DE3504360A1 - Solar powered turbine - Google Patents
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Abstract
Description
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Turbine zum Antrieb eines stationären Aggregats wie eines Generators, einer Pumpe oder dergl. gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a turbine for driving a stationary one Unit such as a generator, a pump or the like. According to the preamble of the claim 1.
Es ist bekannt, Turbinen z.B. zum Betrieb von Generatoren zu verwenden. Dabei wird von einem von der Turbine getriebenen Verdichter verdichtete Luft einer Brennkammer zugeführt, in der durch Verbrennung von Betriebsstoffen wie Gas, Benzin, Öl oder dergl. heiße Antriebsgase erzeugt werden, die die Gasturbine antreiben. Der Brennstoffverbrauch derartiger Gasturbinen ist relativ hoch und es sind vermehrt Anstrengungen unternommen worden, den Brennstoffverbrauch zu senken. It is known to use turbines to operate generators, for example. Air is compressed by a compressor driven by the turbine Combustion chamber supplied in which the combustion of operating materials such as gas, petrol, Oil or the like. Hot drive gases are generated, which drive the gas turbine. The fuel consumption of such gas turbines is relatively high and increased Efforts have been made to reduce fuel consumption.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Brennstoffverbrauch einer Turbine zum Antrieb eines stationären Aggregats auf ein Minimum zu senken. The invention is based on the object of fuel consumption a turbine to drive a stationary unit to a minimum.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Anstatt einer Brennkammer wird ein vorzugsweise als Hohlspiegel ausgebildeter Sonnenkollektor verwendet. Die verdichtete Luft wird dem Sonnenkollektor zugeführt, aut die erforderliche Temperatur als Antriebsgas aufgeheizt und zum Antrieb der Gasturbine dieser zugeführt. According to the invention, the object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Instead of a combustion chamber, one is preferably used as a concave mirror trained solar panel used. The compressed air goes to the solar collector supplied, heated to the required temperature as drive gas and used to drive the gas turbine fed to this.
Unter günstigen Bedingungen und bei entsprechender Auslegung des Sonnenkollektors kann die Brennkammer zur Erzeugung der heißen Antriebsgase vollständig entfallen, so daß der Brennstoffverbrauch einer derartigen Turbine gleich Null ist. Die im Sonnenkollektor aufgeheizte Luft kann daher unmittelbar als heißes Antriebsgas der Turbine zugeführt sein.Under favorable conditions and with the appropriate design of the solar collector the combustion chamber for generating the hot drive gases can be completely omitted, so that the fuel consumption of such a turbine is zero. The in Air heated by the solar collector can therefore be used directly as a hot drive gas Turbine to be fed.
Um den Sonnenkollektor möglichst gering dimensionieren zu können, ist vorgesehen, daß die verdichtete Luft vor Eintritt in den Sonnenkollektor einen vom Abgas der Turbine beaufschlagten Wärmetauscher durchströmt. Die bei der Verdichtung z.B. auf 300"C aufgeheizte verdichtete Luft wird im Wärmetauscher von z.B. In order to be able to dimension the solar collector as small as possible, it is provided that the compressed air before entering the solar collector a the exhaust gas from the turbine flows through the heat exchanger. The one in compression e.g. compressed air heated to 300 "C is removed in the heat exchanger by e.g.
500"C heißen Abgas erhitzt und verläßt den Wärmetauscher mit entsprechend höherer Temperatur. Die im Sonnenkollektor erforderliche Temperaturerhöhung auf die erforderliche Temperatur des heißen Antriebsgases ist daher geringer als ohne Wärmetauscher.500 "C hot exhaust gas is heated and leaves the heat exchanger with accordingly higher temperature. The temperature increase required in the solar collector the required temperature of the hot drive gas is therefore lower than without it Heat exchanger.
Vorteilhafterweise durchströmt die vom Sonnenkollektor aufgeheizte Luft vor Eintritt in die Turbine noch eine Brennkammer, in der die heißen Antriebsgase bei Bedarf nachgeheizt werden können. Mittels der Brennkammer ist auch bei Ausfall einer oder mehrerer Sonnenkollektoren oder bei Bewölkung (mangelnde Sonneneinstrahlung) ein Notbetrieb sichergestellt. Die Brennkammer ist vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Temperatur der aus dem Sonnenkollektor austretenden heißen Antriebsgase betrieben und geregelt, so daß ein automatischer Betrieb der Gesamtanlage möglich ist. Advantageously flows through the heated by the solar collector Air before entering the turbine is still a combustion chamber in which the hot drive gases can be reheated if necessary. The combustion chamber is also available in the event of a failure one or more solar panels or when it is cloudy (insufficient solar radiation) an emergency operation ensured. The combustion chamber is advantageously dependent the temperature of the hot drive gases emerging from the solar collector operated and regulated so that automatic operation of the entire system is possible is.
Zur Führung der verdichteten Luft und der heißen Antriebsgase ist ein Doppelrohr vorgesehen, wobei im Innenrohr die heißen Antriebsgase und zwischen dem Innen- und dem koaxialen Außenmantel die verdichtete Luft geführt ist. Die Temperaturbelastung des Außenrohres kann auf diese Weise - insbesondere im Sonnenkollektor - niedrig gehalten werden. It is used to guide the compressed air and the hot drive gases a double tube is provided, with the hot drive gases in the inner tube and between the inner and the coaxial outer jacket, the compressed air is guided. The temperature load the outer pipe can in this way - especially in the solar collector - low being held.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt und im folgenden näher beschrieben ist. Further features of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing showing an embodiment of the invention and is described in more detail below.
Eine Turbine 1 treibt über ein Getriebe 5 eine Abtriebswelle 3, die mit einem Generator, einer Pumpe oder dergl. verbunden ist. Am Getriebe ist ein Starter 2 für die Turbine 1 sowie ein Regler 23 vorgesehen. Ferner wird vom Getriebe 5 eine Brennstoffpumpe 4 betrieben, die über eine Kraftstoffleitung 6 einer Brennkammer 16 Betriebsstoff liefert. Als Betriebsstoffe sind z.B. Gas, Benzin, Diesel, Öl oder dergl. verwendbar. A turbine 1 drives an output shaft 3 via a transmission 5, which Is connected to a generator, a pump or the like. There is a Starter 2 for turbine 1 and a controller 23 are provided. Furthermore, the transmission 5, a fuel pump 4 operated via a fuel line 6 of a combustion chamber 16 supplies fuel. The operating materials are e.g. gas, petrol, diesel, oil or the like. Usable.
Bei gestarteter Turbine wird über den Lufteintritt 19 in Pfeilrichtung 28 Luft angesaugt und verdichtet in Pfeilrichtung 18 einem Doppelrohr 24 zugeführt. When the turbine is started, the air inlet 19 is in the direction of the arrow 28 Air is sucked in and compressed in the direction of arrow 18 is fed to a double pipe 24.
Das Doppelrohr 24 endet mit seinem freien Endabschnitt 22 im Zentrum eines Hohlspiegels 11, der die von einem oder mehreren Spiegeln reflektierten Sonnenstrahlen 12 auf das Zentrum des Hohlspiegels bündelt. The double tube 24 ends with its free end section 22 in the center a concave mirror 11, which reflects the sun's rays from one or more mirrors 12 focuses on the center of the concave mirror.
Die vom Verdichter der Turbine 1 verdichtete Luft strömt in Pfeilrichtung zwischen dem Innenmantel 25 und dem Außenmantel 26 des Doppelrohres 24 parallel zur Achse 31 des Hohlspiegels 11 in diesen ein, wird erhitzt und tritt am geschlossenen Ende 29 des Doppelrohres 24 in das Innenrohr 27 ein, um in Pfeilrichtung 21 als heißes Antriebsgas zur Turbine 1 zu strömen. Das freie Ende 29 des Endabschnitts 22 des Doppelrohres 24 liegt etwa in der Ebene 32 der größten Öffnung des Hohlspiegels 11.The air compressed by the compressor of the turbine 1 flows in the direction of the arrow parallel between the inner jacket 25 and the outer jacket 26 of the double pipe 24 to the axis 31 of the concave mirror 11 in this one, is heated and occurs on the closed End 29 of the double tube 24 in the inner tube 27 to in the direction of arrow 21 as to flow hot drive gas to the turbine 1. The free end 29 of the end section 22 of the double tube 24 lies approximately in the plane 32 of the largest opening of the concave mirror 11.
Der Hohlspiegel 11 wird zusammen mit dem in seinem Zentrum achsgleich angeordneten Rohrendab- schnitt 22 im folgenden als Sonnenkollektor 13 bezeichnet. The concave mirror 11 is coaxial with that in its center arranged pipe end cut 22 in the following as a solar collector 13 designated.
Die vom Sonnenkollektor 13 in Pfeilrichtung 21 abströmenden heißen Antriebsgase können zum Antrieb der Turbine dieser unmittelbar zugeführt werden, wenn eine ausreichende Erhitzung der verdichteten Luft sichergestellt ist. Die vorverdichtete Luft hat beim Austritt aus dem Vorverdichter der Turbine 1 z.B. eine Temperatur von 300"C und muß dann - eine erforderliche Temperatur der Antriebsgase von ca. 900"C vorausgesetzt - im Sonnenkollektor 13 um 500° bis 600"C aufgeheizt werden. Dies erfordert neben einer entsprechend starken Sonneneinstrahlung auch eine entsprechende Auslegung des Hohlspiegels 11 sowie der Anzahl der die Sonnenstrahlen reflektierenden Spiegel. Those flowing from the solar collector 13 in the direction of arrow 21 are called Drive gases can be fed directly to the turbine to drive it, if sufficient heating of the compressed air is ensured. The pre-compressed Air has, for example, a temperature when it exits the pre-compressor of turbine 1 of 300 "C and must then - a required temperature of the drive gases of approx. 900 "C assuming - be heated in the solar collector 13 by 500 ° to 600" C. In addition to a correspondingly strong solar radiation, this also requires a corresponding one Design of the concave mirror 11 and the number of reflecting the sun's rays Mirrors.
Gegebenenfalls müssen mehrere Sonnenkollektoren 13 zu einer Vorrichtung zusammengeschaltet werden, um die Aufheizung auf eine Temperatur von z.B. ca. 900"C slcherzustellen.If necessary, several solar collectors 13 have to form one device can be connected together to heat up to a temperature of e.g. approx. 900 "C to create.
Vorteilhaft durchströmt die vorverdichtete Luft vor Eintritt in den Sonnenkollektor 13 einen Wärmetauscher 14, der vom heißen Abgas der Turbine 1 beaufschlagt ist. Hierzu ist die Abgasleitung 7 unmittelbar mit dem Wärmetauscher 14 verbunden, dessen Austritt 15 mit einem Abgasrohr oder dergl. verbunden ist. Das Abgas strömt von der Turbine 1 in Pfeilrichtung 20 in den Wärmetauscher und über den Austritt 15 und das Abgasrohr ins Freie. Das Doppelrohr ist unmittelbar durch den Wärmetauscher geführt, so daß die vorverdichtete Luft einerseits am Außenmantel 26 des Doppelrohres 24 vom heißen Abgas der Turbine 1 und anderarseits am Innenmantel 25 des Doppelrohres 24 von dem in Pfeilrichtung 21 zur Turbine 1 strömenden heißen Antriebsgasen aufgeheizt wird. Die Temperatur der in Pfeilrichtung 18 zum Sonnenkollektor 13 strömenden verdichteten Luft wird daher vor Eintritt in den Sonnenkollektor 13 aufgeheizt, wodurch die Aufheizleistung des Sonnenkollektors 13 geringer dimensioniert sein kann. The pre-compressed air advantageously flows through before it enters the Solar collector 13 has a heat exchanger 14 to which the hot exhaust gas from turbine 1 acts is. For this purpose, the exhaust pipe 7 is directly connected to the heat exchanger 14, the outlet 15 of which is connected to an exhaust pipe or the like. The exhaust gas flows from the turbine 1 in the direction of arrow 20 into the heat exchanger and via the outlet 15 and the exhaust pipe to the outside. The double pipe is directly through the heat exchanger out, so that the pre-compressed air on the one hand on the outer jacket 26 of the double pipe 24 from the hot exhaust gas of the turbine 1 and on the other side on the inner jacket 25 of the double pipe 24 heated by the hot drive gases flowing in the direction of arrow 21 to the turbine 1 will. The temperature of the compressed air flowing in the direction of the arrow 18 to the solar collector 13 Air is therefore heated before entering the solar collector 13, whereby the heating power of the solar collector 13 can be dimensioned smaller.
Die Ausbildung als Doppelrohr 24 hat zudem den Vorteil, daß die Temperaturbelastung des Außenmantels 26, insbesondere im Hohlspiegel 11, niedrig gehalten werden kann. The design as a double tube 24 also has the advantage that the temperature load of the outer jacket 26, in particular in the concave mirror 11, can be kept low.
Vorteilhafterweise durchströmen die heißen Abgase vor Eintritt in die Turbine 1 eine Brennkammer 16, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Rohrbrenner ausgeführt ist. Der Rohrbrenner ist im Innenrohr 27 integriert. Die achsgleich im Innenrohr 27 angeordnete Düse 17 des Rohrbrenners wird über die Kraftstoffleitung 6 mit Betriebsstoff versorgt. In der Kraftstoffleitung 6 zur Brennkammer 16 ist ein Ventil 8 angeordnet, das von einer Steuerung 9 in Abhängigkeit von der Temperatur der aus dem Sonnenkollektor 13 austretenden heißen Antriebsgase gesteuert ist. Die Temperatur der heißen Antriebsgase werden am Ausgang des Sonnenkollektors durch einen Sensor 10 ermittelt, der im Innenrohr 27 angeordnet ist und mit der Steuerung 9 elektrisch verbunden ist. The hot exhaust gases advantageously flow through before entering the turbine 1 has a combustion chamber 16, which in the illustrated embodiment as Tube burner is executed. The tube burner is integrated in the inner tube 27. the The nozzle 17 of the tube burner, which is arranged coaxially in the inner tube 27, is via the fuel line 6 supplied with fuel. In the fuel line 6 to the combustion chamber 16 is a valve 8 arranged by a controller 9 as a function of the temperature the hot drive gases emerging from the solar collector 13 is controlled. the The temperature of the hot drive gases is determined at the exit of the solar collector a sensor 10 is determined, which is arranged in the inner tube 27 and with the controller 9 is electrically connected.
Liegt die Temperatur der aus dem Sonnenkollektor 13 austretenden heißen Antriebsgase oberhalb eines Schwellwertes von z.B. 900° C, ist das Ventil 8 geschlossen und die Brennstoffzufuhr zur Düse 17 unterbrochen, so daß der Rohrbrenner stillgelegt ist. Sinkt aufgrund von Bewölkung oder anderer Einflußgrößen die Temperatur der heißen Antriebsgase unter den Schwellwert von 900"C, wird dies von der Steuerung 9 über den Sensor 10 ermittelt und das Ventil 8 kontinuierlich aufgesteuert, um die Aufheizung der heißen Antriebsgase im Rohrbrenner auf eine Temperatur von 900cd sicherzustellen. Vorteilhafterweise ist vor Eintritt in die Turbine ein die Temperatur der Antriebsgase erfassender Sensor 30 vorgesehen, der mit der Steuerung 9 verbunden ist und die Aufheizung der Antriebsgase durch den Rohrbrenner rückmeldet. Es kann auch zweckmäßig sein, lediglich die Temperatur der heißen Betriebsgase in Strömungsrichtung nach der Brennkammer und vor Eintritt in die Turbine 1 zu erfassen, und abhängig von dieser erfaßten Temperatur den Rohrbrenner zu steuern. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß mit nur einem Sensor (Sensor 30) die Ist-Temperatur der Antriebsgase überwachbar und steuerbar ist. Die hohen Temperaturen der Antriebsgase belasten die Temperatursensoren erheblich, weshalb diese entsprechend ausgelegt sein müssen. Vorteilhaft wird die Temperatur der Antriebsgase durch einen im Abgasstrom der Turbine angeordneten Sensor ermittelt, da von der Abgastemperatur unmittelbar auf die Temperatur der Antriebsgase geschlossen werden kann. Die Temperaturbelastung eines derartig angeordneten Sensors ist erheblich -etwa um die Hälfte - geringer. Is the temperature of the exiting from the solar collector 13 If drive gases are hot above a threshold value of e.g. 900 ° C, the valve is off 8 closed and the fuel supply to the nozzle 17 interrupted, so that the tube burner is shut down. If the temperature drops due to cloud cover or other influencing factors the hot drive gases below the threshold of 900 "C, this is done by the controller 9 determined via the sensor 10 and the valve 8 continuously controlled to the heating of the hot drive gases in the tube burner to a temperature of 900cd to ensure. The temperature is advantageously on before entry into the turbine The sensor 30 which detects the drive gases is provided and is connected to the controller 9 and reports the heating of the drive gases by the tube burner. It can also be useful, only the temperature of the hot operating gases in the direction of flow to detect after the combustion chamber and before entering the turbine 1, and dependent to control the tube burner from this detected temperature. This version has the advantage that with only one sensor (sensor 30) the actual temperature of the drive gases can be monitored and controlled. The high temperatures of the drive gases are stressful the temperature sensors significantly, which is why they must be designed accordingly. The temperature of the drive gases is advantageous through a temperature in the exhaust gas flow of the turbine arranged sensor, since the exhaust gas temperature directly affects the temperature the drive gases can be closed. The temperature load of such a arranged sensor is considerably lower - by about half.
Neben der beschriebenen Nachheizung der Antriebsgase ist mittels des Brenners 16 die Turbine auch im Notbetrieb betreibbar, wenn z.B. der Sonnenkollektor 13 ausgefallen ist. Ferner kann der Brenner beim Anfahren der Gasturbine als Starthilfe dienen, so daß ein rasches Hochfahren auf die Betriebsdrehzahl gewährleistet ist. Hierdurch wird beim Startvorgang ein entsprechend hoher Luftdurchsatz im Doppelrohrabschnitt 22 im Kollektor 12 sichergestellt, so daß dieser vor einer Überhitzung geschützt ist. In addition to the described post-heating of the drive gases is by means of of the burner 16, the turbine can also be operated in emergency mode, e.g. if the solar collector 13 has failed. The burner can also be used as a starting aid when starting up the gas turbine serve, so that a rapid ramp-up to the operating speed is guaranteed. This results in a correspondingly high air throughput in the double pipe section during the starting process 22 ensured in the collector 12, so that it is protected from overheating is.
Zur Ausführung des Erfindungsgedankens ist es ausreichend, die Antriebseinheit I unmittelbar mit der Sonnenkollektoreinheit IV zu verbinden. Die Wärmetauschereinheit III ist vorgesehen, um die im Abgas vorhandene Energie zu nutzen und um eine Dimensionierung des Sonnenkollektors 13 klein halten zu können. To implement the inventive concept, it is sufficient to use the drive unit I to be connected directly to the solar collector unit IV. The heat exchanger unit III is intended to use the energy present in the exhaust gas and to dimension it to keep the solar collector 13 small.
Die Brenneinheit II ist vorgesehen, um einerseits bei mangelnder Aufheizung der Antriebsgase ein Nachheizen sicherzustellen und andererseits die Turbine bei Ausfall des Sonnenkollektors 13 im Notbetrieb mit Brennstoff zu betreiben. Auch kann die Brenneinheit II als zusätzliche Starthilfe eingesetzt werden. The firing unit II is provided, on the one hand, when there is insufficient Heating the drive gases to ensure reheating and, on the other hand, the To operate the turbine in emergency mode with fuel in the event of failure of the solar collector 13. The firing unit II can also be used as an additional starting aid.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853504360 DE3504360A1 (en) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | Solar powered turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853504360 DE3504360A1 (en) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | Solar powered turbine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3504360A1 true DE3504360A1 (en) | 1986-08-14 |
Family
ID=6262036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19853504360 Withdrawn DE3504360A1 (en) | 1985-02-08 | 1985-02-08 | Solar powered turbine |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE3504360A1 (en) |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8141 | Disposal/no request for examination |