CH706970A1

CH706970A1 - Receiver for concentrated solar radiation.

Info

Publication number: CH706970A1
Application number: CH01646/12A
Authority: CH
Inventors: Ulrich Bech
Original assignee: Ulrich Bech
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-03-14
Also published as: WO2014037582A2; WO2014037582A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Receiver zum Auffangen von konzentrierter Sonneneinstrahlung aus einem umliegenden Spiegelfeld. Der Receiver besitzt einen Behälter (21) mit wenigstens einer Lichteintrittsöffnung (27) sowie einem Ein- und einem Auslass für ein Kühlmedium. Im Behälter (21) ist wenigstens ein Absorberkörper vorgesehen, welcher wenigstens bereichsweise als schwarzer Körper ausgebildet ist und hinter der Lichteintrittsöffnung (27) angeordnet ist, zum Auffangen der Strahlungsenergie und Umwandlung derselben in thermische Energie. Ausserdem sind im Behälter (21) Wärmespeicherelemente vorgesehen.The invention relates to a receiver for collecting concentrated solar radiation from a surrounding mirror field. The receiver has a container (21) with at least one light inlet opening (27) and an inlet and an outlet for a cooling medium. In the container (21) at least one absorber body is provided, which is at least partially formed as a black body and behind the light inlet opening (27) is arranged to capture the radiation energy and conversion of the same into thermal energy. In addition, heat storage elements are provided in the container (21).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

[0001] Die Erfindung betrifft einen Receiver gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a receiver according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Schon frühzeitig wurden Versuche gemacht, mit Spiegeln oder Brenn-Gläsern Sonnenlicht zu hohen Temperaturen zu konzentrieren. Das älteste bekannte Beispiel stammt von Archimedes ca. 221 B.C., aber auch 1906 wurden bereits 3000°C erreicht. Die technische Herausforderung besteht darin, mit dieser konzentrierten Wärme verlässlich umzugehen über eine dauerhafte Umwandlung in andere, insbesondere transportierbare Energieformen. Interessant ist elektrische Energie, aber auch Einsatz als Prozesswärme und damit ggf. auch Synthese-Gas- oder Flüssig-Treibstoff-Erzeugung ist denkbar. Early on attempts were made to concentrate sunlight with mirrors or burning glasses to high temperatures. The oldest known example comes from Archimedes about 221 B.C., but also in 1906 were already reached 3000 ° C. The technical challenge is to deal reliably with this concentrated heat through a permanent transformation into other, in particular transportable forms of energy. Interesting is electrical energy, but also use as process heat and thus possibly syn-gas or liquid fuel production is conceivable.

[0003] Die Schlüssel-Komponente einer solchen fokussierenden Solarenergie Anlage, heute üblicherweise als «CSP» (Concentrated Solar Power) bezeichnet, ist der «Receiver», denn dort muss technisches Neuland beschritten werden, im Prinzip eine «Heissgas-Maschine» die grundsätzlich nicht sehr verschieden von einem Raketen-Motor ist, der ebenfalls extrem heisse Druckgase «verarbeiten» muss. The key component of such a focusing solar energy plant, today commonly referred to as "CSP" (Concentrated Solar Power), is the "receiver", because there must be broken new technical ground, in principle, a "hot gas engine" basically not very different from a rocket engine, which must also "process" extremely hot compressed gases.

[0004] Das hinsichtlich Effizienz anspruchsvollste Konzept integriert – wie im konventionellen Kraftwerksbau – den Energiefluss über eine Gas-Turbinenstufe, vorgeschlagen für die Prototypenanlage Jülich, deren heisses Abgas den Dampferzeuger der nachgeschalteten Dampfturbine betreibt. The most demanding in terms of efficiency concept integrated - as in conventional power plant construction - the energy flow through a gas turbine stage, proposed for the prototype Jülich plant whose hot exhaust gas operates the steam generator of the downstream steam turbine.

[0005] Das Problem des Gasturbinen-Einsatzes mit Eintrittstemperaturen von ca. 1050°C ist nicht nur technischer sondern auch ökonomischer Natur: Leider werden die optimalen Wirkungsgrade des thermischen Prozesses nur für wenige Stunden am Tag und bei idealen Wetterbedingungen erreicht. Mit Recht reklamieren daher die Designer der relativ billigen Parabol-Spiegel für 400°C Dampfanlagen mit Speicherung, die Optimierung ihrer Komponenten voran zu treiben. The problem of gas turbine use with inlet temperatures of about 1050 ° C is not only technical but also economic in nature: Unfortunately, the optimal efficiencies of the thermal process are only achieved for a few hours a day and in ideal weather conditions. Therefore, the designers of the relatively cheap parabolic mirrors for 400 ° C steam systems with storage are rightly claiming to promote the optimization of their components.

[0006] In einer Solarwärme-Anlage zur Stromerzeugung wird durch grossflächige Sammlung von Sonnenstrahlungsenergie in linearen Spiegelfeldern Wärmeenergie in Längsrohren gewonnen, die auf einen Speicher oder direkt auf einen Dampferzeuger arbeiten. Die erzielten Temperaturen sind aus Material- und Kostengründen im Bereich zwischen 400 und 500 °C, was im Dampferzeuger suboptimale Dampfparameter von 350– 400 °C ergibt. In a solar thermal plant for power generation heat energy is gained in longitudinal tubes by large-scale collection of solar energy in linear mirror fields, which work on a memory or directly to a steam generator. The temperatures achieved are for material and cost reasons in the range between 400 and 500 ° C, resulting in sub-optimal steam parameters of 350-400 ° C in the steam generator.

[0007] Die Kühlung mit Salzschmelzen hat den Vorteil, dass diese bis ca. 600 °C stabil sind und als Speichermedium eingesetzt werden können. Versuchsanlagen mit aufgeheizten Salzschmelzen sind für Temperaturen bis 570 °C geplant. Die erforderlichen Salzmischungen haben jedoch Erstarrungspunkte >140 °C, was die erforderlichen Anlagen für die Speicherung sehr aufwendig macht. The cooling with molten salts has the advantage that they are stable up to about 600 ° C and can be used as a storage medium. Test facilities with heated molten salts are planned for temperatures up to 570 ° C. However, the required salt mixtures have solidification points> 140 ° C, which makes the required equipment for storage very expensive.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

[0008] Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den bekannten Nachteilen des Stands der Technik Abhilfe zu schaffen und eine Receivervorrichtung für eine Solaranlage bereitzustellen, welche auch sehr hohe Temperaturen bewältigen kann. Noch ein Ziel ist es, eine Receivervorrichtung vorzuschlagen, welche in der Lage ist, auch dann noch weiter zu arbeiten, wenn keine Sonnenstrahlung mehr vorhanden ist. Ein weiteres Ziel ist es, eine Receivervorrichtung bereitzustellen, welche die von einem fokussierenden Spiegelfeld auf einen Turm gesandte Strahlungsenergie möglichst vollständig in Wärme umwandelt. Dabei soll möglichst das vollständige reflektierte Strahlungsspektrum von infrarot bis ultraviolett umgewandelt werden. It is therefore an object of the present invention to remedy the known disadvantages of the prior art and to provide a receiver device for a solar system, which can handle even very high temperatures. Yet another goal is to propose a receiver device which is able to continue working even when there is no more solar radiation. Another object is to provide a receiver device which converts the radiant energy sent by a focusing mirror array onto a tower as completely as possible into heat. As far as possible, the complete reflected radiation spectrum should be converted from infrared to ultraviolet.

Beschreibungdescription

[0009] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe realisiert durch einen Receiver zum Auffangen von konzentrierter Sonneneinstrahlung aus einem umliegendem Spiegelfeld umfassend – einen Behälter mit wenigstens einer Lichteintrittsöffnung, sowie einem Ein- und einem Auslass für ein Kühlmedium; – wenigstens einen im Behälter vorgesehenen Absorberkörper, welcher wenigstens bereichsweise als schwarzer Körper ausgebildet ist und hinter der Lichteintrittsöffnung angeordnet ist, zum Auffangen der Strahlungsenergie und Umwandlung derselben in thermische Energie; und – im Behälter vorgesehenen Wärmespeicherelementen. Der erfindungsgemässe Receiver hat den Vorteil, dass Wärme gespeichert und diese dann, wenn die Sonne nicht mehr scheint, zum Betreiben beispielsweise einer Gasturbine verwendet werden kann. According to the invention, the object is realized by a receiver for collecting concentrated solar radiation from a surrounding mirror field comprising - A container with at least one light inlet opening, and an inlet and an outlet for a cooling medium; - At least one absorber body provided in the container, which is at least partially formed as a black body and is arranged behind the light inlet opening, for collecting the radiation energy and converting the same into thermal energy; and - Provided in the container heat storage elements. The receiver according to the invention has the advantage that heat is stored and then, when the sun is no longer shining, it can be used to operate, for example, a gas turbine.

[0010] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wärmespeicherelemente ausgelegt, um Temperaturen > 1000 °C aufnehmen zu können. Damit kann der erfindungsgemässe Receiver bei wesentlich höheren Temperaturen arbeiten als bislang bekannte Receiver. According to a preferred embodiment, the heat storage elements are designed to accommodate temperatures> 1000 ° C can. Thus, the inventive receiver can operate at much higher temperatures than previously known receiver.

[0011] Vorteilhaft ist eine Mehrzahl von Absorberkörpern vorgesehen, welche Absorberkörper zu einem Absorberstapel zusammengefügt sind. Damit lässt sich die gewünschte Speicherkapazität entsprechend den Bedürfnissen anpassen. Advantageously, a plurality of absorber bodies is provided, which absorber body are joined together to form an absorber stack. Thus, the desired storage capacity can be adjusted according to the needs.

[0012] Zweckmässigerweise ist der Absorberkörper als Keramikelement oder aus solchen bestehend ausgebildet. Keramikelemente haben den Vorteil, dass diese sehr hohe Temperaturen von > 1000 °C aushalten können. Conveniently, the absorber body is formed as a ceramic element or consisting of such. Ceramic elements have the advantage that they can withstand very high temperatures of> 1000 ° C.

[0013] Vorteilhaft weist der der Absorberkörper eine Lichtfanggeometrie auf, die geeignet ist, einfallendes Licht durch Mehrfachreflexion an schwarzen Flächen einzufangen und in Wärme umzuwandeln. Damit kann sichergestellt, dass im Wesentlichen die gesamte einfallende Strahlungsenergie, oder zumindest mehr als 90% und vorzugsweise mehr 95% der Wärmestrahlung, aufgefangen werden kann. Um dies zu erreichen, ist die Innenwandung der Flanken vorzugsweise poliert oder verspiegelt. Advantageously, the absorber body has a Lichtfanggeometrie which is suitable to capture incident light by multiple reflection on black areas and convert it into heat. This can ensure that substantially all of the incident radiation energy, or at least more than 90% and preferably more than 95% of the heat radiation, can be absorbed. To achieve this, the inner wall of the flanks is preferably polished or mirrored.

[0014] Vorteilhaft weist ein einzelner Absorberkörper zwei einander gegenüberliegende konkave Flanken auf, um einfallende Strahlung in den Bodenbereich des Absorberkörpers zu leiten. Durch eine Mehrfachreflexion der einfallenden Strahlung am Absorberkörper kann die Effizienz deutlich gesteigert werden. Advantageously, a single absorber body on two opposing concave flanks to direct incident radiation in the bottom region of the absorber body. By a multiple reflection of the incident radiation on the absorber body, the efficiency can be significantly increased.

[0015] Vorteilhaft besitzt der Absorberkörper Kanäle für die Durchleitung eines Kühlmediums. Damit kann verhindert werden, dass sich der Absorberkörper allzu stark erhitzt. Advantageously, the absorber body has channels for the passage of a cooling medium. This can prevent that the absorber body heats up too much.

[0016] Durch die Ausbildung des Bodenbereichs in Gestalt eines Schwalbenschwanzes By the formation of the bottom portion in the form of a dovetail

[0017] Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform hat der Receiver einen Receiverinnenraum, welcher durch eine Wand in einen Absorberbereich und einen Gasrückstrombereich unterteilt ist, wobei das Kühlmedium vom Einlass vorzugsweise in den Absorberbereich, von da in den Gasrückstrombereich und sodann zum Auslass geleitet wird. According to an advantageous embodiment of the receiver has a receiver interior, which is divided by a wall in an absorber region and a gas backflow region, wherein the cooling medium from the inlet is preferably passed into the absorber region, from there into the gas backflow region and then to the outlet.

[0018] Vorteilhaft sind im Gasrückstrombereich des Receivers eine Brennkammer und eine Zuleitung für den Brennstoff in die erwähnte Brennkammer vorgesehen............. Advantageously, in the gas backflow region of the receiver, a combustion chamber and a supply line for the fuel in the aforementioned combustion chamber are provided .............

[0019] Zweckmässigerweise sind die Absorberkörper an der Wand vorzugsweise durch Formschluss befestigt. Dies hat den Vorteil, dass sie sich bei der Erwärmung ausdehnen können und keine Gefahr besteht, dass der Zusammenhalt der Absorberkörper Schaden nehmen könnte. Dabei besteht zwischen den Absorberkörpern vorzugsweise ein gewisses Spiel, damit bei der Erwärmung keine Spannungen zwischen den Absorberkörpern auftreten können. Conveniently, the absorber body are preferably attached to the wall by positive engagement. This has the advantage that they can expand when heated and there is no danger that the cohesion of the absorber body could be damaged. In this case, there is preferably a certain amount of play between the absorber bodies, so that no stresses can occur between the absorber bodies during the heating.

[0020] Vorzugsweise sind die Lichteintrittsöffnung durch eine Mehrzahl von hintereinander und in Abstand voneinander angeordneten transparenten Scheiben gebildet. Dies hat den Vorteil, dass die hohen Temperaturen innerhalb des Receivers besser bewältigt werden können. Preferably, the light inlet opening are formed by a plurality of successively and spaced apart transparent discs. This has the advantage that the high temperatures within the receiver can be handled better.

[0021] Zweckmässigerweise sind die Lichteintrittsöffnung durch wenigstens drei Scheiben gebildet, wobei die Zwischenräume zwischen den Scheiben von einem Kühlmedium durchströmbar sind. Damit kann der Receiver gasdicht gegenüber der Umgebung abgedichtet werden. Conveniently, the light inlet opening are formed by at least three panes, wherein the spaces between the panes of a cooling medium can be flowed through. Thus, the receiver can be gas-tight sealed from the environment.

[0022] Zur Umwandlung der Wärmeenergie in elektrischen Strom ist der Auslass des Receivers vorzugsweise mit einem Wärmespeicher und/oder einer Gasturbine in Verbindung. For converting the heat energy into electricity, the outlet of the receiver is preferably in communication with a heat storage and / or a gas turbine.

[0023] Vorteilhaft steht der Einlass des Receivers mit dem Auslass eines Kompressors oder einer Pumpe in Verbindung. Das heisst, dass das aus der Gasturbine austretende Gas wieder rezykliert wird. Advantageously, the inlet of the receiver is connected to the outlet of a compressor or a pump. This means that the gas leaving the gas turbine is recycled again.

[0024] Vorteilhaft sind der Ein- und Auslass mit Röhren für die Zirkulation von Salzschmelze als Kühlmedium verbunden, die vorzugsweise in den Kanälen aufgenommen sind. Advantageously, the inlet and outlet are connected to tubes for the circulation of molten salt as the cooling medium, which are preferably received in the channels.

[0025] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind vor den Lichteintrittsöffnungen Vorkonzentratoren vorgesehen. Diese haben den Zweck, die einfallende Sonnenstrahlung zu bündeln. According to a preferred embodiment, preconcentrators are provided in front of the light entry openings. These have the purpose of bundling the incident solar radiation.

[0026] Zweckmässigerweise besitzen die Vorkonzentratoren je ein kelchförmiges Lichteinfangteil. Dieses kann beispielsweise eine hexagonale Geometrie haben. Conveniently, the preconcentrators each have a kelchförmiges Lichteinfangteil. This can for example have a hexagonal geometry.

[0027] Vorteilhaft bilden die Lichteinfangteile nebeneinander angeordnet eine Wabenstruktur. Durch diese dichte Packung der Lichteinfangteile kann die einfallende Sonnenstrahlung zum allergrössten Teil eingefangen werden. Advantageously, the Lichteinfangteile arranged side by side to form a honeycomb structure. Through this dense packing of Lichteinfangteile the incident solar radiation can be captured for the most part.

[0028] Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform steht der Receiver mit einem Hochtemperaturspeicher in Verbindung. Der Hochtemperaturspeicher erlaubt die Zwischenspeicherung der Wärmeenergie und Verwendung derselben zu einem Zeitpunkt, wo keine Sonneneinstrahlung mehr stattfindet. Dies führt zu einer erwünschten Vergleichmässigung der Energiegewinnung. According to an advantageous embodiment of the receiver is connected to a high-temperature storage in connection. The high-temperature storage allows the storage of thermal energy and its use at a time when there is no more solar radiation. This leads to a desired homogenization of energy production.

[0029] Vorteilhaft ist der Hochtemperaturspeicher durch eine Vielzahl von über- und nebeneinander angeordneten Keramikbauteilen gebildet, welche in einem Gehäuse angeordnet sind. Advantageously, the high-temperature storage is formed by a plurality of over and next to each other arranged ceramic components, which are arranged in a housing.

[0030] Um eine allzu starke Erwärmung der Gehäusewand zu verhindern, ist zwischen der Gehäusewand des Hochtemperaturspeichers und dem Hochtemperaturspeicher ein Ringraum vorgesehen. Der Ringraum dient dabei als Rückstrombereich für ein Wärmetransfermedium. In order to prevent excessive heating of the housing wall, an annular space is provided between the housing wall of the high-temperature storage and the high-temperature storage. The annular space serves as a return flow region for a heat transfer medium.

[0031] Vorteilhaft sind im Hochtemperaturspeicher von innen nach aussen führende Kanäle für das erhitzte Medium vorgesehen, welche mit dem Ringraum in Verbindung stehen. Damit kann eine gute Durchdringung des Hochemperaturspeichers mit dem Wärmetransfermedium erreicht werden. Advantageously, in the high-temperature storage from the inside to outside leading channels for the heated medium are provided, which are in communication with the annulus. Thus, a good penetration of the high-temperature storage can be achieved with the heat transfer medium.

[0032] Zweckmässigerweise steht der Ringraum über eine Sammelleitung mit dem Gasrückstrombereich in Verbindung. Conveniently, the annular space communicates via a manifold with the gas reflux region in combination.

[0033] Vorteilhaft ist im Zentrum des Hochtemperaturspeichers ein kaminartiger Innenraum vorgesehen. Advantageously, a chimney-like interior is provided in the center of the high-temperature storage.

[0034] Vorzugsweise ist das Gehäuse des Hochtemperaturspeichers innenseitig mit einer Kühlung, z.B. spiralförmig entlang der Gehäuseinnenwand aufsteigenden Rohrleitungen, versehen. Preferably, the housing of the high-temperature storage is internally with a cooling, e.g. spirally along the housing inner wall ascending pipes provided.

[0035] Zusammengefasst lässt sich folgendes festhalten: Die vorliegende Erfindung schlägt ein integriertes Konzept vor, das gegliedert ist in eine Vor-Konzentratorstufe ausserhalb eines Druckbehälters, die flächendeckend die von den Spiegeln reflektierte Sonnenstrahlung einfängt und auf Rundfenster des Druckbehälters leitet. Der Druckbehälter enthält vorzugsweise eine druckaufgeladene Inert-Gas Füllung, die über eine Gasturbinenstufe (im geschlossenen Kreislauf) einen Dampferzeuger erhitzt, der eine nachgeschaltete Dampfturbine betreibt. In summary, the following can be stated: The present invention proposes an integrated concept, which is subdivided into a pre-concentrator stage outside a pressure vessel, which captures the solar radiation reflected by the mirrors over a wide area and directs it to round windows of the pressure vessel. The pressure vessel preferably contains a pressure-charged inert gas filling, which heats a steam turbine via a gas turbine stage (in the closed circuit), which operates a downstream steam turbine.

[0036] Die Umwandlung der Strahlungsenergie in Wärme erfolgt in konkav geformten Hochtemperatur-Keramikabsorbern, wobei die Strahlung in der konkaven Öffnung weiter konzentriert wird. Der Bodenbereich eines solchen Absorber ist vorzugsweise als «schwarzer Körper» ausgelegt. Die Geometrie des Absorbers ist vorzugsweise so, dass mehrfache Reflektionen die eingetretene Strahlung nahezu vollständig in Wärme überführen. Aufrauhungen bzw. Noppenstrukturen können den Prozess des Lichteinfangs unterstützen. Damit wird die zweite Aufgabe erfüllt, keine Sonnenstrahlung aber auch keine niederfrequente Strahlung, nach aussen dringen zu lassen. Eine hochwertige Wärmeisolierung und ein integriertes Kühlsystem, das zum Vorwärmen benutzt wird, unterstützen diese Aufgabe. The conversion of radiant energy to heat occurs in concave shaped high temperature ceramic absorbers, with the radiation further concentrated in the concave opening. The bottom region of such an absorber is preferably designed as a "black body". The geometry of the absorber is preferably such that multiple reflections convert the entered radiation almost completely into heat. Roughening or napping structures can assist in the process of light trapping. Thus, the second task is fulfilled, no solar radiation but also no low-frequency radiation, to let out. High-quality thermal insulation and an integrated cooling system used for preheating support this task.

[0037] Diese konzentrierte Energieeinbringung verlangt nach einer intensiven Kühlung, die durch vertikal verlaufende Gaskanäle ermöglicht wird: Erfindungsgemäss wird die starke Überhitzung des Absorber-Bodenbereichs genutzt, um das Druckgas effizient in kurzem Zeitdurchlauf stark aufzuheizen und direkt in die Mitte des angeflanschten Hochtemperaturspeichers zu leiten. Dieser dient sowohl zum Ausgleich von Sonnenenergie-Schwankungen (z.B. Wolkendurchgang) als auch zur effizienten Speicherung von Hochtemperaturwärme zur Nutzung nach Sonnenuntergang, Dann kann der geschlossene Druckgas-Kreislauf weiter betrieben werden, bis der Speicher auf Temperaturen herunter gekühlt ist, die einen Weiterbetrieb der Gasturbinenstufe nicht mehr sinnvoll machen. Vorzugsweise sind dies Abendstunden zu sogenannten Spitzenlastzeiten, wenn die höchsten Strompreise erzielt werden können. Als Option kann bei Speichertemperaturen unter ca. 1000°C der Druckgaskreislauf auf Luftansaugung umgestellt und durch Brennstoffeinspritzung in den Gasrückstrombereich eine Temperaturerhöhung bewirkt werden entsprechend einem konventionellen Flugtriebwerk. Da die angesaugte Luft stark vorgewärmt eingesetzt wird, ist der spezifische Brennstoffverbrauch ist jedoch bedeutend niedriger. Die Abgase der Gasturbine werden in jedem Fall zur Erzeugung optimal überhitzten Dampfes genutzt, bevor sie in der Vorwärmung des Dampferzeugers auf Kondensator-Temperatur herunter gekühlt werden. Dies hält den Energieaufwand für die nachfolgende erste Kompressorstufe niedrig. Die zweite Kompressorstufe ist an die schnell laufende Gasturbine gekoppelt. Überschüssige Energie wird vorzugsweise über ein Hydraulikelement ausgekoppelt und zum Antrieb des langsam laufenden Kompressors am Boden und oder als Unterstützung des Generatorantriebs verwendet, Dies hat den Vorteil, dass ein Gasturbinengetriebe entfallen kann. This concentrated energy input requires intensive cooling, which is made possible by vertical gas channels: According to the invention, the strong overheating of the absorber bottom area is used to efficiently heat the compressed gas in a short time pass and direct to the center of the flanged high-temperature storage , This serves both to compensate for solar energy fluctuations (eg cloud passage) and for the efficient storage of high temperature heat for use after sunset, Then the closed compressed gas cycle can continue to operate until the memory is cooled down to temperatures that continue operation of the gas turbine stage no longer make sense. Preferably, these are evening hours to so-called peak load times, when the highest electricity prices can be achieved. As an option, at storage temperatures below about 1000 ° C, the compressed gas circulation can be switched to air intake and fuel injection into the gas return flow range can cause a temperature increase corresponding to a conventional aircraft engine. Since the intake air is used heavily preheated, however, the specific fuel consumption is significantly lower. The exhaust gases of the gas turbine are used in any case to generate optimally superheated steam before they are cooled down in the preheating of the steam generator to condenser temperature. This keeps the energy consumption low for the subsequent first compressor stage. The second compressor stage is coupled to the high-speed gas turbine. Excess energy is preferably decoupled via a hydraulic element and used to drive the low-speed compressor on the ground and or as a support of the generator drive, this has the advantage that a gas turbine transmission can be omitted.

[0038] Die beschriebene Anlage kann daher die Nutzungsdauer der hocheffizienten Gasturbinenstufe aus dem Hochtemperatur-Speicher um mehrere Stunden ausdehnen und Energie in den wertvollen Spitzenlastzeiten liefern. Die Option zur Umschaltung der Gasturbine auf Zusatzbrennstoff eröffnet die Möglichkeit zur weiteren Ausdehnung der Nutzungszeit bzw. Einsatz als «Notstromaggregat», das jederzeit gestartet werden kann. Da erfindungsgemäss alle wesentlichen Komponenten inklusive der elektrischen Infrastruktur vorhanden sind, bleibt die Zusatzinvestition für diese wertvolle Option gering. The system described can therefore extend the useful life of the high-efficiency gas turbine stage from the high-temperature storage by several hours and deliver energy in the peak peak load times. The option to switch the gas turbine to additional fuel opens up the possibility of further extending the useful life or use as an "emergency power generator" that can be started at any time. Since according to the invention all the essential components including the electrical infrastructure are available, the additional investment for this valuable option remains low.

[0039] Erfindungsgemäss ist es möglich, für Regionen mit weniger intensiver Sonnenstrahlung und entsprechend grossen Feldern zur Kollektion von Sonnenstrahlen einen vereinfachten; Salzschmelze gekühlten Receiver bereit zu stellen. Dieser hat ebenfalls zur Kühlung und Speicherung einen Gasumlauf, allerdings mit niedrigerem Druck. In die Gasaufström- und Abströmkanäle sind dann Salzschmelze führende Rohre eingelassen. Diese können vorteilhaft mit einem für Salze ausgelegten «Hochtemperatur-Speicher» (ca. 600°C) direkt verbunden werden. Dieser Temperaturbereich ist für die Dampfüberhitzung geeignet. Aus dem als Option aufgesetzten Ausgleichspeicher der Gaskühlung kann der Salzschmelze-Umlauf verlängert in diesem Temperatur-Bereich betrieben werden. According to the invention, it is possible for regions with less intense solar radiation and correspondingly large fields for the collection of sunbeams a simplified; Molten salt cooled receiver ready to provide. This also has a gas circulation for cooling and storage, but with lower pressure. In the Gasaufström- and outflow then salt melt leading tubes are embedded. These can advantageously be directly connected to a "high-temperature storage" designed for salts (about 600 ° C). This temperature range is suitable for steam overheating. The molten salt circulation can be operated extended in this temperature range from the compensation reservoir of the gas cooling which is installed as an option.

[0040] Diese und andere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die nicht einschränkende Beispiele darstellen und auf die in den nachfolgenden Zeichnungen Bezug genommen wird: <tb>Fig. 1<SEP>beschreibt schematisch die Gesamtanlage einer Solar-Gesamtanlage zur Verwertung von Sonnenenergie, mit einem Solar-Receiver als wesentlicher Komponente; <tb>Fig. 2<SEP>ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung umfassend eine erste erfindungsgemässe Ausführungsform eines Receivers zum Auffangen von konzentrierter Sonnenenergie aus einem Spiegelfeld und einem mit dem Receiver in Verbindung stehenden Hochtemperaturspeicher, vorzugsweise im Bereich oberhalb von 500 Grad; <tb>Fig. 3<SEP>ist ein Querschnitt durch den Behälter von Fig. 2 auf der Ebene des Receivers, welcher die Fenster des Receivers und dahinter angeordnete Absorberkörper zeigt; <tb>Fig. 4<SEP>zeigt oben mehrere auf einer Kreisbahn nebeneinander angeordnete Absorberkörper und unten einen einzelnen Absorberkörper näher im Detail; <tb>Fig. 5<SEP>ein Fenster des Receivers in vergrösserter Darstellung; <tb>Fig. 6 bis 9<SEP>zeigen Vorkonzentratoren, welche vor den Lichteintrittsöffnungen des Receivers angeordnet werden können; <tb>Fig. 10<SEP>zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Absorbers, welcher durch Salzschmelze-gefüllte Rohre gekühlt wird; <tb>Fig. 11<SEP>zeigt oben einen modifizierten Absorberkörper, welcher für die Kühlung mittels einer Salzschmelze ausgelegt ist, und unten mehrere auf einer Kreisbahn nebeneinander angeordnete Receiverkörper, jeweils in Draufsicht; <tb>Fig. 12<SEP>einen Querschnitt durch den Absorber gemäss Fig. 10 .These and other features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention, given by way of non-limiting example and to which reference is made in the following drawings: <Tb> FIG. 1 <SEP> describes schematically the complete system of a solar overall system for the utilization of solar energy, with a solar receiver as an essential component; <Tb> FIG. Fig. 2 is a longitudinal section through a device comprising a first inventive embodiment of a receiver for collecting concentrated solar energy from a mirror array and a high-temperature storage device connected to the receiver, preferably in the region above 500 degrees; <Tb> FIG. 3 is a cross-section through the container of FIG. 2 on the plane of the receiver showing the windows of the receiver and absorber bodies arranged behind it; <Tb> FIG. 4 shows at the top several absorber bodies arranged side by side on a circular path and at the bottom a single absorber body in more detail; <Tb> FIG. 5 <SEP> a window of the receiver in an enlarged view; <Tb> FIG. 6 to 9 <SEP> show preconcentrators, which can be arranged in front of the light inlets of the receiver; <Tb> FIG. FIG. 10 shows a second embodiment of an absorber according to the invention, which is cooled by molten-salt-filled tubes; FIG. <Tb> FIG. 11 shows at the top a modified absorber body, which is designed for cooling by means of a molten salt, and at the bottom a plurality of receiver bodies arranged side by side on a circular path, in each case in plan view; <Tb> FIG. 12 <SEP> a cross section through the absorber according to FIG. 10.

[0041] Es wird eine Anlage mit kostengünstigen, linearen Spiegelfeldern 20 gemäss Stand der Technik als Wärmequelle für 400–500°C Dampf ergänzt, um einen Receiver für das fokussierende Feld 9, das entsprechend der Topographie auf Hügeln und Zwischenräumen der existierenden Anlage aufgestellt ist. Das aufwendige Spiegelfeld mit Heliostaten 5, die dem täglich wechselnden Lauf der Sonne folgen können, wird ausschliesslich genutzt, um aus seiner Überhitzungsstufe erhöhte Energieeffizienz zu erzielen. Dabei ist eine erste Stufe, wenn ein solcher Receiver nur zur Dampf-Überhitzung in einem Salzschmelze gekühlten Feld eingesetzt wird. (Pumpe, Drei-Wegeventil 19) Der voll ausgebaute Receiver (Details in Fig. 2 ) enthält einen Hochtemperatur-Wärmespeicher, und ist druckaufgeladen zum Betrieb einer (oder zwei) angeflanschten Gasturbine(n) 13, die vorteilhaft mittels Hydraulikelemente 14 überschüssige Energie in den Dampfturbosatz 16 einbringen. Die Abgase der Gasturbinenstufe werden vorteilhaft in einem angeflanschten Wärmetauscher 3 zur Dampferzeugung oder Salzschmelze-Erwärmung genutzt. Für den Mittel-Temperaturbereich ist bei solchen Anlagen ein erweiterter Salzschmelze-Wärmespeicher 18 vorgesehen, ergänzt je nach örtlicher Auslegung um Wärmetauscher und eine ölgekühlte Vorwärmstufe (nicht gezeigt) In vielen Fällen kann die Vorwärmung nach dem Kondensator 17 der Dampfturbine 16 durch Wärmen aus den Kühlkreisläufen des geschlossenen Receiver-Kreislaufs erfolgen. Die Wärmespeicherung beginnt dann im Temperaturbereich 200°C in Stufen bis 500°C. Hochtemperaturspeicherung erfolgt direkt in dem in Fig. 2 bzw. 10 beschriebenen Turm-Receiver. A system with cost-effective, linear mirror fields 20 according to the prior art as a heat source for 400-500 ° C steam is added to a receiver for the focusing field 9, which is placed according to the topography on hills and gaps of the existing system , The elaborate mirror field with heliostats 5, which can follow the daily changing course of the sun, is used exclusively to achieve increased energy efficiency from its overheating stage. It is a first stage when such a receiver is used only for steam superheating in a molten salt cooled field. (Pump, three-way valve 19) The fully developed receiver (details in Fig. 2) includes a high-temperature heat storage, and is pressurized to operate one (or two) flanged gas turbine (s) 13, which advantageously by means of hydraulic elements 14 excess energy in introduce the steam turbine set 16. The exhaust gases of the gas turbine stage are advantageously used in a flanged heat exchanger 3 for steam generation or molten salt heating. For the mid-temperature range an extended molten salt heat storage 18 is provided in such systems, supplemented depending on local design to heat exchanger and an oil-cooled preheating (not shown) In many cases, the preheating of the condenser 17 of the steam turbine 16 by heating from the cooling circuits of the closed receiver circuit. The heat storage then starts in the temperature range 200 ° C in stages up to 500 ° C. High-temperature storage takes place directly in the tower receiver described in FIGS. 2 and 10.

[0042] Der in Fig. 2 gezeigte Behälter 21 umfasst einen Receiver 23 zum Auffangen von konzentrierter Sonnenenergie aus einem Spiegelfeld (siehe Fig. 1 ) und einen Hochtemperaturspeicher 25, welcher über eine Öffnung 27 mit dem Receiver 23 in Fig. 11 zeigt oben einen modifizierten Absorberkörper, welcher für die Kühlung mittels einer Salzschmelze ausgelegt ist, und unten mehrere auf einer Kreisbahn nebeneinander angeordnete Receiverkörper, jeweils in Draufsicht; The container 21 shown in Fig. 2 comprises a receiver 23 for collecting concentrated solar energy from a mirror array (see Fig. 1) and a high temperature storage 25, which via an opening 27 to the receiver 23 in Fig. 11 shows a top modified absorber body, which is designed for cooling by means of a molten salt, and below several arranged on a circular path side by side receiver body, each in plan view;

[0043] Fig. 12 einen Querschnitt durch den Absorber gemäss Fig. 10 . 12 shows a cross section through the absorber according to FIG. 10.

[0044] Es wird eine Anlage mit kostengünstigen, linearen Spiegelfeldern 20 gemäss Stand der Technik als Wärmequelle für 400–500°C Dampf ergänzt, um einen Receiver für das fokussierende Feld 9, das entsprechend der Topographie auf Hügeln und Zwischenräumen der existierenden Anlage aufgestellt ist. Das aufwendige Spiegelfeld mit Heliostaten 5, die dem täglich wechselnden Lauf der Sonne folgen können, wird ausschliesslich genutzt, um aus seiner Überhitzungsstufe erhöhte Energieeffizienz zu erzielen. Dabei ist eine erste Stufe, wenn ein solcher Receiver nur zur Dampf-Überhitzung in einem Salzschmelze gekühlten Feld eingesetzt wird. (Pumpe, Drei-Wegeventil 19) Der voll ausgebaute Receiver (Details in Fig. 2 ) enthält einen Hochtemperatur-Wärmespeicher, und ist druckaufgeladen zum Betrieb einer (oder zwei) angeflanschten Gasturbine(n) 13, die vorteilhaft mittels Hydraulikelemente 14 überschüssige Energie in den Dampfturbosatz 16 einbringen. Die Abgase der Gasturbinenstufe werden vorteilhaft in einem angeflanschten Wärmetauscher 3 zur Dampferzeugung oder Salzschmelze-Erwärmung genutzt. Für den Mittel-Temperaturbereich ist bei solchen Anlagen ein erweiterter Salzschmelze -Wärmespeicher 18 vorgesehen, ergänzt je nach örtlicher Auslegung um Wärmetauscher und eine ölgekühlte Vorwärmstufe (nicht gezeigt) In vielen Fällen kann die Vorwärmung nach dem Kondensator 17 der Dampfturbine 16 durch Wärmen aus den Kühlkreisläufen des geschlossenen Receiver-Kreislaufs erfolgen. Die Wärmespeicherung beginnt dann im Temperaturbereich 200°C in Stufen bis 500°C. Hochtemperaturspeicherung erfolgt direkt in dem in Fig. 2 bzw. 10 beschriebenen Turm-Receiver. A system with cost-effective, linear mirror fields 20 according to the prior art as a heat source for 400-500 ° C steam is added to a receiver for the focusing field 9, which is placed according to the topography on hills and gaps of the existing system , The elaborate mirror field with heliostats 5, which can follow the daily changing course of the sun, is used exclusively to achieve increased energy efficiency from its overheating stage. It is a first stage when such a receiver is used only for steam superheating in a molten salt cooled field. (Pump, three-way valve 19) The fully developed receiver (details in Fig. 2) includes a high-temperature heat storage, and is pressurized to operate one (or two) flanged gas turbine (s) 13, which advantageously by means of hydraulic elements 14 excess energy in introduce the steam turbine set 16. The exhaust gases of the gas turbine stage are advantageously used in a flanged heat exchanger 3 for steam generation or molten salt heating. For the mid-temperature range, an extended molten salt heat accumulator 18 is provided in such systems, supplemented depending on local design to heat exchanger and an oil-cooled preheating (not shown) In many cases, the preheating of the condenser 17 of the steam turbine 16 by heating from the cooling circuits of the closed receiver circuit. The heat storage then starts in the temperature range 200 ° C in stages up to 500 ° C. High-temperature storage takes place directly in the tower receiver described in FIGS. 2 and 10.

[0045] Der in Fig. 2 gezeigte Behälter 21 umfasst einen Receiver 23 zum Auffangen von konzentrierter Sonnenenergie aus einem Spiegelfeld (siehe Fig. 1 ) und einen Hochtemperaturspeicher 25, welcher über eine Öffnung 27 mit dem Receiver 23 in Verbindung steht. Im Betrieb fliesst heisses Gas (Pfeil 29) durch Öffnung 27 in den Hochtemperaturspeicher 25, wo es die Wärme an den Speicher abgibt. The container 21 shown in Fig. 2 comprises a receiver 23 for collecting concentrated solar energy from a mirror array (see Fig. 1) and a high temperature storage 25, which is connected via an opening 27 to the receiver 23 in connection. In operation, hot gas (arrow 29) flows through orifice 27 into the high temperature reservoir 25, where it gives up heat to the reservoir.

[0046] Im Aussenbereich vor dem Receiver 23 sind Vorkonzentratoren 31 angeordnet, welche einfallendes Sonnenlicht in Fenster 33 leiten. Eine Mehrzahl von Vorkonzentratoren 31 bildet nach aussen ein vorzugsweise flächendeckendes Wabenmuster (siehe Beschreibung zu Fig. 6 bis 9 ), um konzentriertes Sonnenlicht zwischen den Fenstern 33 zu vermeiden, damit diese gekühlt werden können. Die Fenster 33 umfassen vorzugsweise mehrere, im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei, hintereinander angeordnete Scheiben 35,37,39, die durch Zwischenräume 41,43 voneinander getrennt sind. In die Zwischenräume 41,43 mündet eine Kühlgasleitung 44. Die Scheiben können aus Quarzglas oder einem anderen hochtemperaturbeständigen Material hergestellt sein. In the outer area in front of the receiver 23 Vorkonzentratoren 31 are arranged, which direct incident sunlight in the window 33. A plurality of preconcentrators 31 form outwardly a preferably blanket honeycomb pattern (see description of FIGS. 6 to 9) to avoid concentrated sunlight between the windows 33 so that they can be cooled. The windows 33 preferably comprise a plurality of, in the present embodiment, three, successively arranged discs 35,37,39, which are separated by gaps 41,43. In the intermediate spaces 41,43 opens a cooling gas line 44. The discs may be made of quartz glass or other high temperature resistant material.

[0047] Im Receiverinnenraum 45 im Abstand zu den Fenstern 33 ist wenigstens ein Absorberstapel 47 angeordnet. Der Absorberstapel 47 ist aus feuerfesten Keramikplatten oder -körpern 49 aufgebaut, zwischen denen vertikale Kanäle 51 vorhanden sind. Der Receiverinnenraum 45 ist durch eine tragende Wand 52 geteilt in einen Absorberbereich 53 (linke Hälfte des Receivers) und einen Gasrückstrombereich 55 (rechte Hälfte des Receivers). Der Receiverinnenraum ist innenseitig mit den notwendigen Wärmeisolierungen 57 ausgekleidet. In the receiver interior 45 at a distance from the windows 33 at least one absorber stack 47 is arranged. The absorber stack 47 is constructed of refractory ceramic plates or bodies 49, between which vertical channels 51 are present. The receiver interior 45 is divided by a supporting wall 52 into an absorber region 53 (left half of the receiver) and a gas backflow region 55 (right half of the receiver). The receiver interior is lined on the inside with the necessary heat insulation 57.

[0048] Der Hochtemperaturspeicher 25 ist aufgebaut aus Keramikbauteilen 59, welche vorzugsweise Horizontalkanäle 61 aufweisen. Diese lassen das heisse Gas von innen zur Aussenwand 63 abströmen. Anstelle der Keramikbauteile kann der Speicherkörper 64 auch aus kugelförmigen Elementen aufgeschüttet sein. The high-temperature reservoir 25 is constructed from ceramic components 59, which preferably have horizontal channels 61. These let the hot gas flow from the inside to the outer wall 63. Instead of the ceramic components, the storage body 64 may also be heaped up from spherical elements.

[0049] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist in der Mitte des Hochtemperaturspeichers 25 ein vorzugsweise kegelförmiger Innenraum 65 ausgebildet, durch welchen das heisse Gas abströmen kann. Die Aussenwand 63 des Hochtemperaturspeichers ist durch eine Wärmeisolierung 67 geschützt. Zwischen der Wärmeisolierung 67 und der Aussenwand 63 sind Kühlspiralen 69 angeordnet, welche die Temperatur der Aussenwand sicher begrenzen. As shown in FIG. 2, a preferably conical interior 65 is formed in the middle of the high-temperature reservoir 25, through which the hot gas can flow. The outer wall 63 of the high-temperature storage is protected by a thermal insulation 67. Between the heat insulation 67 and the outer wall 63 cooling coils 69 are arranged, which limit the temperature of the outer wall safe.

[0050] Zwischen dem Speicherkörper 64 und der Wärmeisolierung 67 ist ein Ringraum 71 vorgesehen, welcher den Gasabstrom zulässt. Unten mündet der Ringraum 71 in einen ringförmigen Sammelkanal 73, durch welchen das zurückströmende Gas auf die rechte Seite des Receivers (Gasrückstrombereich) geleitet wird. Im Gasrückstrombereich 55 des Receivers ist eine oder mehrere Austrittsöffnungen 75 vorgesehen, durch welche das Gas in einen Sammelraum 77 gelangen kann. Der Sammelraum 77 hat eine Austrittsöffnung 79, welche durch einen Flansch 81 gebildet ist. An den Flansch 81 kann eine in der Fig. 2 nicht gezeigte Gasturbine angeschlossen werden (s. Fig. 1 ). Between the storage body 64 and the heat insulation 67, an annular space 71 is provided, which allows the gas flow. At the bottom, the annular space 71 opens into an annular collecting channel 73, through which the gas flowing back is directed to the right side of the receiver (gas backflow region). In the gas backflow region 55 of the receiver one or more outlet openings 75 is provided, through which the gas can pass into a collecting space 77. The collecting space 77 has an outlet opening 79, which is formed by a flange 81. A gas turbine (not shown in FIG. 2) can be connected to the flange 81 (see FIG.

[0051] Der Sammelraum 77 ist von einem Raum 83 umschlossen, welcher für das von den Kompressoren gelieferte Kühlgas als Mischraum dient zur Versorgung des Absorbers. Der Raum 83 besitzt Eintrittsöffnungen 85,87, vorliegend vorzugsweise zwei, durch, welche das Kühlgas in den Mischraum 83 geführt wird. Analog zum Hochtemperaturspeicher 23 ist auch der Receiverbehälter mit einer separaten Kühlung 89 ausgestattet. Ausserdem ist vorzugsweise eine separate Kühlung 91 für die Fenster 33 vorgesehen. Diese ist unten in der Beschreibung zu Fig. 5 näher im Detail beschrieben. The collecting space 77 is enclosed by a space 83 which serves as a mixing space for the cooling gas supplied by the compressors for supplying the absorber. The space 83 has inlet openings 85,87, in the present case preferably two, through which the cooling gas is fed into the mixing space 83. Analogous to the high-temperature reservoir 23 and the receiver container is equipped with a separate cooling 89. In addition, a separate cooling 91 is preferably provided for the windows 33. This is described in more detail below in the description of FIG. 5.

[0052] Eine Besonderheit des Behälters 21 ist, dass dieser, wenn keine ausreichende Wärme aus dem Hochtemperaturspeicher 25 zur Verfügung steht, mittels fossilem Zusatzbrennstoff betrieben werden kann. Zu diesem Zweck ist eine Brennstoffzuführleitung 93 vorgesehen, welche in den Gasrückstrombereich 55 führt. Im Gasrückstrombereich 55 ist ein vorzugsweise ovaler Brennraum 95 ausgebildet, welcher genügend Heissgas für die Versorgung der Gasturbinen generieren kann. A special feature of the container 21 is that this, if no sufficient heat from the high-temperature reservoir 25 is available, can be operated by means of fossil fuel additive. For this purpose, a fuel supply line 93 is provided which leads into the gas backflow region 55. In the gas backflow region 55, a preferably oval combustion chamber 95 is formed, which can generate enough hot gas for the supply of the gas turbines.

[0053] Wie in Fig. 3 gezeigt, sind im Receiverinnenraum 45 jeweils im Abstand zu den Fenstern 33 Absorberkörper 97 auf einer Kreisbahn angeordnet. Die Absorberkörper 97 sind im Schnitt kelchförmig ausgebildet für die weitere Konzentration der aus den Fenstern einstrahlenden Sonnenenergie. Ein einzelner Absorberkörper 97 ist im Detail in Fig. 4 gezeigt. Er besitzt eine im Querschnitt zwei einander gegenüberliegende konkave Flanken 99a,99b aus einem hochtemperaturbeständigen Keramikmaterial, deren Innenwandungen vorzugsweise verspiegelt oder poliert sind. Der an die Flanken 99a,99b anschliessende Bodenbereich 101 ist geometrisch so ausgelegt, dass keine nennenswerte Strahlung durch Reflexion entweichen kann. Konkret hat der Bodenbereich die Gestalt eines Schwalbenschwanzes 103, welcher im Schnitt zwei im Wesentlichen V-förmige Einsenkungen 105 aufweist, die an der Oberfläche als schwarzer Körper ausgebildet sind. Hinter den angestrahlten Oberflächen sind im Keramikmaterial proportional zum Kühlbedarf Durchlässe vorgesehen, welche aufgrund der vertikalen Stapelung vertikale Kanäle 51 bilden (s. Fig. 2 ). As shown in Fig. 3, absorber body 97 are arranged on a circular path in the receiver interior 45 at a distance from the windows 33. The absorber body 97 are formed in a cup-shaped section for the further concentration of solar energy radiating from the windows. A single absorber body 97 is shown in detail in FIG. He has a cross-section two opposite concave flanks 99a, 99b of a high temperature resistant ceramic material whose inner walls are preferably mirrored or polished. The bottom region 101 adjoining the flanks 99a, 99b is geometrically designed so that no appreciable radiation can escape through reflection. Specifically, the bottom portion has the shape of a dovetail 103, which has two substantially V-shaped depressions 105 in section, which are formed on the surface as a black body. Behind the illuminated surfaces, passages are provided in the ceramic material proportional to the cooling requirement, which form vertical channels 51 due to the vertical stacking (see Fig. 2).

[0054] Einzelne Absorberkörper 97 sind übereinander zu einem Stapel angeordnet und vorzugsweise formschlüssig mit der dahinter angeordneten Wand 52 verbunden. Zu diesem Zweck haben die Absorberkörper auf der lichtabgewandten Seite zwei oder mehrere vorzugsweise schwalbenschwanzförmige Fortsätze 107, die in passende Nuten der Wand 52 eingelassen sind. Zwischen den Fortsätzen 107 und den dazu passenden Nuten, wie auch zwischen den Absorbern gegenseitig, ist ein Spielraum belassen, um Temperaturwechsel zu ertragen. Individual absorber body 97 are arranged one above the other to form a stack and preferably connected in a form-fitting manner with the wall 52 arranged behind it. For this purpose, the absorber body on the side facing away from the light two or more preferably dovetailed projections 107 which are embedded in matching grooves of the wall 52. Between the projections 107 and the mating grooves, as well as between the absorbers mutually, a margin is left to endure temperature changes.

[0055] An den Spitzen der Flanken 99a,99b sind die Absorberkörper 97 durch spezielle hohle Bauteile 109 miteinander, jedoch mit Spiel, verbunden. Die Bauteile 109 bilden durch den Hohlraum jeweils einen vertikalen Kühlkanal 111, um die unvermeidliche Streustrahlung aufzufangen und abzuführen. Die Bauteile 109 sind ebenfalls vorzugsweise formschlüssig mit jeweils zwei benachbarten Absorberkörpern verbunden. Dadurch ist das Ganze als loser Verbund aufgebaut, aber geometrisch definiert. At the tips of the flanks 99a, 99b, the absorber body 97 by special hollow components 109 with each other, but with game connected. The components 109 each form a vertical cooling channel 111 through the cavity in order to absorb and dissipate the unavoidable scattered radiation. The components 109 are also preferably positively connected to two adjacent absorber bodies. As a result, the whole is constructed as a loose composite, but defined geometrically.

[0056] Die Fenster 33 des Receivers 23 sind zweckmässigerweise kreisrunde Scheiben 35,37,39, vorzugsweise Quarzglasscheiben (Fig. 5 ). Diese sind in einem Zylinder 113 aufgenommen, welcher seinerseits in einem radial von der Aussenwand 115 des Receivers 23 abstehenden Hohlstutzen 117 auswechselbar eingesetzt ist. The windows 33 of the receiver 23 are expediently circular disks 35, 37, 39, preferably quartz glass disks (FIG. 5). These are accommodated in a cylinder 113, which in turn is exchangeably inserted in a hollow stub 117 projecting radially from the outer wall 115 of the receiver 23.

[0057] Die Scheiben 35, 37, 39 sind in eigens dafür vorgesehenen Nuten 119 des Zylinders 113 aufgenommen. Dabei dienen die Innenscheibe 39 und die mittlere Scheibe 37 in erster Linie dazu, die während der Sonneneinstrahlung im Receiverinnenraum vorhandene grosse Hitze abzumildern, damit für die Abdichtung der äusseren Scheibe 35 geeignete Dichtungen (in den Figuren nicht gezeigt) eingesetzt werden können. Entsprechend müssen die Innenscheibe 39 und die mittlere Scheibe 37 nicht gas- und/oder druckdicht in die Nuten 119 eingesetzt sein. The discs 35, 37, 39 are received in specially provided grooves 119 of the cylinder 113. The inner pane 39 and the middle pane 37 serve primarily to attenuate the large heat present in the receiver interior during solar irradiation, so that suitable seals (not shown in the figures) can be used for sealing the outer pane 35. Accordingly, the inner pane 39 and the middle pane 37 need not be gas-tight and / or pressure-tight inserted into the grooves 119.

[0058] Mit der Bezugsziffer 121sind Kühlkanäle angedeutet, durch welche Kühlgas tangential in den Zwischenraum 41 einströmen kann. Durch Öffnungen 123, welche in der mittleren Scheibe 37 vorgesehen sind, kann das Kühlgas vom Zwischenraum 41 in den Zwischenraum 43 gelangen und strömt dann wieder durch einen Kanal 125 vorzugsweise in den Receiverinnenraum 45. The reference numeral 121 indicates cooling channels through which cooling gas can flow tangentially into the intermediate space 41. Through openings 123, which are provided in the middle disc 37, the cooling gas from the gap 41 can get into the gap 43 and then flows through a channel 125 preferably in the receiver interior 45th

[0059] Die Vorkonzentratoren 31, welche vor den Lichteintrittsöffnungen angeordnet sind, sind in den Fig. 6 bis 9 näher im Detail dargestellt. Die Vorkonzentratoren 31 besitzen konische zulaufende Lichteinfangkanäle 127, welche zum Boden hin in eine Rundform 128 münden. Diese passen zu den runden Lichteintrittsöffnungen 27. The preconcentrators 31, which are arranged in front of the light entry openings, are shown in more detail in FIGS. 6 to 9. The preconcentrators 31 have conical tapering light-collecting channels 127, which open into a circular shape 128 toward the bottom. These match the round light entry openings 27.

[0060] Die Lichteinfangkanäle 127 sind vorzugsweise sechseckförmig, sodass diese eine geschlossene Fläche in Gestalt einer Wabenform 129 bilden können. The Lichteinfangkanäle 127 are preferably hexagonal, so that they can form a closed surface in the form of a honeycomb form 129.

[0061] Der Receiver gemäss Fig. 10 unterscheidet sich von dem bereits beschriebenen Receiver im Wesentlichen dadurch, dass die Kühlung der Absorberkörper in den vertikalen Kanälen durch Rohre 131, durch welche Salzschmelze strömt, gekühlt werden. Die Rohre 131 sind mit einer zentralen Zuleitung 133 in Verbindung. Die zurückströmende, erhitzte Salzschmelze fliesst auf der Rückseite des Absorberstapels, vorzugsweise durch einen zusätzlichen keramischen Speicher 135 und mündet dann in ein Sammelrohr 137. Das Gaskühlungssystem 89 kann zur zusätzlichen Wärmespeicherung mit einem angeflanschten Wärmespeicher (wie Ausführungsbeispiel 2) versehen werden, der vorzugsweise als Kugelhaufen aus Keramikelementen ausgelegt ist, verbunden mit einem Kompressor zum Betrieb des Umlaufs und einer vorwärmenden Stufe des kühlen Salz-Zulaufs. Das Sammelrohr 137 steht mit einem in den Figuren nicht gezeigten Salzschmelzespeicher in Verbindung. The receiver according to FIG. 10 differs from the receiver already described essentially in that the cooling of the absorber body in the vertical channels is cooled by tubes 131 through which molten salt flows. The tubes 131 are connected to a central supply line 133 in connection. The refluxing, heated molten salt flows on the back of the absorber stack, preferably through an additional ceramic memory 135 and then flows into a manifold 137. The gas cooling system 89 can be provided for additional heat storage with a flanged heat storage (such as embodiment 2), preferably as a ball heap is designed of ceramic elements, connected to a compressor for the operation of the circulation and a preheating stage of the cool salt feed. The collecting tube 137 is in communication with a molten salt storage, not shown in the figures.

[0062] Ein für diese Anwendung modifizierter Absorberkörper 139 ist in Fig. 11 gezeigt. Aufgrund der niedrigeren Temperatur der kühlenden Salzschmelze sind weniger vertikale Kühlkanäle 51 erforderlich, jedoch mit einem grösseren Durchmesser. Im Übrigen können die Absorberkörper gleich ausgebildet sein wie im Falle der oben beschriebenen Gaskühlung. An absorber body 139 modified for this application is shown in FIG. 11. Due to the lower temperature of the cooling salt melt less vertical cooling channels 51 are required, but with a larger diameter. Incidentally, the absorber body may be formed the same as in the case of the above-described gas cooling.

[0063] Der erfindungsgemässe Receiver funktioniert wie folgt: The receiver according to the invention works as follows:

[0064] Die von einem Spiegelfeld aufgefangene Strahlungsenergie wird zunächst in Vorkonzentratoren 31 aufgefangen und in verspiegelten, konischen Lichteinfangkanälen 127 auf die Rundfenster des Behälters 33 Receivers 23 geleitet. Diese gekühlten Rundfenster sind in der Lage Innendruck aufzunehmen. In direkter Linie hinter diesen Fenstern sind die Absorber-Lichtfarbig-Elemente angeordnet, die fensterseitig polierte, offene Flanken aufweisen zur weiteren Konzentration der Strahlung. Erst im schwalbenschwanzartigen Bodenbereich erfolgt der grösste Teil der Umwandlung in Wärmeenergie, da dort die Oberflächen als schwarzer Körper ausgelegt sind. Das hochwarmfeste Keramik-Material erlaubt örtliche und zeitliche Überhitzungen, insbesondere wenn die Absorberwand (Fig. 4 ) modular aufgebaut ist, was den Einzelelementen vorübergehende Ausdehnungen erlaubt. Die Kühlung dieser hocherhitzten Elemente erfolgt mit (Druck-)Gas oder Salzschmelze direkt auf weitere Hochtemperatur – Keramikbauteile (59, bzw. Fig. 10 , 11 , 12 ). Die Regelung des Kühlgas- bzw. Salzschmelzestroms erfolgt ausserhalb des heissen Receiver-Behälters (21). Die Kühlung des Behälters wird zur Vorwärmung des jeweiligen Kühlkreislaufs genutzt, sodass nahezu die gesamte einmal eingestrahlte Sonnenenergie in nutzbare Wärme umgesetzt wird. Die aufwendige Wärmeisolierung bildet den Massstab für die Energie-Effizienz. Je nach örtlicher Aufgabe ist die Auslegung des Receivers im Detail nach wirtschaftlichen Kriterien zu entscheiden. Im Ergebnis kann der erfindungsgemässe Receiver mit einem fokussierenden Spiegelfeld die Gesamteffizienz einer Solaranlage nennenswert erhöhen. The collected by a mirror field radiation energy is first collected in preconcentrators 31 and passed in mirrored conical Lichteinfangkanälen 127 on the round window of the container 33 receivers 23. These cooled circular windows are able to absorb internal pressure. In the direct line behind these windows, the absorber Lichtfarbig elements are arranged, the windows have polished, open edges for further concentration of radiation. Only in dovetail-like soil area is the largest part of the conversion into heat energy, since there the surfaces are designed as a black body. The highly heat-resistant ceramic material allows local and temporal overheating, especially when the absorber wall (Fig. 4) is modular, allowing the individual elements temporary expansions. The cooling of these highly heated elements takes place with (pressure) gas or molten salt directly onto further high-temperature ceramic components (59, or FIGS. 10, 11, 12). The regulation of the cooling gas or molten salt stream takes place outside the hot receiver container (21). The cooling of the container is used to preheat the respective cooling circuit, so that almost the entire once radiated solar energy is converted into usable heat. The elaborate thermal insulation forms the benchmark for energy efficiency. Depending on the local task, the design of the receiver must be decided in detail according to economic criteria. As a result, the receiver according to the invention with a focusing mirror field can significantly increase the overall efficiency of a solar system.

[0065] Legende <tb>3<SEP>Wärmetauscher <tb>5<SEP>Heliostate <tb>9<SEP>fokussierendes Feld <tb>13<SEP>Gasturbine(n) <tb>14<SEP>Hydraulikelemente <tb>16<SEP>Dampfturbine <tb>17<SEP>Kondensator <tb>18<SEP>Salzschmelze-Wärmespeicher <tb>19<SEP>Dreiwegeventil <tb>20<SEP>Spiegelfeld <tb>21<SEP>(Druck-) Behälter <tb>23<SEP>Receiver <tb>25<SEP>Hochtemperaturspeicher <tb>27<SEP>Lichteintrittsöffnung(en) <tb>29<SEP>Pfeil (Gasstrom) <tb>31<SEP>Vorkonzentratoren <tb>33<SEP>Fenster <tb>35, 37, 39<SEP>Scheiben <tb>41, 43<SEP>Zwischenräume <tb>44<SEP>Kühlgasleitung <tb>45<SEP>Receiverinnenraum <tb>47<SEP>Absorberstapel <tb>49<SEP>Keramikplatten <tb>51<SEP>vertikale Kanäle <tb>52<SEP>Wand zwischen Absorberbereich und Gasrückstrombereich <tb>53<SEP>Absorberbereich <tb>55<SEP>Gasrückstrombereich <tb>57<SEP>Wärmeisolierung des Receiverinnenraums <tb>59<SEP>Keramikbauteilen <tb>61<SEP>Horizontalkanäle der Keramikbauteile <tb>63<SEP>Aussenwand des Hochtemp.-speichers <tb>64<SEP>Speicherkörper <tb>65<SEP>Innenraum des Hochtemperaturspeichers <tb>67<SEP>Wärmeisolierung des Hochtemperaturspeichers <tb>69<SEP>Kühlspiralen zw. Aussenwand und Wärmeisolierung des HT-Speichers <tb>71<SEP>Ringraum <tb>73<SEP>(ringförmiger) Sammelkanal <tb>75..<SEP>Austrittsöffnungen des Gasrückstrombereichs <tb>77<SEP>Sammelraum <tb>79<SEP>Austrittsöffnung des Sammelraums <tb>81<SEP>Flansch. <tb>83<SEP>Raum für Kühlgas <tb>85, 87<SEP>Eintrittsöffnungen <tb>89<SEP>Kühlung des Receivers <tb>91<SEP>Fensterkühlung <tb>93<SEP>Brennstoffzufuhrleitung <tb>95<SEP>Brennraum des Gasrückstrombereichs <tb>97<SEP>Absorberkörper <tb>99a, 99b<SEP>Flanken <tb>101<SEP>Bodenbereich <tb>103<SEP>Schwalbenschwanzes <tb>105<SEP>Einsenkungen des Absorberkörpers <tb>107<SEP>schwalbenschwanzförmige Fortsätze <tb>109<SEP>Bauteile zum Verbinden der Absorberkörper <tb>111<SEP>Hohlraum resp. vertikaler Kühlkanal der Bauteile <tb>113<SEP>Zylinder <tb>115<SEP>Aussenwand des Receivers <tb>117<SEP>Hohlstutzen <tb>119<SEP>Nuten <tb>121<SEP>Kühlkanal (Einlass) für Fensterzwischenräume <tb>123<SEP>Öffnungen der mittleren Scheibe <tb>125<SEP>Auslasskanal <tb>127<SEP>Lichteinfangkanäle <tb>128<SEP>Rundform Vorkonzentrator <tb>129<SEP>Wabenform <tb>131<SEP>Rohre für Salzschmelzezirkulation <tb>133<SEP>zentrale Zuleitung <tb>135<SEP>keramischer SpeicherLegend <Tb> 3 <September> Heat Exchanger <Tb> 5 <September> heliostats <tb> 9 <SEP> focusing field <Tb> 13 <September> Gas turbine (s) <Tb> 14 <September> hydraulic elements <Tb> 16 <September> steam turbine <Tb> 17 <September> capacitor <Tb> 18 <September> molten salt heat storage <Tb> 19 <September> three-way valve <Tb> 20 <September> Spiegelfeld <tb> 21 <SEP> (pressure) containers <Tb> 23 <September> Receiver <Tb> 25 <September> High Temperature Storage <Tb> 27 <September> light inlet opening (s) <tb> 29 <SEP> arrow (gas flow) <Tb> 31 <September> Vorkonzentratoren <Tb> 33 <September> Window <tb> 35, 37, 39 <SEP> discs <tb> 41, 43 <SEP> Interspaces <Tb> 44 <September> cooling gas line <Tb> 45 <September> Receiver interior <Tb> 47 <September> absorber stack <Tb> 49 <September> ceramic plates <tb> 51 <SEP> vertical channels <tb> 52 <SEP> Wall between absorber area and gas backflow area <Tb> 53 <September> absorber region <Tb> 55 <September> gas backflow area <tb> 57 <SEP> Heat insulation of the receiver interior <Tb> 59 <September> ceramic components <tb> 61 <SEP> Horizontal channels of ceramic components <tb> 63 <SEP> Outside wall of the high temp. memory <Tb> 64 <September> storage body <tb> 65 <SEP> Interior of the high-temperature accumulator <tb> 67 <SEP> Heat insulation of the high-temperature accumulator <tb> 69 <SEP> Cooling spirals between external wall and thermal insulation of HT accumulator <Tb> 71 <September> annulus <tb> 73 <SEP> (annular) collection channel <tb> 75 .. <SEP> Outlet openings of the gas return flow area <Tb> 77 <September> plenum <tb> 79 <SEP> Outlet opening of the plenum <Tb> 81 <September> flange. <tb> 83 <SEP> Room for cooling gas <tb> 85, 87 <SEP> Inlets <tb> 89 <SEP> Cooling the receiver <Tb> 91 <September> Windows cooling <Tb> 93 <September> fuel supply line <tb> 95 <SEP> Combustion chamber of the gas return flow area <Tb> 97 <September> absorber body <tb> 99a, 99b <SEP> flanks <Tb> 101 <September> base area <Tb> 103 <September> dovetail <tb> 105 <SEP> depressions of the absorber body <tb> 107 <SEP> dovetailed processes <tb> 109 <SEP> Components for connecting the absorber body <tb> 111 <SEP> Cavity resp. vertical cooling channel of the components <Tb> 113 <September> Cylinder <tb> 115 <SEP> Exterior of the receiver <Tb> 117 <September> hollow socket <Tb> 119 <September> grooves <tb> 121 <SEP> Cooling channel (inlet) for window spaces <tb> 123 <SEP> Middle disk openings <Tb> 125 <September> exhaust port <Tb> 127 <September> Lichteinfangkanäle <tb> 128 <SEP> Round shape preconcentrator <Tb> 129 <September> honeycomb <tb> 131 <SEP> Pipes for molten salt circulation <tb> 133 <SEP> central supply line <tb> 135 <SEP> ceramic storage

Claims

1. Receiver (23) for collecting concentrated solar radiation from a surrounding mirror array (20) comprising - A container (21) with at least one light inlet opening (27), and an inlet and an outlet for a cooling medium; - At least one in the container (21) provided absorber body (97), which is at least partially formed as a black body and behind the light inlet opening (27) is arranged for collecting the radiation energy and conversion of the same into thermal energy; and - In the container (21) provided heat storage elements (49).

2. Receiver according to claim 1, characterized in that the heat storage elements (49) are designed to accommodate temperatures> 1000 ° C can.

3. Receiver according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of absorber bodies (97) is provided, which absorber body (97) to an absorber stack (47) are joined together.

4. Receiver according to one of claims 1 to 3, characterized in that the absorber body (97) is formed by ceramic elements (49).

5. Receiver according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bottom portion (101) of the absorber body (97) has a Lichtfanggeometrie which is suitable to capture incident light by multiple reflection on black surfaces and convert it into heat.

6. Receiver according to one of claims 1 to 5, characterized in that a single absorber body (97) has two opposing concave flanks (99a, 99b) to direct incident radiation in the bottom region (101) of the absorber body (97).

7. Receiver according to claim 6, characterized in that the inner wall of the flanks (99a, 99b) is polished or mirrored.

8. Receiver according to one of claims 1 to 7, characterized in that the absorber body (97) has channels (11 l) for the passage of a cooling medium.

9. Receiver according to one of claims 5 to 8, characterized in that the bottom region (101) of the absorber body (97) is formed as a black body.

10. Receiver according to one of claims 5 to 9, characterized in that the bottom portion (101) has the shape of a dovetail (107).

11. Receiver according to one of claims 1 to 10, characterized in that the receiver has a receiver interior, which is divided by a wall (52) in an absorber region (53) and a gas return flow region (55), wherein / the cooling medium from the inlet in the absorber area is passed from there into the gas backflow region and then to the outlet.

12. Receiver according to claim 11, characterized in that in the gas backflow region (55) of the receiver, a combustion chamber (95) and a supply line for the fuel are provided in the aforementioned combustion chamber.

13. Receiver according to one of claims 1 to 12, characterized in that the absorber body (97) on the wall are preferably fixed by positive locking.

14. Receiver according to one of claims 1 to 13, characterized in that from the plurality of individual absorber bodies (97) existing absorber stack (47) vertical channels (51) are provided for the passage of the cooling medium.

15. Receiver according to one of claims 1 to 14, characterized in that the light inlet opening (27) by a plurality of successively spaced-apart and transparent discs (35, 37, 39) are formed.

16. Receiver according to claim 15, characterized in that the light inlet opening (27) by at least three discs (35, 37, 39) is formed, wherein the intermediate spaces (41, 43) can be flowed through by a cooling medium between the discs.

17. Receiver according to one of claims 1 to 16, characterized in that the outlet (..) of the receiver is in communication with a heat storage and / or a gas turbine.

18. Receiver according to one of claims 1 to 17, characterized in that the inlet (..) of the receiver with the outlet of a compressor or a pump is in communication.

19. Receiver according to one of claims 1 to 8, characterized in that the inlet and outlet are connected to tubes for the circulation of molten salt as a cooling medium, which are preferably received in the channels (51).

20. Receiver according to one of claims 1 to 19, characterized in that in front of the light inlet openings (27) Vorkonzentratoren (31) are provided.

21. Receiver according to claim 20, characterized in that the preconcentrators (31) each have a kelchförmiges Lichteinfangteil.

22. Receiver according to claim 21, characterized in that the light trapping part has a hexagonal geometry.

23. Receiver according to claim 21 or 22, characterized in that the Lichteinfangteile arranged side by side to form a honeycomb structure.

24. Receiver according to one of claims 1 to 23, characterized in that the receiver is in communication with a high-temperature storage.

25. Receiver according to claim 24, characterized in that the high-temperature reservoir (25) is formed by a plurality of over and next to one another arranged ceramic components, which are arranged in a housing.

26. Receiver according to claim 24 or 25, characterized in that between the housing wall of the high-temperature reservoir (25) and the high-temperature storage an annular space (71) is provided.

27. Receiver according to one of claims 24 to 26, characterized in that in the high-temperature reservoir (25) from inside to outside leading channels (..) are provided for the heated medium, which are in communication with the annular space (71).

28. Receiver according to claim 26 or 27, characterized in that the annular space (71) via a manifold (73) with the gas return flow region (55) is in communication.

29. Receiver according to one of claims 1 to 28, characterized in that in the center of the high-temperature storage a fireplace-like interior (65) is provided.

Receiver according to one of Claims 1 to 29, characterized in that the housing of the high-temperature reservoir is internally provided with cooling, e.g. spirally along the housing inner wall ascending pipes (69) is provided.