CH711030B1 - Receiver for collecting concentrated radiation. - Google Patents

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CH711030B1
CH711030B1 CH00485/15A CH4852015A CH711030B1 CH 711030 B1 CH711030 B1 CH 711030B1 CH 00485/15 A CH00485/15 A CH 00485/15A CH 4852015 A CH4852015 A CH 4852015A CH 711030 B1 CH711030 B1 CH 711030B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Receiver (1) zum Auffangen von konzentrierter (Sonnen-)Strahlung aus einem umliegenden Spiegelfeld. Der Receiver (1) besitzt einen Behälter (20) mit wenigstens einer Lichteintrittsöffnung (16) sowie einem Ein- und einem Auslass für ein Kühlmedium, vorzugsweise verdampfendes Metall. Im Behälter (20) sind Absorberkörper (15) vorgesehen, welche wenigstens bereichsweise schwarze Wände ausgebildet haben und hinter der Strahlungseintrittsöffnung (16) angeordnet sind, zum Auffangen der Strahlungsenergie und Umwandlung derselben in thermische Energie. Ausserdem sind im Behälter (20) Wärmespeicherelemente (9, 10, 22) als Hochtemperatur-Speicher (3) vorgesehen, die durch Kondensation aufgeheizt werden, zur Energieerzeugung in Abendstunden ohne Sonneneinstrahlung.The invention relates to a receiver (1) for collecting concentrated (solar) radiation from a surrounding mirror field. The receiver (1) has a container (20) with at least one light inlet opening (16) and an inlet and an outlet for a cooling medium, preferably evaporating metal. In the container (20) absorber body (15) are provided, which have at least partially formed black walls and behind the radiation inlet opening (16) are arranged to capture the radiation energy and their conversion into thermal energy. In addition, in the container (20) heat storage elements (9, 10, 22) as a high-temperature storage (3) are provided, which are heated by condensation, to generate energy in the evening without sunlight.

Description

Beschreibungdescription

Gebiet der Erfindung [0001] Die Erfindung betrifft einen Receiver zum Auffangen von konzentrierter Strahlung, vorzugsweise Sonnenstrahlung aus einem Spiegelfeld, gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a receiver for collecting concentrated radiation, preferably solar radiation from a mirror field, according to the preamble of claim 1.

Stand der Technik [0002] Schon frühzeitig wurden Versuche gemacht, mit Spiegeln oder Brenngläsern 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, aus konzentrierter Strahlung in einem schwarzen Receiver erzeugten Wärme verlässlich umzugehen über eine dauerhafte Umwandlung in andere, insbesondere transportierbare Energieformen. Interessant ist die Umwandlung der erzeugten Wärme in elektrische Energie, aber auch der Einsatz als Prozesswärme und damit ist ggf. auch Synthese-Gas- oder Flüssig-Treibstoff-Erzeugung denkbar.PRIOR ART Attempts were made early on to concentrate sunlight to high temperatures with mirrors or firing glasses. The oldest known example comes from Archimedes approx. 221 B.C., but 3000 ° C was also reached in 1906. The technical challenge is to reliably deal with this heat generated from concentrated radiation in a black receiver by permanently converting it into other forms of energy, especially those that can be transported. It is interesting to convert the heat generated into electrical energy, but also to use it as process heat and thus possibly also to generate synthetic gas or liquid fuel.

[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, wenn mit Gaskühlung gearbeitet wird.The key component of such a focusing solar energy system, now commonly referred to as "CSP" (Concentrated Solar Power), is the "receiver", because there has to be new technical ground, in principle a "hot gas machine", which is basically not very different from a rocket engine that also has to “process” extremely hot compressed gases when working with gas cooling.

[0004] Das hinsichtlich Effizienz anspruchsvollste Konzept integriert - wie im konventionellen Kraftwerksbau - den Energiefluss über eine Gas-Turbinenstufe, vorgeschlagen für die DLR-Prototypenanlage Jülich, deren heisses Abgas den Dampferzeuger der nachgeschalteten Dampfturbine betreibt.The most demanding concept in terms of efficiency integrates - as in conventional power plant construction - the energy flow via a gas turbine stage, proposed for the DLR prototype plant Jülich, the hot exhaust gas of which 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 mit verfügbaren Receivern 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 voranzutreiben.The problem of gas turbine use with inlet temperatures of about 1050 ° C is not only technical, but also economic: Unfortunately, with available receivers, the optimal efficiencies of the thermal process can only be achieved for a few hours a day and in ideal weather conditions. The designers therefore rightly complain about the relatively cheap parabolic mirrors for 400 ° C steam systems with storage to promote the optimization of their components.

[0006] In einer traditionellen 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 traditional solar heating system for power generation, large-scale collection of solar radiation energy in linear mirror fields generates thermal energy in longitudinal tubes, which work on a storage device or directly on a steam generator. For material and cost reasons, the temperatures achieved are in the range between 400 and 500 ° C, which results in sub-optimal steam parameters of 350-400 ° C in the steam generator.

[0007] Die Kühlung mit Salzschmelzen hat den Vorteil, dass diese erst bei ca. 600 °C instabil werden, sodass bis max. 570 °C auch ein Einsatz als Speichermedium eingeplant werden kann. Versuchsanlagen mit aufgeheizten Salzschmelzen sind für Temperaturen bis 520 °C ausgeführt, bis 570 °C geplant. Die erforderlichen Salzmischungen haben jedoch Erstarrungspunkte > 220 °C, was die erforderlichen Anlagen für die Speicherung sehr aufwendig macht.The cooling with molten salt has the advantage that they only become unstable at about 600 ° C, so that up to max. 570 ° C can also be used as a storage medium. Experimental plants with heated molten salts are designed for temperatures up to 520 ° C and planned up to 570 ° C. However, the required salt mixtures have solidification points> 220 ° C, which makes the necessary systems for storage very expensive.

[0008] Die US-Patentanmeldung Nr. 2006/0 174 866 beschreibt einen volumetrischen Hochtemperatur-Solarempfänger mit einer Kavität für die Absorption von Wärme, einem zweilagigen Fenster sowie einem Ein- und einem Auslass, welche mit der Kavität in Verbindung stehen. Zwischen den Fensterlagen ist ein Hohlraum vorgesehen, welcher einen Auslass zur wärmeabsorbierenden Kavität hat. Durch einen Einlass kann ein Fluid in den Hohlraum zwischen den Fensterlagen eingelassen werden, welches über den Auslass in die Kavität gelangt. Auf diese Weise kann die Temperatur am Fenster gering gehalten und eine Überhitzung vermieden werden. Durch eine Vielzahl von kleinen Fluideinlässen ist die wärmeabsorbierende Kavität mit einer hinter dieser angeordneten weiteren Kavität in Verbindung, in welcher ein Material hoher Speicherkapazität gelagert ist. Dadurch kann Energie auch dann produziert werden, wenn das Sonnenlicht für eine kurze Zeit nicht vorhanden ist. Der Wärmefluss zwischen den beiden Kavitäten ist unklar.US Patent Application No. 2006/0 174 866 describes a volumetric high-temperature solar receiver with a cavity for the absorption of heat, a two-layer window and an inlet and an outlet, which are connected to the cavity. A cavity is provided between the window layers, which has an outlet to the heat-absorbing cavity. Through an inlet, a fluid can be admitted into the cavity between the window layers, which enters the cavity via the outlet. In this way, the temperature at the window can be kept low and overheating can be avoided. A large number of small fluid inlets connect the heat-absorbing cavity to a further cavity arranged behind it, in which a material with a high storage capacity is stored. This means that energy can be produced even if the sunlight is not available for a short time. The heat flow between the two cavities is unclear.

[0009] Ziel des US-Patents Nr. 3 981 151 ist es, den Ernteertrag von landwirtschaftlichen Pflanzen zu steigern, indem diese in der Nacht mit Licht beaufschlagt werden. Es wird ein Energieumwandlungssystem vorgeschlagen, in welchem Sonnenenergie auf ein Gitterwerk von feuerfesten Ziegeln fokussiert wird, welche dann einen durch das Gitterwerk gezogenen Luftstrom erhitzen. Der heisse Luftstrom wird dann durch einen Haufen Kieselsteine geleitet, welcher die Wärme speichert. Wenn Energie benötigt wird zu Zeiten, wenn die Sonne nicht scheint, wird Luft durch die Kieselsteine gezogen und einem Energiekonversionssystem, z.B. einer Dampf- oder Gasturbine, zugeführt, und dann in elektrische Energie umgewandelt. Damit können Pflanzen in der Nacht mit künstlichem Licht bestrahlt werden.The aim of US Pat. No. 3,981,151 is to increase the crop yield of agricultural plants by illuminating them at night. An energy conversion system is proposed in which solar energy is focused on a grid of refractory bricks which then heat an air stream drawn through the grid. The hot air stream is then passed through a heap of pebbles, which stores the heat. When energy is needed at times when the sun is not shining, air is drawn through the pebbles and an energy conversion system, e.g. a steam or gas turbine, and then converted into electrical energy. Plants can be illuminated with artificial light at night.

[0010] US 4 312 324 betrifft einen offenen Solarempfänger, welcher gegenüber Wind geschützt ist. Der Solarempfänger besteht aus einer Kavität, einem Einlass, einem in der Kavität angeordneten Wärmetauscher in Gestalt einer keramischen Honigwabenstruktur und einem kegelstumpfförmigen Konzentrator. Von einem Spiegelfeld reflektiertes Sonnenlicht wird auf den Wärmetauscher fokussiert, welcher dadurch aufgewärmt wird. Luft, welche im Kreislauf durch den Wärmetauscher und einen Wärmespeicher gezogen wird, erwärmt den Wärmespeicher auf ca. 1100 °C. Letzterer kann dann abgekoppelt werden und mit einer Gasturbine verbunden werden, um elektrische Energie zu gewinnen. Dieser Solarempfänger arbeitet offen, d.h. bei Atmosphärendruck, der Energietransfer zum Speicher kann daher nur langsam ablaufen.[0010] US 4,312,324 relates to an open solar receiver which is protected against wind. The solar receiver consists of a cavity, an inlet, a heat exchanger arranged in the cavity in the form of a ceramic honeycomb structure and a frustoconical concentrator. Sunlight reflected from a mirror field is focused on the heat exchanger, which is thereby warmed up. Air, which is drawn in a circuit through the heat exchanger and a heat accumulator, heats the heat accumulator to approx. 1100 ° C. The latter can then be uncoupled and connected to a gas turbine to generate electrical energy. This solar receiver works open, i.e. at atmospheric pressure, the energy transfer to the storage can therefore only take place slowly.

[0011] US 4 401 103 beschreibt ein System bestehend aus einer Anordnung von Kollektoren, die dem Sonnengang folgen können, das empfangene Sonnenlicht konzentrieren und dann auf ein Ziel richten. Das System umfasst im Weiteren eine[0011] US 4 401 103 describes a system consisting of an arrangement of collectors that can follow the sun's path, concentrate the received sunlight and then direct it towards a target. The system also includes one

CH 711 030 B1CH 711 030 B1

Speicherkammer und eine Einrichtung, um ein Fluid zwischen dem Ziel und der Speicherkammer zu zirkulieren. Das ist Flüssig-Kühlung («Fluid») - wie dieses im Receiver arbeitet, bleibt unklar.Storage chamber and a device to circulate a fluid between the target and the storage chamber. This is liquid cooling ("fluid") - how this works in the receiver remains unclear.

[0012] Die WO 2014/037 582 offenbart einen Receiver zum Auffangen von konzentrierter Sonneneinstrahlung aus einem umliegenden Spiegelfeld. Der Receiver besitzt einen Behälter mit wenigstens einer Lichteintrittsöffnung sowie einem Einund einem Auslass für ein Kühlmedium. Im Behälter ist ein Absorberkörpervorgesehen, welcher wenigstens bereichsweise als schwarzer Körper ausgebildet ist und aus einer Vielzahl von übereinandergeschichteten Speicherelementen besteht. Der Absorberkörper zum Auffangen der Strahlungsenergie und Umwandlung derselben in thermische Energie ist hinter der Lichteintrittsöffnung angeordnet. Ausserdem sind im angekoppelten Behälter Wärmespeicherelemente als Hochtemperatur-Speichervorgesehen, die der Energieerzeugung in den Abendstunden, wenn die Sonne nicht mehr scheint, dienen. Der beschriebene Receiver hat den Vorteil, dass er hochkonzentrierte Sonnenstrahlung aufnehmen und die Wärme mittels Gasströmung durch die vorhandenen Kanäle abführen und so direkt benachbarte thermische Speicherelemente aufwärmen kann. Die in den Speichelementen gespeicherte Wärmeenergie kann dann, wenn die Sonne nicht mehr scheint, zum Betreiben beispielsweise einer Gasturbine verwendet werden.[0012] WO 2014/037 582 discloses a receiver for collecting concentrated solar radiation from a surrounding mirror field. The receiver has a container with at least one light inlet opening and an inlet and an outlet for a cooling medium. An absorber body is provided in the container, which at least in some areas is designed as a black body and consists of a multiplicity of stacked storage elements. The absorber body for collecting the radiation energy and converting it into thermal energy is arranged behind the light entry opening. In addition, heat storage elements are provided in the connected container as high-temperature storage devices, which serve to generate energy in the evening when the sun is no longer shining. The receiver described has the advantage that it absorbs highly concentrated solar radiation and dissipates the heat by means of gas flow through the existing channels and can thus heat up directly adjacent thermal storage elements. The thermal energy stored in the storage elements can then be used to operate a gas turbine, for example, when the sun is no longer shining.

Aufgabe der Erfindung [0013] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den bekannten Stand der Technik so weiterzuentwickeln, dass die im Receiver erzeugte Wärme-Energie wesentlich konzentrierter abgeführt werden kann, was erlaubt, eine grössere Zahl Spiegel mit entsprechend mehr konzentrierter Strahlung auf einem Receiver umzuwandeln. Das erlaubt wesentlich leistungsfähigere, kompakte Anlagen.OBJECT OF THE INVENTION It is the object of the present invention to further develop the known prior art so that the heat energy generated in the receiver can be dissipated in a much more concentrated manner, which allows a larger number of mirrors with a correspondingly more concentrated radiation on a receiver convert. This enables much more powerful, compact systems.

Beschreibung [0014] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe realisiert durch einen Receiver zum Auffangen von konzentrierter Strahlung aus einem umliegenden Spiegelfeld, umfassend[0014] According to the invention, the object is achieved by a receiver for collecting concentrated radiation from a surrounding mirror field, comprising

- einen Behälter mit wenigstens einer Strahlungseintrittsöffnung,a container with at least one radiation inlet opening,

- im Behälter vorgesehene Absorberkörper, welche wenigstens bereichsweise schwarze Wände ausgebildet haben und hinter der Strahlungseintrittsöffnung angeordnet sind, zum Auffangen der Strahlungsenergie und Umwandlung derselben in thermische Energie,absorber bodies provided in the container, which have black walls at least in some areas and are arranged behind the radiation inlet opening, for collecting the radiation energy and converting it into thermal energy,

- in den Absorberkörpern vorhandene Kanäle für die Durchleitung eines Wärmetransfermediums,channels in the absorber bodies for the passage of a heat transfer medium,

- einen einen Hochtemperatur-Speicher bildenden Aufnahmeraum für Wärmespeicherelemente, der eine Speicherzone definiert, und,a receiving space for heat storage elements which forms a high-temperature storage and which defines a storage zone, and,

- im Aufnahmeraum vorhandene Wärmespeicherelemente, zur späteren Nutzung der gespeicherten thermischen Energie, die durch Wärmetauscher/Kondensatoren bei hoher Temperatur entnommen werden kann.- existing heat storage elements in the recording room, for later use of the stored thermal energy, which can be removed by heat exchangers / condensers at high temperature.

[0015] Erfindungsgemäss sind in den Kanälen einen Kühlkreislauf bildende Druckröhren vorhanden, die sich von den Absorberkörpern in den Aufnahmeraum erstrecken und in denen zwecks Ableitung der in den heissen Absorberkörpern absorbierten Wärme Flüssigmetall verdampfbar ist, und im Hochtemperatur-Speicher oder andern Verbrauchern kondensierbar ist.According to the invention, a cooling circuit forming pressure tubes are present, which extend from the absorber bodies into the receiving space and in which liquid metal can be evaporated for the purpose of dissipating the heat absorbed in the hot absorber bodies, and can be condensed in high-temperature storage or other consumers.

[0016] Die absorbierte Wärme wird zweckmässigerweise gleichmässig und konzentriert abgeführt, mittelsThe absorbed heat is expediently removed evenly and in a concentrated manner by means of

- hochtemperaturbeständiger ummantelter Druckrohre, in denen Metall verdampft,- high temperature resistant jacketed pressure pipes in which metal evaporates,

- Verbindungsrohre ähnlicher Art, die mindestens in engen Bögen mit flexible Ringen gepanzert sind,Connecting pipes of a similar type, which are armored at least in tight arches with flexible rings,

- Rohrverbindungen, die ebenfalls gepanzert - nach dem Zusammenfügen - in angekoppelte Speicher reichen können, zur Wärmeabgabe durch Leitung oder Kondensation des Metalldampfes, je nach Temperatur- und Drucksteuerung.- Pipe connections, which can also be armored - after assembly - reach into attached storage tanks, for heat emission by conduction or condensation of the metal vapor, depending on the temperature and pressure control.

[0017] Die Absorberkörper weisen zwecks Ableitung der Wärme von der Receiver-Oberfläche in die Kühlkanäle eine zweckmässige Geometrie auf, bei der die durch die Wärme sehr heissen, schwarzen Receiver-Bauteile (vorzugsweise carbidische Komposite) ringförmig um die Kühlungsrohre verteilt sind, sodass gleichmässig intensive HochtemperaturStrahlung auf die gepanzerten Druckrohre einwirkt. Dies hat den grossen Vorteil, dass die Wärme viel rascher von den Absorberkörpern wegtransportiert werden kann als bei Gaskühlung, sodass weniger die Gefahr besteht, dass sich die Absorberkörper lokal überhitzen. Ausserdem erlaubt das Metallverdampfungsprinzip einen Betrieb bei niedrigem Druck, da der Energietransfer durch die Aufnahme von Verdampfungsenergie und entsprechend - bei nahezu gleicher Temperatur - der Abgabe von Kondensationsenergie erfolgt.The absorber body have a useful geometry for the purpose of dissipating the heat from the receiver surface in the cooling channels, in which the black receiver components (preferably carbide composites), which are very hot due to the heat, are distributed in a ring around the cooling tubes, so that they are uniform intense high-temperature radiation acts on the armored pressure pipes. This has the great advantage that the heat can be transported away from the absorber bodies much more quickly than with gas cooling, so that there is less of a risk that the absorber bodies overheat locally. In addition, the metal evaporation principle allows operation at low pressure, since the energy transfer takes place through the absorption of evaporation energy and correspondingly - at almost the same temperature - the release of condensation energy.

[0018] In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Druckröhren mit hochtemperaturbeständigen Faserbündeln stabilisiert. Dadurch weisen die Druckröhren die Vorteile eines Verbundwerkstoffes auf, bei welchem unterschiedliche Werkstoffe mit spezifischen Werkstoffeigenschaften zu einem Werkstoff kombiniert werden, welcher alle Vorteile der kombinierten Werkstoffe aufweist. Die Faserbündeln bewirken, dass die Druckröhren sehr hohen Drücken und Temperaturen standhalten können.In one embodiment of the invention, the pressure tubes are stabilized with high temperature resistant fiber bundles. As a result, the pressure tubes have the advantages of a composite material in which different materials with specific material properties are combined to form a material which has all the advantages of the combined materials. The fiber bundles ensure that the pressure tubes can withstand very high pressures and temperatures.

[0019] Vorteilhaft sind die Druckrohre aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kompositwerkstoff (= CFC: carbon fiber carbon composite) hergestellt. Kohlenstofffaserverstärkte Komposite eignen sich besonders gut, da diese sehr hohen Temperaturen widerstehen können, wenn sie nicht wie bei üblichen CFC-Bauteilen mit Harzen verpresst sind, sondern mit Si/SiC gesintert oder eingeschmolzen sind.The pressure tubes are advantageously made of a carbon fiber reinforced composite material (= CFC: carbon fiber carbon composite). Carbon fiber reinforced composites are particularly suitable because they can withstand very high temperatures if they are not pressed with resins as is the case with conventional CFC components, but are sintered or fused with Si / SiC.

CH 711 030 B1 [0020] Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Druckröhren einen Liner innerhalb der stabilisierenden Faserbündel. Dies hat den Vorteil, dass die Druckröhren innen eine metallische Beschichtung aufweisen, nämlich den Liner, dargestellt durch eine dünnwandigen Röhre, die metallurgisch dem innen verdampfenden (Leicht-)Metall widerstehen kann, jedoch keine Spannung zu ertragen hat, da ein solcher Liner voll durch das umgebende Komposite-Rohr abgestützt ist. Sollten die Faserbündel eine undichte Stelle aufweisen, so stellt der Liner eine weitere Abdichtung gegenüber dem verdampfenden Leichtmetall dar, welches in den Druckröhren geführt ist. Die im Absorberbereich erfolgende Metallverdampfung wird zur Kondensation in Zonen mit den Wärmespeicherelementen des angekoppelten Speichers und ggf. angeschlossenen Wärmetauschern genutzt.CH 711 030 B1 [0020] According to an advantageous embodiment, the pressure tubes comprise a liner within the stabilizing fiber bundle. This has the advantage that the pressure tubes have a metallic coating on the inside, namely the liner, represented by a thin-walled tube, which can withstand metallurgically the (light) metal evaporating inside, but does not have to endure any stress, since such a liner is completely through the surrounding composite pipe is supported. If the fiber bundles have a leak, the liner represents a further seal against the evaporating light metal, which is guided in the pressure tubes. The metal evaporation taking place in the absorber area is used for condensation in zones with the heat storage elements of the connected storage and possibly connected heat exchangers.

[0021] Vorteilhaft umfassen die Druckröhren ein flexibles Geflecht oder Gewebe. Das Geflecht ist bevorzugt aus CFC hergestellt und lässt sich um den Liner wickeln. Das Wickeln kann rasch erfolgen und bewirkt durch das Überlappen des Geflechts wie bei einer Bandage eine verbesserte Stabilität nach dem Sintern.[0021] The pressure tubes advantageously comprise a flexible braid or fabric. The braid is preferably made of CFC and can be wrapped around the liner. The wrapping can be carried out quickly and, by overlapping the braid like a bandage, brings about improved stability after sintering.

[0022] Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Aufnahmeraum und der Behälter separate Bauteile sind, wobei die Druckröhren am Übergang des Behälters und des Aufnahmeraums verbindbar geteilt sind, wodurch erste und zweite Druckröhren gebildet sind. Der Behälter lässt sich von dem Aufnahmeraum abnehmen, wodurch ein rascher Zugang zu dem Aufnahmeraum, beispielsweise für Wartungszwecke, ermöglicht ist. Der Aufnahmeraum und der Behälter (Speicher) sind bevorzugt durch eine Flanschverbindung verbindbar.It proves to be advantageous if the receiving space and the container are separate components, the pressure tubes at the transition of the container and the receiving space being connected so that first and second pressure tubes are formed. The container can be removed from the receiving space, which enables quick access to the receiving space, for example for maintenance purposes. The receiving space and the container (storage) can preferably be connected by a flange connection.

[0023] Als vorteilhaft erweist es sich auch, wenn die Enden der ersten Druckröhren an dem Boden des Behälters angeordnet und bevorzugt in den Boden eingeschweisst sind. Der Boden des Behälters hält daher als Rohrboden, ähnlich wie bei einem Rohrbündelwärmetauscher, die Enden der ersten Druckröhren auf. Dies verleiht den ersten Druckröhren zusätzliche Stabilität und der Behälter lässt sich rasch mitsamt den ersten Druckröhren abnehmen.It also proves to be advantageous if the ends of the first pressure tubes are arranged on the bottom of the container and are preferably welded into the bottom. The bottom of the container therefore holds the ends of the first pressure tubes as a tube bottom, similar to a tube bundle heat exchanger. This gives the first pressure tubes additional stability and the container can be quickly removed together with the first pressure tubes.

[0024] Zweckmässigerweise sind die den Enden der zweiten Druckröhren an der dem Behälter zugewandten Stirnseite des Aufnahmeraums angeordnet und an die Enden der ersten Druckröhren anschliessbar. Die Enden der ersten und zweiten Druckröhren decken sich und lassen sich beispielsweise ineinanderstecken. Dadurch können die Röhrenenden automatisch miteinander verbunden werden, wenn der Behälter auf den Aufnahmeraum aufgesetzt wird. Denkbar ist es auch, dass die Enden der zweiten Druckröhren in die Deckplatte des Kondensators derart eingeschweisst sind, dass die Enden der ersten und zweiten Druckröhren im zusammengebauten Zustand fluchten.The ends of the second pressure tubes are expediently arranged on the front side of the receiving space facing the container and can be connected to the ends of the first pressure tubes. The ends of the first and second pressure tubes overlap and can be inserted into one another, for example. This enables the tube ends to be automatically connected to one another when the container is placed on the receiving space. It is also conceivable that the ends of the second pressure tubes are welded into the cover plate of the capacitor such that the ends of the first and second pressure tubes are aligned when assembled.

[0025] Zweckmässigerweise sind die Speicherelemente kugelförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass bei den unvermeidlichen Temperaturschwankungen im Betrieb (bei wechselnder Sonnenstrahlung) eine Beweglichkeit der Speicherelemente erhalten bleibt, auch beim Aufbau (Einfüllen) der Speicherelemente sowie bei der Entsorgung schadhaft gewordener Elemente ist die Kugelhaufen-Bauart sehr vorteilhaft. Denn eine Demontage des ganzen Speicher-Receiver-Systems käme sonst einem Abriss gleich.The storage elements are expediently spherical. This has the advantage that the storage elements remain mobile in the event of the inevitable temperature fluctuations during operation (with changing solar radiation), and the pebble-ball design is also very advantageous when installing (filling in) the storage elements and when disposing of defective elements. Otherwise, disassembling the entire memory receiver system would be like tearing it down.

[0026] Um möglichst viel der einfallenden Strahlung auffangen zu können, hat der Absorberkörper vorzugsweise die Gestalt eines Trichters oder eines V-förmigen Körpers. Dabei kann der Trichter oder der V-förmige Körper bevorzugt aus einer Mehrzahl von Scheiben oder Segmenten aufgebaut sein. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass die Druckrohr-Wärmeleiter an den einzelnen Scheiben angebracht werden können. Zweckmässigerweise sind die Scheiben oder Segmente mit den Druckrohr-Wärmeleitern so verbunden, das diese umschlossen werden mit Abstandshaltern, sodass die Energie gleichmässiger durch Hochtemperaturwärmestrahlung übertragen werden kann. Die Druckröhren liegen folglich bevorzugt lediglich stellenweise oder punktuell an den Innenwänden der Kanäle an. Die Abstandshalter können als Ringsegment ausgeführt sein, welche über die Liner oder über die umwickelten Liner geschoben sind. Die Ringsegmente, welche die Aussenwände der Druckröhren bilden, können Erhebungen aufweisen, wodurch die Ringsegmente nur punktweise mit den umgebenden Receiver-Kanälen bzw. den Speicherelementen in Berührung kommen. Denkbar ist es auch, dass die Innenwände der Kanäle anstatt der Ringsegmente Erhebungen aufweisen.In order to be able to collect as much of the incident radiation as possible, the absorber body preferably has the shape of a funnel or a V-shaped body. The funnel or the V-shaped body can preferably be constructed from a plurality of disks or segments. This construction has the advantage that the pressure pipe heat conductors can be attached to the individual panes. The disks or segments are expediently connected to the pressure pipe heat conductors in such a way that they are enclosed with spacers, so that the energy can be transmitted more uniformly by high-temperature heat radiation. The pressure tubes are consequently preferably only in places or at points on the inner walls of the channels. The spacers can be designed as a ring segment, which are pushed over the liner or over the wrapped liner. The ring segments which form the outer walls of the pressure tubes can have elevations, as a result of which the ring segments come into contact with the surrounding receiver channels or the storage elements only at certain points. It is also conceivable that the inner walls of the channels have elevations instead of the ring segments.

[0027] Vorzugsweise sind die Druckrohr-Wärmeleiter wenigstens im Verbindungsbereich mit den Absorberkörpern ein Komposit, vorzugsweise aus Kohlefasern mit einer Kombination aus Si und SiC infiltriert. Darüber hinaus kann das Komposit in der Matrix des Geflechts oder Gewebes auch andere als Kohlefasern enthalten, z.B. SiC-Fasern.Preferably, the pressure pipe heat conductors are infiltrated, at least in the connection area with the absorber bodies, a composite, preferably made of carbon fibers with a combination of Si and SiC. In addition, the composite in the matrix of the braid or fabric can also contain other than carbon fibers, e.g. SiC fibers.

[0028] Vorteilhaft weisen die Scheiben oder Segmente Öffnungen auf. Beim Übereinanderstapeln bilden die Öffnungen die Kanäle der Absorberkörper.[0028] The disks or segments advantageously have openings. When stacked on top of one another, the openings form the channels of the absorber bodies.

[0029] In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Kühlkreislauf des Receivers im Hochtemperaturbereich durch eine Vielzahl paralleler Druckrohre ausgeführt sein, die ausserhalb der Hochtemperatur-Speicherzone in einen Wärmetauscher/Kondensator münden, der als Heizung eines zweiten Kühlkreislaufes dient. Die durch den Kühlkreislauf aufgenommene thermische Energie wird hierdurch in optimierter Weise genutzt, indem sie entweder gespeichert wird oder sofort an einen zweiten Kühlkreislauf abgegeben wird.In a further embodiment of the invention, the cooling circuit of the receiver can be carried out in the high temperature range by a plurality of parallel pressure pipes which lead outside the high temperature storage zone into a heat exchanger / condenser which serves as a heater for a second cooling circuit. The thermal energy absorbed by the cooling circuit is hereby used in an optimized manner, either by storing it or by immediately releasing it to a second cooling circuit.

[0030] In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kühlkreislauf des Receivers dadurch realisiert, dass das dampfförmige Flüssigmetall direkt an den Speichermedien kondensierbar ist. Das Flüssigmetall muss daher nicht vollständig in einem geschlossenen Kreislauf aus Druckröhren geführt sein, sondern kann auch in den Speicherbereichen direkt an die Speichermedien herangeführt werden und dadurch kondensieren.In a further exemplary embodiment of the invention, the cooling circuit of the receiver is realized in that the vaporous liquid metal can be condensed directly on the storage media. The liquid metal therefore does not have to be completely conducted in a closed circuit made of pressure tubes, but can also be brought directly to the storage media in the storage areas and thereby condense.

CH 711 030 B1 [0031] Bevorzugt laufen im zweiten Kühlkreislauf endotherme Chemie-Reaktionen ab. Die kann beispielsweise eine carbothermische Zinkoxidreduktion sein. Die geerntete Wärme ist also beispielsweise nutzbar, um reines Zink herzustellen, was seinerseits bei der Herstellung von Wasserstoff eingesetzt werden kann.CH 711 030 B1 [0031] Endothermic chemical reactions preferably take place in the second cooling circuit. This can be a carbothermal zinc oxide reduction, for example. The harvested heat can thus be used, for example, to produce pure zinc, which in turn can be used in the production of hydrogen.

[0032] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Absorberkörper eine Lichtfanggeometrie auf, die geeignet ist, einfallendes Licht durch Mehrfachreflexion an schwarzen Flächen einzufangen und in Wärme umzuwandeln. Hierdurch wird die Wärmeenergie nahezu vollständig von den schwarzen Wänden der Absorberkörper aufgenommen.In a further preferred exemplary embodiment of the invention, the absorber body has a light trapping geometry which is suitable for capturing incident light by multiple reflection on black surfaces and converting it into heat. As a result, the heat energy is almost completely absorbed by the black walls of the absorber body.

[0033] Wie bereits weiter oben beschrieben, ist es bevorzugt, wenn der Receiver einen Hochtemperatur-Speicher und einen an den Hochtemperatur-Speicher angrenzenden Speicher niedrigerer Temperatur aufweisen kann, und der Hochtemperatur-Speichervorzugsweise durch eine wärmeisolierte Wand vom Speicher niedrigerer Temperatur getrennt ist. Die geerntete Wärmeenergie kann durch diese Anordnung maximal genutzt werden. Dadurch ist die in den Speicherelementen des Hochtemperatur-Speichers gespeicherte Wärme für die spätere Entnahme, beispielsweise wenn die Sonne nicht scheint oder in der Nacht, gut isoliert.As already described further above, it is preferred if the receiver can have a high-temperature memory and a lower-temperature memory adjacent to the high-temperature memory, and the high-temperature memory is preferably separated from the lower-temperature memory by a heat-insulated wall. The harvested thermal energy can be used to the maximum by this arrangement. As a result, the heat stored in the storage elements of the high-temperature storage is well insulated for later removal, for example when the sun is not shining or at night.

[0034] Bevorzugt ist der zweite Kühlkreislauf für Dampferzeugung und Gas-chemische Reaktionen nutzbar. Der zweite Kühlkreislauf kann durch den Speicher niedriger Temperatur erwärmt werden. Der erzeugte Dampf kann zum Betrieb einer Gasturbine oder zum Ablauf von endothermen Reaktionen herangezogen werden. Ist kein Sonnenlichtzur Erwärmung des Speichers niedriger Temperatur vorhanden, so kann die Wärmeenergie aus dem Hochtemperatur-Speicher entnommen werden.Preferably, the second cooling circuit can be used for steam generation and gas chemical reactions. The second cooling circuit can be heated by the low temperature storage. The steam generated can be used to operate a gas turbine or to conduct endothermic reactions. If there is no sunlight to heat the storage tank at a low temperature, the thermal energy can be taken from the high-temperature storage tank.

[0035] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Receiver in Ringform für konzentrierte, vertikale Sonnenstrahlung genutzt werden, indem eine Spiegel-Einrichtung die Sonnenstrahlung senkrecht in die Mitte des Receivers leitet. Bei dieser ringförmigen Anordnung der Absorberstapel, sind die V-förmigen Absorberstapel zur Mitte des Receivers geöffnet, um möglichst viel Sonnenlicht absorbieren zu können. Die ringförmige Absorberanordnung ermöglicht es auch, dass in den Ring Nuklearbrennelemente bzw. nukleare Strahlungskörper einfüllbar sind.In a further preferred exemplary embodiment of the invention, the receiver can be used in ring form for concentrated, vertical solar radiation, in that a mirror device directs the solar radiation perpendicularly into the center of the receiver. With this ring-shaped arrangement of the absorber stacks, the V-shaped absorber stacks are opened towards the center of the receiver in order to be able to absorb as much sunlight as possible. The ring-shaped absorber arrangement also enables nuclear fuel elements or nuclear radiation elements to be filled into the ring.

[0036] Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der zweite Kühlkreislauf mittels einer Plungerpumpe mit Feststoff-Pellets aufgefüllt werden kann, die bei höherer Temperatur einschmelzen oder sich gas-/dampfförmig zersetzen. Hierdurch ist der erfindungsgemässe Receiver geeignet, endotherme chemische Reaktionen umzusetzen oder Metalle zu schmelzen.It proves to be advantageous if the second cooling circuit can be filled by means of a plunger pump with solid pellets which melt at a higher temperature or decompose in gaseous / vaporous form. As a result, the receiver according to the invention is suitable for implementing endothermic chemical reactions or melting metals.

[0037] Zweckmässigerweise weist der zweite Kühlkreislauf im oberen Bereich des Niedertemperatur-Speichers wenigstens einen Auslass auf, der zu einer Kühl-/Kondensationsstrecke führt, welche eine Separationseinrichtung zur Gas-Flüssigtrennung und eine anschliessende Abgiesseinrichtung zur Gewinnung des erzeugten Metalls aufweist. Hierdurch lassen sich bei chemischen Reaktionen entstehende Gase und Metallschmelzen einfach separieren und getrennt weiternutzen.The second cooling circuit expediently has at least one outlet in the upper region of the low-temperature store, which leads to a cooling / condensation section which has a separation device for gas-liquid separation and a subsequent pouring device for extracting the metal produced. As a result, gases and metal melts generated during chemical reactions can be separated easily and used separately.

[0038] Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der zweite Kühlkreislauf im heissen Reaktionsbereich mit Katalysatoren ausgerüstet ist, die in weiteren Wärmetauschern Heissgas-Synthesen fördern. Die Katalysatoren können zur Herstellung diverser Kohlenwasserstoffe herangezogen werden oder z.B. die Reaktionstemperatur senken für carbothermische Prozesse, durch z.B. Metallkarbonyl oder Ce-/Fe-Oxid oder Nickeloxid-Interaktionen.It proves to be advantageous if the second cooling circuit in the hot reaction area is equipped with catalysts which promote hot gas synthesis in further heat exchangers. The catalysts can be used to produce various hydrocarbons or e.g. lower the reaction temperature for carbothermal processes, e.g. Metal carbonyl or Ce / Fe oxide or nickel oxide interactions.

[0039] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung überführen die Druckröhren im Tagesbetrieb Wärmeenergie in den Hochtemperatur-Speicher. Hierdurch kann die in dem Hochtemperatur-Speicher gespeicherte Wärmeenergie nach Ende der Sonneneinstrahlung zum Direktbetrieb einer Gasturbine in Spitzenlastzeiten auf Abruf dienen, indem der erste Receiver-Loop weitergeführt wird und dann im Hochtemperatur-Speicher zur Verdampfung führt. Ebenso kann eine endotherme chemische Reaktion in den Abend ausgedehnt werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the pressure tubes transfer thermal energy into the high-temperature store during daytime operation. As a result, the thermal energy stored in the high-temperature store can be used for direct operation of a gas turbine in peak load times on demand after the end of the solar radiation, in that the first receiver loop is continued and then leads to evaporation in the high-temperature store. An endothermic chemical reaction can also be extended into the evening.

[0040] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Druckröhren Faserbündel aus Faserband auf, welches mit einem Binder beschichtet ist und um die Druckröhren gerollt ist. Das Faserband ist mit dem Binder vorimprägniert. Sobald es um den Liner gewickelt ist, kann das Faserband ausgehärtet werden, beispielsweise, indem es mit einer elektrischen Induktionsheizung gesintert wird. Dadurch ist eine rasch herstellbare, stabile und temperaturbeständige Ummantelung für die Druckröhren herstellbar. Zweckmässigerweise sind die Druckröhren mit dem Binder, bevorzugt Siliziumcarbid, flüssigphasengesintert, um ein möglichst homogenes Gefüge herzustellen.In a further preferred embodiment of the invention, the pressure tubes have fiber bundles made of sliver, which is coated with a binder and is rolled around the pressure tubes. The sliver is pre-impregnated with the binder. Once wrapped around the liner, the sliver can be cured, for example by sintering it with an electric induction heater. This enables a quickly produced, stable and temperature-resistant sheathing for the pressure tubes. The pressure tubes with the binder, preferably silicon carbide, are expediently sintered in liquid phase in order to produce a structure that is as homogeneous as possible.

[0041] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Druckröhren mit kohlenstofffaserverstärkten Kompositwerkstoff(CFC)-Ringen umgeben, insbesondere an zusammengeschweissten Verbindungszonen. Dadurch entsteht eine stabile und rasch herstellbare Verbindung am Übergang zweier Druckröhren. Die Stabilität kann dadurch erhöht werden, dass die Verbindungszonen mit dem Faserband und einem darüber angeordneten CFC-Ring verstärkt ist.In a further preferred embodiment of the invention, the pressure tubes are surrounded by carbon fiber reinforced composite material (CFC) rings, in particular at welded-together connection zones. This creates a stable and quick connection at the transition between two pressure tubes. The stability can be increased by reinforcing the connection zones with the fiber sliver and a CFC ring arranged above it.

[0042] Bevorzugt sind in den Absorberkörpern im Wesentlichen vertikale Kanäle für die Durchleitung eines Kühlmediums oder die Aufnahme der Druckröhren-Wärmeleiter vorhanden. Die Druckröhren-Wärmeleiter erlauben die rasche Abführung der durch die Absorberkörper aufgenommenen Wärmeenergie mittels Metallverdampfung. Der erfindungsgemässe Receiver hat den grossen Vorteil, dass dieser hochkonzentrierte Strahlung aufnimmt und die Wärme so durch die vorhandenen Kanäle in den Absorberkörpern abführen kann und beispielsweise direkt benachbarte thermische Speicherelemente aufwärmen kann. Die Speicherelemente können im selben oder einem benachbarten Behälter vorhanden sein. Die gespeicherte Wärmeenergie kann dann, wenn die Sonne nicht mehr scheint, zum Betreiben beispielsweise einer Gasturbine oder zur Umsetzung einer endothermen chemischen Reaktion verwendet werden.Preferably, there are essentially vertical channels in the absorber bodies for the passage of a cooling medium or the inclusion of the pressure tube heat conductors. The pressure tube heat conductors allow the thermal energy absorbed by the absorber body to be dissipated quickly by means of metal evaporation. The receiver according to the invention has the great advantage that it absorbs highly concentrated radiation and can thus dissipate the heat through the channels present in the absorber bodies and, for example, can heat up directly adjacent thermal storage elements. The storage elements can be present in the same or an adjacent container. When the sun is no longer shining, the stored thermal energy can be used to operate a gas turbine, for example, or to implement an endothermic chemical reaction.

CH 711 030 B1 [0043] Diese und andere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die nicht einschränkende Beispiele darstellen, die auf die in den nachfolgenden nicht massstabsgetreuen Zeichnungen Bezug nehmen:CH 711 030 B1 These and other features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention, which are non-limiting examples that refer to the following non-scale drawings:

Fig. 1 Zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Receivers mit einem ringförmigen Absorberstapel, der zwecks Ableitung der Wärmeenergie mit einer Mehrzahl von Druckrohr-Wärmeleitern verbunden ist, die in den Hochtemperatur-Speicher des Receivers reichen. Der Ring ist so weit auszuführen, wie die Einstrahlung aus einem seitlich aufgestellten Spiegelfeld es erfordert. Bei einer zentralen Strahlungsquelle (z.B. durch eine sog. «Beam-down»-Spiegeleinrichtung) können die Absorberstapel auch ringförmig mit Öffnung nach innen angeordnet werden. Die Druckrohr-Wärmeleiter sind dann nach aussen wegzuführen, zu den jeweils geplanten Nutzern der Energiequelle.Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a receiver according to the invention with an annular absorber stack which is connected to a plurality of pressure pipe heat conductors for the purpose of dissipating the thermal energy, which extend into the high-temperature memory of the receiver. The ring is to be made as far as required by the radiation from a mirror field placed on the side. In the case of a central radiation source (e.g. by means of a so-called “beam-down” mirror device), the absorber stacks can also be arranged in a ring with an opening inwards. The pressure pipe heat conductors are then to be led outside to the planned users of the energy source.

Fig. 2 Zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Receivers, bei dem V-förmige, vertikal gestapelte Absorberkörper die Strahlung empfangen und die in den Kühlkanälen erfolgende Metall-Verdampfung erlaubt, die Druckrohr-Wärmeleiter sind dann verbunden mit einem Hochtemperatur-Speichertank (oder mehreren, je nach Bedarf der «Verbraucher»: «I» + «III»).Fig. 2 shows schematically a second embodiment of a receiver, in which V-shaped, vertically stacked absorber bodies receive the radiation and allow the metal evaporation taking place in the cooling channels, the pressure pipe heat conductors are then connected to a high-temperature storage tank (or more, depending on the needs of the "consumer": "I" + "III").

Fig. 3 Zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines kompakten Receivers, bei dem ein Hochtemperatur-Speichertank über einen Wärmetauscher mit einem Bereich für diverse Anwendungen verbunden ist («I—II—III—IV»). Dort können in verschiedenen Temperaturzonen Wärmetauscher/Kondensatoren eingebaut werden, die das thermodynamische Gefälle optimal ausnutzen.Fig. 3 shows schematically a third embodiment of a compact receiver, in which a high-temperature storage tank is connected via a heat exchanger to an area for various applications ("I-II-III-IV"). There, heat exchangers / condensers can be installed in different temperature zones, making optimal use of the thermodynamic gradient.

Fig. 4 Zeigt zur weiteren Erläuterung symbolisch einen Receiver in Seitenansicht mit einer Strahlungsquelle innen.Fig. 4 symbolically shows, for further explanation, a receiver in a side view with a radiation source inside.

Fig. 5 Zeigt einen Seitenschnitt durch einen Druckrohr-Wärmeleiter mit einem Aufbau mit innenliegendem Liner und umschliessendem CFC-Komposit im Bereich eines Rohrbodens. Das Komposit kann durch Wickeln («wrap») oder vorgefertigte Ringsegmente hergestellt werden, das bei Temperaturen von über 1000 °C ein Kriechen des dünnwandigen inneren Liners verhindert. Insbesondere im Bereich von Verbindungen solcher Röhren können auch beide Versionen übereinander eingesetzt werden («wrap» plus Ringe).Fig. 5 shows a side section through a pressure pipe heat conductor with a structure with an inner liner and enclosing CFC composite in the area of a tube sheet. The composite can be produced by winding (“wrap”) or prefabricated ring segments that prevent the thin-walled inner liner from creeping at temperatures of over 1000 ° C. Particularly in the area of connections of such tubes, both versions can also be used one above the other (“wrap” plus rings).

Fig. 6 Zeigt einen Schnitt an der Stelle Vl-Vl des Druckrohr-Wärmeleiters aus Fig. 5.FIG. 6 shows a section at point VI-VI of the pressure pipe heat conductor from FIG. 5.

Beschreibung der Figuren im Detail mit Bezug auf die Legende [0044] In Fig. 1 ist ein Receiver 1 gezeigt, dessen wesentliche Komponenten Druckrohr-Wärmeleiter als MetallsiedeKanäle 2 sind, die mittels geschwungener Anschluss-Druckrohre 21 in ähnlicher Bauart in einen Hochtemperatur-Speicher 3 führen. Ein V-förmiger schwarzer Absorberkörperstapel 15 liegt hinter einem zylindrisch gewölbten Fenster 16. Der Hochtemperatur-Speicher 3 ist in einem zylindrischen Behälter 20 untergebracht, an dessen oberer Stirnseite der Receiver 1 mit in den Boden des Receiver-Doms 27 eingeschweissten Anschluss-Druckrohren 21 angeordnet ist. Die einfallende Strahlung 6 wird zunächst durch Vorkonzentratoren 7 weiter verdichtet, sodass nach aussen ein vollständiges Absorptionsfeld für die Strahlung gebildet wird. Diese wird dann innen an den schrägen Wänden des V-förmigen Absorberkörpers 15 mehrfach reflektiert, und die Wärmeenergie so fast vollständig von den schwarzen Wänden des Absorberkörpers aufgenommen. Um die Wärmeenergie möglichst rasch und effizient in den Hochtemperatur-Speicher abführen zu können, sind in den Absorberkörpern 15 erfindungsgemäss eine Mehrzahl von Druckrohr-Wärmeleitern in den Positionen 2 eingebaut, in denen bei geeigneter Druckführung Flüssigmetall siedet, vorzugsweise Leichtmetall-Mischungen, die oberhalb 900 °C bei geringem Druck sieden. Es können auch enge Vorheizkanäle 14 im Absorberkörper untergebracht werden, was Rohrzuleitungen ausschliesslich von oben ermöglicht.Description of the figures in detail with reference to the legend. A receiver 1 is shown in FIG. 1, the essential components of which are pressure pipe heat conductors as metal boiling channels 2, which by means of curved connecting pressure pipes 21 of a similar design into a high-temperature store 3 to lead. A V-shaped black absorber body stack 15 lies behind a cylindrically curved window 16. The high-temperature store 3 is accommodated in a cylindrical container 20, on the upper front side of which the receiver 1 with connection pressure pipes 21 welded into the bottom of the receiver dome 27 is arranged is. The incident radiation 6 is initially further compressed by preconcentrators 7, so that a complete absorption field for the radiation is formed on the outside. This is then reflected several times on the inside on the sloping walls of the V-shaped absorber body 15, and the thermal energy is almost completely absorbed by the black walls of the absorber body. In order to be able to dissipate the thermal energy as quickly and efficiently as possible into the high-temperature store, according to the invention, a plurality of pressure pipe heat conductors are installed in positions 2 in the absorber bodies 15, in which liquid metal boils with a suitable pressure control, preferably light metal mixtures which are above 900 Boil at low pressure. Narrow preheating ducts 14 can also be accommodated in the absorber body, which enables pipe supply lines only from above.

[0045] In Fig. 2 ist der Receiver 1 in Seitenansicht dargestellt. Die Bodenseite des Receiver-Doms 27 nimmt als Rohrboden die Druckrohr-Wärmeleiter 21 auf, die obere Stirnseite des Hochtemperatur-Speichers 3 hat korrespondierende Anschlüsse für die an der Bodenfläche des Receivers eingeschweissten Druckrohre für den zugeleiteten Metalldampf aus dem Siedeprozess. Die durch den Speicher führenden Verlängerungen der Druckrohr-Wärmeleiter können Wärme abgeben mittels Wärmeleitung oder Kondensation an den Wänden der Druckrohre. Ein Teil der zugeführten Wärmeenergie kann auch in darunter liegenden Kondensator/Wämetauscher-Einheiten («I» + «III») in einem optimierten thermodynamischen Gefälle genutzt werden. Es gibt diverse Anwendungsmöglichkeiten, die später im Detail erwähnt werden.2, the receiver 1 is shown in a side view. The bottom side of the receiver dome 27 receives the pressure tube heat conductor 21 as a tube plate, the upper end face of the high-temperature store 3 has corresponding connections for the pressure tubes welded to the bottom surface of the receiver for the metal vapor supplied from the boiling process. The extensions of the pressure pipe heat conductors leading through the storage device can give off heat by means of heat conduction or condensation on the walls of the pressure pipes. Some of the heat energy supplied can also be used in the condenser / heat exchanger units below ("I" + "III") in an optimized thermodynamic gradient. There are various possible uses, which will be mentioned in detail later.

[0046] Die Druckrohr-Wärmeleiter 2, 21 sind aus kohlenstofffaserverstärktem Komposit (= CFC: carbon fiber carbon composite) hergestellt, und weisen somit gleichzeitig eine extrem hohe Temperaturbeständigkeit und eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aus. Die Druckrohr-Wärmeleiter 2, 21 sind vorzugsweise als Stränge oder Röhren ausgebildet, die in den keramischen Hochtemperatur-Speicher 3 reichen und dort die Wärmeenergie direkt durch Kondensation oder indirekt durch Kontakt der Druckrohr-Wärmeleiter 2,21 und Strahlung/Gas-Konvektion an Speicherelemente 9,10 abgibt. Die in den vorzugsweise kugelförmigen Speicherelementen gespeicherte Wärmeenergie kann dann zeitversetzt, wenn keine Strahlung in die Receiver vorhanden ist, wieder zur Produktion von elektrischer Energie oder chemischer Prozesstechnik verwendet werden, indem beispielsweise der Flüssigmetallumlauf bei nachlassender Strahlung weiterbetrieben wird. Dann wirdThe pressure tube heat conductors 2, 21 are made of carbon fiber reinforced composite (= CFC: carbon fiber carbon composite), and thus have extremely high temperature resistance and very good thermal conductivity. The pressure tube heat conductors 2, 21 are preferably designed as strands or tubes which extend into the ceramic high-temperature memory 3 and there the thermal energy directly through condensation or indirectly through contact of the pressure tube heat conductors 2, 21 and radiation / gas convection on storage elements 9.10 issues. The thermal energy stored in the preferably spherical storage elements can then be used with a time delay if no radiation is present in the receivers for the production of electrical energy or chemical process technology, for example by continuing to operate the liquid metal circulation with decreasing radiation. Then it will be

CH 711 030 B1 die Verdampfungs- und Überhitzungszone in die noch heissen Bereiche im Receiver-Behälter und dem HochtemperaturSpeicher verlagert. So kann auch beispielsweise bei niedrigem Sonnenstand die noch eintretende, verringerte Strahlung genutzt und dennoch fortlaufend bei gleicher Kondensations-Temperatur gearbeitet werden, bis auch der Hochtemperatur-Speicherbereich bis in den Übergang zu den «Verbrauchern» (I + Il + III + IV) sinkende Temperaturen aufweist. In dem Hochtemperatur-Kondensator «1» kann daher wesentlich länger, als es nach Sonnenstand möglich wäre, gearbeitet werden. In dieser Fig. 2 ist als «Verbraucher» nur ein Kondensator «1 » gezeigt, der in Druckröhren eines geschlossenen Gasturbinen-Zyklus das vom Kompressor gelieferte Gas aufheizt und damit die Gasturbine antreibt. Die Abwärme der Gasturbine kann auch in einem Dampferzeuger «III» genutzt werden, was einen Turbinen-Kombibetrieb ermöglicht. Die Figuren zeigen diese erfindungsgemässen Möglichkeiten, ohne jedoch alle diesbezüglichen Details zu zeigen, auch eine Kompaktanlage im sog. Cheng-Zyklus ist möglich, wobei die Gasturbine mit einem Gemisch aus z.B. Stickstoff-Wasserdampf betrieben wird.CH 711 030 B1 relocated the evaporation and overheating zone to the hot areas in the receiver tank and the high-temperature storage. For example, even when the sun is low, the reduced radiation that still occurs can still be used, but work can still be carried out continuously at the same condensation temperature until the high-temperature storage area also decreases as far as the transition to the “consumers” (I + Il + III + IV) Has temperatures. It is therefore possible to work much longer in the high-temperature condenser «1» than would be possible after the position of the sun. In FIG. 2, only a condenser “1” is shown as the “consumer”, which heats up the gas supplied by the compressor in pressure tubes of a closed gas turbine cycle and thus drives the gas turbine. The waste heat from the gas turbine can also be used in a steam generator «III», which enables combined turbine operation. The figures show these possibilities according to the invention, but without showing all relevant details, a compact system in the so-called Cheng cycle is also possible, the gas turbine being made with a mixture of e.g. Nitrogen water vapor is operated.

[0047] Fig. 3 zeigt den Prinzip-Aufbau einer Anlage, die in einem umgebenden, zylindrischen Speichertank 4 einen vollständigen Kreislauf für diverse chemische Produkte ermöglicht, jeweils optimiert nach den erforderlichen Temperaturspannen. «Verbraucher» sind dann «I» + «II» + «III» + «IV», als Beispiel ist eine Anlage für den erwähnten «ZnO + C-Reduktionsprozess nur symbolisch dargestellt, da sie für die Ansprüche aus dieser Patentschrift nicht wesentlich sind. Die wesentlichen Schritte dieses Prozesses sind bekannt und veröffentlicht, die Aufheizung mittels Solarenergie durch den Kondensator aus dem Metall-Kreislauf 5 in Fig. 2 ist in dieser Kombination jedoch neu. Sowohl der erste HochtemperaturSpeicher 3 als auch der zweite Niedertemperatur-Speicher 4 bilden Behälter 20, die den inneren Hochtemperatur-Speicher 3 und den Niedertemperatur-Speicher 4 umschliessen. Die Behälter für 3 und 4 sind mit keramischen Speicherkugeln 9, 10 gefüllt, die die aus den Druckrohr-Wärmeleitern 21 in den inneren Hochtemperatur-Speicher 3 im Behälter 20 austretende Wärme aufnehmen und speichern können.Fig. 3 shows the basic structure of a system that enables a complete circuit for various chemical products in a surrounding, cylindrical storage tank 4, each optimized according to the required temperature ranges. "Consumers" are then "I" + "II" + "III" + "IV". As an example, a system for the "ZnO + C reduction process" is only shown symbolically, since it is not essential for the claims from this patent specification , The essential steps of this process are known and published, but the heating by means of solar energy through the capacitor from the metal circuit 5 in FIG. 2 is new in this combination. Both the first high-temperature store 3 and the second low-temperature store 4 form containers 20 which enclose the inner high-temperature store 3 and the low-temperature store 4. The containers for 3 and 4 are filled with ceramic storage balls 9, 10, which can absorb and store the heat escaping from the pressure pipe heat conductors 21 into the inner high-temperature storage 3 in the container 20.

[0048] Fig. 4 zeigt Ansichten möglicher Ausführungen der Strahlungsführung. Details der Druckröhren-Wärmeleiter sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Als Strahlungskonzentration ist statt des sektionierten Vorheiz-Bereichs 14 auch eine sog. «Beam-down»-Spiegeleinrichtung denkbar: In diesem Fall ist die Strahlungsquelle in der Mitte und die Absorberstapel 15 sind entsprechend nach innen geöffnet. Die Druckrohr-Wärmeleiter 21 können dann sternförmig nach aussen weggeführt werden. Erfindungsgemäss entscheidend ist, dass die in den schwarzen Absorberstapeln erzeugte konzentrierte Wärme durch Metallsieden auch konzentriert abgeführt wird (Metallkreislauf 5). Dies erlaubt eine kompakte, hocheffiziente Auslegung. Als Strahlung kann in Sonnenschein-benachteiligten Gebieten auch ein Kugelhaufen aus Nuklearbrennelementen eingefüllt werden, der dann ohne Weiteres unterirdisch betrieben werden kann. Alles läuft unter Schutzgas und somit besteht keine Brandgefahr für heisse CFC-Bauteile oder den (Leicht-)Metall-Kreislauf 5.4 shows views of possible versions of the radiation guide. Details of the pressure tube heat conductors are shown in FIGS. 5 and 6. Instead of the sectioned preheating region 14, a so-called “beam-down” mirror device is also conceivable as the radiation concentration: in this case, the radiation source is in the middle and the absorber stacks 15 are correspondingly opened inwards. The pressure pipe heat conductors 21 can then be led outwards in a star shape. It is crucial according to the invention that the concentrated heat generated in the black absorber stacks is also removed in a concentrated manner by metal boiling (metal circuit 5). This allows a compact, highly efficient design. In sunshine-disadvantaged areas, a pebble of nuclear fuel elements can be filled in as radiation, which can then be easily operated underground. Everything runs under protective gas and there is therefore no fire risk for hot CFC components or the (light) metal circuit 5.

[0049] Fig. 4 zeigt vorzugsweise Ausführungen eines Receivers für die gesamte Anlage bei Einstrahlung in der Mitte einer Absorberstapel-Anordnung 26. Ausführungen für die Druckrohr-Wärmeleiter 21 mit innenliegendem Liner 23, stabilisiert mit CFC-Umwicklung «wrap» 24 und ggf. CFC-Ringen 25, sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Die Ringe 25 können so gestaltet sein, dass sie nur punktweise mit den umgebenden Receiver-Kanälen 2 bzw. Kugelspeicherelementen 22 in Berührung kommen.4 preferably shows designs of a receiver for the entire system when irradiated in the middle of an absorber stack arrangement 26. Designs for the pressure pipe heat conductor 21 with internal liner 23, stabilized with CFC wrapping “wrap” 24 and possibly CFC rings 25 are shown in FIGS. 5 and 6. The rings 25 can be designed such that they come into contact with the surrounding receiver channels 2 or ball storage elements 22 only at certain points.

[0050] Im Beispiel einer Anlage gemäss den Fig. 3 und 4 für carbothermische ZnO-Reduktion (ZnO + C > Zn-Dampf + CO) ist im Niedertemperatur-Speicher 4 ein Kühlkreislauf vorgesehen, in dessen Leitungen eine Kondensation des in diesem Reaktionszyklus erzeugten Zink-Dampfes erfolgt, sodass das Metall flüssig abgezogen werden kann und somit vom CO-Gas getrennt wird. Weitere Schritte des chemischen Prozesses, insbesondere auch die CO-Nutzung, sind nicht Gegenstand dieser Patentschrift, jedoch ist auch hier die aus dem Solarwärme-Metalldampf-Kondensator bezogene Heizenergie und die Prozessführung über Druck- und Temperatur-Steuerung eines kontinuierlichen Loops als Zn-Metall-Mix, angetrieben von einer Plungerpumpe 8, die die Ausgangsprodukte, vorzugsweise in vorgepressten Pellets, zuführt. Diese Ausführung mit kontinuierlicher Abtrennung des produzierten Flüssigzinks und des CO-Gases sind neu.3 and 4 for carbothermal ZnO reduction (ZnO + C> Zn vapor + CO), a cooling circuit is provided in the low-temperature store 4, in the lines of which condensation is generated in this reaction cycle Zinc vapor occurs so that the metal can be drawn off in liquid form and thus separated from the CO gas. Further steps of the chemical process, in particular the use of CO, are not the subject of this patent, however, here too the heating energy obtained from the solar heat metal vapor condenser and the process control via pressure and temperature control of a continuous loop as Zn metal -Mix, driven by a plunger pump 8, which feeds the starting products, preferably in pre-pressed pellets. This version with continuous separation of the liquid zinc and CO gas produced are new.

[0051] Die in den Fig. 1,2, 3, 4 gezeigten Kondensatoren und Wärmetauscher mit verschiedenen, möglichen Kühlkreisläufen (Loops) sind geeignet für Druckrohre als Gasturbinen-Heizkammer, aber auch als Reaktionsräume für diverse andere chemische Reaktionen mit endothermischer Energiebilanz, nur als Beispiel ist ZnO + C > Zn + CO gezeigt. Hieraus ergeben sich folgende, nicht erschöpfend aufgezählte Anwendungen:The capacitors and heat exchangers shown in FIGS. 1,2, 3, 4 with different, possible cooling circuits (loops) are suitable for pressure pipes as a gas turbine heating chamber, but also as reaction rooms for various other chemical reactions with an endothermic energy balance, only ZnO + C> Zn + CO is shown as an example. The following non-exhaustive applications result from this:

1. Anwendung für CSP (Konzentrierte Solarwärme für Elektro-Energieerzeugung) [0052] Diese Anwendung kann mittels eines Druckgaskreislaufs im an den Hochtemperatur-Speicherbereich 3 angekoppelten Kondensator/Wärmetauscher «1» eine schnell startende Gasturbine betreiben. Voraussetzung ist dabei, dass der Speicherbereich 3 bei Sonnenschein über die Kohlefaser stabilisierten Druckröhren-Wärmeleiter mittels überhitztem Metalldampf durch Kondensation aufgeladen wird. Auf Abruf kann Flüssigmetall im Receiver-Kreislauf und dem anschliessenden Hochtemperatur-Speicher 3 verdampft werden, um dann im Kondensator 1 auch ohne Strahlung von aussen das vom Kompressor der Gasturbine gelieferte Schutzgas auf die Kondensationstemperatur zu bringen, sodass der Speicher zur «Brennkammer» der Gasturbine wird! Diese kann erfindungsgemäss - abgekoppelt vom Metall7Dampf-Kreislauf auch als Reservekapazität jederzeit für Schnellstarts genutzt werden, wenn fossile Brennstoffe vorrätig gehalten werden und in einer kompakten Brennkammer der Gasturbine verbrannt werden, gemäss Stand der Technik. Erfindungsgemäss steht diese Kapazität so lange zur Verfügung, bis die Störung im regionalen Netz behoben ist. Bevorzugt kann auch in diesem Betriebszustand die Abwärme der Gasturbine zur Dampferzeugung in Aggregat «IV» dienen, mit der Möglichkeit,1. Application for CSP (Concentrated Solar Heat for Electrical Power Generation) This application can operate a gas turbine that starts quickly by means of a compressed gas circuit in the condenser / heat exchanger “1” coupled to the high-temperature storage area 3. The prerequisite here is that the storage area 3 is charged by condensation in the sunshine over the carbon fiber stabilized pressure tube heat conductor by means of superheated metal vapor. On request, liquid metal can be evaporated in the receiver circuit and the subsequent high-temperature storage 3, in order to then bring the shielding gas supplied by the compressor of the gas turbine to the condensation temperature in condenser 1, even without external radiation, so that the storage becomes the "combustion chamber" of the gas turbine becomes! According to the invention - decoupled from the metal / steam cycle, it can also be used as reserve capacity for quick starts at any time if fossil fuels are kept in stock and burned in a compact combustion chamber of the gas turbine, according to the prior art. According to the invention, this capacity is available until the fault in the regional network has been remedied. In this operating state, too, the waste heat from the gas turbine can preferably be used to generate steam in unit “IV”, with the possibility of

CH 711 030 B1 durch Dampfinjektion mittels einer Dampfstrahlpumpe den Gasdruck zu erhöhen und die Turbine im sog. Cheng-Cycle zu betreiben. Mit einer vorhandenen Dampfturbine kann auch ein kompaktes «Kombi-Kraftwerk» betrieben werden, je nach lokalem Bedarf.CH 711 030 B1 to increase the gas pressure by steam injection using a steam jet pump and to operate the turbine in the so-called Cheng cycle. With an existing steam turbine, a compact “combined cycle power plant” can also be operated, depending on local needs.

2. Anwendung HT-Ofenkühlung (Wärmequelle meist elektrisch) [0053] Das Prinzip, einen Hochtemperatur-Receiver durch Kohlefaserbündel stabilisierte Druckröhren-Wärmeleiter mittels Metallverdampfung zu kühlen, kann auch zur verbesserten Abwärmenutzung bei Hochtemperatur-Ofenprozessen verwendet werden. Der Ofenraum liegt dann in der Mitte, umgeben von den Receiver-Absorberstapeln, die die Wärme an Speicher abgeben, zur Nutzung auf Abruf (= wertvolle Spitzenzeit-Energieerzeugung).2. Application of HT furnace cooling (heat source mostly electrical) The principle of cooling a high-temperature receiver by means of metal vaporization of pressure tube heat conductors stabilized by carbon fiber bundles can also be used for improved waste heat utilization in high-temperature furnace processes. The furnace space is then in the middle, surrounded by the receiver absorber stacks, which emit the heat to the storage, for use on demand (= valuable peak-time energy generation).

3. Anwendung für Kernstrahlungs-Receiver mit kompakter Umwandlung in Wärmeenergie (auch für chemische Prozesswärme) bei Temperaturen um 1000 °C [0054] Bei dieser Anwendung ist die Strahlungsquelle durch die im Receiver eingefüllten, strahlenden Kugeln dargestellt. Diese reagieren entsprechend der nuklearen Prozesssteuerung, der Effekt ist derselbe wie bei Sonneneinstrahlung (die tatsächlich auch eine nukleare Strahlung ist, aber von der Atmosphäre gefiltert, die energieintensiven harten Strahlungsanteile fehlen!). Als verdampfendes Metall wird aus nukleartechnischen Gründen vorzugsweise Natrium einzusetzen sein, über den Druck sind auch Temperaturen > 1000 °C darstellbar!3. Application for nuclear radiation receivers with compact conversion into thermal energy (also for chemical process heat) at temperatures around 1000 ° C. In this application, the radiation source is represented by the radiating spheres filled in the receiver. These react in accordance with the nuclear process control, the effect is the same as with solar radiation (which is actually nuclear radiation, but filtered by the atmosphere, the energy-intensive, hard radiation components are missing!). For atomic reasons, sodium should preferably be used as the evaporating metal; temperatures> 1000 ° C can also be represented via the pressure!

4. Anwendung für Prozesswärmenutzung [0055] Hier ist im Detailbeispiel der Prozess für die «ZnO + C = Zn + CO, dann Zn + H20 = ZnO + H2'»-Reaktion genannt, wie gezeigt in Fig. 3.4. Application for process heat utilization In the detailed example, the process for the “ZnO + C = Zn + CO, then Zn + H20 = ZnO + H2 '” reaction is mentioned, as shown in FIG. 3.

[0056] Die Reaktion läuft in einem separaten Loop, angetrieben von einer Plungerpumpe 8, die Pellets mit den Ausgangsstoffen über eine Zufuhr 28 zuführt, der endotherme Prozess mit Gas-/Dampfentwicklung wird durch die Kondensationszone der Kühlungs-Druckröhren beheizt. Im aussenliegenden Nebenspeicher findet die Kondensation des erzeugten Zinks statt sowie die Abtrennung des entstandenen CO-Gases. Diese steht für weitere Prozesse zur Verfügung, vorzugsweise zu «Wassergas-Shift-Reaktion» zur Erzeugung von Wasserstoff, der vorzugsweise mit weiterem CO zu CH3OH (Methanol) reformiert wird und so einen wertvollen Treibstoffzusatz für mobilen Einsatz ergibt.The reaction runs in a separate loop, driven by a plunger pump 8, which feeds pellets with the starting materials via a feed 28, the endothermic process with gas / vapor evolution is heated by the condensation zone of the cooling pressure tubes. The condensation of the zinc produced and the separation of the resulting CO gas take place in the external storage tank. This is available for other processes, preferably for the “water gas shift reaction” to generate hydrogen, which is preferably reformed with further CO to form CH3OH (methanol), thus providing a valuable fuel additive for mobile use.

[0057] Das erzeugte Zink wird an der Zn-Abnahme 29 abgenommen und kann leicht transportiert werden und am Einsatzort (vorzugsweise Standorte mit ungünstiger Sonneneinstrahlung und starker Luftverschmutzung durch Kohleheizungen) mit Wasserdampf zu Wasserstoff umgesetzt werden. Dieser verbrennt in Brennstoffzellen oder dezentralen Kompakt-Gasturbinen/Wasserstoff-Motoren am Verbrauchsort unter Abgabe von Elektro-Energie + Wärme für Stadtheizung, auf Abruf vom Betreiber. Das entstehende ZnO kann dann zum Start-Prozess im Kreislauf zurückgeführt werden.The zinc produced is removed at the Zn decrease 29 and can be easily transported and implemented at the place of use (preferably locations with unfavorable solar radiation and severe air pollution from coal heating) with water vapor to form hydrogen. This burns in fuel cells or decentralized compact gas turbines / hydrogen engines at the point of use, giving off electrical energy + heat for city heating, on demand from the operator. The resulting ZnO can then be recycled to the start process.

[0058] Im mittleren Ring des unter Hochtemperatur anschliessenden Kondensators liegen die Kühl-/Reaktionsrohre mit aufstrebendem, verdampfendem Flüssig-Zink. Durch die Turbulenz und vorzugsweise eingesetzte Katalysatoren - in den Pellets beigemischtes Ce-Fe-Oxid oder organische Bestandteile den Pellets eingepresst oder metallisch in den Wänden angebracht-ergibt sich intensive Reaktion (auch durch parallele CO-Entwicklung). Es ergibt sich erfindungsgemäss eine beträchtliche Leistungsintensität der Produktion.The cooling / reaction tubes with emerging, evaporating liquid zinc lie in the middle ring of the condenser connecting at high temperature. Due to the turbulence and preferably used catalysts - Ce-Fe oxide or organic components added to the pellets or pressed into the pellets or attached to the walls in a metallic manner - there is an intensive reaction (also due to parallel CO evolution). According to the invention, there is a considerable output intensity in production.

[0059] Im äusseren Ringraum dieses chemischen Produktions-Kreislaufs sind die Kühlrohre, die das Zn/CO-Dampfgemisch zum Teil kondensieren, bei Kühlung im Gegenstrom mit ca. 400-500 °C warmem Umlaufgas.In the outer annulus of this chemical production cycle, the cooling tubes, which partially condense the Zn / CO vapor mixture, are cooled in countercurrent with about 400-500 ° C circulating gas.

[0060] Die Restwärme, insbesondere aus der Zink-Kondensation, kann ggf. in Gas- und Dampfturbinen genutzt werden, vorzugsweise nach Erlöschen der chemischen Reaktionen nach Sonnenuntergang, wenn die Speicher noch Gas-/Dampf von bis zu 1000 °C abgeben können.The residual heat, in particular from the zinc condensation, can optionally be used in gas and steam turbines, preferably after the chemical reactions have ceased after sunset, when the stores can still give off gas / steam of up to 1000 ° C.

Legende [0061]Legend [0061]

Strahlungs-Receiver mit Druckröhren-MetallsiedekühlungRadiation receiver with pressure tube metal boilers

Kohlefaser (CFC) stabilisierte Druckröhren-WärmeleiterCarbon fiber (CFC) stabilized pressure tube heat conductors

Hochtemperatur-SpeicherbereichHigh-temperature storage area

Niedertemperatur-SpeicherbereichLow temperature storage area

Metall/Gas-KühlungskreislaufMetal / gas cooling cycle

Strahlungseintritt zyl. BehälterRadiation entry cyl. container

Vorkonzentratoren-StrahlungVorkonzentratoren radiation

Flüssigmetall-PlungerpumpeLiquid metal plunger

CH 711 030 B1CH 711 030 B1

Keramik-Speicherkugeln, StandardwerkstoffeCeramic storage balls, standard materials

Keramik-Speicherkugeln aus diversen Hochtemperatur-WerkstoffenCeramic storage balls made of various high-temperature materials

Kohlenmonoxid-Zinkdampf BlasenCarbon monoxide-zinc vapor bubbles

Keramikwand mit HochisolierwolleCeramic wall with highly insulating wool

Sektionierte KühlkondensatorSectioned cooling condenser

Sektionierter Vorheiz-BereicheSectioned preheating areas

Vertikal-V-förmiger AbsorberstapelVertical V-shaped absorber stack

Gewölbtes Fenster hinter VorkonzentratorArched window behind preconcentrator

Bodenplatte des Receivers mit eingeschweissten Druckrohrenden und DichtungBase plate of the receiver with welded pressure pipe ends and seal

Deckplatte des Speichers/Kondensators, eingeschweisste DruckrohrendenCover plate of the accumulator / condenser, welded pressure pipe ends

Trennung CO-Gas von Flüssigmetall(en)Separation of CO gas from liquid metal (s)

Hochtemperatur-Speicherwand mit Hochisolierwolle als Turm ausgeführtHigh-temperature storage wall with high-insulation wool designed as a tower

Hochtemperatur-Druckrohrbögen im Receiver-DomHigh-temperature pressure pipe bends in the receiver dome

Hochtemperatur-Speicherkugeln, Druckrohrbögen stabilisierendHigh temperature storage balls, pressure pipe bends stabilizing

Manschette aus warmfester Metall-Legierung, innen Liner eingeschweisstCuff made of heat-resistant metal alloy, liner welded inside

CFC-Kohlefaserbündel als «wrap»CFC carbon fiber bundle as a «wrap»

CFC-Ringe zur Stabilisierung des innenliegenden DruckrohresCFC rings to stabilize the internal pressure pipe

Receiver-Anordnung für Strahlungseinfall in der Mitte der AbsorberstapelReceiver arrangement for radiation incidence in the middle of the absorber stack

Behälter, Receiver-DomContainer, receiver dome

Zn-AbnahmeZn decrease

ZnO-ZufuhrZnO supply

Claims (29)

Patentansprücheclaims 1. Receiver (1) zum Auffangen von konzentrierter Strahlung umfassend1. Receiver (1) for collecting concentrated radiation comprising - einen Behälter (27) mit wenigstens einer Strahlungseintrittsöffnung (16),- a container (27) with at least one radiation inlet opening (16), - im Behälter (27) vorgesehene Absorberkörper (15), welche wenigstens bereichsweise schwarze Wände ausgebildet haben und hinter der Strahlungseintrittsöffnung (16) angeordnet sind, zum Auffangen der Strahlungsenergie und Umwandlung derselben in thermische Energie,- Absorber bodies (15) provided in the container (27), which have black walls at least in some areas and are arranged behind the radiation inlet opening (16), for collecting the radiation energy and converting it into thermal energy, - in den Absorberkörpern (15) vorhandene Kanäle für die Durchleitung eines Wärmetransfermediums,- In the absorber bodies (15) existing channels for the passage of a heat transfer medium, - einen einen Hochtemperatur-Speicher (3) bildenden Aufnahmeraum (20) für Wärmespeicherelemente, der eine Speicherzone definiert, und- A high-temperature storage (3) forming receiving space (20) for heat storage elements, which defines a storage zone, and - im Aufnahmeraum (20) vorhandene Wärmespeicherelemente (9, 10), dadurch gekennzeichnet, dass in den Kanälen einen Kühlkreislauf bildende Druckröhren (2) vorhanden sind, die sich von den Absorberkörpern (15) in den Aufnahmeraum (20) erstrecken und in denen zwecks Ableitung der in den heissen Absorberkörpern absorbierten Wärme Flüssigmetall verdampfbar ist und im Aufnahmeraum (20) zur Erwärmung der Wärmespeicherelemente (9, 10) oder in andere Verbraucher kondensierbar ist.- In the receiving space (20) existing heat storage elements (9, 10), characterized in that there are pressure tubes (2) forming a cooling circuit in the channels, which extend from the absorber bodies (15) into the receiving space (20) and in which purpose Dissipation of the heat absorbed in the hot absorber bodies, liquid metal can be evaporated and can be condensed in the receiving space (20) for heating the heat storage elements (9, 10) or in other consumers. 2. Receiver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckröhren (2) mit hochtemperaturbeständigen Faserbündeln (24) stabilisiert sind.2. Receiver according to claim 1, characterized in that the pressure tubes (2) with high temperature resistant fiber bundles (24) are stabilized. 3. Receiver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hochtemperaturbeständigen Faserbündel (24) aus kohlenstofffaserverstärktem Kompositwerkstoff hergestellt sind.3. Receiver according to claim 2, characterized in that the high temperature-resistant fiber bundles (24) are made of carbon fiber reinforced composite material. 4. Receiver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckröhren (2) einen Liner (23) innerhalb der stabilisierenden Faserbündel (24) umfassen.4. Receiver according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure tubes (2) comprise a liner (23) within the stabilizing fiber bundle (24). 5. Receiver nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel (24) aus einem wickelbaren, flexiblen Geflecht oder Gewebe hergestellt sind.5. Receiver according to one of claims 2 to 4, characterized in that the fiber bundles (24) are made of a windable, flexible braid or fabric. CH 711 030 B1CH 711 030 B1 6. Receiver nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (20) und der Behälter (27) separate Bauteile sind, wobei die Druckröhren (2) am Übergang des Behälters (27) und des Aufnahmeraums (20) verbindbar geteilt sind, wodurch erste und zweite Druckröhren gebildet sind.6. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving space (20) and the container (27) are separate components, wherein the pressure tubes (2) at the transition of the container (27) and the receiving space (20) are connectably divided , whereby first and second pressure tubes are formed. 7. Receiver nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der ersten Druckröhren an dem Boden (17) des Behälters (27) angeordnet und bevorzugt in den Boden (17) eingeschweisst sind.7. Receiver according to claim 6, characterized in that the ends of the first pressure tubes are arranged on the bottom (17) of the container (27) and are preferably welded into the bottom (17). 8. Receiver nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherelemente (9, 10, 22) kugelförmig ausgebildet sind.8. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the heat storage elements (9, 10, 22) are spherical. 9. Receiver nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Absorberkörper (15) die Gestalt eines Trichters oder eines V-förmigen Körpers hat.9. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the respective absorber body (15) has the shape of a funnel or a V-shaped body. 10. Receiver nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter oder der V-förmige Körper aus seiner Mehrzahl von Scheiben oder Segmenten aufgebaut ist.10. Receiver according to claim 9, characterized in that the funnel or the V-shaped body is constructed from its plurality of disks or segments. 11. Receiver nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben oder Segmente mit den Druckröhren (2) verbunden sind.11. Receiver according to claim 10, characterized in that the disks or segments are connected to the pressure tubes (2). 12. Receiver nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckröhren (2) stellenweise oder punktuell an den Innenwänden der Kanäle anliegen.12. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure tubes (2) bear in places or at points on the inner walls of the channels. 13. Receiver nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Innenwände der Kanäle oder die Aussenwände der Druckröhren (2) Erhebungen aufweisen.13. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that either the inner walls of the channels or the outer walls of the pressure tubes (2) have elevations. 14. Receiver nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompositwerkstoff als Binder eine Kombination aus Si und SiC aufweist, welcher Binder in der Matrix des Geflechts oder Gewebes aufgenommen ist.14. Receiver according to one of claims 5 to 13, characterized in that the composite material as a binder has a combination of Si and SiC, which binder is incorporated in the matrix of the braid or fabric. 15. Receiver nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben oder Segmente Öffnungen aufweisen.15. Receiver according to one of claims 10 to 14, characterized in that the disks or segments have openings. 16. Receiver nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf des Receivers (1) im Hochtemperatur-Speicher (3) durch eine Vielzahl paralleler Druckrohre ausgeführt ist, die ausserhalb des Hochtemperatur-Speichers (3) in einen Wärmetauscher/Kondensator (5) münden, der als Heizung eines zweiten Kühlkreislaufes dient.16. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling circuit of the receiver (1) in the high-temperature memory (3) is carried out by a plurality of parallel pressure pipes which outside the high-temperature memory (3) in a heat exchanger / condenser ( 5) open, which serves as heating of a second cooling circuit. 17. Receiver nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf des Receivers (1) dadurch realisiert ist, dass das dampfförmige Flüssigmetall direkt an den Wärmespeicherelementen (9, 10, 22) kondensierbar ist, indem das Flüssigmetall direkt an die Wärmespeicherelemente heranführbar ist.17. Receiver according to one of claims 1 to 15, characterized in that the cooling circuit of the receiver (1) is realized in that the vaporous liquid metal is directly condensable to the heat storage elements (9, 10, 22) by the liquid metal directly to the Heat storage elements can be brought up. 18. Receiver nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Kühlkreislauf endotherme Chemie-Reaktionen ablaufen können.18. Receiver according to one of claims 16 to 17, characterized in that endothermic chemical reactions can take place in the second cooling circuit. 19. Receiver nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberkörper (15) eine Lichtfanggeometrie aufweisen, die geeignet ist, einfallendes Licht durch Mehrfachreflexion an den schwarzen Wänden einzufangen und in Wärme umzuwandeln.19. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the absorber body (15) have a light-trapping geometry which is suitable for capturing incident light by multiple reflection on the black walls and converting it into heat. 20. Receiver nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (1) einen Hochtemperatur-Speicher (3) und einen an den Hochtemperatur-Speicher (3) angrenzenden Niedertemperatur-Speicher (4) aufweist, und der Hochtemperatur-Speicher (3) durch eine wärmeisolierte Wand vom Niedertemperatur-Speicher (4) getrennt ist.20. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the receiver (1) has a high-temperature memory (3) and a low-temperature memory (4) adjoining the high-temperature memory (3), and the high-temperature memory ( 3) is separated from the low-temperature store (4) by a heat-insulated wall. 21. Receiver nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf für Dampferzeugung und Gas-chemische Reaktionen nutzbar ist.21. Receiver according to one of claims 16 to 20, characterized in that the second cooling circuit can be used for steam generation and gas-chemical reactions. 22. Receiver nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (11) für konzentrierte, vertikale Sonnenstrahlung genutzt werden kann, indem eine Spiegel-Einrichtung (26) die Sonnenstrahlung senkrecht in die Mitte des Receivers (11) leitet und in dem die Absorberkörper (15) ringförmig angeordnet sind.22. Receiver according to one of claims 9 to 21, characterized in that the receiver (11) can be used for concentrated, vertical solar radiation by a mirror device (26) directing the solar radiation vertically into the center of the receiver (11) and in which the absorber body (15) are arranged in a ring. 23. Receiver nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Receiver (1) eine Plungerpumpe umfasst und der zweite Kühlkreislauf (5) mittels der Plungerpumpe mit Feststoff-Pellets aufgefüllt werden kann, die bei höherer Temperatur einschmelzen oder sich gas-/dampfförmig zersetzen.23. Receiver according to one of claims 21 or 22, characterized in that the receiver (1) comprises a plunger pump and the second cooling circuit (5) can be filled by means of the plunger pump with solid pellets which melt at a higher temperature or gas / decompose in vapor form. 24. Receiver nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf (5) im oberen Bereich des Niedertemperatur-Speichers (4) wenigstens einen Auslass aufweist, der zu einer Kühl-/Kondensationsstrecke führt, welche eine Separationseinrichtung zur Gas-Flüssigtrennung und eine anschliessende Abgiesseinrichtung zur Gewinnung des erzeugten Metalls aufweist.24. Receiver according to claim 23, characterized in that the second cooling circuit (5) in the upper region of the low-temperature accumulator (4) has at least one outlet which leads to a cooling / condensation section which has a separation device for gas-liquid separation and one subsequent pouring device for recovering the metal produced. 25. Receiver nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf (5) im heissen Reaktionsbereich mit Katalysatoren ausgerüstet ist, die in weiteren Wärmetauschern Heissgas-Synthesen fördern.25. Receiver according to one of claims 21 to 24, characterized in that the second cooling circuit (5) in the hot reaction area is equipped with catalysts which promote hot gas synthesis in further heat exchangers. 26. Receiver nach einem der Ansprüche 4 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel (24) aus Faserband sind, das mit Binder beschichtet ist und um den Liner (23) gerollt ist.26. Receiver according to one of claims 4 to 25, characterized in that the fiber bundles (24) are made of sliver, which is coated with a binder and rolled around the liner (23). CH 711 030 B1CH 711 030 B1 27. Receiver nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckröhren (2) mit dem Binder, bevorzugt Siliziumcarbid, flüssigphasengesintert sind.27. Receiver according to claim 26, characterized in that the pressure tubes (2) with the binder, preferably silicon carbide, are liquid phase sintered. 28. Receiver nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckröhren (2) mit kohlenstofffaserverstärkten Kompositwerkstoff-Ringen (25) umgeben sind, insbesondere an zusammengeschweissten Verbindungszonen.28. Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure tubes (2) are surrounded by carbon fiber reinforced composite material rings (25), in particular at welded-together connection zones. 29. Verwendung eines Receivers (1) gemäss einem der Ansprüche 22 bis 28 zur Nutzung von nuklearer Energie, indem in dem durch die ringförmig angeordneten Absorberkörper (15) gebildeten Aufnahmeraum nukleare Strahlungskörper eingefüllt sind.29. Use of a receiver (1) according to one of claims 22 to 28 for the use of nuclear energy by nuclear radiation bodies are filled in the receiving space formed by the ring-shaped absorber body (15). CH 711 030 B1CH 711 030 B1 CH 711 030 B1CH 711 030 B1
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