DE3420118C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Empfänger für konzentrierte So­ larstrahlung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Bei Vorrichtungen zur Strahlungsabsorption werden meist un­ durchsichtige Rohre quer zur Achsrichtung bestrahlt und von einem Medium durchströmt. Diese Rohre befinden sich auf den Innenwänden eines großen Hohlraumes, damit eine ausreichen­ de Heizfläche zur Verfügung steht. Bei einem neueren Vor­ schlag soll Umgebungsluft durch ein bestrahltes Drahtknäuel gesaugt werden. In diesem Zusammenhang wird verwiesen auf die folgenden Literaturstellen:

• 1. Schlußbericht zur Phase 2A vom 30.06.1981 der Arbeits­ gemeinschaft GAST (Firmen: Interatom, MAN, MBB, Dornier System) Kapitel 3.6 und 3.7
• 2. A Proposal for a Novel Type of Solar Gas Receiver, HW Fricker Dept. KK/0343 Sulzer Ltd., veröffentlicht im Buch zum Insolar-Seminar vom 13. bis 14. Oktober1983.

Bei diesen Strahlungsempfängern sind die Rohre quer zur Achs­ richtung bestrahlt und stehen unter Innendruck. Dadurch ent­ stehen Zugspannungen, die für Keramikwerkstoffe, die bei ho­ hen Temperaturen nur in Frage kommen, sehr ungünstig sind. Beim Durchgang durch die undurchsichtigen Rohre tritt ein Verlust an Arbeitsfähigkeit auf, da die Solarstrahlung Wär­ me mit einer Temperatur von 6000 K ist und da hinter der un­ durchsichtigen Wand nur noch Wärme mit einer Temperatur vor­ liegt, die kleiner als die zulässige Werkstofftemperatur ist.

Bei dem von Fricker (aaO.) vorgeschlagenen Empfänger kann nur Luft bei Umgebungsdruck erhitzt werden. Für die Nutzung dieser Heißluft wird ein nachgeschalteter Wärmetauscher er­ forderlich. Eine solche Kombination hat noch höhere Verluste an Arbeitsfähigkeit als ein konventioneller Empfänger.

Es sind darüber hinaus Solarstrahlungsabsorber bekanntge­ worden, bei denen ein aufzuwärmendes, strömendes Gas in Längsrichtung durch einen Absorberkörper strömt, der aus einer Vielzahl nebeneinander liegender Kanäle gebildet wird (US 41 21 564, US 41 35 489). Der eine Vielzahl von Kanälen aufweisende Absorberkörper besteht dabei aus Metall oder Keramik, das heißt aus einem stark strahlungsabsorbie­ renden Material. Das Strahlungseintrittsfenster ist bei die­ sen bekannten Konstruktionen als großflächiges Fenster aus­ gebildet, welches Druckunterschiede nur in sehr begrenztem Umfange aufnehmen kann. Daher kann zur Kühlung der Absor­ berkörper bei diesen bekannten Vorrichtungen nur ein Kühl­ gas verwendet werden, dessen Druck etwa dem Umgebungsdruck entspricht. Wegen der geringen Wärmekapazität des Kühlungs­ gases führt dies insgesamt dazu, daß bei der hohen Energie­ dichte, die in Absorbern für konzentriete Solarstrahlung auftritt, keine ausreichende Kühlung der Absorptionselemen­ tes erzielt werden kann, das heißt diese bekannten Absorber können nicht eingesetzt werden, wenn konzentrierte Solar­ energie beispielsweise eines ganzen Spiegelfeldes unmittel­ bar zur Aufheizung eines Kühlgases verwendet werden soll.

Daneben ist eine Absorptionseinrichtung bekannt, bei wel­ cher in einer Vielzahl von Quarzrohren, die nur geringfü­ gig strahlungsabsorbierend sind, die geringe Absorption aus­ genutzt wird (DE-OS 28 31 023). Die nebeneinander angeordne­ ten Quarzrohre werden von einem Kühlgas durchströmt, wobei auch dieses Kühlgas gegenüber der Umgebung keinen wesent­ lich erhöhten Druck aufweisen darf, da sonst die Quarzrohre bei einem wesentlich über dem Außendruck liegenden Innen­ druck ihre mechanische Stabilität verlieren.

Um bei einem Strahlungsempfänger für konzentrierte Strahlungs­ energie eine wirkungsvolle Übertragung der gesamten Strahlung auf ein Gas zu erhalten, wäre es notwendig, das Gas unter sehr hohem Druck zuzuführen, und dies ist mit den bisher be­ kannten Strahlungsempfängern aus den genannten Gründen nicht möglich.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt demgegenüber die Aufgabe zu­ grunde, einen Empfänger für konzentrierte Solarstrahlung zu schaffen, bei dem die in den Empfänger transportierte Strah­ lungsenergie auf einen unter hohem Druck stehenden Wärmeträ­ ger übertragen werden kann, wobei der Werkstoff des Empfäng­ ers thermisch und mechanisch möglichst wenig belastet wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Empfänger der eingangs beschrie­ benen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei dieser Ausgestaltung wird die Stirnfläche, die der höch­ sten Strahlungsbelastung ausgesetzt ist, in eine Vielzahl von Einzelflächen unterteilt, die in axialer Richtung abge­ stützt sind. Außerdem stützen sich die nebeneinander ange­ ordneten Hohlkörper seitlich aneinander ab und werden ge­ meinsam von der die Druckkräfte aufnehmenden Außenwand um­ geben, so daß durch den hohen Druck des Gases in den einzel­ nen Hohlkörpern erzeugte seitlich gerichtete Kräfte von der Außenwand aufgenommen werden können. Insgesamt sind somit diese Hohlkörper einerseits mechanisch so ausgebildet, daß sie hohen Innenüberdrücken mechanisch standhalten können, andererseits wird durch die besonders effektive Kühlung der Stirnflächen erreicht, daß die Hohlkörper über ihre gesamte Länge thermisch im wesentlichen gleichmäßig beansprucht wer­ den, das heißt es werden lokale Überhitzungen des Absorp­ tionskörpers vermieden, so daß auch mit solchen lokalen Überhitzungen verbundene mechanische Schwächungen nicht auf­ treten.

Diese gleichmäßige Absorption über das gesamte Volumen der Hohlkörper wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß für die Hohlkörper Quarzglas verwendet wird, dessen Durchlässig­ keit für Licht mit Sonnenspektrum besser ist als für Infra­ rotstrahlung, wie sie ein heißer schwarzer Körper ausstrahlt. Diese Eigenschaft haben die meisten Gläser. Die Solarstrah­ lung fällt aus einem Raumwinkel auf die Stirnfläche, wird größtenteils durchgelassen und anschließend trifft sie auf eine Längswand, wird von dieser teilweise reflektiert, teil­ weise durchgelassen und teilweise absorbiert. Der nicht ab­ sorbierte Teil trifft auf weitere Wände, wobei sich der Vor­ gang wiederholt. So wird das Licht teilweise absorbiert und zum anderen Teil durch die Hohlkörper weitertransportiert. Am Ende der Hohlkörper trifft die verbleibende Solarstrah­ lung die Rückwänd oder die Zuganker oder die Isolation, wel­ che die Strahlung vollends absorbieren, sich dadurch erwär­ men und deshalb Infrarotstrahlung emittieren. Diese emittier­ te Strahlung passiert die Hohlkörper in analoger Weise, in entgegengesetzter Richtung, nur daß bei jeder Reflexion ein größerer Anteil der Strahlung absorbiert wird. Aufgrund der Strahlungsdurchlässigkeit des Materials wird die Strahlungs­ wärme relativ gleichmäßig auf eine große Fläche verteilt, die gleichzeitig als Wärmetauscherfläche dient, man spricht von einer sanften Absorption. Dies hat den Vorteil, daß lo­ kale Wärmespitzen vermieden werden, die das Material des Em­ pfängers besonders belasten würden.

Mit einem Hohlkörper der beschriebenen Art kann man über dessen gesamte Grenzfläche Strahlungsenergie absorbieren, bei entsprechender Länge des Hohlkörpers gelingt es dabei, außerordentlich hohe Energieübergänge zu realisieren.

Es kann bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, daß zwischen benachbarten Hohlkörpern durchgehende und offene Kanäle angeordnet sind. Diese durchgehenden Ka­ näle haben vor allen Dingen den Vorteil, daß in diesem Be­ reich die Gesamtanordnung nicht in axialer Richtung mit Druckkräften beaufschlagt wird, so daß eine solche Beauf­ schlagung nur im Bereich der geschlossenen Stirnfläche der einzelnen Hohlkörper auftritt. Dadurch sind die Beanspru­ chungen des Materials wesentlich kleiner, da die Stirnflä­ chen der einzelnen Hohlkörper kleinere Ausdehnungen haben und sich an den entsprechenden Längswänden eines jeden Hohl­ körpers abstützen können.

Es ist vorteilhaft, wenn zwischen druckaufnehmender Außen­ wand ung Längswand eine Isloierzwischenschicht angeordnet ist, beispielsweise aus einem faserigen keramischen Iso­ lierwerkstoff.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Hohlkör­ per im Querschnitt Sechsecke, wobei die die Eckpunkte ver­ bindenden Längswände bogenförmig nach innen gebogen sind, vorzugsweise kreisbogenförmig. Es ist dabei weiterhin gün­ stig, wenn die zentrale Zufuhrleitung an den Längswänden des Hohlkörpers linienförmig anliegt und wenn die dadurch abgetrennten Zwickel zwischen Längswand und Zufuhrleitung den Rückströmweg bilden.

Benachbarte Hohlkörper können längs ihrer Kanten formschlüs­ sig aneinander anliegen, wobei es vorteilhaft ist, wenn drei Kanten eines Hohlkörpers komplementär zu den drei jeweils da­ zwischen liegenden Kanten desselben Hohlkörpers ausgebildet sind. Wenn alle Hohlkörper in der gleichen Weise geformt sind, können diese wabenähnlich aneinandergesetzt werden, wobei die gebogenen Längswände von drei benachbarten Hohl­ körpern durchgehende, offene Kanäle zwischen sich ausbilden.

Es kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgese­ hen sein, daß die Hohlkörper auf ihrer der Stirnseite abge­ wandten Seite offen sind und mit einem Sammelraum verbunden sind, der mit einem Auslaß in Verbindung steht, daß die Zu­ fuhrleitungen den Sammelraum durchsetzen und in einem Ver­ teilerrraum beginnen, der mit einem Zufluß für das gasförmi­ ge Medium verbunden ist, daß der Sammelraum und der Vertei­ lerraum im Innern der druckaufnehmenden Außenwand angeord­ net sind und daß zwischen Sammelraum und Verteilerraum ei­ ne isolierende Trennwand angeordnet ist.

An dieser Trennwand können bei einer bevorzugten Ausführung Zuganker befestigt sein, an denen die Hohlkörper in axialer Richtung gehalten sind.

Günstig ist es dabei, wenn die zentrale Zufuhrleitung an ihrem von der Stirnseite entfernten Ende einen geringeren Außendurchmesser aufweist und zwischen sich und den Längs­ wänden des Hohlkörpers einen Ringraum ausbildet, der über eine Öffnung in der Längswand mit entsprechenden Ringräumen benachbarter Hohlkörper oder mit einer Abflußleitung in Ver­ bindung steht. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß jede Längswand im Bereich des Ringraumes mindestens eine Öffnung aufweist, und daß diese Öffnungen beim Zusammenpacken mehre­ rer gleichartiger Hohlkörper alle Ringräume miteinander ver­ binden.

Der Hohlkörper kann in axialer Richtung durch einen Halte­ block fixiert sein, der mit Zapfen in komplementäre Ausneh­ nehmungen in den Längswänden des Hohlkörpers eingreift.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgese­ hen, daß die zentrale Zufuhrleitung von mehreren parallelen als Rohre ausgebildeten Rückströmleitungen umgeben ist, die ebenfalls aus einem Werkstoff mit geringer Strahlungsabsorp­ tion bestehen. Dadurch ergeben sich zusätzliche Grenzflä­ chen, die einerseits in geringem Umfang Strahlung absorbie­ ren und die andererseits von dem aufzuheizenden gasförmigen Medium umströmt werden, so daß hier ein verbesserter Wärme­ übergang von der Strahlung in das gasförmige Medium erzielt werden kann. Die Rückströmleitungen können einseitig oder beidseitig verschlossen sein.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines ersten bevorzugten Aus­ führungsbeispiels eines Strahlungsempfäng­ ers in Richtung des Strahlungseinfalles;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht längs Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines teilweise auf­ gebrochen dargestellten Hohlkörpers, wie er im Empfänger der Fig. 1 Verwendung findet;

Fig. 5 eine Schnittansicht längs Linie 5-5 in Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittansicht längs Linie 6-6 in Fig. 4;

Fig. 7 eine teilweise aufgebrochen dargestellte Seitenansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Hohlkörpers;

Fig. 8 eine Schnittansicht längs Linie 8-8 in Fig. 7;

Fig. 9 eine Schnittansicht längs Linie 9-9 in Fig. 7;

Fig. 10 eine Schnittansicht längs Linie 10-10 in Fig. 7;

Fig. 11 eine Schnittansicht längs Linie 11-11 in Fig. 7;

Fig. 12 eine Schnittansicht längs Linie 12-12 in Fig. 11;

Fig. 13 eine Ansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Strahlungsem­ pfängers in Strahlungseinfallsrichtung;

Fig. 14 eine Schnittansicht längs der Linie 14-14 in Fig. 13;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines teilweise aufge­ brochen dargestellten Hohlkörper, wie er im Empfänger der Fig. 13 verwendet wird, und

Fig. 16 eine Schnittansicht längs Linie 16-16 in Fig. 15.

Der in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Strahlungsempfänger weist eine zylindrische, an einem Ende offene und am anderen Ende kuppelförmig verschlossene Außenwand 1 auf, die bei­ spielsweise aus zwei Stahlhalbschalen 2 und 3 gebildet ist. Der Innenraum des kuppelförmig verschlossenen Endes bildet einen Verteilerraum 4, der über einen Zufluß 5 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Quelle für ein kühles, gasförmiges Medium in Verbindung steht, welches im Strah­ lungsemfpänger einfallende Strahlung absorbieren soll. In Richtung auf das offene Ende der Außenwand schließt sich ein Sammelraum 6 an, der vom Verteilerraum 4 durch eine stabile Trennwand 7 abgestrennt ist. Verteilerraum 4 und Sammelraum 6 sind durch eine Isolationsschicht 8 thermisch voneinander isoliert, die parallel zur Trennwand 7 angeordnet ist. Der Sammelraum 6 steht mit einem Auslaß 9 in Verbindung, der das gasförmige Medium nach der Absorption der Strahlungsenergie seiner weiteren Verwendung zuführt. Gegenüber der Außenwand 1 ist der Sammelraum 6 durch eine thermische Isolations­ schicht 10 isoliert.

Der Sammelraum 6 wird auf seiner dem offenen Ende der Auß­ enwand zugewandten Seite von einer Ringwand 11 begrenzt, die eine große zentrale Öffnung 12 freiläßt. Zwischen die­ ser Ringwand 11 und dem offenen Ende der Außenwand 1 sind achsparallel nebeneinander eine größere Anzahl von Hohlkör­ pern 13 angeordnet, die die eigentlichen Strahlungsempfänger bilden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Hohlkörper 13 gleich aufgebaut. Sie weisen eine ebene Stirn­ seite 14 auf, die den Hohlkörper 13 auf der dem Sammelraum 6 zugewandten Seite verschließt. Seitlich wird der Hohlkör­ per 13 durch sechs Längswände 15 begrenzt, die kreisbogen­ förmig ausgebildet sind, so daß jeder Hohlkörper einen sechs­ eckförmigen Querschnitt mit nach innen gebogenen Seiten auf­ weist (Fig. 5). Im Bereich der Kanten sind jeweils benach­ barte Kanten 16 beziehungsweise 17 komplementär ausgebildet, beispielsweise weist eine Kante 16 einen keilförmigen Vor­ sprung 18 auf die benachbarte Kante (17) einen komplementären Rücksprung 19 auf, so daß gleich aufgebaute Hohlkörper wa­ benähnlich so zusammengepackt werden können, daß die Kanten benachbarter Hohlkörper formschlüssig ineinandergreifen, wie dies in Fig. 1 ersichtlich ist. Die kreisbogenförmigen Längswände 15, die sich über einen Winkel von 120° erstrec­ ken, bilden dabei zusammen mit den kreisbogenförmigen Längs­ wänden von zwei benachbarten Hohlkörpern rohrförmige Kanäle 20, die zum Sammelraum 6 und zum offenen Ende des Empfängers hin offfen sind, wobei sie am sammelraumnahen Ende durch die Ringwand 11 verschlossen sind. Eine größere Anzahl derarti­ ger Hohlkörper sind in dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel so zusammengepackt, daß insgesamt ein sechseckförmi­ ges Raster entsteht, wobei ein solcher Hohlkörper als zen­ traler Höhepunkt fungiert. Diese Vielzahl von Hohlkörpern wird von einer der Außenkontur der Hohlkörper angepaßten wei­ teren Isolierzwischenschicht 21 umgeben, so daß nach außen gerich­ tete Druckkräfte über die Isolierzwischenschichten 21 und eine weitere diese umgebende Isolierzwischenschicht 22 auf die druck­ aufnehmende Außenwand 1 übertragen werden können.

Die topfförmigen Hohlkörper 13 mit dem sternförmigen Quer­ schnitt sind so nebeneinander angeordnet, daß ihre Stirn­ seiten 14 miteinander und mit dem freien Rand 23 der Außen­ wand 1 fluchten (Fig. 2).

Um die Hohlkörper in axialer Richtung in dieser Lage zu fixieren, weisen diese an ihrem den Stirnseiten 14 gegen­ überliegenden Ende nach außen gerichtete ringförmige Flansch­ abschnitte 24 auf, die sich über einen Winkel von 120° er­ strecken und zusammen mit ensprechenden Flanschabschnitten von zwei benachbarten Hohlkörpern einen Ringflansch bilden, der die offenen Kanäle 20 zwischen den Hohlkörpern teilwei­ se abdeckt (Fig. 3). Diese Flanschabschnitte überdecken je­ doch den offenen Kanal 20 nur so weit, daß eine zentrale Öffnung 25 frei bleibt, durch die ein Zuganker 26 in die offenen Kanäle 20 hineinragt. Der Zuganker 26 trägt an sei­ nem eintauchenden Ende eine Verbreiterung 27, mit welcher er die Unterseite der Flanschabschnitte 24 hintergreift (Fig. 2). Ein solcher Zuganker ragt in jeden offenen Kanal 20 hin­ ein. Er ist mit seinem freien Ende durch die Trennwand 7 zwischen Verteilerraum 4 und Sammelraum 6 hindurchgesteckt und dort mit einer Mutter 28 verschraubt. Im Sammelraum 6 wird er von einer Abstandshülse 29 umgeben, die sich einer­ seits auf der Oberseite der Flanschabschnitte 24 und ande­ rerseits auf der Unterseite der Trennwand 7 abstützt. Auf diese Weise werden die Hohlkörper über ihre Flanschabschnit­ te 24 in axialer Richtung in einer definierten Lage festge­ halten.

In der Trennwand 7 sind in bikonisch erweiterten Öffnungen 30 Rohre als Zufuhrleitungen 31 mit einer komplementären bikonischen Verdickung an ihrem freien Ende gehalten, die mit ihrem anderen Ende jeweils in einen Hohlkörper hineinragen und in geringem Abstand von dessen Stirnseite 14 enden. Diese Rohre stehen mit dem Verteilerraum 4 in Verbindung. Die Außenab­ messungen der Rohre sind so gewählt, daß jedes Rohr zen­ tral im Inneren eines Hohlkörpers angeordnet ist und linien­ förmig an den Längswänden des Hohlkörpers anliegt (Fig. 5). Dadurch werden zwischen den Längswänden des Hohlkörpers und der Außenwand der Zufuhrleitung 31 Rückströmwege 32 in Form eines Zwickels gebildet.

Sowohl die Hohlkörper als auch die in sie eintauchenden Roh­ re werden aus Quarzglas gefertigt, das heißt aus einem Ma­ terial, das für die einfallende Strahlung weitgehend, aber nicht vollständig durchlässig ist, das aber Infrarotstrah­ lung weitgehend absorbiert.

Im Betrieb wird der Empfänger mit dem offenen Ende auf die Strahlungsquelle gerichtet, so daß die Strahlung im wesentli­ chen paralle zur Längsachse der Hohlkörper in den Empfänger einfällt. Kühles, gasförmiges Medium, das aufgeheizt und/ oder zum Reagieren gebracht werden soll, wird über den Zu­ fluß 5 und den Verteilerraum 4 in die einzelnen in die Hohl­ körper eintauchenden Zufuhrleitungen 31 verteilt und gelangt in die­ sen bis in den Bereich der Stirnseiten 14 der Hohlkörper. An dieser Stelle wird das Medium durch den geringen Abstand zwischen dem Ende der Zufuhrleitungen 31 und der Stirnseite 14 stark beschleunigt und strömt tangential mit hoher Geschwindig­ keit an der Stirnseite 14 entlang und durch den Rückström­ weg 32 zurück in den Sammelraum 6. Von dort tritt das gas­ förmige Medium nach Absorption der Strahlungsenergie durch den Auslaß 9 wieder aus dem Empfänger aus.

Die Absorption der einfallenden Strahlung erfolgt zunächst im Bereich der Strinseiten, die einer besonders intensiven Bestrahlung ausgesetzt sind. Durch die hohe Strömungsge­ schwindigkeit werden diese Stirnseiten besonders effektiv gekühlt, insbesondere, da sie von noch kühlem Medium beauf­ schlagt werden. Eine weitere Absorption erfolgt bei dem Vor­ beiströmen des Mediums an den Längswänden der Hohlkörper. In diesen wird durch Mehrfachreflexion und Mehrfachstreu­ ung die Strahlungsenergie über die gesamte Länge kontinu­ ierlich absorbiert, wobei im stirnseitennahen Bereich eine schwächerer Absorption erfolgt als im sammelraumnahen Bereich. Während des gesamten Strömungsweges kann das gasförmige Me­ dium die Wände kühlen und auf diese Weise die Strahlungs­ energie in Form von Wärmeenergie aufnehmen. Vorteilhaft ist dabei, daß die zentrale Zufuhrleitung 31 allseitig von dem rückströ­ menden Medium umhüllt wird, so daß das zentral zuströmende Medium wenig Strahlung absorbiert und daher noch kühl gegen die Stirnseite 14 gerichtet wird. Dadurch wird eine effekti­ ve Kühlung dieses relativ kritischen Bereiches sicherge­ stellt. Durch Anordnung von zusätzlichen, in der Zeichnung nicht dargestellten Verwirbelungskörpern kann diese Kühlung noch effektiver gestaltet werden.

Das Medium kann unter hohem Druck in die Hohlkörper einge­ leitet werden, da jeder Hohlkörper durch diesen Druck in axialer Richtung nur eine begrenzte Kraft aufnehmen muß, die sich aus der begrenzten Größe der Stirnseite 14 ergibt. Es ist also bei diesem Empfänger nicht notwendig, die we­ sentlich größeren Druckkräfte insgesamt aufzunehmen, die sich ergeben würden, wenn die gesamte Öffnung der Außenwand 1 mit einer gemeinsamen Stirnfläche verschlossen wäre. Die konkaven Längswände der Hohlkörper, die zusammen mit benach­ barten entsprechend geformten Längswänden rohrförmige Kanäle bilden, sind ebenfalls geeignet, große Druckkräfte aufzuneh­ men, da durch die rohrförmige Ausbildung der Kanäle diese zu einer Kompression des Materials und nicht zu einer Deh­ nung führen. Es gelingt daher mit diesem Empfänger, die Strahlung unmittelbar in einem gasförmigen Medium unter hohem Druck zu absorbieren, ohne daß zusätzliche Wärmetau­ scher notwendig sind. Trotzdem hält sich die Beanspruchung des verwendeten Materials in vernünftigen Grenzen.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die Reflexionsverluste dieses Empfängers niedrig gehalten werden können. Dies liegt daran, daß der Empfänger auf sei­ ner offenen Seite nur teilweise durch Stirnseiten verschlos­ sen ist, während ein erheblicher Teil dieser Stirnseite of­ fen bleibt. Die Stirnseiten machen insgesamt nur etwa 41% der Aperturfläche aus. Durch effektive Kühlung bleiben die Stirnseiten relativ kühl, wodurch die Reemissionsverluste verringert werden.

Günstig ist bei dieser Anordnung auch, daß das gasförmige Medium auf einer sehr großen Oberfläche allseitig mit Strah­ lung sehr hoher Konzentration bestrahlt wird. Das kann dazu genutzt werden, daß man ein Medium verwendet, in dem unter Druck und hoher Temperatur photochemische Prozesse ablaufen. Der Empfänger kann also auch als Reaktor verwendet werden, wobei die hohe Energie, beispielsweise des Sonnenlichts, voll genutzt werden kann.

Beim Zusammenbau werden zunächst Hohlkörper in einer vorbe­ reiteten Wanne so aneinander gestapelt, daß jeweils komple­ mentäre Kanten aneinandernliegen. Beim Stapeln der Hohkörper werden die Zuganker mit Hilfe von keramischem Kitt zwischen die Flansche eingebaut, dann wird die Trennwand 7, die Lö­ cher für die Zuganker und für die Zufuhrleitungen 31 aufweist, auf die Zuganker aufgeschoben. Danach werden die Rohre durch die Trägerwand in die Hohlkörper eingeführt. Um diese in der Trennwand zu befestigen, ist diese zweilagig ausge­ führt, sie umfaßt nämlich eine dem Sammelraum zugewandte Lochplatte 33 und eine daran anliegende Halteplatte 34, die zusammen die bikonische Öffnungen 30 für die Zufuhrleitungen 31 bil­ den. Diese Halteplatte 34 wird erst auf die Lochplatte 33 aufgesetzt, wenn die als Rohre ausgebildeten Zufuhrleitungen 31 eingeschoben sind.

Diese vorgefertigte Baueinheit wird daraufhin mit Isola­ tionsmaterial umgeben und in die Außenwand 1 eingesetzt, so daß die Stirnflächen der Hohlkörper frei bleiben.

In den Fig. 7 bis 12 ist ein abgewandeltes Ausführungs­ beispiel eines Hohlkörpers dargestellt, bei dem dieselben Bezugszeichen einander entsprechende Teile bezeichnen. Im Unterschied zu dem Hohlkörper des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 bis 6 hat der Hohlkörper einen quadratischen Quer­ schnitt und wird dadurch in axialer Richtung fixiert, daß in sein offenes Ende ein Halteblock 40 eingeschoben ist, der selbst mittels vier Zugankerschrauben 41 an einer quer ver­ laufenden Halteplatte 42 festgelegt ist. Der Halteblock 40 trägt an seinen vier Außenseiten nach außen abstehende Zapfen 43, die in entsprechende Ausnehmungen 44 der Längswände 15 des Hohlkörpers 13 eintauchen. Die Zufuhrleitung 31 durchsetzt den Haltblock 40 und verbindet in gleicher Weise den Verteiler­ raum mit dem Inneren des Hohlkörpers. Dabei hat die Zufuhrleitung 31 an dem der ebenen Stirnseite 14 zugewandten Ende einen Auß­ endurchmesser, bei dem sie linienförmig an den Längswänden anliegt, so daß zwischen der Zufuhrleitung 31 und den Längswänden Zwickel als Rückströmweg gebildet werden. In seinem dem Hal­ teblock 40 benachbarten Teil hat die als Rohr ausgebildete Zufuhrleitung jedoch einen klei­ neren Außendurchmesser, so daß zwischen den Längswänden 15 und der Zufuhrleitung 31 ein Ringraum 45 entsteht. In diesem Bereich sind alle Längswände 15 mit Öffnungen 46 versehen, so daß beim Aneinanderlegen mehrerer Hohlkörper dieser Art die Ringräume 45 dieser Hohlkörper untereinander in Verbindung stehen und den Sammelraum bilden.

Eine größere Anzahl dieser im Querschnitt quadratischen Hohlkörper können zu einem Bündel zusammengefaßt werden und in der gleichen Weise unter Zwischenlage von Isolations­ schichten in einen entsprechenden Außenmantel eingebettet werden. Dabei werden die den Sammelraum bildenden Ringräume über spezielle in der Zeichnung nicht dargestellte Ausläs­ se an der Außenseite mit einer Auslaßleitung verbunden. Im übrigen bestehen auch bei diesem Ausführungsbeispiel Hohl­ körper und eingeschobenes Rohr aus einem weitgehend strah­ lungsdurchlässigen Material, insbesondere aus Quarzglas.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Apertur vollständig geschlossen, da den offenen Kanälen 20 entsprechende Kanäle bei diesem Ausführungsbeispiel fehlen.

Die Funktionsweise eines Empfängers mit Hohlkörpern gemäß Fig. 7 bis 12 ist dieselbe wie bei dem anhand der Fig. 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Bei dem in den Fig. 13 bis 16 dargestellten Ausführungs­ beispiel ist ebenfalls ein ähnlicher Aufbau gewählt, die­ selben Bezugszeichen bezeichnen auch hier entsprechende Teile.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Hohlkörper einen rechteckförmigen Querschnitt, jedoch ist der Außen­ durchmesser der Zufuhrleitung 31 geringer als bei den vorhergehen­ den Ausführungsbeispielen, so daß diese Leitung nicht an der Innenseite an den Längswänden 15 des Hohlkörpers 13 anliegt. Dagegen ist die Zufuhrleitung 31 von einer größeren Anzahl weiterer Rohre umgeben, die im Zwischenraum zwischen der zentralen Zufuhr­ leitung 31 und den Längswänden 15 angeordnet sind und parallel zu der Zufuhrleitung 31 verlaufen. Auch diese Rohre bestehen ebenso wie die Hohlkörper und die zentrale Zufuhrleitung 31 aus einem weit­ gehend lichtdurchlässigen Material, beispielsweise aus Quarz­ glas. Sie können offen sein, so daß sei einen Teil eines Rückströmweges 50 bilden, sie können aber auch einseitig oder beidseitig verschlossen sein. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß die Wände dieser Rohre Strahlung absorbie­ ren und anschließend an das vorbeiströmende gasförmige Me­ dium Energie übertragen, so daß auf diese Weise die Effek­ tivität der Strahlungsübertragung erhöht werden kann.

Mehrere derartige Hohlkörper können wieder zusammen gelagert werden, so daß sich insgesamt ein ähnlicher Aufbau wie bei dem Empfänger der Fig. 1 bis 6 ergibt, allerdings mit ei­ nem insgesamt rechteckigen und insbesondere quadratischen Querschnitt (Fig. 13). In diesem Fall kann vorgesehen sein, daß die Außenwand 1 mit einem Druckmedium gefüllt wird, wel­ ches von außen her über die Isolierzwischenschicht 21 die Außen­ wände der Hohlkörper mit Druck beaufschlagt. Durch diese Druckbeaufschlagung entsteht eine hohe Reibung zwischen den Hohlkörpern und der Isolierzwischenschicht 21, so daß die Hohl­ körper gegen axiale Verschiebung durch einen Reibsitz ge­ sichert sind. Es ist daher nicht mehr notwendig, spezielle Zuganker zur axialen Fixierung der Hohlkörper vorzusehen.

Es ist selbstverständlich, daß die Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auch untereinander kom­ biniert werden können, beispielsweise können in die Rück­ strömwege 32 der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele zu­ sätzlich Quarzrohre eingesetzt werden oder die Zuganker­ fixierung der Hohlkörper der zuerst beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele kann durch eine Reibsitzfixierung ersetzt werden und umgekehrt.

Claims (14)

1. Empfänger für konzentrierte Solarstrahlung mit einem Absorptionskörper, der mehrere parallel nebeneinander angeordnete und aneinanderliegende Hohlkörper aus Quarzglas umfaßt, die von einem gasförmigen Medium durch­ strömt und hierbei gekühlt werden, und mit in den Hohl­ körpern angeordneten Absorptionselementen mit geringer Strahlungsabsorption, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (13) an ihrer Stirnseite verschlossen sind und mit der verschlossenen Stirnseite auf die Strahlungs­ quelle gerichtet sind, daß in jeden Hohlkörper (13) eine ein Absorptionselement bildende zentrale Zufuhrleitung (31) für das gasförmige Medium eintaucht, die in geringem Abstand von der ver­ schlossenen Stirnfläche des Hohlkörpers (13) endet, daß im Hohlkörper (13) zwischen dessen Längswänden (15) und der Zufuhrleitung (31) ein Rückströmweg (32; 50) für das gasförmige Medium vorgesehen ist, der zu einem Auslaß (9) führt, und daß alle Hohlkörper (13) von einem gemeinsamen, nach außen über die Längswände (15) gerichtete Druckkräfte der Hohlkörper (13) aufnehmende Außenwand (1) umgeben sind.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Hohlkörpern (13) durchgehende und offene Kanäle (20) angeordnet sind.

3. Empfänger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen druckaufnehmender Außenwand (1) und Längswand (15) eine Isolierzwischenschicht (21, 22) angeordnet ist.

4. Empfänger nach einem der voranstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (13) im Querschnitt Sechsecke sind, wobei die die Eckpunkte verbindenden Längswände (15) bogenförmig nach innen gebogen sind.

5. Empfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Zufuhrleitung (31) an den Längswänden ( 15) des Hohlkörpers (13) linienförmig anliegt und daß die dadurch abgetrennten Zwickel zwischen Längswand (15) und Zu­ fuhrleitung (31) den Rückströmweg (32) bilden.

6. Empfänger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Hohlkörper (13) längs ihrer Kanten (16, 17) formschlüssig aneinander liegen.

7. Empfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kanten (16) eines Hohlkörpers (13) komplementär zu den drei jeweils dazwischen liegenden Kanten (17) des­ selben Hohlkörpers (13) ausgebildet sind.

8. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hohlkörper (13) auf ihrer der Stirn­ seite (14) abgewandten Seite offen sind und mit einem Sammelraum (6) verbunden sind, der mit einem Auslaß (9) in Verbindung steht, daß die Zufuhrleitungen (31) den Sammelraum (6) durchsetzen und in einem Verteiler­ raum (4) beginnen, der mit einem Zufluß (5) für das gas­ förmige Medium verbunden ist, daß der Sammelraum (6) und der Verteilerraum (4) im Innern der druckaufnehmenden Außenwand (1) angeordnet sind und daß zwischen Sammelraum (6) und Verteilerraum (4) eine isolierende Trennwand (7) angeordnet ist.

9. Empfänger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trennwand (7) Zuganker (26) befestigt sind, an denen die Hohlkörper (13) in axialer Richtung gehalten sind.

10. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hohlkörper (13) einen quadratischen Querschnitt haben.

11. Empfänger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Zufuhrleitung (31) an ihrem von der Stirn­ seite (14) entfernten Ende einen geringeren Außendurch­ messer aufweist und zwischen sich und den Längswänden (15) des Hohlkörper (13) einen Ringraum (45) ausbildet, der über eine Öffnung (46) in der Längswand (15) mit entsprechenden Ringräumen (45) benachbarter Hohlkörper (13) oder mit einer Abflußleitung in Verbindung steht.

12. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Längswand (15) im Bereich des Ringsraumes (45) mindestens eine Öffnung (46) aufweist, und daß diese Öffnungen (46) beim Zusammenpacken mehrerer gleichartiger Hohlkörper (13) alle Ringräume (45) miteinander verbinden.

13. Empfänger nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (13) in axialer Richtung durch einen Halteblock (40) fixiert ist, der mit Zapfen (43) in komplementäre Ausnehmungen (44) in den Längswänden (15) des Hohlkörpers (13) eingreift.

14. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zentrale Zufuhrleitung (31) von mehreren paralleln als Rohre ausgebildeten Rückströmwegen (50) umgeben ist, die ebenfalls aus einem Werkstoff mit geringer Strahlungs­ absorption bestehen.