EP4367446A1 - Empfängervorrichtung für solarstrahlung mit einem behälter zum aufheizen eines wärmeträgermediums in einem solarthermischen kraftwerk - Google Patents

Empfängervorrichtung für solarstrahlung mit einem behälter zum aufheizen eines wärmeträgermediums in einem solarthermischen kraftwerk

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Publication number
EP4367446A1
EP4367446A1 EP22741498.4A EP22741498A EP4367446A1 EP 4367446 A1 EP4367446 A1 EP 4367446A1 EP 22741498 A EP22741498 A EP 22741498A EP 4367446 A1 EP4367446 A1 EP 4367446A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wall
counter
bearing
bearing elements
container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22741498.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes CLAR
Jens Rheinländer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP4367446A1 publication Critical patent/EP4367446A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/80—Accommodating differential expansion of solar collector elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S80/20—Working fluids specially adapted for solar heat collectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F24S2020/23—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants movable or adjustable

Definitions

  • Receiver device for solar radiation with a container for heating a heat transfer medium in a solar thermal power plant
  • the invention relates to a receiver device for solar radiation with a container for heating a heat transfer medium in a solar thermal power plant.
  • Prior art receiver devices for solar radiation are known as solar particle receivers for solar tower power plants.
  • Such receiver devices use a rotating, hollow-cylindrical container in which a closed film of ceramic particles with a diameter of typically 1 mm or smaller forms as a heat transfer medium on the inner wall of the rotating cylinder.
  • This particle film is heated to over 1000°C using concentrated solar radiation and then removed from the cylinder.
  • the energy stored in the particles can be temporarily stored in an insulated container and used for power generation and/or in process applications.
  • DE 102014106320 A1 describes a device with a solar radiation receiver which includes a container which includes an outer wall and an interior space surrounded by the outer wall.
  • the device comprises a supply device for supplying a heat transfer medium to the interior of the container.
  • the container is by means of a rotary drive device
  • Heat transfer medium film is guided along an inner wall of the container.
  • the device comprises at least one overflow element for forming a rotationally symmetrical inner surface of the heat transfer medium film
  • DE 102010063116 A1 discloses a device with a solar radiation receiver which includes a container which includes an outer wall and an interior space surrounded by the outer wall. The interior accommodates a heat transfer medium, with solar radiation and/or heated by solar radiation
  • Heat transfer medium can be coupled into the interior via a coupling opening.
  • the container rotates about its axis by means of a rotary drive device, with receiving areas for heat transfer medium being arranged or formed on the wall facing the interior.
  • At least one driver is assigned to a receiving area, by means of which the heat transfer medium can be entrained against the direction of gravity when the container rotates. Disclosure of Invention
  • the object of the invention is to create an inexpensive and maintenance-friendly receiver device for solar radiation with a container for heating a heat transfer medium in a solar thermal power plant.
  • the object is solved by the features of the independent claim.
  • Favorable configurations and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.
  • a receiver device for solar radiation with a container for heating a heat transfer medium in a solar thermal power plant.
  • Proposed heat transfer medium in a solar thermal power plant with a extending in a longitudinal direction double-walled housing surrounding an interior and having an outer wall and an inner wall surrounded by it, between which a plurality of bearing elements and counter-bearing elements is arranged.
  • At least two bearing elements are provided, which rest on opposite sides of the respective counter-bearing element.
  • at least two counter-bearing elements are provided, which rest on opposite sides of the respective corresponding bearing element.
  • the container of the receiving device can be designed, for example, as a rotating drum in which a closed film of ceramic particles typically having a maximum diameter of 1 mm is formed on the inner wall of the rotating cylinder. This particle film is heated to over 1000°C using concentrated solar radiation and then removed. Temperatures of, for example, 1100° C. and more can occur. The energy stored in the particles can be temporarily stored in an insulated container and used to generate electricity and/or in process heat applications.
  • the receiver device has an inlet for supplying the heat transfer medium to the container and an outlet for discharging the heat transfer medium from the container.
  • the rotating drum places special demands on the structure and storage of the components.
  • High-temperature alloy running surface for the particles at a temperature of at least 900 ° C.
  • this metal surface also known as the inliner, experiences large thermal expansions in the axial and radial directions.
  • Thermal insulation is usually located between the hot running surface of the inner wall and the outer wall of the container, so that the flow of energy to the outer wall is reduced and the outer wall also generally does not heat up to more than 100°C. This means that there is less thermal expansion on the outer wall.
  • bearing elements and the corresponding counter-bearing elements on the inner wall and the outer wall are advantageously arranged alternately in such a way that they act as floating bearings and are arranged so that they can move in relation to one another in the radial and axial direction and block relative movement in the circumferential direction.
  • Another part of the bearing elements and the corresponding counter-bearing elements are arranged alternately on the inner wall or the outer wall in such a way that they act as a further floating bearing and are arranged so that they can move relative to one another in the radial direction and in the circumferential direction of the container and block a relative movement in the longitudinal direction of the container.
  • the two loose bearings act perpendicular to each other.
  • a fixed bearing can be provided, for example, in a peripheral region of the container, for example closer to one end of the container.
  • the bearing elements arranged as a further movable bearing and corresponding counter-bearing elements, which form a fixed bearing with the first type of movable bearing are blocked on a circumferential line.
  • the bearing of the inner wall relative to the outer wall by means of the bearing elements and counter bearing elements according to the invention represents a comparatively inexpensive way of positioning and bearing the two components.
  • the container can thus be manufactured and assembled in a favorable manner.
  • the structure of the container also has an advantageous effect with regard to possible maintenance processes, since the container can again be dismantled in a relatively simple manner.
  • the receiver device with the container can be advantageous for solar particle centrifugal receiver for solar power plants, solar process heat
  • Plants and solar chemical modification of particle-like materials are used.
  • Alternative, similar applications, in which a hot inner tube is to be kept in a cold outer jacket, can also be implemented in a cost-effective way.
  • the container can advantageously be made of steel. Due to the high temperatures of the heat transfer medium, the inner wall is advantageously made of a high-temperature-resistant stainless steel or another high-temperature alloy such as Inconel.
  • the bearing elements can be designed as fins that protrude in the radial direction toward the outer wall and have at least one contact surface facing a corresponding counter-bearing element in the circumferential direction.
  • the counter-bearing elements can be designed as fins that protrude in the radial direction toward the inner wall and have at least one contact surface facing the respective corresponding bearing element in the circumferential direction.
  • a floating bearing of the inner wall relative to the outer wall can be realized by arranging individual fins of this type on the inner wall as bearing elements over the circumference of the inner wall. These fins can, for example, be drawn over the entire axial length or be individually arranged several times over the axial length.
  • These fins serve as a sliding surface in the radial and axial directions.
  • Drivers can be arranged alternately in the axial direction on the sliding surfaces, which are fastened to the outer wall as counter-bearing elements. Such an arrangement can also take place alternately in the circumferential direction. However, this is not absolutely necessary.
  • Web like a kind of stiffening ring is arranged.
  • This ring can also be designed as several individual fins, but this time oriented in the circumferential direction.
  • the ring again serves as a sliding surface, this time only in the circumferential direction.
  • Abutment elements can be arranged to slide alternately on this ring over the circumference, so that an axial movement of the inner wall against the outer wall is prevented.
  • the counter bearing elements are also connected to the outer wall. For a fixed bearing in the longitudinal direction, however, a one-sided attachment of the counter-bearing elements in the direction of gravity can also suffice.
  • the construction in the so-called fixed bearing area can be made correspondingly more compact.
  • a sliding element in particular made of ceramic, can be arranged between at least one bearing element and the corresponding counter-bearing element.
  • the sliding element can be arranged on the bearing element. In this way, additional ceramic plates can be placed on the contact surfaces to protect the material.
  • the abrasion of the material due to the movement of the bearing elements and counter-bearing elements due to thermal expansion can thus be significantly reduced.
  • the sliding element can also be easily replaced if necessary, for example due to abrasion.
  • the sliding element can also act as thermal insulation.
  • Ceramic plates for example made of Al 2 O 3 , SiC, ZrO 2 , can be used as the material for the sliding element.
  • an insulating element for thermal insulation can be arranged between the sliding element and the contact surface.
  • Intermediate layers as thermal insulation between the sliding element and the bearing elements can significantly reduce the heat transfer from the inner wall to the outer wall. This makes it possible to maintain the lower temperatures required on the outer wall. In this way, the thermal loss of the receiver device can also be reduced to a required level in a favorable manner.
  • the counter-bearing elements can have a driver that protrudes in the radial direction and has at least one contact surface facing a corresponding bearing element.
  • the carrier with its contact surface represents the active element of the counter-bearing element for the interaction of bearing element and counter-bearing element to limit the relative movement of the inner wall against the outer wall.
  • a sliding element in particular made of ceramic, can be arranged on the contact surface of the driver, which sliding element faces the corresponding bearing element, in particular the respective sliding element.
  • Abrasion of the material due to the movement of the bearing elements and counter-bearing elements can be significantly reduced by thermal expansion.
  • the sliding element can also act as thermal insulation.
  • At least one of the sliding elements can have a surface which faces the respective corresponding sliding element and is concavely curved in the radial direction.
  • the concavely curved surface of the sliding element facilitates assembly of the container through the self-centering of bearing elements and counter-bearing elements in this way.
  • movements of the inner wall against the outer wall due to thermal expansion can thus be promoted, which can lead to shrinkage and growth in the diameter of the inner wall.
  • the abutment elements can have two limbs, which are arranged in particular at right angles to one another, one of the two limbs having a connecting surface with the outer wall and the other of the two
  • the two legs of the counter-bearing element can be connected by a strut, in particular arranged diagonally between the ends of the legs.
  • the strut can be used as an additional stiffening of the
  • Abutment element are used in order to be able to transmit larger forces between the bearing element and the abutment element in this way.
  • the two legs of the counter-bearing element can be designed as U-profiles.
  • the design as a U-profile can advantageously be used in order to be able to transmit greater forces between the bearing element and counter-bearing element in this way.
  • the counter-bearing elements can be manufactured inexpensively as a result.
  • the sliding elements and/or the insulating element can be connected to the respective bearing element or the respective counter-bearing element by means of at least one fastening element, in particular a fastening spring.
  • Sliding elements and/or insulating elements can thus be reliably and permanently connected to the bearing element or counter-bearing element by means of a fastening according to a tongue and groove concept. Shearing forces due to the thermal expansion of the inner wall and outer wall relative to one another can also be absorbed in this way.
  • a circumferential ring which is arranged radially between the outer wall and the inner wall and has or forms at least one bearing element can be formed along the circumferential line.
  • the ring can be arranged on the inner wall.
  • the fixed bearing can be implemented in such a way that, for example, a web, such as a type
  • Stiffening ring is arranged.
  • This ring can also be designed as several individual fins oriented in the circumferential direction.
  • the ring serves as a sliding surface in the circumferential direction.
  • Abutment elements can be arranged to slide alternately on this ring over the circumference, so that an axial movement of the inner wall against the outer wall is prevented.
  • the inner wall can be formed from individual longitudinal segments joined together in the circumferential direction, in particular longitudinal segments arranged in a ring in the circumferential direction and stacked in the longitudinal direction, with the bearing elements being formed in one piece with the longitudinal segments.
  • the bearing elements can be formed by bending the longitudinal segments along joining lines of the longitudinal segments to one another.
  • Inner wall in individual longitudinal segments large dimensions of the container can be realized cheaply.
  • the integration of the bearing elements into the longitudinal segments by folding the longitudinal segments enables cost-effective manufacture of the container.
  • a fixed connection of the bearing elements to the inner wall can be ensured in a simple manner.
  • the longitudinal segments can be divided into axial segments in the longitudinal direction.
  • the further subdivision of the longitudinal segments into axial segments favors the realization of large container dimensions.
  • Production of the container can thus be implemented advantageously.
  • the longitudinal segments and/or axial segments can have stiffening ribs, in particular diagonal ribs, on a radial outside
  • stiffening ribs have stiffening ribs.
  • the mechanical stability of the inner wall can be decisively increased by means of the stiffening ribs.
  • Large dimensions of the container can thus advantageously be implemented with a moderate increase in weight of the receiver device.
  • At least the outer wall can be formed from flat longitudinal segments which are joined at least along joining lines formed in the longitudinal direction.
  • a polygonal outer shape of the outer wall can prove to be particularly favorable in order to have flat surfaces on the outside of the container for connecting the counter-bearing elements.
  • the counter bearing elements can be installed through a type of removable window.
  • windows can also be represented in a cylindrical outer wall.
  • the advantage of constructing the outer wall from flat longitudinal segments is that many simple identical parts can be used. Since the bearing is sliding and therefore multi-part, assembly and subsequent maintenance are significantly simplified. Furthermore, the components are subject to significantly less stress, since no permanent deformations will occur as a result of the sliding, in contrast to a design with double springs. Thus, large thermal deformation paths are also possible without problems
  • a polygenic outer wall is distributed in such a way that mechanical connections are possible in a simpler way. This also favors a multi-part structure in the case of large containers.
  • the receiver device can
  • Aperture opening for the entry of solar radiation at one of the ends of the container the container having a longitudinal axis which is oriented parallel or at an acute angle less than or equal to 90° to the direction of gravity.
  • the container can be rotated about an axis of rotation in an intended direction of rotation by means of a rotary drive device in such a way that the heat transfer medium can be guided along an inner wall of the container, forming a heat transfer medium film.
  • a film of heat transfer medium can form particularly favorably on the inner wall of the rotating container, so that heat transfer from the solar radiation entering through the aperture opening to the heat transfer medium can be achieved as uniformly as possible.
  • a homogeneous distribution of the heat transfer medium which can in particular be configured as a particle flow, can advantageously be achieved at the beginning of the running surface of the heat transfer medium on the inner wall of the container.
  • FIG. 1 shows a receiver device for solar radiation with a container for heating a heat transfer medium in a solar thermal power plant in a transparent representation
  • FIG. 2 shows an inner wall of the container with bearing elements arranged thereon and counter bearing elements according to a first exemplary embodiment of the invention in an isometric view
  • FIG. 3 shows an enlarged section of an inner wall of the container with bearing elements arranged thereon and counter bearing elements according to a second exemplary embodiment of the invention in an isometric view;
  • FIG. 4 shows a detail from a row of bearing elements and counter-bearing elements according to the second exemplary embodiment of the invention from FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a container with an inner wall and an outer wall according to a third exemplary embodiment of the invention in a sectioned isometric representation
  • FIG. 6 shows an enlarged section of the container with inner wall and outer wall according to the third exemplary embodiment of the invention from FIG. 5;
  • FIG. 7 shows an enlarged section of an inner wall of the container with bearing elements arranged thereon and counter bearing elements according to the third exemplary embodiment of the invention in an isometric view
  • FIG. 10 shows an enlarged illustration of the third exemplary embodiment with a view of sliding elements and insulating elements
  • FIG. 11 shows an enlarged representation with a view of a fastening spring of a sliding element on a bearing element arranged on the inner wall;
  • FIG. 12 is an enlarged view with a view of a
  • FIG. 15 shows a counter bearing element according to the third exemplary embodiment of the invention in an isometric view with a view of the sliding element
  • FIG. 16 shows the counter-bearing element according to FIG. 15 with a view of the fastening spring of the sliding element
  • FIG. 17 shows the counter-bearing element according to FIG. 15 without the sliding element
  • FIG. 18 shows a container with a polygonal outer shell according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a receiver device 110 for solar radiation with a
  • Container 200 for heating a heat transfer medium 210 in a solar thermal power plant in a transparent representation for heating a heat transfer medium 210 in a solar thermal power plant in a transparent representation.
  • known receiver device 110 includes a container 200, which by means of a not shown
  • rotary drive device can be rotated about an axis of rotation 216, and an inlet 300 for supplying the heat transfer medium 210 to an interior space 208 of the container 200 and an outlet 400 for discharging the heat transfer medium 210 from the container 200, both of which are connected to this container 200.
  • the container 200 has a longitudinal axis 214 which is oriented parallel or at an acute angle of typically less than or equal to 90° to the direction of gravity g, which is symbolized in the figure by a vertical arrow.
  • the container 200 comprises in particular a hollow-cylindrical base body which comprises the circular-cylindrical interior space 208 surrounded by an outer wall 206 .
  • An inner wall 218 surrounding the interior space 208 is arranged at a distance from the outer wall 206 .
  • the container 200 has thermal insulation between the outer wall 206 on the outside and the inner wall 218, so that temperatures of approx at least 900°C or higher, for example 1100°C.
  • the receiver device 110 has an aperture opening 416 for the entry of solar radiation 112 at the lower end 204 of the container 200 .
  • the container 200 can be rotated about an axis of rotation 216 in an intended direction of rotation 236 by means of a rotary drive device such that the heat transfer medium 210 is guided along the inner wall 218 of the container 200 with the formation of a heat transfer medium film 212 .
  • the heat transfer medium 210 and the heat transfer medium film 212 are only indicated in FIG. 1 on the side of the inner wall 218 facing the interior space 208 .
  • the axis of rotation 216 closes an angle with the direction of gravity g
  • the container 200 is designed to be open, so that the aperture opening 416 of the container 200 is formed, through which solar radiation 112 can enter the interior 208 of the container 200 .
  • the inner wall 218 of the container 200 is provided with a heat transfer medium 210 which is supplied via the inlet 300 through the feed opening 304 at the upper end 202 of the container 200 .
  • the heat transfer medium 210 spreads on the inner wall 218 and thereby forms a heat transfer medium film 212.
  • the heat transfer medium 210 is fed into the interior 208 of the container 200 via the inlet 300 which is arranged at the upper end 202 of the container 200 .
  • the heat transfer medium 210 can be transported, in particular conveyed, along the inner wall 218 from the end 202 at which it is fed to an end 204 of the container 200 opposite this end 202, on which the aperture opening 416 is arranged, in order to create a continuous flow of heat transfer medium 210 to apply solar radiation 112 and thus to heat.
  • the inlet 300 is formed from a cone-shaped front wall 302 and a cone-shaped rear wall 308 directed towards the interior 208 of the container 200, which are arranged coaxially and one above the other in the axial direction.
  • a cone angle can be, for example, between 30° and 90°, preferably between 45° and 80°.
  • Guide elements 310 are arranged between the front wall 302 and the rear wall 308 and are aligned in the radial direction 238 and are connected to the rear wall 308 .
  • the guide elements 310 can also be connected to the inner wall 206 or alternately to the rear wall 308 and the inner wall 206 in an overlapping manner. In the prior art, these guide elements 310 are straight.
  • the heat transfer medium 210 is arranged in a tip of the conical front wall 302 supply opening 304 in the
  • the inner wall 218 of the container 200 usually has a friction-enhancing device 234, so that the heat transfer medium
  • the heated heat transfer medium 210 adheres as well as possible to the inner wall 218 and thus has a sufficiently long residence time in the interior 208 in order to absorb sufficient heat from the solar radiation 112. The heated heat transfer medium 210 is then available for further
  • the heat transfer medium 210 can advantageously be free-flowing or free-flowing.
  • the heat transfer medium 210 can be formed by particles.
  • the heat transfer medium 210 comprises particles or particles made of sintered bauxite or is formed from particles or particles made of sintered bauxite.
  • the particles or particles can preferably have an average particle diameter of about 250 ⁇ m to about 1.8 mm.
  • powdered media with much smaller grain sizes, such as cement flour can also be used.
  • the particles preferably have a high sphericity.
  • the sphericity ie the ratio of the surface area of a sphere of the same volume to the surface area of the particle, can in particular be greater than approximately 0.8, in particular greater than approximately 0.9.
  • the particles or particles can be thermal shock resistant.
  • the axis of rotation can be parallel or at an acute angle of less than or equal to 90°, preferably less than or equal to 80°, to the direction of gravity g.
  • the axis of rotation can be coaxial with the longitudinal axis of the container.
  • a heat transfer medium film 212 can form particularly favorably on the inner wall of the rotating container, so that the most uniform possible heat transfer to the heat transfer medium can be achieved.
  • the container 200 can advantageously be made of steel. Due to the high temperatures of the heat transfer medium 210, the inner wall 218 is expediently made of a high-temperature-resistant stainless steel or another high-temperature alloy such as Inconel. Dimensions of the container 200 can be up to 8 m in length and 5 m in diameter, for example. The wall thickness of the inner wall 218 can be 6 mm, for example, while the outer wall 206 can have a wall thickness of 12 mm, for example. Such values can result in a weight of approximately 6 t up to 20 t for the container 200 with an associated thermal insulation between the inner wall 218 and the outer wall 206 .
  • Ceramic fiber mats can advantageously be used as thermal insulation between the inner wall 218 and the outer wall 206 .
  • Outer wall 206 may additionally include thermal insulation made of microporous fibers, which may be pressed into panels, on an outer side 240 .
  • expansion values between the inner wall 218, which is heated to approx. 900° C. by the heat transfer medium 210, and the outer wall 206, which is at a temperature of approx. 100° C. can be up to 70 mm in the radial direction 238 and up to 150 mm occur in the longitudinal direction 215.
  • FIG. 2 shows an inner wall 218 of the container 200 with bearing elements 10, 11 and counter bearing elements 30, 31 arranged thereon according to a first exemplary embodiment of the invention in an isometric representation.
  • the container 200 has a double-walled housing 220 extending in a longitudinal direction 215, which surrounds an interior space 208 and which has an outer wall 206 (not shown) and an inner wall 218 surrounded by it, between which a large number of bearing elements 10, 11 and counter-bearing elements 30 , 31 is arranged.
  • a double-walled housing 220 extending in a longitudinal direction 215, which surrounds an interior space 208 and which has an outer wall 206 (not shown) and an inner wall 218 surrounded by it, between which a large number of bearing elements 10, 11 and counter-bearing elements 30 , 31 is arranged.
  • Counter bearing elements 30, 31 extend in a radial direction 238 away from the outer wall 206 and/or the inner wall 218.
  • Abutment elements 30, 31 in at least the longitudinal direction 215 or in the circumferential direction 242 along at least one circumferential line 244 are arranged on one side butting against one another.
  • bearing elements 10, 11 or counter-bearing elements 30, 31 are provided, which rest on opposite sides of the respectively corresponding counter-bearing element 30, 31 or bearing element 10, 11.
  • bearing elements 11 and the corresponding counter-bearing elements 31 are alternately arranged on the inner wall 218 or the outer wall 206 in such a way that they act as floating bearings and are arranged so that they can move relative to one another in the radial direction 236 and the axial direction 215 and a relative movement in the circumferential direction 242 lock.
  • bearing elements 10 and the corresponding counter-bearing elements 30 are arranged alternately on the inner wall 218 and the outer wall 206 in such a way that they act as a further floating bearing and are arranged so that they can move relative to one another in the radial direction 236 and in the circumferential direction 242 of the container 200 and Lock relative movement in the longitudinal direction 215 of the container 200.
  • the two loose bearings act perpendicular to each other.
  • This allows relative movement of the bearing elements 10, 11 and counter-bearing elements 30, 31 in the radial direction 236, but blocks in the circumferential direction 242 and in the longitudinal direction 215. In this way, a rotation of the inner wall 218 about the longitudinal axis 215 against the outer wall 206 is blocked in the area of the bearing elements 10, 11 arranged as floating bearings and corresponding counter-bearing elements 30, 31.
  • a fixed bearing can be provided, for example, in a peripheral region of the container 200, for example closer to one end of the container 200.
  • the bearing elements 10 arranged as a further movable bearing and corresponding counter-bearing elements 30, which form a fixed bearing with the first type of movable bearing there is a relative movement of the inner wall 218 against the outer wall 206 in the longitudinal direction 215 on a circumferential line 244 and a twisting of the inner wall 218 about the Longitudinal axis 215 locked against the outer wall 206.
  • the bearing elements 10, 11 are designed as fins protruding in the radial direction 238 toward the outer wall 206, which in
  • Circumferential direction 242 have at least one abutment surface 12 facing a corresponding counter-bearing element 30, as in
  • the counter-bearing elements 30, 31 are designed as fins protruding in the radial direction 238 toward the inner wall 206, which fins have at least one corresponding one in each case in the circumferential direction 242
  • Abutment elements 30, 31 can be screwed to the outer wall 206, for example.
  • the counter-bearing elements 30, 31 can be designed as bent fins.
  • a floating bearing of the inner wall 218 with respect to the outer wall 206 can be realized by arranging individual such fins as bearing elements 11 over the circumference 242 of the inner wall 218 on the inner wall. These fins can, for example, be drawn over the entire axial length 215 or divided over the axial length 215 and arranged several times individually. These fins serve as a sliding surface in the radial and axial directions.
  • Drivers 32 can be arranged alternately in the axial direction on the sliding surfaces, which are fastened to the outer wall 206 as counter-bearing elements 31 .
  • Circumferential direction 242 such an arrangement can also take place alternately. However, this is not absolutely necessary.
  • the driver 32 with its contact surface 34 represents the active element of the counter-bearing element 30, 31 for the interaction of the bearing element
  • the floating bearing Since the floating bearing is arranged over a large area in this way, its functionality for blocking a rotation of the inner wall 218 against the outer wall 206 in the circumferential direction 242 is also automatically provided in the area of the fixed bearing. Consequently, it is sufficient if a movement is only blocked in the longitudinal direction 215 at the fixed bearing.
  • a web such as a type of stiffening ring 246 is arranged over the circumference of the inner wall 218 .
  • This ring 246 can also be designed as several individual fins, but this time oriented in the circumferential direction.
  • the ring 246 again serves as a sliding surface, this time only in the circumferential direction 242.
  • Abutment elements 30 can be arranged to slide alternately on this ring 246 over the circumference, so that an axial movement of the inner wall 218 against the outer wall 206 is impeded.
  • the counter bearing elements 30 are also connected to the outer wall 206 .
  • a one-sided attachment of the counter-bearing elements 30 in the direction of gravity g can also suffice for a fixed bearing in the longitudinal direction 215 .
  • the construction in the so-called fixed bearing area can be made correspondingly more compact.
  • the counter-bearing elements 30, 31 can be designed as sheet metal strips bent at right angles, with one leg being connected to the outer wall 206 and the other leg being in contact with the bearing element 10, 11.
  • a circumferential ring 246 is formed along the circumferential line 244 and is arranged radially between the outer wall 206 and the inner wall 218 and has or forms at least one bearing element 10 .
  • the ring 246 is arranged on the inner wall 218 in this exemplary embodiment.
  • the inner wall 218 is made up of individual longitudinal segments 250 joined together in the circumferential direction 242 , in particular arranged in a ring shape in the circumferential direction 242 and stacked in the longitudinal direction 215
  • Longitudinal segments 250 formed.
  • the longitudinal segments 250 are divided into axial segments 260 in the longitudinal direction 215 .
  • Container 200 can be realized cheaply. Especially the integration of the bearing elements 10, 11 in the
  • the bearing elements 11 are each arranged in the longitudinal direction 215 on the inner wall 218 and interact with the corresponding counter-bearing elements 31 arranged on the outer wall 206 .
  • the bearing elements 11 and the corresponding counter-bearing elements 31 form the floating bearing between the inner wall 218 and the outer wall 206.
  • the bearing elements 10 are each in the circumferential direction 242, with this
  • Embodiment as a ring 246, arranged on the inner wall 218 and interact with the corresponding arranged on the outer wall 206 abutment elements 30 together.
  • the floating bearings block a relative movement in the circumferential direction 242.
  • the fixed bearing blocks a relative movement in the circumferential direction 242 and in the longitudinal direction 215.
  • Figure 3 shows an enlarged section of an inner wall 218 of the container with bearing elements 10, 11 and counter-bearing elements 30, 31 arranged thereon according to a second exemplary embodiment of the invention in an isometric representation
  • Figure 4 shows a section of a row of bearing elements 10, 11 and
  • the counter-bearing elements 30, 31 have two legs 40, 42 which are arranged in particular at right angles to one another.
  • One of the two legs 40 has a connecting surface 44 with the outer wall 206 and the other of the two legs 42 has the contact surface 34 .
  • the counter-bearing elements 30 , 31 have a driver 32 that projects in the radial direction 238 and has at least one bearing surface 34 facing a corresponding bearing element 10 .
  • the driver 32 is implemented by the second leg 42 .
  • the two legs 40, 42 are connected by a strut 46 arranged diagonally between the ends of the legs 40, 42.
  • the strut 46 can serve as an additional stiffening of the counter-bearing element 30, 31 in order in this way to be able to transmit greater forces between the bearing element 10, 11 and the counter-bearing element 30, 31.
  • the forces that have to be transmitted can be up to 10 kN per counter-bearing element 30, 31 given the specified dimensions of the container 200.
  • the contact surface 34 of the counter-bearing element 31 has a sliding element 36 , for example a ceramic plate, the surface of which is concave in relation to the contact surface 12 of the bearing element 11 .
  • the concavely curved surface of the sliding element 36 facilitates assembly of the container 200 by the self-centering of bearing elements 10, 11 and counter-bearing elements 30, 31 in this way.
  • movements of the inner wall 218 against the outer wall 206 due to thermal expansion, which can lead to shrinkage and growth in the diameter of the inner wall 218, can also be promoted.
  • ceramic plates can also be introduced as sliding elements 14, 36 to protect the material.
  • the abrasion of the material due to the movement of the bearing elements 10, 11 and counter-bearing elements 30, 31 due to the thermal expansion can thus be significantly reduced.
  • the sliding element 14, 36 can also additionally act as thermal insulation.
  • the material used for the sliding elements 14, 36 can be ceramic plates, for example made from Al 2 O 3 , SiC, ZrO 2 . Since the
  • the longitudinal segments 250 and/or axial segments 260 have stiffening ribs 254 on a radial outside 240, in particular diagonal stiffening ribs 254.
  • the mechanical stability of the inner wall 218 can be decisively increased by means of the stiffening ribs 254 . This allows great
  • Figure 5 shows a container 200 with inner wall 218 and outer wall 206 according to a third embodiment of the invention in a truncated isometric view
  • Figure 6 shows an enlarged section of container 200 according to Figure 5 from the area between inner wall 218 and outer wall 206.
  • FIG. 7 shows an enlarged section of an inner wall 218 of the container 200 with bearing elements 10, 11 arranged thereon and counter-bearing elements 30, 31 according to the third exemplary embodiment of the invention in an isometric view.
  • FIG. 8 shows a detail from a row of bearing elements 11 and counter bearing elements 31 according to the third exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 9 shows an enlarged representation of the third exemplary embodiment according to FIG. 8 with a view of sliding elements 14, 36, while FIG. 10 shows an enlarged representation of the third exemplary embodiment with a view of
  • Sliding elements 14, 36 and insulating elements 16 can be seen.
  • the thermal loss of the receiving device 110 can be favorably reduced to a required level.
  • the bearing elements 10, 11 are formed in one piece with the longitudinal segments 250, namely in that the bearing elements 10, 11 are formed by bending the longitudinal segments 250 along joining lines 252 of the longitudinal segments 250 to one another.
  • Sliding element 14 in particular made of ceramic, is arranged.
  • the sliding element 14 is arranged on the bearing element 10, 11, namely on the contact surface 12, while on the contact surface 34 of the
  • a sliding element 36 in particular also made of ceramic, is arranged, which faces the corresponding bearing element 10, in particular the respective sliding element 14.
  • the sliding element 36 has a concave curve in the radial direction 238 facing the respective corresponding sliding element 14
  • an insulating element 16 for thermal insulation is arranged between the sliding element 14 and the contact surface 12 .
  • Ceramic fiber mats can advantageously be used as insulating elements 16 .
  • FIG. 11 shows an enlarged representation with a view of a
  • the sliding element 14 of the bearing element 11 is connected to the respective bearing element 11 by means of a fastening element 18 which is designed in particular as a fastening spring 18 .
  • the fastening spring 18 extends through an opening 22 in the bearing element 11 .
  • Sliding elements 14, 36 and/or insulating elements 16 can thus be reliably and permanently connected to the bearing element 10, 11 or counter-bearing element 30, 31 by means of a fastening according to a tongue and groove concept. Shearing forces due to the thermal expansions of the inner wall 218 and the outer wall 206 relative to one another can also be appropriately absorbed in this way.
  • the sliding elements 36 and insulating elements 16 can also be connected to the counter-bearing elements 30, 31 or the bearing elements 10, 11 in the same way.
  • an additional thermal insulating element 16 is arranged between the contact surface 34 and the sliding element 36 of the counter-bearing element 31 .
  • FIG. 12 shows an enlarged representation with a view of a fastening spring 38 of a sliding element 36 on a counter-bearing element 30, 31.
  • the fastening spring 38 engages through a corresponding opening 48 in the second leg 42 of the counter-bearing element 30, 31.
  • FIG. 13 shows an isometric representation of an arrangement of bearing elements 10, 11 and counter-bearing elements 30, 31, designed as a fixed bearing, of the third exemplary embodiment.
  • the bearing elements 11 arranged in the longitudinal direction 214 can be seen with their corresponding counter-bearing elements 31, which form the movable bearing.
  • the bearing elements 10 with their corresponding counter-bearing elements 30 can be seen, which together with the bearing elements 11 with their corresponding counter-bearing elements 31 form the fixed bearing.
  • At crossing points of the peripheral line 244 with the running in the longitudinal direction 215 joining lines 252 of the longitudinal segments 250, or the axial segments 260 are two bearing elements 10 with counter bearing elements 30 and two bearing elements 11 with
  • Abutment elements 31 are arranged crossed in such a way that a fixed bearing is formed and a relative movement of the inner wall 218 against the outer wall 206 in the longitudinal direction 215 and in the circumferential direction 242 is prevented
  • the stiffening of the axial segments 260 by the diagonal struts 254 can also be seen in this representation.
  • FIG. 14 shows an arrangement of a counter-bearing element 31 of the third exemplary embodiment on the outer jacket 206.
  • One leg is here
  • FIG. 40 of the counter-bearing element 31 is carried out through a window 248 arranged in the outer wall 206 and can be connected to the outer wall 206 from the outside.
  • Figure 15 shows a counter bearing element 30 after the third
  • FIG. 16 shows the counter bearing element 30 with a view of the fastening spring 38 of the sliding element 36 and FIG. 17 shows the counter bearing element 30 without the sliding element 36.
  • FIG. 18 shows a container 200 with a polygonal outer casing 206 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the outer wall 206 is formed from flat longitudinal segments 256 which are joined along joining lines 258 formed in the longitudinal direction 215 .
  • a polygonal outer shape of the outer wall 206 can prove to be particularly favorable in order to have flat surfaces on the outside 240 of the container 200 for connecting the counter-bearing elements 30, 31.
  • the counter-bearing elements 30, 31 by a
  • the advantage of constructing the outer wall 206 from flat longitudinal segments 256 is that many simple identical parts can be used. Since the bearing is sliding and therefore multi-part, assembly and subsequent maintenance are significantly simplified. Furthermore, the components are subject to a significantly lower load, since no constant deformations will occur as a result of the sliding, in contrast to a version with
  • a polygenic outer wall 206 has the advantage that mechanical connections are possible in a simpler way. In the case of large containers 200, this also favors a multi-part structure. Reference sign

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Empfängervorrichtung (110) für Solarstrahlung (112) mit einem Behälter (200) zum Aufheizen eines Wärmeträgermediums (210) in einem solarthermischen Kraftwerk, mit einem sich in einer Längsrichtung (215) erstreckenden doppelwandigen Gehäuse (220), das einen Innenraum (208) umgibt und das eine Außenwand (206) und eine davon umgebene Innenwand (218) aufweist, zwischen denen eine Vielzahl von Lagerelementen (10, 11) und Gegenlagerelementen (30, 31) angeordnet ist, wobei miteinander korrespondierende Lagerelemente (10, 11) und/oder Gegenlagerelemente (30, 31) sich in einer radialen Richtung (238) von der Außenwand (206) und/oder der Innenwand (218) weg erstrecken und wobei miteinander korrespondierende Lagerelemente (11) und Gegenlagerelemente (31) in wenigstens der Längsrichtung (215) und wobei miteinander korrespondierende Lagerelemente (10) und Gegenlagerelemente (30) in der Umfangsrichtung (242) entlang wenigstens einer Umfangslinie (244) einseitig aneinander anliegend angeordnet sind. Dabei sind wenigstens zwei Lagerelemente (10, 11) vorgesehen, die an sich gegenüberliegenden Seiten des jeweilig korrespondierenden Gegenlagerelements (30, 31) anliegen.

Description

Beschreibung Titel
Empfängervorrichtung für Solarstrahlung mit einem Behälter zum Aufheizen eines Wärmeträgermediums in einem solarthermischen Kraftwerk
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Empfängervorrichtung für Solarstrahlung mit einem Behälter zum Aufheizen eines Wärmeträgermediums in einem solarthermischen Kraftwerk.
Empfängervorrichtungen für Solarstrahlung nach dem Stand der Technik sind bekannt als solare Partikelempfänger für Solarturm kraftwerke. Solche Empfängervorrichtungen verwenden einen rotierenden hohlzylinderförmigen Behälter, in dem sich an der Innenwand des rotierenden Zylinders ein geschlossener Film keramischer Partikel mit einem Durchmesser von typischerweise 1 mm oder kleiner als Wärmeträgermedium ausbildet. Dieser Partikelfilm wird mittels konzentrierter Solarstrahlung auf über 1000°C erhitzt und anschließend aus dem Zylinder abgeführt. Die in den Partikeln gespeicherte Energie kann in einem isolierten Behälter zwischengespeichert werden und zur Stromerzeugung und/oder in Prozessanwendungen verwendet werden.
Die DE 102014106320 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit einem Solarstrahlungsempfänger, welche einen Behälter umfasst, der eine Außenwand und einen von der Außenwand umgebenen Innenraum umfasst. Die Vorrichtung umfasst eine Zufuhrvorrichtung zur Zuführung eines Wärmeträgermediums zu dem Innenraum des Behälters. Der Behälter ist mittels einer Drehantriebsvorrichtung der
Solarstrahlungsempfängervorrichtung derart um eine Drehachse drehbar, dass das Wärmeträgermedium unter Ausbildung eines
Wärmeträgermedium-Films an einer Innenwand des Behälters entlanggeführt wird. Dabei umfasst die Vorrichtung mindestens ein Überlaufelement zur Ausbildung einer rotationssymmetrischen inneren Oberfläche des Wärmeträgermedium-Films
Die DE 102010063116 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Solarstrahlungsempfänger, welche einen Behälter umfasst, der eine Außenwand und einen von der Außenwand umgebenen Innenraum umfasst. Der Innenraum nimmt ein Wärmeträgermedium auf, wobei Solarstrahlung und/oder durch Solarstrahlung erhitztes
Wärmeträgermedium in den Innenraum über eine Einkopplungsöffnung einkoppelbar ist. Der Behälter rotiert mittels einer Drehantriebseinrichtung um seine Achse, wobei an der Wandung dem Innenraum zugewandt Aufnahmebereiche für Wärmeträgermedium angeordnet oder ausgebildet sind. Einem Aufnahmebereich ist mindestens ein Mitnehmer zugeordnet, durch welchen Wärmeträgermedium bei Rotation des Behälters entgegen der Schwerkraftrichtung mitgenommen werden kann. Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige und wartungsfreundliche Empfängervorrichtung für Solarstrahlung mit einem Behälter zum Aufheizen eines Wärmeträgermediums in einem solarthermischen Kraftwerk zu schaffen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Empfängervorrichtung für
Solarstrahlung mit einem Behälter zum Aufheizen eines
Wärmeträgermediums in einem solarthermischen Kraftwerk vorgeschlagen, mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden doppelwandigen Gehäuse, das einen Innenraum umgibt und das eine Außenwand und eine davon umgebene Innenwand aufweist, zwischen denen eine Vielzahl von Lagerelementen und Gegenlagerelementen angeordnet ist.
Miteinander korrespondierende Lagerelemente und/oder Gegenlagerelemente erstrecken sich in einer radialen Richtung von der
Außenwand und/oder der Innenwand weg. Miteinander korrespondierende Lagerelemente und Gegenlagerelemente sind in wenigstens der
Längsrichtung und in der Umfangsrichtung entlang wenigstens einer Umfangslinie einseitig aneinander anliegend angeordnet. Dabei sind wenigstens zwei Lagerelemente vorgesehen, die an sich gegenüberliegenden Seiten des jeweilig korrespondierenden Gegenlagerelements anliegen. Alternativ oder zusätzlich sind wenigstens zwei Gegenlagerelemente vorgesehen, die an sich gegenüberliegenden Seiten des jeweilig korrespondierenden Lagerelements anliegen.
Der Behälter der Empfängervorrichtung kann beispielsweise als rotierende Trommel ausgebildet sein, in der sich an der Innenwand des rotierenden Zylinders ein geschlossener Film keramischer Partikel mit einem Durchmesser typischerweise von höchstens 1 mm ausbildet. Dieser Partikelfilm wird mittels konzentrierter Solarstrahlung auf über 1000°C erhitzt und anschließend abgeführt. Es können Temperaturen von beispielsweise 1100°C und mehr auftreten. Die in den Partikeln gespeicherte Energie kann in einem isolierten Behälter zwischengespeichert werden und zur Stromerzeugung und/oder in Prozesswärmeanwendungen verwendet werden. Die Empfängervorrichtung weist einen Eingang zum Zuführen des Wärmeträgermediums zu dem Behälter und einen Ausgang zum Ableiten des Wärmeträgermediums aus dem Behälter auf.
Die rotierende Trommel stellt besondere Anforderungen an den Aufbau und die Lagerung der Bauteile. An der Innenwand, an der die Partikel entlanggeführt sind, weist die typischerweise mit einer
Hochtemperaturlegierung ausgeführte Lauffläche für die Partikel eine Temperatur von mindestens 900°C auf.
Dies hat zur Folge, dass diese Metallfläche, auch Inliner genannt, große thermische Dehnungen in axialer und radialer Richtung erfährt. Zwischen der heißen Lauffläche der Innenwand und der Außenwand des Behälters befindet sich üblicherweise eine thermische Isolierung, damit die Energieflüsse zu der Außenwand reduziert werden und auch die Außenwand in der Regel maximal 100°C heiß wird. Somit liegen an der Außenwand geringere thermische Dehnungen vor.
Günstigerweise ist nun ein Teil der Lagerelemente und der korrespondierenden Gegenlagerelemente an der Innenwand, bzw. der Außenwand wechselweise so angeordnet, dass sie als Loslager wirken und in radialer wie axialer Richtung gegeneinander beweglich angeordnet sind und eine Relativbewegung in Umfangsrichtung sperren. Ein weiterer Teil der Lagerelemente und der korrespondierenden Gegenlagerelemente ist an der Innenwand, bzw. der Außenwand wechselweise so angeordnet, dass sie als weiteres Loslager wirken und in radialer Richtung und in Umfangsrichtung des Behälters gegeneinander beweglich angeordnet sind und eine Relativbewegung in Längsrichtung des Behälters sperren.
Die beiden Loslager wirken senkrecht zueinander. Das Zusammenwirken der beiden Arten von Loslagern, insbesondere am selben Ort, wirkt als Festlager. Dies erlaubt eine relative Bewegung der Lagerelemente und
Gegenlagerelemente in radialer Richtung, sperrt jedoch in Umfangsrichtung und in Längsrichtung.
Auf diese Weise ist im Bereich der als Loslager angeordneten Lagerelemente und korrespondierenden Gegenlagerelemente eine
Verdrehung der Innenwand um die Längsachse gegen die Außenwand gesperrt.
Eine Festlagerung kann beispielsweise in einem Umfangsbereich des Behälters, beispielsweise näher zu einem Ende des Behälters, vorgesehen sein. Im Bereich der als weiteres Loslager angeordneten Lagerelemente und korrespondierenden Gegenlagerelemente, die mit der ersten Art von Loslager ein Festlager bilden, ist auf einer Umfangslinie eine Relativbewegung der Innenwand gegen die Außenwand in Längsrichtung sowie eine Verdrehung der Innenwand um die Längsachse gegen die Außenwand gesperrt.
Vorteilhaft können so Dehnungsunterschiede zwischen Innenwand und Außenwand durch die Lagerungskonstruktion kompensiert werden. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass die Innenwand dieselbe Rotationsachse aufweist wie die Außenwand und in Längsrichtung nicht durch die Außenwand durchrutscht. Die Lagerung der Innenwand gegenüber der Außenwand mittels der erfindungsgemäßen Lagerelemente und Gegenlagerelemente stellt eine vergleichsweise kostengünstige Art der Positionierung und Lagerung der beiden Bauteile dar. Eine Fertigung und Montage des Behälters kann dadurch auf günstige Weise erfolgen. Der Aufbau des Behälters wirkt sich auch bezüglich möglicher Wartungsprozesse vorteilhaft aus, da eine Demontage des Behälters wieder auf relativ einfache Art möglich ist.
Die Empfängervorrichtung mit dem Behälter kann vorteilhaft für solare Partikelzentrifugalreceiver für solare Kraftwerke, solare Prozesswärme-
Anlagen sowie solarchemische Veränderung von partikelartigen Materialien eingesetzt werden. Auch alternative ähnliche Anwendungen, bei denen ein heißes Innenrohr in einem kalten Außenmantel gehalten werden soll, lassen sich damit auf günstige Art realisieren.
Der Behälter kann vorteilhaft aus Stahl gefertigt sein. Die Innenwand ist dabei günstigerweise auf Grund der hohen Temperaturen des Wärmeträgermediums aus einem hochtemperaturbeständigen Edelstahl oder einer anderen Hochtemperaturlegierung wie beispielsweise Inconel ausgebildet.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung können die Lagerelemente als in radialer Richtung zur Außenwand abstehende Finnen ausgebildet sein, welche in Umfangsrichtung wenigstens eine einem korrespondierenden Gegenlagerelement zugewandte Anlagefläche aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Gegenlagerelemente als in radialer Richtung zur Innenwand abstehende Finnen ausgebildet sein, welche in Umfangsrichtung wenigstens eine dem jeweils korrespondierenden Lagerelement zugewandte Anlagefläche aufweisen. Eine Loslagerung der Innenwand gegenüber der Außenwand kann dadurch realisiert werden, dass auf der Innenwand einzelne solcher Finnen als Lagerelemente über den Umfang der Innenwand angeordnet werden. Diese Finnen können beispielsweise über die komplette axiale Länge gezogen sein oder über die axiale Länge unterteilt mehrfach einzeln angeordnet sein. Diese Finnen dienen als Gleitfläche in radialer und axialer Richtung. Auf den Gleitflächen können in axialer Richtung wechselseitig Mitnehmer angeordnet sein, welche als Gegenlagerelemente an der Außenwand befestigt sind. In Umfangsrichtung kann eine solche Anordnung ebenfalls wechselseitig erfolgen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
Da die Loslagerung auf diese Weise flächig angeordnet ist, ist deren Funktionalität zur Sperrung einer Verdrehung der Innenwand gegen die Außenwand in Rotationsrichtung automatisch auch im Bereich der
Festlagerung gegeben. Folglich ist es ausreichend, wenn an der Festlagerung, d.h. im Bereich von zwei Loslagerungen, von denen das eine in Längsrichtung und das andere in Umfangsrichtung wirkt, eine Bewegung nur noch in Längsrichtung gesperrt wird. Die Realisierung kann so erfolgen, dass über den Umfang der Innenwand beispielsweise ein
Steg, wie eine Art Versteifungsring angeordnet wird. Dieser Ring kann auch wieder als mehrere einzelne Finnen, aber diesmal in Umfangsrichtung orientiert ausgeführt sein. Der Ring dient wieder als Gleitfläche, diesmal nur in Umfangsrichtung. Über den Umfang können an diesem Ring wechselseitig Gegenlagerelemente gleitend angeordnet sein, so dass eine axiale Bewegung der Innenwand gegen die Außenwand behindert wird. Die Gegenlagerelemente sind ebenfalls mit der Außenwand verbunden. Für eine Festlagerung in Längsrichtung kann jedoch auch eine einseitige Anbringung der Gegenlagerelemente in Schwerkraftrichtung genügen. So kann die Konstruktion in dem sogenannten Festlagerbereich entsprechend kompakter ausgeführt sein.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung kann zwischen wenigstens einem Lagerelement und dem korrespondierenden Gegenlagerelement ein Gleitelement, insbesondere aus Keramik, angeordnet sein. Insbesondere kann das Gleitelement am Lagerelement angeordnet sein. An den Anlageflächen können so zusätzlich keramische Platten zur Schonung des Materials eingebracht werden.
Damit kann der Abrieb des Materials auf Grund der Bewegung der Lagerelemente und Gegenlagerelemente durch die thermischen Dehnungen signifikant verringert werden. Außerdem lässt sich das Gleitelement bei Bedarf, beispielsweise auf Grund von Abrieb, auch auf einfache Weise austauschen. Das Gleitelement kann darüber hinaus auch zusätzlich als thermische Isolation wirken.
Als Material können für das Gleitelement beispielsweise Keramikplatten beispielsweise aus Al203, SiC, Zr02 eingesetzt werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung kann zwischen dem Gleitelement und der Anlagefläche ein Isolierelement zur thermischen Isolierung angeordnet sein. Zwischenschichten als thermische Isolation zwischen dem Gleitelement und den Lagerelementen können den Wärmeübertrag von der Innenwand auf die Außenwand entscheidend verringern. Dadurch ist es möglich, an der Außenwand geforderte niedrigere Temperaturen eingehalten werden. Auch kann so der thermische Verlust der Empfängervorrichtung auf günstige Weise auf ein gefordertes Maß verringert werden. Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung können die Gegenlagerelemente einen in radialer Richtung abstehenden Mitnehmer aufweisen, welcher wenigstens eine einem korrespondierenden Lagerelement zugewandte Anlagefläche aufweist.
Der Mitnehmer mit seiner Anlagefläche stellt das Wirkelement des Gegenlagerelements für das Zusammenwirken von Lagerelement und Gegenlagerelement zur Einschränkung der Relativbewegung von Innenwand gegen Außenwand dar. Mittels des Mitnehmers liegt das Gegenlagerelement über seine Anlagefläche an dem Lagerelement an.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung kann auf der Anlagefläche des Mitnehmers ein Gleitelement, insbesondere aus Keramik, angeordnet sein, das dem korrespondierenden Lagerelement, insbesondere dem jeweiligen Gleitelement, zugewandt ist. Damit kann der
Abrieb des Materials auf Grund der Bewegung der Lagerelemente und Gegenlagerelemente durch die thermischen Dehnungen signifikant verringert werden. Das Gleitelement kann darüber hinaus auch zusätzlich als thermische Isolation wirken.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung kann wenigstens eines der Gleitelemente eine dem jeweiligen korrespondierenden Gleitelement zugewandte, in radialer Richtung konkav gekrümmte Oberfläche aufweisen. Die konkav gekrümmte Oberfläche des Gleitelements erleichtert eine Montage des Behälters durch die Selbstzentrierung von Lagerelementen und Gegenlagerelementen auf diese Weise. Außerdem können so Bewegungen der Innenwand gegen die Außenwand auf Grund der thermischen Dehnung, was zu Schrumpfen und Wachsen des Durchmessers der Innenwand führen kann, begünstigt werden. Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung können die Gegenlagerelemente zwei Schenkel aufweisen, die insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wobei einer der beiden Schenkel eine Verbindungsfläche mit der Außenwand und der andere der beiden
Schenkel die Anlagefläche aufweist. Auf diese Weise können die Funktionen der Verbindung des Gegenlagerelements zur Außenwand und der Realisierung des Mitnehmers als eigentlicher Lagerfunktion günstig dargestellt werden. Eine Fertigung des Gegenlagerelements kann so kostengünstig gestaltet werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung können die zwei Schenkel des Gegenlagerelements durch eine, insbesondere diagonal zwischen Enden der Schenkel angeordnete, Strebe verbunden sein. Die Strebe kann als zusätzliche Versteifung des
Gegenlagerelements dienen, um auf diese Weise größere Kräfte zwischen Lagerelement und Gegenlagerelement übertragen zu können.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung können die zwei Schenkel des Gegenlagerelements als U-Profile ausgebildet sein.
Die Ausbildung als U-Profil kann vorteilhaft dazu dienen, um auf diese Weise größere Kräfte zwischen Lagerelement und Gegenlagerelement übertragen zu können. Außerdem lassen sich die Gegenlagerelemente dadurch kostengünstig fertigen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung können die Gleitelemente und/oder das Isolierelement mittels wenigstens eines Befestigungselements, insbesondere einer Befestigungsfeder, mit dem jeweiligen Lagerelement bzw. dem jeweiligen Gegenlagerelement verbunden sein. Gleitelemente und/oder Isolierelemente können so mittels einer Befestigung nach einem Nut/Feder-Konzept zuverlässig und dauerhaft mit dem Lagerelement bzw. Gegenlagerelement verbunden werden. Auch können so Scherkräfte auf Grund der thermischen Dehnungen von Innenwand und Außenwand gegeneinander zweckmäßig aufgefangen werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung kann entlang der Umfangslinie ein radial zwischen der Außenwand und der Innenwand angeordneter umlaufender Ring ausgebildet sein, welcher wenigstens ein Lagerelement aufweist oder bildet. Insbesondere kann der Ring an der Innenwand angeordnet sein.
Die Realisierung der Festlagerung kann so erfolgen, dass über den Umfang der Innenwand beispielsweise ein Steg, wie eine Art
Versteifungsring angeordnet wird. Dieser Ring kann auch als mehrere einzelne Finnen, in Umfangsrichtung orientiert, ausgeführt sein. Der Ring dient als Gleitfläche in Umfangsrichtung. Über den Umfang können an diesem Ring wechselseitig Gegenlagerelemente gleitend angeordnet sein, so dass eine axiale Bewegung der Innenwand gegen die Außenwand behindert wird.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung kann die Innenwand aus einzelnen, in Umfangsrichtung zusammengefügten Längssegmenten, insbesondere ringförmig in Umfangsrichtung angeordneten und in Längsrichtung gestapelten Längssegmenten ausgebildet sein, wobei die Lagerelemente mit den Längssegmenten einstückig ausgebildet sind. Insbesondere können die Lagerelemente durch Abkanten der Längssegmente entlang von Fügelinien der Längssegmente zueinander ausgebildet sein. Durch die Unterteilung der
Innenwand in einzelne Längssegmente können große Dimensionen des Behälters günstig realisiert werden. Besonders die Integration der Lagerelemente in die Längssegmente durch Abkanten der Längssegmente ermöglicht eine kostengünstige Fertigung des Behälters. Außerdem kann so eine feste Verbindung der Lagerelemente zu der Innenwand auf einfache Weise sichergestellt werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung können die Längssegmente in Längsrichtung in Axialsegmente unterteilt sein. Die weitere Unterteilung der Längssegmente in Axialsegmente begünstigt die Realisierung großer Dimensionen des Behälters. Eine kostengünstige
Fertigung des Behälters kann damit vorteilhaft umgesetzt werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung können die Längssegmente und/oder Axialsegmente auf einer radialen Außenseite Versteifungsrippen, insbesondere diagonal verlaufende
Versteifungsrippen aufweisen. Mittels der Versteifungsrippen kann die mechanische Stabilität der Innenwand entscheidend erhöht werden. Damit lassen sich große Dimensionen des Behälters bei trotzdem moderater Gewichtszunahme der Empfängervorrichtung vorteilhaft umsetzen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Empfängervorrichtung kann wenigstens die Außenwand aus ebenen Längssegmenten gebildet sein, welche wenigstens entlang von in Längsrichtung ausgebildeten Fügelinien gefügt sind.
Eine polygonförmige Außengestalt der Außenwand kann sich als besonders günstig erweisen, um ebene Flächen an der Außenseite des Behälters zur Anbindung der Gegenlagerelemente zu haben. Beispielsweise können die Gegenlagerelemente durch eine Art herausnehmbares Fenster montiert werden. Solche Fenster lassen sich jedoch prinzipiell auch in einer zylindrischen Außenwand darstellen. Vorteil der Konstruktion der Außenwand aus ebenen Längssegmenten ist, dass auf viele einfache Gleichteile zurückgegriffen werden kann. Da die Lagerung gleitend und somit mehrteilig ausgeführt ist, wird die Montage als auch spätere Wartung wesentlich vereinfacht. Weiterhin unterliegen die Bauteile einer wesentlich geringeren Belastung, da durch das Gleiten keine ständigen Verformungen auftreten werden, im Gegensatz zu einer Ausführung mit Doppelfeder. Somit sind auch ohne Probleme große thermische Verformungswege möglich
Eine polygenförmige Außenwand hat so zum Verteil, dass mechanische Anbindungen auf einfachere Weise möglich sind. Ebenfalls wird dadurch bei großen Behältern ein mehrteiliger Aufbau begünstigt. Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Empfängervorrichtung eine
Aperturöffnung für den Eintritt von Sonnenstrahlung an einem der Enden des Behälters umfassen, wobei der Behälter eine Längsachse aufweist, welche parallel oder in einem spitzen Winkel kleiner oder gleich 90° zur Schwerkraftrichtung orientiert ist. Dabei ist der Behälter in einer bestimmungsgemäßen Drehrichtung mittels einer Drehantriebsvorrichtung derart um eine Drehachse drehbar, dass das Wärmeträgermedium unter Ausbildung eines Wärmeträgermedium-Films an einer Innenwand des Behälters entlangführbar ist. Mittels einer solchen Anordnung kann sich ein Wärmeträgermedium-Film auf der Innenwand des rotierenden Behälters besonders günstig ausbilden, sodass ein möglichst gleichmäßiger Wärmeübertrag von der durch die Aperturöffnung eintretenden Sonnenstrahlung auf das Wärmeträgermedium erreicht werden kann. Vorteilhaft kann so eine homogene Verteilung des Wärmeträgermediums, welches insbesondere als Partikelstrom ausgebildet sein kann, zu Beginn der Lauffläche des Wärmeträgermediums auf der Innenwand des Behälters erreicht werden. Je homogener der Partikelfilm über die komplette Höhe der Innenwand ist, desto effizienter und gleichmäßiger werden die Partikel durch die solare Einstrahlung erhitzt.
Zeichnung Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden
Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine Empfängervorrichtung für Solarstrahlung mit einem Behälter zum Aufheizen eines Wärmeträgermediums in einem solarthermischen Kraftwerk in einer transparenten Darstellung;
Fig. 2 eine Innenwand des Behälters mit daran angeordneten Lagerelementen sowie Gegenlagerelementen nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer isometrischen Darstellung;
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt einer Innenwand des Behälters mit daran angeordneten Lagerelementen sowie Gegenlagerelementen nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer isometrischen Darstellung; Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer Reihe von Lagerelementen und Gegenlagerelementen nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus Figur 3;
Fig. 5 einen Behälter mit Innenwand und Außenwand nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer angeschnittenen isometrischen Darstellung; Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt des Behälters mit Innenwand und Außenwand nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus Figur 5;
Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt einer Innenwand des Behälters mit daran angeordneten Lagerelementen sowie Gegenlagerelementen nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer isometrischen Darstellung;
Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer Reihe von Lagerelementen und Gegenlagerelementen nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels mit Sicht auf Gleitelemente;
Fig. 10 eine vergrößerte Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels mit Sicht auf Gleitelemente und Isolierelemente;
Fig. 11 eine vergrößerte Darstellung mit Sicht auf eine Befestigungsfeder eines Gleitelements an einem an der Innenwand angeordneten Lagerelement; Fig. 12 eine vergrößerte Darstellung mit Sicht auf eine
Befestigungsfeder eines Gleitelements an einem Gegenlagerelement;
Fig. 13 eine als Festlagerung ausgebildete Anordnung von
Lagerelementen und Gegenlagerelementen des dritten Ausführungsbeispiels in isometrischer Darstellung; Fig. 14 eine Anordnung eines Gegenlagerelements des dritten
Ausführungsbeispiels am Außenmantel;
Fig. 15 ein Gegenlagerelement nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer isometrischen Ansicht mit Sicht auf das Gleitelement;
Fig. 16 das Gegenlagerelement nach Figur 15 mit Sicht auf die Befestigungsfeder des Gleitelements;
Fig. 17 das Gegenlagerelement nach Figur 15 ohne das Gleitelement; und
Fig. 18 einen Behälter mit polygonförmigem Außenmantel nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen. Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten
Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden. Figur 1 zeigt eine Empfängervorrichtung 110 für Solarstrahlung mit einem
Behälter 200 zum Aufheizen eines Wärmeträgermediums 210 in einem solarthermischen Kraftwerk in einer transparenten Darstellung.
Die in Figur 1 dargestellte, bekannte Empfängervorrichtung 110 umfasst einen Behälter 200, welcher mittels einer nicht dargestellten
Drehantriebsvorrichtung um eine Drehachse 216 drehbar ist, sowie einen Eingang 300 zum Zuführen des Wärmeträgermediums 210 zu einem Innenraum 208 des Behälters 200 und einen Ausgang 400 zum Ableiten des Wärmeträgermediums 210 aus dem Behälter 200, welche beide mit diesem Behälter 200 verbunden sind.
Der Behälter 200 weist eine Längsachse 214 auf, welche parallel oder in einem spitzen Winkel von typischerweise kleiner oder gleich 90° zur Schwerkraftrichtung g, die in der Figur durch einen senkrechten Pfeil symbolisiert ist, orientiert ist.
Der Behälter 200 umfasst insbesondere einen hohlzylindrischen Grundkörper, welcher den von einer Außenwand 206 umgebenen kreiszylinderförmigen Innenraum 208 umfasst. Beabstandet zur Außenwand 206 ist eine Innenwand 218 angeordnet, die den Innenraum 208 umgibt. Der Behälter 200 weist zwischen der außen liegenden Außenwand 206 und der Innenwand 218 eine thermische Isolation auf, damit auf der Außenseite 240 des Behälters 200 Temperaturen von ca. 100° C eingehalten werden können, obwohl eine Temperatur der Innenwand 218 durch das aufgeheizte Wärmeträgermedium 210 bei mindestens 900° C oder höher, beispielsweise 1100°C liegen kann.
Die Empfängervorrichtung 110 weist eine Aperturöffnung 416 für den Eintritt von Sonnenstrahlung 112 am unteren Ende 204 des Behälters 200 auf.
Der Behälter 200 ist in einer bestimmungsgemäßen Drehrichtung 236 mittels einer Drehantriebsvorrichtung derart um eine Drehachse 216 drehbar, dass das Wärmeträgermedium 210 unter Ausbildung eines Wärmeträgermedium-Films 212 an der Innenwand 218 des Behälters 200 entlanggeführt wird. Das Wärmeträgermedium 210 und der Wärmeträgermedium-Film 212 sind in Figur 1 auf der dem Innenraum 208 zugewandten Seite der Innenwand 218 nur angedeutet. Die Drehachse 216 schließt mit der Schwerkraftrichtung g einen Winkel
222 ein, der zwischen 0° und 90° liegen kann und typischerweise ungefähr 45° betragen kann, wobei die Längsachse 214 zweckmäßigerweise koaxial zu der Drehachse 216 ausgerichtet ist. Das bezüglich der Schwerkraftrichtung g untere Ende 204 des Behälters
200 ist offen ausgebildet, so dass die Aperturöffnung 416 des Behälters 200 gebildet ist, durch welche Solarstrahlung 112 in den Innenraum 208 des Behälters 200 eintreten kann. Zur Aufnahme der mittels der Solarstrahlung 112 übertragenen Wärme wird die Innenwand 218 des Behälters 200 mit einem Wärmeträgermedium 210 versehen, welches über den Eingang 300 durch die Zuführungsöffnung 304 am oberen Ende 202 des Behälters 200 zugeführt wird.
Aufgrund der Rotation des Behälters 200 um die Drehachse 216 breitet sich das Wärmeträgermedium 210 auf der Innenwand 218 aus und bildet hierdurch einen Wärmeträgermedium-Film 212.
Das Wärmeträgermedium 210 wird über den Eingang 300, welcher am oberen Ende 202 des Behälters 200 angeordnet ist, in den Innenraum 208 des Behälters 200 zugeführt. Das Wärmeträgermedium 210 ist von dem Ende 202, an dem es zugeführt wird, zu einem diesem Ende 202 gegenüberliegenden Ende 204 des Behälters 200, an welchem die Aperturöffnung 416 angeordnet ist, entlang der Innenwand 218 transportierbar, insbesondere förderbar, um einen kontinuierlichen Strom von Wärmeträgermedium 210 mit Solarstrahlung 112 zu beaufschlagen und somit zu erhitzen.
Der Eingang 300 ist aus einer konusförmigen Vorderwand 302 und einer konusförmigen, zum Innenraum 208 des Behälters 200 gerichteten Rückwand 308 gebildet, welche koaxial und in axialer Richtung übereinander angeordnet sind. Ein Konuswinkel kann beispielsweise zwischen 30° und 90°, bevorzugt zwischen 45° und 80° liegen. Zwischen der Vorderwand 302 und der Rückwand 308 sind Leitelemente 310 in radialer Richtung 238 ausgerichtet angeordnet, welche mit der Rückwand 308 verbunden sind. Die Leitelemente 310 können in anderen Ausführungsbeispielen auch mit der Innenwand 206 oder überlappend abwechselnd mit der Rückwand 308 und der Innenwand 206 verbunden sein. Im Stand der Technik sind diese Leitelemente 310 gerade ausgebildet.
Das Wärmeträgermedium 210 wird dabei über eine in einer Spitze der konusförmigen Vorderwand 302 angeordnete Zufuhröffnung 304 in den
Eingang 300 eingeführt und zwischen Leitelementen 310 in radialer Richtung 238 nach außen an die Innenwand 218 der des Behälters 200 geleitet. Das Wärmeträgermedium 210 wird bei der Rotation des Behälters 200 in
Drehrichtung 236 auf der Innenwand 218 verteilt und durch die Schwerkraft g nach unten in Richtung Ausgang 400 geleitet.
Die Innenwand 218 des Behälters 200 weist üblicherweise eine reibungsfördernde Einrichtung 234 auf, damit das Wärmeträgermedium
210 möglichst gut an der Innenwand 218 haftet und so eine genügend lange Verweildauer im Innenraum 208 aufweist, um genügend Wärme von der Solarstrahlung 112 aufzunehmen. Das erhitzte Wärmeträgermedium 210 steht dann zur weiteren
Verwendung, beispielsweise zur Stromerzeugung in dem solarthermischen Kraftwerk zur Verfügung.
Vorteilhaft kann das Wärmeträgermedium 210 fließfähig oder rieselfähig sein. Insbesondere kann das Wärmeträgermedium 210 durch Partikel gebildet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium 210 Partikel oder Teilchen aus gesintertem Bauxit umfasst oder aus Partikeln oder Teilchen aus gesintertem Bauxit gebildet ist. Die Partikel oder Teilchen können vorzugsweise einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von ungefähr 250 pm bis ungefähr 1 ,8 mm aufweisen. Jedoch können auch pulverförmige Medien mit sehr viel kleineren Korngrößen, wie beispielsweise Zementmehl, eingesetzt werden. Vorzugsweise ergibt sich bei dem Wärmeträgermedium bis mindestens ungefähr 800°C, insbesondere bis mindestens ungefähr 1.000°C, keine Agglomeration von Partikeln oder Teilchen. Die Partikel weisen vorzugsweise eine hohe Sphärizität auf. Die Sphärizität, also das Verhältnis der Oberfläche einer Kugel gleichen Volumens zur Oberfläche des Partikels kann dabei insbesondere größer als ungefähr 0,8, insbesondere größer als ungefähr 0,9 sein. Vorzugsweise können die Partikel oder Teilchen thermoschockbeständig sein.
Vorteilhaft kann die Drehachse parallel oder in einem spitzen Winkel kleiner oder gleich 90°, vorzugsweise kleiner oder gleich 80°, zur Schwerkraftrichtung g liegen. Insbesondere kann die Drehachse koaxial zur Längsachse des Behälters sein.
Dabei kann sich ein Wärmeträgermedium-Film 212 auf der Innenwand des rotierenden Behälters besonders günstig ausbilden, sodass ein möglichst gleichmäßiger Wärmeübertrag auf das Wärmeträgermedium erreicht werden kann.
Der Behälter 200 kann vorteilhaft aus Stahl gefertigt sein. Die Innenwand 218 ist dabei zweckmäßigerweise auf Grund der hohen Temperaturen des Wärmeträgermediums 210 aus einem hochtemperaturbeständigen Edelstahl oder einer anderen Hochtemperaturlegierung wie beispielsweise Inconel ausgebildet. Dimensionen des Behälters 200 können beispielsweise bis zu 8 m Länge und 5 m Durchmesser betragen. Die Wandstärke der Innenwand 218 kann beispielsweise 6 mm betragen, während die Außenwand 206 beispielsweise 12 mm Wandstärke aufweisen kann. Mit solchen Werten kann ein Gewicht von ca. 6 t bis zu 20 t für den Behälter 200 mit einer zugehörigen thermischen Isolierung zwischen Innenwand 218 und Außenwand 206 resultieren.
Als thermische Isolierung zwischen Innenwand 218 und Außenwand 206 können vorteilhaft Keramikfasermatten eingesetzt werden. Die
Außenwand 206 kann an einer Außenseite 240 zusätzlich eine thermische Isolierung aus mikroporösen Fasern, die in Platten gepresst sein können, aufweisen. Bei den angegebenen Dimensionen können Dehnungswerte zwischen der durch das Wärmeträgermedium 210 auf ca. 900° C aufgeheizten Innenwand 218 und der auf einer Temperatur von ca. 100° C befindlichen Außenwand 206 von bis zu 70 mm in radialer Richtung 238 und von bis zu 150 mm in Längsrichtung 215 auftreten.
Figur 2 zeigt eine Innenwand 218 des Behälters 200 mit daran angeordneten Lagerelementen 10, 11 sowie Gegenlagerelementen 30, 31 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer isometrischen Darstellung.
Der Behälter 200 weist ein sich in einer Längsrichtung 215 erstreckendes doppelwandiges Gehäuse 220 auf, das einen Innenraum 208 umgibt und das eine (nicht dargestellte) Außenwand 206 und eine davon umgebene Innenwand 218 aufweist, zwischen denen eine Vielzahl von Lagerelementen 10, 11 und Gegenlagerelementen 30, 31 angeordnet ist. Miteinander korrespondierende Lagerelemente 10, 11 und/oder
Gegenlagerelemente 30, 31 erstrecken sich in einer radialen Richtung 238 von der Außenwand 206 und/oder der Innenwand 218 weg. Weiter sind miteinander korrespondierende Lagerelemente 10, 11 und
Gegenlagerelemente 30, 31 in wenigstens der Längsrichtung 215 oder in der Umfangsrichtung 242 entlang wenigstens einer Umfangslinie 244 einseitig aneinander anliegend angeordnet. Dabei sind Lagerelemente 10, 11 oder Gegenlagerelemente 30, 31 vorgesehen, die an sich gegenüberliegenden Seiten des jeweilig korrespondierenden Gegenlagerelements 30, 31 oder Lagerelements 10, 11 anliegen.
Günstigerweise ist so ein Teil der Lagerelemente 11 und der korrespondierenden Gegenlagerelemente 31 an der Innenwand 218, bzw. der Außenwand 206 wechselweise so angeordnet, dass sie als Loslager wirken und in radialer Richtung 236 wie axialer Richtung 215 gegeneinander beweglich angeordnet sind und eine Relativbewegung in Umfangsrichtung 242 sperren.
Ein weiterer Teil der Lagerelemente 10 und der korrespondierenden Gegenlagerelemente 30 ist an der Innenwand 218, bzw. der Außenwand 206 wechselweise so angeordnet, dass sie als weiteres Loslager wirken und in radialer Richtung 236 und in Umfangsrichtung 242 des Behälters 200 gegeneinander beweglich angeordnet sind und eine Relativbewegung in Längsrichtung 215 des Behälters 200 sperren.
Die beiden Loslager wirken senkrecht zueinander. Das Zusammenwirken der beiden Arten von Loslagern, insbesondere am selben Ort, wirkt als Festlager. Dies erlaubt eine relative Bewegung der Lagerelemente 10, 11 und Gegenlagerelemente 30, 31 in radialer Richtung 236, sperrt jedoch in Umfangsrichtung 242 und in Längsrichtung 215. Auf diese Weise ist im Bereich der als Loslager angeordneten Lagerelemente 10, 11 und korrespondierenden Gegenlagerelemente 30, 31 eine Verdrehung der Innenwand 218 um die Längsachse 215 gegen die Außenwand 206 gesperrt.
Eine Festlagerung kann beispielsweise in einem Umfangsbereich des Behälters 200, beispielsweise näher zu einem Ende des Behälters 200, vorgesehen sein. Im Bereich der als weiteres Loslager angeordneten Lagerelemente 10 und korrespondierenden Gegenlagerelemente 30, die mit der ersten Art von Loslager ein Festlager bilden, ist auf einer Umfangslinie 244 eine Relativbewegung der Innenwand 218 gegen die Außenwand 206 in Längsrichtung 215 sowie eine Verdrehung der Innenwand 218 um die Längsachse 215 gegen die Außenwand 206 gesperrt.
Die Lagerelemente 10, 11 sind als in radialer Richtung 238 zur Außenwand 206 abstehende Finnen ausgebildet, welche in
Umfangsrichtung 242 wenigstens eine einem korrespondierenden Gegenlagerelement 30 zugewandte Anlagefläche 12 aufweisen, wie in
Figur 4 erkennbar ist.
Die Gegenlagerelemente 30, 31 sind als in radialer Richtung 238 zur Innenwand 206 abstehende Finnen ausgebildet, welche in Umfangsrichtung 242 wenigstens eine dem jeweils korrespondierenden
Lagerelement 30 zugewandte Anlagefläche 34 aufweisen. Die
Gegenlagerelemente 30, 31 können beispielsweise mit der Außenwand 206 verschraubt sein. Die Gegenlagerelemente 30, 31 können in einem ersten Ausführungsbeispiel, wie in Figur 2 dargestellt, als umgebogene Finnen ausgebildet sein. Eine Loslagerung der Innenwand 218 gegenüber der Außenwand 206 kann dadurch realisiert werden, dass auf der Innenwand einzelne solcher Finnen als Lagerelemente 11 über den Umfang 242 der Innenwand 218 angeordnet werden. Diese Finnen können beispielsweise über die komplette axiale Länge 215 gezogen sein oder über die axiale Länge 215 unterteilt mehrfach einzeln angeordnet sein. Diese Finnen dienen als Gleitfläche in radialer und axialer Richtung. Auf den Gleitflächen können in axialer Richtung wechselseitig Mitnehmer 32 angeordnet sein, welche als Gegenlagerelemente 31 an der Außenwand 206 befestigt sind. In
Umfangsrichtung 242 kann eine solche Anordnung ebenfalls wechselseitig erfolgen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
Der Mitnehmer 32 mit seiner Anlagefläche 34 stellt das Wirkelement des Gegenlagerelements 30, 31 für das Zusammenwirken von Lagerelement
10, 11 und Gegenlagerelement 30, 31 zur Einschränkung der
Relativbewegung von Innenwand 218 gegen Außenwand 206 dar. Mittels des Mitnehmers 32 liegt das Gegenlagerelement 30, 31 über seine Anlagefläche 34 an dem Lagerelement 10, 11 an.
Da die Loslagerung auf diese Weise flächig angeordnet ist, ist deren Funktionalität zur Sperrung einer Verdrehung der Innenwand 218 gegen die Außenwand 206 in Umfangsrichtung 242 automatisch auch im Bereich des Festlagers gegeben. Folglich ist es ausreichend, wenn am Festlager eine Bewegung nur noch in Längsrichtung 215 gesperrt wird. Die
Realisierung kann so erfolgen, dass über den Umfang der Innenwand 218 beispielsweise ein Steg, wie eine Art Versteifungsring 246 angeordnet wird. Dieser Ring 246 kann auch wieder als mehrere einzelne Finnen, aber diesmal in Umfangsrichtung orientiert ausgeführt sein. Der Ring 246 dient wieder als Gleitfläche, diesmal nur in Umfangsrichtung 242. Über den Umfang können an diesem Ring 246 wechselseitig Gegenlagerelemente 30 gleitend angeordnet sein, so dass eine axiale Bewegung der Innenwand 218 gegen die Außenwand 206 behindert wird. Die Gegenlagerelemente 30 sind ebenfalls mit der Außenwand 206 verbunden.
Für eine Festlagerung in Längsrichtung 215 kann jedoch auch eine einseitige Anbringung der Gegenlagerelemente 30 in Schwerkraftrichtung g genügen. So kann die Konstruktion in dem sogenannten Festlagerbereich entsprechend kompakter ausgeführt sein.
Die Gegenlagerelemente 30, 31 können dabei als rechtwinklig gebogene Blechstreifen ausgebildet sein, wobei ein Schenkel mit der Außenwand 206 verbunden ist und der andere Schenkel an dem Lagerelement 10, 11 anliegt.
Entlang der Umfangslinie 244 ist ein radial zwischen der Außenwand 206 und der Innenwand 218 angeordneter umlaufender Ring 246 ausgebildet, welcher wenigstens ein Lagerelement 10 aufweist oder bildet. Der Ring 246 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an der Innenwand 218 angeordnet.
Die Innenwand 218 ist aus einzelnen, in Umfangsrichtung 242 zusammengefügten Längssegmenten 250, insbesondere ringförmig in Umfangsrichtung 242 angeordneten und in Längsrichtung 215 gestapelten
Längssegmenten 250 ausgebildet. Die Längssegmente 250 sind in Längsrichtung 215 in Axialsegmente 260 unterteilt.
Durch die Unterteilung der Innenwand 218 in einzelne Längssegmente 250 und/oder Axialsegmente 260 können große Dimensionen des
Behälters 200 günstig realisiert werden. Besonders die Integration der Lagerelemente 10, 11 in die
Längssegmente 250 und/oder Axialsegmente 260 durch Abkanten der Längssegmente 250 und/oder Axialsegmente 260 ermöglicht eine kostengünstige Fertigung des Behälters 200. Außerdem kann so eine feste Verbindung der Lagerelemente 10, 11 zu der Innenwand 218 auf einfache Weise sichergestellt werden.
Die Lagerelemente 11 sind jeweils in Längsrichtung 215 auf der Innenwand 218 angeordnet und wirken mit den korrespondierenden an der Außenwand 206 angeordneten Gegenlagerelementen 31 zusammen.
Die Lagerelemente 11 und die korrespondierenden Gegenlagerelemente 31 bilden dabei das Loslager zwischen Innenwand 218 und Außenwand 206. Die Lagerelemente 10 sind jeweils in Umfangsrichtung 242, bei diesem
Ausführungsbeispiel als Ring 246, auf der Innenwand 218 angeordnet und wirken mit den korrespondierenden an der Außenwand 206 angeordneten Gegenlagerelementen 30 zusammen. Die Lagerelemente 10 und die korrespondierenden Gegenlagerelemente 30 bilden dabei in Kombination mit den Lagerelementen 11 und Gegenlagerelementen 31 das Festlager zwischen Innenwand 218 und Außenwand 206.
Die Loslager sperren eine Relativbewegung in Umfangsrichtung 242. Die Festlagerung sperrt eine Relativbewegung in Umfangsrichtung 242 und in Längsrichtung 215.
Auf diese Weise ist im Bereich der als Loslager angeordneten Lagerelemente 11 und korrespondierenden Gegenlagerelemente 31 eine Verdrehung der Innenwand 218 um die Längsachse 214 gegen die Außenwand 206 gesperrt. Im Bereich der Lagerelemente 10 und korrespondierenden Gegenlagerelemente 30 ist auf einer Umfangslinie 244 eine Relativbewegung der Innenwand 218 gegen die Außenwand 206 in Längsrichtung 215 sowie eine Verdrehung der Innenwand 218 um die
Längsachse 214 gegen die Außenwand 206 gesperrt.
Vorteilhaft können so Dehnungsunterschiede zwischen Innenwand 218 und Außenwand 206 durch die mittels der erfindungsgemäßen Lagerelemente und Gegenlagerelemente möglichen
Lagerungskonstruktion kompensiert werden. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass die Innenwand 218 dieselbe Rotationsachse 216 aufweist wie die Außenwand 206 und in Längsrichtung 215 nicht durch die Außenwand 206 durchrutscht.
In Figur 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt einer Innenwand 218 des Behälters mit daran angeordneten Lagerelementen 10, 11 sowie Gegenlagerelementen 30, 31 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer isometrischen Darstellung gezeigt, während Figur 4 einen Ausschnitt aus einer Reihe von Lagerelementen 10, 11 und
Gegenlagerelementen 30, 11 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus Figur 3 darstellt.
Die Gegenlagerelemente 30, 31 weisen dabei zwei Schenkel 40, 42 auf, die insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Einer der beiden Schenkel 40 weist eine Verbindungsfläche 44 mit der Außenwand 206 und der andere der beiden Schenkel 42 weist die Anlagefläche 34 auf. Die Gegenlagerelemente 30, 31 weisen einen in radialer Richtung 238 abstehenden Mitnehmer 32 auf, welcher wenigstens eine einem korrespondierenden Lagerelement 10 zugewandte Anlagefläche 34 aufweist. Der Mitnehmer 32 wird durch den zweiten Schenkel 42 realisiert.
Die zwei Schenkel 40, 42 sind bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine diagonal zwischen Enden der Schenkel 40, 42 angeordnete Strebe 46 verbunden. Die Strebe 46 kann als zusätzliche Versteifung des Gegenlagerelements 30, 31 dienen, um auf diese Weise größere Kräfte zwischen Lagerelement 10, 11 und Gegenlagerelement 30, 31 übertragen zu können. Die Kräfte, die übertragen werden müssen, können bei den angegebenen Dimensionen des Behälters 200 bis zu 10 kN pro Gegenlagerelement 30, 31 betragen.
Die Anlagefläche 34 des Gegenlagerelements 31 weist ein Gleitelement 36, beispielsweise eine keramische Platte, auf, deren Oberfläche konkav gegenüber der Anlagefläche 12 des Lagerelements 11 ausgebildet ist.
Die konkav gekrümmte Oberfläche des Gleitelements 36 erleichtert eine Montage des Behälters 200 durch die Selbstzentrierung von Lagerelementen 10, 11 und Gegenlagerelementen 30, 31 auf diese Weise. Außerdem können so Bewegungen der Innenwand 218 gegen die Außenwand 206 auf Grund der thermischen Dehnung, was zu Schrumpfen und Wachsen des Durchmessers der Innenwand 218 führen kann, begünstigt werden.
An den Anlageflächen 12, 34 können so zusätzlich keramische Platten als Gleitelemente 14, 36 zur Schonung des Materials eingebracht werden. Damit kann der Abrieb des Materials auf Grund der Bewegung der Lagerelemente 10, 11 und Gegenlagerelemente 30, 31 durch die thermischen Dehnungen signifikant verringert werden. Das Gleitelement 14, 36 kann darüber hinaus auch zusätzlich als thermische Isolation wirken.
Als Material können für die Gleitelemente 14, 36 Keramikplatten beispielsweise aus Al203, SiC, Zr02 eingesetzt werden. Da die
Gleitelemente 14 der Lagerelemente 10, 11 auf den Gleitelementen 36 der Gegenlagerelemente 30, 31 gleiten, kommt so als Kombination eine Keramik-Keramik-Gleitkombination vorteilhaft zum Einsatz. Die Längssegmente 250 und/oder Axialsegmente 260 weisen auf einer radialen Außenseite 240 Versteifungsrippen 254, insbesondere diagonal verlaufende Versteifungsrippen 254 auf.
Mittels der Versteifungsrippen 254 kann die mechanische Stabilität der Innenwand 218 entscheidend erhöht werden. Damit lassen sich große
Dimensionen des Behälters 200 bei trotzdem moderater Gewichtszunahme der Empfängervorrichtung 110 vorteilhaft umsetzen.
Figur 5 zeigt einen Behälter 200 mit Innenwand 218 und Außenwand 206 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer angeschnittenen isometrischen Darstellung, während in Figur 6 ein vergrößerter Ausschnitt des Behälters 200 nach Figur 5 aus dem Bereich zwischen Innenwand 218 und Außenwand 206 dargestellt ist. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel sind die zwei Schenkel 40, 42 des
Gegenlagerelements 30, 31 als U-Profile ausgebildet. Dadurch kann die im zweiten Ausführungsbeispiel aus Stabilitätsgründen angeordnete Strebe 46 entfallen. Die Ausbildung als U-Profil kann vorteilhaft dazu dienen, um auf diese Weise größere Kräfte zwischen Lagerelement 10, 11 und Gegenlagerelement 30, 31 übertragen zu können. Außerdem lassen sich die Gegenlagerelemente 30, 31 dadurch kostengünstig fertigen Figur 7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer Innenwand 218 des Behälters 200 mit daran angeordneten Lagerelementen 10, 11 sowie Gegenlagerelementen 30, 31 nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer isometrischen Darstellung. In Figur 8 ist ein Ausschnitt aus einer Reihe von Lagerelementen 11 und Gegenlagerelementen 31 nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Figur 9 zeigt eine vergrößerte Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels nach Figur 8 mit Sicht auf Gleitelemente 14, 36, während in Figur 10 eine vergrößerte Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels mit Sicht auf
Gleitelemente 14, 36 und Isolierelemente 16 erkennbar ist.
Zwischenschichten als thermische Isolation zwischen dem Gleitelement 14, 36 und den Lagerelementen 10, 11 bzw. Gegenlagerelementen 30, 31 können den Wärmeübertrag von der Innenwand 218 auf die Außenwand
206 entscheidend verringern. Dadurch ist es möglich, dass an der Außenwand 206 geforderte niedrigere Temperaturen eingehalten werden. Auch kann so der thermische Verlust der Empfängervorrichtung 110 auf günstige Weise auf ein gefordertes Maß verringert werden.
Insbesondere in Figur 9 und 10 ist zu erkennen, dass die Lagerelemente 10, 11 mit den Längssegmenten 250 einstückig ausgebildet sind, indem nämlich die Lagerelemente 10, 11 durch Abkanten der Längssegmente 250 entlang von Fügelinien 252 der Längssegmente 250 zueinander ausgebildet sind.
Zwischen wenigstens einem Lagerelement 10, 11 und dem korrespondierenden Gegenlagerelement 30, 31 ist jeweils ein
Gleitelement 14, insbesondere aus Keramik, angeordnet. Dabei ist insbesondere das Gleitelement 14 am Lagerelement 10, 11 , nämlich auf der Anlagefläche 12, angeordnet, während auf der Anlagefläche 34 des
Mitnehmers 32 ein Gleitelement 36, insbesondere ebenfalls aus Keramik, angeordnet ist, das dem korrespondierenden Lagerelement 10, insbesondere dem jeweiligen Gleitelement 14, zugewandt ist. Das Gleitelement 36 weist dabei eine dem jeweiligen korrespondierenden Gleitelement 14 zugewandte, in radialer Richtung 238 konkav gekrümmte
Oberfläche auf.
Wie in Figur 10 erkennbar, ist zwischen dem Gleitelement 14 und der Anlagefläche 12 ein Isolierelement 16 zur thermischen Isolierung angeordnet. Als Isolierelemente 16 können vorteilhaft Keramikfasermatten eingesetzt werden.
Figur 11 zeigt eine vergrößerte Darstellung mit Sicht auf ein
Befestigungselement 18 eines Gleitelements 36 an einem an der Innenwand 218 angeordneten Lagerelement 31.
Das Gleitelement 14 des Lagerelements 11 ist mittels eines Befestigungselements 18, das insbesondere als Befestigungsfeder 18 ausgebildet ist, mit dem jeweiligen Lagerelement 11 verbunden. Die Befestigungsfeder 18 greift dabei durch einen Durchbruch 22 in dem Lagerelement 11 durch. Gleitelemente 14, 36 und/oder Isolierelemente 16 können so mittels einer Befestigung nach einem Nut/Feder-Konzept zuverlässig und dauerhaft mit dem Lagerelement 10, 11 bzw. Gegenlagerelement 30, 31 verbunden werden. Auch können so Scherkräfte auf Grund der thermischen Dehnungen von Innenwand 218 und Außenwand 206 gegeneinander zweckmäßig aufgefangen werden.
Auf die gleiche Art können auch die Gleitelemente 36 und Isolierelemente 16 mit den Gegenlagerelementen 30, 31 bzw. den Lagerelementen 10, 11 verbunden werden.
Bei dem in Figur 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Anlagefläche 34 und dem Gleitelement 36 des Gegenlagerelements 31 ein zusätzliches thermisches Isolierelement 16 angeordnet.
Figur 12 zeigt eine vergrößerte Darstellung mit Sicht auf eine Befestigungsfeder 38 eines Gleitelements 36 an einem Gegenlagerelement 30, 31. Dabei greift die Befestigungsfeder 38 durch einen entsprechenden Durchbruch 48 im zweiten Schenkel 42 des Gegenlagerelements 30, 31 .
In Figur 13 ist eine als Festlagerung ausgebildete Anordnung von Lagerelementen 10, 11 und Gegenlagerelementen 30, 31 des dritten Ausführungsbeispiels in isometrischer Darstellung dargestellt.
Bei dieser Darstellung sind die in Längsrichtung 214 angeordneten Lagerelemente 11 mit ihren korrespondierenden Gegenlagerelementen 31 erkennbar, welche das Loslager bilden. In Umfangsrichtung 242 sind dagegen die Lagerelemente 10 mit ihren korrespondierenden Gegenlagerelementen 30 erkennbar, welche mit den Lagerelementen 11 mit ihren korrespondierenden Gegenlagerelementen 31 das Festlager bilden. An Kreuzungspunkten der Umfangslinie 244 mit den in Längsrichtung 215 verlaufenden Fügelinien 252 der Längssegmente 250, bzw. der Axialsegmente 260 sind dabei jeweils zwei Lagerelemente 10 mit Gegenlagerelementen 30 und jeweils zwei Lagerelemente 11 mit
Gegenlagerelementen 31 so verschränkt angeordnet, dass ein Festlager gebildet wird und eine Relativbewegung der Innenwand 218 gegen die Außenwand 206 in Längsrichtung 215 und in Umfangsrichtung 242 verhindert wird
In dieser Darstellung ist auch die Versteifung der Axialsegmente 260 durch die diagonal verlaufenden Verstrebungen 254 erkennbar.
Figur 14 zeigt eine Anordnung eines Gegenlagerelements 31 des dritten Ausführungsbeispiels am Außenmantel 206. Dabei ist der eine Schenkel
40 des Gegenlagerelements 31 durch ein in der Außenwand 206 angeordnetes Fenster 248 durchgeführt und kann von der Außenseite mit der Außenwand 206 verbunden werden. Figur 15 zeigt ein Gegenlagerelement 30 nach dem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer isometrischen Ansicht mit Sicht auf das Gleitelement 36, während in Figur 16 das Gegenlagerelement 30 mit Sicht auf die Befestigungsfeder 38 des Gleitelements 36 und in Figur 17 das Gegenlagerelement 30 ohne das Gleitelement 36 dargestellt ist.
In Figur 16 ist dabei zu erkennen, wie die Befestigungsfeder 38 des Gleitelements 36 durch den Durchbruch 48 im zweiten Schenkel 42 des Gegenlagerelements 30 durchgeführt ist. In Figur 17 ist dagegen lediglich der Durchbruch 48 im zweiten Schenkel 42 erkennbar. In Figur 18 ist ein Behälter 200 mit polygonförmigem Außenmantel 206 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dabei ist die Außenwand 206 aus ebenen Längssegmenten 256 gebildet, welche entlang von in Längsrichtung 215 ausgebildeten Fügelinien 258 gefügt sind.
Eine polygonförmige Außengestalt der Außenwand 206 kann sich als besonders günstig erweisen, um ebene Flächen an der Außenseite 240 des Behälters 200 zur Anbindung der Gegenlagerelemente 30, 31 zu haben. Beispielsweise können die Gegenlagerelemente 30, 31 durch eine
Art herausnehmbares Fenster 248, wie in Figur 14 erkennbar, montiert werden.
Vorteil der Konstruktion der Außenwand 206 aus ebenen Längssegmenten 256 ist, dass auf viele einfache Gleichteile zurückgegriffen werden kann. Da die Lagerung gleitend und somit mehrteilig ausgeführt ist, wird die Montage als auch spätere Wartung wesentlich vereinfacht. Weiterhin unterliegen die Bauteile einer wesentlich geringeren Belastung, da durch das Gleiten keine ständigen Verformungen auftreten werden, im Gegensatz zu einer Ausführung mit
Doppelfeder. Somit sind auch ohne Probleme große thermische Verformungswege möglich.
Eine polygenförmige Außenwand 206 hat so zum Vorteil, dass mechanische Anbindungen auf einfachere Weise möglich sind. Ebenfalls wird dadurch bei großen Behältern 200 ein mehrteiliger Aufbau begünstigt. Bezugszeichen
10 Lagerelement
11 Lagerelement
12 Anlagefläche
14 Gleitelement
16 Isolierelement
18 Befestigungselement
20 Befestigungselement
22 Durchbruch
30 Gegenlagerelement
31 Gegenlagerelement
32 Mitnehmer
34 Anlagefläche
36 Gleitelement
38 Befestigungselement
40 Schenkel
42 Schenkel
44 Verbindungsfläche
46 Strebe
48 Durchbruch
110 Empfängervorrichtung
112 Solarstrahlung
200 Behälter
202 erstes Ende
204 zweites Ende
206 Außenwand
208 Innenraum
210 Wärmeträgermedium
212 Wärmeträgermedium-Film
214 Längsachse
215 Längsrichtung 216 Drehachse 218 Innenwand 220 Gehäuse 222 Winkel 236 Drehrichtung 238 radiale Richtung 240 Außenseite 242 Umfangsrichtung 244 Umfangslinie 246 Ring 248 Fenster 250 Längssegment 252 Fügelinie 254 Versteifungsrippe 256 Längssegment 258 Fügelinie 260 Axialsegment 300 Eingang 302 Vorderwand 304 Zuführungsöffnung 308 Rückwand 310 Leitelement 400 Ausgang 416 Aperturöffnung

Claims

Ansprüche 1. Empfängervorrichtung (110) für Solarstrahlung (112) mit einem
Behälter (200) zum Aufheizen eines Wärmeträgermediums (210) in einem solarthermischen Kraftwerk, mit einem sich in einer Längsrichtung (215) erstreckenden doppelwandigen Gehäuse (220), das einen Innenraum (208) umgibt und das eine Außenwand (206) und eine davon umgebene Innenwand
(218) aufweist, zwischen denen eine Vielzahl von Lagerelementen (10, 11) und Gegenlagerelementen (30, 31 ) angeordnet ist, wobei miteinander korrespondierende Lagerelemente (10, 11 ) und/oder Gegenlagerelemente (30, 31 ) sich in einer radialen Richtung (238) von der Außenwand (206) und/oder der Innenwand (218) weg erstrecken und wobei miteinander korrespondierende Lagerelemente (11) und Gegenlagerelemente (31) in wenigstens der Längsrichtung (215) und wobei miteinander korrespondierende Lagerelemente (10) und Gegenlagerelemente (30) in der Umfangsrichtung (242) entlang wenigstens einer Umfangslinie (244) einseitig aneinander anliegend angeordnet sind, wobei wenigstens zwei Lagerelemente (10, 11) vorgesehen sind, die an sich gegenüberliegenden Seiten des jeweilig korrespondierenden Gegenlagerelements (30, 31 ) anliegen und/oder wobei wenigstens zwei Gegenlagerelemente (30, 31 ) vorgesehen sind, die an sich gegenüberliegenden Seiten des jeweilig korrespondierenden Lagerelements (10, 11) anliegen. 2. Empfängervorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Lagerelemente (10, 11) als in radialer Richtung (238) zur Außenwand (206) abstehende Finnen ausgebildet sind, welche in Umfangsrichtung (242) wenigstens eine einem korrespondierenden Gegenlagerelement (30) zugewandte Anlagefläche (12) aufweisen und/oder wobei die Gegenlagerelemente (30, 31) als in radialer Richtung (238) zur Innenwand (206) abstehende Finnen ausgebildet sind, welche in Umfangsrichtung (242) wenigstens eine dem jeweils korrespondierenden Lagerelement (30) zugewandte Anlagefläche (34) aufweisen.
3. Empfängervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen wenigstens einem Lagerelement (10, 11 ) und dem korrespondierenden Gegenlagerelement (30, 31 ) ein Gleitelement (14), insbesondere aus Keramik, angeordnet ist, insbesondere wobei das Gleitelement (14) am Lagerelement (10, 11 ) angeordnet ist.
4. Empfängervorrichtung nach Anspruch 3, wobei zwischen dem Gleitelement (14) und der Anlagefläche (12) ein Isolierelement (16) zur thermischen Isolierung angeordnet ist.
5. Empfängervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gegenlagerelemente (30, 31 ) einen in radialer Richtung (238) abstehenden Mitnehmer (32) aufweisen, welcher wenigstens eine einem korrespondierenden Lagerelement (10) zugewandte Anlagefläche (34) aufweist.
6. Empfängervorrichtung nach Anspruch 5, wobei auf der Anlagefläche (34) des Mitnehmers (32) ein Gleitelement (36), insbesondere aus Keramik, angeordnet ist, das dem korrespondierenden Lagerelement (10), insbesondere dem jeweiligen Gleitelement (14), zugewandt ist. 7. Empfängervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei wenigstens eines der Gleitelemente (14, 36) eine dem jeweiligen korrespondierenden Gleitelement (14, 36) zugewandte, in radialer Richtung (238) konkav gekrümmte Oberfläche aufweist.
8. Empfängervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Gegenlagerelemente (30, 31 ) zwei Schenkel (40, 42) aufweisen, die insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wobei einer der beiden Schenkel (40, 42) eine Verbindungsfläche (44) mit der
Außenwand (206) und der andere der beiden Schenkel (40, 42) die Anlagefläche (34) aufweist.
9. Empfängervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zwei Schenkel (40, 42) des Gegenlagerelements (30, 31) durch eine, insbesondere diagonal zwischen Enden der Schenkel (40, 42) angeordnete, Strebe (46) verbunden sind.
10. Empfängervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zwei Schenkel (40, 42) des Gegenlagerelements (30, 31) als U-Profile ausgebildet sind.
11. Empfängervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die Gleitelemente (14, 36) und/oder das Isolierelement (16) mittels wenigstens eines Befestigungselements (18, 38, 20), insbesondere einer Befestigungsfeder (18, 38, 20), mit dem jeweiligen Lagerelement (10, 11) bzw. dem jeweiligen Gegenlagerelement (30, 31 ) verbunden sind. 12. Empfängervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei entlang der Umfangslinie (244) ein radial zwischen der Außenwand (206) und der Innenwand (218) angeordneter umlaufender Ring (246) ausgebildet ist, welcher wenigstens ein Lagerelement (10) aufweist oder bildet, insbesondere wobei der Ring (246) an der Innenwand (218) angeordnet ist.
13. Empfängervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenwand (218) aus einzelnen, in Umfangsrichtung (242) zusammengefügten Längssegmenten (250), insbesondere ringförmig in Umfangsrichtung (242) angeordneten und in Längsrichtung (215) gestapelten Längssegmenten (250) ausgebildet ist, wobei die Lagerelemente (10, 11) mit den Längssegmenten (250) einstückig ausgebildet sind, insbesondere wobei die Lagerelemente (10, 11 ) durch Abkanten der Längssegmente (250) entlang von Fügelinien (252) der Längssegmente (250) zueinander ausgebildet sind.
14. Empfängervorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Längssegmente (250) in Längsrichtung (215) in Axialsegmente (260) unterteilt sind.
15. Empfängervorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Längssegmente (250) und/oder Axialsegmente (260) auf einer radialen Außenseite (240) Versteifungsrippen (254), insbesondere diagonal verlaufende Versteifungsrippen (254) aufweisen.
16. Empfängervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens die Außenwand (206) aus ebenen Längssegmenten (256) gebildet ist, welche wenigstens entlang von in Längsrichtung (215) ausgebildeten Fügelinien (258) gefügt sind. 17. Empfängervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Aperturöffnung (416) für den Eintritt von Sonnenstrahlung (112) an einem der Enden (202, 204) des Behälters (200); wobei der Behälter (200) eine Längsachse (214) aufweist, welche parallel oder in einem spitzen Winkel kleiner oder gleich 90° zur Schwerkraftrichtung (g) orientiert ist, wobei der Behälter (200) in einer bestimmungsgemäßen Drehrichtung (236) mittels einer Drehantriebsvorrichtung derart um eine Drehachse (216) drehbar ist, dass das Wärmeträgermedium (210) unter Ausbildung eines Wärmeträgermedium-Films (212) an einer Innenwand (218) des Behälters (200) entlangführbar ist.
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