DE3042557C2 - Wärmetauscher, insbesondere für Sonnenkraftwerke - Google Patents
Wärmetauscher, insbesondere für SonnenkraftwerkeInfo
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Description
im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist
Derartige Wärmetauscher dienen der Übertragung von Wärme aus Wärmestrahlung oder aus einem
Verbrennungsprozeß an ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeträgermedium, welches die aufgenommene Wär
me zur weiteren Verwendung, beispielsweise zum
Antrieb einer Turbine, weitertransportiert Zur Verbesserung des thermodynamischen Prozeßwirkungsgrades
werden möglichst hohe Temperaturen des Wärmeträgermediums am Ausgang des Wärmetauschers in der
Größenordnung zwischen 1200 und 1600 K angestrebt,
jedoch ergeben sich dabei erhebliche Materialprobleme. In Sonnenkraftwerken sind in der Regel Wärmetauscher vorgesehen, in denen die Temperaturen des
Wärmeträgermediums 1000 K nicht überschreiten. Bei
einem solchen Wärmetauscher lassen sich metallische
Werkstoffe für die Konstruktion des Wärmetauschers einsetzen. Bei Steigerung der Temperatur des Wärmeträgermediums sind jedoch diese metallischen Werkstoffe nicht mehr zur Konstruktion des Wärmetauschers
geeignet
Ein geeignetes Material für den Aufbau von Hochtemperaturwärmetauschern wäre Keramik. Dies
ist auch bereits in Einzelfällen vorgeschlagen worden (pE-Gbm 19 96 600, DE-AS 12 02 426). Jedoch ergibt
sich hier die Schwierigkeit, daß keramische Werkstoffe
in herkömmlichen Konstruktionen stark auf Zug beansprucht werden, so daß eine sehr geringe
Zuverlässigkeit der Keramikstruktur zu erwarten ist Keramische Werkstoffe sind bekanntlich auf Zug nur
wenig belastbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art derart
zu verbessern, daß ein keramischer Werkstoff so eingesetzt wird, daß dieser nicht oder nur gering auf Zug
beansprucht wird und daß die Außenwand des Wärmetauschers so abgeschirmt wird, daß herkömmliche Materialien eingesetzt werden können, die auf Zug
beansprucht werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der
eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die
im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst.
Dieser erfindungsgemäße Aufbau, bei dem kerami-
scher Werkstoff an der Innenseite des im Querschnitt ringförmigen Wärmetauschers vorgesehen ist, gewährleistet,
daß der keramische Werkstoff vorwiegend auf Druck belastet wird. Die schichtweise Anordnung des
Wärmeträgermedien-Leitungssystems sichert eine einwandfreie
Abschirmung des auf hoher Temperatur befindlichen Innenraums des Wärmetauschers gegenüber
der Außenwand, so daß an der Außenwand herkömmliche Mittel zur Aufnahme von Zugbelastungen
angeordnet sein können, beispielsweise Bandagen aus Stahl oder aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest der der
Wärmequelle zugewandte Teil der Wandung aus - keramischen Hohlblocksteinen aufgebaut ist, deren
Hohlräume mit den Hohlräumen benachbarter Hohlblocksteine unter Ausbildung durchgehender Strömungskanäle
ausgerichtet sind.
Diese Ausgestaltung ermöglicht insbesondere bei . Wärmetauschern mit großen Abmessungen einmal
einen besonders einfachen Aufbau des der Wärmequelle zugewandten Bereichs der Wandung, zum anderen
erhält man auf einfachste Weise Strömungskanäle für das Wärmeträgermedium, die im wesentlichen parallel
zur Innenwand des Wärmetauschers verlaufen und somit die durch die Innenwand übertragene Wärme
optimal aufnehmen können.
Vorteilhaft ist es, wenn die Hohlblocksteine in radialer Richtung mehrere voneinander getrennte
Hohlräume aufweisen, so daß insgesamt mehrere Strömungskanäle in unterschiedlichem Abstand vrn der
Wärmequelle ausgebildet sind. Dadurch wird die Stabilität des aus Hohiblocksteinen bestehenden Bereichs
der Wandung erhöht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß an dem der Wärmequelle
zugewandten, massiven Wandteil der Wandung aus keramischem Material als Versteifung radial nach außen
abstehende Rippen angeformt sind. Zur Vergrößerung der Wärmetauscherfläche und zur Vergleichmäßigung
der Wandungstemperaturen umgeben diese den massiven Wandteil vorzugsweise schraubenförmig.
Die Zwischenräume zwischen diesen Rippen bilden vorzugsweise die Strömungskanäle für das Wärmeträgermittel
auf dem höchsten Temperaturniveau.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß sich radial außerhalb des Bereichs der Hohlblocksteine bzw. der
Rippen Hohlräume in der Wandung befinden, die durch Trennwände derart in Strömungskanäle für das
Wärmeträgermedium unterteilt sind, daß dieses nacheinander Bereiche der Wandung durchströmt, die
zunehmend näher an der Wärmequelle liegen. Diese Ausgestaltung führt zu einem Temperaturgefälle von
der Innenseite zur Außenseite des Wärmetauschers. Durch den speziellen Aufbau beaufschlagt das Wärmeträgermedium
die Trennwände auf beiden Seiten. Dadurch haben diese nur selbsttragende Funktion und
können daher als extremer Leichtbau ausgeführt werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, daß die Wandung an den Stirnseiten
mittels eines Deckels verschlossen ist und daß die gegenüberliegenden Deckel im Bereich der Wandungsinnenseite
stark und in den weiter außen liegenden Bereichen weniger stark gegeneinander verspannt sind.
Auf diese Weise bildet die Anlage des Deckels an der Innenseite der Wandung praktisch ein festes Lager,
während an der Außenseite eine Relativbewegung zwischen Deckel und Wandung möglich ist, so daß
unterschiedliche Temperaturausdehnungen ohne Aufbau von Spannungen realisiert werden können,
s Insbesondere bei der Ausführung der Abdichtung ist dabei von Vorteil, daß im Bereich der hohen
Temperaturen an der Innenseite keine Gleitdichtung vorgesehen werden muß, sondern eine feste, unverschiebliche
Dichtung erfolgen kann,
ίο Insbesondere bei Wärmetauschern mit kleinen Durchmessern kann vorgesehen sein, daß ein kuppeiförmiger Deckel als Sammler für das nach dem Durchströmen der Wandung aufgeheizte Wärmeträgermedium ausgebildet ist und dazu einerseits mit den einzelnen Strömungskanälen und andererseits mit einer Abzugleitung für das Wärmeträgermedium verbunden ist.
ίο Insbesondere bei Wärmetauschern mit kleinen Durchmessern kann vorgesehen sein, daß ein kuppeiförmiger Deckel als Sammler für das nach dem Durchströmen der Wandung aufgeheizte Wärmeträgermedium ausgebildet ist und dazu einerseits mit den einzelnen Strömungskanälen und andererseits mit einer Abzugleitung für das Wärmeträgermedium verbunden ist.
Die vorstehend beschriebenen Lösungen eignen sich bevorzugt für ein gasförmiges Wärmträgermedium. Für
gasförmige und flüssige Wärmeträgermedien ist es vorteilhaft, wenn das Leitungssystem für das Wärmeträgermedium
durch ein Rohrsystem gebildet ist, welches mehrere Lagen bildet, die vom Wärmeträgermedium
sukzessive von außen nach innen durchströmt werden, und wenn das Rohrsystem sich in einem
Hohlraum der Wandung befindet, der mit einem Druckmittel gefüllt ist, dessen Druck ungefähr so groß
ist wie der Druck des Wärmeträgermediums im Innern des Rohrsystems. Auf diese Weise werden in den
Wänden des Rohrsystems keine großen Spannungen auftreten, da die Drücke im Innern und im Äußeren der
Rohre sich ausgleichen. Dies ermöglicht z.B. die Verwendung von keramischem Werkstoff für dieses
Rohrsystem.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wandung in ihrem der Wärmequelle abgewandten Bereich zur
Aufnahme von Zugkräften mit einer Stahlarmierung versehen ist oder eine Schicht aus einem faserverstärkten
Verbundwerkstoff umfaßt
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion ist darin zu sehen, daß die der
Wärmequelle zugewandte Innenwand des Wärmetauschers eine geeignete Strukturierung zur Optimierung
des Wärmeüberganges aufweisen kann, beispielsweise Vorsprüngfc, Noppen oder dergleichen. Da die innere
Schicht aus keramischem Werkstoff nicht auf Zug, sondern auf Druck belastet wird, können solche Kerben
etc. nicht zu einer Beschädigung der Innenwand führen. Es läßt sich also die Innenwand für die Wärmeübertragung
optimal ausgestalten.
Wärmetauscher der beschriebenen Art finden bevorzugt Verwendung bei Sonnenkraftwerken, bei denen die
Sonnenstrahlung in das Innere der Wärmetauscher fokussiert wird. Es ist jedoch ohne weiteres auch
möglich, Wärmetauscher dieser Art im Zusammenhang mit anderen Wärmequellen einzusetzen, beispielsweise
mit Verbrennungswärmequellen oder dergleichen. Das erfindungsgemäße Prinzip läßt sich auch bei Brennkammerkonstruktionen
anwenden, wobei in diesem Fall das Wärmeträgermedium die spätere Verbrennungsluft
ist, die vorgewärmt wird.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang
mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt
F i g. 1 eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines aufgebrochenen Wärmetauschers gemäß der Erfindung;
F i g. 2 eine Ansicht ähnlich F i g. 1 des oberen Teils
F i g. 1 eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines aufgebrochenen Wärmetauschers gemäß der Erfindung;
F i g. 2 eine Ansicht ähnlich F i g. 1 des oberen Teils
• einer abgewandelten Ausführungsform eines Wärmetauschers;
F i g. 3 einen Hohlblockstein aus keramischem Werkstoff, wie er zum Aufbau der Wandung eines
Wärmetauschers Verwendung finden kann;
Fig.4 eine radiale Teilschnittansicht eines ersten
Ausfühningsbeispiels eines Wärmetauschers;
F i g. 5 eine schaubildliche Ansicht eines Umlenkelementes zur Verwendung in dem Wärmetauscher der
Fig.4; ίο
Fig.6 eine Ansicht ähnlich Fig.4 eines weiteren
bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Wärmetauschers;
F i g. 7 eine Teilschnittansicht eines in einer Axialebene geschnittenen Wärmetauschers gemäß F i g. 6 und ι s
F i g. 8 eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers mit schraubenförmig angeordneten Rippen.
Der grundsätzliche Aufbau eines Wärmetauschers ergibt sich aus der vereinfachten Darstellung der F i g. 1.
Der im Querschnitt kreisringförmige Wärmetauscher umgibt einen zylindrischen Innenraum 1, in dem die zu
übertragende Wärme bereitgestellt wird, beispielsweise durch Fokussierung von Sonnenstrahlung oder durch
Einleiten heißer Brenngase etc. Der Wärmetauscher umgibt den Innenraum 1 mit einer kreiszylindrischen
Wandung 2, die zumindest in dem dem Innenraum 1 zugewandten Bereich aus einem keramischen Werkstoff
besteht Die dem Innenraum 1 zugewandte Innenwand 3 steht dabei unter einem radial nach innen gerichteten
Druck.
Im Inneren der Wandung 2 befinden sich eine Vielzahl von Strömungskanälen 4, die in parallel zur
Innenwand 3 angeordneten Schichten derart geführt sind, daß ein durch einen Einlaß 5 eingeleitetes
Wärmeträgermedium diese Schichten nacheinander von außen nach innen durchläuft, bis es durch einen
Auslaß 6 die am nächsten an der Innenwand 3 gelegene Schicht wieder verläßt In dem in F i g. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Einlaß 5 als Ringspalt in dem die Wandung 2 auf der Oberseite stirnseitig verschließenden Deckel 7 und der Auslaß 6 ebenfalls als
Ringspalt in diesem Deckel 7 ausgebildet Der den Einlaß 5 bildende Ringspalt steht auf seiner gesamten
Länge mit einem Zufuhrrohr 8 für das Wärmeträgermedium in Verbindung, der den Auslaß 6 bildende
Ringspalt in gleicher Weise mit einem Sammelrohr 9. Auf diese Weise tritt das zugeführte Wärmeträgermedium durch das Zufuhrrohr 8 über den gesamten Umfang
verteilt in die Strömungskanäle 4 ein und gelangt nach Durchströmen der Strömungskanäle in der Wandung 2 so
ebenfalls längs des gesamten Umfanges der Wandung 2 in das ringförmige Sammelrohr 9, von dem es zur
weiteren Verwendung abgeleitet wird. Der Ringspalt kann durch Stege in Einzelabschnitte unterteilt sein.
Statt das Wärmeträgermedium nach dem Durchströmen der Wandung in einem Sammelrohr 9 zu sammeln,
ist es auch möglich, den Innenraum 1 an der Oberseite mit einem kuppeiförmigen, doppelwandig ausgebildeten
Verschlußteil 10 zu versehen, wie dies in Fig.2
dargestellt ist Bei diesem Ausffihrungsbeispiel steht der Zwischenraum 11 zwischen der Außenwand 12 und der
Innenwand 13 des Verschlußteils 10 einerseits mit dem als Ringspalt ausgebildeten Auslaß 6 im Deckel 7 und
andererseits mit einer Abflußleitung 14 am Scheitel des kuppeiförmigen Verschlußteils 10 in Verbindung, so daß
das aus der Wandung austretende Wärmeträgermedium aus allen Umfangsbereichen des Wärmetauschers der
Abflußieitung 14 zugeführt wird
Die Form der Innenwand 13 wird auf Außendruckbelastung so optimiert daß minimale Zugspannungen
auftreten. Die Außenwand 12 wird zu einer formschlüssig anliegenden Stützstruktur vorteilhafterweise thermisch isoliert Abstrahlverluste können durch Vorwärmen des Wärmeträgermediums und durch Wärmekontakt mit diesem herabgesetzt werden. Dies ist in F i g. 2
nicht eigens dargestellt
Anhand der Fig.3 bis 5 wird im folgenden eine
detailliertere Beschreibung des Aufbaus der Wandung 2 eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gegeben.
Aus der Darstellung der F i g. 4 wird deutlich, daß der
Abschluß der Wandung 2 an der unteren Stirnseite mittels eines Deckels 15 erfolgt der auf einer
ringförmigen Stützkonstruktion 16 aufruht Die Stützkonstruktion 16 ist dabei so breit ausgebildet, daß sie
über die gesamte Breite der Wandung 2 reicht und an der äußeren Seite der Wandung über diese vorsteht Zur
Erzielung einer ausreichenden Steifigkeit ist die Stützkonstruktion 16 als verstärkte Rahmenkonstruktion ausgebildet, deren obere, im wesentlichen plane
Fläche den Deckel 15 trägt
Auf dem Deckel 15 befinden sich in radialer Richtung nebeneinander zwei Reihen aus Umlenkelementen 17,
17a, von denen eines in Fig.5 in perspektivischer Ansicht dargestellt ist Zumindest die radial innen
liegenden Umlenkelemente 17 bestehen aus einem keramischen Werkstoff, grundsätzlich können auch die
außen liegenden Umlenkelemente aus einem keramischen Werkstoff hergestellt sein.
Bis auf geringfügige Unterschiede sind die Umlenkelemente beider Reihen gleich ausgebildet Sie weisen
beide senkrechte Seitenwände 18 und 19 auf, die parallel zueinander verlaufen und entweder als ebene Flächen
ausgebildet sind oder derart daß sie konzentrisch zum Mittelpunkt des zylindrischen Wärmetauschers verlaufenden Kreisbogenabschnitte angepaßt sind.
Zwischen den beiden Seitenwänden befinden sich zwei Umlenkflächen 20 bzw. 21 in Form von
Zylinderflächen, deren gemeinsame Achse an der Oberkante der Umlenkelemente zwischen den beiden
Seitenwänden angeordnet ist Der Radius der äußeren Umlenkfläche ist etwa doppelt so groß wie der Radius
der inneren Umlenkfläche. Die beiden Umlenkflächen
20 und 21 sind an quer zu den Seitenwänden 18 und 19 angeordneten Querwänden 22 und 23 und einer
dazwischen liegenden Querwand 24 gehalten.
21 nach unten abstehende Stützelemente 25 angeformt die ebenso wie die Unterkanten der Seitenwände 18 und
19 auf dem unteren Deckel 15 ruhen (F i g. 4 und 5).
Die innere Seitenwand 18 des inneren Umlenkelementes 17 ist nach unten über den Deckel 15 und die
darunterliegende Stützkonstruktion 16 vorgezogen, so daß sie diese Teile gegenüber dem Innenraum 1 abdeckt
Die Seitenwand 18 weist in diesem Falle einen nach innen ragenden Vorsprung 26 auf (F i g. 4), mit welchem
sich die Seitenwand 18 auf dem unteren Deckel 15 abstützt
Auf die Oberkanten der Umlenkelemente 17 sind auf der dem Innenraum 1 zugewandten Seite Hohlblocksteine 27 aus Keramik aufgesetzt, wie sie in Fig.3
dargestellt sind. Diese Hohlblocksteine sind im wesentlichen quaderförmig aufgebaut und weisen zwischen
ihren Seitenwinden 28, 29 paarweise nebeneinander liegende, in senkrechter Richtung durchgehende öffnungen 30 auf, die durch senkrecht zueinander
verlaufende Stege 31 und 32 voneinander getrennt sind.
Die Seitenwände 28 und 29 können ebenso wie die Seitenwände 18 und 19 der Umlenkelemente entweder
eben sein oder kreisbogenförmig, wobei der Verlauf konzentrisch zur Achse des zylindrischen Wärmetauschers ist.
Die Hohlblocksteine 27 werden in der aus Fig.4 ersichtlichen Weise derart übereinander auf die
Umlenkelemente 17 aufgesetzt, daß ihre Seitenwand 28 mit der Seitenwand 18 des inneren Umlenkelementes 17
fluchtet, während die gegenüberliegende Seitenwand 29 im wesentlichen genau über der Mitte des Umlenkelementes 17 verläuft, d. h. die Tiefe der Hohlblocksteine 27
ist halb so groß wie die Tiefe der Umlenkelemente 17. Auf diese Weise fluchtet die dem Innenraum zugewandte Kante der inneren Umlenkfläche 20 mit dem Steg 32
des darüber angeordneten Hohlblocksteines 27, so daß die Umlenkelemente zusammen mit den Hohlblocksteinen 27 zwei parallele Kanäle 33 und 34 ausbilden, die
ihre Richtung innerhalb der Umlenkelemente 17 um 180° umkehren (F i g. 4). Beide Kanäle 33,34 werden aus
einem gemeinsamen Kanal 36 gespeist
Nachdem sowohl die Hohlblocksteine 27 als auch die darunter angeordneten Umlenkelemente 17 aus Keramik bestehen, bilden deren Seitenwände 18 bzw. 28
gemeinsam die Innenwand 3 der Wandung 2 aus, welche den innen liegenden Kanal 33 gegenüber dem
Innenraum 1 abtrennt
Die Hohlblocksteine 27 werden dabei vorzugsweise so übereinander geschichtet, daß sie in Umfangsrichtung um eine halbe Hohlblocksteinbreite gegeneinander
versetzt sind, so daß das rechte Öffnungspaar eines Hohlblocksteines 27 mit dem linken Öffnungspaar des
darüberliegenden Hohlblocksteines 27 ausgerichtet ist Zur dichten Verbindung werden die Steine entweder
durch geeignete Ausbildung der aneinander liegenden Stirnflächen formschlüssig oder unter Verwendung
eines feuerfesten Kittes dicht miteinander verbunden.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es jederzeit, einzelne
Hohlblocksteine 27 auszutauschen, ohne daß die gesamte Wandstruktar dabei zerstört wird.
Oberhalb der gegenüberliegenden Seitenwand 19 des Umlenkelementes befindet sich eine Trennwand 35, die
parallel zur Innenwand 3 verläuft und vorzugsweise selbsttragend ausgebildet ist Diese formt zusammen mit
der gegenüberliegenden Trennwand, die durch die Seitenwände 29 der Hohlblocksteine gebildet wird,
einen weiteren Kanal 36, der im wesentlichen doppelt so breit ist wie die Kanäle 33 und 34 in den Hohlblocksteinen.
In ähnlicher Weise befindet sich über dem weiter außen liegenden Umlenkelement 17a in dessen Mitte
eine selbsttragende Trennwand 37 und an der äußeren Seite eine Außenwand 38, die in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel vorzugsweise gleichzeitig als thermisch isolierende Schicht ausgebildet ist, d. h. aus einem
thermisch isolierenden Material besteht Diese Wände bilden zwischen sich Kanäle 39 bzw. 40, wobei der Kanal
40 fiber das darunterliegende Umlenkelement mit dem Kanal 39 in Verbindung steht
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Trennwand 35 an
ihrem oberen Ende mit Abstand vom Deckel 7 endet, so daß hier eine Verbindung zwischen dem Kanal 39 und
dem benachbarten Kanal 36 entsteht
Während die Hohlblocksteine 27 und das innere Umlenkelement 17 in jedem Fall aus Keramik bestehen
müssen, ist dies bei den Wänden 35 und 37 und bei dem hinteren Umlenkelement 17a nicht unbedingt notwendig, wenn die Temperatur in diesem Bereich so niedrig
ist, daß auch andere Werkstoffe, beispielsweise Metalle, Verwendung finden können. Selbstverständlich ist aber
auch hier möglich, Keramik als Werkstoff einzusetzen. Auf der Außenseite ist die Außenwand 38 von einer
Schicht 41 umgeben, die geeignet ist, Zugkräfte aufzunehmen. Diese Schicht 41 kann beispielsweise aus
Stahl oder aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff bestehen. Letzterer kann beispielsweise bei der
Montage dadurch aufgebracht werden, daß Fasern in
to Umfangsrichtung auf die Außenwand 38 aufgewickelt und mittels eines geeigneten Matrix-Materials zu einem
Verbundwerkstoff vereinigt werden.
Um die gesamte Konstruktion zu stabilisieren, werden die beiden Deckel 7 und 15 in axialer Richtung
gegeneinander verspannt. Dazu sind an der Außenseite Zuganker 42 vorgesehen, die den über die Außenwand
hervorstehenden Teil der Stützkonstruktion 16 durchgreifen. In gleicher Weise durchgreifen diese Zuganker
radial nach außen vorspringende Teile der oberen
Deckel 7, was in der Zeichnung nicht eigens dargestellt
ist
Die Stützkonstruktion einschließlich der Zuganker 42 kann gegen Wärmeeinstrahlung von außen, wie sie
beispielsweise bei einer Defokussierung der Solarkol
lektoren auftreten kann, durch eine thermische Isolie
rung geschützt sein, welche den gesamten Wärmetauscher in der Art einer Vorhängefassade umgeben kann.
Die Stützkonstruktion 16 ist vorzugsweise so geformt, daß sie im unverspannten Zustand nur im
Bereich des Vorsprungs 26 anliegt, im übrigen Bereich jedoch einen Abstand vom unteren Deckel 15 einnimmt.
Erst durch das Spannen des Zugankers 42 wird die Stützkonstruktion an der Außenseite gegen die
Unterkante der Wandung gespannt, so daß insgesamt
die Spannung zwischen oberem und unterem Deckel im
Bereich der Innenwand 3 wesentlich größer ist als im Bereich der Außenwand 38. Dies führt dazu, daß im
Bereich der Innenwand eine feste Lagerung der Stützkonstruktion gegeben ist, während an der Außen-
•so wand ein Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnung möglich ist
In der Konstruktion tritt ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Luft oder ein anderes Gas durch den
Einlaß 5 in den äußeren Kanal 40 ein und gelangt von
diesem über das äußere Umlenkelement 17a in den
Kanal 39, von diesem in den benachbarten Kanal 36 und von diesem über das innere Umlenkelement 17 in die
beiden Kanäle 33 und 34, wobei der Strom des Wärmeträgermediums durch die innere Umlenkfläche
so 20 in zwei Teilströme unterteilt wird. Nach dem Passieren der Kanäle 33 und 34 tritt das Wärmeträgermedium schließlich durch den Auslaß 6 entweder in das
Sammelrohr 9 oder in den Verschlußteil 10 aus.
Dabei ist wesentlich, daß durch die Anordnung der
Kanäle im Inneren der Wandung 2 in radialer Richtung
mehrere Schichten gebildet werden, die von dem Wärmeträgermedium nacheinander von außen nach
innen durchflossen werden. Dies führt zu einem Temperaturgefälle von der Innenseite zur Außenseite,
so daß die relativ wärmeempfindlichen Materialien an der Außenseite des Wärmetauschers gut geschützt sind.
Im Hochtemperaturbereich an der Innenseite besteht der Wärmetauscher aus keramischem Material, das
diesen hohen Temperaturen standhalten kann.
Selbstverständlich ist die Zahl der Umlenkelemente nicht auf zwei beschränkt, es können mehrere
Umlenkelemente in radialer Richtung hintereinander angeordnet sein, so daß sich eine größere Anzahl von in
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radialer Richtung aufeinanderfolgenden Kanälen ergibt. sind.
an seiner Oberseite abgeschlossen, beispielsweise die äußeren Abschnitte 48 mit dem Einlaß 5 und die
mittels einer gewölbten, isolierenden und gut reflektie- inneren Abschnitte 51 mit dem Auslaß 6 in Verbindung,
renden Keramikplatte. Diese verhindert konvektive 5 so daß das Wärmeträgermedium das Rohrsystem von
wärmetauschende Innenwand 3. Vorzugsweise ist das Rohrsystem aus Keramik
ausführlich beschrieben worden ist, versteht es sich, daß io 44 mit einem Druckmedium gefüllt, beispielsweise mit
auch die oberen Umlenkelemente ähnlich aufgebaut Luft oder einem Inertgas, dessen Druck ungefähr so
werden können. Selbstverständlich ist dabei dafür Sorge groß ist wie der Druck des Wärmeträgermediums im
zu tragen, daß die ringspaltförmigen Ein- und Auslässe Inneren des Rohrsystems. Dies gewährleistet, daß die
in der Deckelkonstruktion vorgesehen werden. Rohre des Rohrsystems vorzugsweise auf Druck
beschriebenen Ausführungsbeispiele; entsprechende Anordnung der Rohre dafür Sorge getragen, daß die
Die Wandung 2 wird auf der Innenseite durch eine 20 stetig abfällt, so daß an der Außenseite temperaturempdurchgehende Innenwand 3 aus Keramik begrenzt, die findlichere Werkstoffe eingesetzt werden können,
mit einem Vorsprung 43 auf dem unteren Deckel 15 insbesondere zur Aufnahme der Zugspannungen. Auch
aufruht, ebenso wie im vorhergehend beschriebenen hier wird dies insbesondere durch die Schicht 41
Beispiel die Seitenwand 18 mittels des Vorsprungs 26 erreicht, welche aus Stahl oder einem Faserverbundauf dem unteren Deckel 15. Der untere Deckel 15 ruht 25 werkstoff besteht, wie dies oben beschrieben wurde,
ebenfalls auf einer Stützkonstruktion 16 auf, die in Bei einem weiteren in F i g. 8 dargestellten Ausfühgleicher Weise wie bei dem oben beschriebenen rungsbeispiel kann vorgesehen sein, daß eine kerami-Ausführungsbeispiel über einen Zuganker 42 mit dem in sehe Innenwand 3, die ähnlich aufgebaut ist wie die
der Zeichnung nicht dargestellten oberen Deckel Innenwand 3 der F i g. 6, auf ihrer Innenseite radial nach
verspannt ist Auf der Außenseite wird die Wandung 2 in 30 außen abstehende Rippen 53 trägt, die entweder
gleicher Weise durch eine Außenwand 38 und eine senkrecht oder vorzugsweise schraubenlinienförmig
thermisch isolierende Schicht 41 begrenzt. verlaufen. Die Zwischenräume 54 zwischen diesen
anderen Seite begrenzen einen an den Stirnseiten durch 35 Enden 55 der Rippen Trennwände 56 anliegen, die
die Deckel 7 und 15 begrenzten Hohlraum 44, der bei ähnlich ausgebildet sind wie die Trennwände 35 oder 37
diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise gasdicht im Ausführungsbeispiel der F i g. 4. Die Innenwand mit
abgeschlossen ist. den angeformten Rippen und die anschließende
Im Inneren dieses Hohlraumes befinden sich auf dem Trennwand wirken dabei ähnlich wie die aufeinander
Deckel 15 Stützelemente mit im Querschnitt halbkreis- 40 gestapelten Hohlblocksteine im Ausführungsbeispiel
förmigen Füßen 45, die an ihrer Oberseite senkrecht der F i g. 4. In radialer Richtung weiter außen kann der
nach oben abstehende Stützstege 46 tragen. Diese Teile Aufbau dann so gewählt werden wie im Ausführungsbestehen zumindest auf der inneren Seite der Wandung beispiel der F i g. 4.
vorzugsweise aus Keramik, können aber entsprechend Als keramischer Werkstoff kann vorteilhaft SiC
den jeweiligen Temperaturen auch aus anderen 45 S13N4 oder Si/SiC (infiltriert) Verwendung finden.
derart ausgebildet ist, daß die Rohre über einen großen insbesondere im radial außen liegenden Bereich die
einer Radialebene in die andere übertreten. Mit anderen anderen Werkstoff bestehen, sofern die Temperaturen
51, die im wesentlichen in verschiedenen Radialebenen Bereich bestehen die Rohre dagegen vorzugsweise aus
verlaufen und über Krümmer 52 miteinander verbunden Keramik,
sind, von denen in F i g. 6 nur die unteren dargestellt 55
Claims (12)
1. Wärmetauscher, insbesondere für Sonnenkraftwerke, mit einer eine Wärmequelle umgebenden
Wandung und einem Leitungssystem für ein wärmeabführendes Wärmeträgermedium, wobei die
die Wärmequelle umgebende Wandung im wesentlichen Kreiszylinderform hat und zumindest auf der
der Wärmequelle zugewandten Seite aus einem keramischen Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff
unter einer nach innen gerichteten Druckbelastung steht, und daß das Wärmeträgermedium in der
Wandung (2) von außen nach innen in mehreren, nacheinander durchflossenen Lagen geführt ist
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der der Wärmequelle zugewandte Teil der Wandung (2) aus keramischen Hohlblocksteinen (27) aufgebaut ist, deren
öffnungen (30) mit den öffnungen (30) benachbarter
Hohlblocksteine (27) unter Ausbildung durchgehender Strömungskanäle (33,34) ausgerichtet sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlblocksteine (27) in
radialer Richtung mehrere voneinander getrennte öffnungen (30) aufweisen, so daß insgesamt mehrere
Strömungskanäle (33, 34) in unterschiedlichem Abstand von der Wärmequelle ausgebildet sind.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Wärmequelle
zugewandten, massiven Wandteil (3) der Wandung
(2) als Versteifung radial nach außen abstehende Rippen (53) angeformt sind.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (53) die Innenwand
(3) schraubenförmig umgeben.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume
(54) zwischen den Rippen (53) die Strömungskanäle für das Wärmeträgermedium b:lden.
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich radial
außerhalb des Bereichs der Hohlblocksteine (27) bzw. der Rippen (53) Hohlräume in der Wandung (2)
befinden, die durch Trennwände (35, 37) derart in Strömungskanäle (36,39,40) für das Wärmeträgermedium unterteilt sind, daß dieses nacheinander
Bereiche der Wandung (2) durchströmt, die zunehmend an der Wärmequelle liegen.
8. Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wandung (2) an den Stirnseiten mittels eines Deckels (7, 15) verschlossen ist und daß die
gegenüberliegenden Deckel (7, 15) im Bereich der Wandungsinnenseite stark und in den weiter außen
liegenden Bereichen weniger stark gegeneinander verspannt sind.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein kuppeiförmiger Verschlußteil (10) als Sammler für das nach dem Durchströmen
der Wandung (2) aufgeheizte Wärmeträgermittel ausgebildet ist und dazu einerseits mit den einzelnen
Strömungskanälen (33, 34) und andererseits mit einer Abflußleitung (14) für das Wärmeträgermittel
verbunden ist.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem für das
Wärmeträgermittel durch ein Rohrsystem (47)
gebildet ist, welches mehrere Lagen bildet, die vom
Wärmeträgermittel sukzessive von außen nach innen durchströmt werden, und daß das Rohrsystem
(47) sich in einem Hohlraum (44) der Wandung (2) befindet, der mit einem Druckmittel gefüllt ist,
dessen Druck ungefähr so groß ist wie der Druck des Wärmeträgermittels im Innern des Rohrsystems
(47).
11. Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wandung (2) in ihrem der Wärmequelle abgewandten Bereich zur Aufnahme von Zugkräften mit einer
Stahlarmierung versehen ist
12. Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wandung (2) in ihrem der Wärmequelle abgewandten Bereich zur Aufnahme von Zugkräften eine
Schicht (41) aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff umfaßt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3042557A DE3042557C2 (de) | 1980-11-12 | 1980-11-12 | Wärmetauscher, insbesondere für Sonnenkraftwerke |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3042557A DE3042557C2 (de) | 1980-11-12 | 1980-11-12 | Wärmetauscher, insbesondere für Sonnenkraftwerke |
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DE3042557A1 DE3042557A1 (de) | 1982-05-19 |
DE3042557C2 true DE3042557C2 (de) | 1982-10-21 |
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ID=6116525
Family Applications (1)
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DE3042557A Expired DE3042557C2 (de) | 1980-11-12 | 1980-11-12 | Wärmetauscher, insbesondere für Sonnenkraftwerke |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4225791A1 (de) * | 1992-08-01 | 1994-02-03 | Christian Schmidt | Vorrichtung zur Durchführung einer weitgehend isothermen Zustandsänderung eines Gases |
Families Citing this family (7)
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AU3817885A (en) * | 1984-02-02 | 1985-08-08 | Babcock & Wilcox Co., The | Solar receiver and absorber panel |
AU1157388A (en) * | 1987-01-26 | 1988-08-10 | Hans-Joachim Dietzsch | Solar radiation collector |
DE10007648C1 (de) * | 2000-02-19 | 2001-09-06 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Hochtemperatur-Solarabsorber |
WO2001096791A1 (en) * | 2000-06-13 | 2001-12-20 | Rotem Industries Ltd. | High temperature solar radiation heat converter |
DE10239700B3 (de) * | 2002-08-29 | 2004-05-27 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Solarempfänger für ein solarthermisches Kraftwerk |
CH706970A1 (de) * | 2012-09-10 | 2014-03-14 | Ulrich Bech | Receiver für konzentrierte Sonnenstrahlung. |
DE102017223756A1 (de) | 2017-12-22 | 2019-06-27 | Kaefer Isoliertechnik Gmbh & Co. Kg | Solarreceiver zum Aufnehmen von Sonnenstrahlen und zum Aufheizen eines Mediums |
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-
1980
- 1980-11-12 DE DE3042557A patent/DE3042557C2/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4225791A1 (de) * | 1992-08-01 | 1994-02-03 | Christian Schmidt | Vorrichtung zur Durchführung einer weitgehend isothermen Zustandsänderung eines Gases |
Also Published As
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DE3042557A1 (de) | 1982-05-19 |
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