DE102008036210A1

DE102008036210A1 - radiation receiver

Info

Publication number: DE102008036210A1
Application number: DE102008036210A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Ing. Röger; Reiner Dr. Ing. Buck; Lars Dipl.-Ing. Amsbeck
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2008-08-02
Filing date: 2008-08-02
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-08-03
Also published as: WO2010015515A2; WO2010015515A3; DE102008036210B4

Abstract

Ein Strahlungsreceiver zur Übertragung der Energie einfallender Solarstrahlung auf Feststoffpartikel weist eine schiefe Ebene (SE) auf, auf der die Feststoffpartikel kontrolliert von einer Einlassvorrichtung zu einem Ablauf (12) hinabgleiten. Die Strahlung eines Heliostatfeldes wird von einem Sekundärspiegel (18) auf die schiefe Ebene (SE) reflektiert. Die auf der schiefen Ebene herabgleitenden Partikel werden durch die Solarstrahlung aufgeheizt und in einen Tank (15) abgeführt. Die Partikel bilden einen Wärmespeicher, dem Wärme je nach Bedarf entzogen werden kann.A radiation receiver for transmitting the energy of incident solar radiation to solid particles has an inclined plane (SE) on which the solid particles slide down in a controlled manner from an inlet device to a drain (12). The radiation of a heliostat field is reflected by a secondary mirror (18) on the inclined plane (SE). The sliding down on the inclined plane particles are heated by the solar radiation and discharged into a tank (15). The particles form a heat storage, the heat can be withdrawn as needed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsreceiver zur Übertragung der Energie einfallender Solarstrahlung auf Feststoffpartikel sowie ein entsprechendes Verfahren.The The invention relates to a radiation receiver for transmitting the energy incident Solar radiation on solid particles and a corresponding method.

Generell befasst sich die Erfindung mit der konzentrierenden Solartechnik (CSP = Concentrating Solar Power) unter Verwendung solarer Turmanlagen.As a general rule The invention deals with the concentrating solar technology (CSP = Concentrating Solar Power) using solar tower systems.

Es ist bekannt, Solarstrahlung, die auf ein größeres Areal fällt, mit Heliostatspiegeln auf einen Solarstrahlungsempfänger (Receiver) zu reflektieren.It is known solar radiation, which falls on a larger area, with Reflect heliostat mirrors on a solar radiation receiver (receiver).

Direkt absorbierende Receiver (DAR = Direct Absorption Receiver) besitzen den Vorteil, dass die Solarstrahlung direkt auf das zu beheizende Gut fällt. Hierdurch kann auf hochtemperaturstabile und teuere Rohre oder volumetrische Strukturen aus Metall oder Keramik verzichtet werden. Die direkte Einkopplung von Solarstrahlung in das zu erhitzende Gut ermöglicht sehr hohe solare Strahlungsflussdichten und hohe Endtemperaturen. Dadurch ist der Wirkungsgrad von DAR und daran angekoppelten Kraft-Wärmeprozessen besonders hoch. Bei Partikelreceivern, die Feststoffpartikel enthalten, entfallen teuere Wärmetauscher, um die Energie von einem Receivermedium wie Luft oder Wasserdampf an das Speichermaterial weiterzugeben. Die Feststoffpartikel bilden das Speichermaterial. Die in das System integrierte Energiespeicherung erlaubt den Betrieb kontinuierlicher Prozesse auch bei fluktuierender Solarstrahlung und bei Nacht. Die eingekoppelte Wärme kann für verschiedene Zwecke genutzt werden, beispielsweise für Gas- oder Dampfturbinenprozesse oder für chemische Prozesse, wie die Wasserstofferzeugung.Directly possess absorbing receiver (DAR = Direct Absorption Receiver) the advantage that the solar radiation directly to the heated Good falls. This allows for high temperature stable and expensive tubes or volumetric Structures made of metal or ceramic are dispensed with. The direct Coupling of solar radiation into the material to be heated makes possible very much high solar radiation flux densities and high final temperatures. Thereby is the efficiency of DAR and associated power-heat processes especially high. For particle receivers containing solid particles, eliminates expensive heat exchangers, to get the energy from a receiver medium like air or water vapor pass on to the storage material. The solid particles form the storage material. The energy storage integrated into the system allows the operation of continuous processes even with fluctuating Solar radiation and at night. The injected heat can for different Purposes are used, for example, for gas or steam turbine processes or for chemical Processes, such as hydrogen production.

Bekannt sind Receiver, bei denen Feststoffpartikel im freien Falle eine Strecke durchlaufen, in welche hochkonzentrierte Strahlung eingeleitet wird, die von den Partikeln absorbiert wird. Solche Falling Particle Receiver arbeiten mit kleinen Partikeln von 0,3 mm–1 mm Durchmesser. Diese erwärmen sich beim Durchlaufen des solaren Fokus.Known are receivers where solid particles in free fall one Run through the route, in which highly concentrated radiation initiated which is absorbed by the particles. Such Falling Particle Receivers work with small particles of 0.3 mm-1 mm in diameter. These heat up as you go through the solar focus.

Ferner sind Flüssigsalz-Filmreceiver bekannt, bei denen flüssiges Salz auf der bestrahlten Receiverseite durch Schwerkraft nach unten sinkt und dabei erwärmt wird.Further are liquid salt film receivers known in which liquid Salt on the irradiated receiver side by gravity down sinks and heats up becomes.

Die bekannten Receiver, die mit Feststoffpartikeln arbeiten, haben den Nachteil, dass die erreichte Partikeltemperatur wesentlich von der Strahlungsflussdichte abhängt. Daher ist es erforderlich, zur Erzielung einer gewünschten Wärmeaufnahme den Massenstrom der Partikel zu verändern. Eine geringe Massenstromdichte hat zur Folge, dass sich die Partikel weniger abschatten und der einzelne Partikel trotz geringerer einfallender Strahlungsflussdichte bis zur Solltemperatur erhitzt wird. Eine Verringerung der Partikeldichte hat auch zur Folge, dass die Transparenz des Partikelvorhangs zunimmt und daher mehr Solarstrahlung von der Rückwand an die Umgebung reflektiert wird. Diese Verluste führen zu niedrigen Teillastwirkungsgraden. Ein weiterer Nachteil besteht in der hohen Windanfälligkeit. Vor allem bei schräg einfallenden Winden werden Partikel aus dem fallenden Vorhang ausgetragen.The known receivers that work with solid particles have the Disadvantage that the reached particle temperature substantially from the Radiation flux density depends. Therefore, it is necessary to achieve a desired heat absorption to change the mass flow of the particles. A low mass flow density As a result, the particles are less shadowed and the individual particles despite lower incident radiation flux density is heated to the target temperature. A reduction in particle density also has the consequence that the transparency of the particle curtain increases and therefore reflects more solar radiation from the back wall to the environment becomes. These losses lead to low partial load efficiencies. Another disadvantage is in the high susceptibility to wind. Especially at an angle incident winds are particles discharged from the falling curtain.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit Feststoffpartikeln arbeitenden Strahlungsreceiver zu schaffen, der auch bei Teillastbetrieb gute Wirkungsgrade hat, und bei dem die Windanfälligkeit verringert ist.Of the Invention is based on the object, one with solid particles working radiation receiver, which also at partial load operation has good efficiencies, and in which the wind sensitivity is reduced.

Der Solarstrahlungsreceiver nach der vorliegenden Erfindung ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Ferner ist ein Verfahren zur Übertragung der Energie einfallender Strahlung auf Feststoffpartikel gemäß der Erfindung durch den Patentanspruch 12 definiert.Of the Solar radiation receiver according to the present invention is characterized by defined in claim 1. Further, a method of transmission the energy of incident radiation on solid particles according to the invention defined by the patent claim 12.

Erfindungsgemäß werden die Feststoffpartikel auf eine schräge Ebene geführt, auf der sie die mit konzentrierter Solarstrahlung bestrahlte Receiverstrecke durchlaufen. Die Receiverstrecke bildet eine schiefe Ebene mit einem Neigungswinkel, der in der Regel zwischen 20° und 50° beträgt. Durch die Größe der Neigung der schiefen Ebene kann die Verweildauer der Partikel in der Bestrahlungsstrecke beeinflusst werden.According to the invention the solid particles are guided on an inclined plane they receive the receiver track irradiated with concentrated solar radiation run through. The receiver line forms an inclined plane with a Inclination angle, which is usually between 20 ° and 50 °. By the size of the inclination The inclined plane can be the residence time of the particles in the irradiation path to be influenced.

Der Massenstrom der Feststoffpartikel kann über regelbare Eintrittsöffnungen eingestellt werden. Bei geringen solaren Einstrahlungen wird ein kleinerer Partikel-Massenstrom zugeführt. Die optischen Absorptionseigenschaften hängen nicht von der Größe des Massenstromes ab. Damit besitzt der Receiver auch bei geringen Massenstromdichten eine hohe Absorptivität und daher hohe Wirkungsgrade.Of the Mass flow of the solid particles can via controllable inlet openings be set. At low solar radiation is a supplied smaller particle mass flow. The optical absorption properties hang not on the size of the mass flow from. Thus, the receiver has even at low mass flow densities a high absorptivity and therefore high efficiencies.

Der Massenstrom kann durch Regelung beziehungsweise Verstellung der Einlassvorrichtung verändert werden. Bei geringen solaren Einstrahlungen wird ein kleinerer Partikel-Massenstrom zugeführt. Bei dem erfindungsgemäßen Konzept hängen die optischen Absorptionseigenschaften nicht von der Größe des Massenstromes ab. Der Receiver zeigt auch bei geringen Massenstromdichten eine hohe Absorptivität, so dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.The mass flow can be changed by regulation or adjustment of the inlet device be changed. At low solar irradiation, a smaller particle mass flow is supplied. In the inventive concept, the optical absorption properties do not depend on the size of the mass flow. The receiver shows a high absorptivity even at low mass flow densities, so that a high degree of efficiency is achieved.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht in der Beeinflussung der Aufenthaltszeit der Partikel im Strahlungsempfangsbereich des Receivers. Der Wirkungsgrad des Receivers wird in Teillast nicht wesentlich verringert. Der erfindungsgemäße Receiver hat eine geringe Windempfindlichkeit. Weitere Vorteile sind der einfache Aufbau und die direkte Einkopplung der Wärme in die Partikel.One An essential aspect of the invention consists in influencing the Residence time of the particles in the radiation reception area of the receiver. The efficiency of the receiver is not significantly reduced in partial load. The receiver according to the invention has a low wind sensitivity. Other advantages are the simple ones Construction and direct coupling of heat into the particles.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Neigung der schiefen Ebene geregelt veränderbar ist. Auf diese Weise kann die Verweildauer der Partikel und somit auch die bei der jeweiligen Strahlungsdichte erreichbare Temperatur beeinflusst werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Massenstrom durch Regelung der Einlassvorrichtung veränderbar sein.According to one Embodiment of the invention is provided that the inclination of inclined plane regulated changeable is. In this way, the residence time of the particles and thus also the temperature which can be reached at the respective radiation density to be influenced. Alternatively or additionally, the mass flow be variable by regulating the inlet device.

Die schiefe Ebene kann die Form eines Trichters oder Kraters haben. Alternativ hierzu kann sie auch die Form eines Kegels haben. All diesen Varianten, die auch miteinander kombinierbar sind, ist gemeinsam, dass die schiefe Ebene ringförmig ist und ein Zentrum umgibt. Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass die schiefe Ebene plattenförmig ist.The inclined plane can have the shape of a funnel or crater. Alternatively, it may also have the shape of a cone. Alles These variants, which can also be combined with each other, have in common that the inclined plane is ring-shaped is and surrounds a center. Another variant of the invention sees suggest that the inclined plane is plate-shaped.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Strahlungsreceiver, die auf einem Turm angebracht sind und Solarstrahlung von einem Heliostatfeld aus zahlreichen am Boden angeordneten Heliostatspiegeln empfangen. Am Strahlungsreceiver kann ein Sekundärspiegel vorgesehen sein, der die einfallende Strahlung auf die schiefe Ebene verteilt. Der Sekundärspiegel hat einerseits die Aufgabe, die Strahlung auf die schiefe Ebene, beziehungsweise die darauf herabgleitenden Partikel, zu konzentrieren und andererseits die Aufgabe, die Strahlung gleichmäßig auf die schiefe Ebene zu verteilen, um örtliche Strahlungsspitzen oder -senken zu vermeiden.The Invention is particularly suitable for radiation receivers on attached to a tower and solar radiation from a heliostat field received from numerous arranged on the ground heliostat mirrors. At the radiation receiver, a secondary mirror may be provided which the incident radiation is distributed on the inclined plane. The secondary mirror on the one hand has the task of radiation to the inclined plane, or the particles sliding thereon, to concentrate and on the other hand, the task of uniformly radiation distribute the inclined plane around local radiation spikes or to avoid sinking.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Übertragung der Energie einfallender Strahlung auf Feststoffpartikel, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Feststoffpartikel über eine schiefe Ebene rutschen, während sie der Strahlung ausgesetzt werden.The The invention further relates to a method of transmitting the energy incident Radiation on solid particles, which is characterized that the solid particles over slip down a sloping plane while they are exposed to radiation.

Die Feststoffpartikel können aus jeglicher Art von Granulat bestehen, das hochtemperaturbeständig ist. Es kann sich um Keramikpartikel oder Sand handeln. Bevorzugt wird eine Zusammensetzung verwendet, die 83% Al₂O₃, 7% Fe₂O₃ und als Rest SiO₂ und TiO₂ und andere enthält. Die Partikelgröße beziehungsweise Korngröße beträgt vorzugsweise etwa 0,3 mm–1 mm.The solid particles may consist of any type of granules which is resistant to high temperatures. It can be ceramic particles or sand. Preferably, a composition is used which contains 83% Al ₂ O ₃ , 7% Fe ₂ O ₃ and the remainder SiO ₂ and TiO ₂ and others. The particle size or grain size is preferably about 0.3 mm-1 mm.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.in the Embodiments will be described below with reference to the drawings closer to the invention explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Prinzipdarstellung einer Trichter-Variante des Strahlungsreceivers, 1 a schematic diagram of a funnel variant of the radiation receiver,

2 ein Ausführungsbeispiel der Trichter-Variante mit Festbett, 2 an embodiment of the funnel variant with fixed bed,

3 eine Draufsicht von 2, 3 a top view of 2 .

4 ein Ausführungsbeispiel als Kombination von Trichter- und Kegel-Variante, 4 an embodiment as a combination of funnel and cone variant,

5 eine Draufsicht von 4, 5 a top view of 4 .

6 ein Ausführungsbeispiel der Kegel-Variante mit Festbettsubstrat, 6 an embodiment of the cone variant with fixed bed substrate,

7 eine Draufsicht von 6, 7 a top view of 6 .

8 einen plattenförmigen Receiver und 8th a plate-shaped receiver and

9 eine Draufsicht von 8. 9 a top view of 8th ,

Der Receiver von 1 weist eine Leitvorrichtung 10 auf, die eine Gleitfläche zum kontrollierten Gleiten von Partikeln unter Schwerkrafteinfluss bildet. Die Leitvorrichtung 10 ist hier nach Art eines Trichters ausgebildet. Sie weist eine schiefe Ebene SE auf, die sich von einem oberen Rand 11 bis zu einem zentralen unteren Ablauf 12 erstreckt. Die Neigung der schiefen Ebene ist an allen Stellen gleich. An dem oberen Rand befinden sich Einlassvorrichtungen, die umfangsmäßig verteilt angeordnet sind, so dass von jeder Einlassvorrichtung ein Partikelfluss 13 in den Trichter eingeleitet wird. An dem Ablauf 12 befindet sich eine Dosiervorrichtung 14, mit der der Partikelstrom beeinflusst werden kann. Dadurch kann die Verweildauer der Partikel auf der schiefen Ebene kontrolliert werden. Von der Dosiervorrichtung 14 fallen die heißen Partikel in einen Tank 15, der einen Wärmespeicher bildet, aus dem die Partikel bedarfsabhängig entnommen werden können. Alternativ hierzu kann eine entsprechende Dosiervorrichtung auch am Einlass vorgesehen sein, um die Verweildauer und damit die Bestrahlungsdauer zu kontrollieren.The receiver of 1 has a guide device 10 which forms a sliding surface for the controlled sliding of particles under the influence of gravity. The guiding device 10 is designed here like a funnel. It has an inclined plane SE, extending from an upper edge 11 to a central lower drain 12 extends. The inclination of the inclined plane is the same everywhere. At the upper edge there are inlet devices distributed circumferentially such that each inlet device has a particle flow 13 is introduced into the funnel. At the expiration 12 there is a metering device 14 with which the particle flow can be influenced. Thereby, the residence time of the particles on the inclined plane can be controlled. From the dosing device 14 the hot particles fall into a tank 15 , which forms a heat storage, from which the particles can be removed as needed. Alternatively, a corresponding metering device may also be provided at the inlet to control the residence time and thus the irradiation time.

Die Leitvorrichtung 10 und der Tank 15 sind bei diesem Ausführungsbeispiel von einem Mantel 16 umgeben, der eine Wärmeabstrahlung an die Umgebung verhindert.The guiding device 10 and the tank 15 are in this embodiment of a jacket 16 surrounded, which prevents heat radiation to the environment.

Der gesamte Strahlungsreceiver ist rotationssymmetrisch mit vertikaler Achse ausgebildet.Of the entire radiation receiver is rotationally symmetric with vertical Axis formed.

Über der Leitvorrichtung 10 befindet sich ein Sekundärspiegel 18, der die von einem Heliostatfeld kommende Strahlung 19 reflektiert, wobei die reflektierte Strahlung 20 auf die schiefe Ebene SE möglichst gleichmäßig verteilt wird. Der Sekundärspiegel 18 lenkt die von unten her einfallende Strahlung von oben auf den Receiver. Seine Spiegelfläche ist leicht gekrümmt, so dass er eine fokussierende Wirkung hat. Die schiefe Ebene SE ist jedoch gegenüber dem Fokus in Richtung der optischen Achse versetzt. Der Sekundärspiegel kann relativ klein gebaut werden, mit dem Vorteil geringer Windlasten und niedriger Kosten.Above the guide 10 there is a secondary mirror 18 , the radiation coming from a heliostat field 19 reflected, the reflected radiation 20 is distributed as evenly as possible on the inclined plane SE. The secondary mirror 18 directs the incoming radiation from below onto the receiver from above. Its mirror surface is slightly curved so that it has a focusing effect. However, the inclined plane SE is offset from the focus in the direction of the optical axis. The secondary mirror can be made relatively small, with the advantage of low wind loads and low cost.

Die Hangneigung der Schrägfläche SE hängt ab von den Reibungseigenschaften der Partikel in Kombination mit der Leitvorrichtung. Generell beträgt die Hangneigung < 20°. Durch diese Hangneigung wird sichergestellt, dass stets Partikel auf der Schrägfläche SE liegen. Der effektive Böschungswinkel der Oberfläche der Partikelschüttung beträgt zwischen 20° und 40°, insbesondere etwa 30°.The Slope of the inclined surface SE depends on the friction properties of the particles in combination with the guide. Generally is the slope <20 °. Through this Slope is ensured that always particles are on the inclined surface SE. The effective slope angle the surface of the particle bed is between 20 ° and 40 °, in particular about 30 °.

Der erfindungsgemäße Strahlungsreceiver kann als Flowing Particle Receiver bezeichnet werden, im Gegensatz zu dem bekannten Falling Particle Receiver. Beim Flowing Particle Receiver kann der Massenstrom ohne Hilfseinrichtungen geregelt werden. Bei erhöhter Zufuhr von Partikeln nimmt die Hangsteigung – je nach Bauart des Receivers – zu oder ab, so dass die Rutschgeschwindigkeit sich verändert.Of the Radiation receiver according to the invention can be referred to as a Flowing Particle Receiver, in contrast to the well-known Falling Particle Receiver. With the Flowing Particle Receiver, the mass flow can be regulated without auxiliary equipment. At elevated Supply of particles increases the slope - depending on the design of the receiver - or so that the sliding speed changes.

Da beim Flowing Particle Receiver keine Partikel frei herabfallen, ist die Windanfälligkeit gering. Auch die Abrasion der Partikel ist relativ niedrig, weil die Partikel nicht im Anschluss an einen freien Fall aufeinanderprallen, sondern aneinander abgleiten.There no particles fall freely on the Flowing Particle Receiver, is the susceptibility to wind low. Also, the abrasion of the particles is relatively low, because the particles do not collide following a free fall, but slide off each other.

2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip Krater oder Trichter, bei dem die schiefe Ebene SE von einem Festbett 25 gebildet wird, das auf einem horizontalen Boden 26 angeordnet ist und einen Trichter mit dem erforderlichen Neigungswinkel bildet. Am oberen Rand des Trichters befindet sich die Einlassvorrichtung 27 mit umfangsmäßig verteilt angeordneten schlitzförmigen Einlässen 28 und am unteren Ende befindet sich der zentrale Ablauf. Über die Einlässe 28 werden sektormäßig unterteilt die kalten Partikel 29 zugeführt. Die Feststoffpartikel 30 bilden auf der schiefen Ebene SE ein Fließbett, das zum Ablauf 12 hin hinabgleitet. Je nach Dosierung von Zu- und Ablauf können sich die Feststoffpartikel 30 am unteren Ende aufstauen und dadurch den Böschungswinkel verkleinern. 3 zeigt die Trajektorien der Partikelflüsse 31 in den Sektoren, die jeweils einem Einlass 28 zugeordnet sind. Die Einlässe 28 können unabhängig voneinander gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Somit kann die Massenstromverteilung im Receiver zonenweise an die aktuell vorliegende solare Flussdichteverteilung angepasst werden, so dass die sich am Ablauf 12 vereinigenden Partikelströme ihre Solltemperatur erreichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ablauf ungeregelt. 2 and 3 show an embodiment according to the principle of craters or funnels, in which the inclined plane SE of a fixed bed 25 that is formed on a horizontal ground 26 is arranged and forms a funnel with the required inclination angle. At the top of the funnel is the inlet device 27 with circumferentially distributed slot-shaped inlets 28 and at the bottom is the central drain. About the inlets 28 Sectorally divided the cold particles 29 fed. The solid particles 30 Form on the inclined plane SE a fluidized bed leading to the drain 12 slides down. Depending on the dosage of inflow and outflow, the solid particles can 30 Damming at the bottom and thereby reduce the slope angle. 3 shows the trajectories of the particle flows 31 in the sectors, each one inlet 28 assigned. The inlets 28 can be independently controlled or regulated. Thus, the mass flow distribution in the receiver can be adjusted in zones to the currently existing solar flux density distribution, so that at the expiration 12 unifying particle flows reach their target temperature. In this embodiment, the procedure is unregulated.

Das ebenfalls aus Partikeln bestehende Festbett 25 bildet eine thermische Isolierung.The also made of particles fixed bed 25 forms a thermal insulation.

Aufgrund der Trichterform des Receivers trifft ein Teil der von den Partikeln ausgesandten Wärmestrahlung auf die Gegenwand beziehungsweise andere Teile der Trichterwand. Auf diese Weise können die Strahlverluste vermindert werden. Dies trägt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Receivers bei.by virtue of The funnel shape of the receiver hits some of the particles emitted heat radiation on the counter wall or other parts of the funnel wall. That way you can the beam losses are reduced. This contributes to an increase in the Efficiency of the receiver.

Der Receiver besitzt einen einfachen Aufbau und ist über die individuellen Einlässe 28 einfach regelbar. Er besitzt ein gutes Kaltstartverhalten, ist drucklos, benötigt keine gefährlichen Materialien und verwendet nur in eingeschränkten Bereichen teuere Hochtemperatur-Materialien. Er hat ein gutes Teillastverhalten, da der optische Wirkungsgrad unabhängig vom Partikel-Massenstrom ist.The receiver has a simple structure and is via the individual inlets 28 easy to control. It has a good cold start behavior, is depressurized, does not require hazardous materials and used expensive high-temperature materials only in restricted areas. It has a good partial load behavior, since the optical efficiency is independent of the particle mass flow.

Die nachstehende Tabelle 1 gibt typische Werte eines Flowing Particle Receivers vom Typ ”Krater” an: Tabelle 1 RECEIVER Thermische Leistung Receiver 480 MW_th Temperaturhub Partikel 400 K Partikel-Massenstrom 999 kg/s Aperturöffnung Durchmesser: 25 m/Fläche: 480 m² Tiefe des Kraters ~7 m ZULAUF Anzahl der Zulaufzonen (bei 1/m) 78 Höhe einer Zulaufzone (bei Länge 0,5 m und Designbed.) ~3,3 cm THERMISCHER SPEICHER Energieinhalt (Solar Multiple 3) 12800 MWh Speichermenge 95940 t/43600 m³ Zylindr. Speicherdimension z. B. Höhe: 15 m; Durchmesser: 27 m Table 1 below gives typical values of a Flowing Particle Receiver type "crater": Table 1 RECEIVER Thermal power receiver 480 MW _th Temperature stroke particles 400K Particle-mass flow 999 kg / s aperture Diameter: 25 m / Area: 480 m ² Depth of the crater ~ 7 m INTAKE Number of inlet zones (at 1 / m) 78 Height of an inflow zone (at a length of 0.5 m and design bed.) ~ 3,3 cm THERMAL MEMORY Energy content (Solar Multiple 3) 12800 MWh amount of memory 95940 t / 43600 m ³ Cylindrical. Storage dimension z. B. Height: 15 m; Diameter: 27 m

Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist eine innere kegelförmige schiefe Ebene SE1 und eine diese umgebende äußere schiefe Ebene SE2 vorgesehen. Die schiefe Ebene SE1 hat eine zentrale Einlassvorrichtung 27a über ihrem Scheitelpunkt. Die schiefe Ebene SE2 hat eine umfangsmäßig verteilte Einlassvorrichtung 27 mit Einlässen 28, wie bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3.In the embodiment of the 4 and 5 is provided an inner conical inclined plane SE1 and a surrounding outer inclined plane SE2. The inclined plane SE1 has a central inlet device 27a over her vertex. The inclined plane SE2 has a circumferentially distributed inlet device 27 with inlets 28 as in the embodiment of 2 and 3 ,

Die schiefen Ebenen SE1 und SE2 treffen sich an ihren unteren Enden. Hier befinden sich Schlitze oder auf einem Kreis angeordnete runde Öffnungen, durch die die Partikel von beiden schiefen Ebenen herabfallen. Darunter befindet sich ein Ablaufring, der die herabfallenden Partikel sammelt und einem zentralen Ablauf 12 zuführt.The inclined planes SE1 and SE2 meet at their lower ends. Here are slots or round holes arranged on a circle, through which the particles fall from both inclined planes. Below is a drainage ring that collects the falling particles and a central drain 12 supplies.

Dieses Ausführungsbeispiel wird auch als ”Ebene” bezeichnet, da die Partikeloberfläche sich eher einer waagerechten Verteilung annähert. Die Oberfläche dieser Verteilung wird solarbestrahlt und dann von nachkommenden Partikeln abgedeckt. Der Hauptvorteil dieser Variante liegt darin, dass durch die Massenstromregelung an den Abläufen der Massenstrom individuell an die lokal vorliegende solare Flussdichte angepasst werden kann.This embodiment is also called a "level" because the particle surface more like a horizontal distribution. The surface of this Distribution is solar irradiated and then offcoming particles covered. The main advantage of this variant is that through the mass flow control on the processes of mass flow individually can be adapted to the local solar flux density.

5 zeigt die Trajektorien der Fließwege 31, die im zentralen Bereich des Receivers von innen nach außen und im Umfangsbereich von außen nach innen verlaufen. 5 shows the trajectories of the flow paths 31 which run in the central area of the receiver from the inside to the outside and in the peripheral area from outside to inside.

Die 6 und 7 zeigen die Variante ”Kegel”. Die schiefe Ebene SE wird von einem Festbett 25 gebildet und hat die Form eines Kegels oder Berges. Über dem Scheitelpunkt befindet sich die zentrale Einlassvorrichtung 27a. Auf dem Festbett bildet sich eine Schicht aus Partikeln 30 aus, deren Dicke zu dem Ablauf 12a hin abnimmt. Der Ablauf 12a ist hier ringförmig angeordnet und er besteht aus zahlreichen Ablaufschlitzen 33, die jeweils einem Sektor der schiefen Ebene SE zugeordnet sind. Die Partikel fließen über den Ablauf 12a in radialer Richtung ab.The 6 and 7 show the variant "cone". The inclined plane SE is from a fixed bed 25 formed and has the shape of a cone or mountain. Above the vertex is the central inlet device 27a , A layer of particles forms on the fixed bed 30 from whose thickness to the process 12a decreases. The sequence 12a is here arranged in a ring and it consists of numerous drainage slots 33 each associated with a sector of the inclined plane SE. The particles flow over the drain 12a in the radial direction.

Die 8 und 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel, das als ”Förderband” bezeichnet werden kann. Die schiefe Ebene SE hat hier die Form einer ebenen Platte, die eine Schrägfläche bildet, wobei am oberen Ende die Einlassvorrichtung 27 und am unteren Ende der Ablauf 12 vorgesehen ist. Die Fließrichtung der Partikel ist mit ”34” bezeichnet. Durch Unterteilung der Einlassvorrichtung 27 in mehrere Einlässe 28 kann die Dicke der Partikelschicht auf der Schrägfläche SE in Breitenrichtung variiert werden.The 8th and 9 show an embodiment that may be referred to as a "conveyor belt". The inclined plane SE here has the shape of a flat plate, which forms an inclined surface, wherein at the upper end of the inlet device 27 and at the bottom of the process 12 is provided. The flow direction of the particles is " 34 " designated. By subdivision of the inlet device 27 in several inlets 28 For example, the thickness of the particle layer on the inclined surface SE can be varied in the width direction.

Ein Sekundärspiegel 18 reflektiert die von unten her einfallende Strahlung auf die Schrägfläche SE beziehungsweise die darauf hinabgleitenden Partikel.A secondary mirror 18 reflects the incident radiation from below on the inclined surface SE be as well as the particles sliding down therefrom.

Eine andere (nicht dargestellte) Ausführungsform sieht anstelle der schiefen Ebene SE mindestens ein Förderband vor, auf dem die Partikel durch die Bestrahlungszone hindurchgefördert werden. Ein derartiges Förderband kann horizontal angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere Förderbänder, die in ihrer Geschwindigkeit einzeln regelbar sind, parallel zueinander laufen zu lassen.A other embodiment (not shown) sees at least one conveyor belt instead of the inclined plane SE on which the particles are conveyed through the irradiation zone. Such a conveyor belt can be arranged horizontally. There is also the possibility several conveyor belts, the are individually adjustable in their speed, parallel to each other to run.

Zur zusätzlichen Regulation der Partikel-Massenströme können verschiedene Maßnahmen durchgeführt werden, wie das Aufbringen von Vibrationen durch Rüttler oder Schlagwerke, insbesondere zur Verstetigung des Partikelflusses. Die Änderung der Hangabtriebskraft erfolgt durch Regulierung des Neigungswinkels der schiefen Ebene. Dies ist bei einem Festbett relativ einfach durchführbar. Ferner besteht die Möglichkeit, im Partikelweg Bremsstrukturen vorzusehen. Eine weitere Option sieht vor, dass magnetische Partikel benutzt werden, wobei die Laufgeschwindigkeit durch Aufbringen von Magnetfeldern beeinflusst wird.to additional Regulation of particle mass flows can take various measures carried out be like applying vibrations by vibrator or Striking mechanisms, in particular for stabilizing the particle flow. The change The slope-down force is achieved by regulating the angle of inclination of the inclined plane. This is relatively easy to do in a fixed bed. Further it is possible, to provide braking structures in the particle path. Another option looks suggest that magnetic particles are used, with the running speed is influenced by applying magnetic fields.

Claims

Radiation receiver for transmitting the energy of incident solar radiation to solid particles ( 30 ), characterized by an inclined plane (SE), which at the upper end of an inlet device ( 27 ) for cold particles and at the lower end a drain ( 12 ) for hot particles.

Radiation receiver according to Claim 1, characterized that the inclination angle of the inclined plane (SE) regulated variable is.

Radiation receiver according to claim 1 or 2, characterized in that the mass flow of the particles by controlling the inlet device ( 27 ) or an outlet device is changeable.

Radiation receiver according to claim 2 or 3, characterized in that the inclination angle of the inclined plane (SE) or the passability of the inlet device ( 27 ) is regulated as a function of the intensity of the radiation and / or the temperature of the particles.

Radiation receiver according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inclined plane (SE) the shape a funnel or crater.

Radiation receiver according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inclined plane (SE) the shape of a cone.

Radiation receiver according to one of claims 1 to 6, characterized in that two inclined planes (SE1, SE2) are provided are, one of which surrounds the other ring.

Radiation receiver according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inclined plane (SE) of a fixed bed ( 25 ), preferably consisting of the solid particles, is formed.

Radiation receiver according to one of claims 1 to 8, characterized in that a secondary mirror ( 18 ) is provided, which distributes incident radiation on the inclined plane (SE).

Radiation receiver according to claim 9, characterized in that that the receiver is placed together with the secondary mirror on a tower is, with the secondary mirror above the Receiver is arranged and radiation coming from below from above steers to the receiver.

Radiation receiver according to claim 10, characterized in that the secondary mirror ( 18 ) receives the incident radiation from a heliostat field.

Method for transmitting the energy of incident radiation to solid particles, characterized in that the solid particles ( 30 ) slip over an inclined plane (SE) or the solid particles are transported on a conveyor belt while being exposed to the radiation.

Method according to claim 12, characterized in that that the slope of the inclined plane (SE) depending on the intensity of the incident Radiation and / or the temperature of the solid particles regulated becomes.

Method according to claim 12 or 13, characterized that an inlet device or an outlet device - optionally divided into sectors - in dependence from the intensity the incident radiation and / or the temperature of the solid particles is regulated.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized that solar radiation from numerous heliostat mirrors on one the oblique plane (SE) containing radiation receiver is directed.

Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that the radiation from a secondary mirror ( 18 ) is distributed on the inclined plane (SE).