DE2829675A1

DE2829675A1 - Solarenergiesammler mit absorber

Info

Publication number: DE2829675A1
Application number: DE19782829675
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Simon
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-07-06
Filing date: 1978-07-06
Publication date: 1980-05-29

Description

Solarenergiesammler mit Absorber
Die Erfindung betrifft einen Solarenergiesammier mit einem rohrförmigen Absorber für gebündelt einfallendes Licht aus einer daneben angeordneten Solarspiegelanlage und mit einem WErmetauscher für ein vorwiegend längs durchströmendes Arbeitsgas.
Derartige Sammler werden gewöhnlich an der Spitze eines Solarturms angeordnet, der am Rand oder inmitten eines Solarspiegelfelds steht und dessen aufgenommene Solarenergie empfängt. Durch den Sammler wird zur Kühlung Arbeitsgas, z.B. Umgebungsluft geleitet, das vom Sonnenlicht teils indirekt durch Wärmetausch, teils aber auch direkt aufgeheizt wird. Das aufgeheizte Arbeitsgas kann z.B. in einem offenen Arbeitsprozeß, im allgemeinen in einer Gasturbine nutzbar gemacht werden. In einem geschlossenen Arbeitsprozeß kann das Arbeitsgas außer Luft auch ein inertes Gas, z.B. He sein.
Zur Erzielung eines brauchbaren Gesamtwirkungsgrades eines derartigen Prozesses sind hohe erreichbare Arbeitsgastemperaturen und ein wirkungsvoller Wärmetauscher Voraussetzung.
Die bisher bekannt gewordenen Solarenergiesammler mit Absorber genügen diesen Anforderungen nicht.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Solarenergiesammler der eingangs bezeichneten Art aufzuzeigen, der durch guten Wärmetausch hohe Arbeitsgastemperaturen erreichen läßt und damit die'Möglichkeit eines ausreichenden Gesamtwirkungsgrades einer Solarenergieanlage schafft; außerdem soll der Sammler günstig herstellbar und lang haltbar sein.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Arbeitsgas tritt hierbei mit einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur von 300 bis 4000C in das rohrförmige Gehäuse aus Glas ein, kühlt dieses durch Vorbeiströmen unter eigener Erwärmung und wird unter recht wirksamen weiteren Wärmetausch am Absorber vorbeigeführt, gegebenenfalls auch etwa radial durch diesen hindurchgeführt; so erreicht es am Austritt eine Temperatur von 1000 bis 13000C.
Guter Wärmeübergang wird vor allem auch durch die in den Ansprüchen 2 bis 8 angegebenen baulichen Besonderheiten des Absorbers erzielt; es können deshalb große Strömungsquerschnitte verwendet werden, wodurch die Druckverluste gering bleiben. Die erforderliche Gasdichtheit und Festigkeit gegen Innendrücke von etwa 30 bis 40 bar bei mäßig hohen Temperaturen lassen sich bei einem rohrförmigen Gehäuse aus Glas ohne weiteres verwirklichen. Der aus weniger festem Keramikwerkstoff bestehende Absorber braucht keinen nennenswerten Druckunterschied auszuhalten; er ist selbsttragend ausgebildet und muß nur die erforderliche Temperaturbeständigkeit aufweisen.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung mit mehreren Ausführungsbeispielen erläutert; dabei zeigt Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Solarenergiesammler mit Gleichstromwärmetauscher im Querschnitt und Fig. 1' diesen Sammler im Längssschnitt gemäß Linie I-I, Fig. 2 einen geänderten Solarenergiesammler mit Gleichstromwärmetauscher und teilweise direktem Lichteinfall im Querschitt und Fig. 2' diesen Sammler im Längsschnitt gemäß Linie 11-11, Fig. 3 einen weiterhin geänderten Solarenergiesammler mit Gleichstromwärmetauscher mit direktem Lichteinfall im Querschnitt und Fig. 3' diesen Sammler gemäß Linie III-III im Längsschnitt, schließlich Fig. 4 einen Solarenergiesammler mit Gegenstromwärmetauscher im Querschnitt und Fig. 4' diesen Sammler im Längsschnitt gemäß Linie IV-IV.
Gemäß Fig. 1 und 1' ist innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses 1 aus Glas mit radialem Abstand zentrisch ein rohrförmiger Absorber 2 mit gasdurchlässiger Wand angeordnet, dessen Innenquerschnitt in Strömungsrichtung B, C des Arbeitsgases zunimmt. Der zwischen Gehäuse und Absorber gebildete Ringraum 5 ist (in der Zeichnung) oben durch eine Platte 7, der Absorberinnenraum 6 unten durch eine Platte 8 abgeschlossen. Das von unten her in Richtung B in den Ringraum 5 einströmende Arbeitsgas gelangt durch die durchlässige Wand des Absorbers in dessen Innenraum 6 und tritt dann in Richtung C zur Stelle der Nutzung hin aus. Die gebündelt einfallende Solarstrahlung A, A', A'l dringt durch das Glasgehäuse 1 in den Ringraum und trifft dort auf den Absorber 2.
Gemäß Fig. 2 und 2' weist die durchlässige Wandung des Absorbers auf der Hälfte seines Umfanges an der Einfall seite der Solarstrahlung A, A', A" durch prismenförmige Stege 2b gebildete Schlitze 3 auf; durch diese gelangt die einfallende Solarstrahlung auch in den Innenraum 6 des Absorbers.
Gemäß Fig. 3 und 3' weist der Absorber nur auf dem der einfallenden Solarstrahlung A, A', A'' abgewandten Umfangsteil eine durchlässige Wandung 2c auf; auf der der Solarstrahlung zugewandten Hälfte seines Umfanges, und zwar an einem dem Eingang abgewandten, (in der Zeichnung) oberen Teil seiner Länge, ist dagegen eine Glaswandung 4 vorgesehen, durch welche die einfallende Solarstrahlung auch in den Innenraum 6 des Absorbers gelangt.
Auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 wird durch an entgegengesetzten Stirnseiten angeordnete Platten 7 und 8 eine gleichgerichtete Zuströmung B und Abströmung C des Arbeitsgases bewirkt.
Beim AusSührungsbeispiel-nach.Fig. 4 und 4' ist dagegen an einer Stirnseite der Gesamtquerschnitt des Gehäuses 1 mit axialem Abstand vom Absorber 2 durch eine Platte 9 abgeschlossen; es handelt sich also um einen Gegenstromwärmetauscher, bei dem die Abströmrichtung C entgegengesetzt zur Zuströmrichtung B ist. Zur Verbesserung des Wärmetauschers trägt die Absorberwandung nach innen weisende Rippen 2d und 2e von abwechselnd unterschiedlicher Höhe.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Solarenergiesammler mit einem rohrförmigen Absorber für gebündelt einfallendes Licht aus einer daneben angeordneten Solarspiegelanlage und mit einem Wärmetauscher für ein vorwiegend längs durchströmendes Arbeitsgas, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (2, 2a und 2b, 2c, 2d und 2e) aus Keramik, Graphit Refraktärwerkstoff oder hochtemperaturfestem Metall besteht, -vorwiegend kreisringförmigen Querschnitt aufweist und mit radialem Abstand zumindest näherungsweise zentrisch innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses (1) aus Glas, z.B. Quarz glas oder Saphir, angeordnet ist, und daß das Arbeitsgas in der Zuströmrichtung (B) in den zwischen Gehäuse und Absorber gebildeten Ringraum (5) hereingeleitet und in der Abströmrichtung (C) aus dem Innenraum (6) des Absorbers herausgeleitet wird (Fig. 1 und 1' bzw. 2 und 2' bzw. 3 und 3' bzw. 4 und 4').
2. Solarenergiesammler nach Anspruch 1, dadurch ge-Rennzeichnet, daß der Absorber (2, 2a und 2b, 2c) aus gasdurchlässigem Werkstoff besteht und auch etwa radial von außen nach innen durchströmt wird (Fig. 1 und 1' bzw. 2 und 2' bzw 3 und 3').
3. Solarenergiesamnler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenquerschnitt des Absorbers (2) in der Haupt strömungsrichtung (B, C) des Arbeitsgases zunimmt (Fig. 1').
4. Solarenergiesammler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber an der Einfallseite der Solarstrahlung (A, A', A'') auf einem Teil, vorwiegend der Hälfte seines Umfangs, durch prismenförmige Stege (2b) gebildete Schlitze (3) in der Wandung aufweist, durch welche die Solarstrahlung (A, A', A'') ins Innere des Absorbers gelangt (Fig. 2 und 2').
5. Solarenergiesamnler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber an der Binfallseite der Solarstrahlung (A, A', A ") auf einem Teil, vorwiegend der Hälfte seines Umgangs, und zwar an einem dem Gaseintritt abgewandten Teil seiner Länge, aus Glas, z.B.

Quarzglas oder Saphir, in Form eines Teilzylinders (4) oder einer vorzugsweise ebenen Platte besteht, durch welchen bzw. durch welche die Solarstrahlung ins Innere des Absorbers gelangt (Fig. 3 und 3').
6. Solarenergiesammler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Ringraums (5) und des Absorberinnenraums (6) durch je eine an entgegengesetzten Enden befindliche Platte (7 bzw. 8) abgeschlossen ist, so daß die Abströmrichtung (C) gleich der Zuströmrichtung (B) ist (Fig. 1', 2', 3').
7. Solarenergiesammler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (2) aus gasundurchlässigem Werkstoff besteht und etwa radial nach innen weisende Rippen (2d, 2e) vorzugsweise von abwechselnd unterschiedlicher Höhe trägt (Fig. 4 und 4').
8. Solarenergiesammler nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt des Gehäuses (1) an einem Ende mit axialem Abstand vom Absorber (2) durch eine Platte (9) abgeschlossen ist, so daß die Abströmrichtung (C) entgegengesetzt zur Zuströmrichtung (B) ist (Fig. 4').