DE3117752A1

DE3117752A1 - High-temperature solar collector

Info

Publication number: DE3117752A1
Application number: DE19813117752
Authority: DE
Inventors: Dominique Blay; Bernard 86000 Poitiers D'Utruy; Jean Laurent 86530 Naintre Peube
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1980-05-06
Filing date: 1981-05-05
Publication date: 1982-05-06
Also published as: FR2482269B2; FR2482269A2

Description

AGENCE NATIONALE DE VALORISATION DE LA RECHERCHEAGENCE NATIONALE DE VALORIZATION DE LA RECHERCHE

(A.N.V.A.R.)
75436 Paris Cedex o9, Frankreich(ANVAR)
75436 Paris Cedex o9, France

Hochtemperatur-SolarkollektorHigh temperature solar collector

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Solarkollektor zur Erwärmung eines Gases mit konzentrierter Sonnenstrahlung auf hohe Temperatur.The invention relates to an improved solar collector for heating a gas with concentrated solar radiation at high temperature.

In der FR-Patentanmeldung 78-22340 ist ein Solarkollektor beschrieben, der eine zufriedenstellende Lösung der speziellen Probleme ermöglicht, die sich bei
der Realisierung von Solarkollektoren stellen, die bei hoher Temperatur (in der Praxis über 600 ⁰C und allgemein größenordnungsmäßig 800 bis 1200 °C) arbeiten und konzentrierte Sonnenstrahlung empfangen (StrahlungsdichteIn the FR patent application 78-22340 a solar collector is described, which allows a satisfactory solution to the special problems that arise in
the realization of solar panels filters which operate at high temperature (in practice about 600 ⁰ C and generally of the order of 800 to 1200 ° C) and receive concentrated solar radiation (radiation density

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größenordnungsmäßig 800 bis 2000 kW/m ); diese Probleme sind insbesondere mit der bei diesen Temperaturen erheblichen finergierückstrahlung und den hohen Temperaturgradienten verbunden, die wiederum die Risiken einer Beschädigung oder Zerstörung entsprechender Kollektoren mit sich bringen.2
on the order of 800 to 2000 kW / m); These problems are associated in particular with the high energy reflection, which is considerable at these temperatures, and the high temperature gradients, which in turn entail the risk of damage to or destruction of the corresponding collectors.

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In der oben genannten FR-Patentanmeldung ist ein Hochtemperatur-Solarkollektor angegeben, der eine hohe Lebensdauer und einen guten Wirkungsgrad besitzt und bei dem ein Hohlraum, der eine gegenüber seiner Innenfläche klein dimensionierte Eintrittsöffnung zum Auffangen .des konzentrier* ten Strahlungsflusses aufweist, und eine Austauschfläche mit gezahnter Struktur, die im Hohlraum vorgesehen ist, um den darin aufgefangenen thermischen Fluß zu verteilen und gleichmäßig zu machen, kombiniert sind. Bei einer der in dieser Druckschrift beschriebenen Ausführungsformen besteht die gezahnte Struktur, die die Innenfläche des Hohlraums mindestens zum Teil überzieht, aus einer Einheit von zellenartigen Feldern, die einen Gaskreislauf zwischen einer Vielzahl von Zellen begrenzen, die in den Hohlraum münden und radial in Richtung der Eintrittsöffnung derart orientiert sind, daß die Verlängerung ihrer Achse etwa in ihrer Nähe hindurchgeht.In the above-mentioned FR patent application is a Specified high-temperature solar collector, which has a long service life and good efficiency and in which a cavity that has an inlet opening, which is small compared to its inner surface, to collect the concentrated * th radiation flux, and an exchange surface with a serrated structure provided in the cavity to distribute the thermal flux trapped therein and to make uniform, are combined. In one of the embodiments described in this document the toothed structure, which at least partially covers the inner surface of the cavity, consists of a unit of cell-like fields that limit gas circulation between a multitude of cells that are in open into the cavity and are oriented radially in the direction of the inlet opening in such a way that the extension of their Axis goes through roughly in their vicinity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochtemperatur-Solarkollektor dieses Typs anzugeben, der eine homogenere Temperaturverteilung aufweist, um die Risiken einer Beschädigung weiter zu verringern und den Wirkungsgrad des Kollektors weiter zu steigern.The invention is based on the object of a high-temperature solar collector indicate this type, which has a more homogeneous temperature distribution in order to reduce the risks further reduce damage and further increase the efficiency of the collector.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.The problem is solved according to the claims.

Der Gaskreislauf jedes Zellenfelds des erfindungsgemäßen Kollektors wird von einer Vielzahl von Verteilern gespeist,die im Inneren dieses Kreislaufs in Compartments münden, die durch die genannten Zellen be? grenzt sind. Die aus diesen Verteilern austretenden Gasstrahlen erhöhen den Wärmeaustausch zwischen dem Gas undThe gas circuit of each cell field of the invention Collector is fed by a large number of distributors that are inside this circuit in Compartments open through the cells mentioned. are bordered. The gas jets emerging from these distributors increase the heat exchange between the gas and

der Wandung erheblich und ermöglichen einerseits eine Erhöhung des Wirkungsgrads durch Verringerung der Wandtemperatur und andererseits eine bessere Homogenität der Temperaturverteilung.the wall considerably and enable, on the one hand, an increase in efficiency by reducing the wall temperature and on the other hand a better homogeneity of the temperature distribution.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die sich auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform bezieht; es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which relates to an embodiment according to the invention relates; show it:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der Geometrie des gesamten Aufbaus eines erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Solarkollektors1: a schematic representation of the geometry of the entire structure of an inventive High temperature solar collector

undand

Fig. 2, 3 und 4: schematische Darstellungen eines Zellenfelds, mit dem der erfindungsgemäße Solarkollektor aufgebaut ist, in der Draufsicht (Fig. 2), in der Schnittdarstellung (Fig. 3) gemäß AA von Fig. 2 bzw als perspektivische Detailansicht (Fig. 4) mit Frontalschnitt gemäß BB von Fig. 2. Der in der Zeichnung beispielhaft dargestellte Hochtemperatur-Solarkollektor umfaßt einen Behälter JK), dor einen Hohlraum 10a bildet, der eine Eintrittsöffnung JJ_ mit gegenüber der Innenoberfläche des Behälters kleinen Abmessungen aufweist. Die Eintrittsöffnung J_1_ dient zum Empfang der konzentrierten Sonnenstrahlung, die von mehreren Heliostaten oder einem optischen Konzentriersystem reflektiert wird.2, 3 and 4: schematic representations of a cell field with which the solar collector according to the invention is constructed, in the plan view (FIG. 2), in the sectional view (FIG. 3) according to AA of FIG. 2 or as a perspective detailed view (FIG 4) with frontal section according to BB of FIG. 2. The high-temperature solar collector shown by way of example in the drawing comprises a container JK), which forms a cavity 10a which has an inlet opening JJ_ with small dimensions compared to the inner surface of the container. The inlet opening J_1_ serves to receive the concentrated solar radiation, which is reflected by several heliostats or an optical concentrating system.

Die Innenfläche des Behälters JK) ist mit Zellenfeldern 14 ausgekleidet, die in dem als Beispiel dargestellten FallThe inner surface of the container JK) is lined with cell fields 14 , which in the case shown as an example

allgemein die Form von Rechtecken mit an den Ecken abgeschnittenen Seiten aufweisen. Diese Zellenfelder sind aneinandergrenzend vorgesehen und tangieren näherungsweise eine Kugelkalotte; sie sind im Behälter JK) durch eine geeignete Trägerstruktur befestigt.generally the shape of rectangles with truncated corners Have sides. These cell fields are provided adjacent to one another and are approximately tangent a spherical cap; they are in the container JK) by a suitable one Support structure attached.

Jedes Zellenfeld umfaßt einen Gaskreislauf, der durch eine Austauschfläche J_5 aus einem hitzefesten Material (hitzefestes Metall, Keramik, Oxidmaterial·) begrenzt ist.Each cell field comprises a gas circuit which is passed through an exchange surface J_5 made of a heat-resistant material (heat-resistant metal, ceramic, oxide material) is limited.

Diese Austauschfiäche weist eine Vieizahl· von hohl·- raumartigen Ze^en 15a auf, die in den Hohlraum 10a des Behälters JjO münden und miteinander für den Gaskreislauf untereinander in Verbindung stehende Compartments 15b begrenzen. Zur Erläuterung dieses geometrischen Auf baus ist in Fig. 2 in der Draufsicht ein derartiges Compartment gestrichelt eingezeichnet.This Austauschfiäche has a Vieizahl of hollow · · - space-like Ze ^ s 15a limit in the cavity 10a of the container JJO lead and another related to the gas circuit with one another in connection compartment 15b. To explain this geometric construction, such a compartment is shown in dashed lines in FIG. 2 in the plan view.

Die Zellen 15a besitzen beispielsweise Kegelstumpfform und sind radial in Richtung der Eintrittsöffnung _1J_ des Behälters _1_0 in der Weise ausgerichtet, daß die Verlängerung ihrer Achse (ZZ') näherungsweise in der Nähe dieser Öffnung durchgeht.The cells 15a have, for example, the shape of a truncated cone and are oriented radially in the direction of the inlet opening _1J_ of the container _1_0 in such a way that the extension of their axis (ZZ ') passes approximately in the vicinity of this opening.

Die Gasführung umfaßt einen oder mehrere Gasauslässe, die im vorliegenden Beispiel· mit JI_6 ^unc* 22. bezeichnet und auf einer Seite des Zel·l·enfel·ds J_£ vorgesehen sind.The gas duct comprises one or more gas outlets, which in the present example are designated by JI_6 ^unc * 22 and are provided on one side of the cell panel.

Das Gas wird ferner durch eine Vieizahl· von VerteuernThe gas is also becoming more expensive in a number of ways

geleitet, die in den Compartments 15b, die durch die Zellen 15a begrenzt sind, in den Kreislauf münden.guided, which open into the circuit in the compartments 15b , which are delimited by the cells 15a.

Die Verteiler _1_8, deren Verteilung in der Ebene in Fig. 2 mit gestrichelten Linien dargestellt ist, bestehen aus Rohren, die jeweils in einer Öffnung 18a münden, deren Achse etwa parallel zur Achse der Zellen 15a ist; sie sind in einem Bereich vorgesehen, der etwa in der Mitte jedes Compartments 15b liegt.The distributors _1_8, the distribution of which is shown in the plane in FIG. 2 with dashed lines, consist of tubes which each open into an opening 18a , the axis of which is approximately parallel to the axis of the cells 15a ; they are provided in an area which is approximately in the middle of each compartment 15b .

Die Verteiler _1_8 sind ferner mit einem Gasversorgungskasten _1_9 verbunden, der auf der Rückseite des Zellenfelds vorgesehen ist und eine oder mehrere Gaseinlässe aufweist, die im vorliegenden Beispiel mit ^O und 2Λ_ bezeichnet sind. Diese Gaseinlässe befinden sich auf der den Gaseinlässen 16, 17 der Gasführung gegenüberliegenden Seite*The distributors _1_8 are also connected to a gas supply box _1_9, which is provided on the rear side of the cell array and has one or more gas inlets, which in the present example are denoted by ^ O and 2Λ_. These gas inlets are located on the side opposite the gas inlets 16 , 17 of the gas duct *

Wie in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt ist, weisen die Verteiler J_8 ferner einen Gasdurchtrittsquerschnitt auf, der in Abhängigkeit von ihrem Abstand in Bezug auf die Gasauslässe J_£ und J_7 zunimmt. Die in der Nähe der Gasauslässe liegenden Verteiler besitzen einen kleineren Durchmesser und werden mit einem geringeren Durchsatz durchströmt als die Verteiler, die sich in einem größeren Abstand von den Gasauslässen befinden.As shown schematically in FIGS. 2 and 3, the distributors J_8 also have a gas passage cross section which increases as a function of their distance with respect to the gas outlets J_ £ and J_7. The ones nearby The distributors located at the gas outlets have a smaller diameter and are with a lower throughput flows through than the manifolds, which are located at a greater distance from the gas outlets.

Auf diese Weise wird das Gas in Form einer Vielzahl von Gasstrahlen in den Kreislauf eingeführt, die sich in den Zonen befinden, die dem höchsten Strahlungsfluß der Sonnenstrahlung unterliegen; die unterschiedlichen Durchsätze dieser Gasstrahlen, die durch die veränderlichen Querschnitte der Verteiler 18 vorgegeben sind, werden in jedemIn this way, the gas is introduced into the circuit in the form of a multitude of gas jets, which are in the zones that are subject to the highest radiation flux of solar radiation; the different throughputs these gas jets, which are given by the variable cross-sections of the manifold 18, are in each

Anwendungsfall berechnet, um beste Homogenität des Wärmeübergangs zu gewährleisten und demzufolge das Auftreten überhitzter Stellen weitestmöglich zu vermeiden.Use case calculated for best heat transfer homogeneity and consequently avoid the occurrence of overheated areas as much as possible.

Die Zellenfelder _1_4 des Solarkollektors sind in mehreren Einheiten gruppiert, wobei die Zellenfelder einer Einheit in Reihe geschaltete Gasführungen bilden und die Gasauslässe ]_6_, Y7_ eines Zellenfelds mit den Gaseinlässen 2C), T\_ des folgenden Zellenfelds verbunden sind; die verschiedenen Einheiten von Zellenfeldern sind parallel vorgesehen und mit Sammelleitungen, für das ankommende bzw abgeführte Gas verbunden.The cell fields _1_4 of the solar collector are grouped in several units, the cell fields of one unit forming gas ducts connected in series and the gas outlets ] _6_, Y7_ of a cell field being connected to the gas inlets 2C), T \ _ of the following cell field; the various units of cell fields are provided in parallel and are connected to collecting lines for the incoming or outgoing gas.

Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, da das Erfindungskonzept zahlreiche andere Weiterbildungen zuläßt.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described above, since the inventive concept allows numerous other training courses.

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Claims

Expectations

1J solar collector for heating a gas with concentrated Solar radiation at high temperature

with

a container (10) with a cavity (10a) and an inlet opening (11) which in relation to the inner surface of the cavity (1Oa) has small dimensions, and a unit of cell fields (14) with which the Inner surface of the cavity (10a) is at least partially lined, which form an exchange surface (15) and made of a heat-resistant material,

wherein each cell field (14) delimits a gas guide between a plurality of cells (15a) which are in the Cavity (10a) open towards the inlet opening (11) and are aligned radially in the direction of this opening,

through this

that

marked

each cell field (14) has a multiplicity of distributors (18) which are arranged in compartments inside the gas duct (15b) mouths that lie between the cells (15a).

2. Solar collector according to claim 1, characterized in that the manifolds (18) consist of manifolds which each in an opening (18a), the axis of which is approximately parallel

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to the axis of the cells (15a) open into an area which is approximately in the middle of the compartment (15b), which is limited by the cells.

3. Solar collector according to claim 1 or 2, characterized in that that the manifold (18) with a gas supply box

(19) are connected, which is provided on the back of the cell field (14) and at least one gas inlet (20, 21) having.

4. Solar collector according to claim 3, wherein each cell array (14) has one or more gas outlets (16, 17), which are provided on one side of the cell field (14), characterized in that the distributors (18) have a diameter have for the gas passage, which increases as a function of their distance from the gas outlets (16, 17).

5. Solar collector according to claim 4, characterized in that the gas supply box (19) of each cell array (14) has at least one gas inlet (20, 21) on the side opposite the gas outlets of the cell field (14) is provided.