WO2015158415A1 - Receiver assembly of a solar tower power plant - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a
- Receiver arrangement of a tower solar power plant is described.
- the receiver arrangement comprises one towards the heliostat, i. typically more or less downwards, open cavity into which concentrated solar radiation enters through a radiation inlet opening (see WO 2014/026746 Al).
- Solar radiation reaches an absorber. There, it is converted into heat, which is continuously removed by means of a heat transfer fluid and a heat sink, implemented.
- the present invention has set itself the goal of a particularly efficient in terms of efficiency provide favorable receiver arrangement of a tower solar power plant, with "efficiency" in this
- Context is widely understood and includes not only high efficiency in operation, but also aspects of cost-effective production.
- cost of a power plant both the costs of construction as well as the income from ongoing operations and ongoing operating costs (such as maintenance) are of significant influence.
- the aforementioned object is achieved according to the present invention by the specified in claim 1 receiver arrangement of a tower solar power plant.
- the receiver assembly according to the invention is thus characterized by a number of interrelated features that interact
- the receiver arrangement comprises a support structure and a cavity which has a (possibly subdivided) radiation entrance opening for concentrated solar radiation.
- the cavity is at least predominantly limited by a sequence of individual, carried by the support structure adjacent to each other arranged receiver modules. The latter each have one of
- Absorber structure and one of a heat transfer fluid from an inlet to an outlet through-flow chamber wherein as the "radiation inlet opening of the cavity facing" an absorber structure then is to be considered, if directly through the radiation entrance opening into the avitat radiation, ie without prior reflection within the cavity, can reach the absorber structure.
- Absorber structure is executed in three dimensions. It is thus larger than that in its middle plane
- the ratio between the two surfaces is at least 1.4, which leads to a corresponding "dilution" of the average radiation flux densities and has a positive effect on the efficiency in cooperation with the further features of the receiver arrangement according to the invention.
- through the chambers of the receiver modules is transverse to one on a median plane of the respective
- the center plane of the (three-dimensional) absorber structure is to be considered that plane which minimizes the sum of the squared distances of the points of the absorber surface to the center plane.
- the main flow direction of the heat transfer fluid is considered to be when it includes with the said normal vector an angle of 90 ° V-45 °, preferably of 90 ° + / _ 30 °.
- Absorber structure within the receiver assembly is in this case, it is preferably selected such that the normal vector of the center plane of the absorber structure coincides with the "main irradiation direction" of the relevant receiver module, ie the integrated over time, with the
- determining characteristics is accordingly that in the individual receiver modules, the heat transfer fluid through the chambers provided for this purpose with a
- Main flow direction from an inlet to an outlet, wherein said main flow direction transversely (for example, but not
- Center plane of the respective absorber structure is oriented perpendicular normal vector.
- the absorber of the receiver assembly is housed in a variety of individual receiver modules, which
- Normalvektor oriented main flow direction whereby typically the main flow direction of the heat transfer fluid also more or less transversely oriented (eg at an angle between 45 ° and 135 °, preferably between 60 ° and 120 °, more preferably between 70 ° and 110 °) to the main irradiation direction of the respective absorber structure is, allows it with simple means an influence on the for the Heating the heat transfer fluid authoritative
- Heat transfer fluids when leaving the receiver assembly can be optimally adapted to the - resulting from the other components - requirements.
- the latter also applies considering strongly changing radiation intensities.
- the temperature deviation of the heat carrier fluid in the respective receiver module and in the receiver arrangement as a whole can be in
- Main flow direction are substantially cylindrical. "Cylindric" is in the widest sense to understand that the cross section of the receiver modules transverse to the main flow direction
- receiver modules as in a preferred embodiment
- the largest extent of the receiver modules is oriented along the main flow direction of the heat transfer fluid.
- the advantage set out above is one of particular
- Receivermodule particularly favorable, if the latter have a substantially cuboid basic shape. This also facilitates the piping of the receiver modules with each other, which will be discussed later. With different geometries of the receiver arrangement (for example, more or less pronounced on a dome shape
- the absorber structure can in particular a
- the absorber elements particularly preferably project from a base of the relevant absorber structure in the direction of the radiation inlet opening of the cavity. The latter is of course not to be understood so narrowly that the
- the absorber elements protrude from a base of the respective absorber structure in the direction of the radiation entrance opening, already such a configuration in which the absorber elements along their extension away from the base more or less strongly the radiation entrance opening of the
- Main irradiation direction includes an angle of not more than 45 °, more preferably of not more than 30 °. In this sense, the extension of the absorber elements with the normal vector of
- Center plane of the absorber structure prefers an angle of not more than 45 °, more preferably not more than 30 °.
- the cross section of the absorber elements tapers from the base in the direction of the radiation inlet opening.
- Absorber elements have in this case, in other words, close to the base of a larger cross section than away from this, in particular a
- Absorber elements also relatively close to the base solar radiation converted into heat.
- the absorber elements have a non-circular cross-section at least in regions such that their extent is greater transversely to the main flow direction of the heat transfer fluid than in the main flow direction.
- the advantages of this staltung are primarily in a particularly favorable entry of heat from the heat transfer fluid
- Yet another preferred development of the present invention is characterized in that the chamber is delimited by a disc curved along a cylinder section towards the chamber.
- cylinder is again to be understood with a broad meaning (see above) and not on one
- Heating a gas or gas mixture serve for the subsequent direct admission of a gas turbine.
- a gas or gas mixture in particular air
- Heat transfer fluid flowed through chambers understood then, if they are designed for a pressure of at least 2 bar.
- the limitation of the chamber described above by means of a disc, which is curved along a cylinder portion towards the chamber shows particular advantages.
- direct direct cost advantages come into play, which with the modularity of the
- Disc be arranged a heat screen. This protects the disc from heat radiation, which is emitted from the hot absorber structure, and from direct contact with the heat transfer fluid heated at this.
- the heat shield which in turn heats up in this way, serves to some extent - as
- Another preferred development of the invention is characterized in that the surface of the absorber structure exposed to the radiation is not inside but rather outside the chamber of the absorber structure is located in the relevant receiver module.
- Absorber structure flows along is the ability to optimize the implementation of solar radiation into sensible heat on the one hand and the transmission of heat in the heat transfer fluid serving surfaces uncompromisingly to the respective task. Furthermore, there is a certain temporal and local
- thermally conductive structure on the way from the implementation of solar radiation in sensible heat
- the absorber structure preferably comprises a three-dimensional
- the absorber plate which is exposed on one of its main surfaces of the solar radiation and on its other major surface of the heat transfer fluid. According to their function, the absorber plate is preferably complete or
- the surface exposed to the solar radiation may have a coating or other surface refinement.
- the surface exposed to the solar radiation may have a coating or other surface refinement.
- Absorber plate consist of a multi-layer composite material.
- the chamber is preferred in this development by the absorber plate and a back plate structure
- Back plate structure typically more preferably over a predominant area proportion in the
- Heat transfer fluid absorb a tensile stress.
- Heat transfer elements may be arranged, such as
- ribs for example, ribs, pins, plates or
- Back plate structures extend and also with the
- Perceive spacers An optimization of the receiver arrangement in terms of their efficiency under changing irradiation conditions can, according to yet another embodiment of the invention, achieve that the receiver modules heat transfer fluid side are networked together by means of a piping, which receiver modules interconnecting pipe sections and integrated therein switchable valve devices , By means of the switchable valve devices can be demand-dependent influence on the individual fluidic interconnection of the individual receiver modules with each other, in particular by individual receiver modules and / or receiver module packages are selectively switched from a connection in parallel flow mode in a circuit in series flow mode and vice versa.
- FIG. 3 shows the receiver arrangement according to FIG. 2 in FIG.
- FIG. 4 shows a first embodiment of an im
- tower solar power plants typically include a
- the receiver assembly 5 has a
- Cavity i. an avidity, with a downwardly facing radiation entrance opening (see above), through which the solar radiation S reflected by the heliostat 2 enters the cavity, where it impinges on absorber surfaces and into sensible heat
- Receiver assembly 5 generated heat is dissipated to a (not shown) technical heat sink, in which the heat is used, for example, to generate electricity.
- Receiver modules 10 typically be greater by a multiple.
- the individual receiver modules 10 are constructed in the same way. They have an approximately cuboid elongated basic shape and each have one of the radiation inlet opening 12 of the cavity 11 facing, ie the Absorber structure 13, which is exposed to concentrated solar radiation and reflected by the heliostat 2, and a chamber 14 through which a heat transfer fluid can flow.
- the heat transfer fluid flows through the chamber 14 in each case from an inlet 15 to a
- receiver modules 10 are heat transfer fluid side networked together by means of a fluid conduit 17. This has receiver modules 10
- FIG. 4 illustrates a receiver module embodiment which can be used within the scope of the present invention, as it is particularly suitable in particular for solar power plants with pressurized air as the heat transfer fluid.
- the receiver module 10 shown again has a cuboid elongated basic shape with a bottom 22, two side walls 23 and two
- the cross section of the pins 29 tapers from the base 30 in the direction of the radiation inlet opening 12 of the cavity 11; and the pins 29 have a non-circular cross-section such that their extension transversely to the main flow direction W of
- Heat transfer fluid is greater in the main flow direction.
- the main flow direction W of the heat transfer fluid is in turn transverse to a perpendicular to the center plane M of the absorber structure 27
- Heat screen 31 flows along.
- FIG. 5 illustrates an absorber structure 27 which corresponds to a significantly different conception, as can also be used with receiver modules 10, as used in the context of the present invention.
- the absorber structure 27 comprises a zigzag-shaped, elevations 32 and depressions 33 having absorber plate 34. This is on its the radiation inlet opening 12 of the cavity 11 facing first main surface 35 of the solar radiation S and at its other major surface 36 the Heat transfer fluid is exposed.
- heat-conducting connected heat transfer elements 38 are arranged in the form of ribs 39 with the absorber plate, which - are firmly connected - for purposes of stiffening - with the back plate structure 37.
- the ribs 39 can - by suitable design - also for generating targeted turbulence within the chamber 14 flowing through
- Heat carrier fluids are used, which promotes both the heat transfer and contributes to a homogeneous temperature of the heat transfer fluid.
- Main flow direction W of the heat transfer fluid again transverse to one on the median plane M of Absorber structure oriented perpendicular normal vector N, whereby the main flow direction of the heat transfer fluid is also in turn oriented transversely to the main irradiation direction B.
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Abstract
Description
Receiveranordnung eines Turm-Solarkraftwerks Receiver arrangement of a tower solar power plant
Die vorliegende Erfindung betrifft eine The present invention relates to a
Receiveranordnung eines Turm-Solarkraftwerks . Receiver arrangement of a tower solar power plant.
Turm-Solarkraftwerke, bei denen Sonnenstrahlung mittels einer Spiegelanordnung (sog. „Heliostatenfeld") auf einen an einem Turm angeordneten Empfänger konzentriert wird, sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Zum relevanten Stand der Technik zählen beispielsweise die WO 2014/026746 AI, US 4220140 A, WO 2008/153922 AI, DE 102010034986 AI und WO 2012/150344 AI. Hinsichtlich der Bauweise der Empfänger (Receiver) , in denen die konzentrierte solare Strahlung typischerweise in fühlbare Wärme (oder ggf. ganz oder teilweise in latente Wärme) umgesetzt wird, gibt es eine erhebliche Bandbreite unterschiedlicher struktureller und Tower solar power plants, in which solar radiation is concentrated by means of a mirror arrangement (so-called "heliostat data field") on a receiver arranged on a tower, are known in a wide variety of designs, for example WO 2014/026746 A1, US Pat. No. 4,220,140 A WO 2008/153922 A1, DE 102010034986 A1 and WO 2012/150344 A1 With regard to the design of the receivers (receivers) in which the concentrated solar radiation is typically converted into sensible heat (or possibly completely or partially into latent heat), There is a considerable range of different structural and
konzeptioneller Ansätze. Gemäß einem der Konzepte umfasst die Receiveranordnung eine in Richtung auf die Heliostaten hin, d.h. typischerweise mehr oder weniger nach unten hin, offene Kavität, in welche konzentrierte Solarstrahlung durch eine Strahlungseintrittsöffnung hindurch eintritt (vgl. WO 2014/026746 AI) . Die conceptual approaches. According to one of the concepts, the receiver arrangement comprises one towards the heliostat, i. typically more or less downwards, open cavity into which concentrated solar radiation enters through a radiation inlet opening (see WO 2014/026746 Al). The
Solarstrahlung gelangt auf einen Absorber. Dort wird sie in Wärme, welche mittels eines Wärmeträgerfluids kontinuierlich ab- und einer Wärmesenke zugeführt wird, umgesetzt . Solar radiation reaches an absorber. There, it is converted into heat, which is continuously removed by means of a heat transfer fluid and a heat sink, implemented.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine unter Gesichtspunkten der Effizienz besonders günstige Receiveranordnung eines Turm-Solarkraftwerks bereitzustellen, wobei "Effizienz" in diesem The present invention has set itself the goal of a particularly efficient in terms of efficiency provide favorable receiver arrangement of a tower solar power plant, with "efficiency" in this
Zusammenhang weit zu verstehen ist und nicht nur einen hohen Wirkungsgrad im Betrieb umfasst, sondern darüber hinaus Aspekte einer kostengünstigen Herstellung. Denn für die Wirtschaftlichkeit eines Kraftwerks sind sowohl die Kosten der Errichtung als auch die Erträge aus dem laufenden Betrieb sowie laufende Betriebskosten (z.B. Wartungsaufwand) von nennenswertem Einfluss. Context is widely understood and includes not only high efficiency in operation, but also aspects of cost-effective production. For the cost of a power plant, both the costs of construction as well as the income from ongoing operations and ongoing operating costs (such as maintenance) are of significant influence.
Gelöst wird die vorstehend angegebene Zielsetzung gemäß der vorliegenden Erfindung durch die in Anspruch 1 angegebene Receiveranordnung eines Turm- Solarkraftwerks. Die erfindungsgemäße Receiveranordnung zeichnet sich somit durch eine Reihe von aufeinander bezogenen Merkmalen aus, die im Zusammenwirken The aforementioned object is achieved according to the present invention by the specified in claim 1 receiver arrangement of a tower solar power plant. The receiver assembly according to the invention is thus characterized by a number of interrelated features that interact
miteinander die Wirtschaftlichkeit eines Turm- Solarkraftwerks positiv beeinflussen. So umfasst die Receiveranordnung eine Tragstruktur und eine Kavität, welche eine (ggf. untergliederte) Strahlungseintritts- Öffnung für konzentrierte Solarstrahlung aufweist. Die Kavität ist dabei zumindest überwiegend durch eine Abfolge von einzelnen, von der Tragstruktur getragenen, einander benachbart angeordneten Receivermodulen begrenzt. Letztere weisen jeweils eine der mutually positively influence the profitability of a tower solar power plant. Thus, the receiver arrangement comprises a support structure and a cavity which has a (possibly subdivided) radiation entrance opening for concentrated solar radiation. The cavity is at least predominantly limited by a sequence of individual, carried by the support structure adjacent to each other arranged receiver modules. The latter each have one of
Strahlungseintrittsöffnung der Kavität zugewandte Radiation inlet opening facing the cavity
Absorberstruktur sowie eine von einem Wärmeträgerfluid von einem Eintritt zu einem Austritt durchströmbare Kammer auf, wobei als „der Strahlungseintrittsöffnung der Kavität zugewandt" eine Absorberstruktur dann anzusehen ist, wenn durch die Strahlungseintritts- öffnung in die avität eintretende Strahlung direkt, d.h. ohne vorherige Reflexion innerhalb der Kavität, auf die Absorberstruktur gelangen kann. Die der Absorber structure and one of a heat transfer fluid from an inlet to an outlet through-flow chamber, wherein as the "radiation inlet opening of the cavity facing" an absorber structure then is to be considered, if directly through the radiation entrance opening into the avitat radiation, ie without prior reflection within the cavity, can reach the absorber structure. The the
Solarstrahlung ausgesetzte Oberfläche der Solar radiation exposed surface of the
Absorberstruktur ist dreidimensional ausgeführt. Sie ist somit größer als die in ihre Mittelebene Absorber structure is executed in three dimensions. It is thus larger than that in its middle plane
projizierte Fläche der Absorberstruktur, wobei projected area of the absorber structure, wherein
erfindungsgemäß das Verhältnis zwischen beiden Flächen mindestens 1,4 beträgt, was zu einer entsprechenden „Verdünnung" der mittleren Strahlungs flus sdichten führt und sich im Zusammenwirken mit den weiteren Merkmalen der erfindungsgemäßen Receiveranordnung positiv auf die Effizienz auswirkt. Die vorherrschende Strömungsrichtung des Wärmeträgerfluids (Hauptströmungsrichtung) durch die Kammern der Receivermodule ist dabei quer zu einem auf einer Mittelebene der jeweiligen According to the invention, the ratio between the two surfaces is at least 1.4, which leads to a corresponding "dilution" of the average radiation flux densities and has a positive effect on the efficiency in cooperation with the further features of the receiver arrangement according to the invention. through the chambers of the receiver modules is transverse to one on a median plane of the respective
Absorberstruktur senkrecht stehenden Normalenvektor orientiert. Als Mittelebene der (dreidimensionalen) Absorberstruktur ist dabei diejenige Ebene anzusehen, welche die Summe der quadrierten Abstände der Punkte der Absorberfläche zur Mittelebene minimiert. Als quer zum Normalenvektor dieser Mittelebene orientiert ist die Hauptströmungsrichtung des Wärmeträgerfluids dann anzusehen, wenn sie mit dem besagten Normalenvektor einen Winkel von 90° V- 45°, bevorzugt von 90° +/_ 30° einschließt . Absorber structure oriented perpendicular normal vector. The center plane of the (three-dimensional) absorber structure is to be considered that plane which minimizes the sum of the squared distances of the points of the absorber surface to the center plane. As oriented transversely to the normal vector of this center plane, the main flow direction of the heat transfer fluid is considered to be when it includes with the said normal vector an angle of 90 ° V-45 °, preferably of 90 ° + / _ 30 °.
Die Orientierung der Receivermodule bzw. deren The orientation of the receiver modules or their
Absorberstruktur innerhalb der Receiveranordnung wird dabei bevorzugt so gewählt, dass der Normalenvektor der Mittelebene der Absorberstruktur mit der „Hauptbestrahlungsrichtung" des betreffenden Receivermoduls , d.h. der über die Zeit integrierten, mit der Absorber structure within the receiver assembly is In this case, it is preferably selected such that the normal vector of the center plane of the absorber structure coincides with the "main irradiation direction" of the relevant receiver module, ie the integrated over time, with the
Strahlungsintensität gewichteten Bestrahlungsrichtung, einen Winkel von nicht mehr als 30° einschließt. Eines der für die erfindungsgemäße Receiveranordnung Radiation intensity weighted irradiation direction, an angle of not more than 30 °. One of the receiver arrangement according to the invention
bestimmenden Merkmale besteht demgemäß darin, dass in den einzelnen Receivermodulen das Wärmeträgerfluid durch die hierfür vorgesehenen Kammern mit einer determining characteristics is accordingly that in the individual receiver modules, the heat transfer fluid through the chambers provided for this purpose with a
Hauptströmungsrichtung von einem Eintritt zu einem Austritt strömt, wobei die besagte HauptStrömungsrichtung quer (beispielsweise, aber keinesfalls Main flow direction from an inlet to an outlet, wherein said main flow direction transversely (for example, but not
ausschließlich senkrecht) zu einem auf einer exclusively vertical) to one on one
Mittelebene der jeweiligen Absorberstruktur senkrecht stehenden Normalenvektor orientiert ist. Der Absorber der Receiveranordnung ist dabei in einer Vielzahl einzelner Receivermodule untergebracht, welche Center plane of the respective absorber structure is oriented perpendicular normal vector. The absorber of the receiver assembly is housed in a variety of individual receiver modules, which
zueinander benachbart angeordnet die Kavität begrenzen. Die Durchströmung der Kammern der Receivermodule mit einer quer zu einem auf einer Mittelebene der adjacent to each other, the cavity limit. The flow through the chambers of the receiver modules with a transverse to one on a median plane of the
jeweiligen Absorberstruktur senkrecht stehenden respective absorber structure vertical
Normalenvektor orientierten HauptStrömungsrichtung, wodurch typischerweise die Hauptströmungsrichtung des Wärmeträgerfluids auch mehr oder weniger quer (z.B. mit einem Winkel zwischen 45° und 135°, bevorzugt zwischen 60° und 120°, besonders bevorzugt zwischen 70° und 110°) zur Hauptbestrahlungsrichtung der jeweiligen Absorberstruktur orientiert ist, gestattet dabei mit einfachen Mitteln eine Einflussnahme auf das für die Erwärmung des Wärmeträgerfluids maßgebliche Normalvektor oriented main flow direction, whereby typically the main flow direction of the heat transfer fluid also more or less transversely oriented (eg at an angle between 45 ° and 135 °, preferably between 60 ° and 120 °, more preferably between 70 ° and 110 °) to the main irradiation direction of the respective absorber structure is, allows it with simple means an influence on the for the Heating the heat transfer fluid authoritative
Temperaturprofil, so dass die Temperatur des Temperature profile, so that the temperature of the
Wärmeträgerfluids beim Verlassen der Receiveranordnung optimal an die - sich aus den weiteren Komponenten ergebenden - Anforderungen angepasst werden kann. Heat transfer fluids when leaving the receiver assembly can be optimally adapted to the - resulting from the other components - requirements.
Letzteres gilt auch unter Berücksichtigung stark wechselnder Strahlungsintensitäten. Der Temperaturhub des Wärmeträgerfluids in dem jeweiligen Receivermodul sowie in der Receiveranordnung insgesamt kann in The latter also applies considering strongly changing radiation intensities. The temperature deviation of the heat carrier fluid in the respective receiver module and in the receiver arrangement as a whole can be in
Umsetzung der vorliegenden Erfindung optimiert werden, wozu auch beiträgt, dass - ungeachtet der Implementation of the present invention to be optimized, which also contributes that - regardless of
kostensparenden Modularität der Receiveranordnung - die strömungstechnische Verschaltung der durchströmten Kammern der einzelnen Receivermodule untereinander gezielt auf die jeweiligen Anforderungen ausgelegt werden kann. Dies ist ein im Hinblick auf einen cost-saving modularity of the receiver assembly - the fluidic interconnection of the flow-through chambers of the individual receiver modules can be designed specifically to the respective requirements. This is one with regard to one
effizienten Betrieb entscheidender Vorteil, der sich überdies bei - gegenüber dem Stand der Technik - reduzierten Herstellungskosten für das Solarkraftwerk realisieren lässt . Denn die "Auskleidung" der Kavität durch eine Abfolge einzelner Receivermodule ist im Hinblick auf die mit der Errichtung des Solarkraftwerks verbundenen Kosten äußerst attraktiv. efficient operation, which, moreover, can be achieved with reduced production costs for the solar power plant compared to the state of the art. Because the "lining" of the cavity by a sequence of individual receiver modules is extremely attractive in view of the costs associated with the construction of the solar power plant.
Eine erste bevorzugte Weiterbildung der A first preferred embodiment of
erfindungsgemäßen Receiveranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Receivermodule zumindest längs eines wesentlichen Anteils ihrer Erstreckung in inventive receiver arrangement is characterized in that the receiver modules at least along a substantial portion of their extension in
Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen zylindrisch sind. "Zylindrisch" ist dabei im weitesten Sinne dahingehend zu verstehen, dass sich der Querschnitt der Receivermodule quer zur Hauptströmungsrichtung Main flow direction are substantially cylindrical. "Cylindric" is in the widest sense to understand that the cross section of the receiver modules transverse to the main flow direction
zumindest längs eines wesentlichen Anteils der at least along a substantial part of the
Erstreckung der Receivermodule nicht, jedenfalls nicht nennenswert ändert. Insoweit können die Receivermodule, wie dies gemäß einer bevorzugten Weiterbildung Extension of the receiver modules not, at least not significantly changes. In that regard, the receiver modules, as in a preferred embodiment
vorgesehen ist, insbesondere prismatisch ausgeführt sein. Eine solche zylindrische, insbesondere is provided, in particular prismatic running. Such a cylindrical, in particular
prismatische Gestaltung der Receivermodule erleichtert deren Auslegung im Hinblick auf die mechanischen und thermischen Belastungen und begünstigt die Integration der Receivermodule mit den übrigen Komponenten zur Receiveranordnung. Zudem können durch die im prismatic design of the receiver modules facilitates their design in terms of mechanical and thermal loads and favors the integration of the receiver modules with the other components to the receiver assembly. In addition, by the im
Wesentlichen zylindrische Gestalt der Receivermodule bei deren Herstellung im erheblichen Umfang Gleichteile zum Einsatz kommen, was eine entsprechend Substantially cylindrical shape of the receiver modules in their production to a considerable extent identical parts are used, which is a corresponding
kostengünstige Herstellung ermöglicht. cost-effective production allows.
Besonders bevorzugt ist dabei die größte Erstreckung der Receivermodule längs der Hauptströmungsrichtung des Wärmeträgerfluids orientiert. In diesem Falle kommt der weiter oben dargelegte Vorteil einer besonders Particularly preferably, the largest extent of the receiver modules is oriented along the main flow direction of the heat transfer fluid. In this case, the advantage set out above is one of particular
flexiblen Einflussnahme auf das für die Erwärmung des Wärmeträgerfluids maßgebliche Temperaturprofil in besonderer Weise zum Tragen. Optimale Temperaturhübe des Wärmeträgerfluids in dem jeweiligen Receivermodul sowie in der Receiveranordnung insgesamt sind möglich. Bei geeigneter Gestalt der Receiveranordnung und der in dieser definierten Kavität ist im Hinblick auf eine möglichst geschlossene Auskleidung der Kavität der Receiveranordnung durch einander benachbarte flexible influence on the decisive for the heating of the heat transfer fluid temperature profile in a special way to bear. Optimal temperature strokes of the heat transfer fluid in the respective receiver module and in the receiver arrangement as a whole are possible. In the case of a suitable shape of the receiver arrangement and the cavity defined therein, with regard to a lining of the cavity which is as closed as possible, the cavity is Receiver arrangement by adjacent to each other
Receivermodule besonders günstig, wenn letztere eine im Wesentlichen quaderförmige Grundform aufweisen. Dies erleichtert auch die Verrohrung der Receivermodule untereinander, worauf später noch eingegangen wird. Bei abweichenden Geometrien der Receiveranordnung (z.B. mehr oder weniger ausgeprägt an eine Kuppelform Receivermodule particularly favorable, if the latter have a substantially cuboid basic shape. This also facilitates the piping of the receiver modules with each other, which will be discussed later. With different geometries of the receiver arrangement (for example, more or less pronounced on a dome shape
angenähert) erweisen sich - im Interesse einer approximate) turn out - in the interest of one
möglichst geschlossenen Auskleidung der Kavität der Receiveranordnung - dementsprechend modifizierte As close as possible lining of the cavity of the receiver assembly - modified accordingly
Geometrien der Receivermodule als günstig. Geometries of the receiver modules as favorable.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung befindet sich die der Solarstrahlung According to a preferred embodiment of the present invention is the solar radiation
ausgesetzte Oberfläche der Absorberstruktur innerhalb der - von einem Wärmeträgerfluid durchströmten - Kammer des betreffenden Receivermoduls . Die der Solarstrahlung ausgesetzte Oberfläche der Absorberstruktur ist bei dieser Weiterbildung unmittelbar dem Wärmeträgerfluid ausgesetzt. Dies gestattet eine unter Gesichtspunkten der thermodynamischen Effizienz besonders günstige Ausführung. Auch die Dynamik, mit welcher das exposed surface of the absorber structure within the - traversed by a heat transfer fluid - chamber of the respective receiver module. The solar radiation exposed surface of the absorber structure is exposed directly to the heat transfer fluid in this development. This allows a particularly favorable design under consideration of the thermodynamic efficiency. Also the dynamics, with which the
Solarkraftwerk auf sich ändernde Einstrahlungs- bedingungen reagieren kann, profitiert davon. Solar power plant can respond to changing insolation conditions benefits from it.
Die Absorberstruktur kann dabei insbesondere eine The absorber structure can in particular a
Mehrzahl von zueinander beabstandeten Absorberelementen aufweisen, welche von Wärmeträgerfluid umströmbar sind, indem sie in der Kammer des betreffenden Receivermoduls angeordnet sind und/oder in diese hineinragen. Die direkt dem Wärmeträgerfluid ausgesetzte Oberfläche der Absorberstruktur lässt sich auf diese Weise unter Have a plurality of spaced apart absorber elements which are flowed around by heat transfer fluid by being arranged in the chamber of the respective receiver module and / or projecting into this. The directly exposed to the heat transfer fluid surface of the absorber structure can be in this way
Gesichtspunkten der Effizienz optimieren. So lässt sich bei dieser Ausführung der Absorberstruktur durch geeignete Anordnung und Ausführung der Absorberelemente das Verhältnis der der Solarstrahlung ausgesetzten dreidimensionalen Oberfläche der Absorberstruktur zu der in deren Mittelebene projizierten Fläche der Optimizing aspects of efficiency. Thus, in this embodiment of the absorber structure by suitable arrangement and design of the absorber elements, the ratio of the solar radiation exposed three-dimensional surface of the absorber structure to the projected in the center plane surface of the
Absorberstruktur in einem - bei typischen Anwendungen - für die Effizienz besonders günstigen Bereich zwischen 10 und 30 einstellen. Besonders bevorzugt stehen dabei die Absorberelemente von einer Basis der betreffenden Absorberstruktur in Richtung auf die Strahlungs- eintrittsöffnung der Kavität vor. Letzteres ist dabei freilich nicht so eng zu verstehen, dass die Set absorber structure in a - for typical applications - for efficiency particularly favorable range between 10 and 30. In this case, the absorber elements particularly preferably project from a base of the relevant absorber structure in the direction of the radiation inlet opening of the cavity. The latter is of course not to be understood so narrowly that the
Absorberelemente exakt auf die Strahlungseintritts- Öffnung ausgerichtet sind. Vielmehr genügt der Absorber elements are aligned exactly on the radiation entrance opening. Rather, that's enough
Definition, dass die Absorberelemente von einer Basis der betreffenden Absorberstruktur in Richtung auf die Strahlungseintrittsöffnung vorstehen, bereits eine solche Gestaltung, bei der die Absorberelemente längs ihrer Erstreckung von der Basis weg sich mehr oder weniger stark der Strahlungseintrittsöffnung der Definition that the absorber elements protrude from a base of the respective absorber structure in the direction of the radiation entrance opening, already such a configuration in which the absorber elements along their extension away from the base more or less strongly the radiation entrance opening of the
Kavität annähern. Bevorzugt ist eine solche Erstreckung der Absorberelemente, welche mit der jeweiligen Close the cavity. Preferably, such an extension of the absorber elements, which with the respective
Hauptbestrahlungsrichtung einen Winkel von nicht mehr als 45°, besonders bevorzugt von nicht mehr als 30° einschließt. In diesem Sinne schließt die Erstreckung der Absorberelemente mit dem Normalenvektor der Main irradiation direction includes an angle of not more than 45 °, more preferably of not more than 30 °. In this sense, the extension of the absorber elements with the normal vector of
Mittelebene der Absorberstruktur bevorzugt einen Winkel von nicht mehr als 45°, besonders bevorzugt von nicht mehr als 30° ein. Center plane of the absorber structure prefers an angle of not more than 45 °, more preferably not more than 30 °.
Besonders günstig ist dabei, wenn sich der Querschnitt der Absorberelemente von der Basis in Richtung auf die Strahlungseintrittsöffnung verjüngt. Die It is particularly advantageous if the cross section of the absorber elements tapers from the base in the direction of the radiation inlet opening. The
Absorberelemente haben in diesem Falle, mit anderen Worten, nahe der Basis einen größeren Querschnitt als entfernt von dieser, wobei insbesondere eine Absorber elements have in this case, in other words, close to the base of a larger cross section than away from this, in particular a
ausgeprägte Stirnfläche der Absorberelemente vermieden wird. Dies ist im Hinblick auf einen möglichst pronounced end face of the absorber elements is avoided. This is with regard to a possible
homogenen Energieeintrag in die Absorberelemente von großem Vorteil; denn auf diese Weise wird an den homogeneous energy input into the absorber elements of great advantage; because in this way is to the
Absorberelementen auch relativ dicht an der Basis solare Strahlung in Wärme umgesetzt. Eine Absorber elements also relatively close to the base solar radiation converted into heat. A
thermodynamisch ungünstige stark ungleiche thermodynamically unfavorable strongly unequal
Temperaturverteilung über die Erstreckung der Temperature distribution over the extension of
Absorberelemente wird auf diese Weise unterbunden; das Ergebnis ist ein besonders effizienter Eintrag der in den Absorberelementen erzeugten fühlbaren Wärme in das Wärmeträgerfluid, was wiederum den Wirkungsgrad und somit die Effizienz des Solarkraftwerks positiv Absorber elements is prevented in this way; the result is a particularly efficient entry of the sensible heat generated in the absorber elements in the heat transfer fluid, which in turn positively the efficiency and thus the efficiency of the solar power plant
beeinflusst . influenced.
Ebenfalls unter Gesichtspunkten einer hohen Effizienz ist weiterhin von Vorteil, wenn die Absorberelemente zumindest bereichsweise einen unrunden Querschnitt aufweisen dergestalt, dass ihre Erstreckung quer zur Hauptströmungsrichtung des Wärmeträgerfluids größer ist als in Hauptströmungsrichtung. Die Vorteile dieser Ge- staltung liegen primär in einem besonders günstigen Eintrag der Wärme aus den vom Wärmeträgerfluid It is also advantageous from the standpoint of high efficiency if the absorber elements have a non-circular cross-section at least in regions such that their extent is greater transversely to the main flow direction of the heat transfer fluid than in the main flow direction. The advantages of this staltung are primarily in a particularly favorable entry of heat from the heat transfer fluid
umspülten Absorberelementen in das Wärmeträgerfluid hinein. immersed absorber elements in the heat transfer fluid into it.
Eine wiederum andere bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kammer von einer längs eines Zylinderabschnitts zur Kammer hin gewölbten Scheibe begrenzt ist. Auch hier ist "Zylinder" wiederum mit einer breiten Bedeutung zu verstehen (siehe oben) und keinesfalls auf eine Yet another preferred development of the present invention is characterized in that the chamber is delimited by a disc curved along a cylinder section towards the chamber. Again, "cylinder" is again to be understood with a broad meaning (see above) and not on one
kreiszylindrische Ausgestaltung der Scheibe limitiert. Durch die eindimensionale Wölbung der Scheibe ist diese vergleichsweise einfach statisch zu erfassen, was insbesondere für bedruckte (druckbeaufschlagte) Kammern ein wesentlicher Aspekt ist. Letzteres gilt circular cylindrical design of the disc limited. Due to the one-dimensional curvature of the disc, this is relatively easy to detect static, which is an essential aspect in particular for printed (pressurized) chambers. The latter applies
insbesondere für Receiveranordnungen, welche der in particular for receiver arrangements, which the
Erwärmung eines Gases bzw. Gasgemisches (insbesondere Luft) zur anschließenden direkten Beaufschlagung einer Gasturbine dienen. Als bedruckt werden in diesem Heating a gas or gas mixture (in particular air) serve for the subsequent direct admission of a gas turbine. As to be printed in this
Zusammenhang Receivermodule (bzw. deren vom Connection of receiver modules (or their from the
Wärmeträgerfluid durchströmte Kammern) dann verstanden, wenn sie für einen Druck von mindestens 2 bar ausgelegt sind. Gerade hier zeigt die weiter oben beschriebene Begrenzung der Kammer mittels einer Scheibe, welche längs eines Zylinderabschnitts zur Kammer hin gewölbt ist, besondere Vorteile. Neben der besonders einfachen Statik kommen dabei direkte unmittelbare Kostenvorteile zum Tragen, welche mit der Modularität der Heat transfer fluid flowed through chambers) understood then, if they are designed for a pressure of at least 2 bar. Especially here, the limitation of the chamber described above by means of a disc, which is curved along a cylinder portion towards the chamber, shows particular advantages. In addition to the particularly simple statics direct direct cost advantages come into play, which with the modularity of the
entscheidenden strukturellen Komponenten der Receiveranordnung zusammenhängen. Innerhalb der Kammer kann dabei zwischen der Absorberstruktur und der crucial structural components of the Receiver arrangement related. Within the chamber can between the absorber structure and the
Scheibe ein Hitzeschirm angeordnet sein. Dieser schützt die Scheibe vor Hitzestrahlung, welche von der heißen Absorberstruktur emittiert wird, sowie vor direktem Kontakt mit dem an dieser erhitzen Wärmeträgerfluid. Der Hitzeschirm, der sich auf diese Weise seinerseits aufheizt, dient in gewissem Umfang - als Disc be arranged a heat screen. This protects the disc from heat radiation, which is emitted from the hot absorber structure, and from direct contact with the heat transfer fluid heated at this. The heat shield, which in turn heats up in this way, serves to some extent - as
Konvektionsfläche - selbst der Erwärmung des Convection surface - even the heating of the
Wärmeträgerfluids . Letzteres strömt dabei Heat transfer fluids. The latter is flowing
zweckmäßigerweise nicht nur in dem zwischen der expediently not only in that between the
Absorberstruktur und dem Hitzeschirm liegenden Bereich der Kammer, sondern vielmehr, um auch die Scheibe zu kühlen, auch in dem Bereich zwischen dem Hitzeschirm und der Scheibe. Der Hitzeschirm ist auf diese Weise aufgrund der beiderseitigen Umströmung mit Absorber structure and the heat shield lying area of the chamber, but rather, in order to cool the disc, also in the area between the heat shield and the disc. The heat shield is in this way due to the mutual flow around with
Wärmeträgerfluid - auch bei druckbeaufschlagtem Heat transfer fluid - even with pressurized
Wärmeträgerfluid - keinen besonderen äußeren Heat transfer fluid - no special outer
mechanischen Kräften ausgesetzt. Er kann hierdurch kostengünstig und leicht ausgeführt sein, und es bedarf keiner Abdichtung des Hitzeschirms gegenüber dem exposed to mechanical forces. He can thereby be carried out inexpensively and easily, and it requires no sealing of the heat shield against the
Gehäuse des betreffenden Receivermoduls . Die aus dem druckbeaufschlagten Wärmeträgerfluid resultierenden Kräfte konzentrieren sich somit auf die - bevorzugt zylindrisch gewölbte - Scheibe. Housing of the relevant receiver module. The forces resulting from the pressurized heat transfer fluid thus concentrate on the - preferably cylindrically curved - disc.
Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die der Strahlung ausgesetzte Oberfläche der Absorberstruktur nicht innerhalb, sondern vielmehr außerhalb der Kammer des betreffenden Receivermoduls befindet. Einer der Another preferred development of the invention is characterized in that the surface of the absorber structure exposed to the radiation is not inside but rather outside the chamber of the absorber structure is located in the relevant receiver module. One of
Vorteile dieser Ausführung, bei der das Advantages of this design, in which the
Wärmeträgerfluid nicht direkt an der durch die Heat transfer fluid not directly at the through the
Solarstrahlung aufgeheizten Oberfläche der Solar radiation heated surface of the
Absorberstruktur entlang strömt, ist die Möglichkeit, die der Umsetzung von Solarstrahlung in fühlbare Wärme einerseits und die der Übertragung der Wärme in das Wärmeträgerfluid dienenden Oberflächen kompromisslos auf die jeweilige Aufgabe hin zu optimieren. Weiterhin erfolgt eine gewisse zeitliche und örtliche Absorber structure flows along, is the ability to optimize the implementation of solar radiation into sensible heat on the one hand and the transmission of heat in the heat transfer fluid serving surfaces uncompromisingly to the respective task. Furthermore, there is a certain temporal and local
Vergleichmäßigung des Wärmeflusses durch die Equalization of the heat flow through the
wärmeleitende Struktur hindurch auf dem Weg von der der Umsetzung der Solarstrahlung in fühlbare Wärme thermally conductive structure on the way from the implementation of solar radiation in sensible heat
dienenden Oberfläche zur der Übertragung der Wärme in das Wärmeträgerfluid dienenden Oberfläche. serving surface for the transmission of heat in the heat transfer fluid serving surface.
Bei dieser Weiterbildung der Erfindung umfasst die Absorberstruktur bevorzugt eine dreidimensional In this development of the invention, the absorber structure preferably comprises a three-dimensional
geformte, Erhebungen und Vertiefungen aufweisende formed, surveys and depressions
Absorberplatte, welche auf einer ihrer Hauptflächen der Solarstrahlung und an ihrer anderen Hauptfläche dem Wärmeträgerfluid ausgesetzt ist. Gemäß ihrer Funktion besteht die Absorberplatte bevorzugt ganz oder Absorber plate, which is exposed on one of its main surfaces of the solar radiation and on its other major surface of the heat transfer fluid. According to their function, the absorber plate is preferably complete or
überwiegend aus einem Material mit hoher mainly made of a material with high
Wärmeleitfähigkeit. Zur Optimierung ihrer Funktion kann die der Solarstrahlung ausgesetzte Oberfläche eine Beschichtung oder sonstige Oberflächenveredelung aufweisen. In entsprechender Weise kann die Thermal conductivity. To optimize their function, the surface exposed to the solar radiation may have a coating or other surface refinement. In a similar way, the
Absorberplatte aus einem Mehrschicht -Verbundmaterial bestehen. Die Kammer ist bei dieser Weiterbildung bevorzugt durch die Absorberplatte und ein Rückenplattengebilde Absorber plate consist of a multi-layer composite material. The chamber is preferred in this development by the absorber plate and a back plate structure
begrenzt, wobei die Absorberplatte und das limited, wherein the absorber plate and the
Rückenplattengebilde typischerweise besonders bevorzugt über einen überwiegenden Flächenanteil einen im Back plate structure typically more preferably over a predominant area proportion in the
Wesentlichen konstanten Abstand zueinander einhalten, wobei allerdings auch eine gezielte Modifikation des Abstandes die Absorberplatte und ein Rückenplattengebilde zueinander in betracht kommt, um über eine entsprechende Veränderung des Strömungsquerschnitts für das Wärmeträgerfluid die Strömungsgeschwindigkeit zu beeinflussen. Dies lässt sich durch die Kammer Maintain substantially constant distance from each other, but also a targeted modification of the distance the absorber plate and a back plate structure to each other comes into consideration to influence the flow velocity via a corresponding change in the flow cross section for the heat transfer fluid. This can be done through the chamber
durchsetzende, die Absorberplatte und das Rückenplattengebilde miteinander verbindende Abstandshalter sicherstellen, welche bei druckbeaufschlagtem ensure interspersed, the absorber plate and the back plate structure interconnecting spacers, which in pressurized
Wärmeträgerfluid eine Zugbeanspruchung aufnehmen. Heat transfer fluid absorb a tensile stress.
Weiterhin können - im Hinblick auf die weiter oben bereits hervorgehobene Optimierung der Übertragung von Wärme in das die Kammer durchströmende Wärmeträgerfluid - in der Kammer mit der Absorberplatte verbundene Furthermore, in view of the already highlighted above optimization of the transfer of heat into the heat transfer fluid flowing through the chamber - in the chamber connected to the absorber plate
Wärmeübertragungselemente angeordnet sein, wie Heat transfer elements may be arranged, such as
beispielsweise Rippen, Stifte, Platten oder For example, ribs, pins, plates or
dergleichen. Diese Wärmeübertragungselemente können, soweit sie sich von der Absorberplatte bis zum like. These heat transfer elements, as far as they are from the absorber plate to the
Rückenplattengebilde erstrecken und auch mit dem Back plate structures extend and also with the
Rückenplattengebilde fest verbunden sind, ergänzend auch die Funktion der vorstehend erläuterten Back plate structures are firmly connected, in addition, the function of the above-explained
Abstandshalter wahrnehmen. Eine Optimierung der Receiveranordnung hinsichtlich ihrer Effizienz unter wechselnden Einstrahlungs- bedingungen lässt sich, gemäß einer wiederum anderen Weiterbildung der Erfindung, dadurch erreichen, dass die Receivermodule wärmeträgerfluidseitig miteinander strömungstechnisch mittels einer Verrohrung vernetzt sind, welche Receivermodule untereinander verbindende Rohrabschnitte und in diese integrierte schaltbare Ventileinrichtungen aufweist. Mittels der schaltbaren Ventileinrichtungen lässt sich bedarfsabhängig auf die individuelle strömungstechnische Verschaltung der einzelnen Receivermodule untereinander Einfluss nehmen, insbesondere indem einzelne Receivermodule und/oder Receivermodulpakete wahlweise von einer Verschaltung in Paralleldurchströmungsbetrieb in eine Verschaltung in Reihendurchströmungsbetrieb und umgekehrt umgeschaltet werden. Perceive spacers. An optimization of the receiver arrangement in terms of their efficiency under changing irradiation conditions can, according to yet another embodiment of the invention, achieve that the receiver modules heat transfer fluid side are networked together by means of a piping, which receiver modules interconnecting pipe sections and integrated therein switchable valve devices , By means of the switchable valve devices can be demand-dependent influence on the individual fluidic interconnection of the individual receiver modules with each other, in particular by individual receiver modules and / or receiver module packages are selectively switched from a connection in parallel flow mode in a circuit in series flow mode and vice versa.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawing. It shows
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Turm- Solarkraftwerks , 1 shows the basic structure of a tower solar power plant,
Fig. 2 schräg von oben schematisch die bei dem Turm- Solarkraftwerks gemäß Fig. 1 eingesetzte, erfindungsgemäß ausgeführte Fig. 2 obliquely from above schematically used in the tower solar power plant of FIG. 1, according to the invention executed
Receiveranordnung, Receiver arrangement
Fig. 3 die Receiveranordnung nach Fig. 2 in 3 shows the receiver arrangement according to FIG. 2 in FIG
schematischer Ansicht schräg von unten. schematic view diagonally from below.
Weiterhin veranschaulicht Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines im Further illustrated Fig. 4 shows a first embodiment of an im
Rahmen der Erfindung einsetzbaren Can be used within the scope of the invention
Receivermoduls , Receiver module,
Fig. 4a schematisch relevante geometrische Fig. 4a schematically relevant geometric
Zusammenhänge der Absorberstruktur des Correlations of the absorber structure of the
Receivermoduls nach Fig. 4 und Receiver module according to Fig. 4 and
Fig. 5 die Absorberanordnung eines zweiten Fig. 5, the absorber arrangement of a second
Ausführungsbeispiels für ein im Rahmen der Erfindung einsetzbares Receivermodul . Exemplary embodiment of a receiver module which can be used within the scope of the invention.
Wie dies in Fig. 1 schematisch gezeigt ist, umfassen Turm-Solarkraftwerke typischerweise eine As shown schematically in Fig. 1, tower solar power plants typically include a
Spiegelanordnung 1 mit einer Vielzahl von Spiegeln 2 und einen Turm 3, der einen Mast 4 und eine an diesem angeordnete Receiveranordnung 5 aufweist. Die Spiegel 2 (Heliostaten) sind beweg- und mittels Antrieben Mirror arrangement 1 with a plurality of mirrors 2 and a tower 3, which has a mast 4 and a receiver arrangement 5 arranged thereon. The mirrors 2 (heliostats) are moving and by means of drives
dergestalt verstellbar, dass sie auf sie auftreffendes Sonnenlicht ständig auf die Receiveranordnung 5 adjustable in such a way that it continuously impinging sunlight on the receiver assembly. 5
reflektieren. Die Receiveranordnung 5 weist einen reflect. The receiver assembly 5 has a
Hohlraum, d.h. eine avität, mit einer nach unten weisenden Strahlungseintrittsöffnung auf (s.u.), durch welche hindurch die von den Heliostaten 2 reflektierte Solarstrahlung S in die Kavität eintritt, wo sie auf Absorberflächen auftrifft und in fühlbare Wärme Cavity, i. an avidity, with a downwardly facing radiation entrance opening (see above), through which the solar radiation S reflected by the heliostat 2 enters the cavity, where it impinges on absorber surfaces and into sensible heat
umgesetzt wird. is implemented.
Der Mast 4 dient nicht nur dazu, die Receiveranordnung 5 in einer bestimmten Position über der Spiegelanordnung 1 (Heliostatenfeld) zu halten; in ihm The mast 4 serves not only to hold the receiver assembly 5 in a certain position above the mirror assembly 1 (heliostat field); in him
verläuft insbesondere auch mindestens eine Leitung für ein Wärmeträgerfluid, mittels dessen in der in particular also runs at least one line for a heat transfer fluid, by means of which in the
Receiveranordnung 5 generierte Wärme zu einer (nicht dargestellten) technischen Wärmesenke abgeführt wird, in der die Wärme beispielsweise zur Stromerzeugung genutzt wird. Receiver assembly 5 generated heat is dissipated to a (not shown) technical heat sink, in which the heat is used, for example, to generate electricity.
Wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, umfasst die Receiveranordnung 5 eine an dem Mast 4 befestigte As shown in FIGS. 2 and 3, the receiver assembly 5 includes a fixed to the mast 4
Tragstruktur 6. Diese ist vorliegend als Außenhülle 7 ausgeführt und umfasst vier Seitenwände 8 und eine Deckwand 9. An der Tragstruktur 6 ist eine Vielzahl von einzelnen Receivermodulen 10 dergestalt angebracht, dass eine Abfolge von einzelnen einander benachbart angeordneten Receivermodulen 10 die Kavität 11 Support structure 6. This is embodied here as an outer shell 7 and comprises four side walls 8 and a top wall 9. A plurality of individual receiver modules 10 are attached to the support structure 6 in such a way that a sequence of individual receiver modules 10 arranged adjacent to each other surrounds the cavity 11
begrenzt. Die Receivermodule 10 kleiden dabei die limited. The receiver modules 10 dress while the
Tragstruktur 6 gewissermaßen innen aus und umgeben bzw. umschließen dabei - mit Ausnahme der Strahlungseintrittsöffnung 12 - die Kavität 11 weitgehend Supporting structure 6 to a certain extent inside and surround or enclose the cavity 11 - with the exception of the radiation inlet opening 12
lückenlos . Nach der Schemazeichnung der Figuren 2 und 3 sind aus Gründen der Darstellung an jeder Seitenwand 8 der Tragstruktur 6 sowie deren Deckwand 9 angebracht beispielhaft nur acht Receivermodule 10 gezeigt. In der praktischen Ausführung wird die Anzahl der completely. According to the schematic drawing of Figures 2 and 3, for reasons of illustration on each side wall 8 of the support structure 6 and the top wall 9 mounted example, only eight receiver modules 10 are shown. In practical implementation, the number of
Receivermodule 10 typischerweise um ein Vielfaches größer sein. Receiver modules 10 typically be greater by a multiple.
Die einzelnen Receivermodule 10 sind übereinstimmend aufgebaut. Sie haben eine etwa quaderförmige längliche Grundform und weisen jeweils eine der Strahlungs- eintrittsöffnung 12 der Kavität 11 zugewandte, d.h. der von den Heliostaten 2 reflektierten konzentrierten Solarstrahlung ausgesetzte Absorberstruktur 13 sowie eine von einem Wärmeträgerfluid durchströmbare Kammer 14 auf. Das Wärmeträgerfluid durchströmt dabei die Kammer 14 jeweils von einem Eintritt 15 zu einem The individual receiver modules 10 are constructed in the same way. They have an approximately cuboid elongated basic shape and each have one of the radiation inlet opening 12 of the cavity 11 facing, ie the Absorber structure 13, which is exposed to concentrated solar radiation and reflected by the heliostat 2, and a chamber 14 through which a heat transfer fluid can flow. The heat transfer fluid flows through the chamber 14 in each case from an inlet 15 to a
Austritt 16 mit einer vorherrschenden Strömungsrichtung W, welche quer zur Bestrahlungsrichtung B der Outlet 16 with a prevailing flow direction W, which transverse to the direction of irradiation B of
jeweiligen Absorberstruktur orientiert ist. respective absorber structure is oriented.
Die Receivermodule 10 sind wärmeträgerfluidseitig miteinander strömungstechnisch mittels einer Verrohrung 17 vernetzt. Diese weist Receivermodule 10 The receiver modules 10 are heat transfer fluid side networked together by means of a fluid conduit 17. This has receiver modules 10
untereinander verbindende Rohrabschnitte 18 auf, namentlich Rohrbögen 19 zur Reihenkopplung zweier interconnecting pipe sections 18, namely pipe bends 19 for the series coupling of two
Receivermodule 10 und Verbindungsstücke 20 teilweise mit integrierten schaltbaren Ventileinrichtungen 21. Mittels letzterer lassen sich die Receivermodule 10 bedarfsabhängig unterschiedlich miteinander Receivermodule 10 and connectors 20 partially with integrated switchable valve devices 21. By means of the latter, the receiver modules 10 can be different depending on demand
strömungstechnisch verschalten. fluidically interconnect.
Fig. 4 veranschaulicht eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbare Receivermodul-Ausführungsform, wie sie sich mit besonderem Vorteil insbesondere eignet für Solarkraftwerke mit unter Druck stehender Luft als Wärmeträgerfluid. Das gezeigte Receivermodul 10 hat wiederum eine quaderförmige längliche Grundform mit einem Boden 22, zwei Seitenwänden 23 und zwei FIG. 4 illustrates a receiver module embodiment which can be used within the scope of the present invention, as it is particularly suitable in particular for solar power plants with pressurized air as the heat transfer fluid. The receiver module 10 shown again has a cuboid elongated basic shape with a bottom 22, two side walls 23 and two
Stirnwänden 24. Gegenüber dem Boden 22, d.h. auf seiner der Strahlungseintrittsöffnung 12 der Kavität 11 zugewandten Seite weist das Receivermodul 10 eine an den Seitenwänden 23 und den Stirnwänden 24 dicht angeschlossene, nach innen gewölbte Scheibe 25 auf. Diese begrenzt gemeinsam mit dem Boden 22, den End walls 24. Opposite the bottom 22, that is, on its the radiation inlet opening 12 of the cavity 11 side facing the receiver module 10 a the side walls 23 and the end walls 24 tightly connected, inwardly curved disc 25. This limits together with the bottom 22, the
Seitenwänden 23 und den Stirnwänden 24 des Side walls 23 and the end walls 24 of the
Receivermoduls 10 dessen von Wärmeträgerfluid Receiver module 10 of heat transfer fluid
durchströmbare Kammer 14. In den Stirnwänden 24 des Receivermoduls 10 sind der Eintritt 15 und (gegenüber) der Austritt 16 für das die Kammer durchströmende durchströmbare chamber 14. In the end walls 24 of the receiver module 10, the inlet 15 and (opposite) the outlet 16 for the chamber flowing through
Wärmeträgerfluid angeordnet. Die größte Erstreckung des Receivermoduls 10 ist längs der vorherrschenden Heat transfer fluid arranged. The largest extension of the receiver module 10 is along the prevailing
Strömungsrichtung des Wärmeträgerfluids durch die Flow direction of the heat transfer fluid through the
Kammer 14 des Receivermoduls 10 (vgl. die Chamber 14 of the receiver module 10 (see
HauptStrömungsrichtung W des Wärmeträgerfluids) Main flow direction W of the heat transfer fluid)
orientiert . oriented.
Bei dem Receivermodul nach Fig. 4 befindet sich die der Solarstrahlung S ausgesetzte Oberfläche 26 der In the receiver module according to FIG. 4, the surface 28 of the solar radiation S is located
Absorberstruktur 27, an welcher die solare Strahlung S in fühlbare Wärme umgesetzt wird, in der Kammer 14. Die Absorberstruktur 27 weist eine Mehrzahl von in der Kammer 14 angeordneten, zueinander beabstandeten, von Wärmeträgerfluid umströmbaren Absorberelementen 28 auf. Diese sind ausgeführt als Zapfen 29, welche in Richtung auf die Strahlungseintrittsöffnung von dem Boden 22 des Receivermoduls, welcher die Basis 30 der Absorberstruktur 27 bildet, vorstehen. Die Form der Zapfen 29 erinnert an einen flachgedrückten Kegelstumpf. Absorber structure 27, at which the solar radiation S is converted into sensible heat, in the chamber 14. The absorber structure 27 has a plurality of arranged in the chamber 14, spaced from each other, can be flowed around by heat transfer fluid absorber elements 28. These are designed as pins 29, which project in the direction of the radiation inlet opening from the bottom 22 of the receiver module, which forms the base 30 of the absorber structure 27. The shape of the pin 29 is reminiscent of a flattened truncated cone.
Insbesondere verjüngt sich der Querschnitt der Zapfen 29 von der Basis 30 in Richtung auf die Strahlungseintrittsöffnung 12 der Kavität 11; und die Zapfen 29 haben einen unrunden Querschnitt dergestalt, dass ihre Erstreckung quer zur Hauptströmungsrichtung W des In particular, the cross section of the pins 29 tapers from the base 30 in the direction of the radiation inlet opening 12 of the cavity 11; and the pins 29 have a non-circular cross-section such that their extension transversely to the main flow direction W of
Wärmetragerfluids größer ist in Hauptströmungsrichtung. Die Hauptströmungsrichtung W des Wärmeträgerfluids ist dabei ihrerseits quer zu einem auf der Mittelebene M der Absorberstruktur 27 senkrecht stehenden Heat transfer fluid is greater in the main flow direction. The main flow direction W of the heat transfer fluid is in turn transverse to a perpendicular to the center plane M of the absorber structure 27
Normalenvektor N orientiert (vgl. Fig. 4a), womit die HauptStrömungsrichtung W des Wärmeträgerfluids Normal vector N oriented (see Fig. 4a), whereby the main flow direction W of the heat transfer fluid
weiterhin auch quer zur Hauptbestrahlungsrichtung B orientiert ist. furthermore oriented transversely to the main irradiation direction B.
Innerhalb der Kammer 14 zwischen der Absorberstruktur 27 und der Scheibe 25 ist ein Hitzeschild 31 Within the chamber 14 between the absorber structure 27 and the disc 25 is a heat shield 31st
angeordnet. Dieser erstreckt sich zwischen den arranged. This extends between the
Seitenwänden 23 und den Stirnwänden 24 des Side walls 23 and the end walls 24 of the
Receivermoduls 10. Er ist mechanisch nicht belastet, indem die als Wärmeträgerfluid eingesetzte Receivermoduls 10. He is mechanically not burdened by the used as heat transfer fluid
druckbeaufschlagte Luft auf beiden Seiten des Pressurized air on both sides of the
Hitzeschirmes 31 entlang strömt. Heat screen 31 flows along.
Fig. 5 veranschaulicht eine einer signifikant anderen Konzeption entsprechenden Absorberstruktur 27, wie sie ebenfalls bei Receivermodulen 10, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, zum Einsatz kommen kann. Die Absorberstruktur 27 umfasst eine Zickzack- förmig gefaltete, Erhebungen 32 und Vertiefungen 33 aufweisende Absorberplatte 34. Diese ist auf ihrer der Strahlungseintrittsöffnung 12 der Kavität 11 zugewandten ersten Hauptfläche 35 der Solarstrahlung S und an ihrer anderen Hauptfläche 36 dem Wärmetragerfluid ausgesetzt ist. Hierzu ist die Kammer 14, welche das Warmeträgerfluid durchströmt, einerseits von der Absorberplatte 34 und andererseits von einem Rückenplattengebilde 37 begrenzt, welches einen im Wesentlichen konstanten Abstand zu der Absorberplatte 34 einhält. In der Kammer sind mit der Absorberplatte 34 wärmeleitend verbundene Wärmeübertragungselemente 38 in Form von Rippen 39 angeordnet, die - zu Zwecken der Aussteifung - auch mit dem Rückenplattengebilde 37 fest verbunden sind. Die Rippen 39 können - durch geeignete Gestaltung - auch zur Erzeugung gezielter Turbulenzen innerhalb des die Kammer 14 durchströmenden FIG. 5 illustrates an absorber structure 27 which corresponds to a significantly different conception, as can also be used with receiver modules 10, as used in the context of the present invention. The absorber structure 27 comprises a zigzag-shaped, elevations 32 and depressions 33 having absorber plate 34. This is on its the radiation inlet opening 12 of the cavity 11 facing first main surface 35 of the solar radiation S and at its other major surface 36 the Heat transfer fluid is exposed. For this purpose, the chamber 14, which flows through the heat carrier fluid, bounded on the one hand by the absorber plate 34 and on the other hand by a back plate structure 37, which maintains a substantially constant distance to the absorber plate 34. In the chamber 34 heat-conducting connected heat transfer elements 38 are arranged in the form of ribs 39 with the absorber plate, which - are firmly connected - for purposes of stiffening - with the back plate structure 37. The ribs 39 can - by suitable design - also for generating targeted turbulence within the chamber 14 flowing through
Warmeträgerfluids eingesetzt werden, was sowohl die Wärmeübertragung begünstigt als auch zu einer homogenen Temperatur des Wärmetragerfluids beiträgt. Heat carrier fluids are used, which promotes both the heat transfer and contributes to a homogeneous temperature of the heat transfer fluid.
Anders als bei dem zuvor (im Zusammenhang mit Fig. 4) beschriebenen Ausführungsbeispiel befindet sich somit bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die der Unlike the embodiment previously described (in connection with FIG. 4), the embodiment of FIG
Solarstrahlung S ausgesetzte Oberfläche 26 der Solar radiation S exposed surface 26 of the
Absorberstruktur 27 außerhalb der Kammer 14 des Absorber structure 27 outside the chamber 14 of the
betreffenden Receivermoduls . Übereinstimmend erfolgt aber auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine relevant receiver module. Coincidentally, but also in this embodiment, a
Durchströmung der Kammer durch das Wärmeträgerfluid mit einer vorherrschenden Strömungsrichtung W, welche quer zur Bestrahlungsrichtung B der Absorberstruktur 27 orientiert ist. Allerdings ist wie bei dem Flow through the chamber by the heat transfer fluid with a prevailing flow direction W, which is oriented transversely to the irradiation direction B of the absorber structure 27. However, like that
Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 4a die Embodiment of FIGS. 4 and 4a the
Hauptströmungsrichtung W des Wärmeträgerfluids wiederum quer zu einem auf der Mittelebene M der Absorberstruktur senkrecht stehenden Normalenvektor N orientiert, womit die Hauptströmungsrichtung des Wärmeträgerfluids weiterhin wiederum auch quer zur Hauptbestrahlungsrichtung B orientiert ist. Main flow direction W of the heat transfer fluid again transverse to one on the median plane M of Absorber structure oriented perpendicular normal vector N, whereby the main flow direction of the heat transfer fluid is also in turn oriented transversely to the main irradiation direction B.
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