DE3610315A1

DE3610315A1 - Strahlungsempfaenger

Info

Publication number: DE3610315A1
Application number: DE19863610315
Authority: DE
Inventors: Barry L. Del Mar Calif. Butler
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1986-10-02
Also published as: AU5489186A; JPS61231358A; AU576721B2; US4643168A

Description

Strahlungsempfänger

Die Erfindung bezieht sich auf eine Empfangsvorrichtung zum Sammeln konzentrierter Solarstrahlung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen durch Flüssigkeit gekühlten thermischen Faserstrahlungsempfänger.

\ " Bei üblichen thermischen Empfängersystemen wird die kon-" zentrierte Solarenergie durch ein geeignetes Strömungsmittel eingefangen und in thermische oder Wärmeenergie in einer Empfängervorrichtung transformiert. Das Strömungsmittel wird darauffolgend gesammelt und dazu verwendet, um thermische Vorrichtungen anzutreiben, beispielsweise Dampfgeneratoren und dgl. In konventionellen Empfängervorrichtungen verwendete Strömungsmittel müssen Wärmeübertragungs- und thermische Speicher-Eigenschaften besitzen, um denjenigen von Solarenergiesystemen angepaßt zu sein.

Es wurden bereits Strömungsmittel in der Form von geschmolzenen Salzen in effektiver Weise in Solarenergiesystemen verwendet, um die thermische Energie einzufangen. Ein Salz, wie es in dieser Erfindung verwendet wird, ist irgendeine Verbindung aus einer Klasse von Verbindungen,

die dadurch gebildet werden, daß man eines oder mehrere Wasserstoffatome in einer Säure durch Elemente oder Gruppen ersetzt, die üblicherweise in einer Lösung ionisiert werden. Geschmolzene Salze sind als thermisch stabil und mäßig korrodierend bekannt und sie weisen hohe Energieübertragungsdichten auf sowie thermische Eigenschaften im Betriebstemperaturbereich von konventionellen Solarenergiesystemen, d.h. zwischen 100 und 1200 ⁰C.

Geschmolzene Salze sind ebenfalls dann, wenn sie gegenüber Luft ausgesetzt werden, nicht reaktiv, wodurch keine Notwendigkeit besteht, luftdichte, lecksichere Systeme zu konzentrieren, zu betreiben und zu warten. Zudem haben Salze niedrige Dampfdrücke, was die mit Hochdruckum-Schließungssystemen verbundanen Kosten minimiert. Schließlich sind Salze billig und ohne weiteres in großen Mengen verfügbar.

Es gibt zahllose Salze und Salzmischungen, die den oben angegebenen Erfordernissen entsprechen und die daher in Solarenergieanwendungsfällen verwendet werden. Die Salze mit der größten Brauchbarkeit sind Nitrate, Carbonate, Chloride, Sulfate und Bromide der Alkalimetalle und der Erdalkalimetalle. Es gibt auch andere Salze, die in SolarenergiesySternen brauchbar sind, wie beispielsweise diejenigen, die von Mar und Carling in ihrem Artikel mit dem Titel "The Application of Molten Salts to Solar Large Power Systems",veröffentlicht im Jahre 1980, beschrieben

werden.
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In typischen Empfängern der Bauart mit geschlossenem System wird geschmolzenes Salz durch ein Rohr gepumpt, dessen Außenseite mit Solarenergie bestrahlt wird. Wenn das Rohr wärmer wird als das Salz, so kühlt letzteres das Rohr auf welche Weise Energie vom Rohr weggezogen wird. Es wurde gezeigt, daß dann, wenn Energie direkt in das Salz

gegeben wird, der Empfängerwirkungsgrad um bis zu 10 % verbessert werden kann. Die Prinzipien der direkten Absorption veranlassen das Salz durch den konzentrierten Solarfluß zu fließen, wo die Energie direkt in das geschwärzte Salz absorbiert wird.

Die geschmolzenen Salze, welche in den bekannten direkt Absorptionsempfängern verwendet werden, sind typischerweise durch die Zugabe von Kohlenstoffschwarz (Ruß) oder einem anderen schwarzen Teilchenagens geschwärzt. Die Zugabe von Agenzien zum Salz ist zweckmäßig, weil, wie dem Fachmann bekannt ist, das eine dunklere Oberfläche eine größere Menge an thermischer Energie einfängt oder absorbiert, als dies für eine hellere Oberfläche gilt.

Die thermische Energie wird durch das Teilchenagens absorbiert, welches darauffolgend das geschmolzene Salz erhitzt. Infolge des mit dem Salz in Kontakt stehenden Gesamtteilchenoberflächengebiets wird die thermische Energie auf das Salz übertragen. Darüber hinaus gestattet diese Anordnung die Absorption von Solarenergie durch tief innerhalb des Salzes gelegene Teilchen.

In Solar- oder Sonnenempfängern muß die richtige Menge an Agens in gleichförmiger und kontinuierlicher Weise mit dem Salz gemischt werden. Oftmals ist es schwer, eine gleichförmige Mischung zu erhalten, d. h. eine Mischung, in der das Agens suspendiert in der Salzlösung vorliegt, und zwar deshalb, weil die Lösung die Tendenz hat, sich vom Agens zu trennen, und zwar infolge von Schwebekräften und der Schwerkraft. Wenn das Agens nicht gleichförmig durch das ganze. Strömungsmittel hindurch vermischt ist, so wird die Fähigkeit des Empfängers,thermische Strahlung einzufangen, in ernsthafter Weise beschränkt, weil das Salz zu klar wird und die Solarstrahlung ohne Absorption hindurchläuft.

Diese Mischgrenzen schränken in zusätzlicher Weise die Arbeitsweise der Direktabsorptions-Schmelzsalzempfanger ein,

was beträchtliche Wartung und andere Kosten hervorruft.

Eine weitere Betrachtung hinsichtlich des homogenen Agens und der Salzlösungsmischung ist die Strömungsorientierung des Strömungsmittels. Typische bekannte Absorptionsempfänger sind derart konstruiert, daß sich das Salz in einer relativ turbulenden Art und Weise mischt. Zu diesem Zweck gleicht die Temperatur an der Außenoberfläche des fliessenden Salzes im wesentlichen der Massentemperatur des Salzes. Wenn die Außenoberflächentemperatur vergleichbar oder gleich zu der der Masse des Empfängerströmungsmittels ist, ist es außerordentlich wahrscheinlich, daß eine übermäßig große Menge an thermischer Energie durch Konvektion zur außenliegenden Umgebung entweicht. In Salz gekühlten Rohrempfängem ist es bekannt, daß die Temperatur der Oberfläche des Rohrs 50 ⁰C oder wärmer ist als die Temperatur des Massensalzes, was die Möglichkeit von Empfängerwärmeverlusten dramatisch erhöht. Unter diesen Bedingungen ist die Möglichkeit der Kontrolle von Verlusten begrenzt und der Ausgangswirkungsgrad des Empfängers wird verschlechtert.

C\ Zusammenfassung der Erfindung. Ein Hauptziel der Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte thermische Strahlungsabsorptionsempfängervorrichtung vorzusehen, die eine verbesserte Temperatursteuerung und einen erhöhten Ausgangswirkungsgrad aufweist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen themischen Strahlungsabsorptionsempfanger vorzusehen, der eine Maximaltemperatur in seinem Inneren aufweist, wodurch die Konvektionsverluste von den Außenoberflächen abgesenkt werden, und zwar beim Vergleich mit bekannten direkten und indirekten Absorptionsempfängern. Weiterhin bezweckt die Erfindung eine thermische Strahlungsabsorptionsempfängervorrichtung vorzusehen, die faseriges Mattenmaterial und

transparentes geschmolzenes Salz verwendet, um thermische Energie zu sammeln. Ein zusätzliches Ziel der Erfindung besteht darin, eine thermische Strahlungsabsorptionsempfängervorrichtung anzugeben, die eine Anordnung von mit dichtem Abstand angeordneten einen kleinen Durchmesser aufweisenden geschwärzten Fasern aufweist, und zwar von vorbestimmter Konfiguration und Dichte. Ferner ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine thermische Strahlungsabsorptionserapfangsvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs von 100 bis 1200 ⁰C zu arbeiten. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine thermische Strahlungsabsorptionsempfangsvorrichtung zum Sammeln von konzentrierter Solarstrahlung und mit einer Betriebskapazität von mindestens 10 Sonnensolarflußintensität. Weiterhin ist es ein Ziel der Erfindung, eine thermische Absorptionsempfangsvorrichtung vorzusehen, die preisgünstige korrosionsbeständige Fasern als thermische Absorptionsmittel verwendet. Weiterhin bezweckt die Erfindung, eine thermische Strahlungsabsorptionsvorrichtung anzugeben, die unter thermischen Schockbedingungen arbeitet, und zwar infolge von Änderungen im Solarfluß.

Un die genannten sowie weiteren Ziele entsprechenden Zwekken der vorliegenden Erfindung, wie sie hier beschrieben wird, zu erreichen, weist die Vorrichtung einen langgestreckten Empfänger auf, und zwar mit Einlaß-und Auslaßmitteln, zwischen denen ein transparentes Strömungsmittel zirkuliert wird. Auf die vordere Oberfläche des Empfängers auftreffende thermische Energie wird durch ein faseriges Mattenmaterial gesammelt, und zwar mit einer Orientierung, welche das Ausmaß der Solarabsorption des Empfängers definiert oder bestimmt. Anders ausgedrückt, hat die faserige Matte eine Konfiguration speziell angepaßt an die Bestimmung des Ausmaßes der durch den Empfänger absorbierten thermischen Energie, und zwar als Funktion der Tiefe innerhalb der Matte.

Durch das Material gesammelte thermische Energie wird durch das transparente Strömungsmittel wegen dessen physikalischer Eigenschaften gesammelt. Die faserige Matte kühlt demgemäß ab, wenn thermische Energie durch das Strömungsmittel abgezogen wird. Mittel zur Übertragung der thermischen Energie zum Ausgang des Empfängers durch die Auslaßmittel sind vorgesehen.

Die Richtung des zirkulierenden Strömungsmittels verläuft vorzugsweise parallel zu der auf den Empfänger auftreffenden thermische oder Sonnenenergie und senkrecht zu deren Längsorientierung. Wenn das Strömungsmittel in der gleichen Richtung läuft, wie der Sonnenstrahl, angeordnet innerhalb der Faseranordnung, so wird der Strahl fortlaufend durch die Fasern absorbiert und die Wärme wird auf das

Strömungsmittel übertragen. Infolge seiner Größe, Form und Konstruktion sowie seiner Wärmeübertragungseigenschaften und der Strömungsmittelflußrate arbeitet der Empfänger innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs. 20

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht eines bevorzugten

erfindungsgemäßen Empfängers; Fig. 2 ein Ansicht längs Linie 2-2 der Fig. 1, wobei die

Orientierung der Fasermatte dargestellt ist; Fig. 3 eine graphische Darstellung der Temperaturverteillung, abhängig von der Tiefe im Inneren des Empfängers gemäß Fig. 1.

Ein thermischer Empfänger 10 mit einer im wesentlichen langgestreckten Orientierung weist einen im ganzen rechteckigen Querschnitt auf, wie man dies am besten in Fig. 1 erkennt. Die Erfindung ist jedoch auch bei Empfängern mit anderen

Querschnittsorientierungen anwendbar.

Fig. 1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Empfängers, der an seinem Platz durch einen Tragständer 12 gehalten wird, der im wesentlichen eine gleiche Orientierung wie der untere Teil des Empfängers 10 besitzt, d. h. im wesentlichen eine rechteckige Orientierung aufweist. Fig. veranschaulicht ferner Einlaß- und Auslaßmittel oder öffnungen 14 bzw. 16, zwischen denen ein transparentes Strömungsmittel 18 zirkuliert wird. Die Auslaßöffnung 16 ist mit geeigneten nicht gezeigten Hilfsvorrichtungen verbunden. Wegen der im ganzen rechteckigen Gestalt des Empfängers 10 sehen die Vorder- und Rückseiten 20 bzw. 22 Oberflächen vor, über welche das Strömungsmittel 18 fließt, was im einzelnen noch diskutiert wird. Die Vorderseite der Erfindung besteht aus dem Strömungsmittel und der Fasermatte, was noch im einzelnen beschrieben wird.

Wie man am besten in den Fig.1 und 2 erkennt, besteht der Empfänger 10 aus fasrigem Mattenmaterial 24 von langgestreckter Orientierung mit einer Anordnung von einzelnen Fasern 40, die in einer vorbestimmten Konfiguration orientiert sind und mit Abstand benachbart zur Strömungsorientierung des Strömungsmittels 18 angeordnet sind. In dem bevorzugten Empfänger fällt Strömungsmittel 18 unter der Wirkung der Schwerkraft, und zwar beginnend an der Einlaßöffnung 14 und sich fortsetzend durch die Matte 24 längs des Winkels, unter dem die Fasern geneigt verlaufen. Infolgedessen sind die Fasern 40 in dem Strömungsmittel während der Dauer des Empfängerbetriebs gebadet.

Wie man in Fig. 1 erkannt, ist eine Tragplatte 26 von im wesentlichen rechteckiger Konfiguration nahe der Fasermatte 24 positioniert. Die Tragplatte 26 besitzt eine Vielzahl von Bohrungen 28, die senkrecht bezüglich der langgestreckten Orientierung des Empfängers 10 orientiert und mit Abstand voneinander angeordnet sind. Die wichtigste

Funktion der Platte 26 besteht darin, Mittel vorzusehen, um das Strömungsmittel 18 von einer Seite der Fasermatte 24 zur Auslaßöffnung 16 zu transferieren. Wenn ein Differenzdruck dazu verwendet wird, um das Strömungsmittel durch die Fasermatte zu treiben, so wird die Platte 26 benötigt, um die Matte sicher zu unterstützen. Die Platte 26 besteht daher \orzugsweise aus einem Material, welches ausgezeichnete Hochtemperatureigenschaften besitzt und welches Druckdifferenzen und dem Gewicht des Empfängers widerstehen kann. Materialien mit diesen Eigenschaften sind beispielsweise Keramikmaterialien, Metalle und dgl.

Wie man in den Fig. 1 und 2 erkennt, wird die Fasermatte 24 durch Solarenergie oder andere Strahlungsenergie 30 getroffen (oder aber diese Energie scheint auf die Matte oder trifft in irgendeiner anderen Weise auf der Matte auf). Infolge dieses Verhaltens absorbiert das Strömungsmittel 18 einen Teil der Solarenergie. Der Hauptteil der Energie wird jedoch durch die Fasern 40 angeordnet,innerhalb der Matte 24 absorbiert. Wenn die Sonnenstrahlen in die Vorderseite der Matte 24 eindringen, so beschatten die Oberflächenfasern die benachbarten und tieferen Fasern. Schatten 42 veranschaulichen wie die inneren Fasern weniger Licht erhalten. Wenn daher thermische Energie auf die Fasern 40 auftrifft, so wird ein Teil der Energie fast unmittelbar absorbiert. Diese Energie wird darauffolgend in das Innere des Empfängers 10 übertragen, und zwar infolge der Wärmeübertragungseigenschaften der Fasern 40.

Infolgedessen kann infolge der Orientierung der Fasern die durch den Empfänger 10 gesammelte Solarenergiemenge mit hinreichender Genauigkeit gesteuert werden. In diesem Zusammenhang definieren oder bestimmen die Faserzahl pro Einheitsvolumen und deren Durchmesser die Absorption der thermischen Energie bei irgendeiner gegebenen Tiefe innerhalb des Empfängers 10.

Andererseits gilt, daß je größer die Faserdichte in der Matte ist, umeo dichter an der Vorderseite oder Vorderoberfläche der Fasermatte die Energie absorbiert wird. Andererseits wird eine Fasermatte mit weniger Fasern die Solarstrahlung über eine größere Tiefe hinweg absorbieren. Zur Veranschaulichung sei bemerkt, was aber nicht einschränkend verstanden werden soll, daß die erfindungsgemäßen Fasern vorzugsweise schwarz oder aber geschwärzt sind, und zwar durch ein Agens, wie beispielsweise Kohlenstoff, d. h. ein Agens, welches als absorptionserleichternd hinsichtlich thermischer Energie bekannt ist. Darüber hinaus wurde erkannt, daß graue Fasern in diesen Anwendungsfällen verwendet werden können.

Gemäß den Lehren der Erfindung können verschiedene Fasern verwendet werden, um die gewünschten Wärmeübertragungsziele 2u erreichen. Beispielsweise ist es bekannt, daß eine Anordnung aus Fasern, aufgebaut aus Glas oder Metall, deren Durchmesser im Bereich zwischen 7 und 500 Mikron liegen, ausgezeichnete Absorptionseigenschaften besitzen. Zudem ist gewobenes Tuch, verfilzte Faser oder ein Material der fadengewickelten Art bekannt hinsichtlich seiner brauchbaren Wärmeübertragungseigenschaften.

Die Fasern 40 sind - wie man am besten in den Fig. 1 und 2 erkennt - mit engem Abstand angeordnet und besitzen eine vorbestimmte Konfiguration und Dichte. In der Tat erleichtert die Dichte der Fasern die Absorption der thermischen Energie durch das Strömungsmittel. Die Fasern sind jedoch

3Q nicht so dicht zueinander, daß das Strömungsmittel in irgendeiner Weise hinsichtlich des Strömens zwischen den Fasern eingeschränkt wird.

Wiederum sei beispielsweise, aber nicht einschränkend, darauf hingewiesen, daß die Vergleichsgröße der am besten in Fig. gezeigten Matte, 5 bis 20 % des Innenvolumens des Fasermattenteils des Empfängers 10 ausmacht. Es liegt jedoch

sicherlich innerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs, Matten anderen Größen, Formen und Volumina einzusetzen.

Wie oben erwähnt, wird die Fasermatte kontinuierlich in Strömungsmittel 18 gebadet, wenn letzteres durch den Empfänger zirkuliert. Unter diesen Umständen ist es zweckmäßig, daß das Strömungsmittel Eigenschaften besitzt, welche den Langzeitgebrauch und die Anwendung ermöglicht. Zur Förderung des optimalen Betriebs des Empfängers 10 ist das transparente Strömungsmittel vorzugsweise ein geschmolzenes Carbonatsalz, von dem bekannt ist, daß es eine hohe Temperaturstabilität und einen niedrigen Dampfdruck aufweist. Der Empfänger ist jedoch in keiner Weise auf Carbonatsalze begrenzt; auch andere Salze, wie beispielsweise Nitrate, fallen in den Bereich der Erfindung. Die einzigen Einschränkungen hinsichtlich der Anwendung von Salzen besteht darin, daß diese nicht übermäßg korrodierend sein sollten oder sich im Betriebsbereich des Empfängers, d. h. zwischen 100 und 1200 ⁰C verfestigen.

Wie bereits oben erwähnt, hat das Strömungsmittel 18 optische und thermische Eigenschaften, die die Sammlung thermischer Energie, abgeleitet aus der Fasermatte 24, ermöglichen. Gleichzeitig wird jedoch die thermische Energie aus den Fasern 40 entfernt, und wenn sich die Fasern 40 abkühlen, so wird in proportionaler Weise die Ströiuungsmitteltemperatur erhöht. Auf diese Weise wird thermische Energie, die anderenfalls zurück zur Außenseite des Empfängers 10 durch den Einlaß oder die Vorderseite laufen würde, blockiert, und zwar wegen der Wärmespeicherfähigkeit des Strömungsmittels, dessen Übertragungseigenschaften und der Strömungsrichtung. Zu diesem Zweck hat das Innere des Empfängers 10 die höchste Temperatur und nicht die Vorderseite dieser Vorrichtung. Dieses Phänomen vermindert sowohl die Konvektion als auch Strahlungsverluste, die anderenfalls in konventionellen und Direktoberflächenströmungs-

empfängern auftreten wurden. Dieser Effekt bringt eine 5%ige Verminderung der thermischen Oberflächenverluste. In diesem Zusammenhang wird die Steuerung der Temperatur innerhalb des Empfängets 10 verbessert. Infolgedessen wird eine Gesamterhöhung des Wirkungsgrades von ungefähr 5 % gegenüber einem typischen bekannten Empfänger erreicht.

Fig. 3 zeigt in Verbindung mit Fig. 1 die Temperaturverteilung innerhalb des Empfängers 10 während dessen Betrieb.

Die durch die Vertikallinien geschaffenen Abschnitte in der graphischen Darstellung entsprechen bestimmten Komponenten innerhalb des Empfängers 10. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Abschnitte der graphischen Darstellung repräsentieren das Strömungsmittel bzw. die Fasermatte bzw.

die Tragplatte und schließlich wiederum das Strömungsmittel. Bevor der Empfänger thermischer Energie ausgesetzt wird, ist, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Temperatur im wesentlichen gleich der Umgebungstemperatur dieser Umgebung. Zu einem späteren Zeitpunkt nach dem Aussetzen gegenüber einer Strahlung von 200 Sonnen-Strahlung und 2 mm/min. Salzflußraten, ist die Temperatur, wie gezeigt, auf annähernd 500 ⁰C angestiegen. D₁ entspricht der Position der Außenoberfläche des Strömungsmittels 18 einige Zeit, nachdem der Empfänger 10 thermischer Energie ausgesetzt wurde. Zudem entspricht die Position D₁ der niedrigsten Temperatur des Strömungsmittels 18. In der Position D-, einer Position, die die Zwischenschicht zwischen dem Strömungsmittel 18 und der Fasermatte 24 veranschaulicht, ist die Temperatur mit annähernd 500 ⁰C gezeigt. Die Temperatur bei D₂ hat die an der Stelle D₁ überstiegen, und zwar infolge des Teilens der thermischen Energie innerhalb des Strömungsmittels 18.

Der größte Temperaturanstieg im Empfänger 10 ist zwischen D₂ und D₃ gezeigt, d. h. zwischen der Zwischenfläche und der Tragplatte 26. In dieser Zone wird thermische Energie in alle Richtungen gestrahlt, aber der größte Teil wird durch die benachbarten Fasern absorbiert und wenig wird von der

Vorderseite verloren. Wenn diese Wirkung auftritt, so steigt die Temperatur des Stromungsmittels an, weil jede Faser die Fähigkeit hat, ihre abgeleitete solare thermische Energie zu absorbieren und zu transferieren. Zudem ist der Temperaturanstieg in diesem Gebiet des Empfängers beträchtlich, da Strömungsmittel 18 beständig thermische Energie von jeder Faser 40 wegzieht und da das Strömungsmittel zur Position D- fließt. Wie zu sehen, ist die Temperatur des Empfängers an der Stelle D₃ größer als 900 ⁰C.

Wie bemerkt, bleibt die Temperatur innerhalb der Tragplatte 26, d. h. zwischen D₃ und D., im wesentlichen konstant. Eine wichtige Betrachtung, die zur konstanten Temperatur innerhalb dieses Segments des Empfängers beiträgt, ist das Material, aus dem die Tragplatte hergestellt wird.

Hier ist die Temperatur der Mehrheit des Stromungsmittels in diesem Segment im wesentlichen gleichförmig, sofern als es hier keine Fasern gibt, von denen das Strömungsmittel zusätzliche thermische Energie gewinnen kann und keine hindurchscheinende Solarenergie zur Tragplatte 26 vorhanden ist. Infolgedessen ist die Temperatur des Stromungsmittels 18, welches in die Bohrungen 28 am entfernt gelegenen Ende der Fasermatte 24 eintritt, welches am dichtesten zum Eingang hin liegt, in effektiver Weise die gleiche, wie die Temperatur des Stromungsmittels 18, welches aus den Bohrungen austritt.

Die Temperatur des Stromungsmittels 18 nach dessen Austritt aus dem Empfänger 10 durch die Bohrungen 28 wird durch die graphische Darstellung der Zone zwischen D₄ und D₅ repräsentiert. Wie gezeigt, nimmt die Temperatur des Stromungsmittels ab oder verringert sich nur geringfügig. Diese geringfügige Verringerung in der graphischen Darstellung tritt deshalb auf, weil das Strömungsmittel 18 der Temperatür der Luft innerhalb des Empfängers ausgesetzt ist, auf welche weise Energie verloren oder verteilt wird. Infolge-

dessen reflektiert die Temperatur an der Positon D_ von ungefähr 900 ⁰C die Temperatur des Strömungsmittels 18, welches in die Auslaßöffnung 16 fließt. Obwohl eine bevorzugte Konfiguration dargestellt ist, gemäß welcher das Strömungsmittel frei fallen kann, während es den Innen- und Außentemperaturen ausgesetzt ist, so können doch Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung vorgenommen werden, unci es kann beispielsweise ein Anordnung vorgesehen sein, wo das Strömungsmittel vollständig in einem Glas oder einem TO transparenten Gebilde umschlossen ist.

Wie oben erwähnt, erleichtert die Orientierung der Fasern 40 in der Fasermatte 24 die Absorption der thermischen Energie durch den Empfänger 10. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die individuellen Fasern in der Fasermatte 24 derart angeordnet, daß sie zur Auslaßöffnung 16 hin geneigt sind. Infolge der Reaktion der Kräfte des Differenzdrucks und der Schwerkraft tröpfelt das Strömungsmittel 18 zwischen den einzelnen Fasern, wenn es nach unten zur Vorderseite der Matte 24 fließt. Wenn das Strömungsmittel 18 weiterhin zwischen den Fasern 40 tröpfelt, so wird die thermische Energie daraus entfernt. Wenn das Strömungsmittel die Rückseite der Matte 24 erreicht,so lauft es in Bohrungen 18, welche es zur Auslaßöffnung 16 liefern.

Obwohl ein bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung beschrieben und gezeigt wurde, so ist es doch klar, daß verschiedene Abwandlungen und Änderungen möglich sind. Die Verwendung von alternativen Salzen und Fasern wurde bereits erwähnt. In gleicher Weise kann die Erfindung auch bei anderen Strukturen mit unterschiedlichen Konfigurationen Verwendung finden. Eine Fasermatte, in der die individuellen Fasern geneigt nach unten verlaufen, ist beschrieben, um einen bevorzugten Weg für das Strömungsmittel unter der Schwerkraft vorzusehen. Es ist jedoch klar, daß auch andere Mittel vorgesehen sein können, um das Strömungsmittel zu zirkulieren

oder zu transferieren, und zwar vom Eingang zum Ausgang; beispielsweise kann ein Differenzdruck usw. verwendet werden.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Eine Vorrichtung zur Umwandlung von Strahlungsenergie in thermische Energie,geeignet zum Sammeln von Strahlung und zur Umwandlung derselben in thermische Energie, wird beschrieben. Die Erfindung umfaßt ein Fasermattenmaterial, welches die auf den Empfänger auftreffende Strahlung einfängt. Die eingefangene Strahlung wird aus dem Fasermattenmaterial entfernt, und zwar durch ein transparentes Strömungsmittel, in dem das Material gebadet wird.

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Claims

S-B3ö* Strahlungsempfänger Patentansprüche

1. Strahlungsabsorbierende thermische Empfangsvorrichtung (10), geeignet zum Betrieb innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs und zur Energieverteilung gekennzeichet durch eine Fasermasse (24) zum Einfangen thermischer Energie,
ein Strömungsmittel (18) zum Sammeln der thermischen Energie, eingefangen durch die Fasermatte (24), wobei die Sammelwirkung dazu geeignet ist, die Fasermatte (24) abzukühlen, wenn thermische Energie entfernt wird, und
Mittel (26) zum Transferieren der thermischen Energie, gesammelt innerhalb des Strömungsmittels (18) zu Auslaßmitteln (16) .

2. Eine strahlungsabsorbierende thermische Empfangsvorrichtung (10) von rechteckiger, langgestreckter Orientierung mit einer Einlaßöffnung (14) und einer Auslaßöffnung (16) an entgegengesetzten Enden davon, wobei der Empfänger (10) geeignet ist, innerhalb eines Temperaturbereiches von 100 bis 1200 ⁰C zu arbeiten, und mit einer

10 Sonnen- oder größeren Solarenergieintensität,wobei der thermische Empfänger (10) gekennzeichnet ist durch:

eine Anordnung von einem kleinen Durchmesser aufweisende Fasern (40) zum Einfangen der einfallenden Sonnenstrahlung, die auf eine Seite des Empfängers (10) der Anordnung (40) auftrifft, und zwar mit einer Orientierung, geeignet zur Steuerung der Absorption der Solarenergie durch den Empfänger (10), ein transparentes Strömungsmittel (18) zum Einsammeln der einfallenden Solarstrahlung, eingefangen durch die einen kleinen Durchmesser aufweisenden Fasern (40), wobei die Sammelwirkung dazu geeignet ist, die Fasern (40) abzukühlen, wenn die Sonnenenergie entfernt wird, und

Mittel (26) zum Übertragen der Sonnenenergie zur Auslaßöffnung (16), wobei die Richtung des zirkulierenden Strömungsmittels (18) eine Funktion der Orientierung und der Druckdifferenzen innerhalb des Empfängers

(10) ist.

3. Thermische Empfangsvorrichtung (10) zum Absorbieren von Solarenergie, wobei die Vorrichtung (10) eine rechteckige langgestreckte Orientierung besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß sie durch einen Tragständer (12) gehalten wird und eine Einlaßöffnung (14) und eine Auslaßöffnung (16) an entgegengesetzten Enden aufweist, wobei der Empfänger (10) eine Tragplatte (26) mit einer Vielzahl von Bohrungen (28) besitzt, um thermische Energie zu übertragen, wobei der Empfänger ferner dazu geeignet ist, innerhalb eines Temperaturbereichs von 100° bis 1200 ⁰C zu arbeiten, und zwar bei einer 10 Sonnen- oder größeren Solarenergieintensität, und wobei der thermische Empfänger (10) ferner gekennzeichnet ist durch:

eine Anordnung (40) aus geschwärzten, mit engem Abstand

angeordneten, einen kleinen Durchmesser aufweisenden Fasern zum Einfangen einfallender Solarstrahlung, auftreffend auf eine Seite des Empfängers (10) und wobei die Anordnung eine Orientierung besitzt, die dazu geeignet ist, die Absorption der Sonnenenergie durch den Empfänger (10) zu steuern, wobei die Anordnung (40) eine vorbestimmte Konfiguration und Dichte aufweist, und
wobei ferner transparentes geschmolzenes Salz (18) vorgesehen ist, um die einfallende Solarstrahlung, eingefangen durch die Fasern zu sammeln, wobei die Sammelwirkung dazu geeignet ist, die Fasern abzukühlen, wenn Solarenergie entfernt wird, wobei schließlich das geschmolzene Salz (18) einen niedrigen Dampfdruck besitzt und

wobei ferner Mittel (26) vorgesehen sind, um die Solarenergie, angeordnet innerhalb des Salzes (18) zu der Auslaßöffnung (16) zu transportieren, wobei die Richtung davon durch die Anordnung (40) der Fasern und der Bohrungen (28) verläuft, welche innerhalb der Tragplatte angeordnet sind und zur Auslaßöffnung (16) verlaufen.

4. Empfänger nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte eine mit dichtem Abstand angeordnete Anordnung aus Fasern von vorbestimmter Konfiguration und Dichte besitzt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der mit engem Abstand angeordneten Anordnung die Absorption der thermischen Energie erleichtert.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einen kleinen

Durchmesser aufweisenden Fasern geschwärzt sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Strömungsmittel einen niedrigen Dampfdruck aufweist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Strömungsmittel ein geschmolzenes Salz ist.