DE102010025604B4 - Solar radiation receiver - Google Patents
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Abstract
Solarstrahlungsempfänger mit einer Wand (25) zum kontrollierten Führen eines an der Wand herab rieselnden körnigen Wärmeträgers bei gleichzeitiger Solarbestrahlung des Wärmeträgers, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (25) vorstehende Leitstrukturen (26) aufweist, die abwärts zu der Wand (25) hin konvergieren.A solar radiation receiver having a wall (25) for the controlled guiding of a granular heat carrier flowing down the wall with simultaneous solar irradiation of the heat carrier, characterized in that the wall (25) has projecting conductive structures (26) which converge downwards towards the wall (25) ,
Description
Die Erfindung betrifft einen Solarstrahlungsempfänger mit einer Wand zum kontrollierten Führen eines in Kontakt mit der Wand absinkenden körnigen oder flüssigen Wärmeträgers bei gleichzeitiger Solarbestrahlung des Wärmeträgers.The invention relates to a solar radiation receiver with a wall for the controlled guiding of a sinking in contact with the wall granular or liquid heat carrier with simultaneous solar irradiation of the heat carrier.
Die Aufgabe von Solarstrahlungsempfängern (Receivern) in konzentrierenden Solarsystemen ist die effiziente Einkopplung der Strahlungsenergie in ein energieaufnehmendes Medium wie z. B. die Erhitzung eines Wärmeträgers zur Stromerzeugung oder die Konversion bei chemischen Prozessen in der Brennstofferzeugung.The task of solar radiation receivers (receivers) in concentrating solar systems is the efficient coupling of the radiation energy into an energy-absorbing medium such. As the heating of a heat carrier for power generation or conversion in chemical processes in the fuel production.
Die Aufenthaltszeit des Mediums im bestrahlten Bereich des Receivers ist dabei von entscheidender Bedeutung. Aus der Aufenthaltszeit ergibt sich der Energieeintrag in das energieaufnehmende Medium. Durch das Einstellen einer optimalen Aufenthaltszeit können die Effizienz des Receivers und die erreichbaren Betriebsparameter wie z. B. Temperaturspreizung zwischen Receivereinlass und -auslass oder Konversionsraten verbessert werden. In Systemen mit direkter Absorption der solaren Strahlung durch das energieaufnehmende Medium und gravitationsgetriebener Bewegung (z. B. freier Fall) kann die Aufenthaltszeit nicht wie in anderen Wärmeübertragern oder Reaktoren über den Massenstrom eingestellt werden, sondern kann nur durch andere Maßnahmen beeinflusst werden.The residence time of the medium in the irradiated area of the receiver is of crucial importance. The residence time results in the energy input into the energy-absorbing medium. By setting an optimal residence time, the efficiency of the receiver and the achievable operating parameters such. B. Temperature spread between receiver inlet and outlet or conversion rates can be improved. In systems with direct absorption of the solar radiation by the energy-absorbing medium and gravitationally driven movement (eg free fall), the residence time can not be adjusted via the mass flow as in other heat exchangers or reactors, but can only be influenced by other measures.
Weiterhin ist für einen effizienten Receiver eine Reduzierung der Wärmeverluste nötig. Bei offenen Systemen muss darüber hinaus dafür gesorgt werden, dass möglichst wenig energieaufnehmendes Medium aus dem Receiver ausgetragen wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Kontrolle der Aufenthaltszeit des energieaufnehmenden Mediums in der Solarstrahlung und reduziert die Verluste.Furthermore, a reduction of the heat losses is necessary for an efficient receiver. In open systems, moreover, it must be ensured that as little energy-absorbing medium as possible is discharged from the receiver. The present invention allows control of the residence time of the energy-absorbing medium in the solar radiation and reduces the losses.
Ein Strahlungsempfänger, von dem der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist beschrieben in
Bei den bekannten Strahlungsempfängern ist insbesondere bei körnigen Wärmeträgern eine genaue Dosierung des Wärmeträgervorhanges schwierig. Eine zu geringe Aufenthaltszeit im Receiver kann zu geringen Temperaturerhöhungen oder zu niedrigen Konversionsraten sowie erhöhten Strahlungsverlusten aufgrund eines optisch zu dünnen Vorhanges führen. Wind kann zu einer Beeinflussung der Bewegung des energieaufnehmenden Wärmeträgers im Receiver führen. Dies kann zur Folge haben, dass ein Teil des Wärmeträgers aus dem Receiver herausgeblasen wird. Eine Temperaturschichtung im Wärmeträgervorhang kann zu erhöhten Abstrahlungsverlusten führen. Alle diese Komponenten können eine starke Reduzierung des Wirkungsgrades des Strahlungsempfängers bewirken.In the known radiation receivers, an accurate metering of the heat transfer curtain is difficult especially in granular heat transfer. A too short residence time in the receiver can lead to low temperature increases or to low conversion rates as well as increased radiation losses due to a visually too thin curtain. Wind can lead to an influence on the movement of the energy-absorbing heat carrier in the receiver. This can result in part of the heat carrier being blown out of the receiver. A temperature stratification in the heat transfer curtain can lead to increased radiation losses. All of these components can greatly reduce the efficiency of the radiation receiver.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarstrahlungsempfänger zu schaffen, bei dem die Stärke des Rieselvorhanges mit einfachen Mitteln beeinflusst werden kann.The invention has for its object to provide a solar radiation receiver, in which the strength of the trickle curtain can be influenced by simple means.
Der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Dieser ist für körnige Wärmeträger, wie Granulat, Sand u. dgl., bestimmt. Die Rieselbahn weist eine Wand mit vorstehenden Leitstrukturen auf, wobei die Leitstrukturen abwärts zu der Wand hin konvergieren. Durch die Erfindung wird erreicht, dass der körnige Wärmeträger, der in Form eines Rieselvorhanges an der Wand herabfällt, in Wandkontakt oder jedenfalls in Wandnähe verbleibt. Alle Flächen der Leitstrukturen, auf die der körnige Wärmeträger prallt, sind so geneigt, dass die Partikel in Richtung der hinter der Leitstruktur gelegenen Wand reflektiert werden. Dies gilt auch für die Flächen der Verbindung zwischen der Leitstruktur und der Wand. Bei einer senkrechten Wand sollte der Winkel zwischen der Wand und den Flächen der Leitstruktur im Bereich zwischen 0° und 60° liegen.The solar radiation receiver according to the invention is defined by the patent claim 1. This is for granular heat transfer media, such as granules, sand u. Like., Determined. The trickle track has a wall with protruding lead structures, the lead structures converging downwardly toward the wall. By the invention it is achieved that the granular heat carrier, which falls in the form of a trickle curtain on the wall, remains in wall contact or at least close to the wall. All surfaces of the conductive structures impacted by the granular heat carrier are inclined so that the particles are reflected in the direction of the wall behind the conductive structure. This also applies to the surfaces of the connection between the guide structure and the wall. For a vertical wall, the angle between the wall and the faces of the guiding structure should be in the range between 0 ° and 60 °.
Um eine Anpassung der Aufenthaltszeit des Wärmeträgers an die sich ändernde Solarleistung zu erreichen, können die Leitstrukturen beweglich ausgeführt werden. Bei geringer Einstrahlung in den Receiver sind bei einem kleinen Mediummassenstrom viele Einbauten über dem Fallweg nötig, um eine ausreichende Energieeinkopplung zu erzielen. Bei höherer Einstrahlung können Einbauten aus dem Fallweg herausgenommen werden, damit bei kürzerer Aufenthaltszeit in erhöhter Strahlung der gleiche Energieeintrag in das energieaufnehmende Medium erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil der Leitstrukturen ist, dass die Temperaturschichtung im Vorhang durch Vermischung reduziert wird und dadurch geringere Abstrahlungsverluste auftreten.In order to achieve an adaptation of the residence time of the heat carrier to the changing solar power, the guide structures can be made movable. With low irradiation into the receiver, many installations above the fall path are necessary with a small medium mass flow in order to achieve sufficient energy input. In the case of higher irradiation, internals can be removed from the fall path so that the same energy input into the energy-absorbing medium can be achieved with a shorter residence time in increased radiation. Another advantage of the conductive structures is that the temperature stratification in the curtain is reduced by mixing and thus lower radiation losses occur.
Die Leitstrukturen können jeweils mit der Wand einen Spalt für den Durchtritt des Wärmeträgers bilden. Sie können motorisch aus der Wand heraus fahrbar sein, um den Spalt zu vergrößern und zu verkleinern.The guide structures can each form a gap with the wall for the passage of the heat carrier. They can be motorized out of the wall to enlarge and reduce the gap.
Eine zweite Variante eines Solarstrahlungsempfängers, der nicht Teil der Erfindung ist, ist für flüssige Medien als Wärmeträger geeignet. Bei ihr besteht die Rieselbahn aus Schindeln, die einander überlappen. Die Schindeln bewirken ein Abbremsen und Führen des flüssigen energieaufnehmenden Mediums. Falls das Medium keine ausreichende Absorption der Solarstrahlung zeigt, kann eine Absorption auch an den Wänden erfolgen. Der schindelförmige Aufbau hat zur Folge, dass an jeder Schindel der Film neu aufgebaut wird. Auch die Ausführung der Decke mit schrägen Flächen kann vorteilhaft sein, wenn auf der Decke ebenfalls ein Wärmeträgermedium fließt und die Decke dadurch kühlt.A second variant of a solar radiation receiver, which is not part of the invention, is suitable for liquid media as a heat transfer medium. With her The Rieselbahn consists of shingles that overlap each other. The shingles cause a slowing down and guiding the liquid energy-absorbing medium. If the medium does not show sufficient absorption of the solar radiation, absorption can also take place on the walls. The shingled structure has the consequence that the film is rebuilt on each shingle. Also, the execution of the ceiling with sloping surfaces may be advantageous if also a heat transfer medium flows on the ceiling and thereby cools the ceiling.
Die Erfindung ermöglicht eine Aufteilung der jeweiligen Rieselbahn in nebeneinander angeordnete Segmente, die im Weg des Wärmeträgers parallel oder hintereinander durchlaufen werden können. Dadurch kann das energieaufnehmende Medium (der Wärmeträger) mehrfach durch den Receiver geführt werden, um den gewünschten Energieeintrag zu erreichen. Statt eines zusammenhängenden Vorhanges gibt es dann mehrere Vorhänge nebeneinander. Bei sich ändernder Einstrahlung kann die Aufenthaltszeit des Mediums geändert werden. Hierzu kann die Anzahl der durchlaufenen Segmente über den Tag hinweg geändert werden. Um die nötige Anzahl der Rezirkulationen und damit den konstruktiven Aufwand zu verringern, kann die Rezirkulation auch mit den Leitstrukturen kombiniert werden. Eine Rezirkulation ist dann auch mit einem körnigen Wärmeträger möglich. Eine weitere konstruktive Vereinfachung entsteht bei einer parallelen Nutzung des Transportsystems (Liftes) für die Rezirkulation von mehreren Massenströmen auf verschiedenen Temperaturstufen. Ein innen isolierter Lift mit mehreren Kammern kann mehrere rezirkulierte Massenströme gleichzeitig transportieren. Auch eine teilweise Vermischung eines Massenstroms mit einem Massenstrom auf einem niedrigeren Temperaturniveau kann zu einer geringeren Anzahl an Rezirkulationen führen.The invention enables a division of the respective Rieselbahn into juxtaposed segments that can be traversed in the path of the heat carrier in parallel or in succession. As a result, the energy-absorbing medium (the heat carrier) can be repeatedly passed through the receiver in order to achieve the desired energy input. Instead of a coherent curtain, there are several curtains next to each other. With changing radiation, the residence time of the medium can be changed. To do this, you can change the number of segments passed through the day. In order to reduce the necessary number of recirculations and thus the design effort, the recirculation can also be combined with the lead structures. A recirculation is then possible with a granular heat transfer medium. Another constructive simplification arises in a parallel use of the transport system (lift) for the recirculation of several mass flows at different temperature levels. An inside insulated lift with several chambers can transport several recirculated mass flows at the same time. Even a partial mixing of a mass flow with a mass flow at a lower temperature level can lead to a lower number of recirculations.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
In den
In dem Gehäuse
Die
In
In
In den
Bei der Betriebsweise, die in
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