WO2012041980A2 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen von überhitztem wasserdampf mittels solarthermisch betriebenem zwischenüberhitzer sowie verwendung des überhitzten wasserdampfs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erzeugen von überhitztem wasserdampf mittels solarthermisch betriebenem zwischenüberhitzer sowie verwendung des überhitzten wasserdampfs Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device for generating superheated steam by means of solar energy and a method for generating superheated steam using the device. In addition, a use of the superheated steam is indicated.
  • solar thermal power plants as an alternative to conventional power generation is a way to defuse the existing carbon dioxide problem.
  • solar energy solar energy
  • ie electromagnetic radiation ⁇ ment of the sun converted into electrical energy.
  • a solar thermal power plant with indirect evaporation has a steam generator.
  • the steam generator includes a heat transfer circuit (primary circuit) with a heat ⁇ carrier medium and a water / steam circuit (secondarily circuit) with water.
  • the water and the water vapor act as working fluid.
  • the heat transfer medium of the heat transfer circuit absorbs the solar energy in the form of heat (thermal energy). That would ⁇ melic medium is heated.
  • the heat absorbed by the heat transfer medium is removed with the help of feedwater Preheater, evaporator and superheater transferred to the water or to the water vapor of the water / steam cycle This superheated steam is generated.
  • the stored in superheated steam thermal energy is used to Ge ⁇ win the electrical energy. It comes to the conversion of thermal energy into electrical energy.
  • the conversion of the thermal energy of the superheated steam into electrical energy takes place in the "conventional part of a solar thermal power plant, for example by means of a steam turbine, via which a generator is driven.
  • Object of the present invention is to show how efficiently superheated steam with low water content can be obtained with the help of solar energy, which can be used for the generation of electrical energy.
  • a device for generating superheated steam by solar energy comprising at least one heat transfer circuit with a heat transfer medium for receiving the solar energy in the form of heat and at least one water / steam cycle with water and / or steam for forming the superheated steam, wherein in the water / steam cycle the water and / or steam can flow in a flow direction, the heat transfer circuit and the water / water vapor Circuit for generating the superheated steam are thermally coupled to one another via at least one heat exchanger of at least one reheater , in which water / steam circuit in the flow direction before the heat exchanger at least one water separator for separating water and water vapor from each other, so that in the heat exchanger essentially only water vapor can pass, and the heat exchanger and the water separator are arranged in a common reheater pressure vessel.
  • a method for generating superheated steam using the device with the following process steps is given: a) providing the heat transfer medium, b) converting solar energy into heat of the heat transfer medium, c) providing a What ⁇ d) transfer of water from the water / water vapor mixture by means of the water separator and d) transfer of the heat of the heat transfer medium to the remaining water vapor of Was ⁇ water / steam mixture, wherein the superheated steam is generated.
  • a use of the superheated steam generated by the described method for obtaining electrical energy is specified, wherein with the aid of superheated steam, a steam turbine is driven.
  • the separated water is preferably supplied to the What ⁇ ser / steam cycle.
  • ⁇ one or more pumps are used.
  • the reheater With the reheater, the efficiency is increased, with which a downstream steam turbine is operated. With the reheater thermal energy is introduced into the water vapor of the water / steam cycle.
  • To introduce the thermal energy of the reheater is solar thermal operated:
  • the reheater has a reheater water pipe for receiving the water vapor.
  • For intermediate overheating hot with the aid of solar energy (electromagnetic radiation, which is sent from the sun ⁇ and meets the earth's surface) heated heat transfer medium is passed to the reheater water pipe.
  • Reheater water pipe and heat transfer medium are thermally coupled together. By passing the heat transfer medium, the water vapor in the reheater water pipe is overheated.
  • the reheater In order to effect the flow of the heat transfer medium to the reheater water pipe, for example, a heat transfer pump or a plurality of heat transfer pumps are used.
  • the heat transfer medium is pumped past the water pipe.
  • the reheater has a verti ⁇ cal structure, so that the hot heat transfer medium from "top to bottom” through the heat exchanger can flow .. With the vertical structure of the reheater beyond a natural movement of the water vapor in the ⁇ overheater water pipe exploited from "bottom to top".
  • the heat exchanger is arranged vertically above the water separator.
  • the separated water can be removed in a simple manner and fed to the water / steam circuit for further use.
  • the heat exchanger has at least one reheater water pipe for guiding the water vapor of the water / steam cycle.
  • the reheater water pipe has at least one tube shape selected from the group of straight shape, U-shape and helix shape.
  • the U-shape and the helical shape is provided for an efficient heat exchange.
  • the heat transfer medium flows in reheater heat transfer tubes.
  • the steam of the water steam cycle flows past the outer walls Eisenüb ⁇ heaters heat transfer tubes. This leads to heat transfer.
  • the heat exchanger has at least one reheater heat transfer tube for guiding the heat transfer medium of the heat transfer circuit.
  • the reheater heat carrier tube has at least one tube shape selected from the group of straight, U-shaped and helical shapes.
  • the U-shape and the helix shape ensure efficient heat exchange.
  • reheater water pipe bundle For a given pipe volume is a (total) pipe surface over which takes place the thermal coupling of the heat transfer medium and the water vapor is higher at an intermediate ⁇ superheater water tube bundle as compared to a single reheater water pipe.
  • the heat transfer medium can be routed channeled to the reheater water pipe or de: reheater water pipes over.
  • a plurality of Umleitblechen for changing the flow direction of the Wär meristo medium available.
  • a plurality of reheaters is present.
  • the plurality of steam generators are connected in parallel to a larger reheater unit.
  • FIG. 1 shows a first example of a device for generating superheated steam in a lateral view.
  • FIG. 2 shows a second example of a device for generating superheated steam in a lateral view.
  • the starting point is a device 1 for generating superheated steam 30 by means of solar energy.
  • the device comprises the following components: A heat transfer circuit 2 with a heat transfer medium 20 for receiving the solar energy in the form of heat and a water / steam circuit 3 with water and / or water vapor to form the superheated steam.
  • the water and / or the steam can flow in a flow direction 33 in the water / steam cycle.
  • the heat transfer circuit and the water / steam circuit are thermally coupled together to generate the superheated steam over at least one heat exchanger at least one reheater 4.
  • reheater hot heat transfer medium 22 is introduced.
  • Cold heat transfer medium 23 leaves the furnishedtau ⁇ shear of reheater and is again to receive solar energy available.
  • a water separator 5 for separating water and water vapor from each other is arranged in the flow direction in front of the heat exchanger, so that essentially only water vapor can enter the heat exchanger.
  • the heat exchanger and the water separator are arranged in a common reheater pressure vessel.
  • the water separated in the water separator 50 is returned to the water / steam cycle.
  • Example 2 The construction of the apparatus is similar to Example 1. Instead of U-tubes, reheater water pipes with helical shape are installed in the bundle. To reduce the flow area, the bundle is divided into two parts. The operating principle is comparable to that of the U-tube arrangement.
  • reheater water pipes having a U-shape and intermediate superheater ⁇ water pipes are used with helical shape.
  • examples include the leadership of the liquid heat transfer medium in the tube interior. It is used reheater heat transfer tubes with U-shape and / or reheater heat transfer tubes with helical shape. The water vapor of the water / steam cycle can flow past the outer surfaces of the reheater heat transfer tubes, resulting in the exchange of energy.
  • the device described is used to generate superheated steam by means of solar energy.
  • the following process steps are carried out: a) providing the heat transfer medium, b) converting solar energy into heat of the heat transfer medium, c) providing a water / water vapor mixture of the water / steam cycle, d) separating water from Water / steam mixture with the aid of the water separator and d) transferring the heat of the heat transfer medium to the remaining water vapor of Was ⁇ water / steam mixture, wherein the superheated steam is generated.
  • the generated, superheated steam is forwarded to a steam turbine for the production of electricity.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von überhitztem Wasserdampf mittels Solar-Energie. Die Vorrichtung weist folgende Merkmale auf: mindestens einen Wärmeträger-Kreislauf mit einem Wärmeträger-Medium zur Aufnahme der Solar-Energie in Form von Wärme und mindestens einen Wasser/Wasserdampf-Kreislauf mit Wasser und/oder Wasserdampf zur Bildung des überhitzten Wasserdampfs. Dabei können im Wasser/Wasserdampf-Kreislauf das Wasser und/oder der Wasserdampf in einer Strömungsrichtung strömen. Der Wärmeträger-Kreislauf und der Wasser/Wasserdampf-Kreislauf sind zur Erzeugung des überhitzten Wasserdampfs über mindestens einen Wärmetauscher mindestens eines Zwischenüberhitzers thermisch miteinander gekoppelt. Im Wasser/Wasserdampf-Kreislauf ist in der Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher mindestens ein Wasserabscheider zum Trennen von Wasser und Wasserdampf voneinander angeordnet, so dass in den Wärmetauscher im Wesentlichen nur Wasserdampf gelangen kann. Der der Wärmetauscher und der Wasserabscheider sind in einem gemeinsamen Zwischenüberhitzer- Druckbehälter angeordnet.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von überhitztem Wasserdampf mittels solarthermisch betriebenem Zwischenüberhitzer sowie Verwendung des überhitzten Wasserdampfs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von überhitztem Wasserdampf mittels Solar-Energie und ein Verfahren zum Erzeugen von überhitztem Wasserdampf unter Verwendung der Vorrichtung. Darüber hinaus wird eine Verwendung des überhitzten Wasserdampfs angegeben.
Der Einsatz von solarthermischen Kraftwerken als Alternative zur herkömmlichen Strom-Erzeugung ist ein Weg zur Entschärfung der bestehenden Kohlendioxid-Problematik. Dabei wird Solar-Energie (Sonnen-Energie), d.h. elektromagnetische Strah¬ lung der Sonne, in elektrische Energie umgewandelt.
Momentan ist ein Großteil der solarthermischen Kraftwerke als solarthermische Kraftwerke mit indirekter Verdampfung ausge¬ führt. Dabei dienen Solar-Felder mit Parabolrinnen- Kollektoren als Empfänger der Solar-Energie. Alternativ zu den Parabolrinnen-Kollektoren finden Fresnel-Kollektoren als Empfänger der Solar-Energie Anwendung. Anstelle der Solar- Felder kommen auch Solar-Türme zum Einsatz.
Ein solarthermisches Kraftwerk mit indirekter Verdampfung weist einen Dampferzeuger auf. Der Dampferzeuger umfasst einen Wärmeträger-Kreislauf (Primär-Kreislauf ) mit einem Wärme¬ träger-Medium und einen Wasser/Wasserdampf-Kreislauf (Sekun- där-Kreislauf ) mit Wasser. Das Wasser und der Wasserdampf fungieren als Arbeitsfluid.
Das Wärmeträger-Medium des Wärmeträger-Kreislaufs, beispiels¬ weise ein Thermo-Öl oder eine Salz-Schmelze, nimmt die Solar- Energie in Form von Wärme (thermische Energie) auf. Das Wär¬ meträger-Medium wird erwärmt. Die durch das Wärmeträger- Medium aufgenommene Wärme wird mit Hilfe von Speisewasser- Vorwärmer, Verdampfer und Überhitzer an das Wasser bzw. an den Wasserdampf des Wasser/Wasserdampf-Kreislaufs übertragen Dabei wird überhitzter Wasserdampf erzeugt. Die im überhitzten Wasserdampf gespeicherte thermische Energie wird zur Ge¬ winnung der elektrischen Energie genutzt. Es kommt zur Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie.
Die Umwandlung der thermischen Energie des überhitzten Wasserdampfs in elektrische Energie erfolgt im „konventionellen Teil eines solarthermischen Kraftwerks, beispielsweise mit Hilfe einer Dampfturbine, über die ein Generator angetrieben wird .
Zur optimalen Ausnutzung des Turbinenpotentials wird der Was¬ serdampf nach der Entspannung in einer Hochdruckturbine noch einmal überhitzt. Dies wird mit Hilfe eines Zwischenüberhit¬ zers durchgeführt. Nach der Überhitzung wird der Wasserdampf in einer Niederdruckturbine wieder entspannt. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass nach der ersten Entspannung der Wasserdampf geringe Anteile an flüssigem Wasser enthält. Dieses Wasser/Wasserdampf-Gemisch verursacht unerwünschte Beläge (Salzflecken) der Heizfläche und Erosion in der Turbine durch Tropfenschlag an den Eintrittsschaufeln der Dampfturbine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie mit Hilfe von Solar-Energie effizient überhitzter Wasserdampf mit geringem Wasseranteil gewonnen werden kann, der für die Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von überhitztem Wasserdampf mittels Solar-Energie angegeben, aufweisend mindestens einen Wärmeträger-Kreislauf mit einem Wärmeträger-Medium zur Aufnahme der Solar-Energie in Form von Wärme und mindestens einen Wasser/Wasserdampf-Kreislauf mit Wasser und/oder Wasserdampf zur Bildung des überhitzten Wasserdampfs, wobei im Wasser/Wasserdampf-Kreislauf das Wasser und/oder der Wasserdampf in einer Strömungsrichtung strömen kann, der Wärmeträger-Kreislauf und der Wasser/Wasserdampf- Kreislauf zur Erzeugung des überhitzten Wasserdampfs über mindestens einen Wärmetauscher mindestens eines Zwischenüberhitzers thermisch miteinander gekoppelt sind, im Was¬ ser/Wasserdampf-Kreislauf in der Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher mindestens ein Wasserabscheider zum Trennen von Wasser und Wasserdampf voneinander angeordnet ist, so dass in den Wärmetauscher im Wesentlichen nur Wasserdampf gelangen kann, und der Wärmetauscher und der Wasserabscheider in einem gemeinsamen Zwischenüberhitzer-Druckbehälter angeordnet sind.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Erzeugen von überhitztem Wasserdampf unter Verwendung der Vorrichtung mit folgenden Verfahrensschritten angegeben: a) Bereitstellen des Wärmeträger-Mediums, b) Umwandeln von Solar-Energie in Wärme des Wärmeträger-Mediums, c) Bereitstellen eines Was¬ ser/Wasserdampfgemisches des Wasser/Wasserdampf-Kreislaufs, d) Abtrennen von Wasser vom Wasser/Wasserdampf-Gemisch mit Hilfe des Wasserabscheiders und d) Übertragen der Wärme des Wärmeträger-Mediums auf den verbliebenen Wasserdampf des Was¬ ser/Wasserdampf-Gemisches, wobei der überhitzte Wasserdampf erzeugt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verwendung des mit dem beschriebenen Verfahren erzeugten überhitzten Wasserdampfs zur Gewinnung von elektrischer Energie angegeben, wobei mit Hilfe des überhitzten Wasserdampfs eine Dampfturbine angetrieben wird.
Üblicherweise werden zwischen dem Wasserabscheider und dem Wärmetauscher Verbindungsrohre eingesetzt, durch die der Sattdampf vom Wasserabscheider in den Wärmetauscher gleitet wird. Dabei kommt es auch bei einer sehr geringen Abkühlung zur Kondensation (Bildung von flüssigem Wasser) des Sattdampfs. Im Gegensatz dazu werden gemäß der vorliegenden Erfindung keine Verbindungsrohre zwischen Wasserabscheider und Wärmetauscher des Zwischenüberhitzers verwendet. Der Wasser¬ abscheider und der Wärmetauscher werden in einem einzigen Behälter angeordnet, so dass der Sattdampf, der durch das Was- serabscheiden erhalten wird, direkt in den Wärmetauscher des Zwischenüberhitzers gelangt. Dazu sind der Wasserabscheider und der Wärmetauscher vorzugsweise unmittelbar aneinander an- geordnet .
Das abgetrennte Wasser wird vorzugsweise wieder dem Was¬ ser/Wasserdampf-Kreislauf zugeführt. Dazu werden beispiels¬ weise eine oder mehrere Pumpen eingesetzt.
Mit dem Zwischenüberhitzer wird der Wirkungsgrad erhöht, mit der eine nachgeschaltete Dampfturbine betrieben wird. Mit dem Zwischenüberhitzer wird thermische Energie in den Wasserdampf des Wasser/Wasserdampf-Kreislaufs eingebracht. Zum Einbringen der thermischen Energie wird der Zwischenüberhitzer solarthermisch betrieben: Der Zwischenüberhitzer weist ein Zwischenüberhitzer-Wasserrohr zur Aufnahme des Wasserdampfs auf. Zur Zwischen-Überhitzung wird heißes, mit Hilfe von Solar- Energie (elektromagnetische Strahlung, die von der Sonne aus¬ gesandt wird und die auf die Erdoberfläche trifft) erhitztes Wärmeträger-Medium an dem Zwischenüberhitzer-Wasserrohr vorbeigeleitet. Zwischenüberhitzer-Wasserrohr und Wärmeträger- Medium sind thermisch miteinander gekoppelt. Durch das Vorbeileiten des Wärmeträger-Mediums wird der Wasserdampf im Zwischenüberhitzer-Wasserrohr überhitzt .
Um das Vorbeiströmen des Wärmeträger-Mediums am Zwischenüberhitzer-Wasserrohr zu bewirken, wird beispielsweise eine Wärmeträger-Pumpe oder werden mehrere Wärmeträger-Pumpen eingesetzt. Das Wärmeträger-Medium wird am Wasserrohr vorbeigepumpt. Vorzugsweise weist der Zwischenüberhitzer einen verti¬ kalen Aufbau auf, so dass das heiße Wärmeträger-Medium von „oben nach unten" durch den Wärmetauscher fließen kann. Mit dem vertikalen Aufbau des Zwischenüberhitzers wird darüber hinaus eine natürliche Bewegung des Wasserdampfs im Zwischen¬ überhitzer-Wasserrohr von „unten nach oben" ausgenutzt.
In einer besonderen Ausgestaltung ist der Wärmetauscher vertikal über dem Wasserabscheider angeordnet. Auch hier wird die natürliche Bewegung des Wasserdampfs ausgenutzt. Außerdem kann das abgetrennte Wasser auf einfache Weise abgeführt und zur weiteren Verwendung wieder dem Wasser/Wasserdampf- Kreislauf zugeführt werden.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weist der Wärmetauscher mindestens ein Zwischenüberhitzer-Wasserrohr zum Führen des Wasserdampfs des Wasser/Wasserdampf-Kreislaufs auf. Dabei weist das Zwischenüberhitzer-Wasserrohr zumindest eine aus der Gruppe gerade Form, U-Form und Helix-Form ausgewählte Rohr-Form auf. Insbesondere mit der U-Form und mit der Helix- Form ist für einen effizienten Wärmeaustausch gesorgt.
Ein Wechsel des Beheitzungsmediums auf eine Rohrinnenseite ist im Übrigen auch denkbar. Das Wärmeträger-Medium strömt in Zwischenüberhitzer-Wärmeträgerrohren. Der Wasserdampf des Wasserdampf-Kreislaufs strömt an Außenwänden der Zwischenüb¬ erhitzer-Wärmeträgerrohre vorbei. Dabei kommt es zur Wärme- Übertragung. In einer besonderen Ausgestaltung weist der Wärmetauscher mindestens ein Zwischenüberhitzer-Wärmeträgerrohr zum Führen des Wärmeträger-Mediums des Wärmeträger-Kreislaufs auf. Dabei weist das Zwischenüberhitzer-Wärmeträgerrohr zumindest eine aus der Gruppe gerade Form, U-Form und Helix- Form ausgewählte Rohr-Form auf. Auch hier ist insbesondere mit der U-Form und der Helix-Form für einen effizienten Wärmeaustausch gesorgt.
Besonders effizient ist es, wenn eine Vielzahl parallel zu¬ einander angeordneter Zwischenüberhitzer-Wasserrohre vorhan¬ den ist. Es liegt ein Zwischenüberhitzer-Wasserrohr-Bündel vor. Bei gegebenem Rohrvolumen ist eine (Gesamt- ) Rohr- Oberfläche, über die die Wärmekopplung des Wärmeträger- Mediums und des Wasserdampfs stattfindet, bei einem Zwischen¬ überhitzer-Wasserrohr-Bündel im Vergleich zu einem einzigen Zwischenüberhitzer-Wasserrohr höher .
Bei einem Zwischenüberhitzer-Wasserrohr-Bündel wird bei¬ spielsweise der Wasserdampf über einen Verteiler auf die Zwi- schenüberhitzer-Wasserrohre verteilt. In jedem der Zwischen¬ überhitzer-Wasserrohre findet separat die Erzeugung von über hitztem Wasserdampf statt. Über einen Sammler wird der in de: einzelnen Zwischenüberhitzer-Wasserrohren gewonnene, überhitzte Wasserdampf wieder zusammengeführt. Der zusammenge¬ führte, überhitzte Wasserdampf wird anschließend an eine Dampfturbine weitergeleitet.
Zur weiteren Erhöhung der Effizienz, mit der Wärme des Wärme träger-Mediums auf den Wasserdampf des Zwischenüberhitzer- Wasserrohres übertragen werden kann, ist es vorteilhaft, die Strömungs-Richtung (und die Strömungs-Geschwindigkeit) des Wärmeträger-Mediums zu beeinflussen. Das Wärmeträger-Medium kann kanalisiert am Zwischenüberhitzer-Wasserrohr oder an de: Zwischenüberhitzer-Wasserrohren vorbei geleitet werden. Dazu ist gemäß einer besonderen Ausgestaltung eine Vielzahl von Umleitblechen zur Veränderung der Strömungs-Richtung des Wär meträger-Mediums vorhanden.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist eine Vielzahl von Zwischenüberhitzern vorhanden. Vorzugsweise ist die Vielzahl von Dampferzeugern parallel zu einer größeren Zwischenüberhitzer-Einheit zusammengeschaltet .
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsge¬ treuen Abbildungen dar.
Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel einer Vorrichtung zur Er- zeugung von überhitztem Wasserdampf in einer seitlichen An- sieht .
Figur 2 zeigt ein zweites Beispiel einer Vorrichtung zur Er- zeugung von überhitztem Wasserdampf in einer seitlichen An- sieht . Ausgangspunkt ist eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung von überhitztem Wasserdampf 30 mittels Solar-Energie . Die Vorrichtung weist Folgende Bestandteile auf: Einen Wärmeträger-Kreislauf 2 mit einem Wärmeträger-Medium 20 zur Aufnahme der Solar- Energie in Form von Wärme und einen Wasser/Wasserdampf- Kreislauf 3 mit Wasser und/oder Wasserdampf zur Bildung des überhitzten Wasserdampfs. Dabei können im Wasser/Wasserdampf- Kreislauf das Wasser und/oder der Wasserdampf in einer Strömungsrichtung 33 strömen.
Der Wärmeträger-Kreislauf und der Wasser/Wasserdampf- Kreislauf sind zur Erzeugung des überhitzten Wasserdampfs über mindestens einen Wärmetauscher mindestens eines Zwischenüberhitzers 4 thermisch miteinander gekoppelt. In den Zwischenüberhitzer wird heißes Wärmeträger-Medium 22 eingebracht. Kaltes Wärmeträger-Medium 23 verlässt den Wärmetau¬ scher des Zwischenüberhitzers und steht wieder zur Aufnahme von Solar-Energie zur Verfügung.
Im Wasser/Wasserdampf-Kreislauf ist in der Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher ein Wasserabscheider 5 zum Trennen von Wasser und Wasserdampf voneinander angeordnet, so dass in den Wärmetauscher im Wesentlichen nur Wasserdampf gelangen kann. Der Wärmetauscher und der Wasserabscheider sind in einem gemeinsamen Zwischenüberhitzer-Druckbehälter angeordnet.
Das im Wasserabscheider abgetrennte Wasser 50 wird dem Wasser/Wasserdampf-Kreislauf wieder zugeleitet.
Beispiel 1 :
Hier wird der Wasserdampf (nach der Entspannung aus einer ersten Dampfturbine) in den Wasserabscheider geleitet. Aus dem Wasserabscheider strömt der Sattdampf direkt in ein Bündel von Zwischenüberhitzer-Wasserrohren mit U-Form (U-Rohre) . Die U-Rohre sind kreisförmig angeordnet und so platziert, dass mit den Anschlüssen zwei Teilrohrplatten gebildet werden. Diese Teilrohrplatten werden versetzt (unabhängig von einander) platziert. Damit werden die Wärmespannungen auf- grund hoher Temperaturdifferenzen vermieden. Durch Einsatz von Umleitblechen wird die Strömungsgeschwindigkeit des Wär¬ meträger-Mediums im Mantelraum erhöht und damit der Wärme¬ übergang verbessert.
Beispiel 2 :
Der Aufbau des Apparats ist ähnlich zum Beispiel 1. Statt U- Rohre werden Zwischenüberhitzer-Wasserrohre mit Helix-Form im Bündel eingebaut. Um den Strömungsquerschnitt zu verkleinern, ist das Bündel in zwei Teile geteilt. Das Funktionsprinzip ist vergleichbar mit dem der U-Rohr-Anordung .
Gemäß einem weiteren, nicht dargestellten Beispiels werden Zwischenüberhitzer-Wasserrohre mit U-Form und Zwischenüber¬ hitzer-Wasserrohre mit Helix-Form eingesetzt.
Weitere, ebenfalls nicht dargestellte Beispiele beinhalten die Führung des flüssigen Wärmeträger-Mediums im Rohrinneren. Es werden Zwischenüberhitzer-Wärmeträgerrohre mit U-Form und/oder Zwischenüberhitzer-Wärmeträgerrohre mit Helix-Form eingesetzt. Der Wasserdampf des Wasser/Wasserdampf-Kreislaufs kann an den Außenflächen der Zwischenüberhitzer- Wärmeträgerrohre vorbeiströmen, wobei es zum Energieaustausch kommt .
Die beschriebene Vorrichtung wird zur Erzeugung von überhitztem Wasserdampf mittels Solar-Energie verwendet. Dabei werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: a) Bereitstellen des Wärmeträger-Mediums, b) Umwandeln von Solar-Energie in Wärme des Wärmeträger-Mediums, c) Bereitstellen eines Was¬ ser/Wasserdampfgemisches des Wasser/Wasserdampf-Kreislaufs, d) Abtrennen von Wasser vom Wasser/Wasserdampf-Gemisch mit Hilfe des Wasserabscheiders und d) Übertragen der Wärme des Wärmeträger-Mediums auf den verbliebenen Wasserdampf des Was¬ ser/Wasserdampf-Gemisches, wobei der überhitzte Wasserdampf erzeugt wird. Der erzeugte, überhitzte Wasserdampf wird zur Gewinnung von elektrischem Strom an eine Dampfturbine weitergeleitet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Erzeugung von überhitztem Wasserdampf
(30) mittels Solar-Energie, aufweisend:
- mindestens einen Wärmeträger-Kreislauf (2) mit einem Wärme¬ träger-Medium (20) zur Aufnahme der Solar-Energie in Form von Wärme und
- mindestens einen Wasser/Wasserdampf-Kreislauf (3) mit Was¬ ser und/oder Wasserdampf zur Bildung des überhitzten Wasserdampfs, wobei
- im Wasser/Wasserdampf-Kreislauf das Wasser und/oder der Wasserdampf in einer Strömungsrichtung (33) strömen kann,
- der Wärmeträger-Kreislauf und der Wasser/Wasserdampf- Kreislauf zur Erzeugung des überhitzten Wasserdampfs über mindestens einen Wärmetauscher (40) mindestens eines Zwischenüberhitzers (4) thermisch miteinander gekoppelt sind,
- im Wasser/Wasserdampf-Kreislauf in der Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher mindestens ein Wasserabscheider (5) zum Trennen von Wasser und Wasserdampf voneinander angeordnet ist, so dass in den Wärmetauscher im Wesentlichen nur Wasserdampf gelangen kann, und
- der Wärmetauscher und der Wasserabscheider in einem gemeinsamen Zwischenüberhitzer-Druckbehälter (6) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wasserabscheider und der Wärmetauscher unmittelbar aneinander angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmetauscher vertikal über dem Wasserabscheider angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wärmetauscher mindestens ein Zwischenüberhitzer-Wasserrohr
(31) zum Führen des Wasserdampfs des Wasser/Wasserdampf- Kreislaufs aufweist und das Zwischenüberhitzer-Wasserrohr zumindest eine aus der Gruppe gerade Form, U-Form und Helix- Form ausgewählte Rohr-Form aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der , jisprüche 1 bis 4, wobei der Wärmetauscher mindestens ein Z1 'ischenüberhitzer- Wärmeträgerrohr zum Führen des Wärmeträger-Mediums des Wärme- träger-Kreislaufs aufweist und das ZwischenüberhitzerWärmeträgerrohr zumindest eine aus der Gruppe gerade Form, U- Form und Helix-Form ausgewählt Rohr-Form aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Vielzahl (32) von parallel zueinander angeordneten Zwischenüberhitzer-Wasserrohren und/oder eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Zwischenüberhitzer-Wärmeträgerrohren vorhanden sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Vielzahl von Umleitblechen zur Veränderung der Strömungs- Richtung des Wärmeträger-Mediums vorhanden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Vielzahl von Zwischenüberhitzern vorhanden ist.
9. Verfahren zum Erzeugen von überhitztem Wasserdampf unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Bereitstellen des Wärmeträger-Mediums,
b) Umwandeln von Solar-Energie in Wärme des Wärmeträger- Mediums ,
c) Bereitstellen eines Wasser/Wasserdampfgemisches des Was¬ ser/Wasserdampf-Kreislaufs,
d) Abtrennen von Wasser vom Wasser/Wasserdampf-Gemisch mit Hilfe des Wasserabscheiders und
d) Übertragen der Wärme des Wärmeträger-Mediums auf den ver¬ bliebenen Wasserdampf des Wasser/Wasserdampf-Gemisches, wobe der überhitzte Wasserdampf erzeugt wird.
10. Verwendung des gemäß Verfahren nach Anspruch 9 überhitzten Wasserdampfes zur Gewinnung von elektrischer Energie, wobei mit Hilfe des überhitzten Wasserdampfes eine Dampfturbine (12) angetrieben wird.
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