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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Wärmetauscher, der als Zwischenerhitzer einer Solarwärme-Gasturbine geeignet ist, die mit einem kompressiblen Arbeitsfluid, wie Luft, das unter Nutzung von Sonnenlicht erhitzt wurde angetrieben wird.
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Stand der Technik
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In letzter Zeit besteht, um Umweltprobleme zu lösen, wie beispielsweise globale Erwärmung, Interesse an natürlicher Energie, wie Sonnenlicht und Windenergie.
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Entsprechend gab es Vorschläge für Solarwärme-Gasturbinen, die durch Erzeugung eines kompressiblen Arbeitsfluides mit hohem Druck und hoher Temperatur mittels Solarwärme durch Nutzung von Sonnenlicht, welches eine Art natürlicher Energie ist, angetrieben werden, und Solarwärme-Gasturbinen-Energieerzeugungseinheiten, die Energie durch Antreiben eines Generators mittels einer derartigen Solarwärme-Gasturbine erzeugen.
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Bekannte Beispiele einer derartigen Solarwärme-Gasturbine und einer Solarwärme-Gasturbinen-Energieerzeugungseinheit sind in Patentdokument 1 offenbart.
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Liste von Zitaten
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Patentliteratur
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- PTL 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2010-281272
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In einer Solarwärme-Gasturbine wird die Temperatur des Inneren eines Zwischenerhitzers, der ein kompressibles Arbeitsfluid mit hohem Druck, welches aus einem Kompressor ausgetragen wurde, durch Wärmeaustausch mit einem kompressiblen Arbeitsfluid mit hoher Temperatur, welches aus einer Turbine ausgetragen wurde, vorwärmt, sehr hoch, weil das kompressible Arbeitsfluid mit hoher Temperatur, welches aus der Turbine ausgetragen wurde, durch das Innere hindurch passiert. Somit wird beispielsweise, wenn der Wärmetauscher, welcher in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2001-147093 , offenbart ist, als ein Zwischenerhitzer einer Solarwärme-Gasturbine eingesetzt wird, eine thermische Ausdehnung der U-förmigen Rohre
18a in der Längsrichtung durch die die U-förmigen Rohre fixierende Platte
19 unterdrückt, was möglicherweise die U-förmigen Rohre
18a beschädigt.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme gemacht, und es ist ein Ziel von ihr, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der eine thermische Ausdehnung von U-förmigen Rohren in der Längsrichtung zulässt, somit dem Verhindern von Beschädigungen der U-förmigen Rohre dient, der weniger Wärmedissipation bewirkt, somit der Verbesserung der Wärmeeffizienz dient, der leicht zu inspizieren und zu reparieren ist und der komprimierte Luft mit weniger Temperaturpulsation erzeugen kann.
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Lösung des Problems
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Um das Problem zu lösen, welches oben beschrieben ist, wendet die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen an.
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Ein Wärmetauscher für einen ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmetauscher mit einem Gehäuse mit einem Einlass eines ersten Fluids, welcher an einem Ende davon vorgesehen ist, und einem Auslass eines ersten Fluids, welcher an dem anderen Ende davon gegenüber dem einen Ende vorgesehen ist, wobei der Einlass eines ersten Fluids und der Auslass eines ersten Fluids miteinander über einen ersten Strömungsweg verbunden sind, der sich in einer geraden Linie von dem Einlass eines ersten Fluids zu dem Auslass eines ersten Fluids erstreckt, und mehreren Rohrsätzen, welche innerhalb des Gehäuses derart aufgenommen sind, dass ein Fluid, welches durch deren Inneres strömt, einem Wärmeaustausch mit einem Fluid, welches über den ersten Strömungsweg strömt, ausgesetzt ist, wobei die mehreren Rohrsätze entlang dem ersten Strömungsweg angeordnet sind und mehrere U-förmige Rohre, die die Rohrsätze bilden, nur an einer Rohrplatte fixiert sind, die parallel zu dem ersten Strömungsweg angeordnet ist und an beiden Enden der U-förmigen Rohre liegt.
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In dem Wärmetauscher gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die U-förmigen Rohre nur an einer einzigen Seite derselben an Rohröffnungen fixiert, die in der Rohrplatte vorgesehen sind und durch welche beide Enden der U-förmigen Rohre eingeführt sind.
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Somit wird eine thermische Ausdehnung der U-förmigen Rohre in der Längsrichtung zugelassen, was dem Vermeiden von einer Beschädigung der U-förmigen Rohre dient.
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Ferner sind in dem Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung, der Einlass eines ersten Fluids und der Auslass eines ersten Fluids miteinander über einen einzigen Weg verbunden, nämlich den ersten Strömungsweg, der sich in einer geraden Linie von dem Einlass eines ersten Fluids zu dem Auslass eines ersten Fluids erstreckt.
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Somit kann ein Druckverlust in dem ersten Strömungsweg reduziert werden. Ferner ist es möglich, eine große Menge Fluid über den ersten Strömungsweg strömen zu lassen, was der Verbesserung der Wärmeaustauscheffizienz dient.
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In dem obigen Wärmetauscher sind bevorzugterweise eine Trennplatte, welche gerade Abschnitte und Umkehrabschnitte der U-förmigen Rohre trennt, parallel zu dem ersten Strömungsweg angeordnet und Zwischenräume zwischen den Innenumfangsoberflächen der Rohröffnungen, die in der Trennplatte vorgesehen sind und durch welche die geraden Abschnitte der U-förmigen Rohre eingeführt sind, und den Außenumfangsoberflächen der U-förmigen Rohre vorgesehen.
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In dem Wärmetauscher, der wie oben beschrieben konstruiert ist, ist durch die Trennplatte und das Gehäuse außerhalb des ersten Strömungswegs ein Raum ausgebildet, der bewirkt, dass ein Teil des Fluides, welches den ersten Strömungsweg passiert, in dem Raum stagniert.
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Somit wirkt das Fluid, welches sich in dem Raum befindet, als eine wärmeisolierende Schicht. Dies dient dazu, dass die Temperatur des Fluids, welches den ersten Strömungsweg passiert, beibehalten wird, was einer weiteren Verbesserung der Wärmeaustauscheffizienz dient.
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In bevorzugter Weise ist in dem obigen Wärmetauscher ein Sammelteil vorgesehen, das zwischen dem Auslassende eines Rohrsatzes, welcher auf der stromaufwärts liegenden Seite angeordnet ist, und dem Einlassende eines Rohrsatzes, der auf der stromabwärts liegenden Seite davon angeordnet ist, kommuniziert.
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In dem Wärmetauscher, der wie oben beschrieben konstruiert ist, wird das Fluid, welches einem Wärmeaustausch mit dem Fluid, welches den ersten Strömungsweg passiert, ausgesetzt wurde, während es durch einen Rohrsatz passierte, der auf der stromaufwärts liegenden Seite angeordnet ist, zu dem Rohrsatz geführt, der auf der dazu stromabwärts liegenden Seite angeordnet ist, damit das Fluid dann einen Wärmeaustausch mit dem Fluid ausgesetzt ist, welches den ersten Strömungsweg passiert. Das dient einer weiteren Verbesserung der Wärmeaustauscheffizienz.
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Bevorzugterweise sind die U-förmigen Rohre in dem obigen Wärmetauscher an der Rohrplatte durch Aufweitung der Enden der U-förmigen Rohre, welche durch die Rohröffnungen eingeführt sind, fixiert.
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In dem Wärmetauscher, der wie oben beschrieben konstruiert ist, sind die Enden der U-förmigen Rohre an der Rohrplatte lediglich durch Rohraufweitung, ohne die Anwendung von Schweißen, fixiert.
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Somit muss die Kombination des Materials der Rohrplatte und des Materials der U-förmigen Rohre, was im Falle von Schweißen zu beachten ist, hier nicht beachtet werden, was eine freie Wahl des Materials der Rohrplatte und des Materials der U-förmigen Rohre zulässt.
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Ein Solarwärme-Gasturbinen-Energieerzeugungssystem gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt jeden der obigen Wärmetauscher als einen Zwischenerhitzer mit ein.
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In dem Solarwärme-Gasturbinen-Energieerzeugungssystem gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, dadurch, dass der Wärmetauscher, der eine thermische Ausdehnung der U-förmigen Rohre in der Längsrichtung zulässt, was dem Verhindern einer Beschädigung der U-förmigen Rohre dient, als der Zwischenerhitzer eingeschlossen ist, die Zuverlässigkeit des Solarwärme-Gasturbinen-Energieerzeugungssystems verbessert werden.
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Des Weiteren ist es dadurch, dass der Wärmetauscher mit einer hohen Wärmetauscheffizienz als der Zwischenerhitzer eingeschlossen ist, in dem Solarwärme-Gasturbinen-Energieerzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Temperatur des kompressiblen Arbeitsfluids, welches in die Turbine eingebracht wird, weiter zu erhöhen. Das dient der Verbesserung der Kreislaufeffizienz des Wärmekreislaufs.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Weil die Trennplatten und die Rohre nicht miteinander verbunden sind, ist eine thermische Ausdehnung der U-förmigen Rohre in der Längsrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich. Somit ist ein Vorteil dadurch geboten, dass Beschädigung der U-förmigen Rohre verhindert werden kann.
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Ferner dient der Raum zwischen der ersten Trennplatte und dem Gehäuse als Stagnationsbereich, der von dem Fluidweg getrennt ist. Somit ist ein Vorteil dadurch geboten, dass der Stagnationsbereich einen wärmeisolierenden Effekt besitzt, der dazu dient, die Wärmedissipation zu reduzieren.
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Ferner ist das Sammelteil selbst derart gestaltet, dass es eine Größe aufweist, die groß genug für den Einstieg einer Person ist, eine Luke für Inspektionsarbeiten der durchmesseraufgeweiteten Verbindungen mit den Rohren an dem Sammelteil vorgesehen ist und eine Leiter in dem Sammelteil vorgesehen ist. Diese Struktur erleichtert die Inspektion und macht es einfach, ein Rohr mit einem Pfropfen abzudichten, sogar wenn das Rohr beschädigt ist und eine Perforierung ausbildet.
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Ferner wird dadurch, dass mehrere Sammelteile in der Mitte des Rohrwegs vorgesehen sind, die Luft, deren Temperatur durch Kompression erhöht wurde, und die Luft, die ferner durch den Wärmetauscher weiter erhitzt wurde, in den Sammelteilen vermischt, damit es zu einer einheitlichen Temperatur kommt, bevor sie dem Wärmeaufnehmer zugeführt wird. Somit wird die Luft, die aus dem Wärmeaufnehmer ausgetragen wird, frei von Temperaturpulsation, sodass die Drehzahl der Turbine, welche direkt mit dem Generator verbunden ist, frei von kleinen Schwankungen wird. Entsprechend ist dadurch ein Vorteil geboten, dass Energie von hoher Qualität mit extrem kleinen Frequenzschwankungen erhältlich ist.
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Ferner ist es möglich, die Sammelteile und Rohrsätze herauszuziehen, ohne das Gehäuse zu entfernen, was den Austausch von Rohren erleichtert, wenn die Rohre verschlissen sind.
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Ferner kann dadurch, dass ein Zwischenraum zwischen Rohrsätzen vorgesehen ist, wo das erste Fluid einheitlich wird,, die Temperatureffizienz verbessert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Konstruktionsschema (Systemschema), welches ein spezifisches Beispiel eines Falls zeigt, wobei ein Wärmetauscher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als ein Zwischenerhitzer für eine Solarwärme-Gasturbine und eine Solarwärme-Gasturbinen-Energieerzeugungseinheit genutzt wird.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Schnittansicht des Wärmetauschers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nun wird ein Wärmetauscher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere ein Wärmetauscher, der als ein Zwischenerhitzer einer Solarwärme-Gasturbine, die durch Nutzung eines kompressiblen Arbeitsfluids, wie Luft, welches durch Nutzung von Sonnenlicht erwärmt ist, betrieben wird, geeigneterweise genutzt werden kann, mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben werden.
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1 ist ein Konstruktionsschema (Systemschema), welches ein spezifisches Beispiel eines Falls zeigt, wo der Wärmetauscher gemäß dieser Ausführungsform als ein Zwischenerhitzer für eine Solarwärme-Gasturbine und eine Solarwärme-Gasturbinen-Energieerzeugungseinheit eingesetzt wird. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers gemäß der Ausführungsform. 3 ist eine Schnittansicht des Wärmetauschers gemäß der Ausführungsform.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Solarwärme-Gasturbine GT, als ihre Hauptkomponenten, einen Kompressor 1, der ein kompressibles Arbeitsfluid komprimiert, um dessen Druck zu erhöhen, einen Wärmeaufnehmer 2, der das kompressible Arbeitsfluid mit Wärme, die durch Umwandlung von Sonnenlicht erhalten wurde, erhitzt, um seine Temperatur zu erhöhen, und eine Turbine 3, die thermische Energie, über welche das kompressible Arbeitsfluid mit hoher Temperatur und hohem Druck verfügt, in mechanische Energie konvertiert. Das heißt, die Solarwärme-Gasturbine GT umfasst den Wärmeaufnehmer 2, der das kompressible Arbeitsfluid mit hohem Druck unter Nutzung der thermischen Energie des Sonnenlichts erhitzt, um seine Temperatur zu erhöhen, anstelle eines Vergasungsbrenners, der einen Brennstoff, wie Erdgas, verbrennt, um ein Verbrennungsgas von hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen.
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Der Wärmeaufnehmer 2 ist in diesem Fall eine Vorrichtung zum Konvertieren von Sonnenlicht in thermische Energie. Mit dem Wärmeaufnehmer 2 ist es möglich, ein kompressibles Arbeitsfluid von hohem Druck zu erhitzen, um dessen Temperatur unter Nutzung der Wärme von Licht, welches von einem Lichtkonzentrator (Heliostat) gesammelt wurde, der jedoch nicht gezeigt ist, zu erhöhen.
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Ferner kann eine Solarwärme-Gasturbinen-Energieerzeugungseinheit, welche elektrischen Strom durch Nutzung von Sonnenlicht erzeugt, konstruiert werden, indem ein Generator 4 derart koaxial mit der Solarwärme-Gasturbine GT verbunden ist, dass der Generator 4 durch die Solarwärme-Gasturbine GT angetrieben wird.
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Ferner wärmt ein Zwischenerhitzer 5 das kompressible Arbeitsfluid von hohem Druck, dessen Druck durch den Kompressor 1 erhöht wurde, vor, indem Abwärme des kompressiblen Arbeitsfluids, welches von einem Rauchabzug 6 in die Luft abgelassen wird, nachdem es Arbeit in der Turbine 3 geleistet hat, genutzt wird.
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Der Wärmetauscher 10 gemäß dieser Ausführungsform ist insbesondere ein Wärmetauscher, der als der Zwischenerhitzer 5 der Solarwärme-Gasturbine GT geeignet eingesetzt werden kann. Wie in der 2 oder 3 gezeigt, umfasst der Wärmetauscher 10 ein Gehäuse 11 und mehrere (in dieser Ausführungsform vier) Rohrsätze 12.
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Das Gehäuse 11 hat eine im Wesentlichen rechtwinklige parallelflache oder würfelartige Außenform und nimmt die Rohrsätze 12 innenseitig auf. Auf der Vorderfläche des Gehäuses 11 ist ein Einlass eines ersten Fluids 21 vorgesehen, welcher eine Öffnung mit einer rechtwinkligen Form ist, wenn man ihn von der Vorderseite aus betrachtet, und durch welchen ein Fluid von hoher Temperatur (das kompressible Arbeitsfluid von hoher Temperatur, welches aus der Turbine 3 ausgetragen wird) einströmt. Auf der Rückfläche ist ein Auslass eines ersten Fluids 22 vorgesehen, welcher eine Öffnung mit einer rechtwinkligen Form ist, wenn man ihn von der Rückseite aus betrachtet, und durch welchen das Fluid, welches einem Wärmeaustausch innerhalb des Gehäuses ausgesetzt war, ausströmt. Auf einer ersten Fläche ist eine Rohrplatte 23 vorgesehen. Ferner sind die drei Flächen des Gehäuses, die sich von der Vorderfläche, der Rückfläche und der ersten Fläche unterscheiden, mit einer zweiten Fläche, einer dritten Fläche und einer vierten Fläche, welche die Vorder- und die Rückfläche zusammen mit der ersten Fläche umgeben, abgeschlossen.
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In der Rohrplatte 23 sind mehrere (in dieser Ausführungsform 672) Rohröffnungen (nicht gezeigt) vorgesehen, durch welche beide Enden der mehreren (in dieser Ausführungsform 336) U-förmigen Rohre 24, die die Rohrsätze 12 bilden, eingeführt sind.
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Die Enden der U-förmigen Rohre 24, welche durch die Rohröffnungen eingeführt sind, werden unter Nutzung eines Werkzeugs, wie ein Montagedorn, aufgeweitet, damit die U-förmigen Rohre 24 nur auf dieser einzigen Seite an der Rohrplatte 23 fixiert sind.
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Der Einlass eines ersten Fluids 21 und der Auslass eines ersten Fluids 22 sind miteinander über einen ersten Strömungsweg 25 verbunden, der sich in einer geraden Linie von dem Einlass eines ersten Fluids 21 zu dem Auslass eines ersten Fluids 22 erstreckt. Ein Fluid, welches von dem Einlass eines ersten Fluids 21 einströmt, wird einem Wärmeaustausch mit einem Fluid ausgesetzt, welches durch die U-förmigen Rohre 24 passiert, (das kompressible Arbeitsfluid von hohem Druck, welches von dem Kompressor ausgestoßen wurde) und strömt dann aus dem Auslass eines ersten Fluids 22 aus. Der erste Strömungsweg 25 ist durch vier Flächen ausgebildet, nämlich die Rohrplatte 23, die zweite Fläche, eine erste Trennplatte (Tragplatte) 26, welche an der Innenseite der dritten Fläche und parallel zu der dritten Fläche angeordnet ist, und die vierte Fläche. Ferner sind zwischen der Rohrplatte 23 und der ersten Trennplatte 26 eine zweite Trennplatte (Tragplatte) 27 und eine dritte Trennplatte (Tragplatte) 28 parallel zu der Rohrplatte 23 und der ersten Trennplatte 26 angeordnet, welche den ersten Strömungsweg 25 in drei Strömungswege entlang der Strömungsrichtung trennen. In jeder der ersten Trennplatte 26, der zweiten Trennplatte 27 und der dritten Trennplatte 28 sind mehrere (in dieser Ausführungsform 672) Rohröffnungen (nicht gezeigt) vorgesehen, durch welche die mehreren U-förmigen Rohre 24, welche die Rohrsätze 12 bilden, eingeführt sind. Die Rohröffnungen, welche in der ersten Trennplatte 26 und der zweiten Trennplatte 27 vorgesehen sind, haben einen inneren Durchmesser, der größer als der äußere Durchmesser der U-förmigen Rohre 24 ist, damit eine thermische Ausdehnung der U-förmigen Rohre 24 in Längsrichtung (laterale Richtung in 3) nicht unterdrückt wird. Die Rohröffnungen, die in der dritten Trennplatte 28, welche angeordnet ist, um die geraden Abschnitte und die Umkehrabschnitte der U-förmigen Rohre 24 zu trennen, vorgesehen sind, haben einen inneren Durchmesser, der größer als der innere Durchmesser der Rohröffnungen ist, die in der ersten Trennplatte 26 und der zweiten Trennplatte 27 vorgesehen sind, damit eine thermische Ausdehnung der U-förmigen Rohre 24 in der Längsrichtung nicht unterdrückt wird und damit eine kleine Menge des Fluids, welches über den ersten Strömungsweg 25 strömt, in einen Raum S strömt, welcher zwischen der dritten Trennplatte 28 und der dritten Fläche ausgebildet ist.
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Der Raum S ist durch die dritte Trennplatte 28, die zweite Fläche, die dritte Fläche, die vierte Fläche, die Vorderfläche, außer in dem Gebiet, in dem der Einlass eines ersten Fluids 21 ausgebildet ist, und die Rückfläche, außer in dem Gebiet, in dem der Auslass eines ersten Fluids 22 ausgebildet ist, ausgebildet.
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An der Außenseite der Rohrplatte 23 sind in dieser Ausführungsform mehrere Sammelteile, nämlich drei Sammelteile 31, 32 und 33 vorgesehen.
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Das erste Sammelteil 31 ist ein Gehäuse mit einer im Wesentlichen halbzylindrischen Außenform, wobei beide Enden verschlossen sind. Das erste Sammelteil 31 leitet das Fluid, welches einem Wärmeaustausch mit dem Fluid, welches den ersten Strömungsweg 25 passiert, ausgesetzt ist, über einen Einlass eines zweiten Fluids 34 an das Einlassende des Rohrsatzes 12, welcher auf der am weitesten stromaufwärts liegenden Seite angeordnet ist, und führt das Fluid, welches aus dem Auslassende des selben Rohrsatzes 12 ausströmt, an das Einlassende des Rohrsatzes 12, welcher auf der stromabwärts liegenden Seite davon angeordnet ist. In dem ersten Sammelteil 31 ist eine Sperrwand 35 vorgesehen, um Vermischung zwischen dem Fluid, welches von dem Einlass eines zweiten Fluids 34 zu dem Einlassende des Rohrsatzes 12, welcher auf der am weitesten stromaufwärts liegenden Seite angeordnet ist, geführt wird, und dem Fluid, welches aus dem Auslassende des selben Rohrsatzes 12 ausströmt, zu verhindern.
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Das zweite Sammelteil 32 ist ein Gehäuse mit einer im Wesentlichen halbzylindrischen Außenform, wobei beide Enden verschlossen sind. Das zweite Sammelteil 32 führt das Fluid, welches von dem Auslassende des Rohrsatzes 12, welcher als zweites von der stromaufwärts liegenden Seite angeordnet ist, ausströmt, an das Einlassende des Rohrsatzes 12, der auf der stromabwärts liegenden Seite davon angeordnet ist.
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Das dritte Sammelteil 33 ist ein Gehäuse mit einer im Wesentlichen halbzylindrischen Außenform, wobei beide Enden verschlossen sind. Das dritte Sammelteil 33 leitet das Fluid, welches aus dem Auslassende des Rohrsatzes 12, welcher von der stromaufwärts liegenden Seite an dritter Stelle angeordnet ist, strömt, zu dem Einlassende des Rohrsatzes 12, welcher auf der stromabwärts liegenden Seite davon angeordnet ist, und führt das Fluid, welches aus dem Auslassende des selben Rohrsatzes 12 ausströmt, über einen Auslass eines zweiten Fluids 36 an die Außenseite. In dem dritten Sammelteil 33 ist eine Sperrwand 37 vorgesehen, um eine Vermischung zwischen dem Fluid, welches zu dem Einlassende des Rohrsatzes 12, der von der stromaufwärts liegenden Seite aus an vierter Stelle angeordnet ist, geführt wird, und dem Fluid, das aus dem Auslassende des selben Rohrsatzes 12 ausströmt, zu verhindern.
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In jedem der Rohrsätze 12 sind mehrere (vier in dieser Ausführungsform) U-förmige Rohre 24 mit geraden Abschnitten der selben Länge und Umkehrabschnitten mit unterschiedlichen Radien in derselben Ebene derart ausgelegt, dass die U-förmigen Rohre 24 mit kleineren Radien auf der Innenseite und die U-förmigen Rohre 24 mit größeren Radien auf der Außenseite angeordnet sind, und mehrere (21 in dieser Ausführungsform) Sätze dieser Anordnung sind derart angeordnet, dass sie in der zu dieser Ebene senkrechten Richtung gestapelt sind.
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Ein bestimmter Zwischenraum ist zwischen den U-förmigen Rohren 24, welche innerhalb derselben Ebene ausgelegt sind, und zwischen den U-förmigen Rohren 24, die in der zu der Ebene senkrechten Richtung gestapelt sind, vorgesehen, damit Fluid, welches von dem Einlass eines ersten Fluids 21 in Richtung dem Auslass eines ersten Fluids 22 strömt, durch diese Zwischenräume passiert.
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Ferner bezeichnet das Referenzzeichen 38 in 3 eine Luke für Inspektionsarbeiten.
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Bei dem Wärmetauscher 10 gemäß dieser Ausführungsform sind die U-förmigen Rohre 24 nur an einer einzigen Seite derselben an den Rohröffnungen fixiert, welche in der Rohrplatte 23 vorgesehen sind, durch welche beide Enden der U-förmigen Rohre 24 eingeführt sind.
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Dies lässt eine thermische Ausdehnung der U-förmigen Rohre 24 in der Längsrichtung zu, was dem Verhindern von einer Beschädigung der U-förmigen Rohre 24 dient.
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Ferner sind in dem Wärmetauscher 10 gemäß dieser Ausführungsform der Einlass eines ersten Fluids 21 und der Auslass eines ersten Fluids 22 miteinander über einen einzigen Weg verbunden, nämlich dem ersten Strömungsweg 25, der sich in einer geraden Linie von dem Einlass eines ersten Fluids 21 zu dem Auslass eines ersten Fluids 22 erstreckt.
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Somit kann ein Druckverlust in dem ersten Strömungsweg 25 reduziert werden. Des Weiteren ist es möglich, eine große Menge Fluid über den ersten Strömungsweg 25 strömen zu lassen. Das dient einer Verbesserung der Wärmeaustauscheffizienz.
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Des Weiteren ist in dem Wärmetauscher 10 gemäß dieser Ausführungsform der Raum S durch die erste Trennplatte 26 und das Gehäuse 11 außerhalb des ersten Strömungswegs 25 ausgebildet. Das Fluid, welches den ersten Strömungsweg 25 passiert, strömt in diesen Raum S über die Zwischenräume, die zwischen den Innenumfangsoberflächen der Rohröffnungen und den Außenumfangsoberflächen der U-förmigen Rohre 24 vorgesehen sind, und bewirkt, dass ein Teil des Fluides, welches den ersten Strömungsweg 25 passiert, in dem Raum S stagniert.
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Somit wirkt das Fluid, welches sich in dem Raum S befindet, als eine wärmeisolierende Schicht. Das dient dazu, die Temperatur des Fluides, welches den ersten Strömungsweg 25 passiert, aufrechtzuerhalten, was einer noch weiteren Verbesserung der Wärmeaustauscheffizienz dient.
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Des Weiteren wird in dem Wärmetauscher 10 gemäß dieser Ausführungsform das Fluid, welches einen Wärmeaustausch mit dem Fluid, welches den ersten Strömungsweg 25 passiert, ausgesetzt war, während es durch einen Rohrsatz 12 passierte, der auf der stromaufwärts liegenden Seite angeordnet ist, zu dem Rohrsatz 12 geleitet, welcher auf der stromabwärts liegenden Seite davon angeordnet ist, damit das Fluid danach einem Wärmeaustausch mit dem Fluid, welches den ersten Strömungsweg 25 passiert, ausgesetzt ist. Dies dient einer noch weiteren Verbesserung der Wärmeaustauscheffizienz.
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Des Weiteren sind in dem Wärmetauscher 10 gemäß dieser Ausführungsform die Enden der U-förmigen Rohre 24 an der Rohrpatte 23 nur durch Rohraufweitung, ohne die Anwendung von Schweißen, fixiert.
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Somit muss die Kombination des Materials der Rohrpatte 23 und des Materials der U-förmigen Rohre 24, welche beim Schweißen zu berücksichtigen ist, hier nicht berücksichtigt werden, was eine freie Wahl des Materials der Rohrplatte 23 und des Materials der U-förmigen Rohre 24 zulässt.
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Dadurch, dass die Solarwärme-Gasturbine GT gemäß dieser Ausführungsform als den Zwischenerhitzer 5 den Wärmetauscher 10, der eine thermische Ausdehnung der U-förmigen Rohre 24 in der Längsrichtung erlaubt, was dazu dient, eine Beschädigung der U-förmigen Rohre 24 zu verhindern, umfasst, kann die Zuverlässigkeit der Solarwärme-Gasturbine GT verbessert werden.
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Ferner kann dadurch, dass die Solarwärme-Gasturbine GT gemäß dieser Ausführungsform als den Zwischenerhitzer 5 den Wärmetauscher 10 mit einer hohen Wärmeaustauscheffizienz umfasst, ist es möglich, die Temperatur des kompressiblen Arbeitsfluids, welches in die Turbine 3 eingebracht wird, zusätzlich zu erhöhen. Das dient einer Verbesserung der Kreislaufeffizienz des Wärmekreislaufs.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und geeignete Modifikationen und Alternativen können eingebracht werden, wenn sie benötigt werden.
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Beispielsweise ist, obwohl die oben beschriebene Ausführungsform die vier Rohrsätze 12 als ein spezifisches Beispiel umfasst, die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und die Anzahl der umfassten Rohrsätze kann zwei, drei oder fünf oder mehr sein.
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Des Weiteren ist, obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der Auslass eines zweiten Fluids 36 an der Seite des Einlass eines ersten Fluids 21 vorgesehen ist und der Einlass eines zweiten Fluids 34 an der Seite des Auslass eines ersten Fluids 22 vorgesehen ist, die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und der Einlass eines zweiten Fluids 34 kann auf der Seite des Einlass eines ersten Fluids 21 vorgesehen sein und der Auslass eines zweiten Fluids 36 kann auf der Seite des Auslass eines ersten Fluids 22 vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kompressor
- 3
- Turbine
- 5
- Zwischenerhitzer
- 10
- Wärmetauscher
- 11
- Gehäuse
- 12
- Rohrsätze
- 21
- Einlass eines ersten Fluids
- 22
- Auslass eines ersten Fluids
- 23
- Rohrplatte
- 24
- U-förmige Rohre
- 25
- Erster Strömungsweg
- 26
- Erste Trennplatte (Trennplatte)
- 31
- Erstes Sammelteil (Sammelteil)
- 32
- Zweites Sammelteil (Sammelteil)
- 33
- Drittes Sammelteil (Sammelteil)
- GT
- Solarwärme-Gasturbine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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