CN113195996A - 热交换器，例如用于太阳能发电站的热交换器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在例如太阳能发电站(1)中在流体(24、25)之间提供热交换的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)包括：‑第一管道连接器(13)和第二管道连接器(14)，以及‑在第一管道连接器和第二管道连接器(13、14)之间延伸的管道束(17)，其中，管道束(17)的管道(17a‑17n)配置为引导第二流体(25)，其中，所述管道束(17)在管道连接点(16)处连接到第一管道连接器和第二管道连接器(13、14)，因此管道束(17)的管道(17a‑17n)的内部与第一管道连接器和第二管道连接器(13、14)的空腔(15)流体连通，并且其中，管道束(17)的管道(17a‑17n)彼此相邻布置，并且以曲折方式在管道连接器(13、14)之间一起延伸，从而在管道连接器(13、14)之间在管道(17a‑17n)上提供多个顶部(20a、20b)，并且使得管道束(17)的管道(17a‑17n)的顶部(20)布置成延伸到由管道束(17)的其他管道(17a‑17n)上的一个或多个顶部(20)所提供的凹部(21)中。

Description

热交换器，例如用于太阳能发电站的热交换器
背景技术
近年来，用于为公用电网产生电力的大型太阳能发电站变得越来越高效，并且作为可再生能源解决方案也越来越受欢迎。
这种太阳能发电站通常包括多个定日镜，抛物槽或线性菲涅尔(下文中被称为太阳能吸收器)，其被控制以保持将阳光反射到布置成由太阳加热的加热单元，使得定日镜补偿太阳在天空中的明显运动。
加热单元加热诸如熔盐或热油的流体，该流体通过管道系统而被引导通过各种热交换器以便将热量传递到水和/或蒸汽。蒸汽进入蒸汽轮机，蒸汽轮机联接到发电机，发电机配置为产生电力，优选地用于公用电网。
太阳能发电站可以布置成产生10MW与1000MW之间的电力，例如25MW与800MW之间的电力，这取决于太阳能发电站的容量和/或阳光中的能量的量。
用于产生蒸汽和/或液体状态的加热水的太阳能发电站的热交换器可以包括用于容纳水/蒸汽或熔盐或热油的管道束。EP 2278220 B1和EP2322854B1公开了用于太阳能发电站的热交换器的实例，其包括在外壳中的管/管道。
本公开可以例如提供一种或多种解决方案，其可以改进例如如上所述的用于太阳能发电站的热交换器的利用效率/系数。本公开可以另外或替代地帮助改进太阳能发电站，以例如使发电站更成本效率和/或能量效率。
发明内容
本发明涉及一种用于在诸如太阳能发电站或诸如其他合适类型的工业应用中的另一系统中的流体之间提供热交换的热交换器。所述热交换器包括：
-容器，其中，所述容器配置为容纳第一流体，
-第一管道连接器和第二管道连接器，每个管道连接器包括空腔，其中，第一管道连接器和第二管道连接器中的每个包括分布在管道连接器处的多个管道连接点，以及
-管道束，布置在所述容器内部并且在第一管道连接器和第二管道连接器之间延伸，其中，管道束的所述管道配置为引导第二流体，
其中，容器中的所述管道束在管道连接点处连接到第一管道连接器和第二管道连接器，因此管道束的管道的内部与第一管道连接器和第二管道连接器的空腔流体连通，
其中，所述热交换器配置为通过管道束的管道的管壁提供第一流体与第二流体之间的热传递，
其中，管道束的管道彼此相邻布置，并且以曲折方式在管道连接器之间一起延伸，从而在管道连接器之间的管道上设置多个顶部，并且使得管道束的管道的顶部布置成延伸到由管道束的其他管道上的一个或多个顶部提供的凹部中。
优选地，管道束的管道的所述顶部基本上重合。管道束的管道优选地布置成使得第一流体可以完全包围容器内部的管道束的所述管道并且从容器的入口向出口流过容器。
第一流体优选地是热油或熔盐，并且所述第二流体在该情况下优选地是水或蒸汽。
水或蒸汽通常可以被加压到10巴和220巴之间的压力，这取决于热交换器在系统中定位/放置的位置，例如在太阳能发电站中的位置。例如，如果热交换器是过热器，则输出蒸汽可以处于10巴和220巴之间的压力，例如大约12至200巴，并且具有在160℃和600℃之间的温度，例如大约180℃和570℃。这提供了对容器的壁的强度的非常高的要求，并且因此提供了容器的非常厚的金属/钢壁。这个问题可以通过在管道束的管道中分布蒸汽/水来减少，因为通过管道束的管道的壁将热量传递给水/蒸汽的流体可以基本上处于大气压力。如果热交换器是太阳能发电系统中的另一个热交换器，则蒸汽(或在一些情况下，液体形式/状态的水)的压力和/或温度可以与上述不同。
优选地，管道束的管道中的流体是蒸汽或水。
在本发明的其他实施方式中，第一流体可以是将由管道束的管道中的第二流体加热的水或蒸汽，该第二流体可以例如是热油或熔盐(当在操作中时)。
在本发明的优选方面中，第一流体和第二流体中的一个是热油或熔盐，而第一流体和第二流体中的另一个(所述第二流体)是水或蒸汽。
管道束可以优选地包括在横向于容器的纵向方向的方向上分布的多个管道层，其中所述多个管道层中的每个包括以所述曲折方式延伸的管道。
这些层优选地是基本上平行的，并且可以优选地布置成在容器中的不同的、分层的、基本上水平的平面中延伸。
管道层优选地是基本上相似的，使得管道束的管道具有基本上相同的长度，并且优选地使得其形成重合的内顶部。
管道束优选地在垂直于容器的纵向方向的横向平面中具有基本上矩形的横截面形状。
管道束可以有利地布置在容器中的导流罩内，其中，导流罩在容器的纵向方向上延伸。
导流罩优选地包括用于引导第一流体流过管道束的壁，例如从容器的入口到出口。导流结构优选地在垂直于容器的纵向方向(LD)的横向平面中具有矩形的横截面形状。
管道上的顶部优选地在横向于容器的纵向方向的方向上延伸。
热交换器可以包括导流元件，该导流元件延伸到由管道束的一个或多个顶部提供的内凹部中。
导流元件可以优选地是挡板，优选地是流动引导叶片和/或阻碍叶片或面板/板的形式。
导流元件可以改进容器中的流体与管道束内部的流体之间的热传递，因为其可以迫使容器中的流体行进比管道连接器之间的长度更长的路径，由此增加热传递。
此外，导流元件可以在相对指向的顶部之间的管道束的管道的横向中提供改进的流动流，从而有助于进一步改进例如由导流元件产生的涡流引起的热传递。
导流元件可以延伸到由管道束的多个管道层中的管道束的一个或多个顶部提供的内凹部中。
特别地，热交换器可以优选地包括多个所述导流元件，其布置成从管道束的相对侧延伸到由管道束的该一个或多个顶部提供的内凹部中。
导流元件可以特别地包括配置为在基本上垂直于容器的纵向方向的横向平面中延伸的板。
导流元件优选地固定到所述导流罩，例如固定到导流罩的内壁表面。
导流元件，例如板，除了提供第一流体在管道束的管道的表面上方的改进的流动之外，同时可以提供加强功能性。
或者，导流元件可以连接到例如容器的内壁，连接到容器中除了导流罩之外的另一框架结构和/或类似物。
用于第一流体的流动空间可以设置在导流元件的边缘之间，靠近提供内凹部的管道的内弯曲表面。
热交换器还可以包括在管道束的管道层之间沿容器的纵向方向延伸的多个管道间隔元件，例如杆，其中，热交换器包括一个或多个涡流产生元件，该涡流产生元件布置成优选地沿横向于热交换器的纵向方向的方向在所述管道束的相邻管道层之间从所述管道间隔元件延伸。
涡流产生元件有利地在布置在相邻管道层之间的管道间隔元件之间延伸。
优选地，多个所述涡流产生元件布置在所述管道束的相邻管道层之间的空间中。
涡流产生元件布置成在管道层之间的容器中的流体的流动中产生涡流，以增强容器中的流体与管道束的管道中的流体之间的热传递。
管道间隔元件布置成保持管道束中的管道层之间的最小距离。
涡流产生元件可以特别地包括纵向构件，例如杆，其布置成在横向于容器的纵向方向的方向上延伸。
热交换器可以包括多个所述涡流产生元件，其中，管道间隔元件和涡流产生元件在管道束的相邻管道层之间的空间中一起形成阶梯结构。
热交换器可以特别地包括多个所述涡流产生元件，这些涡流产生元件沿热交换器的纵向方向分布，并且分布在管道束的不同管道层之间。
热交换器可以包括一组所述涡流产生元件，其在管道束的两个相邻管道层之间沿热交换器的纵向方向分布在相同的空间中，其中，所述组包括至少两个、优选地至少五个、例如至少十个所述湍流产生元件。
不同的相邻管道层之间的不同空间可以各自包括多个所述涡流产生元件。
优选地，管道间隔元件通过间隔元件支撑装置保持在位，其中，间隔元件支撑装置优选地支撑在导流罩的底部和/或容器的底部上。
间隔元件支撑装置优选包括一个或多个杆，其布置成至少防止管道间隔元件在管道层之间滑动，例如通过延伸穿过和/或连接/固定到管道间隔元件。
热交换器的管道束的管道的内径优选地在13mm和38mm之间。
热交换器可以构成蒸发器单元的一部分，该蒸发器单元配置为通过提供第一流体或第二流体的相变而从第一流体或第二流体产生蒸汽，特别地，其中，所述蒸发器单元包括一个或多个所述热交换器，以及另外的蒸汽容器，
其中，蒸汽容器与蒸发器单元的热交换器流体连通以将水供应到热交换器，
其中，蒸发器单元包括用于水的入口，
其中，蒸发器单元包括立管装置，该立管装置配置为使得供应到蒸发器单元并且在蒸发器单元的热交换器中蒸发的蒸汽和/或水循环到蒸汽容器，
其中，蒸汽容器包括蒸汽出口，以及
其中，蒸汽容器优选地包括用于在蒸汽进入出口之前将液体与蒸汽分离的分离装置。
热交换器可以用作过热器，用于进一步加热通过过热器的入口接收的蒸汽，其中蒸汽优选地从蒸发器单元接收。
热交换器可以替代地用作布置在蒸汽轮机的出口之间的再热器，并且在流体被再次引入蒸汽轮机之前，在其被冷凝单元冷凝之前第二次被再次引入蒸汽轮机。
热交换器可以用作流体/流体热交换器，以在热油和熔盐之间提供热传递。特别地，热交换器可以在两种操作模式下使用，包括：
·第一操作模式，其中，通过热交换器提供从热油到熔盐的热交换，以便在将熔盐移动到第一熔盐储存器的同时向从第二熔盐储存器接收的熔盐提供热传递，以及
·第二操作模式，其中，熔盐将储存的热能从第一熔盐储存器传递到热油以在蒸汽产生系统中使用。
在一个特定实施方式中，本发明的热交换器的管道束可以包括在横向于容器的纵向方向的方向上分布的多个管道层，这些管道层基本上平行地延伸，其中所述多个管道层中的每个包括以所述曲折方式延伸的多个管道，其中，管道层在横向于容器的纵向方向的方向上具有不同的宽度，并且较小宽度的层包括比较大宽度的层更少的管道。
因此，尽管较小宽度的层的管道内的横向流动距离被制造得较小，但是这被与较大宽度的层中的管道的数量相比那些层中的管道的数量更少而抵消，由此每个管道将具有比较大宽度的层中的管道更大数量的顶部，并且热交换器的每个管道内的总体流动阻力将具有相当的大小，从而导致第一流体和第二流体之间的基本上相同的热交换，而不管管道是哪个层的一部分。通过这样做，容器内部的管道束可适于配合容器的横截面形状，从而将容器的横截面面积填充到更高的程度，与在以相等宽度布置的层的管道束相比，改进了容器容积的利用。
管道层的宽度可以特别地适配容器的横截面形状，使得管道束利用容器的内部容积的程度高于以相等宽度布置的层可能利用的程度。
容器优选地具有基本上圆形的横截面形状，这对于加压容器是有利的。
最小宽度的管道层的宽度优选地为最大宽度的管道层的宽度的80％或更小，优选地为70％或更小。
最小宽度的管道层的管道的数量优选地为最大宽度的管道层的管道的数量的80％或更小，优选地为70％或更小。
本公开另外涉及根据权利要求1至32中任一项所述的热交换器的使用方法，以用于提供高于5MW的热功率，例如高于10MW的热功率，例如高于20MW的热功率或高于25MW的热功率。另外，在另外的方面中，可以提供所述使用，使得热交换器提供不大于600MW的热功率，例如不大于300MW的热功率，例如不大于200MW的热功率、或不大于120MW的热功率。此外，本公开涉及根据权利要求1至34中任一项所述的热交换器在太阳能发电站中的使用方法和/或用于提供工业用热的使用方法。
附图说明
下面将参考附图描述本公开的方面，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的太阳能发电站，
图1a示意性地示出了本发明的实施方式，其涉及由通过太阳能加热的流体驱动的蒸汽轮机装置的操作，
图2示出了根据本发明的实施方式的热交换器，
图2a示出了用于在根据本发明的实施方式的热交换器的管道束中使用的管道，
图3示出了根据本发明的另外的实施方式的热交换器，
图4示出了用于根据本发明的实施方式的热交换器的管道连接器/集管，
图5示出了根据本发明的另外的实施方式的热交换器，其中管道顶部在热交换器的纵向方向上延伸，
图6示出了根据本发明的其他实施方式的用于热交换器的管道连接器/集管，
图7示出了根据本发明的实施方式的包括热交换器的蒸发器装置，
图8示出了根据本发明的实施方式的热交换器，包括涡流产生元件，
图9示出了根据本发明的实施方式的热交换器的一部分，
图10示出了根据本发明的实施方式的热交换器，包括布置在热交换器内部的外壳中的涡流产生元件，
图11a至图11d示出了本发明的与热交换器中的涡流产生元件的可能分布相关的不同实施方式，
图12示出了本发明的一个实施方式，其中导流元件布置成延伸到由管道束提供的内凹部中，
图13示出了包括导流元件的本发明的实施方式，
图14示出了本发明的实施方式，其中，热交换器包括导流元件和涡流产生元件，
图15示意性地示出了根据本发明实施方式的用于储存通过太阳能发电站获得的热能并且用于收集所储存的热能以用于在太阳能发电站中产生蒸汽的系统，
图16示出了根据本发明的实施方式的系统，其中，第一再热器接收来自蒸汽轮机的蒸汽，
图17示出了根据本发明的热交换器的另一实施方式，以及
图18是图17的热交换器的另一视图。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的用于为公用电网产生电力的太阳能发电站1的一部分。
太阳能发电站可以配置为根据太阳能发电站的额定容量和/或阳光中能量的量产生例如10MW与1000MW之间的电力，例如25MW与800MW之间的电力。
太阳能发电站包括加热系统，该加热系统包括多个太阳能吸收器2，控制该多个太阳能吸收器以保持将阳光朝向布置成由太阳加热的加热单元101反射，使得太阳能吸收器2补偿太阳在天空中的表观运动。太阳能吸收器的定位通常由控制驱动机构2a的软件解决方案控制。为了改进图1的简单性，仅示出了一个太阳能吸收器，但是应理解，太阳能发电站可以包括例如在20和2000000个之间的太阳能吸收器，例如在100和350000个之间的太阳能吸收器，并且所有太阳能吸收器都定向成将反射的阳光朝向一个或多个加热单元101传输。
加热系统包括图1中的加热单元，该加热单元包括容器，该容器包含诸如熔盐或热油的流体，该流体由阳光加热。加热单元101包括通向管道连接件102的出口101a，该管道连接件将热油或熔盐24分别引导到过热器120和再热器130。
通常理解的是，在本发明的其他实施方式中，加热系统可以包括太阳能吸收器解决方案，其包括多个太阳能吸收器，并且其中每个太阳能吸收器布置成(通过阳光)加热在太阳能吸收器之间延伸的一个或多个管道中的熔盐或热油。在本发明的另外的实施方式中，加热系统可以包括菲涅耳反射器加热解决方案。
系统1包括：
·过热器120，
·一个或多个再热器130、131，
·节能器(economizer)150，以及
·蒸发器单元110。
这些(120、130、131、150、110)中的一个或多个优选地包括一个或多个热交换器10，稍后将对其进行更详细的描述。
在本发明的实施方式中，由过热器120和再热器130从加热单元101接收的热油或熔盐可以具有在200℃和750℃之间的温度，例如在300℃和650℃之间。
过热器
过热器通过入口120b从加热单元101接收熔盐或热油，并且在进一步加热/过热的蒸汽通过蒸汽出口120x供给到蒸汽轮机(图1中未示出)之前，通过过热器120的热交换器，利用熔盐或热油来进一步加热通过蒸汽入口120y从蒸发器单元110接收的蒸汽。
将通过出口120a离开过热器120的热交换器10的热油或熔盐供给到蒸发器单元110的热交换器10。
在本发明的实施方式中，通过出口120x离开过热器120到蒸汽轮机的蒸汽可以处于10巴和200巴之间的压力下，例如在25巴和180巴之间，并且具有高于从蒸发器单元接收的蒸汽的温度，例如在150℃和500℃之间的温度下，例如在250℃和450℃之间的温度下。
第一再热器
该系统还包括再热器装置，该再热器装置包括第一再热器130，该第一再热器通过入口130b从加热单元101接收热油或熔盐。稍后描述再热器130的功能，但是简单地说，先前从蒸汽轮机接收的蒸汽在其进入蒸汽轮机低压段之前由再热器130的热交换器10再加热。熔盐或热油通过出口130a离开第一再热器130，并且被供给到蒸发器单元110的热交换器10的入口110b。
在本发明的实施方式中，离开第一再热器的蒸汽在其在低压部分(参见图1a)处再次进入蒸汽轮机之前可以处于10至50巴的压力下并且处于300℃与750℃之间的温度下，例如350℃与650℃之间的温度下。
蒸发器单元
蒸发器单元110布置成通过入口120y接收加热的水和/或蒸汽。加热的水和/或蒸汽在蒸发器单元110的该一个或多个热交换器10中被加热，以提供水到蒸汽的相变，此蒸汽通过蒸汽出口110x离开蒸发器单元，并且被引导到过热器120的入口120y。稍后将更详细地描述蒸发器单元110的实施方式。
熔盐或热油通过出口110a离开蒸发器单元110的该一个或多个热交换器10，并且分别通过管道系统被引导到节能器150和第二再热器131的热交换器10。
在本发明的实施方式中，进入蒸发器单元110的熔盐或热油可以处于/具有250℃和550℃之间的温度，例如350℃和500℃之间。
在本发明的实施方式中，通过蒸汽出口110x离开蒸发器单元110到过热器的蒸汽可以具有180℃和400℃之间的温度，例如250℃和350℃之间，优选地在12巴和200巴之间的压力下，例如25巴和180巴之间。
第二再热器
第二再热器131在入口131b处接收来自蒸发器单元110的此熔盐或热油，并且在第二再热器131的热交换器10中使用，以在将其供给/引导通过出口131x到第一再热器130的入口130y之前加热通过入口131y从蒸汽轮机接收的蒸汽，其中，在蒸汽从出口130x重新进入蒸汽轮机140之前，例如在本发明的实施方式中，在15巴和50巴之间的压力下，例如在20巴和30巴之间的压力下，并且具有250℃和750℃之间的温度，例如300℃和500℃之间的温度，蒸汽由从加热单元101接收的熔盐或热油进一步加热。
在本发明的实施方式中，来自第二再热器131的出口131x的蒸汽可以处于10巴和35巴之间的压力下，例如16巴和30巴之间，并且具有比第一再热器130的出口130x处低的温度，例如250℃和450℃之间的温度，例如280℃和400℃之间。
熔盐或热油24在出口131a处离开第二再热器131的换热器10，并且返回到加热单元101的入口101b以由阳光加热。
节能器
节能器150接收从蒸发器单元110的热交换器10的出口110a进入入口150b的熔盐或热油。在水和/或蒸汽通过出口150x离开节能器150的热交换器10并被供给/引导到蒸发器单元110的入口110y以如上所述被蒸发之前，此熔盐或热油用于加热通过入口150y从蒸汽轮机接收的该水和/或蒸汽。
在本发明的实施方式中，进入节能器150的水/蒸汽可以具有例如在180℃和350℃之间的温度，例如200℃和300℃之间，并且处于12巴和200巴之间的压力，例如大约16至185巴。
当熔盐或热油在出口150a处离开节能器150的热交换器10时，其返回到加热单元101的入口101b以由阳光加热。
图1a示意性地示出了本发明的实施方式，其涉及由通过例如图1的系统的一个或多个热交换器10产生的蒸汽驱动的蒸汽轮机140的操作。
为了改进附图的简单性，在图1a中没有示出用于熔盐或热油的回路。
蒸汽轮机装置连接到发电机G，该发电机配置为产生电力EP并将其输送到公用电网UG。蒸汽产生器140从过热器120通过入口装置140y1接收到蒸汽轮机装置140的高压部分141的蒸汽。
蒸汽在蒸汽轮机装置140中在高压部分141处已经被减压和降温。例如，在本发明的实施方式中，高压部分141可以将蒸汽从例如95巴和130巴之间的压力(例如100巴和115巴之间，在300℃和450℃之间的温度下，例如350℃和400℃之间)降低到例如15巴至25巴的压力(例如18至22巴之间，在150℃和250℃之间的温度下，例如190℃和220℃之间)。
然后，蒸汽从出口140x1进入第二再热器130，并且随后在其通过入口140y2a重新引入到蒸汽轮机装置140的低压部分142之前，进入第一再热器130，以向蒸汽轮机提供另外的能量。
然后，蒸汽通过出口140x2离开低压部分，并且进入冷凝单元，该冷凝单元冷凝蒸汽，并且来自冷凝单元160的水然后进入泵170，该泵在水再次进入节能器150之前对水加压。
通常应理解，蒸汽可以由冷凝单元冷凝，并且蒸汽可以是至少来自冷凝器、通过节能器并到达蒸发器的液态的水。从蒸发器驱动蒸汽轮机的流体可以是蒸汽形式，通过过热器、蒸汽轮机和再热器。
图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的热交换器10，用于提供流体24、25之间的热交换。
此热交换器可以例如设置在太阳能发电站1中，例如设置在例如关于图1和/或图1a或图15和/或图16描述的系统中。
然而，应理解，通常，本公开不限于在太阳能发电站/系统中使用这种热交换器。在本公开的另外的实施方式中，其还可以用于其他合适类型的工业应用，或者在其他合适类型的工业应用中使用。例如，热传递流体24、25(取决于应用)，例如熔盐、热油或用于通过容器11内部的管道束17的壁传递热量的任何其他合适的流体，可以由任何合适的源加热，例如过多的功率和/或其他类型的可再生能源，如例如稍后更详细描述的。并且可以用于产生工业用热而不通过蒸汽轮机产生电力。其可以单独用于提供电力，或者其可以用于提供电力和工业用热的组合。
热交换器10包括配置为容纳第一流体24的容器11。
此外，热交换器包括第一管道连接器13和第二管道连接器14，在本发明的优选实施方式中，该第一管道连接器和第二管道连接器可以是具有例如管状形式的集管，并且优选地从侧壁延伸到容器11的内部12中。每个管道连接器13、14包括空腔15。
热交换器包括布置在容器11内部并且在第一管道连接器13和第二管道连接器14之间曲折延伸的管道束17。管道束17的这些管道17a-17n配置为在空腔12中在管道连接器之间引导第二流体25，例如水或蒸汽，并且此流体可以是驱动蒸汽轮机的流体。
多个管道连接点16分布在管道连接器13、14的周边周围，该管道连接器也可以称为集管(header)，因此管道17a-17n的内部与空腔15流体连通。
容器11中的管道束17在管道连接点16处连接到第一管道连接器13和第二管道连接器14，因此管道束17的管道17a-17n的内部与第一管道连接器13和第二管道连接器14的空腔15流体连通。
在本发明的优选实施方式中，管道17a-17n外部的此第一流体24可以是熔盐或热油，其布置成围绕容器11中的管道束17的管道17a-17n，以便通过管道束17的管道17a-17n的壁将热能从熔盐或热油传递到管道17a-17n中的流体25。管内部的流体也可以是由来自外部的熔盐加热或冷却的热油。
容器11包括用于流体24的入口“b”和出口“a”。水或蒸汽通过连接到第一管道连接器13和第二管道连接器14中的一个的入口进入管道束，进入空腔15，并且从那里分布到管道束的管道17a-17n，以提供容器隔室12中的流体24和管道17a-17n的内部之间的热传递，之后，其进入第一管道连接器13和第二管道连接器14中的另一个的空腔15，并且从那里到达用于水或蒸汽或热油和熔盐之间的热交换器的出口。
然而，通常应理解，在本发明的其他实施方式中，流体25可以是熔盐或热油，并且容器隔室12中的流体可以是水或蒸汽，并且这也可以取决于热交换器10是用于蒸发器、过热器、节能器还是再热器。
管道束17的管道17a-17n在图2中彼此相邻布置，并且在管道连接器13、14之间沿容器11的纵向方向LD以曲折方式一起延伸，在管道连接器13、14之间的管道17a-17n上设置多个相对指向的顶部20a、20b，使得管道束17的管道17a-17n的顶部20a、20b布置成延伸到由管道束17的其他管道17a-17n上的一个或多个顶部20a、20b提供的凹部21中。
在本发明的优选实施方式中，管道束17的管道17a-17n可以具有13mm和35mm之间的内径D(参见图2a)，例如大约l4mm，见图2a，但是在其他实施方式中，直径D可以更大，例如20mm和25mm之间的直径，例如大约22mm。
管道束17的管道优选地是金属管道，例如耐腐蚀金属管道。
管道17a-17n的曲折方式以及管道彼此相邻地一起延伸提供了管道束17的顶部20a、20b和内凹部21a。
如可在图2中看到的，顶部20a、20b可以在管道连接器13a、13b之间在横向于容器11的纵向方向LD的方向上延伸，并且在其返回到在与第一顶部20a相同的方向上延伸的顶部之前，从第一顶部20a延伸到另一个相反指向的顶部20b。
在本发明的优选实施方式中，在管道连接器13、14之间，管道束可以包括5至100个顶部20a、20b，例如10至40个顶部20a、20b。
在本发明的实施方式中，热交换器10的长度可以在5米和30米之间，例如8米和25米之间。
在本发明的优选实施方式中，管道束的管道分布在管道17a-17n的层22中，并且图2示出了这些层22中的一个。
图3示出了通过垂直于热交换器10的纵向方向的平面看到的根据本发明的优选实施方式的热交换器10的剖视图。
管道17a-17n的层22沿横向于容器11的纵向方向LD的方向y分布，并且该多个管道层22中的每个包括以如图2所示的曲折方式延伸的管道17a-17n。
管道束17在容器空腔12中沿容器11的纵向方向LD延伸，并且在垂直于容器11的纵向方向LD延伸的横向x-y平面中具有基本上矩形的横截面形状，例如以便在管道束17中提供基本上相同长度的管道17a-17n。
热交换器容器11优选地布置成通过腿支撑装置4支撑在地板或地面3上，并且基本上水平地延伸，但是也可以是竖直的，特别是对于管侧上具有水/蒸汽的蒸发器。
管道层22优选地是布置在彼此顶部上的基本上水平的层。管道束17优选地至少在容器的底部上由一个或多个管道束支撑件5支撑。
层22优选地基本上类似，并且提供重合的内顶部(见图2)，用于例如接收共同的导流元件28，如例如稍后更详细描述的。
如稍后更详细描述的，管道层优选地通过间隔元件23(稍后更详细地描述)保持为在相邻的管道22的层之间具有中间距离，该间隔元件可以通过间隔元件支撑装置(图3中未示出)保持在位。这些间隔元件支撑装置优选地通过管道束支撑件5支撑在导流罩的底部上和/或容器11的底部上。
图4示出了要布置在容器11中并且要连接到管道束的管道的管道连接器13、14。第一管道连接器14和第二管道连接器15中的每个包括多个管道连接点16。在图4中，示出了“入口管道连接器”，其中可以看到流体25的流通过入口进入空腔15，分布在管道连接器14、15中，并且通过管道连接器点16的该多个出口离开管道连接器。
管道连接点分布在优选地具有管状形状的管道连接器13、14的周边周围，此外，管道连接点16优选地以层结构分布在管道连接器13、14的纵向方向LDPC上，使得管道连接器可以连接到管道束17的各个层22，如例如图2所示。
管道连接器13、14的纵向方向LDPC可以优选地在横向于容器11的纵向方向的方向上延伸到容器隔室12中，例如如果热交换器容器11水平布置则竖直地延伸。
通常，应理解，管道17a-17n可以优选地通过焊接或钎焊连接到管道连接器13、14。
根据本发明的实施方式，热交换器通常可以包括10到80个层22的管道17a-17n，例如15到60个层22。
每个管道层22可以优选地包括3至30个管道17a-17n，例如5至25个管道，在图2和图3的实例中，层22各自包括7个管道。
图5示意性地示出了本发明的实施方式，其中，管道束17的管道以曲折方式延伸，使得顶部20a、20b沿容器11的纵向方向LD延伸，并且沿朝向容器11的相对端的相反方向延伸。
管道束17的管道在容器空腔12中沿容器11的纵向方向LD在容器的相对端之间前后延伸，从而提供顶部20a、20b。
图6示出了要布置在容器11中并且要连接到如例如图5所示的管道束17的管道的管道连接器13、14。如可以看到的，同样如关于图4的实施方式所公开的，管道连接器13、14布置成连接到管道束的管道的层22。
管道束的管道在垂直于容器11的纵向方向LD延伸的横向平面中提供基本上矩形的横截面形状，例如以便在管道束17中提供基本上相同长度的管道17a-17n。
图7示出了根据本发明的实施方式的蒸发器单元110，其包括两个热交换器10和与蒸发器单元110的热交换器10流体连通的另一个蒸汽容器111。
蒸发器单元110包括用于水25的入口112，水通过一个或多个管道/下降管113被引导到热交换器110。水由管道束17加热，并且从其产生的蒸汽通过立管装置/一个或多个立管114进入蒸汽容器111，该立管装置/一个或多个立管提供蒸汽到蒸汽鼓/蒸汽容器111的流体连接。
蒸汽鼓中的蒸汽从热交换器10进入分离装置115，用于例如一个或多个用于分离蒸汽的旋风分离器和/或V形装置(chevron)。从蒸汽中分离的水通过出口/排放口115a离开分离器装置115，并且再次进入蒸汽容器，蒸汽通过出口116离开蒸发器单元，例如以便进入如前所述的过热器。
在本发明的实施方式中，蒸发器单元110的热交换器10可以水平布置，如图7所示。示出了2个蒸发器，但是这也可以是一个或多个。
在本发明的其他实施方式(未示出)中，蒸发器单元/装置110可以包括一个或多个竖直布置的热交换器10，并且蒸汽容器/鼓可以优选地布置在竖直布置的热交换器上方/在竖直布置的热交换器上方的水平处，并且通过用于由热交换器产生的蒸汽的一个或多个立管114连接到热交换器。
图8示出了根据本发明的优选实施方式的热交换器10。
管道束17的管道系统优选地基本上与图2和图3所示的热交换器的管道系统相对应。
管道束17布置在容器11中的导流罩26内。导流罩26沿容器的纵向方向LD延伸，并且包括壁26a，用于引导第一流体24的流体流从容器11的入口到出口(未示出)流过管道束。
壁26a优选地提供了具有矩形横截面形状并包围矩形管道束17的导流罩26。熔盐或热油的流从入口被引导到导流罩26中，并且在管道束的管道17a-17n的层22上方被引导到出口。在此期间，由于管道17a-17n的曲折方式，迫使隔室12中的熔盐或热油的流在横向于管道的范围的方向上多次流过管道束的管道17a-17n。
在本发明的另外的实施方式中，热交换器10包括布置成在所述管道束17的相邻管道层22之间延伸的涡流产生元件29。
热交换器包括在容器11的纵向方向上延伸的多个管道间隔元件23，例如杆。这些管道间隔元件23布置成保持管道束17中的管道17a-17n的层22之间的最小距离，以确保取决于热交换器构造的熔盐、热油、水/蒸汽等在层之间的管道17a-17n的层22上方的流动。
涡流产生元件29布置成在管道间隔元件23之间和在所述管道束17的相邻管道层22之间延伸。
涡流产生元件29包括纵向构件，例如杆，其布置成在横向于容器11的纵向方向LD的方向上延伸。在本发明的优选实施方式中，热交换器10包括多个涡流产生元件29。
热交换器10优选地包括多个涡流产生元件29，其沿热交换器10的纵向方向分布，并且分布在管道束17的管道的不同层22之间。
在本发明的实施方式中，两个相邻管道层22之间的管道间隔元件23和涡流产生元件29可以例如一起形成相邻管道层之间的阶梯结构。
图9以透视图的形式示出了导流罩26的一部分和将放置在管道束17的相邻管道层22之间的管道间隔元件23。管道束的管道已经从附图中省略，同时保持管道间隔元件23的预期位置，以便提高对附图的理解。
管道间隔元件23通过间隔元件支撑装置27保持在适当位置，该间隔元件支撑装置可以支撑在导流罩26的底部和/或容器11的底部上。
图10示出了通过垂直于导流罩26/热交换器10的纵向方向的x-y平面所看到的导流罩26和放置在管道束17的相邻管道层22之间的管道间隔元件23(为了提高对附图的理解，仅示出了几个管道层)。
如可以看到的，多个涡流产生元件29彼此平行地布置在两个管道层22之间，以及管道间隔元件23之间。
管道间隔元件23通过间隔元件支撑装置27保持在位，该间隔元件支撑装置包括支撑在容器11的底部上的平行杆。
图11a至图11d示意性地示出了本发明的不同实施方式，其涉及涡流产生元件29在导流结构26中的可能分布的实例。该图通过沿导流罩/热交换器的纵向方向LD延伸的y/z平面(例如参见图9)可见，并且管道束17的管道以及管道间隔元件23已从图中省略以提高可理解性。杆也可以放置在曲折管的侧面以减少侧面的流动。
涡流产生元件29布置在用于管道层22的位置/空间32之间的不同空间30中。这些空间30中的每个包括多个所述涡流产生元件29，其在导流罩/热交换器的纵向方向LD/z方向上成行和成列地分布。
在图11a中，涡流产生器29以产生器29之间、在每层管道之间具有相同距离的方式分布。在图11b中，使用较少的涡流产生器29，并且其沿纵向方向LD交替布置在两个相邻空间30之间。
在图11c和图11d中，例如基于包括管道层、管道间隔元件23和/或类似物的导流罩26的内部的计算机流动建模，涡流产生器29更零星地分布在管道层之间的空间32中。
图11a至图11d的所有图的共同之处在于，多个涡流产生元件29沿热交换器10的纵向方向LD分布，并且分布在用于管道束的不同管道层的空间32之间。
如图所示，热交换器可以包括一组所述涡流产生元件29，其在管道层之间沿热交换器10的纵向方向LD分布在相同的空间30中，并且所述组包括至少两个、优选地至少五个、例如至少十个所述湍流产生元件29。优选地，在不同的相邻管道层22之间的不同空间30可以各自包括多个涡流产生元件29。
图12示出了本发明的另外的优选实施方式。这里，导流元件28延伸到由管道束17的一个或多个顶部20a、20b提供的内凹部21a中。
热交换器包括多个导流元件28，其布置成从管道束的相对侧延伸到由管道束的一个或多个顶部20提供的不同的内凹部21a中。
在本发明的优选实施方式中，导流元件28可以包括板，该板配置为在横向于容器11的纵向方向LD的平面中、优选地在基本上垂直于容器11/热交换器的纵向方向LD的平面中延伸到内凹部21a中。
导流元件28固定到导流罩26，优选地固定到导流罩26的壁26a的内壁表面。
或者，在本发明的其他实施方式中，导流元件可以连接到例如容器11的内壁，连接到容器中除了导流罩之外的另一框架结构和/或类似物。
导流元件可以优选地布置成使得用于容器11中的流体24的流动空间31设置在导流元件28的边缘28a之间，该边缘靠近提供内凹部21a的管道17n的内弯曲表面36。
管道17a-17n的曲折形式提供了内凹部21a，其在容器/导流罩26的纵向方向LD上从导流罩的相对壁26a交替分布，从而为导流元件/挡板28提供了空间，该导流元件/挡板在由内凹部21a的位置确定的位置处延伸到导流罩26的内部中。
在本发明的优选实施方式中，导流元件28延伸到由管道束17的多个管道层22的管道束的一个或多个顶部20提供的内凹部21a中，如例如图13所示。为了提高对图13的理解，已经省略了大多数管道层22，仅保留了两个。
在本发明的实施方式中，如图12和图13所示，导流元件28可以与中心平面CP重叠，例如如图所示的沿纵向方向LD延伸的竖直中心平面，以迫使流体24形成波浪路径，但是在本发明的其他实施方式中，导流元件28可以不与竖直中心平面CP重叠(例如参见图14)，或者边缘28a可以只延伸到/终止于中心平面CP(未示出)。
此外，图14示出了本发明的另外的实施方式，其中，热交换器10包括布置成在管道间隔元件23之间以及在所述管道束17的相邻管道层22之间延伸的导流元件28和涡流产生元件29两者。
通常，应理解，尽管以上将由阳光加热并且用于产生和/或加热蒸汽的流体描述为例如熔盐或热油，但是应理解，任何其他合适类型的流体都可以用于此目的。
图15示意性地示出了根据本发明的实施方式的系统200，用于储存通过太阳能发电站获得的热能，并且用于收集所储存的热能以用于在太阳能发电站中产生蒸汽。
系统200连接到太阳能发电站的系统1(例如，关于图1和/或图16描述的系统)，该系统配置为基于通过阳光产生的热量来产生蒸汽并驱动蒸汽轮机，以便产生电力。
系统200包括热交换器10、210，其布置成在处于液态时提供热油24和熔盐226之间的热交换。熔盐226布置在包括熔盐储存装置220的熔盐系统中。此熔盐储存装置220包括第一储存器221和第二储存器222，并且热交换器210、10与第一熔盐储存器221和第二熔盐储存器222流体连通。
系统200包括泵送装置230，其配置为通过热交换器210、10在第一熔盐储存器221和第二熔盐储存器222之间传递熔盐。
热交换器10配置为在第一操作模式和第二操作模式下被驱动。第一操作模式包括熔盐从第二熔盐储存器222通过所述热交换器210、10传递到第一熔盐储存器221，以便提供从热油到熔盐的热传递。此热传递是通过从加热系统101接收的热油来提供的，以便在熔盐被提供到第一储存器221之前升高熔盐的温度。第一储存器221因此提供了可以稍后使用的热储存器，例如在夜晚期间和/或如果例如认为可用阳光的量不充足。
第二操作模式包括熔盐借助于泵送装置230通过热交换器10、210从第一熔盐储存器221传递到第二熔盐储存器222，以便将热能通过热交换器210传递到热油。此加热的热油因此布置成进入蒸汽产生系统1，从而提供将在例如过热器、蒸发器、再热器和/或节能器中利用的加热的热油，例如关于图1和/或图16描述的。
在本发明的优选实施方式中，第一操作模式和第二操作模式之间的转换/切换配置为由控制系统(未示出)通过转换泵送装置230的泵送方向来提供。
此外，该系统可以包括另一泵送装置240，其布置成根据操作模式控制热油24的流动和/或流动方向。
在本发明的实施方式中，操作模式之间的转换还可以包括控制一个或多个阀，以便改变热油在热交换器10、210中的流动方向。
在本发明的实施方式中，系统200包括一个或多个阀271、272、273、274，其配置为根据第一操作模式或第二操作模式来控制。例如，阀271、272、273和274在处于第一操作模式时可以由控制系统打开，使得第一流体24从加热系统101供应到热交换器210和系统1两者。阀271和273可以在处于第二操作模式时关闭。
因此，当处于第一操作模式时，另一泵送装置240可以布置成从加热系统101向热交换器210提供热油。这里，来自加热系统110的加热的油的流动可以分别在系统1和系统200之间分布。
当切换到第二操作模式时，可以改变另外的泵送装置240的泵送方向，以在系统1中使用之后将热油再次朝向热交换器210提供，以通过储存器221的熔盐中储存的热量重新加热。
在本发明的实施方式中，在储存器221、222中的熔盐的加热被认为不必要的情况下，阀272和274可以关闭。在本发明的实施方式中，阀271、272、273和274中的一个或多个可以被认为是可选的。
热交换器210包括热油入口210x和热油出口210y，以及熔盐入口210a和熔盐出口210b。当通过热交换器210加热用于储存器221的熔盐时，210x可以是热油的入口，并且210y可以是热油的出口。当通过来自储存器221的熔盐由热交换器210加热热油时，210x可以是热油的出口，并且210y可以是热油的入口。当通过来自储存器221的熔盐由热交换器210加热热油时，210b可以是熔盐的入口，并且210a可以是熔盐的出口。当通过热交换器210加热用于储存器221的熔盐时，210a可以是熔盐的入口，并且210b可以是熔盐的出口。
热交换器210、10优选地是根据如上所述的一个或多个实施方式的热交换器，例如关于图2至图14中的一个或多个，并且提供了液体/液体热交换器，其中热油和熔盐在第一操作模式和第二操作模式期间都处于液相。通常，热交换器210优选地包括连接到管道束17的管道连接器/集管13、14，该管道束包括在管道连接器之间以曲折方式延伸并且布置在层22中的管道，如例如先前公开的。
在本发明的优选实施方式中，热交换器210中的管道束17的管道包含热油(参见图2至图14中的一个或多个)，并且围绕管道束17的管道的容器11的隔室12包括熔盐。
图16示意性地示出了本发明的一个实施方式，其基本上对应于图1，但是其中仅利用了一个再热器，即第一再热器。
对于图1和图16，系统1包括分流装置41，其布置成在过热器120和所述第一再热器130之间分布第一流体24。来自过热器120和第一再热器130的第一流体24的流动都配置为在离开过热器120和第一再热器130之后进入蒸发器单元。
在本发明的实施方式中，如图16所示，第一再热器130布置成在第一再热器130的入口130y处从蒸汽轮机140的出口140x1接收待再加热的蒸汽(参见例如根据本发明的另外的实施方式的更多细节)。因此，在本发明的实施方式中可以省略如图1中公开的另外的再热器131，使得例如来自蒸发器110的所有第一流体都进入节能器。
此外，图1和图16的系统设置成，来自过热器120和再热器130的第一流体24配置为在其进入蒸发器单元110之前，在位于过热器120和再热器130的出口120a、130a与蒸发器单元110的入口110b之间的管道连接42处混合。
在本发明的其他实施方式(未示出)中，来自过热器120和再热器130的第一流体24可以配置为在蒸发器单元110中混合。
在本发明的实施方式中，图16和/或图1的系统可以配置为提供熔盐的连续上升流，以便减少排放阀和排气阀的量。
为了实现这一点，节能器150可以竖直地移位到比所述过热器120和第一再热器130更高的位置。例如，节能器150可以布置在蒸发器单元110的用于第一流体24的出口110a上方的高度处。这可以例如允许第一流体(例如来自节能器的熔盐或热油)借助于重力通过蒸发器单元排出。
在本发明的实施方式中，如图16和/或图1所示的蒸发器单元110可以竖直地布置(未示出)，例如因此优选地竖直布置，使得蒸发器单元的至少热交换器10的纵向方向竖直地延伸。在本发明的其他实施方式中，蒸发器单元的热交换器可以水平地布置，例如如图1和图16所示。
如关于图2至图14中的一个或多个所示和/或所述的本发明的各种实施方式可以特别适于如例如关于图1至图1a和/或图16描述的用于节能器、蒸发器和/或再热器的热交换器，和/或如关于图15描述的热交换器210。
如图5所示的管道束17的管道可以特别适于蒸发器单元的热交换器，而如例如图2、图2a和图3以及其他所述附图所示的管道束17的管道系统可以特别适于如关于图15描述的过热器、节能器、再热器和/或热交换器210。
图17和图18中示出了根据本发明的热交换器的管道束17的特定布局，其中图17示出了圆柱形容器11和管道束17的横截面，而图18是如从管道束17的顶部观察的图17的热交换器的管道束17的视图。管道束17包括在导流罩26内在容器11中水平布置的93层22的管道17a-17n。管道17a-17n的层22各自包括多个以曲折方式延伸的管道17a-17n，这在图18中特别可见。在水平方向上的管道17a-17n的层22的宽度与容器11的横截面形状相适应，并且在横向于容器11的纵向方向(LD)的方向上具有不同的宽度，如从图17中显而易见的。在容器11的纵向截面中从上方示出管道束17的图18中，从图22的顶部到底部看到层22的宽度。13个最宽的中间层22b在13个宽度减小的层22的上方和下方形成凸缘(flange)，该宽度减小的层又在7个宽度进一步减小的层22的上方和下方形成凸缘，随后是另外四组的层22，每组包括5个宽度逐渐减小的管道17a-17n的层22。最小宽度的管道17a-17n的顶层22a和底层22a的宽度约为管道17a-17n的最宽层22b的宽度的66％。
宽度较小的层22a通常包括的管道17a-17n比宽度较大的层22b少，并且最小宽度的管道17a-17n的每个层22a的管道数量为15，而最大宽度的管道17a-17n的每个层22b的管道数量为22。在管道17a-17n的数量较少的情况下，宽度较小的层22a将具有比宽度较大的层22数量更多的顶部20a、20b，如图18所示，其中作为最小宽度的层22a的顶层22a的顶部20a、20b的长度w2明显小于最大宽度的层22b的顶部20a、20b的长度w1。
由此可以得到，尽管较小宽度的层22的管道17a-17n内的横向流动距离被制得较短，但是与较大宽度的层22相比，这被较小宽度的层22中的较少数量的管道17a-17n抵消，由此每个管道17a-17n将具有比较大宽度的层22中的管道17a-17n数量更多的顶部20a、20b，并且热交换器10的每个管道17a-17n内的总流阻将具有相当的大小，从而导致第一流体24和第二流体25之间的热交换基本上相同，而不管管道17a-17n是哪层22的一部分。通过这样做，容器11内部的管道束17可适于配合容器11的横截面形状，从而将容器11的横截面面积填充到更高的程度，导致与如图3中所例示的布置在相等宽度的层22中的管道束17相比，容器11的容积的利用率得到改进。
通常，应理解，本公开不限于上述特定实例，而是可以在如例如权利要求中指定的本公开的范围内以多种变型进行适配。因此，例如，可以组合以上描述和/或示出的实施方式中的一个或多个以提供本公开的另外的实施方式。
例如，通常，应理解，尽管关于例如图2至图14和/或图17至图18描述的上述热交换器解决方案可以在例如如关于例如图1、图1a、图15和/或图16的一个或多个实施方式描述的诸如集中式太阳能发电站的热交换器系统中使用，但是其也可以在其他类型的工业应用中使用。
例如，诸如熔盐、热油和/或用于通过容器11内部的管道束17的壁传递热量的任何其他合适流体的传热流体可以由任何合适的源加热。这可以例如包括过剩的功率，例如过剩的热量或过剩的电力，其可以通过由其他类型的可再生能源提供的功率来加热，例如风能、波浪能、水力(其中例如水储存在升高的位置或由于重力而自然流动，并且当需要电力时被引导流过蒸汽轮机)，其可以通过生物质或任何其他合适类型的功率源来加热。
此外，应理解，热交换器将用于其中的系统可能不是必须通过如上所述的蒸汽轮机来产生电力。该系统还可以用于其他工业过程加热应用，例如在需要以工业规模加热的生产工厂/设施中，例如食品加工或用于任何其他类型的加热，其可以在用于较大温室设施的加热系统中，其中使用借助于加热系统的加热，而不是由太阳通过温室的窗玻璃提供的加热，其可以在区域加热系统中使用以产生热量，从而在区域加热系统中分布到住宅和/或建筑和/或类似物。在本公开的实施方式中，来自热交换器的输出，例如取决于应用的蒸汽(或热的液态水)，也可以用于产生将在工业加热应用中使用的热量和电力的组合。
自然地，应理解，根据热交换器的应用，热交换器的容器中的压力和/或第一流体24和/或第二流体25的温度的上述实例可以变化，并且可以适于相关用途和将热交换器10将安装在其中的系统。
通常理解的是，关于图1至图18中的一个或多个描述的上述热交换器解决方案例如可以特别适于配置为提供高于5MW热功率的热交换器，例如高于10MW热功率，例如高于20MW热功率或高于25MW热功率。在本公开的实施方式中，热交换器可以设计/配置为提供不大于最大600MW的热功率，例如不大于300MW的热功率，例如不大于200MW的热功率或不大于120MW的热功率。这可以包括热交换器中的热损失，其在操作期间可能不超过2％。例如，可以通过测量传热流体的入口温度和出口温度之间的差以及单位时间内传热流体的流量来确定热功率。
第一组要点
本公开的特定方面在以下提供的第一组要点中详细描述，并且涉及用于产生电力的太阳能发电站。本文公开的热交换器(10)可以在太阳能发电站中用于蒸发器、节能器、过热器和/或用作再热器(第一再热器和/或另外的再热器)。
100.一种用于产生电力的太阳能发电站(1)，其中，所述太阳能发电站(1)包括：
-蒸发器装置，包括蒸发器单元(10、110)，所述蒸发器单元配置为借助于第一流体(24、25)通过从第一流体(24、25)穿过管道束(17)的管道(17a-17n)的壁的热传递来提供水(24、25)从液态到蒸汽的相变，
-节能器(150)，用于在水进入蒸发器单元(110)之前预热水，
-过热器(120)，布置成接收来自蒸发器单元(110)的所述蒸汽以进一步加热蒸汽，
-蒸汽轮机(140)，配置为通过进一步加热的蒸汽来产生电力，以及
-第一再热器(130)，用于再加热将再引入到蒸汽轮机(140)的蒸汽，
其中，第一再热器(130)布置成在第一流体(24)进入蒸发器单元(110)之前接收所述第一流体，以提供从第一流体到蒸汽的热传递，以及
其中，所述太阳能发电站包括分流装置，所述分流装置布置成在过热器(120)和所述第一再热器(130)之间分布第一流体(24)，并且其中，来自过热器(120)和第一再热器(130)的第一流体(24)的流两者都配置为在离开过热器(120)和第一再热器(130)之后进入蒸发器单元。
101.根据要点100所述的太阳能发电站，其中，来自过热器(120)和再热器(130)的第一流体(24)配置为在其进入蒸发器单元(110)之前，在定位于过热器(120)和再热器(130)的出口(120a、130a)与蒸发器单元(110)的入口(110b)之间的管道连接处混合。
102.根据要点100或101所述的太阳能发电站，其中，所述系统配置为通过泵送装置向蒸汽和/或水提供强制流。
103.根据要点100至102中任一项所述的太阳能发电站，其中，所述节能器(150)竖直移位到比所述过热器(120)和第一再热器(130)高的位置。
104.根据要点100至103中任一项所述的太阳能发电站，其中，所述节能器(150)布置在用于第一流体(24)的蒸发器单元(110)的出口(110a)上方的高度处，以便允许第一流体借助于重力通过蒸发器单元从节能器排出，其中，所述蒸发器单元优选地竖直地布置。
105.根据要点100至104中任一项所述的太阳能发电站，其中，所述第一流体(24)是熔盐或热油。
106.根据要点100至105中任一项所述的太阳能发电站，其中，所述蒸发器装置(110)包括蒸汽容器(111)，所述蒸汽容器布置成优选地通过一个或多个将蒸发器单元(110)连接到蒸汽容器(111)的立管接收来自蒸发器(110)的蒸汽。
107.根据要点100至106中任一项所述的太阳能发电站，其中，所述第一再热器(130)布置成在入口(130y)处接收来自蒸汽轮机(140)的出口(140x1)的待再加热的蒸汽。
108.根据要点100至107中任一项所述的太阳能发电站，其中，所述第一再热器(130)布置成接收来自另一再热器(131)的蒸汽，其中，所述另一再热器(131)配置为通过从蒸发器单元的出口(110a)接收的所述第一流体(24)的流来再加热来自蒸汽轮机(140)的蒸汽。
109.根据要点108所述的太阳能发电站，其中，所述太阳能发电站包括分流装置，所述分流装置布置成将来自蒸发器单元(110)的出口(110a)的第一流体(24)在节能器(120)与所述另一再热器(131)之间分流。
110.根据要点108或109所述的太阳能发电站，其中，所述节能器(120)和所述另一再热器(131)配置为通过从蒸发器装置的出口接收的第一流体(24)向水提供热传递。
111.根据要点100至110中任一项所述的太阳能发电站，其中，来自所述另一再热器和/或节能器的第一流体配置为返回，以在布置成由太阳加热的加热单元(101)处被再加热。
112.根据要点100至111中任一项所述的太阳能发电站，其中，来自所述另一再热器(131)和/或节能器(150)的第一流体配置为返回，以被再加热或返回到包括第一储存器(221)和第二储存器(222)的熔盐储热装置(220)，其中，热交换器(210、10)与第一熔盐储存器和第二熔盐储存器(221、222)流体连通，并且配置为在第一流体被重新引入到过热器(120)和第一再热器(130)之前向第一流体(24)提供热传递。
113.根据要点100至112中任一项所述的太阳能发电站，其中，水和/或蒸汽在所述重新引入到蒸汽轮机(140)之后，优选地在水和/或蒸汽在冷凝单元(160)中被冷凝之后，和/或已经在预热器(150)中被预热之后，返回到蒸发器单元。
第二组要点
本公开的另一个特定方面在以下提供的第二组要点中详细描述，并且涉及用于储存通过例如太阳能发电站获得的热能的系统。本文公开的热交换器(10)可以在该系统中使用。
200.一种系统(200)，用于储存例如通过太阳能发电站或另一功率源获得的热能，以及用于收集所储存的热能以用于例如在太阳能发电站或另一用于产生蒸汽的系统中产生蒸汽，其中，所述系统包括：
热交换器(10、210)，其中，所述热交换器(10)是布置成在热油(24)和处于液态的熔盐之间提供热交换的热交换器，以及
熔盐储存装置(220)，包括第一储存器(221)和第二储存器(222)，其中，所述热交换器(210、10)与第一熔盐储存器(221)和第二熔盐储存器(222)流体连通，
其中，系统(200)包括泵送装置(230)，所述泵送装置配置为通过所述热交换器(210、10)在第一熔盐储存器(221)与第二熔盐储存器(222)之间传递熔盐，
其中，所述热交换器(10)配置为在第一操作模式和第二操作模式下被驱动，
其中，第一操作模式包括熔盐从第二熔盐储存器(222)通过所述热交换器(210、10)传递到第一熔盐储存器(221)，以便提供从热油到熔盐的热传递，
其中，第二操作模式包括借助于所述泵送装置通过所述热交换器将熔盐从第一熔盐储存器(221)传递到第二熔盐储存器(222)，以便将热能传递到热油，其中，此热油布置成供应到诸如太阳能发电站的蒸汽产生系统(1)，
其中，所述热交换器包括管道束(17)，所述管道束布置在容器(11)内并且在第一管道连接器(13)和第二管道连接器(14)之间延伸，其中管道束(17)在管道连接点(16)处连接到第一管道连接器(13)和第二管道连接器(14)，因此管道束(17)的管道(17a-17n)的内部与第一管道连接器(13)和第二管道连接器(14)的空腔(15)流体连通，
其中，所述热交换器(210、10)配置为通过管道束(17)的管道(17a-17n)的管壁提供熔盐(24)和热油(25)之间的热传递，
其中，管道束(17)的管道(17a-17n)彼此相邻布置并且以曲折方式在管道连接器(13、14)之间一起延伸，从而在管道连接器(13、14)之间的管道(17a-17n)上提供多个顶部(20a、20b)，并且使得管道束(17)的管道(17a-17n)的顶部(20)布置成延伸到由管道束(17)的其他管道(17a-17n)上的一个或多个顶部(20)提供的凹部(21)中。
201.根据要点200所述的系统，其中，管道束的管道包含热油(24)，并且其中，容器(11)的包围管道束(17)的管道(17a-17n)的隔室(12)包括熔盐(226)。
202.根据要点200或201所述的系统，其中，第一操作模式与第二操作模式之间的切换配置为通过切换泵送装置(230)的泵送方向、并且优选地控制一个或多个阀(271-274)以改变热交换器(10、210)中的热油的流动方向来提供。

Claims (35)

1.一种用于在例如太阳能发电站(1)中在流体(24、25)之间提供热交换的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)包括：
-容器(11)，其中，所述容器(11)配置为容纳第一流体(24)，
-第一管道连接器(13)和第二管道连接器(14)，每个管道连接器(13、14)都包括空腔(15)，其中，所述第一管道连接器和所述第二管道连接器(13、14)中的每个包括分布在这些管道连接器(13、14)处的多个管道连接点(16)，以及
-管道束(17)，布置在所述容器(11)内部并且在所述第一管道连接器和所述第二管道连接器(13、14)之间延伸，其中，所述管道束(17)的管道(17a-17n)配置为引导第二流体(25)，
其中，所述容器(11)中的所述管道束(17)在所述管道连接点(16)处连接到所述第一管道连接器和所述第二管道连接器(13、14)，因此所述管道束(17)的管道(17a-17n)的内部与所述第一管道连接器和所述第二管道连接器(13、14)的空腔(15)流体连通，
其中，所述热交换器(10)配置为通过所述管道束(17)的管道(17a-17n)的管壁提供所述第一流体(24)与所述第二流体(25)之间的热传递，
其中，所述管道束(17)的管道(17a-17n)彼此相邻布置，并且以曲折方式在所述管道连接器(13、14)之间一起延伸，从而在所述管道连接器(13、14)之间在管道(17a-17n)上提供多个顶部(20a、20b)，并且使得所述管道束(17)的管道(17a-17n)的顶部(20)布置成延伸到由所述管道束(17)的其他管道(17a-17n)上的一个或多个顶部(20)提供的凹部(21)中。
2.根据权利要求1所述的热交换器(10)，其中，所述管道束(17)包括在横向于所述容器(11)的纵向方向(LD)的方向上分布的管道(17a-17n)的多个层(22)，其中，管道的该多个层(22)中的每个包括以所述曲折方式延伸的管道(17a-17n)。
3.根据权利要求2所述的热交换器(10)，其中，所述管道(17a-17n)的层(22)基本上平行地延伸，并且其中，所述管道(17a-17n)的层(22)在横向于所述容器(11)的纵向方向(LD)的方向上具有不同的宽度，并且较小宽度的层(22)包括比较大宽度的层(22)更少的管道(17a-17n)。
4.根据权利要求3所述的热交换器(10)，所述管道(17a-17n)的层(22)的宽度适配所述容器(11)的横截面形状。
5.根据权利要求3或4所述的热交换器(10)，其中，所述容器(11)具有基本上圆形的横截面形状。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的热交换器(10)，其中，最小宽度的管道(17a-17n)的层(22)的宽度为最大宽度的管道(17a-17n)的层(22)的宽度的80％或更小，优选地为70％或更小。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的热交换器(10)，其中，最小宽度的管道(17a-17n)的层(22)的管道的数量为最大宽度的管道(17a-17n)的层(22)的管道的数量的80％或更少，优选地为70％或更少。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述第一流体(24)是热油或熔盐，和/或其中，所述第二流体(25)是水或蒸汽。
9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述管道束(17)布置在所述容器(11)中的导流罩(26)内，其中，所述导流罩(26)在所述容器的纵向方向(LD)上延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述顶部(20)在横向于所述容器(11)的纵向方向(LD)的方向上延伸。
11.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)包括导流元件(28)，该导流元件延伸到由所述管道束的一个或多个顶部(20)提供的内凹部(21a)中。
12.根据权利要求11所述的热交换器(10)，其中，所述导流元件(28)延伸到由所述管道束(17)的多个管道层(22)中的管道束的一个或多个顶部(20)提供的内凹部(21a)中。
13.根据权利要求11或12所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器包括多个所述导流元件(28)，这些导流元件布置成从所述管道束的相对侧延伸到由所述管道束的所述一个或多个顶部(20)提供的内凹部(21a)中。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述导流元件(28)包括配置为在基本上垂直于所述容器(11)的纵向方向(LD)的横向平面中延伸的板。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述导流元件(28)固定到所述导流罩(26)，例如固定到所述导流罩(26)的内壁表面。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的热交换器(10)，其中，用于所述第一流体(24)的流动空间(31)设置在所述导流元件(28)的边缘(28a)之间，并靠近提供所述内凹部(21a)的管道(17n)的内弯曲表面(32)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)包括在所述管道束(17)的管道层(22)之间沿所述容器(11)的纵向方向延伸的多个管道间隔元件(23)，例如杆，并且
其中，所述热交换器(10)包括一个或多个涡流产生元件(29)，该涡流产生元件布置成优选地沿横向于所述热交换器的纵向方向的方向从在所述管道束(17)的相邻管道层(22)之间的所述管道间隔元件(23)延伸。
18.根据权利要求17所述的热交换器(10)，其中，所述涡流产生元件(29)在布置在相邻管道层(22)之间的管道间隔元件(23)之间延伸。
19.根据权利要求17或18所述的热交换器(10)，其中，所述涡流产生元件(29)包括纵向构件，例如杆，该纵向构件布置成在横向于所述容器(11)的纵向方向(LD)的方向上延伸。
20.根据权利要求17、18或19所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)包括多个所述涡流产生元件(29)，其中，所述管道间隔元件(23)和所述涡流产生元件(29)在所述管道束(17)的相邻管道层(22)之间的空间(30)中一起形成阶梯结构。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器包括多个所述涡流产生元件(29)，这些涡流产生元件沿所述热交换器(10)的纵向方向(LD)分布，并且分布在所述管道束(17)的不同管道层(22)之间。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器包括一组的所述涡流产生元件(29)，所述组在所述管道束(17)的两个相邻管道层(22)之间沿所述热交换器(10)的纵向方向(LD)分布在相同的空间(30)中，其中，所述组包括至少两个、优选地至少五个、例如至少十个所述湍流产生元件(29)。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的热交换器(10)，其中，不同的相邻管道层(22)之间的不同空间(30)各自包括多个所述涡流产生元件(29)。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述管道间隔元件(23)通过间隔元件支撑装置(27)保持在位，其中，所述间隔元件支撑装置(27)优选地支撑在所述导流罩(26)的底部和/或所述容器(11)的底部上。
25.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述管道束(17)的所述管道(17a-17n)的内径在13mm和38mm之间。
26.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)是蒸发器单元(110)的一部分，所述蒸发器单元配置为通过提供所述第一流体(24)或所述第二流体(25)的相变而从所述第一流体或所述第二流体产生蒸汽。
27.根据权利要求26所述的热交换器(10)，其中，所述蒸发器单元包括一个或多个所述热交换器(10)，以及另外的蒸汽容器(111)，
其中，所述蒸汽容器(111)与所述蒸发器单元(110)的所述热交换器(10)流体连通(113)以将水供应到所述热交换器(10)，
其中，所述蒸发器单元(110)包括用于水的入口(112)，
其中，所述蒸发器单元(110)包括立管装置(114)，该立管装置配置为使得供应到所述蒸发器单元并且在所述蒸发器单元的所述热交换器(10)中蒸发的蒸汽和/或水循环到所述蒸汽容器(111)，
其中，所述蒸汽容器包括蒸汽的出口(116)，并且
其中，所述蒸汽容器(111)优选地包括用于在蒸汽进入所述出口(116)之前将液体与蒸汽分离的分离装置(115)。
28.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)是过热器(120)，用于进一步加热通过所述过热器(120)的入口接收的蒸汽，其中该蒸汽优选地从蒸发器单元(110)接收。
29.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)为布置在蒸汽轮机(140)的出口(141)之间的再热器(130、131)，并且在流体被第二次再引入(142)到所述蒸汽轮机(140)之前，在该流体被冷凝单元(150)冷凝之前被第二次再引入所述蒸汽轮机。
30.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)是布置成在热油和熔盐之间提供热交换的热交换器。
31.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)是布置成在热油(24)和熔盐(226)之间提供热传递的流体/流体热交换器(210)。
32.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)，其中，所述热交换器(10)布置成在两种操作模式下使用，包括：
·第一操作模式，其中，通过所述热交换器(210)提供从热油到熔盐的热交换，以便在将熔盐移动到第一熔盐储存器(221)的同时向从第二熔盐储存器(222)接收的熔盐(226)提供热传递，以及
·第二操作模式，其中，熔盐(226)将储存的热能从第一熔盐储存器(221)传递到热油，以在蒸汽产生系统(1)中使用。
33.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(10)的使用方法，用于提供高于5MW的热功率，例如高于10MW的热功率，例如高于20MW的热功率、或高于25MW的热功率。
34.根据权利要求33所述的热交换器的使用方法，其中，所述热交换器(10)提供不大于600MW的热功率，例如不大于300MW的热功率，例如不大于200MW的热功率、或不大于120MW的热功率。
35.根据权利要求1至34中任一项所述的热交换器(10)在太阳能发电站中的使用方法和/或用于提供工业用热的使用方法。
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