DE2939416A1

DE2939416A1 - Sonnenturmkraftwerk

Info

Publication number: DE2939416A1
Application number: DE19792939416
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Finckh
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2939416C2

Description

Sonnenturmkraftwerk
Im Hauptpatent . ... ... (Anm. P 29 37 529.9) wird für ein Sonnenturmkraftwerk mit einem Feld von Spiegeln, die um den Fuß eines Turmes herum angeordnet sind, der an seinem oberen Ende einen Hohlraum-Solarerhitzer trägt, welcher durch die vom Spiegelfeld reflektierte und konzentrierte Strahlung durch eine Einstrahlungsöffnung in einer Wand des Hohlraumes aufgeheizt wird und zur Nutzung der Strahlungswärme an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist, vorgeschlagen, daß dem Rand der Einstrahlungsöffnung ein berohrter Strahlungswärmetauscher zugeordnet ist, der an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist und dessen dem Spiegelfeld zugekehrte Oberfläche auf der Außenseite der Wand des Hohlraumes liegt. Damit soll der Wirkungsgrad des Sonnenturmkraftwerkes verbessert werden, weil auch die über den Querschnitt der Einstrahlungsöffnung hinausreichende Reflexionsstrahlung ausgenutzt wird, die sonst nutzlos oder sogar störend huber den Rand der Einstrahlungsöffnung hinausgeht.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung des Sonnenturmkraftwerkes nach dem Hauptpatent mit dem Ziel, eine besonders einfache und damit kostengünstige Form für den Strahlungswärmetauscher zu finden.
Gemäß der Erfindung ist der Strahlungswärmetauscher in Form eines Polygons mit mindestens 6 Ecken ausgeführt und aus geradlinigen Rohren zusammengesetzt. Er kann also ohne den sonst notwendigen Aufwand für das Biegen der Rohre hergestellt werden. Außerdem wird damit die Gefahr von Lecks vermieden, die etwa beim Biegen durch Fehlstellen an Rohrnähten zustande kommen können.
Die geradlinigen Rohre sind lediglich auf die gewtizischten Abmessungen zu bringen und dann miteinander zu verbinden. Dies geschieht insbesondere durch Schweißen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei parallel zueinander liegende polygonförmige Rohranordnungen als Sammelleitungen vorgesehen, zwischen denen quer zu den Sammelleitungen verlaufende Heizrohre angeordnet sind. Auf diese Weise entstehen Rohrbündel, deren Hauptrichtung quer zum Rand der Einstrahlungsöffnung verläuft. Es ist aber auch möglich, daß die Rohre des Strahlungswärmetauschers mäanderförmig verlaufend die einzelnen Seiten des Polygons bilden.
Zur Abschirmung des Sonnenturmkraftwerkes gegen die über den Querschnitt der Einstrahlungsöffnung hinausgehende Reflexionsstrahlung kann es durchaus vorteilhaft sein, daß mehrere ein Polygon bildende Rohranordnungen in verschiedenen Lagen und mit gegeneinander versetzten Ecken vorgesehen sind. Dabei wird man meist schon mit zwei Lagen solcher Rohre auskommen, insbesondere dann, wenn den Rohren Rippen oder ähnliche flächenhafte Elemente zur Verbesserung der Verwertung der Strahlungswärme zugeordnet sind.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigen Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Sonnenturmkraftwerkes nach dem Hauptpatent, Fig. 2 einen Strahlungswärmetauscher mit quer zur Einstrahlungsöffnung verlaufendem polygonalem Rohrbündel, Fig. 3 einen Strahlungswärmetauscher mit einem längs des Randes der Einstrahlungsöffnung verlaufenden polygonalen Rohrbündel.
Das in Fig. 1 dargestellte Sonnenturmkraftwerk umfaßt einen Turm 1, der sich zum Beispiel um mindestens vierzig Meter über den Erdboden 2 erhebt. Der Turm 1 trägt an seinem oberen Ende 3 einen oder mehrere Hohlraum-Solarerhitzer 4 und 5. Die Solarerhitzer sind im Prinzip Bunde flächenhaft verteilter Rohre, die Sonnenwärme aufnehmen und an ein die Rohre durchströmendes Kühlmittel abgeben. Zu diesem Zweck sind die Solarerhitzer in Parallelschaltung an die Druckleitung 6 eines Kompressors 7 angeschlossen, der beim Ausführungsbeispiel Luft als Kühlmittel fördert.
Der Kompressor 7 ist über eine Welle 8 mit einer Gasturbine 9 verbunden. Zu dieser führen die HeiBgasleitungen 11 und 12 der beiden Solarerhitzer 4 und 5.
Das daraus austretende und die Gasturbine 9 antreibende heiße Gas (Luft) passiert im Verlauf seines Gaskreises 13 nach der Gasturbine 9 einen Dampferzeuger 14 eines Dampfkreislautes 15, bevor es huber einen Abluftkamin 16 aus der Kammer 3 austritt. Der Gaskreislauf 13 schließt sich dann über die freie Atmosphäre, aus der der Kompressor 7 ansaugt.
Von dem Dampfkreislauf 15 ist zu sehen, daß die von dem als Dampferzeuger dienenden Wärmetauscher 14 nach unten führende Frischdampfleitung an einer am Erdboden 2 angeordneten Dampfturbine 17 endet. Aus dieser austretender Dampf wird mit einer Leitung 18 in einen Trockenkühlturm 19 geführt, der mit dem Turm 1, als Ausführungsbeispiel dargestellt, baulich vereinigt ist.
Dort kondensiert das Ktlhimittel und gelangt als Speisewasser wieder zum Wärmetauscher 14. Das Sonnenturmkraftwerk kann aber auch mit einem gesondert errichteten Kühlturm ausgerüstet werden.
Sowohl die Gasturbine 9 als auch die Dampfturbine 17 treiben Jeweils einen Generator 21 bzw. 20 zur Erzeugung elektrischer Leistung an.
Die Solarerhitzer 4 und 5 werden von zwei symmetrischen Spiegelfeldsegmenten beaufschlagt, die am Fuß des Turmes 1 angeordnet sind. Davon sind in Fig. 1 nur für ein Spiegelfeldsegment 23 die schematisch dargestellten Einzelspiegel 24, 25, 26 gezeichnet, welche die parallel einfallenden Sonnenstrahlen 27 als gebündelt Reflexionsstrahlung 28 durch eine Einstrahlungsöffnung 29 in einer Hohlraumwand 30 auf den Solarerhitzer 4 richten. Eine gleichermaßen gebündelte Reflexionsstrahlung 32 beaufschlagt durch eine zweite Einstrahlungsöffnung 33 den Solarerhitzer 5.
Die Fig. 2 zeigt vereinfacht die Einstrahlungsöffnung 29 und den an dem Rand 38 der Einstrahlungsöffnung angeord, neten Strahlungswärmetauscher 50 in Form eines Polygons.
Die Fläche des Wärmetauschers ist durch zwei Sammelleitungen 51 und 52 in Form regelmäßiger Achtecke bestimmt, die konzentrisch zueinander liegen. Zwischen den Sammelleitungen 51, 52 verlaufen rechtwinklig zu den jeweiligen Abschnitten Heizrohre 53, die den Abstand zwischen den Sammelleitungen 51, 52 überbrücken. Die Heizrohre 53 werden von den Sammelleitungen 52 her mit einem Kühlmittel, zum Beispiel Wasser beaufschlagt, das über eine Zuleitung 55 eintritt. Aus der Sammelleitung 52 verläßt das erwärmte, gegebenenfalls verdampfte Wasser den Strahlungswärmetauscher 50 über eine Ableitung 56.
Bei dem insgesamt 6-eckigen Strahlungswärmetauscher 50' nach Fig. 3 bestehen die einzelnen Abschnitte 60 bis 65 aus mäanderförmig verlaufenden, geradlinigen Rohrstücken 66. Daraus ergibt sich eine längs des Randes 38 der Einstrahlungsöffnung 29 verlaufende Hauptrichtung der Rohre 66. Die Rohre 66 liegen insgesamt in einer ersten Lage, die zum Beispiel mit der Ebene der Einstrahlungs-Öffnung 29 zusammenfallen kann. Zur besseren Abdeckung des Randes der Einstrahlungsöffnung 29 kann man darüber oder darunter ein zweites, vorzugsweise gleiches Polygon aus Rohren 66' vorsehen, das gegenüber dem ersten Polygon um 300 winkelverschoben angeordnet ist.
4 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite

Claims

PatentansrUche 4 Sonnenturmkraftwerk mit einem Feld von Spiegeln, die um den Fuß eines Turmes herum angeordnet sind, der an seinem oberen Ende einen Hohlraum-Solarerhitzer trägt, welcher durch die vom Spiegelfeld reflektierte und konzentrierte Strahlung durch eine Einstrahlungsöffnung in einer Wand des Hohlraumes auigeheizt wird und zur Nutzung der Strahlungswärme an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist, wobei dem Rand der Einstrahlungsöffnung ein berohrter Strahlungsvärmetauscher zugeordnet ist, der an einen Ktihlmittelkreislauf angeschlossen ist und dessen dem Spiegelfeld zugekehrte Oberfläche auf der Außenseite der Wand des Hohlraumes liegt, nach Patent . ... ...

(Anm. P 29 37 529.9), d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Strahlungswärmetauscher (50) in Form eines Polygons (51, 52) mit mindestens 6 Ecken ausgeführt und aus geradlinigen Rohren zusammengesetzt ist.
2. Sonnenturmkraftwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwei parallel zueinander liegende polygonförmige Rohranordnungen als Sammelleitungen (51, 52) vorgesehen sind, zwischen denen quer zu den Selleitungen (51, 62) verlaufende Heizrohre (53) angeordnet sind.
3. Sonnenturmkraftwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rohre (66) des Strahlungswärmetauschers (50') mäanderförmig die einzelnen Seiten des Polygons bilden.
4. Sonnenturmkraftwerk nach Anspruch 1. 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, daß mehrere ein Polygon bildende Rohranordnungen (66, 66') in verschiedenen Lagen und mit gegeneinander versetzten Ecken vorgesehen sind.