DE102014222783B3

DE102014222783B3 - Receiver for solar energy generation

Info

Publication number: DE102014222783B3
Application number: DE102014222783.6A
Authority: DE
Inventors: Dennis Thomey; Stefan Breuer; Martin Roeb; Christian Brosig
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-11-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Receiver (1) für Solarenergiegewinnungsanlagen (100) zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums, zur Überhitzung eines Wärmeträgermediumdampfs oder zur Direktverdampfung des Wärmeträgermediums mittels konzentrierter Solarstrahlung, mit einem Hohlraum (3) mit einer Eintrittsöffnung (5), durch die konzentrierte Solarstrahlung in den Hohlraum (3) einleitbar ist und mit einem eine Vielzahl von Rohrleitungen (11) für das Wärmeträgermedium. Die Rohrleitungen (11) sind mit einem Mittelabschnitt (11b) entlang Seitenwänden des Hohlraums (3) angeordnet. Ein erster Endabschnitt (11a) der Rohrleitungen (11) ist an der Eintrittsöffnung (5) des Hohlraums nach außen gebogen und mündet in einen gemeinsamen Sammler (13).The present invention relates to a receiver (1) for solar energy production plants (100) for heating a heat transfer medium, for superheating a heat transfer medium vapor or for direct evaporation of the heat transfer medium by means of concentrated solar radiation, with a cavity (3) having an inlet opening (5), by the concentrated solar radiation in the cavity (3) can be introduced and with a plurality of pipes (11) for the heat transfer medium. The pipes (11) are arranged with a central portion (11b) along side walls of the cavity (3). A first end portion (11a) of the pipes (11) is bent outwardly at the inlet opening (5) of the cavity and opens into a common collector (13).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Receiver für Solarenergiegewinnungsanlagen, in dem ein Wärmeträgermediumdampf überhitzt werden kann oder in dem ein Wärmeträgermedium direkt verdampft werden kann.The present invention relates to a receiver for solar energy plants, in which a heat transfer medium vapor can be overheated or in which a heat transfer medium can be directly evaporated.

Eine Vielzahl von Solarenergiegewinnungsanlagen ist bekannt, bei denen mittels Spiegel Solarstrahlung auf einen Wärmetauscher, den sogenannten Receiver, konzentriert wird.A variety of solar energy recovery systems is known in which by means of mirror solar radiation is concentrated on a heat exchanger, the so-called receiver.

Bei Solarturmkraftwerken wird die Solarstrahlung mittels nachgeführter Einzelspiegel, der Heliostate, auf einen sich auf einem Turm befindlichen Receiver gelenkt.In solar tower power plants, the solar radiation is guided by means of tracked individual mirrors, the heliostats, on a receiver located on a tower.

Bei Solarturmkraftwerken werden unterschiedliche Arten von Wärmeträgermedien verwendet, um die Wärmenergie von der Spitze des Turms zu einer weiteren Nutzung zu transportieren. Als Wärmeträgermedium werden beispielsweise Wasserdampf, Luft, Flüssigkeitsmischungen oder auch schüttfähige Festkörper verwendet.In solar tower power plants, different types of heat transfer media are used to transport the heat energy from the top of the tower to further use. As heat transfer medium, for example water vapor, air, liquid mixtures or bulk solids are used.

Ferner existieren erste Anlagen, bei denen in dem Receiver eine Direktverdampfung des Wärmeträgermediums erfolgt.Furthermore, there are first systems in which a direct evaporation of the heat transfer medium takes place in the receiver.

Bei sogenannten Hohlraumreceivern, die auch als Cavity-Receiver bezeichnet werden, wird ein Hohlraum mit einer Eintrittsöffnung gebildet, durch die die konzentrierte Solarstrahlung in den Hohlraum einleitbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der Hohlraum als eine Art Falle für die Solarstrahlung wirkt und von Innenflächen des Hohlraums reflektierte Solarstrahlung in dem Hohlraum verbleibt und zur Erwärmung des Wärmeträgermediums genutzt werden kann.In so-called cavity receivers, which are also referred to as cavity receivers, a cavity is formed with an inlet opening, through which the concentrated solar radiation can be introduced into the cavity. This has the advantage that the cavity acts as a kind of trap for the solar radiation and solar radiation reflected from inner surfaces of the cavity remains in the cavity and can be used to heat the heat transfer medium.

Das Wärmeträgermedium wird bei derartigen Receivern zumeist mittels Rohrleitungen dem Hohlraum zugeführt und dort erwärmt. DE 29 37 529 A1 offenbart einen derartigen Receiver, bei dem um die Eintrittsöffnung des Hohlraums ein Wärmetauscher angeordnet ist.The heat transfer medium is supplied in such receivers mostly by means of pipes to the cavity and heated there. DE 29 37 529 A1 discloses such a receiver, in which a heat exchanger is arranged around the inlet opening of the cavity.

Derartige Receiver können beispielsweise für die Direktverdampfung des Wärmeträgermediums eingesetzt werden. Alternativ kann auch Wärmeträgermediumdampf dem Receiver zugeführt werden, wobei der Dampf in dem Receiver überhitzt wird oder eine Flüssigkeit als Wärmeträgermedium erwärmt wird.Such receivers can be used, for example, for the direct evaporation of the heat transfer medium. Alternatively, heat transfer medium vapor can also be supplied to the receiver, wherein the steam in the receiver is overheated or a liquid is heated as the heat transfer medium.

Grundsätzlich besteht bei derartigen Receivern das Problem von Wärmedehnung. Die konzentrierte Solarstrahlung kann in lokalen Bereichen Temperaturen von über 1000°C erzeugen. Durch Wolken kann die Energiezufuhr durch die Solarstrahlung abrupt unterbrochen werden. Das Wärmeträgermedium kühlt dann die Rohrleitungen schnell ab. Dadurch können große Wärmespannungen oder Verformungen in den Rohrleitungen entstehen. Die Verformung der Receiverrohrleitungen führt dann zu einer inhomogenen Strahlungsverteilung, die lokale Überhitzung und somit Beschädigungen verursacht.Basically, there is the problem of thermal expansion in such receivers. The concentrated solar radiation can generate temperatures of over 1000 ° C in local areas. Through clouds, the energy supply can be abruptly interrupted by the solar radiation. The heat transfer medium then cools the pipes quickly. This can result in large thermal stresses or deformations in the pipes. The deformation of the receiver pipes then leads to an inhomogeneous radiation distribution, which causes local overheating and thus damage.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Receiver für Solarenergiegewinnungsanlagen zu schaffen, der eine verbesserte Rohrleitungsführung aufweist.It is therefore the object of the present invention to provide a receiver for solar energy plants, which has an improved piping.

Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.The invention is defined by the features of claim 1.

Der erfindungsgemäße Receiver für Solarenergiegewinnungsanlagen zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums, zur Überhitzung eines Wärmeträgermediumdampfs oder zur Direktverdampfung des Wärmeträgermediums mittels konzentrierter Solarstrahlung weist einen Hohlraum mit einer Eintrittsöffnung auf, durch die die konzentrierte Solarstrahlung in den Hohlraum einleitbar ist. Der Receiver weist eine Vielzahl von Rohrleitungen für das Wärmeträgermedium auf. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen mit einem Mittelabschnitt entlang Seitenwänden des Hohlraums angeordnet sind, wobei jeweils ein erster Endabschnitt der Rohrleitungen an den Eintrittsöffnungen des Hohlraums nach außen gebogen ist und in einen gemeinsamen Sammler mündet. Die Rohrleitungen sind somit in dem Hohlraum angeordnet und können von der konzentrierten Solarstrahlung direkt bestrahlt werden.The receiver according to the invention for solar energy recovery systems for heating a heat transfer medium, for superheating a heat transfer medium vapor or direct evaporation of the heat transfer medium by means of concentrated solar radiation has a cavity with an inlet through which the concentrated solar radiation can be introduced into the cavity. The receiver has a plurality of pipes for the heat transfer medium. The invention is characterized in that the pipes are arranged with a central portion along side walls of the cavity, wherein in each case a first end portion of the pipes is bent at the inlet openings of the cavity to the outside and opens into a common collector. The pipes are thus arranged in the cavity and can be directly irradiated by the concentrated solar radiation.

Dadurch, dass die Rohrleitungen an der Eintrittsöffnung des Hohlraums nach außen gebogen sind, wird erreicht, dass die Rohrleitungen bis zu der Eintrittsöffnung geführt werden können und somit in dem Bereich, wo die stärkste Solarstrahlung auftritt. Dadurch, dass die Rohrleitungen nach außen gebogen sind, wird ferner erreicht, dass der Anschlussbereich an dem Sammler entfernt von dem stark bestrahlten Bereich an der Eintrittsöffnung angeordnet werden kann. Ferner wird erreicht, dass das Wärmeträgermedium, kurz bevor es in dem gemeinsamen Sammler zusammengeführt wird, den eintrittsöffnungsnahen Bereich des Hohlraums passiert, an dem der höchste Eintrag an Solarstrahlung und somit der höchste Eintrag an Wärmeenergie besteht. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Direktverdampfung des Wärmeträgermediums bzw. eine besonders vorteilhafte Überhitzung des Wärmeträgermediumdampfs möglich. Durch die Führung der Rohrleitungen kann somit erreicht werden, dass das Wärmeträgermedium in einem von der Eintrittsöffnung entfernten Bereich des Hohlraums, in dem der geringste Solarstrahlungseintrag ist, auch die niedrigste Temperatur aufweist und in Richtung der Eintrittsöffnung zunehmend durch den stärkeren Eintrag von Solarstrahlung erwärmt werden kann.The fact that the pipes are bent at the inlet opening of the cavity to the outside, it is achieved that the pipes can be led to the inlet opening and thus in the area where the strongest solar radiation occurs. By virtue of the fact that the pipes are bent outward, it is further achieved that the connection region on the collector can be arranged away from the heavily irradiated region at the inlet opening. Furthermore, it is achieved that the heat transfer medium, just before it is merged into the common collector, passes the region of the cavity near the inlet opening, where the highest entry of solar radiation and thus the highest entry of heat energy exists. As a result, a particularly advantageous direct evaporation of the heat transfer medium or a particularly advantageous overheating of the heat transfer medium vapor is possible. By guiding the pipelines can thus be achieved that the heat transfer medium in a remote from the inlet opening region of the cavity in which the lowest solar radiation entry is also the lowest temperature and in the direction of the inlet opening increasingly heated by the stronger entry of solar radiation.

Ferner kann durch die erfindungsgemäße Führung der Rohrleitungen und insbesondere die Anordnung des Sammlers beabstandet von der Eintrittsöffnung Wärmespannung vermieden werden.Furthermore, by the inventive guide the pipes and in particular the arrangement of the collector spaced from the inlet opening thermal stress can be avoided.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Sammler ringförmig ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass die beispielsweise ringförmig entlang der Seitenwände des Hohlraums angeordneten Rohrleitungen in vorteilhafter Weise an den Sammler angeschlossen werden können. Ferner kann der Sammler außerhalb des Hohlraums und der Rohrleitungen angeordnet werden, indem sich der Hohlraum mit den Rohrleitungen durch eine zentrale Mittelöffnung des Sammlers erstreckt. Somit ist auch eine Anordnung des Sammlers in einem axialen Abstand des Hohlraums zu der Eintrittsöffnung möglich, wodurch eine direkte Bestrahlung des Sammlers und somit eine unzulässige Überhitzung des Sammlers verhindert werden kann.It is preferably provided that the collector is annular. As a result, it is achieved that the pipelines arranged, for example, annularly along the side walls of the cavity can advantageously be connected to the collector. Furthermore, the collector may be disposed outside the cavity and the piping by extending the cavity with the piping through a central central opening of the collector. Thus, an arrangement of the collector in an axial distance of the cavity to the inlet opening is possible, whereby a direct irradiation of the collector and thus an inadmissible overheating of the collector can be prevented.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Rohrleitungen mit dem ersten Endabschnitt an dem Sammler fixiert sind, wobei der Sammler die Rohrleitungen trägt. Mit anderen Worten: Die Rohrleitungen weisen an dem Sammler eine Festlagerung auf. Der Sammler besitzt somit die zusätzliche Aufgabe, die Rohrleitungen zu haltern.It is preferably provided that the pipes are fixed to the first end portion of the collector, wherein the collector carries the pipes. In other words, the pipelines have a fixed bearing on the collector. The collector thus has the additional task of supporting the pipelines.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Rohrleitungen an einem zweiten Endabschnitt mittels einer Halterung gehaltert werden, wobei zwischen der Halterung und den Rohrleitungen eine Loslagerung gebildet ist. Die Halterung hält die Rohrleitungen somit im Wesentlichen in Position, aufgrund der Loslagerung werden jedoch Wärmedehnungen ermöglicht, ohne dass es zu Spannungen in den Rohrleitungen kommen kann oder ohne dass die Rohrleitungen sich verformen. Die Loslagerung kann beispielsweise durch eine Gleitlagerung gebildet sein.It can further be provided that the pipes are held at a second end portion by means of a holder, wherein between the holder and the pipes a loose bearing is formed. The holder thus holds the pipelines substantially in position, but due to the loose bearing, thermal expansions are made possible without causing stress in the pipelines or without deforming the pipelines. The floating bearing can be formed for example by a sliding bearing.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist somit vorgesehen, dass die Rohrleitungen eine Festlagerung an dem Sammler und eine Loslagerung an der Halterung aufweisen. Somit kann die Wärmeausdehnung in vorteilhafter Weise kompensiert werden, wobei gleichzeitig ein kostengünstiger Aufbau des Receivers gewährleistet ist.In a particularly preferred embodiment of the invention is thus provided that the pipes have a fixed bearing on the collector and a floating bearing on the holder. Thus, the thermal expansion can be compensated in an advantageous manner, at the same time a cost-effective design of the receiver is ensured.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohrleitungen an dem ersten Endabschnitt um einen Winkel von mindestens 100° gebogen sind. Vorzugsweise werden die Rohrleitungen um 180° gebogen. Dadurch kann der Sammler in vorteilhafter Weise mit einem Abstand zu der Eintrittsöffnung angeordnet werden und somit von einer übermäßigen Einstrahlung von der konzentrierten Solarstrahlung geschützt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Rohrleitungen eine zentrale Mittelöffnung des Sammlers durchdringen. Mit anderen Worten: Der Sammler ist um den Hohlraum und die Rohrleitungen herum angeordnet.In one embodiment of the invention it is provided that the pipes are bent at the first end portion by an angle of at least 100 °. Preferably, the pipes are bent by 180 °. Thereby, the collector can be arranged in an advantageous manner with a distance to the inlet opening and thus be protected from excessive irradiation of the concentrated solar radiation. It can be provided that the pipes penetrate a central central opening of the collector. In other words, the collector is arranged around the cavity and piping.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an dem von dem Sammler abgewandten Ende der Rohrleitungen jeweils flexible Schläuche angeschlossen sind. Diese können aus einem flexiblen Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen. Durch die flexiblen Schläuche kann die Wärmeausdehnung der Rohrleitungen in vorteilhafter Weise aufgenommen werden, ohne dass die Zuleitungen zu den Rohrleitungen, die durch die flexiblen Schläuche gebildet sind, aufgrund der in Abhängigkeit von der Solarstrahlung unterschiedlichen Wärmedehnungen der Rohrleitungen beschädigt werden.Preferably, it is provided that in each case flexible hoses are connected to the end remote from the collector of the pipes. These may consist of a flexible plastic, for example polytetrafluoroethylene (PTFE). Due to the flexible hoses, the thermal expansion of the pipes can be accommodated in an advantageous manner, without the supply lines to the pipes formed by the flexible hoses are damaged due to the different thermal expansions of the pipes depending on the solar radiation.

Die Halterung kann beispielsweise ringförmig ausgebildet sein. Dadurch besteht auch die Möglichkeit, dass sich der Hohlraum bis zu der Halterung hin oder durch die Halterung hindurch erstreckt. Grundsätzlich besitzt die ringförmige Halterung den Vorteil, dass das Gewicht und der Materialaufwand gering gehalten werden.The holder may be formed, for example, annular. As a result, it is also possible for the cavity to extend as far as the holder or through the holder. Basically, the annular holder has the advantage that the weight and the cost of materials are kept low.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Mantelrohr die Rohrleitungen umgibt, wobei das Mantelrohr die Seitenwände des Hohlraums bildet. Dies hat den Vorteil, dass die Rohrleitungen auch beabstandet voneinander ausgebildet sein können, ohne dass Solarstrahlung, die zwischen den Rohrleitungen durchdringt, für die weitere Nutzung verloren geht. Das Mantelrohr kann die zwischen den Rohrleitungen durchdringende Solarstrahlung reflektieren bzw. absorbieren, so dass die Strahlung den Rohrleitungen zurückgeführt wird bzw. von dem Mantelrohr aufgenommen wird, wodurch es zu einer Erwärmung des gesamten Hohlraums kommt.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that a jacket tube surrounds the pipes, wherein the jacket tube forms the side walls of the cavity. This has the advantage that the pipes can also be spaced apart from each other, without solar radiation that penetrates between the pipes is lost for further use. The jacket tube can reflect or absorb the penetrating solar radiation between the pipes, so that the radiation is returned to the pipes or is absorbed by the jacket tube, resulting in a heating of the entire cavity.

Es kann vorgesehen sein, dass das Mantelrohr an der von der Eintrittsöffnung abgewandten Seite mittels einer Platte verschlossen ist, wobei die Rohrleitungen die Platte durchdringen. Dadurch werden Wärmeverluste an der von der Eintrittsöffnung abgewandten Seite vermieden. Ferner kann mittels der Platte Solarstrahlung, die bis an die der Eintrittsöffnung abgewandten Seite des Hohlraums gelangt, von der Platte reflektiert oder absorbiert werden. Dadurch können hinter dem Hohlraum angeordnete Teile des Receivers vor der Solarstrahlung geschützt werden. Das Mantelrohr und/oder die Platte können aus einem keramischen Material bestehen, beispielsweise Aluminiumoxid. Das keramische Material kann ein Isolationsmaterial sein, das beispielsweise vakuumgepresst ist.It can be provided that the jacket tube is closed at the side facing away from the inlet opening by means of a plate, wherein the pipes penetrate the plate. As a result, heat losses are avoided at the side facing away from the inlet opening. Furthermore, solar radiation, which reaches the side of the cavity facing away from the inlet opening, can be reflected or absorbed by the plate by means of the plate. As a result, behind the cavity arranged parts of the receiver can be protected from the solar radiation. The jacket tube and / or the plate may consist of a ceramic material, for example alumina. The ceramic material may be an insulating material that is vacuum-pressed, for example.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verteiler das Wärmeträgermedium an die Rohrleitungen verteilt, wobei der Verteiler einen kegelförmigen Raum aufweist, an dessen Verjüngung ein zentraler Einlass angeordnet ist, wobei an dem aufgeweiteten Teil des kegelförmigen Raums mehrere, in radialer Richtung des kegelförmigen Raums verlaufende Auslässe angeordnet sind. An die Auslässe können beispielsweise die flexiblen Schläuche als Zuführung zu den Rohrleitungen angeschlossen sein. Ein derartig aufgebauter Verteiler hat sich als besonders vorteilhaft für eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgermediums herausgestellt. Der kegelförmige Raum muss dabei nicht vollständig kegelförmig sein. Beispielsweise ist es möglich, dass der Abschnitt, an dem die in radialer Richtung verlaufenden Auslässe angeordnet sind, die Form eines kurzen Zylinders hat, der in den kegelförmigen Abschnitt des Raums übergeht. In one embodiment of the invention it is provided that a distributor distributes the heat transfer medium to the pipelines, wherein the distributor has a conical space, at the taper of which a central inlet is arranged, wherein on the widened part of the conical space several, in the radial direction of the conical Space extending outlets are arranged. For example, the flexible hoses may be connected to the outlets as feed to the pipelines. Such a distributor has been found to be particularly advantageous for a uniform distribution of the heat transfer medium. The conical space does not have to be completely conical. For example, it is possible that the portion on which the radially-extending outlets are arranged has the shape of a short cylinder, which merges into the conical portion of the space.

Bei dem Verteiler kann vorgesehen sein, dass der kegelförmige Raum an der der Verjüngung gegenüberliegenden Seite eine Platte aufweist, wobei das Wärmeträgermedium beim Einlassen in den Verteiler gegen die Platte prallt. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Verteilung des Wärmeträgermediums möglich, da das Wärmeträgermedium zunächst gegen die Platte prallt und dann entlang der Platte zu den Auslässen geführt wird.In the distributor it can be provided that the conical space has a plate on the side opposite the taper, wherein the heat transfer medium impinges against the plate when it is inserted into the distributor. As a result, a particularly advantageous distribution of the heat transfer medium is possible because the heat transfer medium first bounces against the plate and then guided along the plate to the outlets.

Der zuvor beschriebene Verteiler hat auch eigenständige Bedeutung und kann unabhängig von dem erfindungsgemäßen Receiver verwirklicht werden. Insbesondere kann dieser Verteiler auch mit anderen Receivern für Solarenergiegewinnungsanlagen verwendet werden und zur Verteilung eines Wärmeträgermediums dienen.The distributor described above also has independent significance and can be implemented independently of the receiver according to the invention. In particular, this distributor can also be used with other receivers for solar energy production plants and serve for the distribution of a heat transfer medium.

Der erfindungsgemäße Receiver kann zwischen 12 und 24 Rohrleitungen aufweisen. Vorzugsweise weist der Receiver 20 Rohrleitungen auf. Die ersten Endabschnitte der Rohrleitungen können in axialer Richtung des Sammlerrings an den Sammlerring angeschlossen sein. Dieser weist beispielsweise einen ringförmigen Raum auf, wobei um den Umfang drei Auslassrohre gleichmäßig verteilt sind, die in ein gemeinsames Auslassrohr münden.The receiver according to the invention can have between 12 and 24 pipelines. Preferably, the receiver has 20 pipes. The first end portions of the piping may be connected to the collector ring in the axial direction of the collector ring. This has, for example, an annular space, wherein three outlet tubes are evenly distributed around the circumference, which open into a common outlet pipe.

Die Eintrittsöffnung des Hohlraums kann beispielsweise mit einer für Solarstrahlung transparenten Abdeckung abgedeckt sein, wodurch Wärmeverluste reduziert werden können.The inlet opening of the cavity can be covered, for example, with a transparent cover for solar radiation, whereby heat losses can be reduced.

Im Folgenden wir unter die Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:In the following, we will explain the invention with reference to the following figures. Show it:

1 eine schematische Ansicht eines Solarkraftwerks, 1 a schematic view of a solar power plant,

2 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Receivers und 2 a schematic side view of the receiver according to the invention and

3 eine schematische Schnittdarstellung eines Verteilers des erfindungsgemäßen Receivers. 3 a schematic sectional view of a distributor of the receiver according to the invention.

In 1 ist ein Solarkraftwerk 100 schematisch dargestellt. Sonnenlicht wird über Heliostate 110 eines Heliostatfeldes 120 auf einen erfindungsgemäßen Receiver 1, der an einem Turm 105 angeordnet ist, reflektiert. Durch den Receiver 1 wird ein Wärmeträgermedium geleitet. Das Wärmeträgermedium kann in flüssigem Zustand oder bereits dampfförmig in den Receiver 1 eingeleitet werden, so dass entweder eine Erwärmung des flüssigen Wärmeträgermediums oder eine Direktverdampfung in dem Receiver 1 erfolgt bzw. der Wärmeträgermediumdampf überhitzt wird. Die Erhitzung des Wärmeträgermediums erfolgt mittels der Heliostate 110 konzentrierte Solarstrahlung. Über einen Heißleitungsbereich 160 wird der flüssige Wärmeträger oder der Dampf einem Verbraucher zugeführt. Der Verbraucher kann beispielsweise eine Dampfturbine 150 sein, der ein Kondensator 170 nachgeschaltet ist, so dass der Receiverteil eines Wasserdampfkreislaufes ist. Auch ist es möglich, dass mittels des Receivers 1 überhitzter Dampf zum Betrieb einer Hochtemperaturelektrolyse bereitgestellt wird.In 1 is a solar power plant 100 shown schematically. Sunlight is over heliostats 110 a heliostat field 120 to a receiver according to the invention 1 standing at a tower 105 is arranged, reflected. Through the receiver 1 a heat transfer medium is passed. The heat transfer medium can be in the liquid state or already in vapor form in the receiver 1 be initiated, so that either a heating of the liquid heat transfer medium or a direct evaporation in the receiver 1 takes place or the heat transfer medium vapor is overheated. The heating of the heat transfer medium by means of the heliostats 110 concentrated solar radiation. Over a hot line area 160 the liquid heat carrier or the steam is supplied to a consumer. The consumer can, for example, a steam turbine 150 its a capacitor 170 is downstream, so that the receiver part of a steam cycle is. It is also possible that by means of the receiver 1 superheated steam is provided for operating a high temperature electrolysis.

In 2 ist der erfindungsgemäße Receiver 1 schematisch in einer Seitendarstellung gezeigt. Der Receiver 1 ist als Hohlraumreceiver ausgeführt. Ein Hohlraum 3 weist eine Eintrittsöffnung 5 auf, durch die konzentrierte Solarstrahlung in den Hohlraum 3 eingeleitet werden kann.In 2 is the receiver according to the invention 1 shown schematically in a page representation. The receiver 1 is designed as a cavity receiver. A cavity 3 has an inlet opening 5 up, through the concentrated solar radiation into the cavity 3 can be initiated.

Der Hohlraum 3 wird von einem Mantelrohr 7 begrenzt. Auf der der Eintrittsöffnung 5 gegenüberliegenden Seite des Hohlraums 3 ist das Mantelrohr 7 durch eine Platte 9 verschlossen.The cavity 3 is from a jacket pipe 7 limited. On the entrance opening 5 opposite side of the cavity 3 is the jacket pipe 7 through a plate 9 locked.

Der Receiver 1 weist eine Vielzahl von Rohrleitungen 11 auf, die in axialer Richtung durch den Hohlraum 3 erstreckend angeordnet sind. Die Rohrleitungen 11 weisen einen ersten Endabschnitt 11a, einen Mittelabschnitt 11b und einen zweiten Endabschnitt 11c auf. Der Mittelabschnitt 11b der Rohrleitungen 11 ist entlang der durch das Mantelrohr 7 gebildeten Seitenwände des Hohlraums 3 angeordnet. Die Rohrleitungen 11 sind dabei ringförmig nebeneinander angeordnet.The receiver 1 has a variety of piping 11 on, in the axial direction through the cavity 3 are arranged extending. The pipelines 11 have a first end portion 11a , a middle section 11b and a second end portion 11c on. The middle section 11b the piping 11 is along the through the casing pipe 7 formed side walls of the cavity 3 arranged. The pipelines 11 are arranged in a ring next to each other.

Der erfindungsgemäße Receiver 1 hat den Vorteil, dass die in dem Hohlraum 3 angeordneten Rohrleitungen 11 zumindest teilweise direkt bestrahlt werden können, da die durch die Eintrittsöffnung 5 einfallende konzentrierte Solarstrahlung zentral zwischen die Rohrleitungen 11 einfällt und dann auf die Rohrleitungen 11 trifft.The receiver according to the invention 1 has the advantage of being in the cavity 3 arranged pipelines 11 at least partially can be directly irradiated, as through the inlet opening 5 incident concentrated solar radiation centrally between the pipelines 11 and then on the pipes 11 meets.

Der erste Endabschnitt 11a der Rohrleitungen ist an der Eintrittsöffnung 5 des Hohlraums 3 nach außen gebogen und mündet in einem gemeinsamen Sammler 13. An dem Sammler 13, der ringförmig ausgestaltet ist, sind die ersten Endabschnitte 11a der Rohrleitungen 11 fixiert, so dass der Sammler 13 die Rohrleitungen 11 trägt.The first end section 11a the piping is at the inlet 5 of the cavity 3 bent outwards and flows into a common collector 13 , At the collector 13 which is configured annular, are the first end portions 11a the piping 11 fixed so that the collector 13 the pipelines 11 wearing.

Die Endabschnitte 11a der Rohrleitungen sind um 180° umgebogen, bevor sie an dem Sammler 13 befestigt sind. Der Sammler 13 umgibt somit den Mittelabschnitt 11b der Rohrleitungen sowie das Mantelrohr 7. Dabei durchdringen die Rohrleitungen 11 eine zentrale Mittelöffnung des Sammlers 13. Das Mantelrohr 7 endet entweder an dem Sammler 13 oder dringt ebenfalls durch die Mittelöffnung des Sammlers 13.The end sections 11a The piping is bent 180 ° before moving to the collector 13 are attached. The collector 13 thus surrounds the middle section 11b the piping and the jacket pipe 7 , The pipes penetrate 11 a central central opening of the collector 13 , The jacket tube 7 ends either at the collector 13 or also penetrates through the central opening of the collector 13 ,

Durch diese Anordnung kann der Sammler 13 von der Eintrittsöffnung 5 beabstandet angeordnet sein, so dass die in die Eintrittsöffnung 5 eingestrahlte konzentrierte Solarstrahlung nicht oder nur zu einem geringen Teil auf den Sammler gestrahlt wird und somit aufgrund eines hohen Wärmeeintrags bedingte negative Einflüsse auf dem Sammler verringert bzw. vermieden werden können.By this arrangement, the collector 13 from the entrance opening 5 be spaced apart, so that in the inlet opening 5 irradiated concentrated solar radiation is not or only to a small extent blasted on the collector and thus due to a high heat input related negative influences on the collector can be reduced or avoided.

Der Sammlerring 13 weist drei um den Umfang verteilte Ablassrohre 14 auf, die in ein zentrales Ablassrohr 16 münden. Der in dem Receiver 1 erzeugte Dampf wird von dem zentralen Ablassrohr 16 in den Heißleitungsbereich 160 des Kreislaufs des Solarkraftwerks 100 geleitet.The collector's ring 13 has three drainpipes distributed around the circumference 14 on that into a central outlet pipe 16 lead. The one in the receiver 1 Steam generated is from the central outlet pipe 16 in the hot line area 160 the cycle of the solar power plant 100 directed.

Über eine Halterung 15 sind die Rohrleitungen 11 im Bereich des zweiten Endabschnitts 11c gehaltert. Dabei wird zwischen der Halterung 15 und den Rohrleitungen 11 eine Loslagerung gebildet. Diese kann beispielsweise durch Gleitringe, die in der Halterung 15 angeordnet sind, realisiert werden, so dass die Loslagerung eine Gleitlagerung ist. Dadurch, dass die Rohrleitungen 11 an dem Sammler 13 über eine Festlagerung fixiert sind, kann durch die Gleitlagerung in der Halterung 15 gewährleistet werden, dass Ausdehnungen aufgrund von Wärmeeinflüssen, die insbesondere in axialer Richtung der Rohrleitungen 11 auftreten, kompensiert werden können. Dadurch werden Verformungen oder Verspannungen in den Rohrleitungen 11 vermieden.About a bracket 15 are the pipelines 11 in the region of the second end section 11c supported. It is between the holder 15 and the pipes 11 formed a loose storage. This can be done, for example, by sliding rings in the holder 15 are arranged, can be realized, so that the floating bearing is a sliding bearing. By doing that the piping 11 at the collector 13 are fixed by a fixed bearing, by the sliding bearing in the holder 15 be ensured that expansions due to heat, especially in the axial direction of the pipes 11 occur, can be compensated. This will cause deformation or tension in the piping 11 avoided.

Durch das Mantelrohr 7 wird erreicht, dass durch die Eintrittsöffnung 5 in den Hohlraum 3 eindringende Solarstrahlung in dem Hohlraum 3 verbleibt und nicht, wenn diese zwischen den einzelnen Rohrleitungen 11 hindurch dringt, verloren geht. Die Platte 9 sorgt dafür, dass hinter dem Hohlraum 3 angeordnete Teile, wie beispielsweise die Halterung 15, nicht direkt durch Solarstrahlung aus dem Hohlraum 3 bestrahlt werden, wodurch der Wärmeintrag in diese Teile verhindert wird. Die zweiten Endabschnitte 11c der Rohrleitungen 11 sind mit flexiblen Schläuchen 17 verbunden, die das Wärmeträgermedium in die Rohrleitungen 11 leitet. Durch die flexiblen Schläuche 17 wird gewährleistet, dass Wärmedehnungen der Rohrleitungen 11, die aufgrund der Loslagerung in der Halterung 15 übertragen werden, durch die flexiblen Schläuche 17 aufgenommen werden, indem sich diese flexibel verbiegen. Dadurch werden Spannungen in den Zuleitungen zu den Rohrleitungen 11 vermieden.Through the jacket pipe 7 is achieved through the inlet opening 5 in the cavity 3 penetrating solar radiation in the cavity 3 Remains and not if this between each pipe 11 penetrates, gets lost. The plate 9 makes sure that behind the cavity 3 arranged parts, such as the holder 15 , not directly by solar radiation from the cavity 3 be irradiated, whereby the heat input is prevented in these parts. The second end sections 11c the piping 11 are with flexible hoses 17 connected to the heat transfer medium in the pipes 11 passes. Through the flexible hoses 17 will ensure that thermal expansion of the piping 11 due to the floating bearing in the holder 15 be transmitted through the flexible hoses 17 be absorbed by bending this flexible. As a result, voltages in the supply lines to the pipes 11 avoided.

Bei dem erfindungsgemäßen Receiver 1 ist ferner ein Verteiler 19 vorgesehen, über den das Wärmeträgermedium in vorteilhafter Weise in die Rohrleitungen 11 gleichmäßig verteilbar ist. Dazu sind die flexiblen Schläuche 17 an Auslässe 21 des Verteilers 19 angeschlossen. Der Verteiler 19 besteht aus einem kegelförmigen Raum 23, an dessen Verjüngung 23a ein zentraler Einlass 25 angeordnet ist. An seinem aufgeweiteten Teil 23b sind die Auslässe 21 angeordnet, wobei sich die Auslässe 21 in radialer Richtung zu dem kegelförmigen Raum 23 erstrecken. Der kegelförmige Raum 23 ist in dem Bereich der Auslässe 21 leicht verformt und bildet einen kurzen Zylinder. Dadurch können die Auslässe 21 vereinfacht an dem Verteiler 19 angeordnet werden.In the receiver according to the invention 1 is also a distributor 19 provided over the heat transfer medium in an advantageous manner in the pipelines 11 is evenly distributed. These are the flexible hoses 17 at outlets 21 of the distributor 19 connected. The distributor 19 consists of a conical space 23 , at the rejuvenation 23a a central inlet 25 is arranged. At his expanded part 23b are the outlets 21 arranged, with the outlets 21 in the radial direction to the conical space 23 extend. The conical space 23 is in the area of the outlets 21 slightly deformed and forms a short cylinder. This allows the outlets 21 simplified at the distributor 19 to be ordered.

An der dem Einlass 25 gegenüberliegen Seite des kegelförmigen Raums 23 ist eine Bodenplatte 27 angeordnet. Das in den Verteiler 19 eingelassene Wärmeträgermedium prallt gegen die Bodenplatte 27 und fließt parallel zu der Bodenplatte 27 und verteilt sich somit gleichmäßig in die Auslässe 21.At the inlet 25 opposite side of the conical space 23 is a floor plate 27 arranged. That in the distributor 19 embedded heat transfer medium bounces against the bottom plate 27 and flows parallel to the bottom plate 27 and thus distributes itself evenly into the outlets 21 ,

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Rohrleitungen 11 in dem Receiver 1 wird vermieden, dass bei einer unregelmäßigen Solarstrahlung, wie sie beispielsweise durch Wolken entstehen können, es aufgrund der dadurch entstehenden Wärmedehnungen zu ungünstigen Verspannungen oder Verformungen der Rohrleitungen 11 kommen kann.The inventive arrangement of the pipes 11 in the receiver 1 it is avoided that in the case of irregular solar radiation, such as may occur, for example, due to clouds, unfavorable stresses or deformations of the pipes due to the resulting thermal expansion 11 can come.

Ferner besitzt der erfindungsgemäße Receiver 1 einen einfachen Aufbau und kann kostengünstig hergestellt werden.Furthermore, the receiver according to the invention has 1 a simple structure and can be produced inexpensively.

Claims

Receiver ( 1 ) for solar energy production plants ( 100 ) for heating a heat transfer medium, for overheating a heat transfer medium vapor or for direct evaporation of the heat transfer medium by means of concentrated solar radiation, with a cavity ( 3 ) with an inlet opening ( 5 ), through the concentrated solar radiation into the cavity ( 3 ) and with a plurality of pipelines ( 11 ) for the heat transfer medium, characterized in that the pipelines ( 11 ) with a middle section ( 11b ) along sidewalls of the cavity ( 3 ), wherein each a first end portion ( 11a ) of pipelines ( 11 ) at the entrance opening ( 5 ) of the cavity is bent outwards and into a common collector ( 13 ) opens.

Receiver according to claim 1, characterized in that the collector ( 13 ) is annular.

Receiver according to claim 1 or 2, characterized in that the pipelines ( 11 ) the first end section ( 11a ) on the collector ( 13 ), whereby the collector ( 13 ) the pipelines ( 11 ) wearing.

Receiver according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pipelines ( 11 ) at a second end portion ( 11c ) by means of a holder ( 15 ), whereby between the holder ( 15 ) and the pipelines ( 11 ) a loose bearing is formed.

Receiver according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pipes ( 11 ) at the first end portion ( 11a ) are bent at an angle of at least 100 °.

Receiver according to one of claims 2 to 5, characterized in that the pipelines ( 11 ) a central central opening of the collector ( 13 penetrate).

Receiver according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the collector ( 13 ) end of the pipes ( 11 ) each flexible hoses ( 17 ) are connected.

Receiver according to one of claims 4 to 7, characterized in that the holder ( 15 ) is annular.

Receiver according to one of claims 1 to 8, characterized in that a jacket tube ( 7 ) the pipelines ( 11 ), wherein the jacket tube ( 7 ) the side walls of the cavity ( 3 ).

Receiver according to claim 9, characterized in that the jacket tube ( 7 ) at the of the entrance opening ( 5 ) facing away by means of a plate ( 9 ), whereby the pipelines ( 11 ) the plate ( 9 penetrate).

Receiver according to one of claims 1 to 10, characterized in that a distributor ( 19 ) the heat transfer medium in the pipelines ( 11 ), whereby the distributor ( 19 ) a conical space ( 23 ), whose rejuvenation ( 23a ) a central inlet ( 25 ) is arranged, wherein at the widened part ( 23b ) of the conical space ( 23 ) a plurality, in the radial direction of the conical space ( 23 ) running outlets ( 21 ) are arranged.

Receiver according to claim 11, characterized in that the conical space ( 23 ) at the rejuvenation ( 23a ) opposite side a bottom plate ( 27 ), wherein the heat transfer medium when entering the distributor ( 19 ) against the bottom plate ( 27 ) bounces.