DE102017207170B3

DE102017207170B3 - Solarstrahlungsempfänger, Industrieanlage mit einem Solarstrahlungsempfänger sowie Verfahren zum Solarbetrieb einer endothermen Reaktion

Info

Publication number: DE102017207170B3
Application number: DE102017207170.2A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Richter; Henrik von Storch
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-04-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Solarstrahlungsempfänger (1) mit einer Reaktionskammer (5) zur Durchführung einer endothermen Reaktion, wobei die Reaktionskammer (5) eine Strahlungsöffnung (7) zum Eintritt von konzentrierter Solarstrahlung aufweist, die mit einer für Solarstrahlung transparenten Scheibe (9) verschlossen ist, wobei die Reaktionskammer (5) eine Einlasseinrichtung (11) und eine Auslasseinrichtung (13) für ein partikelförmiges Wärmeträgermedium (15) aufweist, wobei das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) im Wanderbett durch die Reaktionskammer (5) leitbar und von der in die Reaktionskammer (5) eintretenden konzentrierten Solarstrahlung durch direkte Bestrahlung erwärmbar ist, und mit einem Einlass (19) für ein Reaktionsgas, der in die Reaktionskammer (5) und/oder in die Einlasseinrichtung (11) für das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) mündet, wobei das erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium (15) thermische Energie für die endotherme Reaktion des Reaktionsgases bereitstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarstrahlungsempfänger mit einer Reaktionskammer zur Durchführung einer endothermen Reaktion, wobei die Reaktionskammer eine Strahlungsöffnung zum Eintritt von konzentrierter Solarstrahlung aufweist, die mit einer für Solarstrahlung transparenten Scheibe verschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Industrieanlage mit einer derartigen Solarstrahlung mit einem derartigen Solarstrahlungsempfänger und ein Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion.
Bei einer Vielzahl von industriellen Prozessen werden Feststoffpartikel erhitzt, um beispielsweise eine thermochemische Reaktion der Feststoffpartikel hervorzurufen. Ein Ansatz, um die thermische Energie für derartige endotherme Reaktionen bereitzustellen, ist die Verwendung von konzentrierter solarer Strahlung.
Hierbei sind zwei unterschiedliche grundlegende Prinzipien bekannt.
In einer ersten Variante wird ein Wärmeträgermedium in einem Solarstrahlungsempfänger erhitzt und mittels des Wärmeträgermediums wird ein separater Reaktor erwärmt. Diese Variante hat den Vorteil, dass das Wärmeträgerfluid auch gespeichert werden kann und somit ein kontinuierlicher Prozess, der unabhängig von der Einstrahldauer der solaren Strahlung ist, durchgeführt werden kann. Dieser Prozess bietet darüber hinaus eine Vielzahl von Freiheitsgraden zur Optimierung der Absorption der Strahlung und der Reaktionsführung, da diese unabhängig voneinander sind. Nachteilig an dieser Art des Prozesses ist jedoch, dass die Wirkungsgrade durch die Wärmeübertragung von dem Wärmeträgermedium auf den Reaktor eingeschränkt sind.
Das zweite Prinzip sieht vor, dass der Reaktor direkt durch Solarstrahlung beheizt wird. Bei einem derartigen Verfahren müssen jedoch grundsätzlich Kompromisse gefunden werden, da die einzelnen Prozesse der Reaktion und der Absorption der Solarstrahlung nicht optimal ausgelegt werden können. Eine Speicherung von thermischer Energie ist bei einem derartigen Konzept nur sehr eingeschränkt möglich.
US 4 443 186 A offenbart einen solarbetriebenen Drehrohrofen für die Zersetzung von Feststoffen.
DE 10 2015 204 461 A1 offenbart ein Solarkraftwerk mit einem Solarstrahlungsempfänger und einem partikelförmigen Wärmespeichermedium.
In DE 10 2010 053 902 B4 der Anmelderin ist ein Konzept beschrieben, in dem ein Solarstrahlungsempfänger einen Absorber mit zwei voneinander getrennten Strömungswegen aufweist. Durch den einen Strömungsweg kann ein Reaktant strömen, wohingegen durch den zweiten Strömungsweg ein Wärmeträgermedium strömt. Wärmeträgermedium und Reaktant sind durch die unterschiedlichen Strömungswege stofflich voneinander getrennt. Der Absorber stellt somit einerseits thermische Energie für die endotherme Reaktion des Reaktanten und andererseits heizt dieser das Wärmeträgermedium auf, über das thermische Energie von dem Solarstrahlungsempfänger abtransportiert und gespeichert werden kann. Zu Zeiten geringer Sonneneinstrahlung dient der Absorber als Wärmeübertrager zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Reaktanten.
Der Aufbau dieses Solarstrahlungsempfängers ist relativ kompliziert und darüber hinaus ist für die Wärmeübertragung stets ein separater Absorber notwendig, wodurch Verluste entstehen können.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Solarstrahlungsempfänger der eingangs genannten Art zu schaffen, der von einfachem Aufbau ist und darüber hinaus sowohl die Durchführung einer endothermen Reaktion als auch eine Wärmespeicherung erlaubt. Ferner soll eine Industrieanlage mit einem derartigen Solarstrahlungsempfänger und ein Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion bereitgestellt werden.
Der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Industrieanlage ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 12.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 19.
Der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger weist eine Reaktionskammer zur Durchführung einer endothermen Reaktion auf, wobei die Reaktionskammer eine Strahlungsöffnung zum Eintritt von konzentrierter Solarstrahlung aufweist, die mit einer für Solarstrahlung transparenten Scheibe verschlossen ist. Die Reaktionskammer weist eine Einlasseinrichtung und eine Auslasseinrichtung für ein partikelförmiges Wärmeträgermedium auf, wobei das partikelförmige Wärmeträgermedium im Wanderbett durch die Reaktionskammer leitbar und von der in die Reaktionskammer eintretenden konzentrierten Solarstrahlung durch direkte Bestrahlung erwärmbar ist. Ferner ist ein Einlass für ein Reaktionsgas, der in die Reaktionskammer und/oder in die Einlasseinrichtung für das partikelförmige Wärmeträgermedium mündet, vorgesehen, wobei das erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium thermische Energie für die endotherme Reaktion des Reaktionsgases bereitstellt.
Durch die Erwärmung eines partikelförmigen Wärmeträgermediums, mittels der konzentrierten Solarstrahlung in der Reaktionskammer und gleichzeitige Einleitung des Reaktionsgases in die Reaktionskammer, kann die endotherme Reaktion in der Reaktionskammer stattfinden, wobei das partikelförmige Wärmeträgermedium die thermische Energie hierfür bereitstellt. Das partikelförmige Wärmeträgermedium kann ferner durch den Auslass abgeführt werden und die verbleibende thermische Energie gespeichert werden. Hierbei ist die Prozessführung derart ausgestaltet, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium beim Austritt eine höhere thermische Engergie besitzt als beim Eintritt in die Reaktionskammer. Das partikelförmige Wärmeträgermedium dient somit gleichzeitig als Absorber- und Speichermedium, so dass verlustträchtige Wärmeübertragungsschritte vermieden werden. Ferner kann der Massenstrom und/oder die Art des partikelförmigen Wärmeträgermediums variiert werden, so dass für die gewünschte endotherme Reaktion Anpassungsmöglichkeiten bestehen und beispielsweise die in der Reaktionskammer entstehende Temperatur variiert werden kann.
Unter einer für die Solarstrahlung transparenten Scheibe wird eine Scheibe verstanden, die für die Solarstrahlung einen hemisphärischen solaren (AM 1,5) Transmissionsgrad von mindestens 85 % aufweist.
Die Scheibe kann beispielsweise aus Quarzglas bestehen. Eine derartige Scheibe hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da sie insbesondere sehr robust und relativ unempfindlich im Bezug auf mechanischen Abrieb ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in der Reaktionskammer eine sich an die Einlasseinrichtung anschließende, schrägverlaufende Förderfläche für das partikelförmige Wärmeträgermedium angeordnet ist. Über die Förderfläche kann in vorteilhafter Weise das partikelförmige Wärmeträgermedium im Wanderbett geleitet werden, indem sich dieses schwerkraftbedingt über die Förderfläche bewegt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Förderfläche in einem Winkel zwischen 10° und 70° zur Horizontalen geneigt ist. Eine derartige Neigung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wobei sich mehrere Lagen Partikel des partikelförmigen Wärmeträgermediums auf der Förderfläche befinden können, so dass eine undurchsichtige Schicht entsteht, wobei die Partikel weitestgehend geordnet über die Förderfläche rutschen, ohne dass es zu einer Lawinenbildung kommt. Durch die undurchsichtige Schicht wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium die gesamte bzw. nahezu die gesamte eintretende Solarstrahlung absorbiert.
Die Neigung der Förderfläche kann beispielsweise auch veränderbar sein, um die Förderfläche an unterschiedliche partikelförmige Wärmeträgermedien und deren Eigenschaften anzupassen.
Die Förderfläche kann auch aus einem Solarstrahlung absorbierenden Material bestehen, so dass Solarstrahlung, die eventuell durch die Schicht des partikelförmigen Wärmeträgermediums auf die Förderfläche trifft, von dieser absorbiert wird und die Förderfläche somit erwärmt. Die erwärmte Förderfläche kann somit thermische Energie an das partikelförmige Wärmeträgermedium abgeben. Alternativ kann die Förderfläche auch eine Solarstrahlung reflektierende Oberfläche besitzen.
Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass Innenwandungen des Receivers mit einem Solarstrahlung absorbierenden Material ausgestattet sind, so dass Solarstrahlung, die in den Receiver gelangt und die auf die Innenwandung trifft, von dieser absorbiert wird, um somit für eine Erwärmung des gesamten Receivers sorgt. Alternative kann auch vorgesehen sein, dass die Innenwandung des Receivers eine Solarstrahlung reflektierende Oberfläche aufweist, so dass auf die Innenwandung treffende Solarstrahlung reflektiert wird und beispielsweise auf das partikelförmige Wärmeträgermedium trifft. Die Reaktionskammer kann somit als eine Art Strahlenfalle ausgebildet sein, bei der Solarstrahlung solange von den Innenwandungen reflektiert wird bis sie auf den Absorber und somit das partikelförmige Wärmeträgermedium trifft. Unter einer Solarstrahlung reflektierenden Oberfläche wird eine Oberfläche verstanden, die mindestens 90 % der auftreffenden Solarstrahlung reflektiert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Förderfläche auf der der Strahlungsöffnung gegenüber liegenden Seite der Reaktionskammer angeordnet ist. Somit trifft ein Großteil der durch die Strahlungsöffnung in die Reaktionskammer gelangenden konzentrierten Solarstrahlung direkt auf das sich über die Förderfläche bewegende partikelförmige Wärmeträgermedium. Die Förderfläche kann als ebene oder gekrümmte Fläche ausgebildet sein. Grundsätzlich sollte die Förderfläche so ausgebildet sein, dass das sich über die Förderfläche bewegende Wanderbett aus partikelförmigen Wärmeträgermedium möglichst viel Solarstrahlung absorbieren kann. Es kann auch beispielsweise vorgesehen sein, dass die Förderfläche in eine quer zu der Förderrichtung verlaufende Richtung eine Krümmung aufweist und somit rinnenförmig ausgestaltet ist. Da das partikelförmige Wärmeträgermedium teilweise Strahlung reflektiert oder emittiert, kann durch die Rinnenform der Förderfläche erreicht werden, dass von dem partikelförmigen Wärmeträgermedium reflektierte bzw. emittierte Strahlung zunächst teilweise auf andere Partikel des partikelförmigen Wärmeträgermediums gestrahlt wird, so dass ein hoher Anteil der Solarstrahlung absorbiert werden kann. Ferner kann durch eine derartige Ausgestaltung der Förderfläche ein möglichst großer Teil der inneren Oberfläche der Reaktionskammer für die Absorption genutzt werden.
Die Förderfläche kann in einer festen Position angeordnet sein. Ferner ist es auch möglich, dass die Förderfläche mechanisch bewegt werden kann, um einerseits, wie zuvor beschrieben, die Neigung zu verändern, um andererseits jedoch auch eine mechanische Bewegung der Förderfläche hervorzurufen, die die Bewegung des partikelförmigen Wärmeträgermediums begünstigt oder leichter kontrollieren lässt. Beispielsweise kann die Förderfläche in eine Vibration oder stoßweise Anregung versetzt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einlasseinrichtung eine erste Massestromregeleinrichtung für das partikelförmige Wärmeträgermedium aufweist und/oder dass die Auslasseinrichtung eine zweite Massenstromregeleinrichtung für das partikelförmige Wärmeträgermedium aufweist.
Über die erste Massenstromregeleinrichtung kann grundsätzlich der Massenstrom des partikelförmigen Wärmeträgermediums geregelt werden, so dass eine vorteilhafte Temperaturregelung stattfinden kann, indem der Massenstrom des partikelförmigen Wärmeträgermediums in die Reaktionskammer geregelt wird. Über die zweite Massenstromregeleinrichtung für das partikelförmige Wärmeträgermedium kann grundsätzlich die Verweilzeit des partikelförmigen Wärmeträgermediums in der Reaktionskammer geregelt werden. Im stationären Betrieb des Solarstrahlungsempfängers sind beide Massenstromregeleinrichtungen jedoch weitestgehend gleich eingestellt, um einen gleichmäßigen Zu- und Ablauf des partikelförmigen Wärmeträgermediums zu gewährleisten. Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass beispielsweise kurzzeitig der Massenstrom von dem partikelförmigen Wärmeträgermedium aus der Reaktionskammer unterbrochen wird, um beispielsweise einen unterhalb des Solarstrahlungsempfängers angeordneten Behälter zur Aufnahme des partikelförmigen Wärmeträgermediums auszutauschen.
Grundsätzlich ermöglichen die erste und die zweite Massenstromregeleinrichtungen auch, dass der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger mit sich stationär im Reaktor befindlichen partikelförmigen Wärmeträgermedium betrieben wird, indem für einen vorgegebenen Zeitraum kein partikelförmiges Wärmeträgermedium durch die Einlasseinrichtung zugeführt und auch kein partikelförmiges Wärmeträgermedium durch die Auslasseinrichtung abgeführt wird. In diesem Fall kann der Reaktor als sogenannter Festbettreaktor betrieben werden.
Die Erfindung kann auch in vorteilhafter Weise vorsehen, dass eine Massenstromregelung am Einlass für das Reaktionsgas angeordnet ist. Somit kann die Reaktionsleistung geregelt werden. Die Massenstromregelung für den Einlass des Reaktionsgases ermöglicht darüber hinaus auch ein Betrieb des Solarstrahlungsempfängers vollständig ohne Reaktion, so dass nur das partikelförmige Wärmeträgermedium für beispielsweise eine Wärmespeicherung erwärmt wird.
Der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger hat insbesondere den Vorteil, dass die Reaktionsleistung und die Speicherleistung unabhängig voneinander geregelt werden können.
Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise vorsehen, dass ein Auslass für ein Reaktionsgas an die Reaktionskammer und/oder an die Auslasseinrichtung für das partikelförmige Wärmeträgermedium angeschlossen ist. Grundsätzlich kann das Reaktionsgas zusammen mit dem partikelförmigen Wärmeträgermedium aus der Reaktionskammer abgeführt werden und in einer von den erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger separaten Apparatur getrennt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Auslass für das Reaktionsgas sich bereits an dem erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger befindet und somit eine Trennung des Reaktionsgases bereits am Solarstrahlungsempfänger erfolgen kann.
Unter Reaktionsgas werden im Rahmen der Erfindung grundsätzlich die gasförmige Reaktanten vor und nach der endothermen Reaktion verstanden.
An dem Auslass für das Reaktionsgas kann eine Gasabsaugeinrichtung angeordnet sein. Über die Gasabsaugeinrichtung lässt sich das Reaktionsgas in vorteilhafter Weise von dem partikelförmigen Wärmeträgermedium trennen. Der Auslass kann beispielsweise auch eine Sieb- oder Filtervorrichtung aufweisen, die das partikelförmige Wärmeträgermedium bei der Trennung von dem Reaktionsgas zurückhält.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium zumindest teilweise aus einem Katalysatormaterial besteht. Dies hat den Vorteil, dass ein Katalysator für die endotherme Reaktion durch das partikelförmige Wärmeträgermedium in der Reaktionskammer bereitgestellt wird. Das partikelförmige Wärmeträgermedium besitzt somit neben der Absorber- und Speicherfunktion auch die Funktion eines Katalysators. Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung hat ferner den Vorteil, dass das Katalysatormaterial in vorteilhafter Weise ausgetauscht werden kann, so dass bei einem Verschleiß des Katalysators keine aufwendige Revision des Solarstrahlungsempfängers notwendig ist, sondern lediglich ein Austausch des partikelförmigen Wärmeträgermediums erfolgen kann. Das partikelförmige Wärmeträgermedium kann vollständig aus dem Katalysatormaterial bestehen oder nur zu einem gewissen Anteil. Der Rest des partikelförmigen Wärmeträgermediums kann in diesem Falle aus einem für die Reaktion inertem Material bestehen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium aus Partikeln mit einer Partikelgröße mit einem mittleren Durchmesser D besteht, wobei gilt 10mm > D >0,1mm.
Ein partikelförmiges Wärmeträgermedium mit Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von 1mm bis 5mm einer derartigen Größe sind besonders von Vorteil, da diese ein ausreichendes Verhältnis von Volumen zu Querschnittsfläche aufweisen und somit durch die in den Reaktionsraum eintretende Gasströmung nur im geringen Maße beeinflusst werden und gleichzeitig eine große Oberfläche des partikelförmigen Wärmeträgermediums erreicht wird.
Das in die Reaktionskammer eintretende Reaktionsgas kann beispielsweise so gelenkt werden, dass die transparente Scheibe von der Innenseite von dem Reaktionsgas angeströmt wird und die Scheibe somit von festen Feinpartikeln, wie beispielsweise Abrieb des partikelförmigen Wärmeträgermediums, freigehalten wird.
Die Partikel des partikelförmigen Wärmeträgermediums können die Form von Füllkörpern besitzen. Grundsätzlich ist es von Vorteil, wenn die Partikel ein im Verhältnis zum Strömungswiderstand große Oberfläche aufweisen. Die Partikel können beispielsweise eine hohlzylindrische Form aufweisen oder die Form von sogenannten Raschig-Ringen. Je nach Art der Reaktion kann es auch von Vorteil sein, wenn die Partikel eine Kugelform besitzen.
Durch eine geeignete Formgebung wird gewährleistet, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium problemlos von dem Reaktionsgas durchströmt werden kann und somit thermische Energie an das Reaktionsgas abgegeben wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an der Strahlungseingangsöffnung ein Strahlungskonzentrator angeordnet ist. Der Strahlungskonzentrator kann beispielsweise als sogenannter Sekundärkonzentrator ausgebildet sein, der sich trichterförmig (mit geraden oder gekrümmten Wänden) in Richtung der Strahlungseingangsöffnung verjüngt. Konzentrierte Solarstrahlung, die nicht direkt auf die Strahlungseingangsöffnung trifft, wird von dem Strahlungskonzentrator in Richtung der Strahlungseingangsöffnung reflektiert und kann somit in die Reaktionskammer gelangen.
Die Erfindung sieht ferner eine Industrieanlage mit einer Strahlungskonzentrationsvorrichtung, mit mindestens einem erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger und mit mindestens einem Wärmespeicher zur Aufnahme und Speicherung des erwärmten partikelförmigen Wärmeträgermediums vor.
Über das mittels des erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfängers erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium kann in vorteilhafter Weise bei der erfindungsgemäßen Industrieanlage thermische Energie in dem Wärmespeicher gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt zur Bereitstellung von thermischer Energie die gewünschte endotherme Reaktion zur Verfügung gestellt wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Strahlungskonzentrationsvorrichtung ein Heliostatfeld aus mehreren Heliostaten umfasst, wobei der mindestens eine Solarstrahlungsempfänger auf einem Solarturm angeordnet ist. Die Industrieanlage kann somit eine sogenannte Solarturmanlage sein. Grundsätzlich kann eine Strahlungskonzentrationsvorrichtung auch nur aus einem einzigen Heliostaten bestehen.
Über ein oder mehrere Heliostaten lässt sich in vorteilhafter Weise Solarstrahlung konzentrieren und in erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger lenken.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mindestens eine Wärmespeicher unterhalb des mindestens einen Solarstrahlungsempfängers angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das durch den Solarstrahlungsempfänger geleitete partikelförmige Wärmeträgermedium schwerkraftbedingt in den Wärmespeicher gelangen kann.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Industrieanlage mehrere erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger aufweist, die in Reihe angeordnet sind, wobei jeweils eine Auslasseinrichtung eines Solarstrahlungsempfängers mit der Einlasseinrichtung eines nachfolgenden Solarstrahlungsempfängers verbunden ist. Mit anderen Worten: Das partikelförmige Wärmeträgermedium durchläuft mehrere erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger. In Reihe geschaltete Solarstrahlungsempfänger haben den Vorteil, dass eine Temperaturstaffelung realisiert werden kann oder eine höhere Leistungsgröße erzielt werden kann.
Nach dem Durchlaufen des letzten der mehreren Solarstrahlungsempfänger wird das partikelförmige Wärmeträgermedium dann beispielsweise dem Wärmespeicher zugeführt.
Bei der erfindungsgemäßen Industrieanlage kann auch vorgesehen sein, dass nur ein erfindungsgemäßer Solarstrahlungsempfänger vorgesehen ist und mindestens ein weiterer, zweiter Solarstrahlungsempfänger in Reihe zu dem erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger angeordnet ist. Der mindestens eine zweite Solarstrahlungsempfänger weist eine Reaktionskammer zur Durchführung einer endothermen Reaktion auf, wobei die Reaktionskammer des mindestens einen zweiten Solarstrahlungsempfängers eine Strahlungsöffnung zum Eintritt von konzentrierter Solarstrahlung aufweist, die mit einer für Solarstrahlung transparenten Scheibe verschlossen ist, und wobei die Reaktionskammer des mindestens einen zweiten Solarstrahlungsempfängers eine Einlasseinrichtung und eine Auslasseinrichtung für das partikelförmige Wärmeträgermedium aufweist, wobei das partikelförmige Wärmeträgermedium im Wanderbett durch die Reaktionskammer des mindestens einen zweiten Solarstrahlungsempfängers leitbar und von der in die Reaktionskammer des mindestens einen zweiten Solarstrahlungsempfängers eintretenden konzentrierten Solarstrahlung durch direkte Bestrahlung erwärmbar ist, wobei das erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium thermische Energie für die endotherme Reaktion bereitstellt, wobei die Auslasseinrichtung des erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfängers mit der Einlasseinrichtung des nachfolgenden zweiten Solarstrahlungsempfängers verbunden ist oder die Auslasseinrichtung des zweiten Solarstrahlungsempfängers mit der Einlasseinrichtung des nachfolgenden erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfängers verbunden ist. Mit anderen Worten: Der zweite Solarstrahlungsempfänger weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger auf, besitzt jedoch keinen Einlass für ein Reaktionsgas. Bei einer Anordnung, bei der der zweite Solarstrahlungsempfänger in Strömungsrichtung des partikelförmigen Wärmeträgermediums vor dem erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger angeordnet ist, kann in dem zweiten Solarstrahlungsempfänger das partikelförmige Wärmeträgermedium zunächst vorgewärmt werden, bevor es in dem erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger mit dem Reaktionsgas in Verbindung kommt. Bei der Variante, bei der der zweite Solarstrahlungsempfänger in Strömungsrichtung hinter dem erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger angeordnet ist, kann das Reaktionsgas mit dem partikelförmigen Solarstrahlungsempfänger in die Reaktionskammer des zweiten Solarstrahlungsempfängers strömen und in dieser ebenfalls eine endotherme Reaktion ausführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Industrieanlage ist vorgesehen, dass der mindestens eine Wärmespeicher als mobiler, austauschbarer Wärmespeicher ausgebildet ist. Dadurch kann die Größe der Wärmespeicher reduziert sein, da sobald ein Wärmespeicher voll ist, dieser gegen einen neuen ausgetauscht werden kann. Die austauschbaren Wärmespeicher ermöglichen darüber hinaus, dass eine große Menge von erwärmten partikelförmigen Wärmeträgermedium gespeichert werden kann. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass mehrere Wärmespeicher stationär, d. h. nicht mobil und nicht austauschbar, ausgebildet sind und parallel oder in Reihe an die mindestens einen erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger oder den mindestens einen zweiten Solarstrahlungsempfänger angeschlossen sind.
Die Ausbildung der Wärmespeicher als mobiler Wärmespeicher haben ferner den Vorteil, dass diese nach ihrer thermischen Entladung über eine geeignete Hebeeinrichtung über den Solarstrahlungsempfänger befördert werden können, um das nunmehr abgekühlte partikelförmige Wärmeträgermedium durch die Einlasseinrichtung der Reaktionskammer zu zuführen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mindestens eine Wärmespeicher ein Gaseinlass und einen Gasauslass aufweist. Zu Zeiten geringer solarer Einstrahlung kann somit die gewünschte endotherme Reaktion in dem Wärmespeicher erfolgen, indem das Reaktionsgas in dem Wärmespeicher eingeleitet wird, wobei das partikelförmige Wärmeträgermedium die für die endotherme Reaktion notwendige thermische Energie bereitstellt. Bei einer derartigen Ausführungsform hat die Ausbildung des partikelförmigen Wärmeträgermediums zu mindestens teilweise aus einem Katalysatormaterial den besonderen Vorteil, dass in dem Wärmespeicher kein zusätzlicher Katalysator bereitgestellt werden muss.
Für den Austausch der Wärmespeicher kann ein Fördermechanismus, beispielsweise ein Fließband oder ein Aufzug, vorgesehen sein, der gefüllte Wärmespeicher abführt und leere Wärmespeicher unter dem Solarstrahlungsempfänger platziert.
Das Vorsehen von Wärmespeichern hat grundsätzlich den Vorteil, dass ein kontinuierlicher Betrieb der endothermen Reaktion auch in Zeiten geringer oder ohne Solarstrahlung (wie beispielsweise nachts) erfolgen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion sieht folgende Schritte vor:

- Bereitstellen eines partikelförmigen Wärmeträgermediums,
- Eingeben des partikelförmigen Wärmeträgermediums in eine Reaktionskammer eines Solarstrahlungsempfängers, wobei das partikelförmige Wärmeträgermedium als Wanderbett durch die Reaktionskammer geleitet wird,
- Bestrahlung des partikelförmigen Wärmeträgermediums mit konzentrierter Solarstrahlung in der Reaktionskammer, um das partikelförmige Wärmeträgermedium zu erwärmen,
- Einleiten von Reaktionsgas in die Reaktionskammer, wobei das Reaktionsgas das partikelförmige Wärmeträgermedium umströmt und eine endotherme Reaktion ausführt, wobei das erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium thermische Energie für die endotherme Reaktion des Reaktionsgases bereitstellt,
- Entnahme des partikelförmigen Wärmeträgermediums und des Reaktionsgases aus der Reaktionskammer.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise mit dem erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger durchführbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat genauso wie der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger den Vorteil, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium sowohl als Absorber- als auch als Speichermedium dienen und das Reaktionsgas das partikelförmige Wärmeträgermedium in der Reaktionskammer direkt umströmen kann. Weitere Wärmeübertragungsschritte können somit vermieden werden. Ferner ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine unabhängige Regelung der Reaktionsleistung und der Speicherleistung möglich, indem die Eingabe des partikelförmigen Wärmeträgermediums und die Eingabe des Reaktionsgases unabhängig voneinander geregelt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium zumindest teilweise aus einem Katalysatormaterial besteht. Dies hat den besonderen Vorteil, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium nicht nur als Absorber- und Speichermedium dient, sondern gleichzeitig auch noch katalytisch aktiv ist und somit als Katalysator für die endotherme Reaktion dient. Da das partikelförmige Wärmeträgermedium der Reaktionskammer geregelt zugeführt werden kann, kann auch die Menge an Katalysatormaterial in der Reaktionskammer beeinflusst werden. Ferner lässt sich das Katalysatormaterial in der Reaktionskammer auf einfache Art und Weise ersetzen, indem einfach das partikelförmige Wärmeträgermedium entnommen und neues der Reaktionskammer zugeführt wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium nach der Entnahme in mindestens einem Wärmespeicher gespeichert wird. Somit kann die thermische Energie des partikelförmigen Wärmeträgermedium zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise zu einem Zeitpunkt mit geringer solarer Einstrahlung, genutzt werden.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das gespeicherte partikelförmige Wärmeträgermedium zu Zeiten geringer solarer Einstrahlung in die Reaktionskammer in dem mindestens einen Wärmespeicher von der Reaktionsgas durchströmt wird, wobei das Reaktionsgas in dem mindestens einen Wärmespeicher eine endotherme Reaktion ausführt, wobei das gespeicherte partikelförmige Wärmeträgermedium thermische Energie für die endotherme Reaktion des Reaktionsgases bereitstellt. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren vorsehen, dass die endotherme Reaktion zu Zeiten geringer solarer Einstrahlung nicht in der Reaktionskammer des Solarstrahlungsempfängers stattfindet, sondern in dem Wärmespeicher und dieser selbst zu einem Reaktionsraum wird. Dadurch können Wärmeübertragungsverluste oder Transportverluste, die entstehen können, wenn beispielsweise das partikelförmige Wärmeträgermedium zunächst in die Reaktionskammer umgefüllt werden müsste, vermieden werden. Bei einem derartigen Verfahren hat darüber hinaus die Ausgestaltung des partikelförmigen Wärmeträgermediums zumindest teilweise aus Katalysatormaterial den weiteren Vorteil, dass in den Wärmespeicher kein zusätzliches Katalysatormaterial zur Verfügung gestellt werden muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise vorsehen, dass zur Speicherung des erwärmten partikelförmigen Wärmeträgermediums mehrere Wärmespeicher nacheinander befüllt werden. Dies hat die bereits in Bezug auf die erfindungsgemäße Industrieanlage beschriebenen Vorteile.
Der Wärmespeicher kann bei einem derartigen Verfahren mobil ausgebildet sein und entsprechend ausgetauscht werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass nach einem Abkühlen des partikelförmigen Wärmeträgermediums das partikelförmige Wärmeträgermedium aus dem mindestens einen Wärmespeicher in die Reaktionskammer geleitet wird. Dadurch kann das nunmehr thermisch entladene partikelförmige Wärmeträgermedium zu einer erneuten Erwärmung in den Solarstrahlungsempfänger eingeleitet werden.
Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Wärmespeicher angehoben wird und oberhalb des Solarstrahlungsempfängers platziert wird.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Industrieanlage,
2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfängers,
3 eine schematische Prinzipdarstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens in eine erfindungsgemäßen Industrieanlage und
4 eine schematische Detaildarstellung eines Wärmespeichers einer erfindungsgemäßen Industrieanlage.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Industrieanlage 100 schematisch dargestellt. Die Industrieanlage 100 besteht aus einer Solarstrahlungskonzentrationsvorrichtung 110, einem Solarstrahlungsempfänger 1 und einem Wärmespeicher 130. Der Solarstrahlungsempfänger 1 ist auf einem Turm 140 angeordnet. Der Wärmespeicher 130 ist direkt unter dem Solarstrahlungsempfänger 1 angeordnet. Die Industrieanlage 100 ist somit eine Solarturmanlage.
Die Strahlungskonzentrationsvorrichtung 110 besteht aus mehreren Heliostaten 115, die solare Strahlung reflektiert und auf den Solarstrahlungsempfänger 1 konzentriert.
In 2 ist der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger 1 schematisch dargestellt. Der Solarstrahlungsempfänger 1 weist eine Reaktionskammer 5 auf, die eine Strahlungsöffnung 7 zum Eintritt von konzentrierter Solarstrahlung besitzt. Die konzentrierte Solarstrahlung wird von der Strahlungskonzentrationsvorrichtung 110 bereitgestellt. Die Strahlungsöffnung 7 ist mittels einer transparenten Scheibe 9 verschlossen. Um die Strahlungsöffnung 7 ist ein Strahlungskonzentrator 3 angeordnet, der als Sekundärkonzentrator eingesetzt ist. Der Strahlungskonzentrator 3 ist trichterförmig ausgebildet und konzentrierte Solarstrahlung, die nicht direkt auf die Strahlungsöffnung 7 trifft, wird von dem Strahlungskonzentrator 3 reflektiert in Richtung der Strahlungsöffnung 7.
Die Reaktionskammer 5 weist eine Einlasseinrichtung 11 und eine Auslasseinrichtung 13 für ein partikelförmiges Wärmeträgermedium 15 auf. Das partikelförmige Wärmeträgermedium 15 wird durch die Einlasseinrichtung 11 der Reaktionskammer 5 zugeführt. In der Reaktionskammer 5 ist eine geneigte Förderfläche 17 angeordnet, über die das partikelförmige Wärmeträgermedium 15 in einem Wanderbett geführt ist. Das partikelförmige Wärmeträgermedium 15 rutscht von der Einlasseinrichtung 11 über die Förderfläche 17 schwerkraftbedingt zu der Auslasseinrichtung 13.
Die Förderfläche 17 ist in einem Winkel α zur Horizontalen geneigt, wobei der Winkel α vorzugsweise zwischen 10° und 70° besteht und derart gewählt ist, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium 15 mehrschichtig über die Förderfläche 17 bewegbar ist ohne dass es zu einer Lawinenentstehung kommt.
Die Förderfläche 17 ist auf der von der Strahlungsöffnung 7 gegenüberliegenden Seite der Reaktionskammer 5 angeordnet, so dass die in die Reaktionskammer eintretende konzentrierte Solarstrahlung nahezu vollständig direkt auf das partikelförmige Wärmeträgermedium 15 trifft und von diesem absorbiert wird. Dadurch wird das partikelförmige Wärmeträgermedium 15 erwärmt und stellt thermische Energie für eine endotherme Reaktion in der Reaktionskammer 5 zur Verfügung.
Ein Einlass 19 für ein Reaktionsgas mündet in die Reaktionskammer 5. Über dieses wird das Reaktionsgas der Reaktionskammer 5 zugeführt.
Am unteren Ende der Reaktionskammer 5 ist ein Auslass 21 für das Reaktionsgas angeordnet, über das das Reaktionsgas abgeführt werden kann. Hierfür kann beispielsweise eine nicht dargestellte Gasabsaugung mit dem Auslass 21 verbunden sein.
Das Reaktionsgas durchströmt die Reaktionskammer 5 und umströmt das Wärmeträgermedium 15, wodurch es zum Wärmeübertrag des von dem partikelförmigen Wärmeträgermediums 15 auf das Reaktionsgas kommt und thermische Energie für die gewünschte endotherme Reaktion bereitgestellt wird.
Die Einlasseinrichtung 11 weist eine erste Massenstromregeleinrichtung 23 auf. Die Auslasseinrichtung 13 weist eine zweite Massenstromregeleinrichtung 25 auf. Die erste und die zweite Massenstromregeleinrichtungen regeln den Massenstrom des partikelförmigen Wärmeträgermediums 15. Über die erste Massenstromregeleinrichtung 23 kann der Massenstrom an partikelförmigen Wärmeträgermedium 15 in die Reaktionskammer 5 geregelt werden. Über die zweite Massenstromregeleinrichtung 25 kann der Massenstrom von partikelförmigen Wärmeträgermedium 15 aus der Reaktionskammer 5 geregelt werden. Es kann ferner eine Massenstromregelung, beispielsweise ein Regelventil an dem Einlass 19 für das Reaktionsgas vorgesehen sein, über die der Massenstrom an Reaktionsgas in die Reaktionskammer 5 regelbar ist.
Die Auslasseinrichtung 13 mündet in den Wärmespeicher 130. Das mittels der konzentrierten Solarstrahlung erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium 15 kann somit nach der Erwärmung und der Abgabe eines Teils der thermischen Energie für die endotherme Reaktion in dem Wärmespeicher 130 gespeichert werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfängers 1 ist eine unabhängige Regelung der Reaktionsleistung der endothermen Reaktion und der Speicherleistung möglich, indem die erste und zweite Massenstromregeleinrichtung 23,25 und die Massenstromregeleinrichtung des Einlasses 19 für das Reaktionsgas entsprechend geregelt werden. Grundsätzlich ist auch ein Betrieb des Solarstrahlungsempfängers 1 als reiner Absorber möglich, indem kein Reaktionsgas in die Reaktionskammer 5 geleitet wird und der Solarstrahlungsempfänger 1 ausschließlich für die Erwärmung des partikelförmigen Wärmeträgermediums 15 genutzt wird. Auch besteht die Möglichkeit, dass durch ein Verschließen der Einlasseinrichtung 11 mittels der ersten Massenstromregeleinrichtung 23 und der Auslasseinrichtung 13 mittels der zweiten Massenstromregeleinrichtung 25 sich das partikelförmige Wärmeträgermedium 15 nicht durch die Reaktionskammer 5 bewegt, sonders als Festbett vorliegt. Der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger 1 kann somit als reiner Reaktor ohne Speicherung des erwärmten partikelförmigen Wärmeträgermediums 15 betrieben werden. Im Normalbetrieb findet jedoch ein Durchfluss von partikelförmigen Wärmeträgermedium 15 und Reaktionsgas statt.
Das partikelförmige Wärmeträgermedium 15 kann zumindest teilweise aus Katalysatormaterial bestehen. Auf diese Weise wird in der Reaktionskammer 5 ein Katalysator für die gewünschte endotherme Reaktion bereitgestellt. Die Partikel des partikelförmigen Wärmeträgermediums 15 können beispielsweise einen mittelten Durchmesser D von >0,1mm vorzugsweise >1mm aufweisen.
In 3 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer endothermen Reaktion schematisch anhand eines Teils der erfindungsgemäßen Industrieanlage 100 dargestellt.
In der Mitte der 3 ist der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger 1 gezeigt. Der in 3 dargestellte Solarstrahlungsempfänger 1 entspricht dem in 2 gezeigten Solarstrahlungsempfänger 1.
An die Auslasseinrichtung 13 sind zwei Wärmespeicher 130 angeschlossen. Hierzu ist ein Abführsystem 135 vorgesehen, das zwei Anschlüsse für Wärmespeichereinheiten 130 bietet. Über eine Weiche 137 kann zwischen den zwei Anschlüssen für die Wärmespeicher 130 umgeschaltet werden.
Die Wärmespeicher 130 sind als austauschbare mobile Wärmespeicher ausgebildet, so dass ein gefüllter Wärmespeicher 130 entfernt und gegen einen leeren ausgetauscht werden kann. Auf diese Weise ist eine große Speicherkapazität von erwärmten partikelförmigen Wärmeträgermedien 15 möglich.
Die Weiche 137 der Abführeinrichtung 135 sorgt dafür, dass kontinuierlich partikelförmiges Wärmeträgermedium 15 abgeführt werden kann und dass auch bei einem Austausch eines Wärmespeichers 130 es zu keiner Unterbrechung kommt, da die Wärmespeicher 130 abwechselnd befüllt werden können. Befüllte Wärmespeicher 130 werden in ein Lager 150 transportiert. Zu Zeiten geringer Solareinstrahlung können die mit thermischer Energie beladenen Wärmespeicher 130 thermisch entladen werden, indem Reaktionsgas durch die Wärmespeicher 130 geleitet wird. Das Reaktionsgas kann nun in den Wärmespeicher 130 die endotherme Reaktion ausführen, wobei das in dem Wärmespeicher 130 gespeicherte partikelförmige Wärmeträgermedium 15 thermische Energie für die endotherme Reaktion bereitstellt. Nach dem thermischen Entladen des Wärmespeichers 130 kann dieser über beispielsweise eine nicht dargestellte Hebeeinlage oberhalb des Solarstrahlungsempfängers 1 positioniert werden, so dass abgekühltes partikelförmiges Wärmeträgermedium 15 schwerkraftbedingt den Solarstrahlungsempfänger 1 zugeführt werden kann. Hierfür ist eine Zuführeinrichtung 139 vorgesehen, die vergleichbar mit der Abführeinrichtung 135 aufgebaut ist und ebenfalls eine Weiche aufweist. Ein entleerter Wärmespeicher 130 kann somit gegen einen befüllten ausgetauscht werden, während der andere Wärmespeicher 130 die Versorgung des Solarstrahlungsempfängers 1 mit partikelförmigen Wärmeträgermedium 15 übernimmt. Entleerte Wärmespeicher 130 können erneut mit erwärmen partikelförmigen Wärmeträgermedium 15 befüllt werden. Somit erfolgt ein Kreislauf der Wärmespeicher 130 und des partikelförmigen Wärmeträgermediums 15.
Mit 4 ist ein Wärmespeicher 130 schematisch im Schnitt dargestellt. Der Wärmespeicher 130 weist in seinem oberen Ende einen Einfüllstutzen 130a auf, der mit der Auslasseinrichtung 13 oder der Abführvorrichtung 135 verbindbar ist. An einem unteren Ende weist der Wärmespeicher 130 einen Auslassstutzen 130b auf, der mit der Einlasseinrichtung 11 oder der Zuführvorrichtung 139 verbindbar ist. Der Einfüllstutzen 130a und der Auslassstutzen 130b sind verschließbar. Ferner weist der Wärmespeicher 130 einen Gaseinlassstutzen 130c und einen Gasauslassstutzen 130d auf über die Reaktionsgase zu- bzw. abgeführt werden können. Es besteht auch die Möglichkeit, über die Gaseinlassstutzen 130c und Auslassstutzen 130d mehrere Wärmespeicher 130 miteinander zu verbinden, so dass das Reaktionsgas nacheinander mehrere Wärmespeicher 130 durchströmt.
Der Wärmespeicher 130 weist eine isolierte Wandung 130e auf, die den Innenraum des Wärmespeichers 130 umgibt. Dadurch werden Wärmeverluste während der Lagerung und des Transports vermieden.
Die erfindungsgemäße Industrieanlage und der erfindungsgemäße Solarstrahlungsempfänger ermöglichen einen besonders flexiblen Einsatz des partikelförmigen Wärmeträgermediums und eine vorteilhafte Regelung der endothermen Reaktionen. Die Industrieanlage kann aufgrund der Wärmespeicher 130 kontinuierlich und auch zu Zeiten geringer solarer Strahlung, wie beispielsweise nachts, weiter betrieben werden. Mittels der erfindungsgemäßen Industrieanlage ist somit ein nahezu 24-Stunden-Betrieb möglich.

Claims

Solarstrahlungsempfänger (1) mit einer Reaktionskammer (5) zur Durchführung einer endothermen Reaktion, wobei die Reaktionskammer (5) eine Strahlungsöffnung (7) zum Eintritt von konzentrierter Solarstrahlung aufweist, die mit einer für Solarstrahlung transparenten Scheibe (9) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (5) eine Einlasseinrichtung (11) und eine Auslasseinrichtung (13) für ein partikelförmiges Wärmeträgermedium (15) aufweist, wobei das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) im Wanderbett durch die Reaktionskammer (5) leitbar und von der in die Reaktionskammer (5) eintretenden konzentrierten Solarstrahlung durch direkte Bestrahlung erwärmbar ist, und mit einem Einlass (19) für ein Reaktionsgas, der in die Reaktionskammer (5) und/oder in die Einlasseinrichtung (11) für das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) mündet, wobei das erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium (15) thermische Energie für die endotherme Reaktion des Reaktionsgases bereitstellt.
Solarstrahlungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionskammer (5) eine sich an die Einlasseinrichtung (11) anschließende, schräg verlaufende Förderfläche (17) für das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) angeordnet ist.
Solarstrahlungsempfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderfläche (17) in einem Winkel α zwischen 10° und 70° zur Horizontalen geneigt ist.
Solarstrahlungsempfänger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Förderfläche (17) veränderbar ist.
Solarstrahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderfläche (17) auf der der Strahlungsöffnung (7) gegenüberliegenden Seite der Reaktionskammer (5) angeordnet ist.
Solarstrahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasseinrichtung (11) eine ersten Massenstromregeleinrichtung (23) für das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) aufweist und/oder das die Auslasseinrichtung (13) eine zweite Massenstromregeleinrichtung (25) für das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) aufweist.
Solarstrahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslass (21) für ein Reaktionsgas an die Reaktionskammer (5) und/oder an die Auslasseinrichtung (13) für das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) angeschlossen ist.
Solarstrahlungsempfänger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasabsaugeinrichtung an dem Auslass (21) für das Reaktionsgas angeordnet ist.
Solarstrahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) zumindest teilweise aus einem Katalysatormaterial besteht.
Solarstrahlungsempfänger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) aus Partikeln mit einer Partikelgröße mit einem mittleren Durchmesser D besteht, wobei gilt: 10mm > D >0,1mm.
Solarstrahlungsempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Strahlungseingangsöffnung (7) ein Strahlungskonzentrator (3) angeordnet ist.
Industrieanlage (100) mit einer Strahlungskonzentrationsvorrichtung (110), mit mindestens einem Solarstrahlungsempfänger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und mit mindestens einem Wärmespeicher (130) zur Aufnahme und Speicherung des erwärmten partikelförmigen Wärmeträgermediums (15).
Industrieanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungskonzentrationsvorrichtung (110) ein Heliostatfeld aus mehreren Heliostaten (115) umfasst, wobei der mindestens eine Solarstrahlungsempfänger (1) auf einem Solarturm (140) angeordnet ist.
Industrieanlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmespeicher (130) unterhalb des mindestens einen Solarstrahlungsempfängers (1) angeordnet ist.
Industrieanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch mehrere Solarstrahlungsempfänger (1), die in Reihe angeordnet sind, wobei jeweils eine Auslasseinrichtung (13) eines Solarstrahlungsempfängers (1) mit der Einlasseinrichtung (11) eines nachfolgenden Solarstrahlungsempfängers (1) verbunden ist.
Industrieanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Solarstrahlungsempfänger (1) und mindestens ein zweiter Solarstrahlungsempfänger in Reihe angeordnet sind, wobei der mindestens eine zweite Solarstrahlungsempfänger eine Reaktionskammer zur Durchführung einer endothermen Reaktion aufweist, wobei die Reaktionskammer des mindestens einen zweiten Solarstrahlungsempfängers eine Strahlungsöffnung zum Eintritt von konzentrierter Solarstrahlung aufweist, die mit einer für Solarstrahlung transparenten Scheibe verschlossen ist, und wobei die Reaktionskammer des mindestens einen zweiten Solarstrahlungsempfängers eine Einlasseinrichtung und eine Auslasseinrichtung für das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) aufweist, wobei das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) im Wanderbett durch die Reaktionskammer des mindestens einen zweiten Solarstrahlungsempfängers leitbar und von der in die Reaktionskammer des mindestens einen zweiten Solarstrahlungsempfängers eintretenden konzentrierten Solarstrahlung durch direkte Bestrahlung erwärmbar ist, wobei das erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium (15) thermische Energie für die endotherme Reaktion bereitstellt, wobei die Auslasseinrichtung (13) des Solarstrahlungsempfängers (1) mit der Einlasseinrichtung des nachfolgenden zweiten Solarstrahlungsempfängers verbunden ist oder die Auslasseinrichtung des zweiten Solarstrahlungsempfängers mit der Einlasseinrichtung (11) des nachfolgenden Solarstrahlungsempfängers (1) verbunden ist.
Industrieanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmespeicher (130) als mobiler, austauschbarer Wärmespeicher (130) ausgebildet ist.
Industrieanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmespeicher (130) einen Gaseinlass und einen Gasauslass aufweisen.
Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion eines Reaktionsgases mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines partikelförmigen Wärmeträgermediums (15) - Eingeben des partikelförmigen Wärmeträgermediums (15) in eine Reaktionskammer (5) eines Solarstrahlungsempfängers (1), wobei das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) als Wanderbett durch die Reaktionskammer (5) geleitet wird, - Bestrahlung des partikelförmigen Wärmeträgermediums (15) mit konzentrierter Solarstrahlung in der Reaktionskammer (5), um das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) zu erwärmen, - Einleiten von Reaktionsgas in die Reaktionskammer (5), wobei das Reaktionsgas das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) umströmt und eine endotherme Reaktion ausführt, wobei das erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium (15) thermische Energie für die endotherme Reaktion des Reaktionsgases bereitstellt, - Entnahme des partikelförmigen Wärmeträgermediums (15) und des Reaktionsgases aus der Reaktionskammer (5).
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) zumindest teilweise aus einem Katalysatormaterial besteht.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte partikelförmige Wärmeträgermedium (15) nach der Entnahme in mindestens einem Wärmespeicher (130) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das gespeicherte partikelförmige Wärmeträgermedium (15) zu Zeiten geringer solarer Einstrahlung in die Reaktionskammer (5) in dem mindestens einem Wärmespeicher (130) von Reaktionsgas durchströmt wird, wobei das Reaktionsgas in dem mindestens einen Wärmespeicher (130) eine endotherme Reaktion ausführt, wobei das gespeicherte, partikelförmige Wärmeträgermedium (15) thermische Energie für die endotherme Reaktion des Reaktionsgases bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Speicherung des erwärmten partikelförmigen Wärmeträgermediums (15) mehrere Wärmespeicher (130) nacheinander befüllt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Abkühlen des gespeicherten, partikelförmigen Wärmeträgermediums (15) das partikelförmige Wärmeträgermedium (15) aus dem mindestens einen Wärmespeicher (130) in die Reaktionskammer (5) geleitet wird.