DE3439150A1

DE3439150A1 - Hitzeschild

Info

Publication number: DE3439150A1
Application number: DE19843439150
Authority: DE
Inventors: Peter 6700 Ludwigshafen Bechtel
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann Montage GmbH; G&H Montage GmbH
Current assignee: Gruenzweig und Hartmann Montage GmbH; G&H Montage GmbH
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1986-05-07

Description

Hitzeschild
Die Erfindung betrifft ein Hitzeschild, insbesondere zur Notabdekkung des Energiewandlers eines Sonnenstrahlenkollektors.
Bei der großtechnischen Umwandlung von Sonnenenergie in beispielsweise elektrische Energie wird ein Hohlspiegel mit großem Durchmesser verwandt, der die auf diesen Spiegel auftreffenden Sonnenstrahlen reflektiert und auf eine vorbestimmte Fläche bündelt, die den Auffänger des Energiewandlers darstellt. Beispielsweise können Spiegel mit 20 und mehr Metern Durchmesser verwandt werden. Die auf den Spiegel auftreffende Sonnenstrahlung wird auf eine verhältnismäßig kleine Fläche konzentriert, die etwa in der Größenordnung von 1,5 m21iegt. Hierbei werden ganz erhebliche Energieflächendichten erzielt. Beispielsweise kann die auf den Receiver des Energiewandlers auftreffende Leistung in der Größenordnung von etwa 200 kW liegen.
Tritt bei einer derartigen Anlage ein Störungsfall derart auf, daß der Energiewandler außer Betrieb gesetzt wird, so besteht die erhebliche Gefahr, daß in kürzester Zeit der gesamte Energiewandler aufgrund der hohen sich entwickelnden Temperatur unbrauchbar würde.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Hitzeschild 1insbesondere für die Notabdeckung des Energiewandlers eines Sonnenstrahlenkollektors anzugeben, der eine Überhitzung der abgeschirmten Teile verhindert und sich schnell in den Strahlengang einführen läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hitzeschild in Form einer flexiblen Matte ausgebildet ist, bei der eine Keramikfasermatte in eine Hülle aus einem dünnen Edelstahlblech eingeschweißt ist. Eine derartige Matte ist sehr wetterbeständig und ist trotz ihrer hohen Hitzebeständigkeit ausreichend kompakt und dennoch flexibel, so daß sie schnell in den Strahlengang einführbar ist, um eine Überhitzung von Anlagen durch Wärmeeinstrahlung zu verhindern.
Vorzugsweise besteht die Keramikfasermatte aus einer Mischung aus A1203 und SiO2. Vorteilhafterweise liegt der Gehalt an Al203 zwischen 50 und 95 % und der Gehalt an SiO2 zwischen 50 und 5 %. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, daß die Keramikfaser zusätzlich noch einen Zusatz an Cr203 enthält.
Für die Ummantelung der Keramikfasermatte wird bevorzugt ein Edelstahlblech aus einer warmfesten Nickel-Legierung gewählt. Als besonders zweckmäßig hat sich dabei ein Edelstahl erwiesen, der aus einer Legierung mit maximal 72 % Nickel, 14 bis 17 % Chrom, 6 bis 10 % Eisen, 0 bis 28 % Kobalt und ggf. Zusätzen aus Si, Cu, C besteht.
Eine solche Legierung weist eine hohe Temperaturbeständigkeit auf und ist gleichzeitig aber auch in ausreichendem Maße korrosionsbeständig, so daß ein daraus hergestelltes Edelstahlblech durch die Witterungseinflüße keinen Schaden nimmt.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung erwiesen, bei der die flexible Matte in Form eines Rollos ausgebildet ist, bei dem quer zur Bewegungsrichtung des Rollos verlaufende Paneele aus Keramikfasermatten, die in eine Hülle aus einem dünnen Edelstahlblech eingeschweißt sind, gelenkig miteinander verbunden sind.
Bei dem Rollo können die einzelnen Paneele so geformt sein, daß sie sich in ihrer Arbeitsstellung überlappen.
Die gelenkige Verbindung zwischen jeweils aneinanderstoßenden Paneelen kann durch Verbindungsprofile gebildet werden, die mit jeweils den aneinanderstoßenden Paneelen verschweißt sind.
In einer einfachen Ausführungsform sind die Verbindungsprofile aus flexiblen Streifen aus einem Edelstahlblech, insbesondere demselben Edelstahlblech, aus dem die Hüllen der Paneele hergestellt sind, hergestellt.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, die flexible Matte an ihren Rändern in quer zur abzuschirmenden Fläche verlaufenden Führungen verschiebbar zu haltern.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform wird die flexible Matte in ihrem Außerbetriebszustand auf eine Walze aufgewickelt und steht in diesem aufgewickelten Zustand unter einer kontinuierlichen Federspannung, die die Matte in ihre Schutzposition zu bringen sucht.
Bei einer Betriebsstörung braucht somit lediglich die Aufwickelwalze freigegeben zu werden, so daß die Matte durch ihre Federvorspannung in ihre Betriebsstellung gezogen wird.
Im folgenden soll die Erfindung näher anhand eines in der Zeichnung dargestellten vorzugswei sen Ausführungsbeispieles erläutert werden.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sonnenkollektors mit einem Parabolspiegel, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 3, die ein auf eine Walze aufwickelbares Rollo zeigt, Fig. 3 eine Draufsicht auf ein sich im geschlossenen Zustand befindendes Rollo, und Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Paneel mit einer abgedeckten Ausgleichsöffnung und Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer in Form eines Rollos ausgebildeten Matte.
Fig. 1 zeigt einen mit 1 bezeichneten Hohlspiegel, der derart um eine horizontale Achse verschwenkbar und um eine vertikale Achse drehbar ist, daß er der jeweiligen Sonnenstellung nachfahrbar ist.
Fest verbunden und zusammen mit diesem Spiegel bewegbar ist ein allgemein mit 2 bezeichneter Energiewandler, dessen nicht näher dargestellter Receiver 3 im Brennpunkt des Hohispiegels 1 angeordnet ist. Zwischen dem Receiver 3 und dem Hohlspiegel 1 ist eine Öffnung oder Apertur 4 vorgesehen, durch die der gebündelte Lichtstrahl von dem Hohlspiegel 1 auf den Receiver 3 auftrifft. In oder hinter dieser Öffnung 4 ist der gemäß der Erfindung vorgesehene Hitzeschild derart angeordnet, daß er im Störungsfall derart ausgefahren werden kann, daß er die gesamte Öffnung 4 abdeckt und somit den Receiver 3 vor den auftreffenden Sonnenstrahlen von dem Hohlspiegel 1 schützt.
In den Figuren 2 und 3 ist eine vorzugsweise Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hitzeschilds in Form eines Rollos dargestellt.
Das allgemein mit 5 bezeichnete Rollo besteht aus mehreren Paneelen 6, die jeweils gelenkig miteinander zu dem Rollo 5 verbunden sind.
Die Paneele haben jeweils eine langgestreckte rechteckige Form, wie es aus der Fig. 3 zu ersehen ist. Im Querschnitt weisen die Paneele gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie es in Fig.
2 dargestellt ist, eine Parallelogramform auf. Diese Form ist lediglich gewählt, um zu erreichen, daß sich die einzelnen Paneele jeweils an ihren Enden überlappen, so daß eine sichere Hitzeabschirmung erreicht wird. Ein Paneel ist jeweils aus einer Keramikfasermatte 7 gebildet, die allseitig von einem Edelstahlblech 8 umschlossen ist. Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform haben die Paneele eine Länge von 2.500 mm und einen Querschnitt von 125 x 25 mm. Die Keramikfasermatte ist 25 mm dick und die Hülle aus dem Edelstahlblech hat auf der der Hitzeeinwirkung zugewandten Seite 9 und den seitlichen Rändern 10 und 11 eine Dicke von 0,2 mm, während die der Hitze abgewandte Seite 12 eine Dicke von etwa 0,5 mm hat. Das Edelstahlblech besteht vorzugsweise aus einer INCONEL 600-Legierung.
Eine solche Verbindung kann etwa aus maximal 72 % Nickel, 14 bis 17 % Chrom, 6 bis 10 % Eisen, 0 bis 28 % Kobalt und ggf. Zusätzen aus Silicium, Kupfer und Kohlenstoff bestehen. Die Keramikfasermatte besteht vorzugsweise aus einer Mischung aus Al203 und SiO2 und als besonders zweckmäßig hat sich eine Mischung von 50 bis 95 % A1203 und 50 bis 5 % SiO2 erwiesen. Ggf. kann der Keramikfaser auch ein Zusatz von Cr203 zugesetzt werden.
Zur Ausbildung der Paneele 5 werden zunächst Streifen aus dem Edelstahlblech zugeschnitten und eine entsprechende Einlage aus Keramikfasermatte zugeschnitten. Sodann wird die Keramikfasermatte in die Streifen aus dem Edelstahlblech dadurch eingeschlossen, daß die Edelstahlbleche an ihren Rändern verschweißt werden.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen Paneele 6 durch Gelenkverbindungen 13 miteinander verbunden, die jeweils aus Streifen aus Edelstahlblech bestehen, die entlang der Längskanten zweier aneinandergrenzender Paneele 6 verlaufen und jeweils mit den aneinandergrenzenden Paneelen entlang von Längslinien 14 und 15 verschweißt sind. Selbstverständlich können auch andere bekannte Gelenkverbindungen gewählt werden.
Das Rollo 5 ist, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, mit seinem einen Ende 16 an dem äußeren Umfang einer Walze 17 befestigt, und zwar vorzugsweise derart, daß die Oberfläche der Walze 17 spiralförmig ausgebildet ist und an der Stelle 18 einen Absatz 19 aufweist, so daß sich das Rollo 5 gleichmäßig auf die Walze 17 aufwickeln kann.
Die seitlichen Ränder der Paneele 6 sind in Führungsschienen 20 und 21 geführt. Das freie Ende 22 des Rollos 5 ist über zwei Seile 23 und 24 mit Federn 25 und 26 verbunden, deren andere Enden in Bezug auf den Führungsrahmen 27 feststehend angeordnet sind. Zum Aufwickeln des Rollos 5 auf die Walze 17 ist ein Motor 28 mit der Walze verbunden.
Soll der Energiewandler 2 in Betrieb gesetzt werden, so wird das Rollo 5 mit Hilfe des Motors 28 auf die Walze 17 aufgewickelt, wobei sich die Federn 25 und 26 spannen. Im aufgewickelten Zustand des Rollos 5 wird die Öffnung 4 vollständig freigegeben, so daß die von dem Hohlspiegel 1 reflektierten Sonnenstrahlen auf den Receiver 3 des Energiewandlers 2 auftreffen können. Tritt eine Betriebsstörung ein, so wird lediglich die Walze 17 freigegeben, so daß das Rollo 5 mit Hilfe der vorgespannten Federn 25 und 26 in die in Fig.
3 gezeigte geschlossene Stellung überführt werden kann. In dieser Stellung verschließt das Rollo 5 vollständig die Öffnung 4.
Um etwaige auftretende Druckschwankungen im Inneren der Paneele 6 auszugleichen, können diese vorzugsweise derart ausgestaltet sein, daß in einer der Oberflächen der Paneele eine Öffnung 30 (s. Fig. 4) ausgebildet ist und daß über diese Öffnung ein Abschnitt 31 aus einem Edelstahlblech gelegt und entlang seines Randes 32 mit der eigentlichen Hülle 33 aus Edelstahlblech des Paneels 34 verschweißt ist. Die Verschweißung ist jedoch nicht über den gesamten äußeren Rand 32 des Abschnittes 31 ausgeführt, so daß eine nichtverschweißte Linie 35 verbleibt, durch die über die Öffnung 30 ein Druckausgleich zwischen der Innen- und der Außenseite eines Paneels stattfinden kann.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines allgemein mit 40 bezeichneten Rollos dargestellt. Das Rollo besteht ebenfalls aus mehreren, nebeneinander angeordneten Paneelen 41, die in ihrer Längsrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt in Querrichtung zu dieser Längsrichtung. Ein einzelnes Paneel 41 ist derart ausgestaltet, daß ein erster Edelstahlblechstreifen 43 in Form eines Z's gebogen ist. Dieser Z-Streifen bildet die der heißen Seite zugewandte Seite des Paneels. Auf der entgegengesetzten Seite ist ein ähnlicher, ebenfalls in Form eines Z's gebogener Streifen aus einem Edelmetallblech 44 angeordnet. Diese beiden Blechstreifen sind derart gegeneinander gesetzt, daß sich am unteren linken Ende in Fig. 5 und am oberen rechten Ende in Fig. 5 zwei Fahnen 47, 48 und 49, 50 der Edelstahlblechstreifen 43 und 44 ergeben, die gegeneinander anliegen und an den Stellen 45 bzw. 46 miteinander verschweißt werden. In dem sich durch die Blechstreifen 43 und 44 ergebenden Hohlraum ist zuvor eine Keramikfasermatte 42 eingesetzt worden. Die Abmessungen dieser Keramikfasermatte im Querschnitt können beispielsweise 25 x 125 mm sein, während die Erstrekkung in der Längsrichtung etwa 2.500 mm beträgt. Ordnet man mehrere derartiger Elemente örtlich versetzt in einer Reihe nebeneinander an, so ergibt sich die in Fig. 5 gezeigte Anordnung. Bei dieser Anordnung liegt die Schweißnaht 46 des linken Paneels 41 über der der Strahlenquelle zugewandten Seite 51 des nächstfolgenden, in Fig. 5 als mittleres Paneel gezeigtes Paneel 41. Andererseits liegt die linke, an der Stelle 52 verschweißte, Schweißfahne 53 des mittleren Paneels unter der Unterseite des der Strahlenseite abgewandten Seite des Edelmetallblechstreifens 44. Schweißt man diese Fahne 53 an der Stelle 54, d.h. in Höhe der Schweißnaht 52, an der Unterseite des Blechstreifens 44 an und fährt in dieser Weise mit weiteren Elementen fort, indem etwa die Schweißfahne 55 des rechten Paneels 41 an der Stelle 56 mit dem unteren Blechstreifen des mittleren Paneels 41 verschweißt ist, so wird eine insgesamt gelenkige Rolloanordnung geschaffen, in der die einzelnen Paneele eine sich überlappende Anordnung bilden. In der Zeichnung sind die einzelnen Teile nur der Übersichtlichkeit halber in einem vergrößerten Abstand voneinander dargestellt. In Wirklichkeit schließen die einzelnen Elemente dicht aneinander an und überlappen sich entsprechend.

Claims

Hitzeschild Patentansprüche 1. Hitzeschild, insbesondere zur Notabdeckung des Energiewandlers eines Sonnenstrahlenkollektors, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Hitzeschild in Form einer flexiblen Matte ausgebildet ist, bei der eine Keramikfasermatte in eine Hülle aus einem dünnen Edelstahlblech eingeschweißt ist.
2. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Keramikfasermatte aus einer Mischung von A1203 und SiO2 besteht.
3. Hitzeschild nach Anspruch 2, dadurch gek e n n z ei c h -n e t , daß die Keramikfaser zwischen 50 und 95 % A1203 und 50 und 5 % SiO2 enthält.
4. Hitzeschild nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Keramikfaser einen Zusatz an Cr203 enthält.
5. Hitzeschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e -k k e n n z e i c h n e t , daß das Edelstahlblech aus einer warmfesten Nickel-Legierung besteht.
6. Hitzeschild nach Anspruch 5, dadurch gek e n n z ei c h -n e t , daß das Edelstahlblech aus einer Legierung mit maximal 72 %Ni, 14 bis 17 % Cr, 6 bis 10 % Fe, 0 bis 28 % Co und ggf. Zusätzen aus Si, Cu, C besteht.
7. Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z ei c h n e t , daß die flexible Matte in Form eines Rollos (5) ausgebildet ist, bei dem quer zur Bewegungsrichtung des Rollos verlaufende Paneele (6) aus Keramikfasermatten (7), die in eine Hülle aus einem dünnen Edelstahlblech (8) eingeschweißt sind, gelenkig miteinander verbunden sind.
8. Hitzeschild nach Anspruch 7, dadurch gek e n n z ei c h n e t daß die Paneele (6) mit Hilfe von mit jeweils 2 aneinanderstoßenden Paneelen verschweißten Verbindungsprofilen (13) gelenkig verbunden sind.
9. Hitzeschild nach Anspruch 8, dadurch gek e n n z ei c h -n e t , daß die Verbindungsprofile aus flexiblen Streifen (13) aus Edelstahlblech hergestellt sind.
10. Hitzeschild nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Paneele jeweils aus zwei im wesentlichen Z-förmigen Edelmetallblechstreifen gebildet sind, die zwischen sich eine Keramikfasermatte einschließen, daß entlang zweier sich gegenüberliegender Kanten jedes Paneels die Ränder der Edelmetallblechstreifen miteinander verschweißt sind und daß die eine dieser so gebildeten Schweißfahnen mit der der Strahlenseite abgewandten Seite jeweils eines nächstfolgenden Paneels zur Bildung einer gelenkigen Verbindung verschweißt ist.
11. Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z ei c h n e t , daß die flexible Matte in quer zur abzuschirmenden Fläche (4) verlaufenden Führungen (20, 21) verschiebbar ist.
12. Hitzeschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z ei c h n e t , daß die flexible Matte auf eine Walze (14) aufwickelbar ist und in ihrem aufgewickelten Zustand unter einer kontinuierlichen Federspannung steht, die die Matte in ihre Schutzposition zu bringen sucht.