DE567451C

DE567451C - Process for storing and recovering energy

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Publication number: DE567451C
Application number: DEM114667D
Authority: DE
Original assignee: FRITZ MARGUERRE DR ING
Current assignee: FRITZ MARGUERRE DR ING
Priority date: 1931-03-24
Filing date: 1931-03-24
Publication date: 1933-01-05

Description

Verfahren zum Aufspeichern und Wiedergewinnen von Energie Es ist bekannt, Energie aufzuspeichern, dadurch, daß man Wärme durch Verdampfung eines Wärmeträgers - unmittelbar oder unter Benutzung von Wärmeübertragungsflächen - aus einem Unterspeicher entnimmt, den Dampf mittels eines Kompressors verdichtet und in einem Oberspeicher niederschlägt oder seine Wärme durch Übertragungsflächen demselben zuführt. Dem auf diese Weise aufgeladenen Oberspeicher kann die zugeführte Wärmeenergie in einer Dampfmaschine entzogen werden, wobei die Abwärme wiederum dem Unterspeicher zugeführt wird.Process for storing and recovering energy It is known To store energy, in that one heat by evaporation of a heat carrier - directly or using heat transfer surfaces - from a sub-storage unit removes, compresses the steam by means of a compressor and stores it in an upper storage tank precipitates or supplies its heat to the same through transfer surfaces. To the In this way charged upper storage can the supplied heat energy in a Steam engine are withdrawn, with the waste heat in turn fed to the sub-storage will.

Bei diesem Verfahren ist bisher davon ausgegangen worden, daß zunächst die Speicher mit dem billigen Wärmeträger, dem Wasser, gefüllt werden und dementsprechend auch das nächstliegende Arbeitsmittel, der Wasserdampf, für Expansion und Kompression verwendet wird. Wenn es vom Standpunkt der Expansion aus -durchaus möglich ist, mit Wasserdampf den Vorgang mit wirtschaftlich arbeitenden Maschinen beispielsweise zwischen der Temperatur der Umgebung und einer oberen Temperatur bis zu 2oo° und auch darüber durchzuführen, so liegen die wirtschaftlichen Möglichkeiten für den Kompressor und die Speicher bei Verwendung des gleichen Arbeitsmittels Wasserdampf und Speichermittels Wasser ganz anders. Ein Kompressor ist für Wasserdampf bei unteren Temperaturen, die wesentlich unter zoo° liegen, zu teuer, während andererseits die Speicherkosten bei Verwendung von Wasser und Temperaturen in der Nähe von 2oo° hoch sind. Begibt man sich also in ein für einen Wasserdampfkompressor einigermaßen brauchbares Gebiet, so machen die Speicherkosten das Verfahren wirtschaftlich teuer, sofern es sich nicht um ganz kurze Speicherungszeiträume handelt.In this process it has so far been assumed that initially the storage tanks are filled with the cheap heat transfer medium, water, and accordingly also the closest working medium, water vapor, for expansion and compression is used. If from the point of view of expansion it is entirely possible, with steam the process with economically working machines, for example between the temperature of the environment and an upper temperature up to 2oo ° and also to carry out about it, so are the economic possibilities for the Compressor and storage tank when using the same working medium water vapor and storage with water is quite different. A compressor is for water vapor at lower Temperatures that are significantly below zoo ° are too expensive, while on the other hand the Storage costs when using water and temperatures close to 2oo ° high are. So if you go into one that is reasonably useful for a steam compressor Area, so the storage costs make the process economically expensive, provided the storage periods are not very short.

Das Wesen der neuen Erfindung besteht nun darin, daß der Vorgang nicht mehr mit einem Arbeitsmittel und Speichermittel durchgeführt wird, sondern daß deren zwei oder mehrere zur Anwendung kommen, wobei diese so ausgewählt werden, daß sie für die betreffende Maschine und den Speicher zu günstigsten wirtschaftlichen Verhältnissen führen. Selbstverständlich müssen dann Wärmeübertragungsflächen zwischen den verschiedenen Mitteln in an sich bekannter Weise eingeschaltet werden. Durch die Verwendung von mehreren Mitteln, beispielsweise innerhalb des Kompressionsvorganges, wird es auch möglich, die Temperaturgrenzen des Vorganges weiter auseinander zu legen, ohne daß man an dem einen oder anderen Ende des Vorganges zu Verhältnissen kommt, die für den Kompressor unwirtschaftlich sind. Eilee Erweiterung der 1 emperaturgrenzen des Vorganges bedeutet aber eine entsprechende Verminderung der Speicherinhalte und Speicherkosten.The essence of the new invention is that the process is not more is carried out with a working medium and storage medium, but that their two or more are used, these being selected so that they for the machine in question and the memory at the most favorable economic conditions to lead. Of course, heat transfer surfaces must then be between the different Means are switched on in a manner known per se. By the use of several means, for example within the compression process, it will also possible to set the temperature limits of the process further apart without at one or the other end of the process one comes to conditions which are for the compressor are uneconomical. Eilee extension of the 1 temperature limits of the Process means, however, a corresponding reduction in the memory contents and Storage costs.

Ein Beispiel für ein solches Zusammenarbeiten verschiedener Mittel wäre das folgende. Aus einem Unterspeicher (oder einer beliebigen Wassermenge, die die Temperatur der Umgebung haben möge) wird bei etwa 2o° einer Kälteflüssigkeit, z. B. Äthylchlorid. Wärme zugeführt und diese Flüssigkeit in einem dem in der Kältetechnik gebräuchlichen ähnlichen Verdampfer durch die Ansaugewirkung eines (Turbo-) Kompressors verdampft. Dieser Dampf wird bei go bis ioo° niedergeschlagen, wobei als Kühlmittel verdampfendes Wasser dient, welches von einem weiteren Kompressor angesaugt und auf beispielsweise 7 Atm. entsprechend 165' verdichtet wird. Dieser Dampf wird nun in einem Wasser enthaltenden Oberspeicher niedergeschlagen; der Oberspeicher gibt dann für den Betrieb in einer Dampfturbine in bekannter Weise durch Druckentlastung Wasserdampf ab, der seinerseits in den Unterspeicher (d. h. bis auf die Temperatur der Umgebung) geführt wird? Das Arbeitsmittel Wasser des Expansionsverlaufes kann dann vom Unterspeicher während des Kompressionsverlaufes in den Oberspeicher hinaufgepumpt werden, wobei zweckmäßig dasselbe Wasser dem erwähnten oberen Teil des Kompressionsvorganges-zugeführt wird.An example of such a collaboration of different means would be the following. From a sub-storage tank (or any amount of water that the temperature of the environment) is at about 2o ° a cold liquid, z. B. ethyl chloride. Heat is supplied and this liquid in one the similar evaporator commonly used in refrigeration technology due to the suction effect of a (turbo) compressor evaporates. This steam is precipitated at go to 100 °, whereby evaporating water is used as the coolant, which is supplied by another compressor sucked in and to, for example, 7 atm. is compressed according to 165 '. This Steam is now deposited in an upper storage tank containing water; the upper storage then gives for operation in a steam turbine in a known manner by pressure relief Water vapor, which in turn enters the sub-storage tank (i.e. up to the temperature the environment)? The working medium water of the expansion process can then pumped up from the lower storage tank into the upper storage tank during the compression process , the same water being expediently supplied to the above-mentioned upper part of the compression process will.

Das Verfahren kann noch weiter ausgebaut werden, indem eine Speicherflüssigkeit genommen wird, die wiederum völlig vom Arbeitsmittel verschieden ist. Ein Beispiel hierfür wäre das vorerwähnte, bei welchem jedoch die Wasserdampfkompression auf beispielsweise 2o Atm. getrieben würde, entsprechend 2I2'. Der Speicher würde dann mit einer Flüssigkeit gefüllt werden, die einen wesentlich geringeren Druck als Wasserdampf bei dieser Temperatur aufweist, andererseits eine möglichst große spezifische Wärme je Volumeneinheit hat, ohne selbst zu teuer zu sein. Eine solche Flüssigkeit ist beispielsweise Anthracenöl, welches bei der betreffenden Temperatur noch weit unter 'seinem Siedepunkt ist und in drucklosen Gefäßen speicherbar ist. Auch Diphenyloxyd und andere Stoffe können hierfür in Betracht kommen. Die Wärmeübertragung vom Arbeitsmittel Wasserdampf auf das Speichermittel Anthracenöl erfolgt dann wiederum durch Wärmeübertragungsflächen. Es ist selbstverständlich auch möglich, den letztgenannten Vorgang unter Fortlassung des Äthvlcliloridlcompressors zwischen Grenzen, in welchen- der Turbokompressor noch für Wasserdampf brauchbar erscheint, also z. B. zwischen go und 2io°, durchzuführen, wobei dann das Mittel des Unterspeichers dem während des Expansions- und des Kompressionsvorganges benutzten Mittel gleich, dagegen (las Speichermittel im Oberspeicher ein anderes wäre. Ebenso kann das Verfahren mit Wasser im Ober- und Unterspeicher und Wasserdampf für den Expansions- und nur einer Kälteflüssigkeit für den Kompressionsvorgang durchgeführt werden, wobei sich etwa zweckmäßige Grenzen von 25 auf 1250 ergeben können. Auch wären zwei Wasserspeicher und die gleiche Kälteflüssigkeit für den Kompressions- und Expansionsvorgang verwendbar.The method can be expanded even further by adding a storage fluid is taken, which in turn is completely different from the work equipment. An example this would be the one mentioned above, in which, however, the water vapor compression occurs for example 2o atm. would be driven, corresponding to 2I2 '. The memory would then be filled with a liquid that has a much lower pressure than Has water vapor at this temperature, on the other hand, a specific as possible Has heat per unit of volume without being too expensive itself. Such a liquid is for example anthracene oil, which at the temperature in question is still far is below its boiling point and can be stored in pressureless vessels. Also diphenyl oxide and other substances can be considered. The heat transfer from the working medium Water vapor on the storage medium anthracene oil then takes place in turn through heat transfer surfaces. It is of course also possible to omit the last-mentioned process the Äthvlcliloridlcompressors between limits in which the turbo compressor still appears useful for water vapor, so z. B. between go and 2io °, to perform, the means of the sub-storage then being that during the expansion and compression processes used the same means, on the other hand (read storage means in the upper store another were. The process can also be carried out with water in the upper and lower tanks and water vapor for the expansion and only one refrigerant for the compression process where practical limits from 25 to 1250 may arise. Even would be two water reservoirs and the same cold liquid for the compression and expansion process can be used.

Bei der Verwendung von Kälteflüssigkeiten im Kompressionsvorgang entsteht - wenigstens teilweise - die aus der Kältetechnik bekannte Schwierigkeit, daß die Wärme, die als Flüssigkeitswärme auf den höheren Temperaturstand gehoben wird, nicht ohne weiteres für den Vorgang verwertbar ist; in der Kältetechnik wird diese Arbeitsleistung gewöhnlich verloren gegeben und durch ein Drosselventil vernichtet. Bei den hier in Betracht kommenden größeren Energiemengen erscheint zunächst die bekannte Verwendung der Flüssigkeitswärme in einer Kraftmaschine (Expansionszylinder), deren Energie dem Kompressor zugeführt wird, als gegeben. Diese Kraftmaschine könnte auch so betrieben werden, daß sie erst während des Entladevorganges arbeitet, was zunächst zur Voraussetzung hat, daß während des ganzen Ladevorganges die Kälteflüssigkeit aufgespeichert werden muß, was wegen der Kosten dieser Flüssigkeit häufig nicht wirtschaftlich durchführbar ist. Dieser Fall würde insbesondere dann praktisch von Bedeutung -#yerden,. wenn im Expansionsvorgang dieselbe Kälteflüssigkeit wie im Kompressionsvorgang benutzt wird, wobei Verluste durch die Flüssigkeitswärme überhaupt nicht eintreten. Im vorliegenden Verfahren entstehen diese erst dadurch, daß das Verhältnis von Flüssigkeits- und Verdampfungswärme beim Kompressions- - und Expansionsmittel ver= 'schieden ist.When using refrigerants in the compression process - at least partially - the difficulty known from refrigeration technology that the Heat, which is raised to the higher temperature level as liquid heat, does not is readily usable for the process; in refrigeration this work is done usually given lost and destroyed by a throttle valve. With those here Considerable larger amounts of energy initially appear the known use the heat of the liquid in a prime mover (expansion cylinder), its energy is supplied to the compressor, as given. This prime mover could also be operated in this way be that it only works during the discharge process, which is initially a prerequisite has that the refrigerant is stored during the entire charging process must, which is often not economically feasible because of the cost of this liquid is. This case would be of practical importance in particular - # yerden ,. if the same refrigerant liquid is used in the expansion process as in the compression process where losses due to the heat of the liquid do not occur at all. In the present Process these arise only by the fact that the ratio of liquid and Heat of evaporation in the compression and expansion medium is different.

Zur Verminderung dieser Verluste kann man so vorgehen, daß man die Arbeitsflüssigkeit des Expansionsvorganges, welche sich zunächst bei Unterspeichertemperatur befindet, im Gegenstrom zu der zurückfließenden Flüssigkeit des Kompressionsvorganges von dieser erwärmen läßt und dem Oberspeicher zuführt. Hierdurch wird mindestens ein Teil der Flüssigkeitswärme für den Expansionsvorgang ebenso verwertbar, als ob man mit dem gleichen Mittel arbeitet.To reduce these losses, one can proceed in such a way that the Working fluid of the expansion process, which is initially at the lower storage temperature is in countercurrent to the liquid flowing back from the compression process can be heated by this and fed to the upper storage tank. This is at least a part of the liquid heat for the expansion process can be used as well whether one works with the same means.

Da nun in der Regel bei Kälteflüssigkeiten das Verhältnis der Flüssigkeitswärme zur Verdampfungswärme viel größer als es bei dem üblichen Expansionsarbeitsmittel, dem Wasserdampf, ist, so lassen sich trotz des eben angegebenen Verfahrens nicht alle Verluste durch Flüssigkeitswärme vermeiden. Sie lassen sich aber noch dadurch vermindern, daß man zunächst die Flüssigkeit sich stufenweise entspannen läßt und den sich -bildenden Dampf den einzelnen Stufen des Kompressors zuführt und ferner die zur Kühlung des Kompressors erwünschte Einspritzung mit der bereits auf höherem Druck und Temperatur befindlichen Flüssigkeit vornimmt. Man kann auch so vorgehen, da.ß man die Flüssigkeit sich nicht entspannen läßt, sondern durch Einspritzung naß gemachten Dampf vermittels Oberflächenübertragung aus der Flüssigkeit zwischen den einzelnen Kompressorstufen trocknet.As a rule, the ratio of the heat of the liquid in the case of cold liquids to the heat of vaporization much larger than it is with the usual expansion working fluid, the water vapor, can not be done in spite of the procedure just given avoid all losses from heat of liquid. But you still let yourself go through it reduce the fact that one first lets the liquid relax gradually and feeds the forming steam to the individual stages of the compressor and further the injection required to cool the compressor the makes liquid already at higher pressure and temperature. Man can also proceed in such a way that the liquid is not allowed to relax, but rather Injection-wetted steam via surface transfer from the The liquid between the individual compressor stages dries.

Es wurde vorhin schon erwähnt, daß der Verlust durch Flüssigkeitswärme vollständig vermieden wird, wenn für Kompressions-und Expansionsvorgang die gleichen Mittel benutzt werden, und darauf hingewiesen, daß dieses mit sogenannten Kälteflüssigkeiten nicht ohne weiteres durchführbar ist, weil die Aufspeicherung dieser Flüssigkeiten einerseits wegen ihrer Kosten, andererseits wegen ihres hohen Druckes im Oberspeicher unwirtscliaftlich ist. Es läßt sich dieses jedoch dadurch vermeiden, daß die Flüssigkeit z. B. während des Kompressionsvorganges zwar, wie üblich, sofort nach dem Niederschlagen im Kondensator zum Verdampfer zurückkehrt, ihre gesamte Wärme aber durch einen Wärmeaustauscher einer entsprechenden Menge Flüssigkeit, die vom Unterspeicher in den Oberspeicher hinübergefördert wird, abgibt. Entsprechend wird dann während des Expansionsvorganges das Arbeitsmittel, nachdem es im Kondensator niedergeschlagen ist, 'sofort wieder dem Verdampfer zugeführt, wobei es im Gegenstrom durch Speicherflüssigkeit, die vom Oberspeicher zum Unterspeicher fließt, wieder erwärmt wird.It was mentioned earlier that the loss due to the heat of liquids completely avoided if for compression and expansion process the same Means are used, and it should be noted that this with so-called cold liquids is not easily feasible because the accumulation of these fluids on the one hand because of their costs, on the other hand because of their high pressure in the storage tank is inefficient. However, this can be avoided in that the liquid z. B. during the compression process, as usual, immediately after knocking down in the condenser returns to the evaporator, but all of its heat passes through a heat exchanger a corresponding amount of liquid, which is from the lower storage in the upper storage is conveyed over, gives up. The corresponding is then during the expansion process the working medium, after it has deposited in the condenser, 'immediately again fed to the evaporator, it being countercurrently through storage liquid which flows from the upper storage tank to the lower storage tank, is heated again.

Zur Verminderung der Anlagekosten der Speicher ist großes Temperaturgefälle derselben erwünscht; ein solches bedingt großen Gekillverlust zwischen Expansion und Kompression. Werden die Speicher durch Urre wälzen der Flüssigkeit als Verdrängungsspeicher in bekannter Weise geladen und entladen, so bringt eine mehrstufige Zuführung und Entziehung der Wärme sowohl während des Kompressions- und Expansionsvorganges eine wesentliche Verminderung der Verluste. Bei Turbomaschinen läßt sich durch Anzapfung einzelner Stufen eine solche Zuführung leicht lösen, gleichgültig, ob es durch Einspritzung - bei Gleichheit des Mittels in der Maschine und dem Speicher - oder durch Oberflächenübertragung geschieht. Bei einem solchen Umwälzen wird es zur gleichmäßigen Entladung zunächst zweckmäßig erscheinen, therrnostatisch die Wassermenge so zu regeln, daß unabhängig von der Belastung der Arbeitsmaschine stets die gleiche Temperaturdifferenz zwischen Lad(--- und Entladezustand (los Speichers herrscht; dieses ist zum Betrieb <los Speichers als Ver<Ir?ingungsspeicher notwendig.There is a large temperature gradient in order to reduce the system costs of the storage system the same desired; such a large loss of skill between expansions and compression. Are the memory by Urre rolling the liquid as a displacement memory loaded and unloaded in a known manner, so brings a multi-stage supply and Withdrawal of heat both during the compression and expansion process substantial reduction in losses. In the case of turbo machines, tapping individual stages can easily solve such a feed, regardless of whether it is by injection - if the means in the machine and the storage are the same - or by surface transfer happens. With such a circulation it first becomes a uniform discharge Appear expedient to regulate the amount of water thermostatically so that independently always the same temperature difference between Charge (--- and discharge status (loose memory prevails; this is for operation <loose Memory necessary as a link memory.

Fs Icc@nnen jedoch hiri-von zur -I.'erbesserung des Wirkungsgrades bei Teilbelastung gewisse Abweichungen zugelassen «erden. Man kann z. B. bei kleinerer Belastung der Turbine ein größeres Temperaturgefälle bei der Oberspeicherentladung zulassen, wodurch die Anfangsdrücke der Expansion an der Turbine sinken und Drosselverluste vermieden werden; ebenso kann umgekehrt bei hoher Belastung oder Überlastung das Temperaturgefälle des Oberspeichers gegenüber dem mittleren Gefälle herabgesetzt werden. Man erreicht hierdurch, daß das Temperaturgefälle des Oberspeichers und damit auch seine mittlere Temperatur einem gewissen mittleren Belastungszustand der Turbine entspricht und daß demgemäß der Kompressor nur auf diesen mittleren Stand die Wärme zu fördern braucht, d. h. der Wirkungsgrad des Verlaufes bei schwankender Belastung wird verbessert. Selbstverständlich kann dieses nur so weit getrieben werden, daß das Arbeiten des Speichers als Verdrängungsspeicher nicht gefährdet wird. Man wird also z. B. bei einer gewöhnlichen Entladung des Oberspeichers von 16o auf i 2o' die Entladeendtemperatur um nicht mehr als -I-- 5° bis -f- io° um den Mittelwert von i2o° schwanken lassen dürfen, damit einerseits das Wasser von der unteren Temperatur sich auf eine ge#,visse Mitteltemperatur hinaufmischt, ohne mit dem heißeren Wasser des geladenen Speichers in Mischung zu geraten. Selbstverständlich ist das gleiche Verfahren auch auf der Kompressionsseite und auch auf der Unterspeicherseite anwendbar.However, we can help to improve the efficiency with partial load certain deviations permitted «ground. You can z. B. at smaller Load on the turbine, a greater temperature gradient in the upper storage tank discharge allow, whereby the initial pressures of the expansion at the turbine drop and throttle losses be avoided; The reverse can also happen in the case of high loads or overloads The temperature gradient of the upper storage tank is reduced compared to the mean gradient will. This achieves that the temperature gradient of the upper storage tank and thus also its mean temperature a certain mean load condition corresponds to the turbine and that accordingly the compressor is only on this middle one Stand that needs to promote heat, d. H. the efficiency of the course with fluctuating Load is improved. Of course, this can only be carried so far that the operation of the memory as a displacement memory is not endangered will. So you will z. B. with an ordinary discharge of the upper storage tank 16o to i 2o 'the discharge end temperature by no more than -I-- 5 ° to -f- io ° allow the mean value of i2o ° to fluctuate, so that on the one hand the water of the lower temperature mixes up to a visse mean temperature without to get mixed with the hot water of the charged tank. Of course is the same procedure on the compression side and also on the sub-storage side applicable.

Abb. i stellt schematisch ein Beispiel für eine nach dem Verfahren arbeitende Anlage dar. Die als Motor und Generator verwendbare elektrische Maschine @IIG ist durch zwei (beispeilsweise.) lösbare Kupplungen LK1 und I Ii, einerseits mit der Turbine T, andererseits mit dem Kompressor verbunden, der im vorliegenden Fall aus zwei Teilen besteht, einem mit einer Kälteflüssigkeit arbeitenden Teil KK und einem mit Wasserdampf arbeitenden Teil DK. Fig. I schematically shows an example of a system that works according to the method. The electrical machine @IIG, which can be used as a motor and generator, is provided by two (for example) releasable clutches LK1 and I Ii, on the one hand with the turbine T and on the other hand with the compressor connected, which in the present case consists of two parts, one working with a cold liquid part KK and one working with water vapor part DK.

Der Ladevorgang spielt sich wie folgt ab: Dem Unterspeicher US wird durch die Leitung 11 oben warmes Wasser entnommen, welches durch die beiden hintereinandergeschalteten Oberflächenverdampfer Y'1 und h. hindurchfließt; dasselbe wird durch das Förderorgan i dem Unterspeicher wieder zugeführt. In den Verdampfern L'1 und h, wird z. B. Äthylchlorid verdampft und durch die Leitungen h auf der Ansaugweite dem Kompressor zugeführt. Das komprimierte Äthylchlorid geht durch die Leitung 1, in den Wärmeaustauscher W, in welchem es einerseits niedergeschlagen wird und andererseits dabei Wasser verdampft. Das verflüssigte Athylchlorid läuft durch die Leitungen ls zurück und verteilt sich auf verschiedene Kreisläufe am Knotenpunkt k. Ein Teil geht durch die Leitungen 14 zum Gegenstromvorwärmer GV, in welchem der Unterspeicherleitung h entnommenes Wasser vermittels der Leitungen h hindurchgeleitet wird. Der Teil des Äthylchlorides, der hier abgekühlt wird, geht durch das Drosselventil d5 in die Verdampfer V, und 1'2 zurück, während das erwärmte Wasser im Wärmeaustauscher W zur Verdampfung kommt und dann durch die Leitung h dem Dampfkompressor zugeführt wird. Bei den meisten Kälteflüssigkeiten ist aber der Anteil der Flüssigkeitswärme größer als diejenige Wärme, welche im Gegenstromvorwärmer G(l von der Wassermenge aufgenommen werden kann, die nachher als Dampf in den Kompressor weitergeht. Die Restmenge des lthylchlorides wird infolgedessen teilweise dazu verwendet, um durch Einspritzen den Kompressor zu kühlen. Dies erfolgt durch die Einspritzleitungen e1 ünd e2. Die Drosselventile dl und d3 übernehmen die notwendige Regelung. Die zur Einspritzung nicht notwendige Kühlflüssigkeit kann man stufenweise entspannen und ausdampfen lassen, wobei die ausdampfende Menge gleichfalls dem Kompressor stufenweise zugeführt wird. Zu diesem Zweck geht ein Teil der Flüssigkeit durch das Drosselventil d2 in einen ersten Ausdampfer Al und wird dann weiter durch ein Drosselventil d4 in einem zweiten Ausdampfer Az entspannt, der durch ein Drosselventil d, mit der aus dem Gegenstromvorwärmer GP- zu den Verdampfern V1 und y, führenden Leitung verbunden ist. Der in den Ausdampfern entstehende Dampf kann beispielsweise, wie hier dargestellt, zusammen mit der Einspritzflüssigkeit dem Kompressor zugeführt werden. (Es kann hier wie stets auch die Wirkung der Ausdampfer A1 und A2 durch Oberflächenaustauscher ersetzt werden. Auf diese Weise ist der Kreislauf des Kältemittels geschlossen.The charging process takes place as follows: Warm water is withdrawn from the lower storage tank US through the line 11 at the top, which through the two surface evaporators Y'1 and h. flows through; the same is fed back to the sub-storage unit by the conveying element i. In the evaporators L'1 and h, z. B. evaporated ethyl chloride and fed through the lines h on the suction of the compressor. The compressed ethyl chloride goes through line 1, into the heat exchanger W, in which it is precipitated on the one hand and water evaporates on the other hand. The liquefied ethyl chloride runs back through the lines ls and is distributed to various circuits at node k. A part goes through the lines 14 to the countercurrent preheater GV, in which the water removed from the lower storage line h is passed through the lines h. The part of the ethyl chloride that is cooled here goes back through the throttle valve d5 into the evaporators V and 1'2, while the heated water evaporates in the heat exchanger W and is then fed through line h to the steam compressor. In the case of most refrigerant liquids, however, the proportion of liquid heat is greater than the amount of heat that can be absorbed in the countercurrent preheater G (l from the amount of water, which afterwards continues as steam into the compressor to cool the compressor. This takes place through the injection lines e1 and e2. The throttle valves dl and d3 take over the necessary control. The cooling liquid not required for the injection can be gradually expanded and allowed to evaporate, whereby the evaporated amount is also gradually fed to the compressor For this purpose, part of the liquid goes through the throttle valve d2 into a first evaporator A1 and is then further expanded through a throttle valve d4 in a second evaporator Az, which is connected to the evaporators V1 and y by a throttle valve d with which from the countercurrent preheater GP- to the evaporators V1 and y , leading line is connected. De The vapor generated in the evaporators can, for example, as shown here, be fed to the compressor together with the injection liquid. (As always, the effect of the evaporators A1 and A2 can be replaced by surface exchangers. In this way, the refrigerant cycle is closed.

Der Dampfkompressor saugt, wie erwähnt, durch die Leitung La Dampf an und gibt denselben durch die Leitungen 1s, 19 und ho an die Kondensatoren D, Db, D, ab. Dieselben sind an den Oberspeicher durch die Leitung 1, angeschlossen, durch welchen das Förderorgan :2 Wasser in der Richtung des Punktpfeiles fördert. Das Wasser wird dem Oberspeicher unten entnommen und stufenweise durch den niedergeschlagenen Dampf erwärmt. Der Oberspeicher arb; itet dabei ebenso wie der Unterspeicher als Verdrängungsspeicher. Zur Kühlung wird der Dampfkompressor DK gleichfalls mit Einspritzung vermittels der Leitungen e, und e4 versehen.As mentioned, the steam compressor sucks steam through the line La and gives the same through the lines 1s, 19 and ho to the capacitors D, Db, D, ab. These are connected to the upper storage tank through line 1, through which the conveyor organ: 2 conveys water in the direction of the dot arrow. The water is taken from the upper storage tank at the bottom and gradually through the knocked down one Steam heated. The upper store arb; Like the sub-memory, itites as Displacement storage. The steam compressor DK is also used for cooling with injection provided by means of lines e and e4.

Der Entladevorgang vollzieht sich so, daß in den Leitungen 1, die Flußrichtung umgekehrt wird und die Einrichtungen Da, Db und D, als Entspannungsverdampfer arbeiten und durch die Leitungen l11, l" und 1s der Turbine T Dampf zuführen. Diese Turbine hat beispielsweise einen zweistufigen Auspuff, der in die Einspritzkondensatoren Kcd, und Kd. mündet, die im vorliegenden Fall hintereinandergeschaltet sind. Durch die Leitung 1" und die Förderorgane 3 und 4 wird das Wasser aus dem Unterspeicher den Kondensatoren zugeführt und erwärmt. Auch hier ist somit der Kreislauf des Wasserdampfes und des Wassers geschlossen. Abschlußorgane, die die Trennung der beiden Teilverläufe, Ladung und Entladung, erlauben, sind als selbstverständlich nicht angegeben.The discharge process takes place in such a way that the flow direction is reversed in the lines 1 and the devices Da, Db and D work as expansion evaporators and supply steam to the turbine T through the lines 11, 1 "and 1s. This turbine has, for example, a two-stage Exhaust that opens into the injection condensers Kcd and Kd., Which in the present case are connected in series. The water from the sub-storage is fed to the condensers and heated through the line 1 ″ and the conveying elements 3 and 4. Here, too, the cycle of water vapor and water is closed. Closing organs that allow the separation of the two partial courses, charging and discharging, are not given as a matter of course.

Es ist natürlich möglich, insbesondere, falls der Oberspeicher erfindungsgemäß mit einer anderen Flüssigkeit als das Arbeitsmittel gefüllt ist, die Einspritzvorrichtungen Da usw. durch Oberflächenvorrichtungen zu ersetzen, genau wie die Einspritzkor@densatoren Kd, und Kd2 durch Oberflächenkondensatoren ersetzt werden können. Ebenso ist es selbstverständlich möglich, die ganze Unterstufe mit dem Kältemittel wegzulassen und den Dampfkompressor unmittelbar an den Unterspeicher anzuschließen, wobei aber wegen der Maschinenabmessungen höhere Unterspeichertemperaturen zur Anwendung kommen müssen.It is of course possible, especially if the storage tank is filled according to the invention with a different liquid than the working medium, to replace the injection devices Da etc. with surface devices, just as the injection capacitors Kd and Kd2 can be replaced by surface capacitors. It is of course also possible to omit the entire sub-stage with the refrigerant and to connect the vapor compressor directly to the sub-storage, but higher sub-storage temperatures must be used because of the machine dimensions.

Ein Beispiel für den Fall, daß die beiden Speicherflüssigkeiten unter sich gleich, aber von dem Mittel des Kompressions- und Expansionsvorganges, welches wiederum dasselbe sein soll, verschieden sind und ferner aus wirtschaftlichen Gründen die Speicherung der Wärme der Kälteflüssigkeit auf dem Oberspeicherstand nicht möglich ist, zeigt Abb. a, Im wesentlichen werden hierbei die gleichen Einrichtungen zur Erreichung des gleichen Zweckes wie im eben behandelten Fall verwendet, so daß die Beschreibung sich damit begnügen kann, die Verschiedenheiten gegen Abb.z hervorzuheben.An example in the event that the two storage fluids are under the same, but of the means of the compression and expansion process, which should again be the same, are different and furthermore for economic reasons it is not possible to store the heat of the cold liquid on the upper storage level Fig. a shows, essentially the same facilities are used here Achievement of the same purpose as used in the case just treated, so that the Description can be content with emphasizing the differences from Fig.z.

Es fallen hier die Verdampfer für den Kompressionsvorgang mit den Kondensatoren für den Expansionsvorgang zusammen und sind Oberflächeneinrichtungen; letzteres gilt auch für' die Kondensatoren und Verdampfer beim Oberspeicher. Der Kältekompressor KK saugt durch die Leitung 1, aus den in Verbindung mit dem Unterspeicher stehenden Verdampfern V, und V2 den Kältedampf an und komprimiert ihn auf den Stand des Oberspeichers, indem er in den Oberflächenkondensatoren D", Db und D, die hintereinander durch die Leitung 1, von Oberspeicherflüssigkeit durchflossen werden, niedergeschlagen wird. Die niedergeschlagene Kälteflüssigkeit geht dann durch den Gegenstromvor`s-ärmer GV, in welchen durch die Leitung L" Unterspeicherwasser durch die Pumpe 2 hineingefördert :wird, zu dem Verdampfer I'_, und von diesem aus zu dem unter niedrigerem Druck stehenden Verdampfer f'i, aus dein sie in der vorhin beschriebenen Weise wieder als Dampf vom Kompressor KK angesaugt wird.The evaporators for the compression process coincide with the condensers for the expansion process and are surface facilities; the latter also applies to the condensers and evaporators in the upper storage tank. The refrigeration compressor KK sucks in the cold vapor through line 1 from the evaporators V and V2 in connection with the sub-storage unit and compresses it to the level of the upper storage unit by being in the surface condensers D ", Db and D, which are successively carried out by the Line 1, through which the upper storage liquid flows, is precipitated. The precipitated cold liquid then passes through the countercurrent flow-poor GV, into which, through line L ", lower storage water is pumped by the pump 2: to the evaporator I'_, and from this from to the evaporator f'i, which is under lower pressure, from which it is sucked in again as vapor by the compressor KK in the manner described above.

Ton dem Leitungsknotenpunkt k gehen dann die Einspritzleitungen L" zur Kompressorkühlung ab. Beispielsweise ist noch zur Ausnutzung des Flüssigkeitsdruckes eine TurbineFT eingezeichnet, die natürlich auch anders als auf der Hauptwelle, z. B. zum Antrieb der Hilfspumpen, Verwendung finden kann.At the line junction point k, the injection lines L " to cool the compressor. For example, it is still necessary to utilize the fluid pressure a TurbineFT drawn in, which of course also differs from that on the main shaft, z. B. can be used to drive the auxiliary pumps.

Beim Expansionsvorgang wird von den drei Verdampfern D". Dl, und D, vermittels der Leitungen 1, ho und hl Kältedampf an die Kälteturbine KT abgegeben, und dieser Dampf wird durch die Leitungen 1,2 den Kondensatoren V1 und T'. zugeführt. Die hier entstehende Flüssigkeit wird durch die Leitungen 1y und die Pumpe d. dem Knotenpunkt k, dein Gegenstromvorwärmer und von dort aus wiederum den Verdampfern D" usw. zugeführt. Im Gegenstromvorwärmer GT' läuft Wasser vom Oberspeicher zum Unterspeicher herunter und kühlt auf dem U nterspeicherstand ab. während die Temperatur der Kälteflüssigkeit auf die Verdampfungstemperatur gehoben wird. An die Leitung l;, ist noch eine Kühlvorrichtung K i-' angeschlossen. die zur Abführung der Wärme dient.During the expansion process, the three evaporators D ". Dl, and D, emit refrigerant vapor to the refrigeration turbine KT by means of the lines 1, ho and hl, and this vapor is fed through the lines 1, 2 to the condensers V1 and T ' The liquid produced here is fed through the lines 1y and the pump d. to the node k, the countercurrent preheater and, from there, in turn to the evaporators D ″, etc. In the GT 'counterflow preheater, water runs down from the upper storage tank to the lower storage tank and cools down on the lower storage level. while the temperature of the refrigerant is raised to the evaporation temperature. A cooling device K i- 'is also connected to the line l; which serves to dissipate the heat.

Die anfallenden Verluste des Vorganges bleiben natürlich zunächst in demselben als Wärme enthalten (dies gilt auch für den Fall der Abb. i) und müssen irgendwie abgeführt werden. Dies kann in irgendeinem Kühlturm geschehen, der entweder in einem besonderen Kreislauf an den Unterspeicher angeschlossen ist oder, wie hier gezeichnet, innerhalb des sonstigen Kreislaufes angeordnet wird.The losses incurred in the process naturally remain for the time being contained in it as heat (this also applies to the case of Fig. i) and must somehow be led away. This can be done in any cooling tower that has either is connected to the sub-storage tank in a special circuit or, as here drawn, is arranged within the rest of the cycle.

Selbstverständlich kann die hier geschilderte Anordnung auch bei einem anderen Speichermittel als Wasser Verwendung finden, vorausgesetzt, daß die Mittel in beiden Speichern gleich sind. Aber auch wenn dieses nicht der Fall ist, läßt sich im wesentlichen das gleiche Verfahren verwerten, wobei dann nur derjenige Teil der Oberspeicherflüssigkeit, welcher im vorhin geschilderten Beispiel während des Expansionsvorganges in den Unterspeicher läuft, nunmehr in einem gesonderten Behälter aufzufangen wäre; das gleiche gilt sinngemäß für den Kompressionsvorgang.Of course, the arrangement described here can also be used for a storage means other than water are used, provided that the means are the same in both stores. But even if this is not the case, leave use essentially the same process, in which case only that part the upper storage fluid, which in the example described above during the Expansion process in the sub-storage is running, now in a separate container would be caught; the same applies mutatis mutandis to the compression process.

Selbstverständlich sind die Einzelheiten der eben geschilderten Anlage, wie z. B. die Mehrstufigkeit der Speicherladung und Entladung, die Konipressorkühlung durch Einspritzung, nur Mittel zur Verbesserung des Wirkungsgrades und keine unentbehrlichen Bestandteile des Verfahrens.Of course, the details of the facility just described are such as B. the multi-stage storage charging and discharging, the Konipressorkühlung by injection, only means to improve efficiency and not indispensable Components of the process.

Zur Regelung der Kompressorleistung, besonders für den Fall. daß man den Unterspeicher durch irgendein natürliches Wasservorkommen mit Temperatur der Umgebung ersetzt und infolgedessen mit Temperaturschwankungen in den verschiedenen Jahreszeiten zu rechnen hat, kann man Diffusorregelung verwenden oder auch die Ansaugestellen des Kompressors verschieben, so daß zur Zeit geringerer Außentemperatur mehr Kompressorstufen benutzt werden.To regulate the compressor power, especially in case. that he the sub-storage by some natural water resource with temperature of the Replaced environment and, as a result, with temperature fluctuations in the different Seasons have to be reckoned with, you can use diffuser control or the intake points of the compressor so that more compressor stages are available at the time when the outside temperature is lower to be used.

Bisher ist davon ausgegangen worden, daß die im Oberspeicher angesammelte Wärme unmittelbar zur Dampferzeugung durch Druckentlastung dient. Es ist auch möglich, die Wärme dadurch zur Krafterzeugung nutzbar zu machen, daß man das heiße Wasser zur Kesselspeisung verwendet und dann einen entsprechenden Teil des dem Kessel entnommenen Dampfes so expandieren läßt, daß dessen Wärme dem Unterspeicher, soweit ein solcher vorhanden ist, zugeführt wird.So far it has been assumed that the accumulated in the upper storage Heat is used directly to generate steam through pressure relief. It is also possible, to make the heat usable for power generation by using the hot water used to feed the boiler and then a corresponding part of the amount taken from the boiler Vapor can expand so that its heat the sub-storage, as far as such is present, is supplied.

Claims

PATrNTAN PROVERBS: i. Method for storing and recovering energy with the aid of a compressor and a prime mover, which are connected between heat-absorbing and heat-emitting means (e.g. liquids) of different temperatures in upper and lower storage tanks, characterized in that one or more working media (vapors) and a or several heat-storing agents (liquids), which are different from one working medium or from one or all of the several working mediums, are used with the transfer of heat from one to the other medium through heat transfer surfaces.

2. The method of claim i, wherein the working means of the compression and expansion process are different, thereby characterized in that the liquid working medium mediates the expansion process Heat transfer surfaces, especially in a countercurrent arrangement, during the compression process organgrts through the liquid heat of the fluid flowing in the compression process is heated.

3. The method according to claim i, characterized in that the compressor cooling by injecting the agent used in the compression process. .I.

procedure according to claim i, characterized in that the heat of the liquid (les in the compression process flowing Means that are not delivered to the upper store can, the compressor gradually to reduce the by return of the liquid heat resulting losses is fed.

5. The method of claim i, wherein the compression and expansion process takes place with the same means, the storage means but is different from this, characterized in that the heat in the compression process precipitated liquid by means of exchangers for liquid from the sub-storage is released and fed with this to the upper storage tank, while the expansion process precipitated working fluid through a conveying element into the expansion circuit and conveyed back by means of exchangers, which take their heat from storage fluid that flows from the upper storage tank into the lower storage tank, is heated.

6th Method according to Claim i, in which the storage devices are charged and discharged Circulation of the means takes place, from which heat is withdrawn and in special evaporators Heat is supplied in condensers, characterized in that evaporator and Capacitors are connected in series to earth for gradual charging and discharging to reduce the gradient losses.

7. The method according to claim I. and a, characterized in that the upper store has two or more different stages Temperature or pressures. B. The method according to claim i, characterized in that that to regulate the compressor output either: means different levels of the compressor is supplied or withdrawn from them or using diffuser control finds. G. Method according to claim 1 or 6, characterized in that in the upper store low temperature fluctuations while maintaining its function as a displacement storage be allowed in such a way that z. B. during the expansion with a small load the temperature reduction of the circulated storage water is increased.