DE3037574A1

DE3037574A1 - Sonnenkollektoranlage

Info

Publication number: DE3037574A1
Application number: DE19803037574
Authority: DE
Inventors: Johann 8060 Dachau Lorenz; Jörg Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Siemer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1980-10-04
Filing date: 1980-10-04
Publication date: 1982-07-22

Description

Sonnenkollektoranlage
Die Erfindung bezicht sich auf eine Sonnenkollektoranlage zur Umwandlung von Strahlenenergie in elektrische Energie, bestehend aus einen Gehäuse, einem ein Arbeitsinedium rfihrenden Absorber, einer vom Arbeitsmedium angetriebenen Turbine, sowie einem mit der Turbine gekoppelten Generator und einem Kompressor.
Anlagen dieser Art werden zur Erlangung hoher Leistungen auf Türmen errichtet, von wo aus der Absorber die durch Reflektoren gebündelte Strahlenenergie aufnimmt. Die dabei auf den Absorber stellenweise stark konzentriert beaufschlagende Strahlung kann aber lokale Beschädigungen des Absorbers durch überhitzung der sogenannten bei spots hervorrufen. Eine Methode, diesen Nachteil zu beheben, besteht darin, den Absorber während der Energieaufnahme rotieren zu lassen, so daß die Energieaufnahme über eine relativ große Fläche des Absorbers erfolgt.
Bei den als Kraftwerk arbeitenden Anlagen bereitet eine derartige Maßnahme jedoch größere technische Schwierigkeiten. Bei solchen Anlagen besteht der Absorber aus einem Rohrbündel, in dem das Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, erhitzt und der Turbine zugeführt wird, wobei erhebliche Abdichtungsprobleme auftreten, da das erhitzte Medium aus den rotierenden Rohren zur feststehenden Maschine geleitet werden muß.
Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Erlangung eines hohen Wirkungsgrades und Vermeidung von Absorberschäden durch Überhitzung fertigungstechnisch einfach herstellbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Absorber mit der Turbine und dem Kompressor eine Baueinheit bildet, die in einer stationären Vorrichtung drehbar gelagert ist.
Hierdurch ist es möglich, mit einfachen Konstruktionen den Absorber drehbar zu lagern und dabei gleichzeitig alle Dichtungsprobleme zwischen Turbine und Absorberrohren automatisch aufzuheben. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die aufgenommene Wärmeenergie nahezu an Ort des Entstehens in mechanische Energie umgesetzt werden kann, wodurch ein günstiger Wirkungsgrad erzielt wird.
Durch die Rotation des Absorbers kann außerdem die Absorberfläche verringert werden, da durch Verminderung der überhitzungseinflüsse die spezifische Wärmebelastung heraufgesetzt werden kann, was einer Verringerung der Absorberfläche gleichkommt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Absorber ringförmig ausgebildet ist und von der konzentrisch darin angeordneten Turbine getragen wird.
Hierdurch wird eine kompakte bauw'jise erreicht, bei deLw ein kürzester Weg des Arbeitsmediums zwischen Absorber und Turbine gewährleistet ist. Das mit dem Absorber starr verbundene Turbinengehäuse kann dabei in einer ganz einfachen und üblichen Art an einer stationären Vorrichtung gelagert werden, ohne daß'dafür besondere Vorkehrungen notwendig sind. Die stationäre Vorrichtung kann vorteilhaft die Stirnseite eines die Anlage tragenden Turmes sein.
Eine derartige Baueinheit eignet sich insbesondere für eine Gasturbine im offenen Prozeß, bei der mit dem Kompressor Luft aus der Umgebung angesaugt und unter Druck in die Absorberrohre geleitet wird, in denen das Gas erhitzt, zur Turbine weitergeleitet und schließLich wicder ari dit Umgebung abgeführt wird. Eine derartige Vorrichtung kann mit einfachen technischen Mitteln auf einem hohl ausgestalteten sogenannten Solar-Turrn angebracht werden, indem die Turbine und der Kompressor axial hintereinander und mit vertikal verlaufender Drehachse angeordnet sind derart, daß die Drehachse auf der Turmachse liegt, die gleichzeitig die Drehachse für das Turbinengehäuse und den Absorber darstellt. In dieser Anordnung ist es zweckmäßig, den Kompressor im unteren Teil der Baueinheit vorzusehen, wobei die Frischluft aus dem mit Seitenbohrungen versehenen Hohlturm herangesaugt wird. Dieses hat den Vorteil, daß der dabei entstehende Luftstrom gleichzeitig zur Kühlung eines unterhalb des Kompressors angeordneten Gcnerator>s dient.
In der Zeichnung ist ein Beispiel gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
Auf einem Turm 10 ist eine Sonnenkollektoranlage 11 angeordnet, die im wesentlichen aus einem Absorber 12, einer Turbine 13, einem Kompressor bzw. Verdichter 14 und einem Generator 15 besteht. Der als ein konischer Ring ausgebildete Absorber 12 enthält an seiner Mantelfläche parallel zueinanderliegende Absorberrohre 17, die über Sammelleitungen 18 und 19 miteinander verbunden sind. Zuleitungen 20 und 21 verbinden den Ringabsorber 12 mit einem Gehäuse 22, das die Turbine 13 und den Verdichter 14 umschließt.
Die Turbine 13, der Verdichter 14 und der Generator 15 sind koaxial untereinander angeordnet derart, daß der Generator 15 innerhalb des Turmes 12 zu liegen kommt und daß der Verdichter 14 zwischen dem Generator 15 und der Turbine 13 angeordnet ist. Damit befindet sich der an Turm befestigte Generator 15 in einem vom Wetter geschtitzten Teil der Anlage und außerdem in einer für die weiteren Anschlüsse günstigen Lage. Die als Arbeitsmedium dienende Luft wird vom Kompressor 14 über Durchbrüche 25 im Turm 10 angesaugt und in die Kaltzuführleitungen 20 eingeführt. Dabei umspült die im Hohlraum 27 des Turmes 10 durchströmende Luft den Generator 15, der dadurch gleichzeitig gekühlt wird. Die gemeinsame Welle 28 der Turbine 13, des Verdichters 14 und des Generators 15 ist mittels Lagern 29 im Gehäuse 22 festgehalten. Selbstverständlich sind auch Ausführungen mit getrennten Wellen für eine oder mehrere Baugruppen sowie Ausführungen mit zumindest teilweise horizontal liegenden Drehachsen möglich.
Der mit dem Gehäuse 22 starr verbundene Absorber 12 ist seinerseits am oberen Ende 30 des Turmes 10 ebenfalls drehbar gelagert. Eine mit einer Antriebseinheit 33 gesteuerte Drehung des Absorbers 12 mit geringer Geschwindigkeit verändert kontinuierlich die von den konzentrierten Strahlenbündel 32 beaufschlagte Absorberfläche. Damit wird verhindert, daß das Absorbermaterial stellenweise überhitzt, und daß damit die Anlage beschädigt wird.
Die vom Kompressor 14 angesaugte und verdichtete Luft wird über die Leitungen 20 und das Sammelrohr 18 in die Absorberrohre 17 geleitet, in denen sie die in Wärmeenergie umgewandelte Strahlenenergie aufnimmt. Das erhitzte Arbeitsmedium strömt dann über die Heißgasleitungen 21, um schließlich unter Expansion die Turbine 13 anzutreiben und die Wärmeenergie in mechanische bzw. über den Generator 15 in elektrische Energie umzuwandeln.
L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c 11 e S Sonnellkollektoranlage zur Umwandlung von Strahlenenergie in elektrische Energie, bestehend aus einem ein Arbeitsmedium führenden Absorber, einer vom Arbeitsmedium angetriebenen Turbine, sowie einem mit der Turbine gekoppelten Generator und einem Kompressor, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (12) mit der Turbine (13) und dem Kompressor (14) eineBaueinheit (11) bildet, die in einer stationären Vorrichtung (10) drehbar gelagert ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (12) ringförmig ausOebildet ist und die Turbine (13) konzentrisch umgibt.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (13), der Kompressor (14) und der Generator (15) eine gemeinsame Welle (28) haben.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (11) mit vertikaler Drehachse ausgerichtet ist und mit einem L&£rer (30) versehen ist, das auf dem Stirnende eines Hohlturmes (10) vorgesehen ist.