ITMI20002879A1

ITMI20002879A1 - CENTRAL SOLAR RECEIVER

Info

Publication number: ITMI20002879A1
Application number: IT2000MI002879A
Authority: IT
Inventors: Jacob Karni; Pinchas Doron; Moshe Danino
Original assignee: Yeda Res And Dev Co L Td; E D I G Construction Man Lt D; Rotem Ind Ltd
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2002-06-29
Also published as: IT1319710B1

Description

Descrizione di un brevetto per invenzione avente Description of a patent for an invention having

per titolo: by title:

“RICEVITORE SOLARE CENTRALE” "CENTRAL SOLAR RECEIVER"

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

Questa invenzione si riferisce ad un ricevitore solare centrale e, in particolare, ad una finestra da impiegare in tale ricevitore per fare entrare e fare passare in essa una radiazione solare concentrata. La presente invenzione è in particolare dedicata ad un ricevitore solare centrale che comprende un alloggiamento con un assorbitore solare idoneo ad assorbire una radiazione solare concentrata ad alte temperature, solitamente al di sopra di 500°C, ed un fluido di lavoro che circola in esso con una relazione di scambio termico diretta oppure indiretta con l'assorbitore solare. L’alloggiamento di tale ricevitore solare è dotato di un’apertura posta nella regione focale di un sistema di concentrazione di radiazione solare e supportante una finestra idonea a fare entrare una radiazione solare notevolmente concentrata dal sistema di concentrazione e a farla passare verso l’assorbitore solare. This invention relates to a central solar receiver and, in particular, to a window to be used in such a receiver to allow concentrated solar radiation to enter and pass through it. The present invention is particularly dedicated to a central solar receiver which comprises a housing with a solar absorber suitable for absorbing concentrated solar radiation at high temperatures, usually above 500 ° C, and a working fluid which circulates in it with a direct or indirect heat exchange relationship with the solar absorber. The housing of this solar receiver is equipped with an opening located in the focal region of a solar radiation concentration system and supporting a window suitable for letting in a significantly concentrated solar radiation from the concentration system and passing it towards the solar absorber. .

L'assorbitore solare usato nei ricevitori solari centrali del precedente tipo è spesso un assorbitore solare volumetrico che è fabbricato sottoforma di una matrice tridimensionale che permette al fluido di lavoro di scorrere attraverso di esso, trasferendo con ciò il calore al fluido di lavoro. Tali ricevitori solari sono descritti ad esempio nei documenti IL 97091 e US 5.323.764. The solar absorber used in central solar receivers of the above type is often a volumetric solar absorber which is manufactured in the form of a three dimensional matrix which allows the working fluid to flow through it, thereby transferring heat to the working fluid. Such solar receivers are described for example in documents IL 97091 and US 5,323,764.

Il fluido di lavoro usato negli assorbitori solari centrali normalmente serve come fluido di trasporto di calore oppure viene progettato altrimenti per eseguire una reazione chimica endotermica, eventualmente catalizzata, indotta dal calore tra i componenti del fluido di lavoro. Per diversi impieghi industriali, ad esempio il funzionamento di turbine a gas per la generazione di elettricità o per l’esecuzione di reazioni endotermiche del tipo specificato, è necessario permettere al fluido di lavoro di circolare attraverso il sistema con un’alta pressione di almeno circa 2 atmosfere. A tale pressione, la densità del fluido di lavoro circolante, gassoso è maggiore di quella che ci sarebbe se esso si trovasse nello stato non pressurizzato e, di conseguenza, sono inferiori le perdite di pressione durante la circolazione. The working fluid used in central solar absorbers normally serves as a heat transport fluid or is otherwise designed to perform an endothermic, possibly catalyzed, heat-induced chemical reaction between the components of the working fluid. For various industrial uses, for example the operation of gas turbines for the generation of electricity or for the execution of endothermic reactions of the specified type, it is necessary to allow the working fluid to circulate through the system with a high pressure of at least approx. 2 atmospheres. At this pressure, the density of the circulating, gaseous working fluid is greater than it would be if it were in the non-pressurized state and, consequently, the pressure losses during circulation are lower.

Uno dei problemi più importanti e associati ad un ricevitore solare centrale pressurizzato avente una finestra, è la resistenza meccanica della finestra. I materiali ai quali che hanno proprietà ottiche e termiche tendono ad essere fragili, ciò significa che benché essi possano sopportare elevate sollecitazioni di compressione, essi tendono ad incrinarsi o ad andare a pezzi anche con sollecitazioni di trazione relativamente basse. Le sollecitazioni nella finestra sono create dalla pressione del gas all'interno del ricevitore ed anche da una disuniforme espansione termica della finestra e da altri componenti del ricevitore che sono a contatto con esso, quando essi si riscaldano durante il funzionamento. One of the most important and associated problems with a pressurized central solar receiver having a window is the mechanical strength of the window. Materials to which they have optical and thermal properties tend to be brittle, which means that although they can withstand high compressive stresses, they tend to crack or fall apart even at relatively low tensile stresses. The stresses in the window are created by the gas pressure inside the receiver and also by a non-uniform thermal expansion of the window and other components of the receiver that are in contact with it, when they heat up during operation.

I Documenti US 5.323.764 e US 5.421.322 divulgano un ricevitore solare centrale con una finestra presentante una sagoma troncoconica avente una estremità frontale aperta di grande diametro ed una estremità posteriore aperta di piccolo diametro entrambe formate con bordi frontali e posteriori cilindrici nei quali la finestra è fissata al corpo in corrispondenza delle sue estremità frontale e posteriore. La estremità frontale del corpo è formata con una scanalatura anulare di posizionamento ed il bordo frontale della finestra è ricevuto entro di esso ed è fissato mediante una O-Ring. Il bordo posteriore della finestra è fissato entro un blocco metallico, che tra le altre cose, comprende un soffietto che assorbe l’espansione termica ed un riflettore idoneo a proteggere il blocco ed anche il soffietto dalla radiazione solare concentrata che entra nella finestra. US 5,323,764 and US 5,421,322 disclose a central solar receiver with a window having a frusto-conical shape having a large diameter open front end and a small diameter open rear end both formed with cylindrical front and rear edges in which the window is attached to the body at its front and rear ends. The front end of the body is formed with an annular positioning groove and the front edge of the window is received within it and is fixed by means of an O-ring. The rear edge of the window is fixed within a metal block, which among other things, includes a bellows that absorbs thermal expansion and a reflector suitable for protecting the block and also the bellows from concentrated solar radiation entering the window.

È uno scopo della presente invenzione quello di realizzare una nuova finestra per un impiego in un ricevitore solare centrale ed un nuovo ricevitore solare centrale impiegante la medesima. It is an object of the present invention to provide a new window for use in a central solar receiver and a new central solar receiver using the same.

Secondo un aspetto delia presente invenzione, è previsto un ricevitore solare centrale comprendente: According to an aspect of the present invention, a central solar receiver is provided comprising:

- un alloggiamento assialmente simmetrico presentante una estremità frontale ed una estremità posteriore ed avente un’apertura nell'estremità frontale; - an axially symmetrical housing having a front end and a rear end and having an opening in the front end;

- una finestra tubolare allungata montata in detta apertura coassialmente all’alloggiamento, la finestra avendo una estremità frontale aperta che è fissata al detto alloggiamento nella sua estremità frontale, ed una estremità posteriore chiusa che è sistemata accanto all’estremità posteriore dell’alloggiamento ed è priva di un qualsiasi mezzo di fissaggio con essa, la finestra avendo una prima superficie rivolta verso una radiazione solare concentrata incidente ed una seconda superficie rivolta verso l’interno dell’alloggiamento; an elongated tubular window mounted in said opening coaxially to the housing, the window having an open front end which is attached to said housing at its front end, and a closed rear end which is arranged adjacent the rear end of the housing and is lacking any fastening means therewith, the window having a first surface facing an incident concentrated solar radiation and a second surface facing the interior of the housing;

- un assorbitore solare volumetrico sistemato entro detto alloggiamento ed estendentesi intorno e lungo detta finestra allungata per assorbire la radiazione solare che è passata attraverso di esso, - a volumetric solar absorber arranged within said housing and extending around and along said elongated window to absorb solar radiation which has passed through it,

- un ingresso ed un'uscita di fluido di lavoro formati in detto alloggiamento in modo da rispettivamente iniettare in esso e prelevare da esso un fluido di lavoro pressurizzato in modo da permettere un’interazione del fluido di lavoro con detto assorbitore volumetrico. In accordo con altro aspetto della presente invenzione, è prevista una finestra da impiegare in un ricevitore solare centrale del precedente tipo per fare entrare e per far passare all’interno del ricevitore una radiazione solare, incidente fortemente concentrata, la finestra avendo una forma tubolare allungata con una estremità frontale aperta idonea ad essere fissata in detta apertura del ricevitore ed una estremità posteriore chiusa priva di un qualsiasi mezzo di fissaggio. - an inlet and an outlet of working fluid formed in said housing so as to respectively inject and withdraw from it a pressurized working fluid so as to allow an interaction of the working fluid with said volumetric absorber. In accordance with another aspect of the present invention, a window is provided to be used in a central solar receiver of the previous type to allow a strongly concentrated incident solar radiation to enter and pass inside the receiver, the window having an elongated tubular shape. with an open front end suitable to be fixed in said receiver opening and a closed rear end without any fixing means.

La struttura della finestra della presente invenzione ed il modo di montaggio di essa nel ricevitore solare centrale grazie al quale la finestra è fissata soltanto nella sua estremità frontale, semplificano la struttura del ricevitore ed impediscono alla finestra di avere inutili limiti, rendendola quindi adatta per un impiego ad alte temperature e con forti pressioni. The structure of the window of the present invention and the way of mounting it in the central solar receiver thanks to which the window is fixed only in its front end, simplify the structure of the receiver and prevent the window from having unnecessary limits, thus making it suitable for a use at high temperatures and strong pressures.

La finestra presenta una forma tronco-conica, la sua estremità frontale aperta essendo un’estremità di grande diametro e la sua estremità posteriore chiusa avendo una estremità di piccolo diametro. Tuttavia, la finestra può avere una qualsiasi altra forma allungata assialmente simmetrica, ad esempio una forma cilindrica, in tal caso la sua estremità frontale può essere formata con un bordo avente un diametro maggiore di quello della parte rimanente della finestra. The window has a truncated cone shape, its open front end being a large diameter end and its closed rear end having a small diameter end. However, the window can have any other axially symmetrical elongated shape, for example a cylindrical shape, in which case its front end can be formed with an edge having a diameter greater than that of the remainder of the window.

Preferibilmente, la estremità frontale della finestra è fissata al corpo con dispositivi di montaggio elastici come ad esempio morsetti spinti da molle, che esercitano permanentemente sul corpo della finestra una forza assiale che tiene in posizione la finestra ed impedisce il suo spostamento a causa delle forze che agiscono su di essa durante i cicli termici e di pressione quando viene fatto funzionare il ricevitore. Preferibilmente, l'estremità posteriore chiusa di piccolo diametro della finestra ha la forma di una superficie concava simile ad un cappello che si fonde in modo continuo con la superficie conica della finestra. Questa forma della estremità chiusa e la forma tronco-conica del corpo della finestra garantiscono che una qualsiasi pressione esercitata sulla finestra dall’interno dell’alloggiamento generi componenti di forze che agiscono perpendicolarmente e lungo la superficie della finestra, il che comporta soltanto sollecitazioni di compressione piuttosto che sollecitazioni di trazione che possono far sì che si incrini la finestra. Preferably, the front end of the window is fixed to the body with elastic mounting devices such as clamps pushed by springs, which permanently exert an axial force on the window body which holds the window in position and prevents its displacement due to the forces that they act on it during thermal and pressure cycles when the receiver is operated. Preferably, the small diameter closed rear end of the window is in the shape of a hat-like concave surface which merges continuously with the conical surface of the window. This closed end shape and the frusto-conical shape of the window body ensure that any pressure exerted on the window from inside the housing generates force components that act perpendicularly and along the window surface, resulting in compressive stresses only. rather than tensile stresses that can cause the window to crack.

Preferibilmente, l’ingresso del fluido di lavoro è posto accanto alla estremità posteriore dell’alloggiamento coassialmente ad esso in modo da essere rivolto verso detta estremità chiusa della finestra. È ancora più preferibile che venga montato un ulteriore assorbitore solare nell’alloggiamento tra l'ingresso del fluido di lavoro e la estremità chiusa della finestra in modo da assorbire la radiazione solare concentrata che è passata attraverso la estremità chiusa. Pertanto, l’ingresso del fluido di lavoro è protetto da una penetrazione diretta in esso della radiazione solare concentrata e viene preriscaldato, mentre entra nel ricevitore, prima della sua interazione con detto assorbitore solare volumetrico. L’ulteriore assorbitore solare può anche essere un assorbitore solare volumetrico. Per capire l'invenzione e per vedere come essa possa essere attuata nella realtà, verrà ora descritta una realizzazione preferita, soltanto a titolo di esempio non limitante, riferendosi agli allegati disegni, in cui: Preferably, the inlet of the working fluid is placed next to the rear end of the housing coaxially to it so as to be facing said closed end of the window. It is even more preferable that an additional solar absorber is mounted in the housing between the inlet of the working fluid and the closed end of the window in order to absorb the concentrated solar radiation that has passed through the closed end. Therefore, the entry of the working fluid is protected by direct penetration into it of concentrated solar radiation and is preheated, as it enters the receiver, before its interaction with said volumetric solar absorber. The additional solar absorber can also be a volumetric solar absorber. In order to understand the invention and to see how it can be implemented in reality, a preferred embodiment will now be described, only by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

la Figura 1 è una vista semplificata, in sezione trasversale di un ricevitore solare centrale secondo la presente invenzione; e Figure 1 is a simplified cross-sectional view of a central solar receiver according to the present invention; And

la Figura 2 è una vista ingrandita dell'area A del ricevitore mostrato nella figura 1. Figure 2 is an enlarged view of the area A of the receiver shown in Figure 1.

Un ricevitore solare centrale della presente invenzione, mostrato nella Figura 1 , è progettato per essere associato ad un sistema di concentrazione di radiazioni solari, (non mostrato) e comprende un alloggiamento metallico 1 presentante un asse longitudinale X, una estremità frontale 3 con in essa un’apertura 4 rivolta verso una radiazione solare concentrata, una estremità posteriore 6 e pareti laterali esterne 8. Il ricevitore comprende inoltre una finestra tubolare allungata 10 montata nell'apertura 4 coassialmente all’alloggiamento 1, la finestra essendo idonea per l’ingresso di una radiazione solare estremamente concentrata dal sistema di concentrazione di radiazioni solari ed essendo in grado di sopportare alte temperature. A questo scopo, la finestra può essere fatta con un qualsiasi tradizionale materiale presentante le desiderate proprietà ottiche e termiche, come ad esempio, quarzo fuso. A central solar receiver of the present invention, shown in Figure 1, is designed to be associated with a solar radiation concentration system, (not shown) and comprises a metal housing 1 having a longitudinal axis X, a front end 3 with therein an opening 4 facing concentrated solar radiation, a rear end 6 and external side walls 8. The receiver further comprises an elongated tubular window 10 mounted in the opening 4 coaxially to the housing 1, the window being suitable for the entry of an extremely concentrated solar radiation from the solar radiation concentration system and being able to withstand high temperatures. For this purpose, the window can be made of any conventional material having the desired optical and thermal properties, such as, for example, fused quartz.

La finestra 10 presenta una estremità frontale aperta di grande diametro 11, una estremità posteriore chiusa di piccolo diametro 12 ed un corpo di finestra tronco-conico 13 in mezzo ad esse con una prima superficie 16 rivolta verso la radiazione solare concentrata incidente ed una seconda superficie 18 rivolta verso l’interno dell'alloggiamento 1. Il corpo 13 della finestra presenta una forma circolare in sezione trasversale, tuttavia questa forma può essere una qualsiasi di un altro tipo desiderato. Inoltre, il corpo della finestra può essere cilindrico, la estremità frontale di grande diametro avendo la forma di un bordo. Se desiderato, la finestra può essere del tipo a doppia lastra con uno spazio tra la piastra interna e quella esterna. . The window 10 has an open front end of large diameter 11, a closed rear end of small diameter 12 and a frusto-conical window body 13 between them with a first surface 16 facing the incident concentrated solar radiation and a second surface 18 facing inward of housing 1. The window body 13 has a circular cross-sectional shape, however this shape may be any of another desired type. Furthermore, the window body can be cylindrical, the large diameter front end having the shape of an edge. If desired, the window can be of the double pane type with a gap between the inner and outer plate. .

La finestra 10 viene tenuta nel corpo 1 soltanto con la sua estremità di grande diametro 11 che è fissata nell’apertura 4 in corrispondenza della estremità frontale 3 dell’alloggiamento 1 come mostrato schematicamente in modo più dettagliato nella Figura 2. L’estremità frontale 3 dell'alloggiamento è formata da una scanalatura anulare 20 avente una parte inferiore scanalata con una tenuta anulare 22 ed una parete laterale scanalata 24. La estremità di grande diametro 11 della finestra è fissata nella scanalatura anulare 20 con una pluralità di dispositivi di fissaggio regolabili, spinti da molle 30 (dei quali ne viene mostrato uno nella Figura 2) posti lungo la circonferenza dell'apertura 4 dell'alloggiamento. Ciascun dispositivo di montaggio 30 comprende una morsetto a forma di fungo 40 avente una testa eccentrica 41 ed una gamba 42 con un bordo 43. La testa 41 della morsa 40 presenta una circonferenza conica per adattarsi al profilo del corpo troncoconico 13 della finestra 10 ed è rivestita da un bordo ceramico soffice 44 idoneo a contattare la finestra senza danneggiarla. Il bordo 43 del morsetto 40 viene tenuto tra una prima molla circolare 45 ed una flangia 46 premuta da una seconda molla 48. Il posizionamento della morsa 40 viene ottenuto ruotandola intorno al suo asse fino a che il bordo 44 della testa eccentrica 41 appoggia contro la seconda superficie 18 del corpo 13 della finestra, esercitando con ciò una adatta pressione sulla finestra 10 e le molle 45 e 48 sono progettate in modo da mantenere permanente questa spinta. A causa della forma conica del corpo 13 della finestra, questa pressione genera una forza assiale che spinge la finestra verso la tenuta 22 nella parte inferiore della scanalatura anulare 20 per tenere in posizione la finestra e per impedire il suo spostamento sotto forze che agiscono su di essa durante i cicli termici e di pressione quando viene fatto funzionare il ricevitore. L’estremità posteriore chiusa di piccolo diametro 12 della finestra 10 ha la forma di una superficie a forma di cappello che si fonde in modo uniforme con il corpo tronco-conico 13 della finestra. Dato che la estremità di piccolo diametro 12 è priva di un qualsiasi mezzo di fissaggio, la sua superficie a forma di cappello può avere una qualsiasi desiderata forma ad esempio può essere concava, sferica o non sferica oppure può essere piuttosto addirittura piatta. The window 10 is held in the body 1 only with its large diameter end 11 which is fixed in the opening 4 at the front end 3 of the housing 1 as shown schematically in more detail in Figure 2. The front end 3 of the housing is formed by an annular groove 20 having a grooved bottom with an annular seal 22 and a grooved side wall 24. The large diameter end 11 of the window is secured in the annular groove 20 with a plurality of adjustable fasteners, pushed by springs 30 (one of which is shown in Figure 2) placed along the circumference of the opening 4 of the housing. Each mounting device 30 comprises a mushroom-shaped clamp 40 having an eccentric head 41 and a leg 42 with an edge 43. The head 41 of the vice 40 has a conical circumference to adapt to the profile of the frusto-conical body 13 of the window 10 and is covered with a soft ceramic edge 44 suitable for contacting the window without damaging it. The edge 43 of the clamp 40 is held between a first circular spring 45 and a flange 46 pressed by a second spring 48. The positioning of the vice 40 is obtained by rotating it around its axis until the edge 44 of the eccentric head 41 rests against the second surface 18 of the window body 13, thereby exerting a suitable pressure on the window 10 and the springs 45 and 48 are designed so as to maintain this thrust permanently. Due to the conical shape of the window body 13, this pressure generates an axial force which pushes the window towards the seal 22 at the bottom of the annular groove 20 to hold the window in place and to prevent its displacement under forces acting on it. it during the thermal and pressure cycles when the receiver is operated. The closed rear end of small diameter 12 of the window 10 has the shape of a hat-shaped surface that merges uniformly with the truncated conical body 13 of the window. Since the small diameter end 12 lacks any fastening means, its cap-shaped surface can have any desired shape, for example it can be concave, spherical or non-spherical or it can be quite flat.

Il ricevitore comprende inoltre un primo assorbitore volumetrico tubolare 50 che si estende intorno al corpo tronco-conico 13 della finestra 10 ed è rivolto verso di esso ed un secondo assorbitore solare 52 a forma di disco volumetrico, del tipo a flusso passante sistemato nella parte posteriore dell'alloggiamento 1 e rivolto verso la estremità chiusa 10 della finestra 10. Gli assorbitori 50 e 52 definiscono con la seconda superficie 18 della finestra 10 una camera di ricevitore 53. 11 primo assorbitore volumetrico 50 presenta una base tronco-conica 54 con un gruppo di elementi 56 di assorbitore a forma di punta distanziati tra di loro e sporgenti da una faccia della base 54 verso la finestra 10. Tuttavia, l'assorbitore 50 può avere una qualsiasi altra adatta struttura. Ad esempio, esso può non essere tronco-conico ma può avere piuttosto una forma poliedrica-prismatica, cilindrica, a paraboloide, ellissoidale o una forma simile. La configurazione a forma di punte degli elementi 56 dell'assorbitore non è importante e può essere anche usata una qualsiasi altra adatta configurazione come ad esempio delle aste, dei tubi cilindrici vuoti, dei tronchi, dei pannelli piani e cose simili. The receiver also comprises a first tubular volumetric absorber 50 which extends around the frusto-conical body 13 of the window 10 and faces towards it and a second solar absorber 52 in the shape of a volumetric disk, of the flow-through type arranged in the rear part. of the housing 1 and facing the closed end 10 of the window 10. The absorbers 50 and 52 define with the second surface 18 of the window 10 a receiver chamber 53. The first volumetric absorber 50 has a frusto-conical base 54 with an assembly of spike-shaped absorber elements 56 spaced apart and projecting from one face of the base 54 towards the window 10. However, the absorber 50 may have any other suitable structure. For example, it may not be frusto-conical but may rather have a polyhedral-prismatic, cylindrical, paraboloid, ellipsoidal shape or a similar shape. The spike-like configuration of the absorber elements 56 is not important and any other suitable configuration such as rods, hollow cylindrical tubes, logs, flat panels and the like may also be used.

Il secondo assorbitore volumetrico 52 può avere una struttura simile a quella precedentemente descritta con riferimento all'assorbitore 50, con la differenza che una base del corpo dell’assorbitore 52 dovrebbe essere dotata di fori o progettata in altro modo per fare passare attraverso di essa un fluido di lavoro. Esso può essere anche di un qualsiasi altro adatto tipo come ad esempio il tipo a nido d’ape, il tipo a griglia, il tipo a maglia, il tipo a spugna, ecc. La forma del disco parallelo dell'assorbitore solare volumetrico 52 non è importante e può essere anche usata una qualsiasi altra adatta forma: The second volumetric absorber 52 may have a structure similar to that previously described with reference to the absorber 50, with the difference that a base of the absorber body 52 would have to be provided with holes or otherwise designed to pass through it a working fluid. It can also be of any other suitable type such as the honeycomb type, the grid type, the knitted type, the sponge type, etc. The shape of the parallel disk of the volumetric solar absorber 52 is not important and any other suitable shape may also be used:

Ad esempio, l’assorbitore 52 può essere sagomato a forma di duomo, può avere la forma di un disco con facce non parallele, di un disco con fori e forme simili. For example, the absorber 52 can be shaped in the shape of a dome, it can have the shape of a disc with non-parallel faces, a disc with holes and similar shapes.

Ciascun assorbitore 50, 52 è fatto con un qualsiasi adatto materiale resistente al calore ad esempio un materiale ceramico, una lega metallica rivestita di ceramica, carburo di silicio, allumina, un particolare tipo di acciaio inossidabile, una lega al nichel o materiali simili. Each absorber 50, 52 is made of any suitable heat resistant material such as a ceramic material, a ceramic coated metal alloy, silicon carbide, alumina, a particular type of stainless steel, a nickel alloy or similar materials.

Il ricevitore comprende inoltre un condotto di ingresso 58 del fluido di lavoro posto nella estremità posteriore 6 dell’alloggiamento coassialmente ad esso, per l'ingresso del fluido di lavoro all’interno della camera 53 del ricevitore. Il condotto 58 presenta un imbuto di ingresso 59, per cui si garantisce che il condotto 58 venga protetto dalla radiazione solare concentrata che penetra nella finestra nella sua estremità chiusa 12 e che tutto il fluido di lavoro venga preriscaldato in una certa misura dal piccolo assorbitore 52 prima di essere iniettato nella camera di ricevitore 53. The receiver also comprises an inlet duct 58 for the working fluid placed in the rear end 6 of the housing coaxially to it, for the entry of the working fluid into the chamber 53 of the receiver. The duct 58 has an inlet funnel 59, whereby it is ensured that the duct 58 is protected from concentrated solar radiation which penetrates the window at its closed end 12 and that all the working fluid is preheated to a certain extent by the small absorber 52 before being injected into the receiver chamber 53.

Il ricevitore comprende inoltre una camera di uscita anulare 60 del fluido di lavoro che circonda l’imbuto di ingresso 59, con un orifizio anulare di uscita 62 posto nella parte posteriore del grande assorbitore solare volumetrico 50 ed un’apertura di sfogo di uscita tubolare 64 per il prelievo del fluido di lavoro dalla camera 53 del ricevitore. The receiver also comprises an annular outlet chamber 60 for the working fluid which surrounds the inlet funnel 59, with an annular outlet orifice 62 located in the rear part of the large volumetric solar absorber 50 and a tubular outlet vent 64 for drawing the working fluid from the receiver chamber 53.

Il fluido di lavoro usato nel ricevitore solare centrale delia presente invenzione è preferibilmente un gas ad esempio aria, che è idoneo a circolare nella camera 53 del ricevitore ad alta temperatura (a circa 500°C e maggiori) e con elevate pressioni di almeno circa due atmosfere. Il gas di lavoro può essere di un qualsiasi tipo adatto per servire come trasportatore di calore per asportare il calore generato nell’assorbitore solare. In aggiunta o in alternativa, esso può anche consistere in una miscela di due o più componenti che, dopo il contatto con l’assorbitore solare caldo, vengono indotti a reagire tra di loro, cioè ad attuare un processo termochimico. Nell’ultimo caso, gli elementi sporgenti 56 dell'assorbitore volumetrico 50 possono essere rivestiti con un adatto catalizzatore. The working fluid used in the central solar receiver of the present invention is preferably a gas such as air, which is suitable for circulating in the receiver chamber 53 at a high temperature (at about 500 ° C and higher) and with high pressures of at least about two. atmospheres. The working gas can be of any type suitable for serving as a heat carrier to remove the heat generated in the solar absorber. In addition or alternatively, it can also consist of a mixture of two or more components which, after contact with the hot solar absorber, are induced to react with each other, i.e. to implement a thermochemical process. In the latter case, the protruding elements 56 of the volumetric absorber 50 can be coated with a suitable catalyst.

Si vorrebbe fare osservare che la geometria dell’ingresso e dell'uscita del fluido di lavoro pressurizzato non richiede di essere come precedentemente descritto, ma piuttosto può essere modificata per soddisfare particolari esigenze di progetto. It should be noted that the geometry of the inlet and outlet of the pressurized working fluid does not require to be as previously described, but rather can be modified to meet particular project requirements.

L’alloggiamento 1 comprende inoltre un materiale isolante 65 che riempie tutto il volume tra le pareti esterne 8 dell'alloggiamento e la base 54 del primo assorbitore volumetrico 50, e che circonda anche il condotto di ingresso 58, l’apertura di sfogo di uscita 64 e la camera anulare di uscita 60. The housing 1 further comprises an insulating material 65 which fills the entire volume between the outer walls 8 of the housing and the base 54 of the first volumetric absorber 50, and which also surrounds the inlet duct 58, the outlet vent opening 64 and the annular outlet chamber 60.

Durante il funzionamento, una radiazione solare concentrata viene fatta entrare attraverso l’estremità di grande diametro 11 della finestra 10. La maggior parte della radiazione penetra attraverso il corpo conico 13 della finestra e colpisce gli elementi di assorbitore 56 del primo assorbitore volumetrico solare 50. La radiazione solare incidente che non penetra nel corpo 13 della finestra penetra attraverso la estremità posteriore chiusa 12 della finestra e colpisce il secondo assorbitore volumetrico solare 52. Vengono pertanto riscaldati gli assorbitori solari 50 e 52. In operation, concentrated solar radiation is allowed to enter through the large diameter end 11 of the window 10. Most of the radiation penetrates through the conical body 13 of the window and strikes the absorber elements 56 of the first solar volumetric absorber 50. The incident solar radiation which does not penetrate the window body 13 penetrates through the closed rear end 12 of the window and hits the second solar volumetric absorber 52. The solar absorbers 50 and 52 are therefore heated.

Il fluido pressurizzato di lavoro viene iniettato nel ricevitore attraverso il condotto di ingresso 58 ed il suo imbuto di ingresso 59, in cui esso scorre attraverso il secondo assorbitore volumetrico 52 e viene pertanto riscaldato in una certa misura prima del suo ingresso nella camera di ricevitore 53. Dopo essere passato attraverso il secondo assorbitore 52, il fluido di lavoro scorre verso e lungo la estremità chiusa 12 della finestra ed inoltre lungo il corpo tronco-conico 13 della finestra 10, per cui la finestra viene completamente raffreddata lungo la sua superficie. Lo stesso effetto può essere ottenuto con una finestra avente una struttura a doppia piastra come precedentemente detto, in cui il fluido di lavoro scorrerà lungo lo spazio tra le piastre, a patto di prevedere adatti passaggi di fluido nella piastra interna della finestra nella estremità frontale ed in quella posteriore della finestra. Dopo che il fluido si è avvicinato all'area della camera di ricevitore 53 adiacente alla estremità frontale dell'alloggiamento, esso tornerà indietro e scorrerà attraverso l’assorbitore volumetrico 50 intersecando il gruppo dei suoi elementi 56, laddove esso si riscalda e/o viene coinvolto in una reazione chimica endotermica. Il fluido di lavoro caldo e/o il prodotto della reazione entrano poi nella camera anulare di uscita 60 attraverso gli orifizi di uscita 62 e viene scaricato attraverso l’apertura di sfogo di uscita 64, per fare funzionare turbine che generano energia elettrica. Nel corso del funzionamento, un qualsiasi spostamento della finestra 10 rispetto all'alloggiamento del ricevitore viene compensato dai dispositivi di montaggio 30 spinti da molle. Una qualsiasi espansione termica di un qualsiasi componente del ricevitore, sia simmetrica che asimmetrica, non viene trasmessa sulla finestra 10 in quanto è stata posizionata soltanto in corrispondenza della estremità del grande diametro 11. The pressurized working fluid is injected into the receiver through the inlet conduit 58 and its inlet funnel 59, where it flows through the second volumetric absorber 52 and is therefore heated to some extent prior to its entry into the receiver chamber 53 After passing through the second absorber 52, the working fluid flows towards and along the closed end 12 of the window and further along the frusto-conical body 13 of the window 10, whereby the window is completely cooled along its surface. The same effect can be obtained with a window having a double plate structure as previously mentioned, in which the working fluid will flow along the space between the plates, provided that suitable fluid passages are provided in the inner plate of the window in the front end and in the back of the window. After the fluid approaches the area of the receiver chamber 53 adjacent the front end of the housing, it will return and flow through the volumetric absorber 50 intersecting the assembly of its elements 56, where it heats up and / or is involved in an endothermic chemical reaction. The hot working fluid and / or the product of the reaction then enters the annular outlet chamber 60 through the outlet orifices 62 and is discharged through the outlet vent opening 64, to operate turbines that generate electricity. In the course of operation, any displacement of the window 10 relative to the receiver housing is compensated for by the mounting devices 30 pushed by springs. Any thermal expansion of any component of the receiver, whether symmetrical or asymmetrical, is not transmitted on the window 10 as it has been positioned only at the end of the large diameter 11.

Si dovrebbe capire che la precedentemente descritta realizzazione è soltanto un esempio di un ricevitore solare centrale e di una finestra usata in esso secondo la presente invenzione, e che l'ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni, abbraccia completamente altre realizzazioni che possono diventare ovvie alle persone esperte nella tecnica. It should be understood that the above-described embodiment is only an example of a central solar receiver and window used therein according to the present invention, and that the scope of the present invention, as defined in the claims, fully embraces other embodiments which may become obvious to those skilled in the art.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. A central solar receiver comprising: - an axially symmetrical housing having a front end and a rear end and having an opening in the front end; an elongated tubular window mounted in said opening coaxially to the housing, the window having an open front end which is attached to said housing at its front end, and a closed rear end which is arranged adjacent the rear end of the housing and is lacking any fastening means therewith, the window having a first surface facing an incident concentrated solar radiation and a second surface facing the interior of the housing; - a volumetric solar absorber arranged within said housing and extending around and along said elongated window to absorb solar radiation which has passed through it; - an inlet and an outlet of working fluid formed in said housing so as to respectively inject into it and withdraw from it a pressurized working fluid so as to allow an interaction of the working fluid with said volumetric absorber.

2. A central solar receiver according to claim 1, in which the front end of the window is fixed to the housing with elastic mounting devices placed around the opening in said housing.

3. A central solar receiver according to claim 2, wherein said mounting devices are spring-biased clamps.

A central solar receiver according to any one of claims 1-3, wherein said closed rear end of the window has a curved concave hat-like shape.

A central solar receiver according to any one of claims 1-4, wherein said closed rear end of the window is flat.

6. A central solar receiver according to any one of claims 1-5, in which the inlet of the working fluid is placed next to the rear end of the housing coaxially to it so as to be facing towards said closed end of the window.

7. A central solar receiver according to claim 6, further comprising a further solar absorber mounted in the housing between the inlet of the working fluid and the closed end of the window.

8. A central solar receiver according to claim 7, wherein said further absorber has a transversal dimension greater than that of the closed end of the window, so as to absorb concentrated solar radiation that has passed through said closed end.

A central solar receiver according to claim 8, wherein said further volumetric absorber has passages capable of passing through them the working fluid flowing from said inlet.

10. A central solar receiver according to claim 9, wherein said inlet is in the form of a conduit having a front funnel and said further volumetric absorber is mounted in said funnel.

A central solar receiver according to any one of claims 7-10, wherein said further volumetric absorber overall has a disk shape.

A central solar receiver according to any one of claims 1-11, wherein said window is a frusto-conical body.

A central solar receiver according to any one of claims 1-11, wherein said window is a cylindrical body in which said front end has the shape of an edge having a diameter greater than that of the cylindrical body.

A central solar receiver according to any one of the preceding claims, wherein said window is of a double plate type.

15. For use in a central solar receiver having an opening in its front end, a window for mounting in said opening and for letting highly concentrated incident solar radiation into and through the receiver, the window having an elongated tubular shape with an open front end suitable to be fixed in said receiver opening and a closed rear end devoid of any fixing means.

16. A window according to claim 15, having a frusto-conical body.

17. A window according to claim 15, having a cylindrical body wherein said front end has the shape of an edge having a diameter greater than that of the cylindrical body.

A window according to any one of claims 15-17, wherein said window is of the double plate type.

A window according to any one of claims 15-18, wherein said closed rear end of the window has a concave curved hat shape.

A window according to any one of claims 15-18, wherein said closed rear end of the window is flat.