FR2482269A2

FR2482269A2 - HIGH TEMPERATURE PERFECTED SOLAR RECEIVER

Info

Publication number: FR2482269A2
Application number: FR8010148A
Authority: FR
Inventors: Dominique Blay; Bernard D Utruy; Jean-Laurent Peube
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1980-05-06
Filing date: 1980-05-06
Publication date: 1981-11-13
Also published as: DE3117752A1; FR2482269B2

Abstract

The invention relates to an improved high-temperature solar collector for heating a gas to a high temperature by means of concentrated solar radiation. The solar collector according to the invention has a container (10) with a cavity (10a), as well as a unit composed of cellular panels (14) which are used to line at least a portion of the inner surface of the cavity. Each cellular panel, which forms the exchange surface, bounds a gas duct between a multiplicity of cells (15a), which open into the cavity (10a). The gas circuit is fed by a multiplicity of distributors (18), which open into the gas ducts in compartments (15b) which are located between the cells (15a).

Description

RECEPTEUR SOLAIRE PERFECTIONNE A HAUTE TEMP ERATURE
L'invention concerne un récepteur solaire perfectionné pour le chauffage à haute température d'un gaz au moyen d'un rayonnement solaire concentré ; elle vise un récepteur solaire du type de celui défini à la revendication 7 de la demande principale.HIGH TEMPERATURE PERFECTED SOLAR RECEIVER
The invention relates to an improved solar receiver for high temperature heating of a gas by means of concentrated solar radiation; it relates to a solar receiver of the type defined in claim 7 of the main application.

On a décrit dans la demande principale un récepteur solaire qui apporte une solution satisfaisante aux problèmes spécifiques qui se posent pour réaliser des récepteurs à haute température (en pratique supérieure à 600" C et généralement de l'ordre de 800 à 12000 C) recevant un rayonnement solaire concentré (densité de flux de l'ordre de 800 à 2000 Kilowatts/m2) ; ces problemes sont en particulier liés à la réémission importante d'énergie à ces températures et aux gradients thermiques élevés, qui engendrent des risques de détériorations et de ruptures du récepteur. In the main application, a solar receiver has been described which provides a satisfactory solution to the specific problems which arise in producing high temperature receivers (in practice above 600 "C and generally of the order of 800 to 12000 C) receiving a concentrated solar radiation (flux density of the order of 800 to 2000 kilowatts / m2); these problems are in particular linked to the significant re-emission of energy at these temperatures and to the high thermal gradients, which generate risks of deterioration and receptor ruptures.

La demande principale fournit un récepteur à haute température, bénéficiant d'une durée de vie importante et d'un bon rendement, en combinant une cavité dotée d'une ouverture d'entrée de dimensions faibles par rapport à sa surface intérieure en vue de piéger le flux concentré et une surface d'échange à structure dentelée agencée dans ladite cavité de façon à répartir et à uniformiser le flux thermique piégé dans celle-ci. The main request provides a high temperature receiver, benefiting from a long service life and a good performance, by combining a cavity provided with an inlet opening of dimensions small compared to its interior surface in order to trap the concentrated flow and an exchange surface with a jagged structure arranged in said cavity so as to distribute and standardize the heat flow trapped therein.

Dans un des modes de réalisation décrit, la structure dentelée qui tapisse au moins en partie la surface intérieure de la cavité, est formée par un ensemble de panneaux alvéolaires délimitant un circuit de gaz entre une pluralité d'alvéoles qui débouchent dans la cavité et sont orientées radialement en direction de l'ouverture d'entrée de sorte que le prolongement de leur axe passe approximativement au voisinage de celle-ci. In one of the embodiments described, the jagged structure which covers at least partially the interior surface of the cavity, is formed by a set of honeycomb panels defining a gas circuit between a plurality of cells which open into the cavity and are oriented radially in the direction of the inlet opening so that the extension of their axis passes approximately in the vicinity thereof.

La présente invention vise un récepteur à haute température de ce type et se propose de parfaire l'ho mogénélté des températures dans le récepteur afin de réduire encore les risques de détériorations et d'accroître le rende
dit ment du/recepteur. The present invention relates to a high temperature receiver of this type and proposes to perfect the homogeneity of temperatures in the receiver in order to further reduce the risks of deterioration and to increase the return.
said of the receiver.

A cet effet, selon la présente invention, le circuit de gaz de chaque panneau alvéolaire du récepteur est alimenté par une pluralité de distributeurs débouchant à l'intérieur dudit circuit dans les compartiments délimités par les alvéoles précitées. Les jets gazeux s'échappant de ces distributeurs augmentent considérablement les échanges thermiques entre le gaz et la paroi et permettent d'une part, une augmentation du rendement par une diminution de la température de paroi et d'autre part, une homogénéité plus parfaite de la température. To this end, according to the present invention, the gas circuit of each honeycomb panel of the receiver is supplied by a plurality of distributors opening out inside said circuit in the compartments delimited by the aforementioned cells. The gaseous jets escaping from these distributors considerably increase the heat exchanges between the gas and the wall and allow, on the one hand, an increase in efficiency by a reduction in the wall temperature and, on the other hand, a more perfect homogeneity of temperature.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention se dégageront de la description qui suit en référence aux dessins annexés qui en présentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description
la figure 1 est une vue schématique illustrant la géométrie d'ensemble d'un récepteur solaire à haute température selon l'invention,
les figures 2, 3 et 4, sont des vues schématiques représentant respectivement en plan, en coupe selon AA et en perspective de détail avec coupe frontale selon
BB, un panneau alvéolaire à partir duquel est réalisé le récepteur.Other characteristics, objects and advantages of the invention will emerge from the description which follows with reference to the appended drawings which present, by way of non-limiting example, an embodiment; on these drawings which form an integral part of the present description
FIG. 1 is a schematic view illustrating the overall geometry of a high temperature solar receiver according to the invention,
Figures 2, 3 and 4 are schematic views showing respectively in plan, in section along AA and in perspective of detail with front section along
BB, a honeycomb panel from which the receiver is made.

Le récepteur solaire à haute température représenté à titre d'exemple aux figures comprend une enceinte 10 formant cavité, dotée d'une ouverture d'entrée 11 de dimensions faibles par rapport à la surface intérieure de l'enceinte. The high temperature solar receiver shown by way of example in the figures comprises an enclosure 10 forming a cavity, provided with an inlet opening 11 of small dimensions compared to the interior surface of the enclosure.

Cette ouverture 11 est appelée à recevoir le rayonnement solaire concentré, réfléchi par plusieurs héliostats ou par un système de concentration optique.This opening 11 is called upon to receive concentrated solar radiation, reflected by several heliostats or by an optical concentration system.

La surface intérieure de l'enceinte 10 est tapissée de panneaux alvéolaires 14 qui en l'exemple ont une forme générale rectangulaire avec des pans coupés au niveau des angles. Ces panneaux sont disposés au voisinage les uns contre des autres, très approximativement tangents à une calotte sphérique et sont fixés dans l'enceinte 10 par une structure porteuse appropriée. The inner surface of the enclosure 10 is lined with honeycomb panels 14 which in the example have a generally rectangular shape with sections cut at the corners. These panels are arranged in the vicinity of each other, very approximately tangent to a spherical cap and are fixed in the enclosure 10 by an appropriate support structure.

Chaque panneau comprend un circuit de gaz délimité par une surface d'échange 15 en matériau réfractaire (métal réfractaire, céramique, oxyde...). Each panel includes a gas circuit delimited by an exchange surface 15 of refractory material (refractory metal, ceramic, oxide, etc.).

Cette surface d'échange comporte une plu ralité d'alvéoles 15a débouchant dans la cavité 10 et qui délimitent entre eux ,au niveau du circuit de gaz, des compartiments 15b communiquant entre eux (pour illustrer cette géométrie, on a symbolisé, vu en plan, un tel compartiment en pointillé à la figure 2). This exchange surface comprises a plurality of cells 15a opening into the cavity 10 and which delimit between them, at the level of the gas circuit, compartments 15b communicating with each other (to illustrate this geometry, we have symbolized, seen in plan , such a dotted compartment in Figure 2).

Les alvéoles 15a sont en l'exemple de forme tronconique et sort orientées radialement en direction de l'ouverture d'entrée ll de l'enceinte, de sorte que le prolongement de leur axe (tel que ZZ') passe approximativement au voisinage de cette ouverture. The cells 15a are in the example of frustoconical shape and come out oriented radially in the direction of the inlet opening ll of the enclosure, so that the extension of their axis (such as ZZ ') passes approximately in the vicinity of this opening.

Le circuit de gaz comprend une ou plusieurs sorties de gaz (en l'exemple deux sorties 16 et 17) situées d'un côté du panneau 14. The gas circuit includes one or more gas outlets (in the example two outlets 16 and 17) located on one side of the panel 14.

Par ailleurs, le gaz est délivré dans ce circuit à travers une pluralité de distributeurs tels que 18 qui débouchent dans le circuit dans les compartiments 15b délimités par les alvéoles 15a. Furthermore, the gas is delivered in this circuit through a plurality of distributors such as 18 which open into the circuit in the compartments 15b delimited by the cells 15a.

Ces distributeurs 18 dont on aperçoit la répartition en plan (en traits discontinus) à la figure 2, sont constitués par des tubes débouchant chacun par un orifice 18a d'axe approximativement parallèle à celui des alvéoles 15a, dans une zone située à peu près au centre de chaque compartiment 15b. These distributors 18, the distribution of which can be seen in plan (in broken lines) in FIG. 2, are constituted by tubes each emerging through an orifice 18a with an axis approximately parallel to that of the cells 15a, in an area located approximately at center of each compartment 15b.

Par ailleurs, les distributeurs 18 sont reliés à un caisson d'alimentation en gaz 19 situé à l'arrière du panneau et comportant uneou plusieurs entrées de gaz (en l'exemple, deux entrées 20 et 21). Ces entrées sont situées du côté opposé aux sorties 16, 17 du circuit de gaz. Furthermore, the distributors 18 are connected to a gas supply box 19 located at the rear of the panel and comprising one or more gas inlets (in the example, two inlets 20 and 21). These inlets are located on the opposite side to the outlets 16, 17 of the gas circuit.

En outre, comme schématisé aux figures 2 et 3, les distributeurs 18 présentent un diamètre de passage de gaz croissant en fonction de leur éloignement par rapport aux sorties de gaz 16 et 17. Les distributeurs proches de ces sorties ont un diamètre plus petit et sont traversés par un débit plus réduit que ceux qui sont éloignés de ces sorties. In addition, as shown diagrammatically in FIGS. 2 and 3, the distributors 18 have an increasing gas passage diameter as a function of their distance from the gas outlets 16 and 17. The distributors close to these outlets have a smaller diameter and are crossed by a reduced flow than those which are far from these exits.

Ainsi, le gaz est introduit dans le circuit sous forme d'une multitude de jets localisés dans les zones soumises au flux solaire le plus élevé ; les débits différents de ces jets, définis par les sections variables des distributeurs 18, sont calculés dans chaque application pour assurer la meilleure homogénéïté dans le transfert de chaleur et par voie de conséquence, éviter au mieux l'apparition de "points chauds". Thus, the gas is introduced into the circuit in the form of a multitude of jets located in the areas subjected to the highest solar flux; the different flow rates of these jets, defined by the variable sections of the distributors 18, are calculated in each application to ensure the best homogeneity in the heat transfer and consequently, to best avoid the appearance of "hot spots".

Les panneaux 14 du récepteur solaire sont groupés en plusieurs ensembles, les panneaux d'un ensemble formant des circuits de gaz en série où les sorties 16, 17 d'un panneau sont reliées aux entrées 20, 21 du panneau suivant les divers ensembles de panneaux sont agencés en parallèle et reliés à des collecteurs d'arrivée et de départ de gaz
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux termes de la présente description, mais en comprerdles variantes The panels 14 of the solar receiver are grouped in several assemblies, the panels of an assembly forming gas circuits in series where the outputs 16, 17 of a panel are connected to the inputs 20, 21 of the panel according to the various sets of panels. are arranged in parallel and connected to gas inlet and outlet manifolds
Of course, the invention is not limited to the terms of this description, but to its variants

Claims

1 / - Solar receiver for high temperature heating of a gas by means of concentrated solar radiation, this receiver comprising a cavity (10) provided with an inlet opening (11) of small dimensions compared to the interior surface of said cavity and a set of honeycomb panels (14) at least partially lining the interior surface of the cavity (lo) and forming an exchange surface (15) of refractory material, each panel (14) defining a circuit gas between a plurality of cells (15a) which open into the cavity (lo) towards the inlet opening (11) and are oriented radically in the direction of this opening, said solar receiver being characterized in that the circuit of gas from each panel (14) is supplied by a plurality of distributors (18) opening into the interior of the circuit in the compartments (15b) located between the cells (15a) mentioned above.

2 / - High temperature solar receiver according to claim 1, characterized in that the distributors (18) are constituted by distribution tubes each opening out through an orifice (18a) with an axis approximately parallel to that of the cells (15a), in an area located approximately in the center of each compartment (15b) delimited by the cells.

3 / - High temperature solar receiver according to one of claims 1 or 2, characterized in that the distributors (18) are connected to a gas supply box (19) located at the rear of the panel and comprising at minus a gas inlet (20, 21).

4 / - High temperature solar receiver according to claim 3, wherein each honeycomb panel (14) comprises one or more gas outlets (16, 17) located on one side of said panel, characterized in that the distributors (18) have an increasing gas passage diameter as a function of their distance from the gas outlets (16,17).

5 / - - High temperature solar receiver according to claim o, characterized in that the supply box (19) of each panel comprises at least one gas inlet (20,21) located on the side opposite to the one or more gas outlets (16,17) of said panel.