DE102019209241A1 - Geschlossener solarthermischer Receiver für Luft und andere gasförmige Medien und solarthermische Turmanlage mit einem solchen Receiver - Google Patents

Geschlossener solarthermischer Receiver für Luft und andere gasförmige Medien und solarthermische Turmanlage mit einem solchen Receiver Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen geschlossenen solarthermischen Receiver (4) zur Absorption von auf diesen gerichteter konzentrierter Sonnenstrahlung. Ferner betrifft die Erfindung eine solarthermische Turmanlage (1) mit einem solchen solarthermischen Receiver (4).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen solarthermischen Receiver zur Absorption von auf diesen gerichteter konzentrierter Sonnenstrahlung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine solarthermische Turmanlage mit einem solchen Receiver.
  • Solarthermische Turmanlagen sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Sie umfassen einen Turm, einen solarthermischen Receiver, der im oberen Bereich des Turms angeordnet ist und dort ein Wärmeträgermedium erhitzt, sowie eine Vielzahl von am Boden angeordneten Heliostaten, die derart ausgerichtet werden, dass ihre Spiegel die Sonnenstrahlung zu dem Receiver reflektieren. In dem Receiver wird die konzentrierte Sonnenstrahlung in Wärme umgewandelt und auf das Wärmeträgermedium übertragen. Das erwärmte Wärmeträgermedium wird dann einem geeigneten Wärmeverbraucher bzw. einem Wärmespeicher zur späteren Verwendung zugeführt.
  • Als Wärmeträgermedium für solarthermische Receiver kann ein gasförmiges Wärmeträgermedium verwendet werden, beispielsweise Luft. Ein gasförmiges Medium wie Luft hat den Vorteil, dass es sehr einfach für die Beladung und Entladung eines Feststoff-Wärmespeichers verwendet werden kann. Ein solcher Feststoff-Wärmespeicher ist besonders kostengünstig, sofern er mit so geringem Druck betrieben wird, dass er nicht als Druckbehälter einzustufen ist.
  • Ein Problem besteht darin, das gasförmige Wärmeträgermedium mit einem geeigneten solarthermischen Receiver so zu erhitzen, dass sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt und das System zugleich unempfindlich gegenüber Verunreinigungen aus der Umgebungsluft ist. Für einen hohen Wirkungsgrad müssen insbesondere die Wärmeverluste durch Strahlung und Konvektion an die Umgebung so gering wie möglich gehalten werden.
  • Ein gasförmiges Wärmeträgermedium kann Energie aus Sonnenstrahlung grundsätzlich nur sehr begrenzt als Wärme auf direktem Weg aufnehmen. Daher dient der Receiver als Zwischenmedium für die Wärmeübertragung. Der Receiver wird durch die auftreffende konzentrierte Sonnenstrahlung erhitzt und von dem gasförmigen Wärmeträgermedium gekühlt. In diesem Zusammenhang sind verschiedene Receiver-Bauarten möglich.
  • Bei einer ersten Receiver-Bauart nimmt der Receiver die Strahlungswärme an seiner Außenfläche auf und ein gasförmiges Wärmeträgermedium trägt die Wärme von derselben Außenfläche ab. Die Außenfläche kann dabei porös und für das Gas durchlässig sein. Zugleich kann die Sonnenstrahlung ein Stück weit in das poröse Receiver-Material eindringen. Bezogen auf diese Receiver-Bauart sind grundsätzlich zwei Varianten möglich.
  • Bei der einen Variante ist der Transportweg des gasförmigen Wärmeträgermediums an dem Receiver gegenüber der Umgebung offen, weshalb man von einem offenen, volumetrischen solarthermischen Receiver spricht. Bei einem solchen offenen solarthermischen Receiver nimmt Umgebungsluft an dem Prozess der Wärmeübertragung teil. Ein Nachteil dieser Technik besteht darin, dass Fremdstoffe aus der Umgebungsluft unkontrolliert in den Receiver und damit auch in den Transportweg des Wärmeträgermediums eindringen können.
  • Bei der anderen Variante befindet sich zwischen der Absorptionsfläche des Receivers und der Umgebungsluft eine transparente Barriere, beispielsweise in Form von Quarzglas, wobei das zu erhitzende Wärmeträgermedium den Receiver zwischen der transparenten Barriere und der Absorptionsfläche durchströmt. Entsprechend ist das Wärmeträgermedium durch die transparente Barriere von der Umgebungsluft und damit von den in der Umgebungsluft enthaltenen Verunreinigungen abgeschirmt. Man spricht hier von einem geschlossenen solarthermischen Receiver. Dafür muss die Sonnenstrahlung allerdings die transparente Barriere durchdringen. Ein Nachteil dieser Technik besteht darin, dass Verunreinigungen der transparenten Barriere zur Absorption von Strahlungsenergie und damit zur lokalen Überhitzung führen können.
  • Bei der zweiten Receiver-Bauart, bei der es sich ebenfalls um einen geschlossenen solarthermischen Receiver handelt, nimmt der Receiver die Wärme an seiner Außenfläche auf. Die Wärmeabfuhr über das Wärmeträgermedium erfolgt hingegen an der Innenfläche des Receivers. Entsprechend muss die Wärme die Außenwandung des Receivers von außen nach innen durchdringen. Ein Vorteil dieser Receiver-Bauart besteht darin, dass sie unempfindlich gegenüber Verunreinigungen aus der Umgebungsluft ist. Zudem kann die Innenfläche mit Strukturelementen für den Wärmeabtrag deutlich größer ausgeführt werden als die Außenfläche für den Wärmeeintrag.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen alternativen solarthermischen Receiver sowie eine alternative solarthermische Turmanlage mit einem solchen Receiver zu schaffen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen geschlossenen solarthermischen Receiver zur Absorption von auf diesen gerichteter konzentrierter Sonnenstrahlung, umfassend zumindest eine Wärmeträgermediumzuführleitung zum Zuführen eines bevorzugt gasförmigen Wärmeträgermediums, eine Mehrzahl von Absorptionsbereiche definierenden Receivereinheiten, die parallel geschaltet an die zumindest eine Wärmeträgermediumzuführleitung angeschlossen sind, und zumindest eine Wärmeträgermediumabführleitung, an welche die Receivereinheiten parallel geschaltet angeschlossen sind, wobei die Receivereinheiten im jeweiligen Absorptionsbereich, der während des Betriebs der konzentrierten Sonnenstrahlung ausgesetzt wird, eine Außenfläche mit sich ausgehend von einem vorderen freien Ende des Absorptionsbereiches vergrößerndem Durchmesser aufweisen, insbesondere eine nach Art eines Paraboloiden geformte Außenfläche, die Receivereinheiten im Innern einen Strömungskanal definieren, der sich kommend von der Wärmeträgermediumzuführleitung über einen Auskoppelungsbereich zunächst im Wesentlichen zentrisch durch die Receivereinheit zur Innenseite des vorderen freien Endes des Absorptionsbereiches und dann entlang der Innenseite der Außenfläche des Absorptionsbereiches über einen Einkoppelungsbereich zurück in Richtung der zumindest einen Wärmeträgermediumabführleitung erstreckt, und die Receivereinheiten eine clusterartige Anordnung aufweisen, bei der die Absorptionsbereiche benachbart zueinander angeordnet und die vorderen freien Enden der Absorptionsbereiche im Wesentlichen zur einfallenden Sonnenstrahlung ausgerichtet sind.
  • Der erfindungsgemäße geschlossene solarthermische Receiver weist mehrere Vorteile auf. Zum einen kommt das Wärmeträgermedium aufgrund seiner geschlossenen Bauweise bzw. aufgrund der im Innern der Receivereinheiten ausgebildeten Strömungskanäle nicht mit der Umgebungsluft in Kontakt, weshalb keine Verunreinigungen von der Umgebungsluft in das Wärmeträgermedium gelangen können. Zum anderen wird aufgrund der Führung der Strömungskanäle eine sehr effektive Erwärmung des Wärmeträgermediums bei sehr gutem Wirkungsgrad erzielt. Das Wärmeträgermedium wird nämlich von der Wärmeträgermediumzuführleitung kommend zunächst zu den vorderen freien Enden der jeweiligen Absorptionsbereiche und somit zur jeweiligen Innenseite derjenigen Abschnitte der Außenflächen der Absorptionsbereiche geleitet, welche der konzentrierten Sonnenstrahlung direkt zugewandt sind. Je kälter das Wärmeträgermedium noch ist, desto besser ist dort seine Wirksamkeit beim Abtransport von Wärme. Anschließend strömt das Wärmeträgermedium über die Innenseiten von Außenflächen der Absorptionsbereiche, auf welche die Sonnenstrahlung schräg auftrifft. Dank der Art der clusterartige Anordnung, bei der die Absorptionsbereiche benachbart zueinander angeordnet und die vorderen freien Enden der Absorptionsbereiche im Wesentlichen zur einfallenden Sonnenstrahlung ausgerichtet sind, strahlt die abgestrahlte Wärmestrahlung von den schräg zur Einstrahlung angeordneten Flächen auf Absorptionsbereiche benachbarter Receivereinheiten, wo erneut eine Wärmegewinnung stattfinden kann. Gleiches gilt für den nicht absorbierten und daher reflektierten Anteil der schräg auftreffenden Sonnenstrahlung. Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäß angeordneter Receivereinheiten besteht darin, dass die natürliche Konvektion auf der Außenseite behindert wird. Damit kann die sich ansammelnde Wärme eher nach innen an das Wärmeträgermedium abgeführt werden, als dass sie an die Umgebung verloren geht.
  • Vorteilhaft sind die Receivereinheiten aus technischen Keramiken und/oder Metall, bevorzugt Hochtemperaturstahl hergestellt, um bei den während des Betriebs vorherrschenden hohen Temperaturen eine zufriedenstellende Lebensdauer zu erzielen.
  • Die Außenflächen der vorderen freien Enden der Absorptionsbereiche sind gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Receivereinheiten abgeflacht ausgebildet sind, um die Wärmegewinnung dort zu optimieren.
  • Vorteilhaft weisen die Innenseiten der Außenflächen der Absorptionsbereiche die Oberfläche vergrößernde Strukturelemente oder eine solcherart wirkende Strukturierung auf, um den Wärmeübertrag von den Receivereinheiten auf das Wärmeträgermedium zu vergrößern. Dafür können die Innenseiten mit einwärts vorstehenden Strukturelementen versehen sein, welche die Oberfläche vergrößern. Alternativ oder zusätzlich kann die Strukturierung durch eine aufgeraute oder poröse Oberfläche der Innenseite erzielt werden.
  • Im Ergebnis werden eine sehr gute Leistung und ein sehr guter Wirkungsgrad bei der Umwandlung von konzentrierter Sonnenstrahlung in Wärme erzielt.
  • Bevorzugt sind die Receivereinheiten an ihrem Außenumfang mit vorteilhaft selbstabdichtenden Anlageflächen versehen, an denen Anlageflächen benachbarter Receivereinheiten bevorzugt flächig anliegen, wobei sich die Anlageflächen einer Receivereinheit bevorzugt an deren Absorptionsbereich anschließen. Mit Hilfe solcher Anlageflächen lässt sich in einfacher und preiswerter Weise eine stabile, leicht zu montierende, sich selbst abdichtende, clusterartige Anordnung mit einer nur geringen Anzahl von Bauteilen herstellen.
  • Vorteilhaft definieren die Anlageflächen der Receivereinheiten jeweils ein Vieleck, bevorzugt ein gleichmäßiges Sechseck, so dass die clusterartige Anordnung eine wabenförmige Anordnung bildet. Auf diese Weise wird eine sehr dichte Anordnung der einzelnen Receivereinheiten bewirkt, wodurch sich der Wirkungsgrad optimieren lässt.
  • Die zumindest eine Wärmeträgermediumzuführleitung und/oder die zumindest eine Wärmeträgermediumabführleitung erstreckt bzw. erstrecken sich bevorzugt durch Anlageflächen der Receivereinheiten, was insbesondere hinsichtlich der Fertigung, Montage und Dichtheit des Receivers von Vorteil ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die zumindest eine Wärmeträgermediumabführleitung auf einer den vorderen freien Enden der Receivereinheiten abgewandten Seite der zumindest einen Wärmeträgermediumzuführleitung. Damit ist der heiße Wärmeträgermediumhauptstrom vom kalten Wärmeträgermediumhauptstrom gegenüber der Umgebung abgeschirmt, wodurch eine weitere Wirkungsgradsteigerung bewirkt werden kann.
  • Die Receivereinheiten sind bevorzugt entlang einer im Wesentlichen kegelförmigen bzw. zylindrischen Fläche oder einem Segment einer Kegel- bzw. Zylinderfläche angeordnet, wobei ihre vorderen freien Enden radial auswärts weisen. Entsprechend kann konzentrierte Sonnenstrahlung von allen Seiten oder auch nur von einem Seitenbereich sehr effektiv auf den Receiver gerichtet werden. Dies ermöglicht sowohl die Aufstellung sehr vieler Heliostate, wodurch die Leistung einer solarthermischen Turmanlage erhöht werden kann, als auch die Aufstellung des zugehörigen Solarturms im Nahbereich von bereits vorhandenen Anlagen und Bauwerken.
  • Vorteilhaft erfolgt die Zuströmung von der zumindest einen Wärmeträgermediumzuführleitung über einen seitlich davon abzweigenden Auskopplungsbereich zu dem Strömungskanal einer Receivereinheit und die Abströmung aus dem Strömungskanal einer Receivereinheit über einen in die zumindest eine Wärmeträgermediumabführleitung seitlich einmündenden Einkopplungsbereich.
  • Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine solarthermische Turmanlage, die einen erfindungsgemäßen Receiver aufweist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das die erfindungsgemäße Turmanlage einen ein gasförmiges Wärmeträgermedium verdichtenden Verdichter, einen Turm, in dessen oberem Bereich der Receiver angeordnet ist, der über die zumindest eine Wärmeträgermediumzuführleitung mit vom Verdichter verdichtetem Wärmeträgermedium versorgt wird und der zumindest mit einer Wärmeträgermediumabführleitung verbunden ist, einen Wärmeverbraucher, optional einen Wärmespeicher, der bevorzugt als Feststoff-Wärmespeicher ausgeführt ist, und eine Vielzahl von am Boden angeordneten Heliostaten, wobei die Heliostaten derart ausgerichtet werden, dass sie die Sonnenstrahlung zu den Absorptionsbereichen der Receivereinheiten des Receivers reflektieren, bevorzugt derart, dass die reflektierte Sonnenstrahlung im Brennfleck auf die Absorptionsbereiche auftrifft.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Darin ist
    • 1 eine schematische Ansicht einer solarthermischen Turmanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine schematische Teilansicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Receivereinheiten eines Receivers der in 1 dargestellten Turmanlage zeigt; und
    • 3 eine Schnittansicht durch eine in 2 dargestellte Receivereinheit.
  • 1 zeigt schematisch eine solarthermische Turmanlage 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die solarthermische Turmanlage 1 umfasst vorliegend einen Wärmeträgermediumkreislauf 2, durch den ein vorliegend gasförmiges Wärmeträgermedium geleitet wird, beispielsweise Luft. In den Wärmeträgermediumkreislauf 2 eingebunden sind ein das Wärmeträgermedium verdichtender Verdichter 3, ein solarthermischer Receiver 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der über eine Wärmeträgermediumzuführleitung 5 mit dem vom Verdichter 3 verdichteten Wärmeträgermedium versorgt wird, eine Wärmeträgermediumabführleitung 6, ein Wärmeverbraucher 9, beispielsweise in Form eines Abhitzedampferzeugers, und optional ein Wärmespeicher 8, der als Feststoff-Wärmespeicher ausgebildet sein kann. Von dem Wärmeverbraucher 9 und dem Wärmespeicher 8 kann das Wärmeträgermedium über eine weitere Verbindungsleitung 10 dann wieder zurück zum Verdichter 3 geleitet werden, sofern der Wärmeträgermediumkreislauf 2 an dieser Stelle geschlossen ausgeführt ist.
  • Die solarthermische Turmanlage 1 umfasst ferner einen Turm 11, in dessen oberem Bereich der Receiver 4 angeordnet ist, und eine Vielzahl von am Boden 12 angeordneten Heliostaten 13, die ring- oder ringsegmentartig um den Turm 11 herum positioniert sind. Die Heliostaten 13 werden derart angeordnet und ausgerichtet, dass sie Sonnenstrahlung 14 reflektieren und damit auf den Receiver 4 konzentrieren. Die Heliostaten 13 werden dafür in zumindest zwei Achsen der Sonne motorisch nachgeführt.
  • Während des Betriebs der solarthermischen Turmanlage 1 wird das gasförmige Wärmeträgermedium unter Einsatz des Verdichters 3 verdichtet und über die Wärmeträgermediumzuführleitung 5 dem Receiver 4 zugeführt. Die Heliostaten 13 bündeln und konzentrieren die Sonnenstrahlung 17 auf den Receiver 4, der von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird. Hierbei wird das Wärmeträgermedium auf Temperaturen im Bereich von mehreren hundert Grad Celsius erhitzt. Das erhitzte Wärmeträgermedium wird dann über die Wärmeträgermediumabführleitung 6 in Richtung des Wärmeverbrauchers 9 bzw. in Richtung des Wärmespeichers 8 geführt, wo das Wärmeträgermedium seine Wärme abgibt und entsprechend abgekühlt wird. Das abgekühlte Wärmeträgermedium kann dann über die Verbindungsleitung 10 und die Wärmeträgermediumzuführleitung 5 zurück zum Receiver 4 geleitet werden, sofern der Kreislauf zwischen Wärmeverbraucher 9, Wärmespeicher 8 und Verdichter 3 geschlossen ist.
  • 2 zeigt einen Teilbereich des in 1 dargestellten solarthermischen Receivers 4, der als geschlossener Receiver ausgeführt und aus einer clusterartigen Anordnung von Receivereinheiten 15 gebildet ist, und 3 eine einzelne Receivereinheit 15. Die Receivereinheiten 15, die vorliegend aus technischer Keramik und/oder Metall hergestellt sind, sind jeweils aus einem Stück hergestellt oder aus mehreren getrennt gefertigten Einzelstücken zusammengesetzt. Sie sind parallel geschaltet an die Wärmeträgermediumzuführleitung 5 sowie an die Wärmeträgermediumabführleitung 6 angeschlossen und definieren jeweils einen Absorptionsbereich 16, auf den von den Heliostaten 13 die Sonnenstrahlung 14 als Sonnenstrahlung 17 reflektiert wird und der zur Absorption der Strahlungswärme ausgelegt ist. Die Receivereinheiten 15 weisen im jeweiligen Absorptionsbereich 16 eine Außenfläche 19 mit sich ausgehend von einem vorderen freien Ende 18 vergrößerndem Durchmesser auf, die vorliegend nach Art eines Paraboloiden geformt ist. Ferner definiert jede Receivereinheit 15 im Innern einen Strömungskanal 20, der sich kommend von der Wärmeträgermediumzuführleitung 5 im Wesentlichen zentrisch durch die Receivereinheit 15 zur Innenseite 21 des vorliegend abgeflacht ausgebildeten vorderen freien Endes 18 des Absorptionsbereiches 16 und dann entlang der Innenseite 22 der Außenfläche 19 des Absorptionsbereiches 16 zurück in Richtung der Wärmeträgermediumabführleitung 6 erstreckt. Die Innenseiten 21 und 22 weisen bevorzugt die Oberfläche vergrößernde Strukturelemente und/oder eine entsprechend wirkende Strukturierung, beispielsweise in Form eine rauen und/oder porösen Oberfläche auf, um den Wärmeübertrag von der Receivereinheit 15 auf das Wärmeträgermedium zu vergrößern. Die Einleitung des Wärmeträgermediums aus der Wärmeträgermediumzuführleitung 5 in den Strömungskanal 20 einer Receivereinheit 15 erfolgt vorliegend jeweils über einen seitlich von der Wärmeträgermediumzuführleitung 5 abzweigenden Auskopplungsbereich 23, die Ausleitung aus dem Strömungskanal 20 einer Receivereinheit 15 in die Wärmeträgermediumauslassleitung 6 über einen seitlich einmündenden Einkopplungsbereich 24, wobei Auskopplungsbereich 23 und Einkopplungsbereich 24 jeweils strömungstechnisch günstig mit der zugeordnete Wärmeträgermediumzuführleitung 5 bzw. Wärmeträgermediumabführleitung 6 verbunden sind. Am Außenumfang ist jede Receivereinheit 15 mit Anlageflächen 25 versehen, an denen Anlageflächen 25 benachbarter Receivereinheiten 15 bevorzugt flächig selbstabdichtend anliegen und die sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel direkt an den Absorptionsbereich 16 anschließen. Die Anlageflächen 25 sind vorliegend jeweils in Form gleichmäßiger Sechsecke angeordnet, wodurch die clusterartige Anordnung der Receivereinheiten 15 eine wabenförmige Gestalt erhält, wie es in 2 dargestellt ist. Die Receivereinheiten 15 sind bei der in 2 dargestellten Ausführungsform entlang einer im Wesentlichen kegelförmigen bzw. zylindrischen Fläche oder einem Segment einer Kegel- bzw. Zylinderfläche angeordnet, wobei die vorderen freien Enden 18 der Absorptionsbereiche 16 radial auswärts weisen. Entsprechend ist stets zumindest ein Absorptionsbereich 16 eines Receiverelements 15 der Sonnenstrahlung 17 mindestens eines der ring- oder teilringsegmentartig um oder an dem Turm 11 positionierten Heliostaten 13 zugewandt. Die Wärmeträgermediumabführleitung 6 erstreckt sich auf einer den vorderen freien Enden 18 der Receivereinheiten 15 abgewandten Seite der Wärmeträgermediumzuführleitung 5, so dass sie von der Umgebung abgeschirmt ist.
  • Der zuvor beschriebene geschlossene solarthermische Receiver 4 weist mehrere Vorteile auf. Zum einen kommt das Wärmeträgermedium aufgrund der geschlossenen Bauweise bzw. aufgrund der im Innern der Receivereinheiten 15 ausgebildeten Strömungskanäle 20 nicht mit der Umgebung in Kontakt, weshalb keine Verunreinigungen von der Umgebungsluft in das Wärmeträgermedium gelangen können. Zum anderen wird aufgrund der Führung der Strömungskanäle 20 eine sehr effektive Erwärmung des Wärmeträgermediums bei sehr gutem Wirkungsgrad erzielt. Das Wärmeträgermedium wird von der Wärmeträgermediumzuführleitung 5 kommend zunächst zu den Innenseiten 21 der vorderen freien Enden 18 der Absorptionsbereiche 16 geleitet, die der konzentrierten Sonnenstrahlung 17 direkt zugewandt sind. Anschließend strömt das Wärmeträgermedium über die Innenseiten 22 von Außenflächen 19 der Absorptionsbereiche 16, auf welche die Sonnenstrahlung 17 schräg auftrifft. Dank der Art der clusterartige Anordnung, bei der die Absorptionsbereiche 16 benachbart zueinander angeordnet und die vorderen freien Enden 18 der Absorptionsbereiche 16 im Wesentlichen zur einfallenden Sonnenstrahlung 17 ausgerichtet sind, wird die von den Absorptionsbereichen 16 abgestrahlte Wärmestrahlung bei der schräg auftreffenden Sonnenstrahlung 17 zu den Absorptionsbereichen 16 benachbarter Receivereinheiten 15 reflektiert, wo erneut eine Wärmegewinnung stattfinden kann. Gleiches gilt für reflektierte und damit nicht absorbierte Anteile schräg auftreffender Sonnenstrahlung 17. Ein weiterer Vorteil der clusterartigen Anordnung der Receivereinheiten 15 besteht darin, dass Wärmeverluste durch Behinderung der natürlichen Konvektion auf der Außenseite reduziert werden. Damit kann die sich ansammelnde Wärme eher nach innen an das Wärmeträgermedium abgeführt werden, als dass sie an die Umgebung verloren geht. Durch Strukturelemente und Strukturierung der Innenseiten 21 und 22 der Absorptionsbereiche 16 wird der Wärmeübertrag von den Receivereinheiten 15 auf das Wärmeträgermedium optimiert. Die Auskopplungsbereiche 23 und die Einkopplungsbereiche 24 sorgen für einen geringen Druckverlust und eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgermediums auf die clusterartig angeordneten und dabei parallel geschalteten Receivereinheiten 15. Die Anordnung der Wärmeträgermediumabführleitung 6 verhindert Wärmeverluste. Im Ergebnis werden eine sehr gute Leistung und ein sehr guter Wirkungsgrad bei der Umwandlung von konzentrierter Sonnenstrahlung in Wärme erzielt.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (12)

  1. Geschlossener solarthermischer Receiver (4) zur Absorption von auf diesen gerichteter konzentrierter Sonnenstrahlung (17), umfassend zumindest eine Wärmeträgermediumzuführleitung (5) zum Zuführen eines bevorzugt gasförmigen Wärmeträgermediums, eine Mehrzahl von Absorptionsbereiche (16) definierenden Receivereinheiten (15), die parallel geschaltet an die zumindest eine Wärmeträgermediumzuführleitung (5) angeschlossen sind, und zumindest eine Wärmeträgermediumabführleitung (6), an welche die Receivereinheiten (15) angeschlossen sind, wobei die Receivereinheiten (15) im jeweiligen Absorptionsbereich (16), der während des Betriebs der konzentrierten Sonnenstrahlung (17) ausgesetzt wird, eine Außenfläche (19) mit sich ausgehend von einem vorderen freien Ende (18) vergrößerndem Durchmesser aufweisen, die Receivereinheiten (15) im Innern einen Strömungskanal (20) definieren, der sich kommend von der Wärmeträgermediumzuführleitung (5) zunächst im Wesentlichen zentrisch durch die Receivereinheit (15) zur Innenseite (21) des vorderen freien Endes (18) des Absorptionsbereiches (16) und dann entlang der Innenseite (22) der Außenfläche (19) des Absorptionsbereiches (16) zurück in Richtung der zumindest einen Wärmeträgermediumabführleitung (6) erstreckt, und die Receivereinheiten (15) eine clusterartige Anordnung aufweisen, bei der die Absorptionsbereiche (16) benachbart zueinander angeordnet und die vorderen freien Enden (18) der Absorptionsbereiche (16) im Wesentlichen zur einfallenden Sonnenstrahlung (17) ausgerichtet sind.
  2. Receiver (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Receivereinheiten (15) aus technischen Keramiken und/oder aus Metall hergestellt sind.
  3. Receiver (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen der vorderen freien Enden (18) der Absorptionsbereiche (16) abgeflacht ausgebildet sind.
  4. Receiver (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten (21) und/oder (22) der Außenflächen (18) und/oder (19) der Absorptionsbereiche (16) die Oberfläche vergrößernde Strukturelemente oder eine solcherart wirkende Strukturierung aufweisen.
  5. Receiver (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Receivereinheiten (15) an ihrem Außenumfang mit vorteilhaft selbstabdichtenden Anlageflächen (25) versehen sind, an denen Anlageflächen (25) benachbarter Receivereinheiten (15) bevorzugt flächig anliegen, wobei sich die Anlageflächen (25) einer Receivereinheit (15) bevorzugt an deren Absorptionsbereich (16) anschlie-ßen.
  6. Receiver (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (25) der Receivereinheiten (15) jeweils ein Vieleck definieren, bevorzugt ein gleichmäßiges Sechseck, so dass die clusterartige Anordnung eine wabenförmige Anordnung bildet.
  7. Receiver (4) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zumindest eine Wärmeträgermediumzuführleitung (5) und/oder die zumindest eine Wärmeträgermediumabführleitung (6) durch Anlageflächen (25) der Receivereinheiten (15) erstreckt.
  8. Receiver (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zumindest eine Wärmeträgermediumabführleitung (6) auf einer den vorderen freien Enden (18) der Receivereinheiten (15) abgewandten Seite der zumindest einen Wärmeträgermediumzuführleitung (5) erstreckt.
  9. Receiver (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Receivereinheiten (15) entlang einer im Wesentlichen kegelförmigen bzw. zylindrischen Fläche oder einem Segment einer Kegel- bzw. Zylinderfläche angeordnet sind, wobei ihre vorderen freien Enden (18) radial auswärts weisen.
  10. Receiver (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmung von der zumindest einen Wärmeträgermediumzuführleitung (5) über einen jeweils seitlich abzweigenden Auskopplungsbereich (23) zu dem Strömungskanal (20) einer Receivereinheit (15) und die Abströmung aus dem Strömungskanal (20) einer Receivereinheit (15) über einen jeweils seitlich einmündenden Einkopplungsbereich (24) in die zumindest eine Wärmeträgermediumabführleitung (6) erfolgt.
  11. Solarthermische Turmanlage (1) mit einem solarthermischen Receiver (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Turmanlage (1) nach Anspruch 11, umfassend einen ein gasförmiges Wärmeträgermedium verdichtenden Verdichter (3), einen Turm (11), in dessen oberem Bereich der Receiver (4) angeordnet ist, der über die zumindest eine Wärmeträgermediumzuführleitung (5) mit vom Verdichter (3) verdichtetem Wärmeträgermedium versorgt wird, einen Wärmeverbraucher (9), optional einen Wärmespeicher (8), der bevorzugt als Feststoff-Wärmespeicher ausgeführt ist, und eine Vielzahl von am Boden (12) angeordneten Heliostaten (13), wobei die Heliostaten (13) derart ausgerichtet werden, dass sie die Sonnenstrahlung (17) zu den Absorptionsbereichen (16) der Receivereinheiten (15) des Receivers (4) reflektieren, bevorzugt derart, dass die reflektierte Sonnenstrahlung (17) im Brennfleck auf die Absorptionsbereiche (16) auftrifft.
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