DE102011052998A1

DE102011052998A1 - Mittels eines Wärmeträgermediums beheizbares Wärmetauscherrohr einer solarthermischen Anlage und Wärmeübertragungsverfahren

Info

Publication number: DE102011052998A1
Application number: DE102011052998A
Authority: DE
Inventors: Christian Bergins; Friedrich Klauke
Original assignee: Hitachi Power Europe GmbH
Current assignee: Hitachi Power Europe GmbH
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-02-28
Also published as: WO2013026928A3; WO2013026928A2

Abstract

Um bei einem Wärmeträgermedium, insbesondere eine Salzschmelze, führenden Receiverrohren von solarthermischen Kraftwerken eine verbesserte Beheizung des Wärmeträgermediums zu erzielen, wird ein Wärmeübertragungsverfahren zwischen mindestens einem ersten und einem zweiten Wärmeträgermedium (8, 11) einer solarthermischen Anlage vorgeschlagen, bei welchem das erste und das zweite Wärmeträgermedium (8, 11) vorzugsweise unterschiedliche Temperaturen aufweisen und getrennt voneinander in einem und/oder durch mindestens ein Wärmetauscherrohr (1, 1a) einer solarthermischen Anlage gefördert werden, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) mindestens einen ersten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum (7) zur Aufnahme und Durchleitung des ersten Wärmeträgermediums (8) und einen zumindest bereichs- oder abschnittsweise innerhalb des ersten Förderhohlraums (7) angeordneten zweiten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum (10) zur Aufnahme und Durchleitung des zweiten Wärmeträgermediums (11) aufweist, wobei eine Wärmeübertragung zwischen erstem und zweitem Wärmeträgermedium (8, 11) unter Zwischenschaltung der den zweiten Förderhohlraum (10) umgebenden Umfangswand durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Wärmeübertragungsverfahren zwischen mindestens einem ersten und einem zweiten Wärmeträgermedium einer solarthermischen Anlage. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine mehrwandige Receiverrohrkonstruktion einer solarthermischen Anlage.
In solarthermischen Anlagen, beispielsweise solarthermischen Kraftwerken, wird die Sonneneinstrahlung auf ein durch Rohre geführtes Wärmeträgermedium konzentriert. Bei Parabolrinnenanlagen wird mittels parabolförmig geformten Spiegeln einfallende Sonnenstrahlung auf ein in der Brennlinie angeordnetes Absorberrohr linienfokussiert, wobei in dem Absorberrohr ein Wärmeträgermedium gefördert wird, das die Wärme der einfallenden Sonnenstrahlung aufnimmt und transportiert. Bei einem solarthermischen Turmkraftwerk werden eine Reihe von Heliostaten derart ausgerichtet, dass darin einfallende Sonnenstrahlung auf einen hoch auf einem Turm angeordneten Receiver (punkt)fokussiert wird. In dem Receiver sind bei manchen Ausführungen Receiverrohre angeordnet, innerhalb derer ein Wärmeträgermedium gefördert wird, das die Wärme der einfallenden Sonnenstrahlung aufnimmt und transportiert.
Als Wärmeträgermedium finden Wasser, Wasserdampf, Thermoöle, Luft, aber auch Salzschmelzen, beispielsweise flüssiges Nitratsalz, Verwendung. Bei letzteren besteht der Nachteil, dass diese bei relativ hohen Temperaturen, beispielsweise bei ca. 250°C, „einfrieren”, also nur oberhalb einer solchen Grenztemperatur flüssig sind. Bei der Verwendung von Salzschmelze als Wärmeträgermedium führt dies dazu, dass Rohrleitungen, in denen eine solche Salzschmelze als Wärmeträgermedium fließt und gefördert wird, mit einer Zusatzheizung, in der Regel einer elektrischen Zusatzheizung, ausgestattet sein müssen, um bei nicht ausreichender Sonneneinstrahlung durch Einbringung von Zusatzwärme sicherzustellen, dass die Salzschmelze in einem förderbaren flüssigen Zustand verbleibt, also nicht „einfriert”.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für die vorstehend geschilderten Probleme eine Lösung zu finden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Wärmeübertragungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie eine mehrwandige Receiverrohrkonstruktion mit den Merkmalen des Anspruches 21 und zudem durch ein solarthermisches Kraftwerk mit den Merkmalen des Anspruches 41.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Ein doppelwandiges Wärmetauscherrohr oder ein doppelwandiger Receiver einer solarthermischen Anlage ist zwar schon aus der US 3,954,097 bekannt, dort wird aber ein Wärmträgermedium aus einem inneren Förderquerschnitt oder Förderhohlraum am Ende eines Rohres in einen äußeren Förderquerschnitt oder ein äußeres Förderhohlvolumen umgelenkt, so dass es zurückströmt. Eine unabhängige Förderung unterschiedlicher Wärmeträgermedien in einem Wärmetauscher- oder Receiverrohr und/oder eine Optimierung und Regelung von Wärmeübergängen und Massenströmen ist damit aber nicht möglich.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Wärmeübertragungsverfahren zwischen mindestens einem ersten und einem zweiten Wärmeträgermedium einer solarthermischen Anlage, bei welchem das erste und das zweite Wärmeträgermedium unterschiedliche Temperaturen aufweisen und getrennt voneinander in einem und/oder durch mindestens ein Wärmetauscherrohr einer solarthermischen Anlage gefördert werden, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr mindestens einen ersten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum zur Aufnahme und Durchleitung des ersten Wärmeträgermediums und einen zumindest bereichs- oder abschnittsweise innerhalb des ersten Förderhohlraums angeordneten zweiten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum zur Aufnahme und Durchleitung des zweiten Wärmeträgermediums aufweist, wobei eine Wärmeübertragung zwischen erstem und zweitem Wärmeträgermedium unter Zwischenschaltung der den zweiten Förderhohlraum umgebenden Umfangswand durchgeführt wird.
Hierbei kann das mindestens eine Wärmetauscherrohr der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sein. Insbesondere ist dann das mindestens eine Wärmetauscherrohr ein Receiverrohr, ein Absorberrohr, ein Sammlerrohr und/oder ein Dampferzeugerrohr, insbesondere ein Durchlaufdampferzeugerrohr, einer solarthermischen Anlage, insbesondere eines solarthermischen Kraftwerks.
In vorteilhafter Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Wärmeübertragungsverfahren unter Verwendung eines mindestens doppelwandigen Receiverrohres für solarthermische Anwendungen, welches rundherum oder nur in einem Teilbereich oder auch nur einseitig von konzentrierter Solarstrahlung und/oder einem Wärmeträgermedium beheizt wird und in welchem die mindestens zwei Wärmeträgermedienströme aus erstem und zweitem Wärmeträgermedium unabhängig voneinander in den Strömungsquerschnitten von erstem und zweitem Förderhohlraum geführt werden.
Bei dem Wärmeübertragungsverfahren kann die Temperatur des aus dem mindestens einen Wärmetauscherrohr austretenden Stromes des einen Wärmeträgermediums der beiden Wärmeträgermedien mittels des Durchflusses/ des Durchflussvolumenstromes des anderen der beiden Wärmeträgermedien geregelt werden. Hierbei ist es auch möglich die mindestens zwei Wärmeträgermedien im Gleichstrom oder im Gegenstrom zueinander durch das mindestens eine Wärmetauscherrohr zu führen.
Das mindestens eine Wärmetauscherrohr kann in einem Solarturmkraftwerk mit zentralem Receiver, in einer Parabolrinne und/oder in einem Fresnelsystem eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, als Wärmeträgermedien Wasser, Wasserdampf, eine Salzschmelze oder ein Thermoöl einzusetzen. Hierbei ist es dann von Vorteil, wenn das erste Wärmeträgermedium Wasserdampf und das zweite Wärmeträgermedium eine Salzschmelze ist oder das erste Wärmeträgermedium eine Salzschmelze und das zweite Wärmeträgermedium Wasserdampf ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in Förderquerschnitten, vorzugsweise in allen Förderquerschnitten, der getrennten Förderhohlräume des mindestens einen Wärmetauscherrohres unterschiedliche Wärmeträgermedien gefördert werden. Dies kann dazu genutzt werden, dass in einem der Förderquerschnitte Wasser erwärmt und/oder verdampft und/oder Wasserdampf überhitzt wird.
Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn das mindestens eine Wärmetauscherrohr wärmeträgermediumeintrittsseitig und/oder wärmeträgermediumaustrittsseitig an einen Sammler angeschlossen ist. Dies ermöglicht es, dass mindestens ein Wärmträgermedium einem angeschlossenen Sammler zugeführt und/oder von einem angeschlossenen Sammler mehreren nach Art des mindestens einen Wärmetauscherrohres ausgebildeten Wärmetauscherrohren ein Wärmeträgermedium zugeführt wird. Zweckmäßigerweise ist der Sammler rohrförmig mit einem Förderquerschnitt oder mehrwandig mit mehreren, getrennt voneinander ausgebildeten Förderquerschnitten ausgebildet.
Es kann auch vorgesehen sein, dass in einem oder mehreren der Förderquerschnitte oder Förderhohlräume Dralleinbauten zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf das jeweils darin geförderte Wärmträgermedium angeordnet sind.
Ferner ist es möglich, dass das mindestens eine Wärmetauscherrohr, insbesondere Receiverrohr, eine dessen Wärmeaufnahme verbessernde, ein- oder mehrlagige Beschichtung aus insbesondere oxydischem oder keramischem Material aufweist.
Die Erfindung sieht auch vor, dass das mindestens eine Wärmetauscherrohr von einem Hüllrohr aus Glas umgeben ist. Hierbei ist es dann von Vorteil, wenn das Hüllrohr zur Verminderung der Wärmeabstrahlung des mindestens einen Wärmetauscherrohres dieses unter Ausbildung eines Ringspaltes umhüllt, wobei in dem Ringspalt ein Vakuum ausgebildet wird/ist.
Konstruktiv können benachbarte Wärmetauscherrohre mittels durchgehender oder abschnittweise ausgebildeter Stegverbindungen miteinander verbunden sein.
Es kann ausreichend sein, wenn nur ein Teil oder ein Teilbereich der Receiverrohre eines Receivers, insbesondere eines Receivers eines Solarturmes eines Solarkraftwerkes, mit mindestens einem mindestens einen ersten und einen zweiten Förderhohlraum aufweisenden Wärmetauscherrohr ausgestattet ist.
Die vorstehend aufgeführten Konstruktionsmerkmale kann auch die erfindungsgemäße mehrwandige Receiverrohrkonstruktion einer solarthermischen Anlage aufweisen.
Zudem kann ein solarthermisches Kraftwerk mit einem Wärmeträgermediumkreislauf und einem Wasser/Dampfkreislauf eine erfindungsgemäße mehrwandige Receiverrohrkonstruktion aufweisen. Hierbei ist dann zweckmäßigerweise das Wärmeträgermedium des Wärmeträgerkreislaufes an den ersten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum des mindestens einen Wärmetauscherrohres und das im Wasser/Dampfkreislauf geförderte Wärmeträgermedium an den zweiten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum des mindestens einen Wärmetauscherrohres angeschlossen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsverfahrens, der erfindungsgemäßen mehrwandigen Receiverrohrkonstruktion und des erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks ergeben sich wie folgt:

– Beheizbarkeit des Wärmetauscherrohres durch ein nicht verfestigendes Wärmeträgermedium, dadurch werden Befüllen und Entleeren mit Salz/Salzschmelze auch ohne Bestrahlung bzw. elektrische Begleitheizung möglich (Salz/Dampf Ausführung).
– Zusätzliche Regelbarkeit der Wärmeübertragung wenn zwei unterschiedliche Medien oder Ströme unabhängig voneinander im Gleich- oder Gegenstrom durch das Wärmetauscherrohr geführt werden.
– Vermeidung von extremen Temperaturspitzen, d. h. auch bei ungleichmäßiger Durchströmung mit Salz/Salzschmelze oder ungleichmäßiger Bestrahlung kommt es in dem Wärmetauscherrohr nicht zu einer Temperaturüberschreitung
– Mehr Freiheitsgrade zur Anpassung von Massenstromdichten und Wärmeübergangskoeffizienten in den Förderquerschnitten eines Wärmetauscherrohres, insbesondere ist die Verwendung von Rohren mit größeren Durchmessern bei gleich bleibend gutem Wärmeübergang im Spaltquerschnitt (spaltförmiger oder ggf. kreisringförmiger Strömungsquerschnitt zwischen der Außenwandung des äußeren Förderhohlvolumens und der Außenwandung des inneren Förderhohlvolumens eines Wärmetauscherrohres, insbesondere bei konzentrischer Anordnung von erstem und zweitem Förderhohlvolumen) möglich.
– Ein Teil des tagsüber benötigten Dampfmassenstromes zur Stromerzeugung kann auch direkt in einem der Förderquerschnitte, vorzugsweise im Wege der Durchlaufdampferzeugung, erzeugt werden. Die Dampferzeugung nachts erfolgt durch die von dem Salz oder der Salzschmelze abgegebenen Wärme, wobei das Salz/die Salzschmelze aus einem heißen Salzspeicher gefördert wird.
– Die mehrwandige Rohrkonstruktion besitzt in sich in sich eine relativ große mechanische und konstruktive Stabilität, auch bei dünnwandigen Rohren außen oder innen.
– Durch die größeren Rohrdurchmesser und verschiedenen Maßnahmen zur Steigerung der Wärmeübergangskoeffizienten wird die Anzahl der Rohre reduziert und der konstruktive Aufwand verringert.
– Die Konstruktion ist auch so vorstellbar, dass drei vorzugsweise konzentrische Querschnitte existieren. (Salz außen zum Kühlen, Salz als Umlauf vom Speicher im mittleren Querschnitt zur Regelung, Dampf im inneren Querschnitt zur Begleitbeheizung bzw. zum An und Abfahren.)

Die Vorteile von zusätzlichen Spiraleinbauten oder Dralleinbauten in einem oder mehreren der Rohrquerschnitte sind:

– eine weitere Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten im entsprechenden Förderquerschnitt ist möglich;
– es wird eine über dem Umfang gleichmäßigere Verteilung der Temperatur gewährleistet, wodurch das Auftreten von (Material)Spannungen in den die Förderquerschnitte umgebenden und den sonstigen Wänden eines Wärmetauscherrohres reduziert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscherrohr ist es möglich, in einem Förderquerschnitt oder Förderhohlvolumen das eigentliche, die Wärmestrahlung der Sonne aufnehmende Wärmeträgermedium zu fördern und in dem mindestens einen weiteren Förderquerschnitt oder Förderhohlvolumen des Wärmetauscherrohres ein zweites Wärmeträgermedium mit einer gegenüber dem ersten Wärmeträgermedium höheren Temperatur zu fördern und dadurch eine Erwärmungs- oder Heizmöglichkeit zur Temperaturregelung des ersten Wärmeträgermediums, eine sogenannte Begleitheizung, auszubilden. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem zweiten Wärmeträgermedium um Dampf, so dass dann eine Dampfbeheizung des ersten Wärmeträgermediums oder Dampfbeheizungsmöglichkeit für das erste Wärmeträgermediums ausgebildet ist. Alternativ kann die Dampfbeheizung außen, im jeweils äußeren von zwei Förderquerschnitten, oder innen, im jeweils inneren von zwei Förderquerschnitten eines Wärmetauscherrohres, angewendet werden. Es kann vorgesehen ein, dass nur die Sammler des Receivers derart begleitbeheizt werden oder dass nur oder zusätzlich die an einem Turmreceiver angeordneten Steig- und Fallrohre begleitbeheizt werden.
Die Erfindung kann in allen mit „molten salt” oder Salzschmelzen als Wärmeträgermedium arbeitenden solarthermischen Anlagen Verwendung finden und dann insbesondere in Turmkraftwerken, aber auch in Absorberleitungen von Parabolspiegelrinnen oder in Fresnelsystemen eingesetzt werden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
1a bis 1c in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Wärmetauscherrohr in Verwendung als Receiverrohr eines Receivers eines solarthermischen Turmkraftwerkes,
2 eine zu der Ausführungsform nach 1a bis 1c alternative Ausführungsform eines Receiverrohres,
3 in schematischer Darstellung ein Wärmetauscherrohr in Form eines Sammlers,
4 in schematischer Darstellung ein Wärmetauscherrohr in Form eines Steigrohres/Fallrohres eines solarthermischen Turmkraftwerkes und in
5a bis 5c in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Wärmetauscherrohr in Ausführung als Dampferzeuger.
Die 1a zeigt ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Wärmetauscherrohr, das in diesem Ausführungsbeispiel als Receiverrohr eines Receivers eines solarthermischen Turmkraftwerkes ausgebildet ist. Konzentrisch in dem Wärmetauscherrohr ist ein weiteres Rohr 2 angeordnet und in Endabschnitten 3, 4 des Wärmetauscherrohres 1 durch dessen Wandung hindurch nach außen geführt. Die Endbereiche des weiteren Rohres 2 sind jeweils mit einem Sammler 5 leitungsmäßig verbunden. Ebenso sind die Endabschnitte 3, 4 des Wärmetauscherrohres 1 jeweils mit einem Sammler 6 leitungsmäßig verbunden. Innerhalb des Wärmetauscherrohres 1 ist somit ein erster rohrartig ausgebildeter Förderhohlraum 7 in Form eines Ringspaltes ausgebildet, in welchem ein durch Pfeile dargestelltes erstes Wärmeträgermedium, im Ausführungsbeispiel eine Salzschmelze, in Pfeilrichtung gefördert wird. Das erste Wärmeträgermedium (Salzschmelze) wird von dem wärmetauschereintrittsseitigen Sammler 6 in Pfeilrichtung zu dem wärmetauscheraustrittsseitigen Sammler 6 durch das Wärmetauscherrohr 1 gefördert. Da es sich bei dem Ausführungsbeispiel bei dem Wärmetauscherrohr 1 um ein Receiverrohr handelt, ist das erste Wärmeträgermedium einer Erwärmung durch einfallende Sonnenstrahlung 9 ausgesetzt. Das weitere Rohr 2 bildet innerhalb des Wärmetauscherrohres 1 bereichs- und abschnittsweise innerhalb des ersten Förderhohlraumes 7 einen zweiten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum 10 aus, in welchem ein zweites Wärmeträgermedium 11 im Gegenstrom zum ersten Wärmeträgermedium 8 durch das Wärmetauscherrohr 1 gefördert wird. Bei dem zweiten Wärmeträgermedium 11 soll es sich im Ausführungsbeispiel um Wasserdampf handeln. Da unter Zwischenschaltung der den zweiten Förderhohlraum 10 umgebenden Umfangswand des weiteren Rohres 2 eine Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Wärmeträgermedium 11 und dem ersten Wärmeträgermedium 8 möglich ist, kann der in dem weiteren Rohr 2 geförderte Dampf zur Beheizung des ersten Wärmeträgermediums in den Fällen genutzt werden, in denen eine für eine ausreichende Erwärmung des ersten Wärmeträgermediums notwendige Sonnenstrahlung 9 nicht in ausreichendem Maße vorhanden ist. Die Sammler 6 und damit der erste Förderhohlraum 7 des Wärmetauscherrohres 1 können an den Wärmeträgermediumkreislauf eines solarthermischen Kraftwerks, insbesondere Turmkraftwerks, angeschlossen sein. Die Sammler 5 des zweiten Förderhohlraumes 10 können an den Wasser/Dampfkreislauf des solarthermischen Kraftwerks angeschlossen sein.
Die Ausführungsform nach der 1b unterscheidet sich von der Ausführungsform nach der 1a lediglich dadurch, dass das erste Wärmeträgermedium 8 und das zweite Wärmeträgermedium 11 im Gleichstrom durch das Wärmetauscherrohr 1 gefördert werden.
Die Ausführungsform nach der 1c unterscheidet sich von den Ausführungsformen nach den 1a und 1b darin, dass sich die konzentrische Anordnung des weiteren Rohres 2 innerhalb des Wärmetauscherrohres 1 auch in dem Bereich der Sammler 6 fortsetzt und dort dann die Sammler 5 konzentrisch innerhalb der Sammler 6 angeordnet sind. Damit ist auch eine Beheizung der Sammler 6 mittels des zweiten Wärmeträgermediums 11 (Dampf) möglich. Eine solche Kombination von Sammlern 6 und 5 ist auch noch in 3 schematisch dargestellt.
Die Ausführungsform nach der 2 zeigt nun ein Wärmetauscherrohr, das zusätzlich noch einen dritten Förderquerschnitt oder Förderhohlraum 12 aufweist. Dieser dritte Förderhohlraum 12 ist in Form eines zusätzlichen Rohres 13 ausgebildet und ebenfalls konzentrisch zu erstem und zweitem Förderhohlvolumen in dem Wärmetauscherrohr 1 angeordnet. Der dritte Förderhohlraum 12 ist wiederum kreisringförmig ausgebildet und dient zur Förderung eines dritten Wärmeträgermediums 14. Endseitig ist das wiederum im Bereich der Endabschnitte 3, 4 aus dem Wärmetauscherrohr 1 herausgeführte zusätzliche Rohr 13 wiederum mit einem Sammler 15 leitungsmäßig verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird beispielsweise im ersten Förderhohlraum 7 außen Salzschmelze zum Kühlen, im mittleren, dritten Förderhohlraum 12 Salzschmelze 14 als drittes Wärmeträgermedium im Umlauf von einem Speicherbehälter zur Regelung gefördert und wird innen als zweites Wärmeträgermedium Dampf zur Ausbildung einer Begleitheizung, insbesondere beim Anfahren und Abfahren der Anlage, gefördert.
Die 4 zeigt die Ausbildung eines Wärmetauscherrohres 1a in der Ausführung als Steigrohr oder Fallrohr eines solarthermischen Turmkraftwerkes, wobei die Steig-/Fallrohre die Verbindung vom Boden zu dem auf dem Turm angeordneten Receiver darstellen. Der Unterschied zu dem Wärmetauscherrohr 1 besteht im Wesentlichen darin, dass außen auf dem Wärmetauscherrohr 1a eine Isolierung 16 aufgebracht ist.
Die 5a bis 5c zeigen ein Wärmetauscherrohr 1 nun in der Ausführungsform als Dampferzeuger („once through”-Dampferzeuger). Konstruktiv ist die Ausführungsform im Wesentlichen dieselbe wie bei den Ausführungsformen nach den 1a bis 1c, wobei lediglich außen eine Isolierung 17 das jeweilige Wärmetauscherrohr 1 umhüllt. Dadurch wirkt keine Wärmestrahlung von außen auf die als erstes Wärmeträgermedium 8 geförderte Salzschmelze ein. Vielmehr wird hier jetzt bereits erhitzte Salzschmelze gefördert und dazu genutzt, in dem zweiten Förderhohlraum 10 gefördertes Wasser zu erwärmen und zu verdampfen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3954097 [0007]

Claims

Wärmeübertragungsverfahren zwischen mindestens einem ersten und einem zweiten Wärmeträgermedium (8, 11) einer solarthermischen Anlage, bei welchem das erste und das zweite Wärmeträgermedium (8, 11) vorzugsweise unterschiedliche Temperaturen aufweisen und getrennt voneinander in einem und/oder durch mindestens ein Wärmetauscherrohr (1, 1a) einer solarthermischen Anlage gefördert werden, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) mindestens einen ersten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum (7) zur Aufnahme und Durchleitung des ersten Wärmeträgermediums (8) und einen zumindest bereichs- oder abschnittsweise innerhalb des ersten Förderhohlraums (7) angeordneten zweiten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum (10) zur Aufnahme und Durchleitung des zweiten Wärmeträgermediums (11) aufweist, wobei eine Wärmeübertragung zwischen erstem und zweitem Wärmeträgermedium (8, 11) unter Zwischenschaltung der den zweiten Förderhohlraum (10) umgebenden Umfangswand durchgeführt wird.
Wärmeübertragungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1) der Sonneneinstrahlung ausgesetzt wird.
Wärmeübertragungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1 1a) ein Receiverrohr, ein Absorberrohr, ein Sammlerrohr und/oder ein Dampferzeugerrohr, insbesondere ein Durchlaufdampferzeugerrohr, einer solarthermischen Anlage, insbesondere eines solarthermischen Kraftwerks, ist.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung eines mindestens doppelwandigen Receiverrohres für solarthermische Anwendungen, welches rundherum oder nur in einem Teilbereich oder auch nur einseitig von konzentrierter Solarstrahlung (9) und/oder einem Wärmeträgermedium (8, 11) beheizt wird und in welchem die mindestens zwei Wärmeträgermedienströme aus erstem (8) und zweitem (11) Wärmeträgermedium unabhängig voneinander in den Strömungsquerschnitten von erstem (7) und zweitem (10) Förderhohlraum geführt werden.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des aus dem mindestens einen Wärmetauscherrohr (1, 1a) austretenden Stromes des einen Wärmeträgermediums der beiden Wärmeträgermedien mittels des Durchflusses/ des Durchflussvolumenstromes des anderen der beiden Wärmeträgermedien (8, 11) geregelt wird.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Wärmeträgermedien (8, 11) im Gleichstrom oder im Gegenstrom zueinander durch das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) geführt werden.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) in einem Solarturmkraftwerk mit zentralem Receiver, in einer Parabolrinne und/oder in einem Fresnelsystem eingesetzt wird.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Wärmeträgermedien (8, 11) Wasser, Wasserdampf, eine Salzschmelze, Luft oder ein Thermoöl eingesetzt werden.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Wärmeträgermedium (8) Wasserdampf und das zweite Wärmeträgermedium (11) eine Salzschmelze ist oder das erste Wärmeträgermedium (8) eine Salzschmelze und das zweite Wärmeträgermedium (11) Wasserdampf ist.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Förderquerschnitten, vorzugsweise in allen Förderquerschnitten, der getrennten Förderhohlräume (7 10, 12) des mindestens einen Wärmetauscherrohres (1, 1a) unterschiedliche Wärmeträgermedien (8, 11, 14) gefördert werden.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem der Förderquerschnitte Wasser erwärmt und/oder verdampft und/oder Wasserdampf überhitzt wird.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) wärmeträgermediumeintrittsseitig und/oder wärmeträgermediumaustrittsseitig an einen Sammler (6, 5, 15) angeschlossen ist.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Wärmträgermedium (8, 11, 14) einem angeschlossenen Sammler (5, 6, 15) zugeführt und/oder von einem angeschlossenen Sammler mehreren nach Art des mindestens einen Wärmetauscherrohres (1, 1a) ausgebildeten Wärmetauscherrohren ein Wärmeträgermedium zugeführt wird.
Wärmeübertragungsverfahren nach Anspruch 13, wobei der Sammler (5, 6 15) rohrförmig mit einem Förderquerschnitt oder mehrwandig mit mehreren, getrennt voneinander ausgebildeten Förderquerschnitten ausgebildet ist.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem oder mehreren der Förderquerschnitte oder Förderhohlräume (7, 10 12) Dralleinbauten zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf das jeweils darin geförderte Wärmträgermedium angeordnet sind.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a), insbesondere Receiverrohr, eine dessen Wärmeaufnahme verbessernde, ein- oder mehrlagige Beschichtung aus insbesondere oxydischem oder keramischem Material aufweist.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) von einem Hüllrohr aus Glas umgeben ist.
Wärmeübertragungsverfahren nach Anspruch 17, wobei das Hüllrohr zur Verminderung der Wärmeabstrahlung des mindestens einen Wärmetauscherrohres (1, 1a) dieses unter Ausbildung eines Ringspaltes umhüllt, wobei in dem Ringspalt ein Vakuum ausgebildet wird/ist.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–16, wobei benachbarte Wärmetauscherrohre (1, 1a) mittels durchgehender oder abschnittweise ausgebildeter Stegverbindungen miteinander verbunden sind.
Wärmeübertragungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nur ein Teil oder ein Teilbereich der Receiverrohre eines Receivers, insbesondere eines Receivers eines Solarturmes eines Solarkraftwerkes, mit mindestens einem mindestens einen ersten und einen zweiten Förderhohlraum (7, 10) aufweisenden Wärmetauscherrohr 81, 1a) ausgestattet ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion einer solarthermischen Anlage, umfassend ein Wärmetauscherrohr (1, 1a), das mindestens einen ersten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum (7) zur Aufnahme und Durchleitung eines ersten Wärmeträgermediums (8) und einen zumindest bereichs- oder abschnittsweise innerhalb des ersten Förderhohlraums (7) angeordneten zweiten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum (10) zur Aufnahme und Durchleitung eines zweiten Wärmeträgermediums (11) aufweist, wobei das erste und das zweite Wärmeträgermedium (8, 11) getrennt voneinander in einem und/oder durch den jeweils zugeordneten Förderhohlraum (7, 10) förderbar sind und eine Wärmeübertragung zwischen erstem und zweitem Wärmeträgermedium (8, 11) unter Zwischenschaltung der den zweiten Förderhohlraum (10) umgebenden Umfangswand durchführbar ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach Anspruch 21, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) der Sonneneinstrahlung (9) ausgesetzt ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach Anspruch 21 oder 22, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) ein Receiverrohr, ein Absorberrohr, ein Sammlerrohr und/oder ein Dampferzeugerrohr, insbesondere ein Durchlaufdampferzeugerrohr, einer solarthermischen Anlage, insbesondere eines solarthermischen Kraftwerks, ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–22 mit mindestens einem doppelwandigen Receiverrohr, welches rundherum oder nur in einem Teilbereich oder auch nur einseitig von konzentrierter Solarstrahlung (9) und/oder einem Wärmeträgermedium (8, 11) beheizbar angeordnet ist und in welchem die mindestens zwei Wärmeträgermedienströme aus erstem und zweitem Wärmeträgermedium (8, 11) unabhängig voneinander in den Strömungsquerschnitten von erstem und zweitem Förderhohlraum (7, 10) förderbar sind.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–24, wobei die Temperatur des aus dem mindestens einen Wärmetauscherrohr (1, 1a) austretenden Stromes des einen Wärmeträgermediums der beiden Wärmeträgermedien (8, 11) mittels des Durchflusses/ des Durchflussvolumenstromes des anderen der beiden Wärmeträgermedien (8, 11) regelbar ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–25, wobei die mindestens zwei Wärmeträgermedien (8, 11) im Gleichstrom oder im Gegenstrom zueinander durch das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) förderbar sind.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–26, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) in einem Solarturmkraftwerk mit zentralem Receiver, in einer Parabolrinne und/oder in einem Fresnelsystem eingebaut ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–27, wobei als Wärmeträgermedien (8, 11, 14) Wasser, Wasserdampf, eine Salzschmelze, Luft oder ein Thermoöl eingesetzt werden.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–28, wobei das erste Wärmeträgermedium (8) Wasserdampf und das zweite Wärmeträgermedium (11) eine Salzschmelze ist oder das erste Wärmeträgermedium (8) eine Salzschmelze und das zweite Wärmeträgermedium (11) Wasserdampf ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–29, wobei in Förderquerschnitten, vorzugsweise in allen Förderquerschnitten, der getrennten Förderhohlräume (7, 10, 12) des mindestens einen Wärmetauscherrohres (1, 1a) unterschiedliche Wärmeträgermedien förderbar sind.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–30, wobei in einem der Förderquerschnitte Wasser erwärmbar und/oder verdampfbar und/oder Wasserdampf überhitzbar ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–31, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) wärmeträgermediumeintrittsseitig und/oder wärmeträgermediumaustrittsseitig an einen Sammler (5, 6, 15) angeschlossen ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–32, wobei mindestens ein Wärmträgermedium (8, 11, 14) einem angeschlossenen Sammler (5, 6, 15) zuführbar und/oder von einem angeschlossenen Sammler mehreren nach Art des mindestens einen Wärmetauscherrohres (1, 1a) ausgebildeten Wärmetauscherrohren ein Wärmeträgermedium zuführbar ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach Anspruch 33, wobei der Sammler (5, 6, 15) rohrförmig mit einem Förderquerschnitt oder mehrwandig mit mehreren, getrennt voneinander ausgebildeten Förderquerschnitten ausgebildet ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–34, wobei in einem oder mehreren der Förderquerschnitte oder Förderhohlräume (7, 10, 12) Dralleinbauten zur Verbesserung des Wärmeüberganges auf das jeweils darin geförderte Wärmträgermedium (8, 11, 14) angeordnet sind.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–35, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a), insbesondere Receiverrohr, eine dessen Wärmeaufnahme verbessernde, ein- oder mehrlagige Beschichtung aus insbesondere oxydischem oder keramischem Material aufweist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–36, wobei das mindestens eine Wärmetauscherrohr (1, 1a) von einem Füllrohr aus Glas umgeben ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach Anspruch 37, wobei das Hüllrohr zur Verminderung der Wärmeabstrahlung des mindestens einen Wärmetauscherrohres (1, 1a) dieses unter Ausbildung eines Ringspaltes umhüllt, wobei in dem Ringspalt ein Vakuum ausgebildet oder ausbildbar ist.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–36, wobei benachbarte Wärmetauscherrohre (1, 1a) mittels durchgehender oder abschnittweise ausgebildeter Stegverbindungen miteinander verbunden sind.
Mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–39, wobei nur ein Teil oder ein Teilbereich der Receiverrohre eines Receivers, insbesondere eines Receivers eines Solarturmes eines Solarkraftwerkes, mit mindestens einem mindestens einen ersten und einen zweiten Förderhohlraum (7, 10) aufweisenden Wärmetauscherrohr (1, 1a) ausgestattet ist.
Solarthermisches Kraftwerk mit einem Wärmeträgermediumkreislauf und einem Wasser/Dampfkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass es eine mehrwandige Receiverrohrkonstruktion nach einem der Ansprüche 21–40 aufweist.
Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 41, wobei das Wärmeträgermedium des Wärmeträgerkreislaufes an den ersten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum (7) des mindestens einen Wärmetauscherrohres (1, 1a) und das im Wasser/Dampfkreislauf geförderte Wärmeträgermedium an den zweiten rohrartig ausgebildeten Förderhohlraum (10) des mindestens einen Wärmetauscherrohres (1, 1a) angeschlossen ist.