Die Erfindung bezieht sich auf einen solarbeheizten Wärmetauscher für Hochtemperatur-Anwendungen, der aus mehreren parallel zueinander verlaufenden Absorberrohren besteht, die von einem fluiden Wärmeträger durchströmt sind.The invention relates to a solar heated heatexchanger for high temperature applications consisting of severalthere are parallel absorber tubes, whichare flowed through by a fluid heat transfer medium.
Ein Wärmetauscher dieser Art ist aus der US-PS 42 22 373 bekannt. Die Rohre für den Wärmeträger sind durch Kanäle in einem flachen Keramikabsorber gebildet. Mehrere Keramikplatten werden baukastenartig miteinander verbunden, bis sie einen großflächigen Absorber bilden. Die nebeneinanderliegenden, geradlinig verlaufenden Kanäle sind parallel verschaltet und an jeweils einem Verteiler- und Sammelrohr angeschlossen. Der auf diese Weise in parallelen Kanälen fließende Wärmeträger strömt aufgrund der ungleichmäßig bestrahlten Absorberflächen mit unterschiedlichen Temperaturen aus den Kanälen in das Sammelrohr. Dies senkt nicht nur die höchstmögliche Temperatur, sondern auch den Wirkungsgrad des nachgeschalteten Wärmenutzsystems, z. B. des Turbosatzes, herab. Um dies zu vermeiden, sind bei großflächigen Wärmetauschern dieser Art aufwendige, zuweilen zu Strömungsinstabilitäten neigende Strömungsführungen in Mäanderform oder eine Vielzahl von Regelventilen erforderlich.A heat exchanger of this type is known from US-PS 42 22 373known. The pipes for the heat transfer medium are through channelsformed in a flat ceramic absorber. Several ceramicsplates are connected to one another in a modular manner until they areform a large-area absorber. The side by sidelying, straight channels are parallel verswitches and each on a manifold and manifoldconnected. That way in parallel channelsflowing heat transfer medium flows due to the unevenirradiated absorber surfaces with different temperadoors from the ducts into the manifold. This does not decreaseonly the highest possible temperature, but also thatEfficiency of the downstream heat utilization system, e.g. B.of the turbo set. In order to avoid this,large-scale heat exchangers of this type, sometimes complexFlow guides tending to flow instabilities inMeander shape or a variety of control valves requiredLich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, der gegenüber dem Stand der Technik maximal mögliche Wärmeträger- und Austrittstemperaturen realisiert sowie fertigungs- und systemtechnisch mit möglichst geringem Aufwand herstellbar ist und im Falle von Leckagen einfach zugänglich und reparierbar ist.The invention has for its object a heatto create exchangers of the type mentioned above, the againstthe maximum possible heat transfer andOutlet temperatures realized as well as manufacturing andcan be produced systematically with as little effort as possibleand is easily accessible in the event of leakage and repacan be generated.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved with the features ofClaim 1 solved.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher hat die Form eines Zylindermantels, der aus einem oder mehreren Absorberrohren besteht. Der Zylindermantel liegt unbefestigt auf einer Halterung auf, so daß die parallel zueinander und übereinanderliegenden Rohrwindungen dicht an dicht lediglich aufgrund der Schwerkraft aufeinanderliegen und damit eine geschlossene Zylindermantelfläche bilden.The heat exchanger according to the invention has the shape of aCylinder jacket consisting of one or more absorber tubesconsists. The cylinder jacket is not attached to oneBracket on so that the parallel to each other and matchother pipe turns just close to each otherdue to the force of gravity and thus a geform a closed cylindrical surface.
Bei dieser Ausgestaltung fließt der Wärmeträger durch sämtliche Absorberbereiche, so daß der Sammelbehälter örtlich mit weitgehend einheitlich beheizten Wärmeträgern beaufschlagt wird. Hiermit lassen sich sehr hohe Austrittstemperaturen und damit sehr hohe Anlagenwirkungsgrade erreichen, wobei auch sehr hohe Strahlungsleistungsdichten genutzt werden können, die örtlich auf der Absorberfläche große Unterschiede aufweisen können.In this embodiment, the heat transfer medium flows throughall absorber areas so that the collecting container localLich with largely uniformly heated heat carriersis applied. This allows very high exittemperatures and thus very high system efficiencyachieve, with very high radiation power densitiescan be used locally on the absorber surfacecan have great differences.
Durch die stetige Strömungsführung, die keine starken Strömungsumlenkungen aufweist und nur wenige Ein- und Austrittsstellen benötigt, werden die Eigenschaften bezüglich des Druckabfalls und der Pumpleistung optimal beeinflußt. Der Druckabfall im Absorber ist relativ klein.Due to the constant flow, which is not strongHas flow diversions and only a few on and offrequired points, the properties regardingthe pressure drop and the pumping power optimally influenced.The pressure drop in the absorber is relatively small.
Der Wärmetauscher ist insbesondere für Solar-Turm-Anlagen geeignet, wo er von einem Rundumfeld von Heliostaten mit konzentriertem Sonnenlicht hoher Intensität bestrahlt wird. Bei einer solchen Anlage können durchaus Mittelwerte von etwa 500 kW/m2 und höher erreicht werden. Naturgemäß sind die Lichtleistungsdichten auf Solar-Turm-Absorbern abhängig vom Sonnenstand und erreichen ihre Maximalwerte zur Mittagszeit.The heat exchanger is particularly suitable for solar tower systems, where it is irradiated by a surrounding field of heliostats with concentrated, high-intensity sunlight. With such a system, average values of around 500 kW / m2 and higher can be achieved. Naturally, the light output densities on solar tower absorbers depend on the position of the sun and reach their maximum values at lunchtime.
Da außerdem die axiale wie auch die azimutale Lichtverteilung auf der Absorberfläche ungleichmäßig, das heißt nicht zylindersymmetrisch ist, ergeben sich auch ohne vorbeiziehende Wolken bereits sehr hohe Anforderungen an den Absorber, die beim erfindungsgemäßen Absorber ohne weiteres beherrschbar sind, zumal die Wärmetransportführung ringsherum erfolgt.Since the axial as well as the azimuthal light verdivision on the absorber surface is uneven, that isis not cylindrically symmetric, also arise withoutpassing clouds already have very high requirementsthe absorber without the absorber according to the inventionare more manageable, especially since the heat transportall around.
Die konzentrierten Strahlen können auch auf die Innenseite des Zylinders auf die Absorberrohre gerichtet werden (Cavity-Receiver). Es ist jedoch vorteilhafter, den Wärmetauscher von außen zu bestrahlen, wodurch Raum eingespart werden kann. Insbesondere können sämtliche Zubehörbauteile in der Innenseite des Wärmetauschers, d. h. der unbestrahlten Seite, untergebracht werden. Außerdem ergibt sich eine niedrigere Turmhöhe und möglicherweise ein günstigeres Heliostatfeld.The concentrated rays can also be on the insideof the cylinder are directed onto the absorber tubes(Cavity receiver). However, it is more beneficial to heatIrradiate exchanger from the outside, thereby saving spacecan be. In particular, all accessories caninside the heat exchanger, d. H. the unirradiatedSide. There is also alower tower height and possibly a cheaper oneHeliostat field.
Mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher können Fluidwärmeträger jeder Art verwendet werden, wie z. B. Salzschmelzen, Alkalimetalle, Wasser, Wasserdampf, Wärmeträgeröle sowie komprimierte Gase. Die einspannungsarme Aufhängung des Wärmetauscherzylinders ermöglicht freie thermische Ausdehnungen des Absorberrohres bzw. der Absorberrohre, so daß unzulässige Spannungsverhältnisse auch bei sehr intensiver Einstrahlung vermieden werden können.Fluid heat can be generated with the heat exchanger according to the inventionCarriers of all types are used, such as. B. molten salts,Alkali metals, water, steam, heat transfer oils as wellcompressed gases. The low tension suspension of theHeat exchanger cylinder enables free thermal expansionSolutions of the absorber tube or tubes, so thatimpermissible tension conditions even with very intenseIrradiation can be avoided.
Die Halterung für die Absorberrohre kann vorzugsweise aus mindestens zwei U-förmigen Tragstangen bestehen, die in regelmäßigen Abständen am Umfang des Zylindermantels angeordnet sind und in die der zylindermantelförmige Wärmetauscher eingelegt bzw. eingehängt ist. Dabei ist sein oberes Ende frei, so daß bei einer Wärmeausdehnung die Absorberrohrwindungen sich nach oben ausdehnen können. Der Wärmetauscher ist dabei mit senkrecht stehenden Zylindermantelachsen aufgestellt. Die Relativbewegungen zwischen den Tragstangen und den Absorberrohren sind um so kleiner, je geringer ihre Temperaturbereiche sind.The holder for the absorber tubes can preferably be made ofconsist of at least two U-shaped support rods, which inregular intervals on the circumference of the cylinder jacketare classified and in which the cylinder jacket-shaped heatexchanger is inserted or mounted. Be therefree upper end, so that the thermal expansionAbsorber tube turns can expand upwards. TheThe heat exchanger is with a vertical cylindershell axes set up. The relative movements betweenthe support rods and the absorber tubes are all the smaller,the lower their temperature ranges are.
Um radiale Bewegungsfreiheiten des Wärmetauschers zu ermöglichen, werden die Tragstangen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung elastisch an einer Tragstruktur, die beispielsweise ein Turm, ein Gerüst oder dergleichen sein kann, aufgehängt. Auf diese Weise kann der Wärmetauscher sich entsprechend den thermischen und aerodynamischen Anforderungen weitgehend frei bewegen, wobei die Absorberrohrwindungen stets aufeinander liegen bleiben. Damit läßt sich ferner auch die ursprüngliche zylindrische Form des Absorbers weitgehend einhalten, und die Absorberrohre bleiben im wesentlichen von Einspannkräften verschont.To enable radial freedom of movement of the heat exchangerLichen, the support rods according to another Ausgedesign of the invention elastic on a support structure,for example a tower, scaffolding or the likecan be hung. In this way, the heat exchangerthemselves according to the thermal and aerodynamicRequirements move largely freely, with the absorberalways keep pipe coils on top of each other. So that leavesalso the original cylindrical shape of theAbsorbers largely comply, and the absorber tubesremain essentially spared from clamping forces.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die U-förmigen Tragstangen aus Tragrohren, die von einem Kühlmittel durchsetzt werden, um eine Überhitzung von Bauteilen und Befestigungsmitteln in der Tragstruktur zu vermeiden.According to a further embodiment of the inventionthe U-shaped support rods made of support tubes, which by aCoolants are interspersed to prevent overheating of constructionshare and fasteners in the supporting structureavoid.
Statt der aktiven Kühlung der Tragstangen bzw. Tragrohre ist eine passive Kühlung z. B. mittels Farben möglich, die die Solarstrahlen im erforderlichen Maße reflektieren.Instead of actively cooling the support rods or support tubesis passive cooling z. B. possible by means of colorsreflect the solar rays to the required extent.
Der zylindermantelförmige Wärmetauscher kann in einer fertigungstechnisch sehr einfachen Art aus einem einzigen Absorberrohr bestehen, das spiralförmig gewunden ist. In diesem Fall wird nur ein Regelventil zur Regelung des Fluiddurchflusses benötigt.The cylinder-shaped heat exchanger can in a fertechnically very simple type from a singleAbsorber tube exist, which is spirally wound.In this case, only one control valve is used for regulationof the fluid flow required.
Für eine flexiblere Regelung des Massenstromes in Abhängigkeit der Strahlenenergie ist es vorteilhaft, wenn zwei Absorberrohre parallel zueinander zur Bildung des Wärmetauschers verwendet werden, wobei jedem Absorberrohr ein Regelventil zugeordnet werden kann.For a more flexible control of the mass flow dependingspeed of radiation energy, it is advantageous if twoAbsorber tubes parallel to each other to form the heatexchangers can be used, each absorber tubeControl valve can be assigned.
Im Regelfall genügen ein oder bzw. wenige Absorberrohre. Es ist jedoch bei Bedarf möglich, statt der Einzelrohre parallel laufende Rohre, also Rohrbündel vorzusehen, die nebeneinander angeordnet, ein Rohrband bilden, das spiralartig geführt wird. Derartige Ausführungen können konstruktive Vorteile haben, z. B. wenn Wärmetauscher aus Absorberrohren mit relativ geringem Durchmesser, jedoch für hohe Massenströme hergestellt werden sollen.As a rule, one or a few absorber tubes are sufficient.However, it is possible if necessary, instead of the single pipesto provide parallel pipes, i.e. bundles of pipes thatarranged side by side, forming a tube band, the spiralis well managed. Such designs can constructtive advantages, e.g. B. if heat exchanger from absorberpipes with a relatively small diameter, but for high onesMass flows are to be produced.
Vorzugsweise werden die Absorberrohre so ausgestaltet, daß sie relativ große Massenströme von unten nach oben durchsetzen können. Aufgrund der steten Aufwärtsbewegung ist die Stabilität der Strömung auf diese Weise an keiner Stelle gefährdet. Der Regelaufwand ist dabei auch sehr gering, in dem das Regelsystem nicht übermäßig schnell sein muß. Außerdem sind im Leistungsbetrieb keine Komplikationen mit im Wärmeträger gelösten Gasen zu erwarten, da diese Gase ebenfalls in Strömungsrichtung wandern und über eine Entlüftungseinrichtung abgeführt werden können.The absorber tubes are preferably designed such thatthey have relatively large mass flows from bottom to topcan put. Due to the constant upward movement, theStability of the flow at no point in this wayat risk. The control effort is also very low, in which the control system does not have to be excessively fast. Exceptthat are no complications in the power operation with theDissolved gases are to be expected from the heat transfer medium, since these gasesif migrate in the direction of flow and over an Entventilation device can be removed.
Am oberen Ende des Wärmetauschers münden das bzw. die Absorberrohre vorzugsweise in einen Beruhigungsbehälter, der gleichzeitig die Funktion einer Sammelstelle bei mehreren Absorberrohren hat. Dabei wird nur ein Entlüftungsventil benötigt, das oberhalb des heißen Beruhigungstanks installiert ist. Das auf diese Weise angeordnete Entlüftungsventil ermöglicht gleichzeitig eine Vereinfachung für die Entleerung des Wärmetauschers, indem beim Öffnen des Entlüftungsventils und etwaiger Eingangsventile der Wärmeträger selbständig über Gravitationskräfte völlig aus dem Wärmetauscher abfließen kann. Über das Entlüftungsventil kann ebenfalls Druckgas in den Beruhigungsbehälter eingeführt werden, womit eine zwangsweise Entleerung erfolgt.The absorber (s) open at the upper end of the heat exchangerpreferably pipe into a still tank, theat the same time the function of a collection point for severalHas absorber tubes. Only one vent valve is usedneeded that instal above the hot calming tankis. The vent arranged in this wayvalve allows for simplification at the same timeDrain the heat exchanger by opening the Entventilation valve and any input valves of heatcarrier completely by gravitational forcescan flow out of the heat exchanger. About the ventValve can also pressurized gas in the still tankbe introduced, with which he is forced to emptyfollows.
Der Verteiler für den Wärmeträger am unteren Ende des Wärmetauschers kann ebenfalls als Beruhigungsbehälter ausgebildet sein.The distributor for the heat transfer medium at the lower end of theThe heat exchanger can also act as a calming tankbe educated.
Beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher werden gegebenenfalls nur ein Verteiler und ein Sammler benötigt, die gleichzeitig als Beruhigungsbehälter ausgebildet sein können, wenn dies erforderlich ist.In the heat exchanger according to the invention, if necessaryonly one distributor and one collector needed that at the same timecan be designed as a calming tank if thisis required.
Bei Großanlagen erlaubt der zylindermantelförmige Wärmetauscher eine Ausgestaltung der Tragstruktur, derart, daß innerhalb des Zylinders vom Bedienungspersonal begehbare Bühnen aufgestellt werden können, die an der Innenseite des Wärmetauscherzylinders umlaufen, wo sie sich im unbestrahlten Bereich hinter den Absorberrohren befinden. Die Bühnen können gleichzeitig so ausgebildet werden, daß sie eine Stoßdämpferfunktion für die Absorberrohre ausüben und damit für Formstabilität auch bei Sturm sorgen. Im einfachsten Fall übernimmt isolierendes Material die Stoßdämpferfunktion.In the case of large-scale systems, the cylinder jacket-shaped heat allowsExchanger an embodiment of the support structure such thataccessible by the operating personnel within the cylinderStages can be placed on the insideof the heat exchanger cylinder, where they are in the unbeblasted area located behind the absorber tubes.The stages can be trained at the same time so thata shock absorber function for the absorber tubespractice and thus ensure dimensional stability even during storms.In the simplest case, insulating material takes care of thatShock absorber function.
Wärmedämmende Einrichtungen werden vorzugsweise ebenfalls an der Innenseite der Wärmetauscher an der Tragstruktur angeordnet. Der in den Tragstangen eingehängte Wärmetauscher bleibt damit frei von zusätzlichen Gewichten.Thermal insulation devices are also preferredon the inside of the heat exchanger on the support structurearranged. The heat exchanger suspended in the support rodsremains free of additional weights.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated schematically in the drawingillustrated embodiments explained in more detail.Show it:
Fig. 1 Einen in einer Tragstruktur montierten WärmetauscherFig. 1 A heat exchanger mounted in a support structure
Fig. 2 einen Querschnitt ausFig. 1 undFig. 2 shows a cross section fromFig. 1 and
Fig. 3 bis 5 je ein Detail ausFig. 1.FIGS. 3 to 5 each a detail inFIG. 1.
InFig. 1 ist ein von einer Tragstruktur10 gehaltener zylindermantelförmiger Wärmetauscher11 gezeigt. Der Zylindermantel wird mit spiralförmig gewundenen Absorberrohren12 gebildet. In denFig. 3 und 4 werden die Absorberrohre verdeutlicht.Fig. 3 zeigt eine Windung des inFig. 1 dargestellten Wärmetauschers11. Ein Bündel von vier Absorberrohren12 bildet ein flaches Rohrband13, bei dem die einzelnen Absorberrohre12 dicht nebeneinander angeordnet sind. Das Rohrband13 ist spiralförmig gewunden, derart, daß eine Windung auf der vorhergehenden Windung zum Aufliegen kommt, so daß sich eine spaltlose Kontaktstelle14 ergibt.InFig. 1 a value held by a support structure10 cylinder jacket shaped heat exchanger11 is shown. The Zylin dermantel is formed with spiral wound absorber tubes12 . InFIGS. 3 and 4, the absorber tubes are illustrated.FIG. 3 shows a turn of the heat exchanger11 shown inFIG. 1. A bundle of four absorber tubes12 forms a flat tube band13 , in which the individual absorber tubes12 are arranged close to one another. The tubular tape13 is spirally wound, such that a turn on the previous turn comes to Auflie conditions, so that there is a gapless contact point14 .
Die Absorberrohre12 bilden auf diese Weise einen dichten Zylindermantel, der mittels mehrerer U-förmiger Tragstangen15 gehalten wird. Die Tragstangen15 sind in regelmäßigem Abstand am Umfang verteilt (Fig. 2) und an einem Gerüst18 der Tragstruktur10 pendelnd beweglich aufgehängt und mittels Ringen39 untereinander verbunden.In this way, the absorber tubes12 form a tight cylinder jacket, which is held by means of several U-shaped supporting rods15 . The support rods15 are distributed at regular intervals on the circumference (Fig. 2) and suspended on a frame18 of the support structure10 so that they can move and connected to one another by means of rings39 .
Fig. 5 zeigt eine als Rohr15′ ausgebildete und U-förmig, zwei Schenkel19 und20 bildend, gebogene Tragstange. Die Absorberrohre12 sind in diese Tragstangen15′ lediglich eingelegt, so daß die Absorberrohrwindungen übereinanderliegend von der Tragstange15′ getragen werden, wobei zwischen den Tragstangen-Schenkeln19 und20 und den Absorberrohren12 genügend Raum für Dehnbewegungen verbleibt. Die Absorberrohre12 sind hierbei nirgends starr befestigt, so daß der Wärmetauscher11 bei Temperaturänderungen sich frei bewegen kann. In axialer Richtung können die Absorberwindun gen sich zwischen den Tragstangenschenkeln19 und20 bei Dehnung nach oben bewegen und Radialdehnungen werden durch die pendelnd oder anderweitig flexibel aufgehängte Tragstange15,15′ ermöglicht. Bei der pendelnden Aufhängung der Tragstange15,15′ können von innen und gegebenenfalls auch von außen des Wärmetauschers11 Stoßdämpfer25 vorgesehen werden. Die Stoßdämpfer lassen sich aus Kacheln zusammensetzen, die mit Isoliermaterial überdeckt und leicht entfernbar sind. Es können auch U-förmige mit J-förmigen Tragstangen im Wechsel vorgesehen werden, wobei die J-förmigen Tragstangen an der Schattenseite des Wärmetauschers angeordnet werden.Fig. 5 shows a tube15 'formed and U-shaped, two legs19 and20 forming a curved support rod. The absorber tubes12 are only inserted into these support rods15 'so that the absorber tube windings are superimposed on each other by the support rod15 ', wherein between the support rod legs19 and20 and the absorber tube ren12 there is sufficient space for expansion movements. The absorber tubes12 are not rigidly attached anywhere, so that the heat exchanger11 can move freely when the temperature changes. In the axial direction, the Absorberwindun conditions between the support rod legs19 and20 move upward when stretched and radial expansions are made possible by the pendulum or otherwise flexibly suspended support rod15 ,15 '. In the oscillating suspension of the support rod15 ,15'11 shock absorbers25 can be provided from the inside and optionally also from the outside of the heat exchanger. The shock absorbers can be assembled from tiles, which are covered with insulating material and are easy to remove. It can also be U-shaped with J-shaped support rods alternately provided, the J-shaped support rods are arranged on the shadow side of the heat exchanger.
Bei Wärmetauschern11 für Großanlagen, z. B. auf Türmen errichteten und mittels konzentrierter Solarstrahlung bestrahlten Receivern, bietet die zylindermantelförmige Ausgestaltung des Wärmetauschers11 die Möglichkeit, innerhalb des Zylinders Bühnen23 für die Wartung des Receivers einzubauen, auf denen das Bedienungspersonal entlang der innen, solarstrahlengeschützten Seite des Wärmetauschers11 gehen kann. Die Bühnen23 und gegebenenfalls die Ringe39 können durch Stützfunktion zur Aufrechterhaltung der Zylinderform des Wärmetauschers dienen. Etwaige Wärmeisolierungen26 werden vorzugsweise an der Innenseite des Zylinders angebracht. Am oberen und am unteren Ende des Wärmetauschers werden die Wärmedämmungen als Hitzeschilder27 ausgebildet. Bei Anlagen für sehr hohe Temperaturen werden die Tragstangen15 zweckmäßigerweise aus Rohren, wie im Zusammenhang mitFig. 5 bereits beschrieben, ausgebildet, um durch die Rohre ein Kühlmittel28 fließen lassen zu können. Bei sehr intensiver Bestrahlung und sehr großen Absorbergewichten lassen sich die U-Rohre mittels J-Tragstangen entlasten. Die J-Tragstangen befinden sich auf der unbestrahlten Innenseite des Absorbers und laufen parallel direkt neben den U-Rohren.In heat exchangers11 for large plants, for. B. on towers he directed and by means of concentrated solar radiation be radiated receivers, the cylindrical jacket-shaped configuration of the heat exchanger11 offers the possibility of installing stages23 within the cylinder for the maintenance of the receiver, on which the operating personnel along the inside, solar radiation-protected side of the heat exchanger11 can go. The platforms23 and possibly the rings39 can serve to maintain the cylindrical shape of the heat exchanger by means of a support function. Any thermal insulation26 are preferably placed on the inside of the cylinder. At the upper and lower ends of the heat exchanger, the thermal insulations are designed as heat shields27 . In systems for very high temperatures, the support rods15 are expediently formed from tubes, as already described in connection withFIG. 5, in order to allow a coolant28 to flow through the tubes. In the case of very intensive radiation and very large absorber weights, the U-tubes can be relieved using J-support rods. The J-support rods are located on the unirradiated inside of the absorber and run parallel next to the U-tubes.
Durch die senkrechte Anordnung des zylindermantelförmigen Wärmetauschers11 und aufgrund der stetigen Führung der Absorberrohrspiralen bilden sich keine den Wirkungsgrad beeinträchtigende Gaskammern. Etwaige Gasblasen werden mit der Strömung aufwärts in einen Sammelbehälter30 geführt, von wo sie über ein Entlüftungsventil31 ins Freie gelangen.Due to the vertical arrangement of the cylindrical jacket-shaped heat exchanger11 and due to the constant guidance of the absorber tube spirals, no gas chambers impairing the efficiency are formed. Any gas bubbles are led with the flow upwards into a collecting container30 , from where they get out into the open via a vent valve31 .
Der Sammelbehälter30 kann gleichzeitig als Beruhigungsbehälter ausgestaltet werden. Von dem Sammelbehälter führt eine Falleitung32 den erhitzten Wärmeträger33 ab. Die Zuführung des kalten Wärmeträgers34 aus einem nicht dargestellten Reservoir erfolgt durch Pumpenleistung über ein Steigrohr35, das in einen Verteiler- bzw. Beruhigungsbehälter36 mündet. Von hier wird der Wärmeträger entweder durch ein einziges Absorberrohr12 (bei einer Ausgestaltung des Wärmetauschers nachFig. 4) geführt, oder in mehrere Absorberrohre12 (bei einer Anordnung nachFig. 3 beispielsweise) aufgeteilt.The collecting container30 can at the same time be designed as a calming container. A down pipe32 leads the heated heat transfer medium33 away from the collecting container. The supply of the cold heat transfer medium34 from a reservoir not shown is carried out by pump power via a riser35 which opens into a distributor or calming container36 . From here, the heat transfer medium is either passed through a single absorber tube12 (in the case of an embodiment of the heat exchanger according toFIG. 4) or divided into several absorber tubes12 (in the case of an arrangement according toFIG. 3, for example).
InFig. 2, die einen Querschnitt ausFig. 1 darstellt, zweigen vom Beruhigungsbehälter36 zwei Zuführleitungen37 jeweils in ein Absorberrohrband13′ bzw.13′′ ab. Anstelle der beiden Absorberrohrbänder13 können auch zwei Absorberrohre in ähnlicher Art an Beruhigungsbehälter36 angeschlos sen werden. Die Zuführleitungen37 enthalten je ein Regelventil38, mit denen die Massenströme der beiden Absorberrohrsysteme13′ bzw.13′′ unabhängig voneinander angesteuert werden können. Sehr große Absorber können aus mehr als zwei Absorberrohrbändern13 bestehen.InFig. 2, which shows a cross section ofFig. 1, two feed lines37 branch off from the sedimentation tank36, each in an absorber tube band13 'or13 ''. Instead of the two absorber tube tapes13 and two absorber tubes in a similar manner to calming tank36 can be ruled out. The feed lines37 each contain a control valve38 with which the mass flows of the two absorber pipe systems13 'and13 ''can be controlled independently of one another. Very large absorbers can consist of more than two absorber tube strips13 .
Mit den Regelventilen38 kann die erwünschte Temperatur des Wärmeträgers33 in Abhängigkeit der Energieeinstrahlung geregelt werden. Nachdem die Wärmeträgerströme mehrmals um den zylindermantelförmigen Wärmetauscher11 laufen, müssen sie nicht drastisch abgedrosselt werden, wenn der Receiver aufgrund von kurzzeitigen Wolkenpassagen partiell abgeschaltet wird. Die Massenströme in den Absorberrohren12 können relativ groß gewählt werden, so daß Rohre mit sehr kleinen Durchmessern nicht verwendet werden müssen, und damit überall die erforderlich großen Wärmeübertragungskoeffizienten gewährleistet werden. Daher muß das Regelsystem auch nicht sehr schnell sein. Die Stabilität der Strömung ist aufgrund der steten Aufwärtsbewegung gewährleistet, wobei eine gleichmäßige Pumpenleistung zur Aufrechterhaltung der Ströme möglich ist.With the control valves38 , the desired temperature of the heat transfer medium33 can be controlled as a function of the energy radiation. After the heat transfer streams run several times around the cylinder-shaped heat exchanger11 , they do not have to be drastically throttled if the receiver is partially switched off due to short-term cloud passages. The mass flows in the absorber tubes12 can be chosen to be relatively large, so that tubes with very small diameters do not have to be used, and since the required large heat transfer coefficients can be ensured with everywhere. Therefore the control system does not have to be very fast. The stability of the flow is guaranteed due to the constant upward movement, with a uniform pump output for maintaining the flow is possible.
Für die Herstellung einer Solaranlage mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher wird der Wärmetauscher bei kleineren Abmessungen in einer Werkstatt hergestellt und mittels Aufzugkränen auf eine Plattform oder einen Turm aufgesetzt.For the manufacture of a solar system with a fictionAccording to the heat exchanger, the heat exchanger becomes smallerDimensions made in a workshop and by means of ontraction cranes placed on a platform or tower.
Bei größeren Anlagen baut man den zylinderförmigen Absorber zweckmäßigerweise um den Fuß des Turmes zusammen und hebt ihn vollständig geschweißt, mittels einer am oberen Ende des Turmes angebrachten Krananlage, bzw. mit einem Autokran, in Position.In the case of larger systems, the cylindrical absorber is builtexpediently together around the foot of the tower and liftsfully welded using one at the topthe crane system attached to the tower, or with a mobile crane,in position.
Bei sehr großen Anlagen zieht man mit der Turm-Krananlage einzelne gebogene Rohre in Position und schweißt sie Stück für Stück in den Absorber ein. Für das Schweißen und Prüfen der Schweißnähte ist es zweckmäßig, eine Service-Kabine zu benutzen, die das notwendige Gerät und Personal beherbergt und in jeder Position außen am Absorber angebracht werden kann. Über die Service-Kabine und die Bühnen23 des Receivers besteht somit Zugang von allen Seiten der Rohre, so daß ein qualitativ hochwertiger Absorber direkt vor Ort gebaut werden kann.In very large systems, the tower crane system is used to pull individual bent pipes into position and weld them piece by piece into the absorber. For welding and testing the weld seams, it is advisable to use a service cabin that houses the necessary equipment and personnel and can be attached to the outside of the absorber in any position. Via the service cabin and the stages23 of the receiver there is therefore access from all sides of the tubes, so that a high-quality absorber can be built directly on site.
Reparaturen, insbesondere die von Leckagen, bilden kein Problem, da die Reparaturstelle von den sie umgebenden Rohren mittels Flaschenzügen so weit zugänglich gemacht werden kann, daß selbst Schweißungen und Wärmebehandlungen möglich werden.Repairs, especially leaks, are not a proembarrassing, because the repair site from the surrounding pipesbe made accessible by means of pulley blockscan make even welds and heat treatments possiblewill.
Beim Wärmetauscher11 wird nachFig. 1 von außen bestrahlt (24). Es ist selbstverständlich auch möglich, den Wärmetauscher als sogenannten Cavity-Receiver auszugestalten, der von innen bestrahlt wird.The heat exchanger11 is irradiated from the outside according toFIG. 1 (24 ). Of course, it is also possible to design the heat exchanger as a so-called cavity receiver, which is irradiated from the inside.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3922903ADE3922903A1 (en) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | Solar heated heat exchanger for high temperatures - comprises battery of fluid carrying pipes wound round in tight coil as jacket for exchanger |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3922903ADE3922903A1 (en) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | Solar heated heat exchanger for high temperatures - comprises battery of fluid carrying pipes wound round in tight coil as jacket for exchanger |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3922903A1true DE3922903A1 (en) | 1991-01-17 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3922903AWithdrawnDE3922903A1 (en) | 1989-07-12 | 1989-07-12 | Solar heated heat exchanger for high temperatures - comprises battery of fluid carrying pipes wound round in tight coil as jacket for exchanger |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant | Owner name:MAN DEZENTRALE ENERGIESYSTEME GMBH, 8900 AUGSBURG, | |
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |