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Absorber für Sonnenkollektoren
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorber mit einem Wärmeträger
für mit gebündelten Sonnenstrahlen arbeitende Sonnenkollektoren.
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Bei den bekannten Parabol-Sonnenkollektoren wird beispielsweise das
Sonnenlicht mit großen Zylinder-Parabolspiegeln gebündelt und von einem rohrförmigen
Absorber, der in der Brennlinie des Spiegels angeordnet ist, aufgenommen und als
Wärmeenergie dem in dem Absorber strömenden Arbeitsmedium übertragen.
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Hohe Leistungsanforderungen an derartige Anlagen erfordern eine möglichst
hohe Sonnenenergieaufnahme, die dann hochverdichtet auf den Absorber gerichtet wird.
Bei derartigen
Energiedichten ist jedoch die Gefahr gegeben, daß
der Absorber stellenweise überhitzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Absorber der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem keine Gefahr einer Überhitzung und damit eine
Zerstörung des Absorbers durch Einstrahlungen hoher Energien besteht.
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Die Aufgabe ist durch einen Hohlkörper, der den Wärmeträger aufnimmt
und eine Öffnung für den Strahlungseintritt enthält, sowie durch ein im Hohlkörper
angeordnetes Keramikelement gelöst, das die durch die Öffnung in den Hohlkörper
einfallende Strahlungsenergie aufnimmt und als Wärme strahlung an den Wärmeträger
überträgt.
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Hiermit ist es in einer sehr einfachen Art möglich, die konzentrierte,
hochenergetische Sonnenstrahlung auf einen temperaturbeständigen Körper auftreffen
zu lassen und damit schädliche Übertemperaturen zu vermeiden, während gleichzeitig
diese Energie mit einem hohen Wirkungsgrad an den Wärmeträger weitergeleitet wird.
Die Wärmeübertragung durch Abstrahlung gewährleistet außerdem, trotz der schlechten
Wärmeleitfähigkeit des Keramikkörpers einen guten Wärmeübergang an das Arbeitsmedium.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Keramikkörper
im Gehäuse zentrisch und rotierbar angeordnet.
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Die momentan aufgenommene Energie wird durch die Drehung des Keramikkörpers
im Innenraum des Hohlkörpers abgestrahlt, so daß ein Verlust durch Rückstrahlung
durch die Öffnung minimiert wird. Der Wirkungsgrad des Absorbers wird ferner dadurch
verbessert, daß der Keramikkörper zumindest an den nicht von den Sonnenstrahlen
beaufschlagten Seiten vom Arbeitsmedium bzw. vom Wärmeträger umgeben ist. Dieses
kann entweder dadurch geschehen, daß das Gehäuse direkt zur Führung des Wärmeträgers
dient und damit der Keramikkörper umspült wird, wobei die Öffnung für die Sonnenstrahlung
mit einer strahlendurchlässigen Scheibe abgedichtet ist.
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Diese Ausführung ist insbesondere für gasförmige Arbeitsmedien von
Vorteil.
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Es ist ferner möglich, den Wärmeträger in Rohren zu leiten, die innerhalb
des Gehäuses bis auf den Strahleneinfallsektor um den Keramikkörper herum angeordnet
sind. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn eine Vielzahl von Rohren verwendet wird,
die in mehreren Reihen angeordnet eine geschlossene Wand gegenüber der vom Keramikkörper
emittierten Wärme strahlung bildet.
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Der Hohlkörper kann entweder aus Metall oder aus einem Kunststoff
hergestellt sein, der mit einem isolierenden Material ausgekleidet ist, wobei auf
der Oberfläche der Isolierschicht eine strahlenreflektierende Schicht aufgetragen
ist. Hierdurch ist gewährleistet, daß die im Hohlraum-Absorber eingefangene Energie
nahezu vollständig genutzt werden kann.
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Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen je ein Ausführungsbeispiel.
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In Fig. 1 ist ein Absorber 10 mit einem rohrförmigen Hohlkörper 11
und einem konzentrisch in diesem angeordneten, zylindrischen Keramikelement 12 im
Querschnitt dargestellt.
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Der Hohlkörper 11 ist mit wärmeisolierendem Schaumstoff 13 ausgekleidet,
dessen Oberfläche eine strahlenreflektierende Schicht 14, beispielsweise eine Metallfolie
aus einem hochschmelzenden Metall trägt, die gleichzeitig zur Abdichtung des Innenraumes
gegenüber dem Schaumstoff 13 dient. Für den Keramikkörper 12 kann beispielsweise
Siliziumkarbid oder anderer hochwertiger Feuerfeststoff verwendet werden.
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Die gebündelten und konzentrierten Sonnenstrahlen 16 gelangen durch
eine mit einer strahlendurchlässigen Scheibe 17 abgedeckten Öffnung 18 in den Hohlraum-Absorber
10 und treffen
auf den Keramikkörper 12 auf. Die von dem Körper
12 in Wärmeenergie umgewandelte Strahlenenergie wird teils durch direkten Wärmeübergangund
teils durch Abstrahlung an das im Hohlraum strömende, den Körper 12 völlig umgebende
Arbeitsmedium 15 übertragen. Als Arbeitsmedium kann sowohl ein Gas, beispielsweise
Luft, Helium als auch eine Flüssigkeit, z.B. Wasser, dienen.
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Um eine etwaige Rückstrahlung von Wärme durch die Öffnung 18 nach
außen zu vermeiden bzw. möglichst gering zu halten, wird der Keramikkörper 12 mit
einer konstanten Geschwindigkeit um seine Längsachse gedreht. Dieses hat gleichzeitig
den Effekt, daß die wirksame Fläche für den Energietransport sich auf den gesamten
Umfang des Keramikkörpers 12 erstreckt.
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Der erfindungsgemäße Hohlraum-Absorber kann für jede Art der Strahlenbündelung
verwendet werden. Die geometrische Ausgestaltung des Absorbers muß lediglich an
die Geometrie des Brennfleckes angepaßt werden. So wird man für einen Zylinder-Parabolspiegel
bei einer Ausführung gemäß Fig. 1 ein entsprechend langes Rohr mit einer die Länge
durchquerenden Öffnung 18 verwenden. Für punktförmige Brennflecke eignet sich beispielsweise
ein quadratischer Absorber.
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In Fig. 2 ist ein rechteckiger Absorber 20 in Perspektive gezeigt.
In diesem Fall ist in der Längsachse eines rechteckigen Hohlkörpers 21 ein Keramikkörper
22 mit sternförmigem Querschnitt rotierbar angeordnet. Der Antriebsmechanismus für
den Keramikkörper 22 ist mit dem gestrichelt dargestellten Kasten 23 hinter dem
Hohlkörper 21 symbolisiert. Der Keramikkörper 22 ist von einer Vielzahl von Rohren
24, die innerhalb des Hohlkörpers 21 in Reihe geschaltet sind, umgeben. Schließlich
ist für den Eingang des Sonnenlichtes 25 eine längliche Öffnung 26 in einer Seitenwand
des Hohlkörpers 21 ausgespart.
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Die in den Hohlraum-Absorber 20 einfallende Strahlenenergie wird von
dem Keramikkörper 22 aufgenommen, der aufgrund des sternförmigen Quer schnittes
eine besonders große Oberfläche zum Abstrahlen bzw. Weitergeben der in ihm gespeicherten
Wärmeenergie hat Es können auch vieleckige Querschnitte gewählt werden, wenn dieses
fertigungstechnisch für den Einzelfall günstiger sein sollte.
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Die in zwei Reihen auf Luke angeordneten Rohre 24 bilden sozusagen
eine Wand, die die gesamte vom Keramikkörper 22 abgestrahlte Wärmestrahlung abzufangen
vermag
Der Wärmeträger wird vorzugsweise durch die ersten am unteren
Ende der öffnung 26 befindlichen Rohre 27 eingeführt, von wo aus es zickzackförmig
die weiteren Rohre 24 entgegen der Drehrichtung des Keramikkörpers 22 durchströmt.
Von den Rohren 28 des anderen Endes wird dann schließlich der aufgeheizte Wärmeträger
an einen Verbraucher weitergeleitet. Auf diese Weise erwärmt sich der kühle Wärmeträger
allmählich, zunächst mit der Re stab strahlung der bereits fast einmal umgelaufenen
Keramikkörperflächen nach und nach bis auf die Endtemperatur in den Rohren 28 auf,
indem es von immer heißer werdenden Wärmestrahlungen beaufschlagt wird.
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Die Zufuhr und die Entnahme des Wärmeträgers zu bzw. von dem Rohrsystem
24 sind nicht dargestellt. Es ist selbstverständlich auch möglich, das Rohrsystem
24 parallel zu schalten, indem diese mit deren Enden jeweils in zwei Sammelkammern
münden, die jeweils an einem Stirnende des Hohlkörpers angebracht sind.