 2d ausschnittsweise in einer geschnittenen Seitenansicht schematisch ge- zeigtes Speicherkraftwerk 1a unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 1, 2a und 2b gezeig- ten dadurch, dass durch eine Wand 23 einer Gasgeneratorkammer 2a eine Durchgangslei- tung 24 hindurchgeführt ist, die die Gasgeneratorkammer 2a fluidisch mit einem Druck- so speicherbehälter 5a verbindet, und die ein Überdruckventil 17a aufweist.

Eine Durchgangsöffnung 25 in der Gasgeneratorkammer 2a ist in einer in Fig. 2c gezeigten

Grundstellung eines bewegbaren Kolbens 18 verdeckt und wird erst durch eine Bewegung des Kolbens 18 aus einer in Fig. 2c gezeigten Grundstellung in eine in Fig. 2d gezeigte Ar- beitsstellung freigelegt, so dass ein bei einer Explosion eines Betriebsstoffes 3a erzeugtes

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Explosionsgas 21 durch die Durchgangsleitung 24 in den Druckspeicherbehälter 5a hin- LU503094 durchströmen kann. Hat ein Innendruck in der Gasgeneratorkammer 2a abgenommen, wird der Kolben 18 durch eine Rückstellkraft eines Rückstellmittels, in diesem Ausführungsbei- spiel einer Feder 20, in die Grundstellung zurückbewegt und überdeckt die Durchgangsöff- nung 25.

Bei dieser Ausführungsform ist ein besonders materialschonender Betrieb des Speicherkraft- werks 1a möglich.

Denkbar ist, dass die Feder 20, die vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildet ist, vorge- spannt ist.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben

Bezugszahl wie in Fig. 1 und Fig. 2 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe b beigefügt ist.

Ein in Fig. 3 gezeigtes Speicherkraftwerk 1b unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 1 ge- zeigten dadurch, dass eine als Entlüftungsleitung vorgesehene Bypassleitung 26 vorgesehen ist, durch die bei einer Explosion eines Betriebsstoffes 3b erzeugtes heißes Explosionsgas aus einer Gasgeneratorkammer 2b entnehmbar ist, um unmittelbar einem dritten Druck- speicherbehälter 8b zugeführt zu werden. Vorteilhaft kann eine Temperatur des Gases in dem dritten Druckspeicherbehälter 8b eingestellt werden. Dadurch kann beispielsweise eine

Vereisung einer Düse, aus der das Explosionsgas zum Betrieb einer Turbine entnommen wird, verhindert werden.

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben

Bezugszahl wie in Fig. 1 bis 3 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der

Buchstabe c beigefügt ist.

Ein in Fig. 4 im Detail schematisch gezeigter letzter Druckspeicher 8c eines Druckspeicher- kraftwerks 1c mit mehreren Druckspeichern weist insgesamt drei Druckspeicherbehälter 27- 29 auf, die in Parallelschaltung angeordnet sind, und die durch eine Bypassleitung 26c mit ei- ner in Fig. 4 nicht gezeigten Gasgeneratorkammer verbunden sind.

Durch die Bypassleitung 26c kann die Gasgeneratorkammer in die Druckspeicherbehälter 27-29 hinein entlüftet werden. In der Bypassleitung 26c befindet sich vor jedem der Druck-

Seite 11/12 speicherbehälter 27-29 ein Ventil 30, durch das ein Zustrom in den jeweiligen Druckspeicher- LU503094 behälter 27-29 regelbar ist.

Eine Verbindungsleitung 10c, durch die erzeugtes Explosionsgas aus einem vorangehenden

Gasspeicher in die Gasspeicherbehälter 27-29 einströmen kann, teilt sich in drei Abschnitte 31-33 auf, die jeweils ein steuerbares Ventil 34 aufweisen.

Aus den Gasdruckspeicherbehältern 27-29 kann Explosionsgas in Richtung eines fluidischen

Verbindunsgmittels 11c geregelt durch Ventile 35 aus den Gasdruckbehältern 27-29 heraus- strömen.

Denkbar ist, dass ein Druckspeicher 8c anstelle mehrerer Druckspeicherbehälter 27-29 ledig- lich einen einzigen Druckspeicherbehälter umfasst, der mehrere Druckspeicherkammern auf- weist.

Obwohl in Fig. 4 nicht gezeigt, ist denkbar, dass die Bypassleitung 26c einen Verdichter auf-

Weist, durch den das erzeugte Explosionsgas verdichtet werden kann.

AuBerdem ist denkbar, dass ein durch einen Verdichter verdichtetes Explosionsgas, das von einer Entlüftung der Gasgeneratorkammer stammt, unmittelbar zu einer Turbine geleitet wird.

Ferner ist denkbar, dass nach einer Explosion des Betriebsstoffs Restgas aus der Gasgene- ratorkammer abgesaugt und in einen weiteren Druckspeicherbehalter geleitet wird. Die Gas- generatorkammer kann danach mit Frischluft geflutet werden. Vorteilhaft wird kein erzeugtes

Explosionsgas an die Umgebung abgegeben.

Obwohl in keiner der Figuren 1 bis 4 gezeigt, ist denkbar, dass Uberdruckventile oder Ventile einer Ventileinrichtung eine Filtereinrichtung aufweisen, die zum Herausfiltern von festen Be- standteilen aus einem bei der Explosion eines Betriebsstoffes entstehenden Gases einge- richtet sind. Vorteilhaft wird eine Verschmutzung der Druckspeicherbehälter verhindert und gleichzeitig sichergestellt, dass eine Turbine mit sauberem Explosionsgas betreibbar ist.

Es versteht sich, dass sämtliche mögliche Kombinationen von Merkmalen der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Merkmale denkbar sind. Beispielsweise kann ein in Fig. 1c gezeigtes Speicher- kraftwerk eine Warmetauscheinrichtung gemäß Fig. 1b aufweisen oder ein Speicherkraft- werk 1a gemäß Fig. 2 kann eine Warmetauscheinrichtung gemäß Fig. 1b aufweisen.

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Claims (15)

Patentansprüche: LU503094

1. Speicherkraftwerk (1-1c), insbesondere Druckspeicherkraftwerk, das eine Gasgene- ratorkammer (2-2b) und eine mit der Gasgeneratorkammer fluidisch verbundene, min- destens einen Druckspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) umfassende Druckspeichervor- richtung (6; 6b) aufweist, wobei die Gasgeneratorkammer (2-2b) dazu eingerichtet ist, als Explosionskammer zu wirken, in der ein Betriebsstoff (3-3b), mit dem das Spei- cherkraftwerk betrieben wird, zur Explosion gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) der Druckspeichervor- richtung (6; 6b) zur Aufnahme eines in der Gasgeneratorkammer (2-2b) durch die Ex- plosion des Betriebsstoffes (3-3b) erzeugten Explosionsgases (21) eingerichtet ist.

2. Speicherkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgeneratorkammer (2-2b) eine Ventileinrichtung mit mindestens einem Überdruckventil aufweist, durch die das bei der Explosion des Betriebsstoffes erzeug- te Explosionsgas in den mindestens einen fluidisch mit der Gasgeneratorkammer (2- 2b) verbundenen Druckspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) der Druckspeichervorrichtung (6; 6b) hindurchströmen kann.

3. Speicherkraftwerk Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Gasgeneratorkammer (2-2b) eine Ventileinrichtung mit mindestens einem steuer- baren Ventil aufweist, dessen Ansteuerung mit der Explosion des Betriebsstoffes (3- 3b) synchronisiert ist.

4. Speicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) der Druckspeichervor- richtung (6; 6b) in einer Umfangsrichtung um die Gasgeneratorkammer (2-2b) herum angeordnet ist, vorzugsweise vollständig in der Umfangsrichtung.

5. Speicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, Seite 1/4 dass die Druckspeichervorrichtung (6; 6b) mehrere in Reihe geschaltete Druckspei- LU503094 cher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) umfasst, wobei ein letzter Druckspeicher (8-8b; 8c) zur Entnahme von bei der Explosion des Betriebsstoffes (3-3b) erzeugten Explosionsga- ses (21) eingerichtet ist.

6. Speicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspeichervorrichtung (6; 6b) mehrere in Reihe geschaltete Druckspei- cher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) umfasst, wobei eine Temperatur eines jeden der Druck- speicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) einstellbar ist.

7. Speicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherkraftwerk (1-1c) eine Wärmetauscheinrichtung (13) aufweist, die zumindest einen Wärmetauscher (14) umfasst, der um die Gasgeneratorkammer (2- 2b) herum angeordnet ist.

8. Speicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasgeneratorkammer (2-2b) ein Dämpfungsmittel angeordnet ist, das vor- zugsweise einen bewegbaren Kolben (18) umfasst, durch dessen Bewegung ein Volu- men der Gasgeneratorkammer (2-2b) veränderbar ist.

9. Speicherkraftwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgeneratorkammer (2-2b) zumindest eine Durchgangsöffnung (25) in ei- ner Wand (23) der Gasgeneratorkammer (2-2b) aufweist, die von dem Dämpfungsmit- tel in einer Grundstellung des Dämpfungsmittels überdeckt wird und in einer Arbeits- stellung des Dämpfungsmittels freiliegt.

10. Speicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasgeneratorkammer (2-2b) eine Entlüftungsleitung (26) aufweist, die die Gasgeneratorkammer (2-2b) mit einem letzten Druckspeicher (8-8c) oder einem der Seite 2/4 letzten Druckspeicher einer Druckspeichervorrichtung (6; 6b), die mehrere in Reihe LU503094 geschaltete Druckspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) umfasst, verbindet.

11. Verfahren zum Betrieb eines Speicherkraftwerks (1-1c), insbesondere eines Druck- speicherkraftwerks, bei dem in einer Gasgeneratorkammer (2-2b) des Speicherkraft- werks ein Betriebsstoff (3-3b), mit dem das Speicherkraftwerk (1-1c) betrieben wird, zur Explosion gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Explosion des Betriebsstoffes (3-3b) in der Gasgeneratorkammer (2-2b) erzeugtes Explosionsgas (21) aus der Gasgeneratorkammer (2-2b) in mindes- tens einen Druckspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) einer Druckspeichervorrichtung (6; 6b) geleitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Explosion des Betriebsstoffes (3-3b) in der Gasgeneratorkammer (2-2b) erzeugte Explosionsgas (21) durch mehrere in Reihe geschaltete Druckspei- cher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) einer Druckspeichervorrichtung (6; 6b) geleitet wird, wobei die in Reihe geschalteten Gasspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) voneinander verschiede- ne Drücke aufweisen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Explosion des Betriebsstoffes in der Gasgeneratorkammer (2-2b) erzeugte Explosionsgas (21) aus einem letzten der Druckspeicher (8-8c) zum Betrieb einer Turbine zur Stromerzeugung entnommen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeder Druckspeicher (5-5b, 7-7b, 8-8b; 8c) mehrerer in Reihe geschalteter Druckspeicher einer Druckspeichervorrichtung (6; 6b) erwärmt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, Seite 3/4 dass die Gasgeneratorkammer (2-2b) in den mindestens einen Druckspeicher (5-5b, LU503094 7-7b, 8-8b; 8c) hinein entlüftet wird.

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