DE102013221884B4

DE102013221884B4 - Receiver for solar energy generation

Info

Publication number: DE102013221884B4
Application number: DE102013221884.2A
Authority: DE
Inventors: Nils Ahlbrink; Daniel Maldonado Quinto; Matthias Beuter
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: DE102013221884A1

Abstract

Receiver (1) für Solarenergiegewinnungsanlagen (100), mit einer Tragstruktur (7), die an einer Frontseite mehrere Absorbermodule (11) trägt, die jeweils einen in einem Absorberkopf (13) aufgenommenen frontseitigen Absorberkörper (17) und eine an den Absorberkopf (13) anschließende Heißluftkanalstruktur (23) aufweisen, wobei der Absorberkörper (17) von Prozessluft durchströmt wird, die über die Heißluftkanalstruktur (23) als Wärmeträgermedium einem Verbraucher zugeführt wird, wobei ein mit einem Kühlfluid betriebenes Kühlsystem (29) die Heißluftkanalstruktur (23) und/oder die Tragstruktur (7) kühlt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (29) einen von den Absorberköpfen (13) beabstandet angeordneten Kühlmittelauslass (31) aufweist, wodurch ein Kontakt des Kühlfluids mit den Absorberköpfen verhindert wird.Receiver (1) for solar energy production plants (100), having a support structure (7) which carries on a front side a plurality of absorber modules (11), each having a front in an absorber head (13) absorber body (17) and one to the absorber head (13 ), wherein the absorber body (17) is flowed through by process air, which is supplied via the hot air duct structure (23) as a heat transfer medium to a consumer, wherein a cooling system operated with a cooling fluid (29) the hot air duct structure (23) and / / or cooling the support structure (7), characterized in that the cooling system (29) has a coolant outlet (31) spaced from the absorber heads (13), thereby preventing contact of the cooling fluid with the absorber heads.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Receiver für Solarenergiegewinnungsanlagen mit einer Tragstruktur, die an einer Frontseite mehrere Absorbermodule trägt, die in einem Absorberkopf aufgenommene frontseitige Absorberkörper und eine an den Absorberkopf anschließende Heißluftkanalstruktur aufweisen, wobei der Absorberkörper von Prozessluft durchströmt wird, die über die Heißluftkanalstruktur als Wärmeträgermedium einem Verbraucher zugeführt wird.The present invention relates to a receiver for solar energy recovery systems with a support structure which carries on a front side a plurality of absorber modules, which have received in an absorber head front absorber body and a subsequent to the absorber head hot air duct structure, wherein the absorber body is flowed through by process air, via the hot air duct structure as the heat transfer medium a consumer is supplied.

In DE 197 44 541 C2 ist ein Solarempfänger beschrieben, der mehrere Absorbermodule aufweist. Das Absorbermodul enthält einen der einfallenden Solarstrahlung zugewandten Absorberkörper, der porös ist. Durch den Absorberkörper hindurch wird Luft angesaugt, die sich beim Passieren des Absorberkörpers erwärmt.In DE 197 44 541 C2 a solar receiver is described which has a plurality of absorber modules. The absorber module contains an absorber body facing the incident solar radiation, which is porous. Through the absorber body air is sucked in, which heats up when passing through the absorber body.

Der Receiver eignet sich für große Energiegewinnungsanlagen, bei denen zahlreiche Heliostaten auf einem Feld verteilt angeordnet sind, die Solarstrahlung auf den Receiver reflektieren. An dem Receiver entsteht somit eine hohe Strahlungskonzentration, wodurch sich am Absorbermodul Temperaturen im Bereich von bis zu 1.100°C ergeben. Bei dem vorbekannten Solarempfänger ist eine Tragstruktur vorgesehen, welche zahlreiche Absorbermodule trägt. Jedes Absorbermodul besteht aus einem Absorberkopf aus Keramik und einem von dem Absorberkopf gehaltenen Absorberkörper. An den Absorberkopf schließt eine Heißluftkanalstruktur an, beispielsweise ein Heißluftrohr. Die erzeugt Heißluft wird für den Betrieb von Arbeitsmaschinen, beispielsweise Turbinen für Stromgeneratoren, benutzt und kühlt sich dabei ab, enthält jedoch noch Restwärme.The receiver is suitable for large power generation plants, where numerous heliostats are distributed in a field that reflect solar radiation on the receiver. Thus, a high radiation concentration is produced at the receiver, which results in temperatures of up to 1100 ° C. at the absorber module. In the prior art solar receiver, a support structure is provided which carries numerous absorber modules. Each absorber module consists of a ceramic absorber head and an absorber body held by the absorber head. The absorber head is adjoined by a hot air duct structure, for example a hot air duct. The generated hot air is used for the operation of work machines, such as turbines for power generators, and cools down, but still contains residual heat.

Zur Nutzung dieser Restwärme wird die Luft zum Solarempfänger zurückgeführt und an den Wänden der Heißluftkanäle entlang geführt, um diese zu kühlen. Diese Rückluft strömt zwischen den Absorbermodulen hindurch, um an der Frontseite nach vorne hin auszutreten. Sie wird anschließend zusammen mit der Umgebungsluft in den Absorberkörper eingesaugt. Derartige Receiver sind aus DE 10 2010 046 831 A1 und DE 10 2011 005 817 A1 bekannt.To use this residual heat, the air is returned to the solar receiver and guided along the walls of the hot air ducts to cool them. This return air flows between the absorber modules to emerge forward at the front. It is then sucked into the absorber body together with the ambient air. Such receivers are off DE 10 2010 046 831 A1 and DE 10 2011 005 817 A1 known.

Die Rückführung der Luft auf diese Weise führt zu einem relativ komplizierten Strömungsweg, der zu einer komplizierten Konstruktion führt. Darüber hinaus muss die rückgeführte Luft vollständig durch die Receiverstruktur geführt werden, wobei es zu signifikanten Druckverlusten kommt. Dadurch muss die Gebläseleistung des Gesamtsystems relativ hoch ausgelegt sein.The return of the air in this way leads to a relatively complicated flow path, which leads to a complicated construction. In addition, the recirculated air must be passed completely through the receiver structure, resulting in significant pressure losses. As a result, the blower power of the entire system must be designed relatively high.

Ferner besitzt die rückgeführte Luft vor dem Umströmen der Heißluftkanäle eine Temperatur von 80°C und mehr, so dass nur ein relativ schlechter Kühleffekt bewirkt wird. Der vorbekannte Solarempfänger sieht vor, dass die rückgeführte Luft zwischen den Absorbermodulen ausgeblasen wird, so dass diese die sehr heißen Absorberköpfe überströmt. Dabei kommt es an der Außenseite des Absorberkopfes zu einer signifikanten Wärmeübertragung von der heißen Prozessluft innerhalb des Absorberkopfes an die rückgeführte Luft. Die rückgeführte Luft wird vor die Frontseite geblasen, wobei kein vollständiges Einsaugen gewährleistet werden kann, so dass ein Teil der rückgeführten Luft verloren geht. Dadurch kommt es u. a. auch zu einem Energieverlust der auf die rückgeführte Luft übertragenen Wärmeenergie.Further, the recirculated air before the flow around the hot air ducts has a temperature of 80 ° C and more, so that only a relatively poor cooling effect is effected. The previously known solar receiver provides that the recirculated air is blown between the absorber modules, so that it flows over the very hot absorber heads. This results in significant heat transfer from the hot process air inside the absorber head to the recirculated air on the outside of the absorber head. The recirculated air is blown in front of the front, whereby no complete suction can be ensured, so that a part of the recirculated air is lost. This causes u. a. also to an energy loss of the heat energy transferred to the recirculated air.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Receiver für Solarenergiegewinnungsanlagen bereitzustellen, der einen im Vergleich zu den vorbekannten Receivern verbesserten Wirkungsgrad hat, wobei gleichzeitig eine vorteilhafte Kühlung der Tragstruktur und/oder der Heißluftkanäle gewährleistet ist.It is therefore an object of the present invention to provide a receiver for solar energy plants, which has an improved compared to the prior art receivers efficiency, at the same time an advantageous cooling of the support structure and / or the hot air channels is ensured.

Der Receiver nach der vorliegenden Erfindung ist durch den Patentanspruch 1 definiert.The receiver according to the present invention is defined by claim 1.

Der erfindungsgemäße Receiver für Solarenergiegewinnungsanlagen weist eine Tragstruktur, die an einer Frontseite mehrere Absorbermodule trägt, auf. Die Absorbermodule weisen jeweils einen in einem Absorberkopf aufgenommenen frontseitigen Absorberkörper und eine an den Absorberkopf anschließende Heißluftkanalstruktur auf. Die Absorberkörper werden von Prozessluft durchströmt, die über die Heißluftkanalstruktur als Wärmeträgermedium einem Verbraucher zugeführt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Kühlfluid betriebenes Kühlsystem die Heißluftkanalstruktur und/oder die Tragstruktur kühlt, wobei das Kühlsystem einen von den Absorberköpfen beabstandet angeordneten Kühlmittelauslass aufweist. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Kühlsystem wird verhindert, dass Kühlfluid in Kontakt mit den sehr heißen Absorberköpfen kommt, so dass eine Wärmeübertragung von den Absorberköpfen auf das Kühlfluid und ein dadurch bedingter Wärmeenergieverlust vermieden wird.The receiver for solar energy production systems according to the invention has a support structure which carries a plurality of absorber modules on a front side. The absorber modules each have a front absorber body accommodated in an absorber head and a hot air duct structure adjoining the absorber head. Process air flows through the absorber body, which is supplied via the hot air duct structure as a heat transfer medium to a consumer. The invention is characterized in that a cooling system operated with a cooling fluid cools the hot air duct structure and / or the support structure, the cooling system having a coolant outlet arranged at a distance from the absorber heads. The inventively provided cooling system prevents cooling fluid comes into contact with the very hot absorber heads, so that a heat transfer from the absorber heads to the cooling fluid and a consequent heat energy loss is avoided.

Bei dem erfindungsgemäßen Receiver für Solarenergiegewinnungsanlagen hat sich herausgestellt, dass eine Kühlung von beispielsweise aus Keramik hergestellten Absorberköpfe mittels eines Kühlfluids von außen nicht notwendig ist, da diese aufgrund ihrer Beschaffenheit den hohen Temperaturen in vorteilhafter Weise standhalten und darüber hinaus eine ausreichende Wärmeabfuhr über die Prozessluft gegeben ist.In the receiver for solar energy recovery systems according to the invention has been found that a cooling of absorber heads made for example of ceramic by means of a cooling fluid from the outside is not necessary because they withstand the high temperatures in an advantageous manner due to their nature and beyond given a sufficient heat dissipation via the process air is.

Der erfindungsgemäße Receiver vermeidet somit eine aufwändige Luftrückführung durch die Receiverstruktur und entlang der Absorberköpfe, wodurch neben der Vermeidung des Wärmeenergieverlustes auch der durch die Luftrückführung beim Stand der Technik bedingte Druckverlust vermieden wird. Dadurch kann die für die Strömung der Prozessluft notwendige Gebläseleistung reduziert werden, was zu einer Steigerung des Gesamtwirkungsgrades einer mit einem erfindungsgemäßen Receiver ausgerüsteten Solarenergiegewinnungsanlage führt. The receiver according to the invention thus avoids a complicated air return through the receiver structure and along the absorber heads, which in addition to avoiding the loss of heat energy and the condition caused by the air return in the prior art pressure loss is avoided. As a result, the necessary for the flow of process air fan power can be reduced, which leads to an increase in the overall efficiency of equipped with a receiver according to the invention solar energy recovery system.

Bei einem Betrieb eines erfindungsgemäßen Receivers mit einem von der Prozessluft unterschiedlichen Kühlfluid kann darüber hinaus die Kühlung der Heißluftkanalstruktur und/oder der Tragstruktur in vorteilhafter Weise erfolgen, da das Kühlfluid eine wesentlich geringere Temperatur als beispielsweise die im Stand der Technik verwendete rückgeführte Prozessluft aufweist. Es sind somit geringere Mengen an Kühlfluid notwendig, um die Heißluftkanalstruktur und/oder die Tragstruktur zu kühlen.In the case of operation of a receiver according to the invention with a cooling fluid different from the process air, moreover, the cooling of the hot air duct structure and / or the support structure can advantageously take place since the cooling fluid has a substantially lower temperature than, for example, the recirculated process air used in the prior art. Thus, smaller amounts of cooling fluid are necessary to cool the hot air duct structure and / or the support structure.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Prozessluft nach der Zuführung zu dem Verbraucher über eine Luftrückführung den Absorbermodulen zumindest teilweise als Rückluft zurückgeführt wird. Dadurch kann die in der Prozessluft nach dem Durchströmen des Verbrauchers vorhandene Restwärmeenergie zumindest teilweise genutzt werden, wodurch eine Wirkungsgradsteigerung erreicht werden kann.Preferably, it is provided that the process air is at least partially returned to the consumer via an air return to the absorber modules as return air. As a result, the residual heat energy present in the process air after flowing through the consumer can be at least partially utilized, whereby an increase in efficiency can be achieved.

Die Erfindung kann somit vorsehen, dass das Kühlsystem von der Luftrückführung unabhängig ist. Dadurch wird eine vorteilhafte Kühlung der Heißluftkanalstruktur und der Tragstruktur erreicht, wobei gleichzeitig die Rückluft in vorteilhafter Weise den Absorbermodulen zurückgeführt werden kann.The invention can thus provide that the cooling system is independent of the air return. As a result, an advantageous cooling of the hot air duct structure and the support structure is achieved, wherein at the same time the return air can be advantageously returned to the absorber modules.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die rückgeführte Rückluft der Frontseite zugeführt wird, um in die Absorbermodule eingesaugt zu werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die rückgeführte Rückluft der Frontseite von der Seite des Receivers und/oder von unten zugeführt wird. Dadurch kann eine konstante Luftrückführrate vor dem Receiver erreicht werden.For example, it can be provided that the recirculated return air is fed to the front side in order to be sucked into the absorber modules. It can be provided that the recirculated return air of the front side is supplied from the side of the receiver and / or from below. This allows a constant air return rate to be achieved in front of the receiver.

Es hat sich herausgestellt, dass bei dem erfindungsgemäßen Receiver, bei dem eine derartige Rückluftführung mit konstanter Luftrückführrate und ein von der Luftrückführung unabhängiges Kühlsystem vorgesehen ist, eine Steigerung der Jahresenergiemengen um bis zu 10% erreicht werden können.It has been found that in the receiver according to the invention, in which such a return air duct with a constant air return rate and a cooling system independent of the air return is provided, an increase of the annual energy amounts by up to 10% can be achieved.

Bei einem erfindungsgemäßen Receiver, bei dem keine Luftrückführung vorgesehen ist, ergibt sich eine leichte Erhöhung der Jahresenergiemengen, beispielsweise 1 bis 2%, da der Wärmeverlust an der Außenseite der Absorberköpfe gering gehalten wird.In a receiver according to the invention, in which no air return is provided, there is a slight increase in the amount of annual energy, for example, 1 to 2%, since the heat loss is kept low on the outside of the absorber heads.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlsystem mindestens einen in der Tragstruktur angeordneten Kühlkanal aufweist, der von der Heißluftkanalstruktur der Absorbermodule durchdrungen wird. Ein derartig gebildetes Kühlsystem weist eine einfache Konstruktion auf, wobei gleichzeitig in vorteilhafter Weise das Kühlfluid zur Kühlung an der Heißluftkanalstruktur vorbeigeführt werden kann.In one embodiment of the invention it is provided that the cooling system has at least one cooling channel arranged in the support structure, which is penetrated by the hot air duct structure of the absorber modules. Such a cooling system formed has a simple construction, wherein at the same time advantageously the cooling fluid can be passed for cooling to the hot air duct structure.

Das Kühlsystem kann eine Kühlfluidhauptströmung aufweisen, die im Kreuzstrom zu der Prozessluft geführt ist. Dadurch ist eine vereinfachte Strömungsführung des Kühlfluids möglich. Gleichzeitig können gezielt einzelne Bereiche der Heißluftkanalstruktur und/oder der Tragstruktur gekühlt werden, indem der Kühlkanal lediglich zu diesen Bereichen führt.The cooling system may include a main cooling fluid flow that is cross-flowed to the process air. As a result, a simplified flow guidance of the cooling fluid is possible. At the same time, individual regions of the hot-air duct structure and / or the supporting structure can be cooled in a targeted manner, since the cooling duct only leads to these regions.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal Einbauten zur Strömungsführung aufweist, wobei die Einbauten eine Kühlfluidnebenströmung erzeugen, die im Gleichstrom zu der Prozessluft geführt ist. Das Vorsehen einer Kühlfluidnebenströmung, die im Gleichstrom zu der Prozessluft geführt ist, ermöglicht einen verbesserten Wärmeübertrag von den Wänden der Heißluftkanalstruktur und/oder der Tragstruktur und somit eine vorteilhafte Kühlung der Bereiche der Heißluftkanalstruktur, die nahe dem Absorberkopf angeordnet sind und eine besonders hohe Temperatur aufweisen.In one exemplary embodiment of the invention, it can be provided that the cooling channel has internals for the flow guidance, wherein the internals generate a cooling fluid secondary flow, which is guided in cocurrent to the process air. The provision of a cooling fluid secondary flow, which is guided in cocurrent to the process air, allows improved heat transfer from the walls of the hot air duct structure and / or the support structure and thus an advantageous cooling of the areas of the hot air duct structure, which are arranged near the absorber head and have a particularly high temperature ,

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einbauten Wände sind, die parallel zu der Heißluftkanalstruktur verlaufende Durchlässe oder Nebenkanäle bilden.In one embodiment of the invention, it is provided that the internals are walls which form passages or secondary channels running parallel to the hot air duct structure.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Kühlfluid ein Gas ist und das Kühlsystem ein Gebläse zur Erzeugung der Kühlfluidströmung aufweist. Dadurch kann ein von dem Restsystem unabhängiges System zur Erzeugung der Kühlfluidströmung vorgesehen sein, wodurch die Kühlung einstellbar ist. Dadurch kann eine vorteilhafte Kühlleistung bei geringem Eigenenergieverbrauch für das Kühlsystem verwirklicht werden.It is preferably provided that the cooling fluid is a gas and the cooling system has a fan for generating the cooling fluid flow. As a result, a system independent of the residual system can be provided for generating the flow of cooling fluid, whereby the cooling is adjustable. As a result, an advantageous cooling performance can be realized with low own energy consumption for the cooling system.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen benachbarten Absorberköpfen ein Zwischenraum gebildet ist, wobei in dem Zwischenraum eine Isolierung von Außenwänden der Absorberköpfe und/oder der Kühlkanalsstruktur angeordnet ist. Aufgrund von möglicherweise entstehenden Wärmedehnungen der Absorberköpfe und aufgrund ihrer spezifischen Form werden zwischen benachbarten Absorberköpfen Zwischenräume gebildet. Diese können zu einem Wärmeverlust führen, da beispielsweise durch Windeinwirkung Umgebungsluft in die Zwischenräume gelangen kann, wodurch es zu einer ungewollten Übertragung von Wärmeenergie von den Absorberköpfen auf die eingedrungene Luft kommen kann. Durch das Vorsehen von Isolierungen der Außenwände der Absorberköpfe kann dieser Wärmeenergieverlust verringert werden. Durch das Vorsehen einer Isolierung der Kühlkanalstruktur wird ferner verhindert, dass von der Frontseite durch die Zwischenräume Wärmeenergie in das Kühlsystem gelangt, die abgeführt werden muss. Dadurch ist eine Wirkungsgradsteigerung des erfindungsgemäßen Receivers verwirklicht.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that a gap is formed between adjacent absorber heads, wherein in the space an insulation of outer walls of the absorber heads and / or the cooling channel structure is arranged. Due to possible thermal expansion of the absorber heads and due to their specific shape are between adjacent Absorber heads formed intermediate spaces. These can lead to heat loss, since, for example, by wind ambient air can get into the interstices, which can lead to an unwanted transfer of heat energy from the absorber heads on the penetrated air. By providing insulation of the outer walls of the absorber heads, this heat energy loss can be reduced. By providing insulation of the cooling channel structure is further prevented that passes from the front through the gaps heat energy into the cooling system, which must be dissipated. As a result, an increase in efficiency of the receiver according to the invention is realized.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zwischenraum vollständig mit Isolierungsmaterial ausgefüllt ist. Ein Eindringen von Umgebungsluft von außen in die Zwischenräume wird dadurch nahezu vollständig verhindert. Das Isolierungsmaterial kann beispielsweise flexibel oder kompressibel ausgebildet sein, um Wärmedehnungen der Absorbermodule kompensieren zu können.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the intermediate space is completely filled with insulating material. Ingress of ambient air from the outside into the intermediate spaces is thereby almost completely prevented. The insulation material may be flexible or compressible, for example, in order to be able to compensate for thermal expansion of the absorber modules.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the following figures. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Solarenergiegewinnungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Receiver, 1 a schematic view of a solar energy recovery system with a receiver according to the invention,

2 eine schematische Frontansicht des Receivers, 2 a schematic front view of the receiver,

2a eine schematische Ansicht eines von mehreren Subreceivern, aus denen der Receiver zusammengesetzt ist, 2a a schematic view of one of several Subreceivern, of which the receiver is composed,

3 eine schematische Ansicht eines von mehreren Receivermodulen, aus denen der Subreceiver zusammengesetzt ist, 3 a schematic view of one of several receiver modules, of which the subreceiver is composed,

4 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Receiver und 4 a schematic longitudinal section through a receiver according to the invention and

5 einen schematischen Längsschnitt durch ein Absorbermodul. 5 a schematic longitudinal section through an absorber module.

In 1 ist eine Solarenergiegewinnungsanlage 100 schematisch dargestellt. Sonnenlicht wird über Heliostaten 110 eines Heliostatfeldes 120 auf den erfindungsgemäßen Receiver 1 reflektiert. Der Receiver 1 ist als offener volumetrischer Receiver ausgeführt, wobei Luft aus dem Bereich vor der Frontseite 1a des Receivers 1 angesaugt wird und die Prozessluft bildet. Die Prozessluft wird im Receiver 1 erhitzt und über Heißluftleitungen 130 einem Verbraucher zugeführt. Der Verbraucher kann beispielsweise ein Dampferzeuger 140 mit einem herkömmlichen Wasserdampfkreislauf 150 oder ein Wärmespeicher 160 sein. Über ein Luftrückführungssystem 170 wird die abgekühlte Prozessluft dem Receiver zurückgeführt.In 1 is a solar energy production plant 100 shown schematically. Sunlight is transmitted via heliostats 110 a heliostat field 120 on the receiver according to the invention 1 reflected. The receiver 1 is designed as an open volumetric receiver, with air from the area in front of the front 1a of the receiver 1 is sucked in and forms the process air. The process air is in the receiver 1 heated and over hot air ducts 130 supplied to a consumer. The consumer can, for example, a steam generator 140 with a conventional steam cycle 150 or a heat storage 160 be. About an air return system 170 the cooled process air is returned to the receiver.

Der Receiver 1 ist in 2 schematisch in einer Frontansicht gezeigt. Der Receiver ist aus mehreren Subreceivern 3 zusammengesetzt. Die Subreceiver 3 sind in Frontansicht rechteckig und bilden gemeinsam eine konvex gewölbte Rechteckstruktur. Die Subreceiver 3 besitzen Hohlräume, welche untereinander verbunden sind und einen gemeinsamen Sammler bilden. Mehrere Subreceiver 3 sind mit einem zentralen Heißluftsammler verbunden, der in die Heißluftleitung 130 mündet.The receiver 1 is in 2 shown schematically in a front view. The receiver is made up of several subreceivers 3 composed. The subreceiver 3 are rectangular in front view and together form a convex arched rectangular structure. The subreceiver 3 have cavities which are interconnected and form a common collector. Several subreceivers 3 are connected to a central hot air collector, which is in the hot air line 130 empties.

In 2a ist ein Subreceiver 3 dargestellt. Er besteht aus mehreren Receivermodulen 5, die untereinander gleich ausgebildet sind und jeweils eine zylinderförmig geformte Tragstruktur 7 aufweisen. Ein Receivermodul 5 ist in 3 schematisch dargestellt. Die Tragstruktur 7 kann beispielsweise aus Stahl bestehen.In 2a is a subreceiver 3 shown. It consists of several receiver modules 5 , which are formed equal to each other and each have a cylindrical shaped support structure 7 exhibit. A receiver module 5 is in 3 shown schematically. The supporting structure 7 can be made of steel, for example.

Das Receivermodul 5 hat an einer Frontseite mehrere Löcher 9, in die Absorbermodule 11 eingesteckt sind. Ein Absorbermodul 11 besteht aus beispielsweise hochtemperaturbeständiger Keramik oder einem anderen Material und hat die Form eines Rohres mit einem kelchförmigen Absorberkopf 13. An der Rückseite (der Unterseite in 3) des Receivermoduls 13 befinden sich Auslässe 15 für die Heißluft, die in Verbindung mit den Absorbermodulen 11 stehen. Die Verbindung zwischen den Auslässen 15 und den Absorbermodulen 11 wird über Heißluftrohre der Absorbermodule 11 und/oder rohrförmiger Einbauten der Tragstruktur 7 bereitgestellt.The receiver module 5 has several holes on one front 9 , in the absorber modules 11 are plugged in. An absorber module 11 consists of, for example, high temperature resistant ceramic or other material and has the shape of a tube with a cup-shaped absorber head 13 , At the back (the bottom in 3 ) of the receiver module 13 there are outlets 15 for the hot air, in conjunction with the absorber modules 11 stand. The connection between the outlets 15 and the absorber modules 11 is via hot air pipes of the absorber modules 11 and / or tubular internals of the support structure 7 provided.

Der Aufbau eines erfindungsgemäßen Receivers 1 ist schematisch im Längsschnitt in 4 dargestellt. Der Receiver 1 weist mehrere Absorbermodule 11 auf, die nebeneinander angeordnet sind. Die Absorbermodule 11 sind schematisch in einem Längsschnitt in 5 gezeigt.The structure of a receiver according to the invention 1 is schematically in longitudinal section in 4 shown. The receiver 1 has several absorber modules 11 on, which are arranged side by side. The absorber modules 11 are schematic in a longitudinal section in 5 shown.

Jedes Absorbermodul 11 weist einen Absorberkopf 13 auf und einen in dem Absorberkopf 13 aufgenommenen frontseitigen Absorberkörper 17. Der Absorberkörper 17 kann beispielsweise aus einer porösen hochtemperaturbeständigen Keramik bestehen. Eine Frontfläche 17a des Absorberkörpers 17 bildet die Strahlungsempfangsfläche. Durch den Absorberkörper 17 wird Umgebungsluft eingesaugt, die sich beim Durchgang durch den heißen Absorberkörper 17 erhitzt.Each absorber module 11 has an absorber head 13 on and one in the absorber head 13 recorded front absorber body 17 , The absorber body 17 may for example consist of a porous high temperature resistant ceramic. A front surface 17a of the absorber body 17 forms the radiation receiving surface. Through the absorber body 17 ambient air is sucked in as it passes through the hot absorber body 17 heated.

Der Absorberkopf 13 ist kelchförmig ausgebildet und mündet in ein Heißluftrohr 19. Das Absorbermodul 11 ist mit dem Heißluftrohr 19 in einen rohrförmigen Einbau 21 der Tragstruktur 7 eingesetzt. Das Heißluftrohr 19 bildet zusammen mit dem rohrförmigen Einbau 21 eine Heißluftkanalstruktur 23, über die in einem Absorbermodul 11 erwärmte Prozessluft von dem Absorbermodul 11 in einen Sammler 26 des entsprechenden Subreceivers 3 geleitet wird. Die Sammler 26 benachbarter Subreceiver 3 sind mit einem zentralen Heißluftsammler 27 verbunden, der die Heißluft in die Heißluftleitung 130 der Solarenergiegewinnungsanlage 100 leitet.The absorber head 13 is formed kelchförmig and opens into a hot air tube 19 , The absorber module 11 is with the hot air tube 19 in a tubular installation 21 the supporting structure 7 used. The hot air tube 19 forms together with the tubular installation 21 a hot air duct structure 23 , about in an absorber module 11 heated process air from the absorber module 11 in a collector 26 of the corresponding subreceiver 3 is directed. The collectors 26 adjacent subreceiver 3 are with a central hot air collector 27 connected to the hot air in the hot air line 130 the solar energy production plant 100 passes.

Der erfindungsgemäße Receiver 1 weist ein Kühlsystem 29 zum Kühlen der Tragstruktur 7 und/oder der Heißluftkanalstruktur 23 auf. Das Kühlsystem weist einen Kühlkanal 25 auf, der durch die Tragstruktur 7 gebildet ist. Die Heißkanalstruktur 23 der Absorbermodule 11 durchdringt den Kühlkanal 25. Das Kühlsystem 29 wird mit einem Kühlfluid, beispielsweise Umgebungsluft, betrieben. Die Umgebungsluft wird in den Kühlkanal 25 eingeleitet und umströmt die Heißluftkanalstruktur 23 zur Kühlung der Heißluftkanalstruktur 23. Ferner wird auch die Tragstruktur 7 gekühlt. Ein Kühlmittelauslass 31, der beispielsweise durch einen Auslassstutzen 31a gebildet ist, ist beabstandet von den Absorberköpfen 13 angeordnet, so dass das Kühlfluid nicht mit den Absorberköpfen 13 in Verbindung gelangt. Dadurch wird verhindert, dass ein ungewünschter Wärmeübergang von den Absorberköpfen 13 auf das Kühlfluid erfolgt. Wie durch die Pfeile in 4 angedeutet ist, kann die Umgebungsluft an der Unterseite des Receivers in die Tragstrukturen 7 eingeleitet werden, wobei sich der Kühlmittelauslass 31 an der Oberseite des Receivers befindet. Das gasförmige Kühlfluid erwärmt sich während des Durchströmens des Kühlkanals 25, so dass die aufgrund der Wärme entstehende Auftriebskraft bei der Erzeugung der Kühlfluidströmung genutzt werden kann. Bei der Verwendung eines flüssigen Kühlfluids wäre eine umgekehrte Strömungsrichtung von Vorteil, um die Schwerkraft zu nutzen.The receiver according to the invention 1 has a cooling system 29 for cooling the support structure 7 and / or the hot air duct structure 23 on. The cooling system has a cooling channel 25 up, through the support structure 7 is formed. The hot runner structure 23 the absorber modules 11 penetrates the cooling channel 25 , The cooling system 29 is operated with a cooling fluid, such as ambient air. The ambient air is in the cooling channel 25 introduced and flows around the hot air duct structure 23 for cooling the hot air duct structure 23 , Furthermore, the support structure is also 7 cooled. A coolant outlet 31 for example, by an outlet 31a is formed, is spaced from the Absorberköpfen 13 arranged so that the cooling fluid is not with the absorber heads 13 get in touch. This will prevent any unwanted heat transfer from the absorber heads 13 takes place on the cooling fluid. As indicated by the arrows in 4 is indicated, the ambient air at the bottom of the receiver in the support structures 7 be initiated, with the coolant outlet 31 located at the top of the receiver. The gaseous cooling fluid heats up during the passage of the cooling channel 25 so that the buoyancy force due to the heat can be utilized in generating the cooling fluid flow. When using a liquid cooling fluid, a reverse flow direction would be beneficial to use gravity.

Bei einem gasförmigen Kühlfluid weist das Kühlsystem 29 ein nicht dargestelltes Gebläse auf, das die Kühlfluidströmung erzeugt.For a gaseous cooling fluid, the cooling system has 29 an unillustrated blower that generates the cooling fluid flow.

Wie am besten aus 5 ersichtlich ist, weist der Kühlkanal 25 Einbauten 33 auf, über die die Kühlfluidströmung geführt werden kann. In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Kühlfluidhauptströmung, die durch die Pfeile A dargestellt sind und im Kreuzstrom zu der Prozessluft geführt ist, von den Einbauten 33 teilweise abgelenkt, so dass eine Kühlfluidnebenströmung erzeugt wird, die im Gleichstrom zu der Prozessluft geführt ist. Die Kühlfluidnebenströmung ist durch den Pfeil B dargestellt. Die Kühlfluidnebenströmung wird erzeugt, indem mittels der Einbauten 33 ein parallel zu der Heißluftkanalstruktur verlaufender Durchlass 35 erzeugt wird.How best 5 it can be seen, the cooling channel 25 fixtures 33 on, over which the cooling fluid flow can be performed. In the in 5 illustrated embodiment, the cooling fluid main flow, which are represented by the arrows A and is performed in cross-flow to the process air, of the internals 33 Partially deflected, so that a cooling fluid secondary flow is generated, which is guided in cocurrent to the process air. The cooling fluid secondary flow is shown by the arrow B. The cooling fluid secondary flow is generated by means of the internals 33 a passage extending parallel to the hot air duct structure 35 is produced.

Eine derartige Ausgestaltung des Kühlkanals 25 hat sich für die Kühlung der Heißluftkanalstruktur 23 als besonders vorteilhaft herausgestellt.Such a configuration of the cooling channel 25 has chosen to cool the hot air duct structure 23 proved to be particularly advantageous.

An der Innenseite der Heißluftkanalstruktur 23 weist diese eine Innenisolierung 37 auf, über die der Wärmeübergang der in der Heißluftkanalstruktur 23 geführten Heißluft auf die Heißluftkanalstruktur 23 gering gehalten werden soll. Ferner ist in dem durch die Heißluftkanalstruktur 23 gebildeten Strömungsweg für die Heißluft eine Drossel 39 angeordnet, die einen vorbestimmten Massenstrom an Heißluft reguliert.On the inside of the hot air duct structure 23 this has an inner insulation 37 on, about the heat transfer in the hot air duct structure 23 guided hot air to the hot air duct structure 23 should be kept low. Further, in the through the hot air duct structure 23 formed flow path for the hot air a throttle 39 arranged, which regulates a predetermined mass flow of hot air.

Zwischen benachbarten Absorbermodulen 11 sind Zwischenräume 40 gebildet, in denen eine Isolierung 41 der Außenwände 13a der Absorberköpfe 13 und der durch die Tragstruktur 7 gebildeten Außenwände 25a des Kühlkanals 25 angeordnet ist. Die Zwischenräume 40 können auch vollständig mit Isolierungsmaterial ausgefüllt sein. Mittels des Isolierungsmaterials wird verhindert, dass Wärmeenergie von den Außenwänden 13a der Absorberköpfe 13 auf eventuell in die Zwischenräume 40 eindringende Umgebungsluft übertragen wird. Dadurch wird der Wärmeenergieverlust an den Absorberköpfen 13 verringert. Die Isolierung an den Außenwänden 25a des Kühlkanals 25 verhindert, dass eventuell zu stark erwärmte Umgebungsluft einen zusätzlichen Wärmeeintrag in das Kühlsystem erbringt, wodurch die Leistung des Kühlsystems 29 erhöht werden müsste.Between adjacent absorber modules 11 are interspaces 40 formed in which an insulation 41 the outer walls 13a the absorber heads 13 and the through the support structure 7 formed outer walls 25a of the cooling channel 25 is arranged. The gaps 40 can also be completely filled with insulation material. By means of the insulating material, heat energy is prevented from the outer walls 13a the absorber heads 13 possibly in the interstices 40 penetrating ambient air is transmitted. This will reduce the heat energy lost at the absorber heads 13 reduced. The insulation on the outer walls 25a of the cooling channel 25 prevents excessively heated ambient air from introducing additional heat into the cooling system, which reduces the performance of the cooling system 29 would have to be increased.

Bei dem erfindungsgemäßen Receiver 1 kann vorgesehen sein, dass die in dem Verbraucher abgekühlte Prozessluft direkt rückgeführt wird. Dies kann beispielsweise von der Unterseite des Receivers 1 aus erfolgen, was in 4 schematisch durch den Pfeil C dargestellt ist. Die Rückführung der Prozessluft als Rückluft erfolgt über das Luftrückführungssystem 170, wobei an geeigneter Stelle Düsen zum Ausblasen der Rückluft an die Frontseite 1a des Receivers 1 angeordnet sein können.In the receiver according to the invention 1 can be provided that the cooled in the consumer process air is recycled directly. This can be for example from the bottom of the receiver 1 done in what 4 is shown schematically by the arrow C. The return of the process air as return air via the air return system 170 , where at suitable location nozzles for blowing the return air to the front 1a of the receiver 1 can be arranged.

Der erfindungsgemäße Receiver 1 besitzt den Vorteil, dass durch die Trennung des Kühlsystems 29 von der Luftrückführung die Heißluftkanalstruktur 23 gezielt und mit einem hohen Wirkungsgrad gekühlt werden kann.The receiver according to the invention 1 has the advantage that by the separation of the cooling system 29 from the air return the hot air duct structure 23 can be cooled specifically and with high efficiency.

Darüber hinaus wird ein komplizierter Verlauf der Luftrückführung vermieden, wodurch die Druckverluste der Luftrückführung gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert sind. Dadurch, dass die Luftrückführung nicht, wie beim Stand der Technik, durch die Zwischenräume 40 zwischen den Absorberköpfen 13 hindurch verläuft, wird eine Wärmeübertragung über die Außenwände 13a der Absorberköpfe 13 vermieden, wodurch Wärmeenergieverluste reduziert werden können. Die Luftrückführung kann an geeigneter Stelle an die Frontseite 1a des Receivers 1 geleitet werden, wodurch eine sehr hohe und konstante Luftrückführrate erreicht werden kann. Dadurch kann ein sehr hoher Wirkungsgrad ermöglicht werden.In addition, a complicated course of air return is avoided, whereby the pressure losses of the air return over the prior art are significantly reduced. Because the air return is not, as in the prior art, through the spaces 40 between the absorber heads 13 passes through, is a heat transfer through the outer walls 13a the absorber heads 13 avoided, which heat energy losses can be reduced. The air return may be at a suitable location on the front 1a of the receiver 1 be passed, whereby a very high and constant air return rate can be achieved. As a result, a very high efficiency can be made possible.

Claims

Receiver ( 1 ) for solar energy production plants ( 100 ), with a supporting structure ( 7 ), which on a front side several absorber modules ( 11 ), each one in an absorber head ( 13 ) received front absorber body ( 17 ) and one to the absorber head ( 13 ) subsequent hot air duct structure ( 23 ), wherein the absorber body ( 17 ) is traversed by process air, which via the hot air duct structure ( 23 ) is supplied as a heat transfer medium to a consumer, wherein a cooling system operated with a cooling fluid ( 29 ) the hot air duct structure ( 23 ) and / or the support structure ( 7 ), characterized in that the cooling system ( 29 ) one of the absorber heads ( 13 ) spaced coolant outlet ( 31 ), whereby contact of the cooling fluid is prevented with the Absorberköpfen.

Receiver according to claim 1, characterized in that the process air after the supply to the consumer via an air return the absorber modules ( 11 ) is at least partially recycled as return air.

Receiver according to claim 2, characterized in that the recirculated return air of the front side ( 1a ) is supplied to the absorber modules ( 11 ) to be sucked.

Receiver according to claim 3, characterized in that the recirculated return air of the front ( 1a ) from the side of the receiver ( 1 ) or from below.

Receiver according to one of claims 2 to 4, characterized in that the cooling system ( 29 ) is independent of the air return.

Receiver according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling system ( 29 ) has a main cooling fluid flow that is cross-flowed to the process air.

Receiver according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cooling system ( 29 ) at least one in the support structure ( 7 ) arranged cooling channel ( 25 ) of the hot air duct structure ( 23 ) of the absorber modules ( 20 ) is penetrated.

Receiver according to claim 7, characterized in that the cooling channel internals ( 33 ) to the flow guide, wherein the internals ( 33 ) generate a cooling fluid secondary flow, which is conducted in cocurrent to the process air.

Receiver according to claim 8, characterized in that the internals ( 33 ) Are walls parallel to the hot air channel structure ( 23 ) passing passages ( 35 ) or secondary channels.

Receiver according to one of claims 1 to 9, characterized in that the cooling fluid is a gas and the cooling system ( 29 ) has a fan for generating the cooling fluid flow.

Receiver according to one of the preceding claims, characterized in that between adjacent absorber heads ( 13 ) a gap ( 40 ) is formed, wherein in the intermediate space ( 40 ) an insulation ( 41 ) of external walls ( 13a . 25a ) of the absorber heads ( 13 ) and / or the cooling channel ( 25 ) is arranged.

Receiver according to claim 11, characterized in that the intermediate space ( 40 ) is completely filled with insulation material.