CH716993A2 - Receiver. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Receiver (50) mit einem Absorber (55) und einer Öffnung (53) für die im Betrieb auf den Absorber (55) fallenden Sonnenstrahlen, wobei ein Fenster (52) vorgesehen ist, das die Öffnung (53) überdeckt, und wobei eine mit ihm zusammenwirkende Wechselanordnung für das die Öffnung (53) überdeckenden Fensters (52) durch ein anderes Fenster (60, 61, 62) vorgesehen ist.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Receiver gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche Receiver werden in einem Solarkraftwerk, insbesondere ein Solar-Turmkraftwerk eingesetzt. Dazu gehören beispielsweise volumetrische Receiver gemäss der WO 2018/205 043, welche die durch ein Feld von Heliostaten reflektiere Sonnenstrahlung aufnehmen und dadurch ein Wärme transportierendes Fluid erwärmen, dessen Wärme dann industriell verwendbar ist, sei es beispielsweise als Prozesswärme oder oder zur Erzeugung von Heissdampf zum Betrieb von mit einem Generator verbundenen Dampfturbinen.

[0002] Eine weitere Anwendung für die oben genannten Receiver liegt in der Verwendung als Receiver-Reaktor zur Erzeugung von Synthesegas oder einfach Syngas in der Herstellung von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoff-Treibstoffen oder zum Cracken von Kohlenwasserstoffgasen. Insbesondere das Cracking von Methan wird als mögliche Technologie der Zukunft erachtet, da die Reaktion CH4→ C + 2 H2unter Ausschluss von Sauerstoff stattfindet, also keine CO2 Emissionen freisetzt. Der erzeugte Wasserstoff dient als Energieträger, während der Kohlenstoff industriell für die Herstellung von Produkten wie Industrieruss, Graphit, Diamanten, Kohlenstofffasern, leitende Kunststoffe oder Pneus gebraucht wird.

[0003] Insbesondere bei Receiver-Reaktoren werden Temperaturbereiche vorausgesetzt, die über 1000 °C liegen und beispielsweise bis 2000 °C oder darüber reichen.

[0004] Schon nur durch die hohen Temperaturen werden hohe Anforderungen an das Fenster solch eines Receivers oder Reaktors gestellt, dessen Lebensdauer durch die Betriebstemperaturen reduziert werden kann. Im Fall eines Receiver-Reaktors ist möglich, dass sich während dem Betrieb Reaktionsprodukte im Innern ablagern, damit auch am Fenster, welches so verschmutzt, weniger Sonnenstrahlung durchlässt und damit den Wirkungsgrad des Receiver-Reaktors herabsetzt.

[0005] Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Receiver bzw. Receiver-Reaktor bereitzustellen.

[0006] Diese Aufgabe wird durch einen Receiver bzw. Receiver-Reaktor mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

[0007] Dadurch, dass eine Wechselanordnung für das Auswechseln des Fensters vorgesehen wird, kann einerseits das Fenster innerhalb seiner Spezifikationen voll ausgenutzt aber auch darüber hinaus, da es beispielsweise bei verkürzter Lebensdauer einfach gewechselt werden kann . Damit wird erfindungsgemäss den erhöhten Anforderungen an das Fenster genügt bzw. eine Verschmutzung des Fensters beseitigt.

[0008] Über die gestellte Aufgabe hinaus ist es bei der Verwendung eines wärmeisolierenden Fensterabschnitts möglich, den Receiver bzw. Reciever-Reaktor vor Auskühlung zu bewahren, wie dies beispielsweise bei kurzzeitig unterbrochenem Betrieb wegen aufgetretener Bewölkung oder auch in der Nacht <der Fall sein kann.

[0009] Weitere bevorzugte Ausführungsformen weisen die Merkmale der abhängigen Ansprüche auf.

[0010] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren durch einen absorptive Receiver noch etwas näher beschrieben. Dabei wird sowohl für einen Receiver als auch einen Receiver-Reaktor nur der Begriff „Receiver“ verwendet, da die erfindungsgemässe Fensteranordnung grundsätzlich an allen Arten von Receivern verwendbar ist, auch Receivern (bzw. Receiver-Reaktoren), die nicht absorptive Receiver im Sinn der WO 2018/205 043 sind.

[0011] Es zeigt: Figur 1a ein Solarkraftwerk gemäss dem Stand der Technik mit einem Receiver, Figur 1b ein Receiver des Stands der Technik, Figur 1c ein Receiver, der als Receiver-Reaktor ausgebildet ist, Figur 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Fensteranordnung, Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Fensteranordnung, Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Fensteranordnung, Figur 5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Fensteranordnung, und

[0012] Figur 1a zeigt schematisch ein Solar-Turmkraftwerk 1, mit einem Feld von Heliostaten 2, die auf bekannte Weise Strahlen 3 der Sonne konzentriert auf einen Receiver 4 mit einer erfindungsgemässen, zur Entlastung der Figur weggelassenen Fensteranordnung lenken, der seinerseits auf einem Turm 5 angeordnet ist.

[0013] Der Receiver 4 kann einerseits zur Erwärmung eines Wärme transportierenden Fluids ausgebildet werden, wobei dann diese (solare) Wärme industriell verwertet werden kann, z.B. zur Dampferzeugung in einer Turbine oder für industrielle Prozesse, die Wärme benötigen.

[0014] Bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, ist der Receiver als absorptiver Receiver ausgebildet, in dem besonders bevorzugt das Verhältnis das Verhältnis X der Temperaturzunahme (T3- T2) durch Absorption von Strahlung gegenüber der gesamten Temperaturzunahme (T4- T2) durch die Absorption und Konvektion am Absorber ≥ 0,3 oder ≥ 0,6 oder ≥ 0,8 ist.

[0015] In einer Weiterbildung des Receivers 4 gemäss der noch unveröffentlichten PCT/CH2019/ 050009 ist es ebenfalls ist möglich, diesen als Receiver-Reaktor zur Erzeugung von beispielsweise Syngas oder gemäss der noch unveröffentlichten CH 1407/19 für das Cracking von Kohlenwasserstoffgasen etc. vorzusehen, s. dazu die Figur 1c und die Beschreibung dazu.

[0016] Die im Receiver 4 anfallende, jedoch im Fall des Receiver-Reaktors für die in ihm ablaufende chemische Reaktion aktuell nicht verwertbare oder nicht benötigte Wärme kann über erwärmtes, Wärme transportierendes Fluid mit einer (höheren) Temperatur Toüber eine Leitung 6 zu einem Verbraucher 7 geführt werden, wo es sich abkühlt und dann über eine Leitung 8 mit einer (tieferen) Temperatur Tinim Kreislauf wieder zum Receiver bzw. Receiver-Reaktor 4 zurückgeführt wird.

[0017] In Solar-Turmkraftwerken werden im Wesentlichen räumlich ausgebildete Receiver eingesetzt, die für hohe Temperaturen geeignet sind, wie sie beispielsweise bei einer Konzentration von 500 Sonnen, 1000 Sonnen oder mehr erreicht werden. Solche Temperaturen liegen in der Regel über 800 K, und können in naher Zukunft den Bereich 1000 K, 1500 K oder mehr erreichen, wobei erwartet wird, dass sehr bald Temperaturen von 1800 K oder 2000 K beispielsweise in der Syngasherstellung nicht nur erreicht, sondern auch überschritten werden.

[0018] Figur 1b zeigt schematisch den Aufbau eines als räumlichen Receiver ausgebildeten ausgebildeten absorptiven Receivers 4 zur Erwärmung von Wärme transportierendem Fluid, der, wie oben erwähnt, in der WO 2918/205043 beschrieben ist.

[0019] Durch die Heliostaten 2 (Figur 1a) konzentrierte Sonnenstrahlung 3 tritt durch ein Fenster 10 in den Receiver 4 ein und fällt auf einen Absorber 11, dessen Oberfläche 11' sich entsprechend erhitzt, wobei deren Temperatur je nach Einsatzzweck 2000 °C überschreiten kann. Die hocherhitzte Oberfläche 11' des Absorbers 11 strahlt damit im Infrarotbereich zurück gegen das Fenster 10, s. die die Infrarotstrahlung symbolisierenden Pfeile 12. In einem Absorptionsraum 13 wird diese Infrarotstrahlung 12 durch Wärme transportierendes Fluid jedoch absorbiert, welches mit der Eingangstemperatur Tinüber Einlassstutzen 14 (verbunden mit der Leitung 8, Figur 1a) in den Absorptionsraum 15 einströmt, diesen gegen den (hier mit zur Entlastung der Figur weggelassenen Öffnungen versehenen) Absorber 11 hin durchquert und den Receiver 4 mit der Ausgangstemperatur Toutdurch eine Auslassöffnung 8 (verbunden mit der Leitung 6, Figur 1) wieder verlässt. Während der Durchquerung des Absorptionsraums 13 erhitzt sich das Wärme transportierende Fluid dem Konzept des dargestellten absorptiven Receivers 4 entsprechend absorptiv auf Tout.

[0020] Der Absorber 11 kann im Fall der Verwendung des Recievers 4 als Receiver-Reaktor als Reaktorelement ausgebildet sein, um eine Redox-Reaktion ablaufen zu lassen, z.B. für die Produktion von Syngas. Dann weist der als Redox-Reaktor ausgebildete Absorber 11 ein reduzierbares und oxidierbares Material für einen Reduktions- und einen Oxidationsprozess auf, bevorzugt CeO2, das bei erhöhter Temperatur reduziert bzw. in Anwesenheit eines oxidierenden Gases oxidiert werden kann. Als infrarot absorbierendes Gas kann dann beispielsweise CO2oder Wasserdampf verwendet werden.

[0021] Durch die zyklische Erhöhung oder Verminderung des Massenstroms von Wärme transportierendem Gas durch den Absorptionsraum 15 hindurch kann die Temperatur des Absorbers 14 gezielt zyklisch gesenkt bzw. erhöht werden, so dass sich folgende Redox-Reaktion ergibt:

[0022] Mit steigender Temperatur wird der Absorber 14 zunehmend reduziert (d.h. er verliert Sauerstoff), wobei das Mass der Reduktion von der Temperatur des Absorbers 14 und dem dort herrschenden Sauerstoffpartialdruck abhängt. Für die Reduktion gilt die Gleichung CeO(2-δox) → CeO(2-δred) + (δred-δox)O, da der Absorber 14 den Sauerstoff nicht stöchiometrisch abgibt. Die Reduktion könnte grundsätzlich im Vakuum ablaufen, bevorzugt jedoch in Gegenwart von Wasserdampf, welcher die Rückstrahlung des Absorbers 14 durch die optische Öffnung 13 verhindert und den Sauerstoff (δred-δox)O mit sich aus dem Receiver abführt, beispielsweise zu einer in der Leitung 6 (Figur 1a) vorgesehenen Trennstation.

[0023] Mit fallender Temperatur wird der Absorber 14 zunehmend oxidiert (d.h. er nimmt Sauerstoff auf), wobei das Mass der Oxidation wiederum von der Temperatur des Absorbers 14 und dem dort herrschenden Sauerstoffpartialdruck abhängt. Sauerstofflieferant ist das Wärme transportierende Fluid, d.h. hier der Wasserdampf (der bei der Reduktion frei gewordene Sauerstoff ist aus dem Receiver-Reaktor abtransportiert worden). Für die Oxidation gilt die Gleichung CeO(2-δred) + (δred-δox) H20 → CeO(2-δox) + (δred-δox) H2, da der Absorber 14 den Sauerstoff nicht stöchiometrisch aufnimmt. Im Ergebnis hat sich H2, d.h. Wasserstoff gebildet, der wiederum vom Wärme transportierenden Fluid zur Trennstation 9 (Figur 1) abgeführt, dort abgetrennt und als Syngas bereitgestellt wird.

[0024] Dabei bezeichnet das nicht stöchiometrische δ die Menge des jeweils vom CeO2verlorenen Sauerstoffs, also den jeweiligen „Reduktions-“ bzw. „Oxidationszustand“ welcher, wie erwähnt, vom Sauerstoffpartialdruck und der Temperatur abhängt. Unter dem Aspekt eines konkreten Redoxprozesses liegt ein Reduktionszustand bei einem grösseren δ und ein Oxidationszustand bei einem kleineren δ vor.

[0025] Bei Receivern, wie sie in Figur 1b gezeigt sind, können die Temperaturen Tinbei 1000 °C oder höher liegen, so dass das Fenster 10 im Betrieb diese Temperatur nicht unterschreiten kann. Zudem wird es durch eine zwar minimale, aber doch nicht vollständig vermeidbare Infrarotstrahlung 12 erreicht. Schliesslich absorbiert es einen geringen Anteil der Sonnenstrahlung 3. Im Ergebnis weist das Fenster 10 Betriebstemperaturen auf, die noch über Tinliegen, was erhebliche Anforderungen an das verwendete Material stellt und dessen Lebensdauer beeinträchtigen kann.

[0026] Figur 1c zeigt schematisch den Aufbau eines zum Cracken von Kohlenwasserstoffgasen ausgebildeten Receivers 20, der wiederum als absorptiver Receiver in der Bauart gemäss der WO 2918/205043 ausgebildet ist.

[0027] Gezeigt ist ein Längsschnitt durch Receiver 20 gemäss einer ersten Ausführungsform mit einem durch ihn hindurchführenden Strömungskanal 21 für ein durch die Pfeile 22,23 symbolisiertes Prozessgas, der von einer durch ein Fenster 10 verschlossenen Öffnung 25 für die Strahlen 3 der Sonne bis zu einem Auslass 8 aus dem Receiver 20 führt. Die Strahlen 3 der Sonne fallen durch die Öffnung 25 in einen Absorberbereich 26 des Receivers 20, der damit im Pfad der einfallenden Strahlung der Sonne und so erwärmt wird. Einzelne Absorberplatten 27 sind durch Streben 28 miteinander verbunden und im Strömungskanal 21 aufgehängt, und bilden so den Absorber 29. Die Absorberplatten 27 sind derart angeordnet, dass sie der Öffnung 25 gegenüberliegen und damit der Absorber 29 über seine ganze Ausdehnung im Betrieb von direkt auf ihn einfallender Sonnenstrahlung 3 beleuchtet wird. Weiter sind die Platten 27 zu einander versetzt angeordnet, so dass das Prozessgas und die Prozessprodukte leicht zwischen den Absorberplatten 27 hindurch strömen kann - der Absorberbereich 26 und der Absorber 29 sind vom Prozessgas durchströmbar.

[0028] Im Betrieb wird dem als Receiver-Reaktor ausgebildeten Receiver 20 ein Kohlenwasserstoffgas wie Methan als Prozessgas über eine Zuleitung 30 zugeführt, bevorzugt (aber nicht notwendigerweise) in einem Wärmetauscher 31 vorerwärmt und über eine Transportleitung 32 in eine bei der Öffnung 25 vorgesehene Ringleitung 33 geführt, aus welcher es durch den Pfeil 23 symbolisiert über Zufuhrkanäle 34 in den Strömungskanal 21 ausgegeben wird. Der durch die Sonnenstrahlung 3 erwärmte Absorber 29 emittiert Schwarzkörperstrahlung im Infrarotbereich, symbolisiert durch die Pfeile 35. Das im Strömungskanal entsprechend den Pfeilen 22 fliessende Prozessgas, hier Methan, ist für die Sonnenstrahlung 3 hoch durchsichtig, absorbiert jedoch die Schwarzkörperstrahlung 35 und erwärmt sich so absorptiv.

[0029] Der Fachmann kann nun die Strömungsgeschwindigkeit des Methans zusammen mit den Dimensionen des Strömungskanals 21 und der Strahlungsintensität des Absorbers 29 derart abstimmen, dass das Methan auf seinem Weg zum Absorber 29 in einem ersten Bereich 36 des Strömungskanals 21 auf seine Crackingtemperatur erwärmt wird, in einem anschliessenden zweiten, stromabwärts liegenden Strömungsbereich 37 über die Crackingtemperatur hinaus erwärmt und in einem dritten, weiter stromabwärts gelegenen Strömungsbereich 38 des Strömungskanals 21 noch weiter erwärmt wird, wobei der dritte Strömungsbereich 38 dem Absorberbereich 26 entspricht.

[0030] Im dritten Strömungsbereich 38, bzw. im Absorberbereich 26 gelangt das Methan über den Querschnitt des Strömungskanals 21 in physischen Kontakt mit dem Absorber 29, der durch den physischen Kontakt als Reaktionsbeschleuniger für die Dissoziation des Methans wirkt, also ein Reaktionsbeschleuniger ist, der zugleich die Funktion eines Absorbers in einem Receiver besitzt. Ein eventueller konvektiver Wärmeübergang vom damit als Absorber 29 ausgebildeten Reaktionsbeschleuniger ist dabei für die Dissoziation des Methans nebensächlich. Im Ergebnis dissoziiert das Methan durch den physischen Kontakt vergleichsweise schlagartig, so dass sich im vierten Bereich 39, hinter dem Absorberbereich 26, ein Strom von Produkten bildet, der Nanopartikel von Kohlenstoff und Wasserstoff, also Russ und Wasserstoff, aufweist. Dieser Strom wird durch den Auslass 8 aus dem Receiver-Reaktor 1 ausgegeben, nachdem ihm im Wärmetauscher 16 Wärme entzogen worden ist.

[0031] Da die Bildung der Kohlenstoff-Nanopartikel (Russ) schon im ersten Bereich 36 ansatzweise beginnt, und sich langsam im zweiten Bereich aufbaut, kann sich ein Anteil der Nanopartikel auf dem Absorber 10, hier auf den Absorberplatten 11, ablagern und auf diesen als Russschicht festsetzen. Dies ist für das fortlaufende Cracking des frisch zugeführten Methans unbedenklich, da Kohlenstoff bzw. Russ die bevorzugten Eigenschaften des Absorbermaterials aufweist: er ist schwarz, d.h. hoch absorptiv für die einfallende Sonnenstrahlung 7, emittiert nach der Erwärmung die gewünschte (infrarot) Schwarzkörperstrahlung und ist temperaturbeständig im Bereich bis weit über 2000 C°. Mit steigender Ablagerung verändert sich aber die Geometrie des Absorbers 29 auch im Hinblick auf dessen Durchströmeigenschaften bis zu einem Grad, bei dem das Cracking beeinträchtigt wird. Dann muss durch einen (zyklischen) Wartungsschritt die Ablagerung entsprechend beseitigt werden.

[0032] Bei der gezeigten Ausführungsform geschieht das dadurch, dass über eine zweite Zuleitung 40 via die zweite Transportleitung 41 ein zweites Prozessgas in den Reaktor-Receiver 1 eingegeben, zu einer zweiten Ringleitung 43 geführt und von dieser über zweite Zufuhrkanäle 44 in den Strömungskanal 2 ausgegeben wird, wie dies durch die Pfeile 23 angedeutet ist. Das zweite Prozessgas ist bevorzugt ein reduzierbares bzw. oxidierendes Gas, besonders bevorzugt Wasserdampf, welcher sich im ersten 36 und im zweiten Bereich 37 absorptiv erwärmt und dann in der Absorberzone 38 mit dem auf dem Absorber 29 abgelagerten Kohlenstoff chemisch reagiert, nach der Gleichung H2O + C → CO + H2. Mit anderen Worten ist dann der Receiver-Reaktor auch während der Wartung produktiv und produziert Syngas als Ausgangsstoff für synthetischen Treibstoff. Auf jeden Fall ist die Wasserstoffproduktion nicht unterbrochen, wobei bei der unveränderten Verwendung von Wasserstoff (gegenüber dem Cracking) das Kohlenmonoxid für beispielsweise die Herstellung von Methanol oder anderen flüssigen Kohlenwasserstoffen zum Beispiel mittels Fischer-Tropsch-Synthese verwendbar ist.

[0033] Da, wie erwähnt, die Bildung der Kohlenstoff-Nanopartikel (Russ) schon im ersten Bereich 36 ansatzweise beginnt, gelangen vereinzelte Russpartikel auch auf das Fenster 10 und können sich über eine gewisse Betriebsdauer derart ansammeln, dass der Wirkungsgrad des Receivers 20 beeinträchtigt und das Fenster selbst durch die Absorption der Strahlung 3 an den Russpartikeln erheblich über seine Betriebstemperatur hinaus erhitzt wird.

[0034] Figur 2 zeigt auf der linken Seite einen Receiver 50 mit einer erfindungsgemässen Wechselanordnung 51 in einer Ansicht auf ein durch die Sonne beleuchtetes Fenster 52, wobei eine Schnittebene AA in dieser Ansicht eingezeichnet ist.

[0035] Auf der rechten Seite der Figur ist der Reciever 50 in einem Schnitt entlang der Ebene AA dargestellt, der hier als absorptiver Receiver nach dem in den Figuren 1b oder 1c gezeigten Konzept ausgebildet ist. Entsprechend sind die Details zum Receiver 50 selbst zur Entlastung der Figur weggelassen und nur dessen Öffnung 52, der Absorptionsraum 54, ein Absorber 55, die isolierende Wand 56 des Receivers 50 sowie der Auslassstutzen 57 schematisch dargestellt.

[0036] Die Wechselanordnung 51 ist als in ihrem Zentrum 58 rotierbar gelagerte Scheibenstruktur 59 ausgebildet, die eine Halterung für die Fenster 60, 61 und 62 bildet. In der gezeigten Ausführungsform sind die Fenster 52,60 bis 62 vereinzelt, entlang dem Umfang der Scheibe angeordnet.

[0037] Wird die Scheibenstruktur beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn rotiert, wird das die Öffnung 53 überdeckende Fenster 52 durch ein anderes Fenster, hier das Fenster 62 ausgewechselt.

[0038] Es ergibt sich Receiver mit einem Absorber und einer Öffnung für die im Betrieb auf den Absorber fallenden Sonnenstrahlen, wobei ein Fenster vorgesehen ist, das die Öffnung überdeckt, mit einer Wechselanordnung für das die Öffnung überdeckenden Fensters durch ein anderes Fenster. Wird nun die Scheibenstruktur bzw. die Halterung für die Fenster im Betrieb des Receivers in einem vorgegebenen Takt (aufgrund der Verschmutzung, Temperatur, Alterung oder Defekte des Fensters etc.) weiter rotiert, wird das Fenster 61 und dann das Fenster 60 in Betriebsposition auf der Öffnung 53 gebracht, bis schliesslich wieder die in der Figur gezeigte Konfiguration besteht, in welcher das Fenster 52 in der Öffnung 53 angeordnet ist. Dieser Wechsel des Fensters 52, 60 bis 61 erfolgt wie erwähnt vorbestimmt, kann aber im Fall von Defekten auch spontan ausgelöst werden. Es ergibt sich ein Receiver bei welchem bevorzugt die Wechselanordnung eine Anzahl Fenster und eine Halterung für diese aufweist, wobei die Halterung derart gegenüber dem Receiver bewegbar ausgebildet ist, dass im Betrieb ein Fenster nach dem anderen die Öffnung in einem vorbestimmten Wechsel überdeckt.

[0039] Das Fenster 61 befindet sich ausserhalb der Öffnung 53 und in einer Unterhaltsstation 65, in welcher bei der gezeigten Ausführungsform Düsen 66 einer Reinigungsvorrichtung angeordnet sind die ein Reinigungsmittel versprühen, welche das Fenster 61 reinigt. Mit der fortschreitenden Rotation der Scheibenstruktur 59 wird somit jedes der Fenster 52, 60 bis 62 am Receiver 50 eingesetzt, dann in der Unterhaltsanordnung gewartet und schliesslich wieder am Receiver 50 eingesetzt.

[0040] Es ergibt sich Receiver der bevorzugt eine Unterhaltsanordnung für einen anderes, sich ausserhalb der Öffnung befindendes, transparentes Fenster aufweist, PA 8 wobei weiter die Unterhaltsanordnung bevorzugt eine Reinigungsvorrichtung für ein sich ausserhalb der Öffnung befindendes Fenster aufweist.

[0041] In der Figur ist dargestellt, dass die Unterhaltsanordnung 65 das Fenster an der dem Receiver 50 zugewendeten Innenseite gereinigt wird. In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist ebenfalls eine Reinigung an der Aussenseite des Fensters vorgesehen.

[0042] Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Receivers 50 mit einer Wechselvorrichtung 70. Wiederum ist auf der linken Seite der Figur eine Ansicht auf die Seite der von der Sonne beleuchteten Öffnung 53 des Recheivers 50 dargestellt und auf der rechten Seite ein Schnitt entsprechend der Ebene BB.

[0043] Im Unterschied zu Figur 3 sind hier die einzelnen Fenster 52, 60 bis 62 von Figur 2 als Bereiche 71 bis 74 eines einzigen transparenten Ringfensters 75 ausgebildet. Solche Bereiche werden vorliegend auch als „Fenster“ bezeichnet, da diese Bereiche über die Öffnung 53 des Receivers 50 gebracht werden und dort für diesen ein betriebsfähiges Fenster darstellen. Dadurch kann das transparente Ringfenster 75 schrittweise rotiert werden, was einem Betrieb nach Figur 2 entspricht, oder auch kontinuierlich, so dass ein einem Fenster 52,60 bis 62 (Figur 2) entsprechendes Fenster oder Bereich 71 bis 74 des Ringfensters 71 kontinuierlich über der Öffnung 53 des Receivers durchläuft. Der Fachmann kann (wie bei allen erfindungsgemässen Ausführungsbeispielen überhaupt) im konkreten Fall die Anordnung der Fenster bzw. Bereiche im Ringfenster und dessen Bewegungsmodus geeignet festlegen.

[0044] Dann ergibt sich ein Receiver bei welchem bevorzugt die Wechselanordnung als um ihr Zentrum rotierbare, eine Halterung für die Fenster bildende Scheibenstruktur ausgebildet ist, in der die Fenster als Bereiche eines einzigen transparenten Rings (oder Ringabschnitts) ausgebildet sind.

[0045] Die Unterhaltsstation 75 ist hier schematisch mit einer Kühlvorrichtung für den Bereich 73 dargestellt, wobei schematisch ein Vorhang 76 aus kühlendem Fluid eingezeichnet ist. Die Unterhaltstation 75 kann jedoch, wie bei allen erfindungsgemässen Ausführungsformen mit einer Unterhaltsstation, im konkreten Fall durch den Fachmann mit geeigneten Mitteln für den Unterhalt eines Fensters oder Fensterbereichs (Kühlung, Reinigung etc.) ausgebildet werden.

[0046] Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Receivers 50 mit einer Wechselvorrichtung 80. Wiederum ist auf der linken Seite der Figur eine Ansicht auf die Seite der von der Sonne beleuchteten Öffnung 53 des Recheivers 50 dargestellt und auf der rechten Seite ein Schnitt entsprechend der Ebene CC.

[0047] Die Wechselstation 80 ist mit einer äusseren Abdeckung 81 versehen, welche in der dargestellten Ausführungsform die Scheibenstruktur mit mit dem Ringfenster 71 (Figur 3) überdeckt und gegenüber der Aussenwelt bevorzugt gasdicht abschliesst. Die Abdeckung 81 weist ein äusseres Fenster 82 auf, welches über der Öffnung 53 des Receivers 50 liegt. Da in der Figur 3 eine Ausführungsform mit einem Ringfenster 71 dargestellt ist, ist ebenfalls ein Fensterbereich 71 am Ort des äusseren Fensters 82 ersichtlich. Durch die Abdeckung 81 mit dem äusseren Fenster 82 lässt sich beispielsweise ein gasdichter Raum in der Wechselstation 80 wenigstens im Bereich der Öffnung 53 des Receivers 50 schaffen, was vorteilhaft ist, wenn das Wärme transportierende Fluid des Receivers 50 im Betrieb unter Druck zirkuliert. Ebenso kann die Aussenseite hier des Ringfensters 71 von Staub bzw. anderen Ablagerungen aus der Umgebung frei gehalten werden.

[0048] Es ergibt sich ein Receiver bei welchem die Wechselanordnung zwischen dem die Öffnung überdeckenden Fenster und der Aussenwelt ein weiteres sich über die Öffnung erstreckendes äusseres Fenster aufweist, das bevorzugt gasdicht am Receiver festgelegt ist.

[0049] Im Fall einer Ausführungsform der Erfindung mit einer äusseren Abdeckung 81 kann die Wechselanordnung natürlich anstelle des Ringfensters 71 Fenster 52, 60 bis 62 (Figur 2) oder oder noch eine andere, in den Figuren nicht dargestellte Konfiguration von Fenstern aufweisen.

[0050] Weiter sind in der Figur 4 durch die gestrichelten Linien drei Unterhaltsstationen 83 bis 85 dargestellt, hier für je verschiedene Funktionen, beispielsweise die Unterhaltsstation 83 für Kühlung, und die Unterhaltstationen 84 und 85 für zwei Reinigungs- bzw. Aufbereitungsschritte für die Fenster bzw. Fensterbereiche 71 bis 74.

[0051] Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Receivers 50 mit einer Wechselvorrichtung 90. Wiederum ist auf der linken Seite der Figur eine Ansicht auf die Seite der von der Sonne beleuchteten Öffnung 53 des Recheivers 50 dargestellt und auf der rechten Seite ein Schnitt entsprechend der Ebene DD.

[0052] In Unterschied zu den in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen ist die Wechselanordnung als streifenförmige Halterung 90 für in ihr vereinzelt angeordnete Fenster 91 bis 95 ausgebildet. Die streifenförmige Halterung 90 kann dem Doppelpfeil 96 entsprechend verschoben werden, so dass alle Fenster 91 bis 95 an den Ort der Öffnung 53 des Receivers 50 gebracht werden können. Analog zum Ringfenster 71 gemäss Figur 3 kann auch hier ein langgestrecktes Fenster vorgesehen werden, das sich über die Länge zwischen den Fenstern 91 und 95 erstreckt. Ebenfalls ist es möglich, an Stelle eines einzige langgestreckten Fensters zwei, dann halb so lange Fenster vorzusehen.

[0053] Unterhaltsstationen 97,98 sind dann auf beiden Seiten des Receivers 50 vorgesehen und ausgebildet, wie dies anhand der Figuren 2 bis 4 oben beschrieben ist. Die streifenförmige Halterung 90 kann analog zur Ausbildung der Wechselanordnung 80 gemäss Figur 4, mit einer äusseren Abdeckung und dann mit einem äusseren Fenster am Ort der Öffnung 53 des Receivers 50 versehen sein. Ebenso kann der Fachmann die Anzahl einzelner Fenster bzw. die Länge eines langgestreckten Fensters nach Bedarf im konkreten Fall festlegen.

[0054] In einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform wird ein blindes, z.B. wärmeisolierendes Fenster 52,60 bis 62, 91 bis 95 bzw. Fensterbereich 71 bis 84 vorgesehen, um den Receiver 50 im Fall einer Bewölkung oder über Nacht, wenn der produktive Betrieb unterbrochen werden muss, vor Auskühlung zu schützen. Zusätzlich oder alternativ kann dieses Fenster auch gegen das Innere des Receivers 50 für Licht reflektierend ausgebildet sein (was, aufgrund der hohen Temperaturen im Receiver 50 sowohl sichtbares Licht wie auch IR-Strahlung umfasst). Ein wärmeisolierendes Fenster verfügt primär über eine tiefe Wärmeleitfähigkeit, da absorbierte Strahlung aus dem Inneren des Receivers 50 seine Innenseite aufheizt, diese Wärme aber möglichst verlangsamt an dessen Aussenseite gelangen soll, wo sie dann an die Aussenwelt abgegeben wird und so den Receiver 50 auskühlt. Es ergibt sich dann ein Receiver bei welchem die Wechselanordnung bevorzugt ein wärmeisolierendes und/oder gegen das Innere des Receivers Licht reflektierendes Fenster oder einen intransparenten Fensterbereich aufweist.

[0055] In einer weiteren Ausführungsform wird die Rotation oder die translatorische Bewegung der Halterung der Fenster bzw. Fensterbereiche derart gesteuert, dass ein einmal als defekt erkanntes Fenster nicht mehr über die Öffnung 53 des Receivers 50 gelangt, so dass der Betrieb des Receivers 50 trotz einem defekten Fenster (oder Fensterbereich beispielsweise auf einem Ringfenster 71) aufrecht erhalten werden kann.

[0056] In einer weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform ist die Wechselanordnung mit einer getrennt angeordneten Unterhaltsstation betriebsfähig verbunden, so dass in der Wechselanordnung nur das Fenster an der Öffnung 53 ersetzt wird, der Unterhalt oder ein Austausch von Fenstern jedoch in der getrennten Unterhaltsstation erfolgt.

[0057] Schliesslich ist erfindungsgemäss ein Solarkraftwerk mit einem Receiver, das eine Wechselanordnung für das die Öffnung des Receivers überdeckende Fenster durch ein anderes Fenster aufweist. Bevorzugt weist dann das Solarkraftwerk eine von der Wechselanordnung getrennte Unterhaltsstation auf, die weiter bevorzugt mit einem Magazin für Fenster versehen ist.

[0058] Weiter ist erfindungsgemäss ein Verfahren zur Wartung eines für den Einfall von Sonnenstrahlung in einen Receiver ausgebildeten Fensters, wobei ein wartungsbedürftiges Fenster im Betrieb des Receivers durch eine mit dem Receiver zusammenwirkende Wechselanordnung durch ein anderes, nicht wartungsbedürftiges Fenster ausgetauscht wird. Weiter wird dann bevorzugt die Wartung in einer dafür in der Wechselanordnung vorgesehenen Unterhaltsstation vorgenommen.

Claims (16)

1. Receiver (50) mit einem Absorber (55) und einer Öffnung (53) für die im Betrieb auf den Absorber fallenden Sonnenstrahlen (3), wobei ein Fenster vorgesehen ist, das die Öffnung überdeckt, gekennzeichnet durch eine mit ihm zusammenwirkende Wechselanordnung für das die Öffnung (53) überdeckenden Fensters (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75, 91 bis 95) durch ein anderes Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75).

2. Receiver (50) nach Anspruch 1, wobei die Wechselanordnung eine Anzahl Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75) und eine Halterung für diese aufweist, wobei die Halterung derart gegenüber dem Receiver bewegbar ausgebildet ist, dass im Betrieb ein Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75) nach dem anderen die Öffnung (53) in einem vorbestimmten Wechsel überdeckt.

3. Receiver (50) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wechselanordnung als um ihr Zentrum (58) rotierbare, eine Halterung für die Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75) bildende Scheibenstruktur ausgebildet ist, in der die Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75) vereinzelt entlang dem Umfang der Scheibe verteilt angeordnet sind.

4. Receiver (50) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wechselanordnung als um ihr Zentrum rotierbare, eine Halterung für die Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75) bildende Scheibenstruktur ausgebildet ist, in der die Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75) als Bereiche eines einzigen transparenten Rings ausgebildet sind.

5. Receiver (50) nach Anspruch 1, wobei die Wechselanordnung als streifenförmige Halterung für in ihr vereinzelt hintereinander angeordnete Fenster (91 bis 95) oder ein langgestrecktes Fenster ausgebildet ist

6. Receiver (50) nach Anspruch 1, wobei er eine Unterhaltsanordnung (65,76,85,97) für einen anderes, sich ausserhalb der Öffnung (53) befindendes, transparentes Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75, 91 bis 95) aufweist.

7. Receiver (50) nach Anspruch 6, wobei die Unterhaltsanordnung eine Kühlvorrichtung (76) für ein sich ausserhalb der Öffnung (53) befindendes Fenster aufweist.

8. Receiver (50) nach Anspruch 6, wobei die Unterhaltsanordnung eine Reinigungsvorrichtung (65) für ein sich ausserhalb der Öffnung (53) befindendes Fenster aufweist.

9. Receiver (50) nach Anspruch 1, wobei die Wechselanordnung zwischen dem die Öffnung (53) überdeckenden Fenster und der Aussenwelt ein weiteres sich über die Öffnung (53) erstreckendes äusseres Fenster (82) aufweist, das bevorzugt gasdicht am Receiver (50) festgelegt ist.

10. Receiver (50) nach Anspruch 1, wobei die Wechselanordnung ein wärmeisolierendes und/oder gegen das Innere des Receivers Licht reflektierendes Fenster aufweist.

11. Receiver(50) nach Anspruch 1, wobei der Receiver als absorptiver Receiver ausgebildet ist, und wobei das Verhältnis X der Temperaturzunahme des Wärme transportieren Fluids im Receiver durch Absorption von Strahlung gegenüber der gesamten Temperaturzunahme durch die Absorption und Konvektion am Absorber (55) ≥ 0,3 bevorzugt ≥ 0,6 besonders bevorzugt ≥ 0,8 ist.

12. Receiver (50) nach Anspruch 1, wobei der Receiver als Receiver-Reaktor (20) ausgebildet ist

13. Receiver (50) nach Anspruch 12, wobei der Receiver (20) für eine Redox-Reaktion oder für das Cracken von Kohlenwasserstoffgasen ausgebildet ist.

14. Solarkraftwerk mit einem Receiver (50), dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Wechselanordnung für das die Öffnung (53) des Receivers (50) überdeckende Fenster durch ein anderes Fenster aufweist.

15. Verfahren zur Wartung eines für den Einfall von Sonnenstrahlung in einen Receiver (50) ausgebildeten Fensters (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75, 91 bis 95), dadurch gekennzeichnet, dass ein wartungsbedürftiges Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75, 91 bis 95) im Betrieb des Receivers (50) durch eine mit dem Receiver (50) zusammenwirkende Wechselanordnung durch ein anderes, nicht wartungsbedürftiges Fenster (52, 60 bis 62, 71 bis 74, 75, 91 bis 95) ausgetauscht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Wartung in einer dafür in der Wechselanordnung vorgesehenen Unterhaltsstation vorgenommen wird.