DE3010882A1

DE3010882A1 - Strahlungsempfaenger

Info

Publication number: DE3010882A1
Application number: DE19803010882
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr.techn. Dr.phil. 8033 Krailling Laußermair; Michael Dipl.-Ing. 8000 München Simon
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1980-03-21
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1981-10-01
Also published as: ES500485A0; US4462391A; ES8202134A1

Description

gü/sd

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft

München, 7. März 1980

Strahlungsempfänger Zusatz zu (Patentanmeldung P 28 34 826.7

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungsempfänger bestehend aus einem Hohlkörper mit einer öffnung für den Strahlungseintritt und einem im Hohlkörper angeordneten Absorber aus Keramik, der die durch die öffnung einfallende Strahlenenergie aufnimmt und als Wärmestrahlung an einen Wärmeträger abgibt.

Für Hochleistungs-Solarkol1ektoren für gebündelte Sonnen strahlen, wurde gemäß der Hauptpatentanmeldung vorgeschlagen, den die stark verdichtete Sonnenengerie aufnehmenden Absorber aus Keramik herzustellen, um Schäden des Absorbers durch Obertemperaturen aufgrund der hochkonzentrierten Sonneneinstrahlung zu vermeiden.

Ein derartiger Strahlungsempfänger kann die notwendige Energie für Hochleistungsanlagen, mit denen Nutztemperaturen bis zu 1.000* und in Sonderfällen bis ca. 1.500*C erzeugt werden sollen, unter entsprechender Erhitzung des Absorbers empfangen. Mit steigender Oberflächentemeratur des Absorbers wird jedoch die Abstrahlung erhöht, *" so daß ein Anteil der auftreffenden Energie ungenutzt wieder zurückgestrahlt wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlungsempfänger gemäß der Hauptanmeldung dahingehend zu verbessern, daß ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Absorber an der der Sonneneinstrahlung zugekehrten Seite aus einem Keramikmaterial besteht, das einen niedrigen Emissionswert und einen hohen Absorptionswert hat, und daß die dem Wärmeträger zugekehrte Seite des Absorbers Keramikmaterial mit hohem Emissionswert und einen niedrigen Absorptionswert aufweist.

Hierdurch wird erreicht, daß die Rückstrahlung im Bereich

der öffnung des Hohlkörpers vermindert wird und die eintretende Sonnenenergie im höheren Maße im Hohlkörper aufgefangen wird. Die rückseitige verstärkte Abstrahlung «₀ verbessert nicht nur die Wärmeübertragung an den Wärmeträger, sondern auch die Weiterführung der in den den Sonnenstrahlen ausgesetzten Teilen absorbierten Energie.

Ein derartiger Absorber läßt sich in Verbundbauweise «c oder auch durch Aufdampfen, Ablagern oder Ansintern von entsprechenden Keramikmaterialien auf einen Keramikgrundkörper herstellen.

Die obige Aufgabe kann erfindungsgemäß auch dadurch 3Q gelöst werden, daß die bestrahlte Keramikoberfläche des Absorbers durch Verschachtelung stark vergrößert wird, wobei schräge Flächen, die möglichst im spitzen Winkel zur Lichteinstrahlung stehen, durch Mehrfachreflektion die Absorption erhöhen. Diese Ausführung hat den weiteren Effekt, daß die Strahlenengerie auf die große Fläche

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verteilt wird und damit die Temperatur der Keramikoberfläche und demzufolge die ungenutzte Rückstrahlung

reduziert wird.
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Eine Vergrößerung der Absorberoberfläche ohne Erweiterung der Projektionsfläche läßt sich vorteilhaft dadurch erreichen, daß der Absorber in der Form eines oder mehrerer Pyramiden ausgebildet wird, deren Spitzen den Sonnenstrahlen zugekehrt sind.

Eine weitere Ausgestaltung kann darin bestehen, daß der Absorber als aus Keratni krohren oder -Stäben gebildetes Gitter hergestellt wird, hinter dem der Wärmeträger in Rohren geführt sind, die parallel zur Gitterebene angeordnet sind..

Eine weitere Ausgestaltung des Absorbers besteht darin, daß er an der den Strahlen ausgesetzten Seite einen

Hohlraum hat, wobei zumindest dessen Seitenwände so ausgebildet sind, daß sie einen möglichst großen Anteil der von der Rückseite abgestrahlten Strahlung aufnehmen können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Strahlungsempfänger teilweise im Schnitt,

Fig. 2 bis 8 je ein Ausführungsbeispiel eines Absorbers und

Fig. 9 einen Querschnitt aus Fig. 8.

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In Fig. 1 ist ein auf einem Turm 10 aufgebauter Strahlungsempfänger 11 dargestellt, der einen polygonförmigen Hohlkörper 12 hat, dessen Seitenflächen je eine Öffnung 13 für den Strahlungseintritt aufweist. Innerhalb des Hohlkörpers 12 befindet sich hinter jeder Öffnung 13 ein Absorber 14 und ein flüssiges oder gasförmiges Wärmemittel bzw. Wärmeträger führende Rohrleitungen 15. Der Absorber 14 besteht aus einer Keramik-Verbundpyramide, deren Basis 18 den Sonnenstrahlen 17 zugekehrt ist und aus einem Material mit hohen Absorptions- und niedrigen Emissionswerten besteht.

Dieser Keramikteil 18 ist mittels einer Klebschicht 19 mit einem zweiten Keramikteil 20 verbunden, das einen niedrigen Absorptions- und einen hohen Emissionswert hat. Dieser Absorber gewährleistet einerseits eine gute Aufnahme der einstrahlenden Energie, wobei eine Rückstrahlung, die aus der öffnung 13 wieder austritt, aufgrund des kleinen Emissionswertes gering ist. Die auf das zweite Teil 20 übertragende Wärme wird von diesem abgestrahlt und auf die Wärmeträgerrohre 15 geleitet.

«r Der mit einem derartigen Absorber 14 erreichbare hohe Wirkungsgrad läßt sich auch durch ähnliche Absorber anderer Konfiguration bzw. Ausgestaltung erreichen. In Fig. 2 ist in dieser Hinsicht ein weiteres Beispiel gezeigt, in dem der Absorber 14a kugelförmig ausgebildet ist und aus einen Grundkörper 21 aus keramischen Material geformt ist. Auf die beiden Hälften des Grundkörpers 21 sind je unterschiedliche, aufgedampfte oder abgelagerte oder angesinterte Oberflächenschichten 22 bzw. 23 mit gezielten Absorptions- und Emissionswerten^vorgesehen.

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Der aus verschiedenen Keramikmaterialien bestehende Absorber kann auch aus verschiedenen Teilen 25, 26 bestehen, die in einer Formschlußverbindung zusammengesetzt werden, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Die Form und die Herstellungsart des Absorbers können dem jeweiligen Bedarf entsprechend und optimal angepaßt werden. Absorber dieser Art können in jeder Formgebung ausgebildet werden.
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Die Erhöhung des Wirkungsgrades eines Strahlungsempfängers läßt sich auch dadurch erreichen, daß dem Absorber eine in sich verschachtelte Formgebung verliehen wird, bei der die eintreffenden Strahlen eine große Wirkfläche auffinden, und wobei die verschachtelten Wandteile so gerichtet sind, daß die Wärmeabstrahlung von einer Wand durch eine gegenüberliegende oder andere Wand aufgenommen werden kann.

Gemäß Fig. 4 ist eine Ausführung mit Verschachtelung gezeigt, bei der der Absorber 14c als Zylinderring 30 mit einer darin angeordneten Pyramide 31 mit relativ steilen Wänden ausgebildet ist. Der Absorber wird so angeordnet, daß die Sonnenstrahlen 32 axial in den durch

^ Zylinder 30 und Pyramide 31 gebildeten Hohlraum 33 einfallen und die große Mantelfläche der Pyramide vorfinden. Die von der Oberfläche der Mantelpyramide abgehende Wärmestrahlung trifft auf die Innenwand des Ringzylinders 30 auf, und ebenso kann bei stärkerer Temperatur-

erhöhung der inneren Zylinderwand deren Wärtneabstrahlung von der Pyramide aufgenommen werden. Zur weiteren Verbesserung der Absorption der eingefangenen Energie kann die den Hohlraum 33 umgebende Absorberfläche mit einer Schicht 34 aus Keramikmaterial mit hohem Absorptionswert

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beschichtet werden* Eine strahlendurchlässige Scheibe 35, z.B. aus Quarzglas, schützt die Absorberfläche vor Staubabi agerungen.
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Eine weitere Erhöhung der Wirkungsfläche ohne Vergrößerung der Projektionsfläche, die in der Ausführung gemäß Fig. 4 durch die Querschnittsfläche des Hohlraumes 33 gegeben ist, kann dadurch bewirkt werden, daß anstelle '" einer Pyramide mehrere Pyramiden eingeformt werden. In Fig. 5 ist ein Absorber 14d mit einem Hohlraum 40 und einer darin angeordneten Pyramide 41 mit viereckigem Querschnitt gezeigt. Ein aus der Pyramide 41 ausgesparter umgekehrter Konus 42 vergrößert unter Beibehaltung der ursprünglichen Projektionsfläche die Wirkungsfläche.

Die Ausführungen gemäß der Fig; 4 und 5 können im Hohlkörper 12 so angeordnet sein, daß dessen öffnung mit dem

Fenster 13 abschließt.
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In Fig. 6 ist ein als Stabgitter ausgebildeter Absorber 14e gezeigt, bei dem mehrere Stäbe rechteckigem 45 bzw. dreieckigem 46 Querschnitt parallel zueinander mit Abständen angeordnet sind. Die Sonnenstrahlen 47 treffen schräg auf dieses Gitter auf. Hinter dem Absorber 14e wird der Wärmeträger in Rohren 48 geführt, die die auf der Rückseite der Stäbe 45 bzw. 46 abstrahlende Wärme aufnehmen.

Eine ähnliche Ausführung ist in Fig. 7 gezeigt, in der das Absorbergitter 14f aus runden Stäben 50 besteht, die massiv oder hohl sein können. Die Wärmetauscherrohre 51 sind quer zu den Stäben 50 angeordnet.

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Eine weitere Variante eines Absorbers 14g ist in Fig. im Längsschnitt und in Fig. 9 im Querschnitt dargestellt. Dieser ist im wesentlichen kreissymmetrisch ausgebildet, und kann zentrisch im Hohlkörper 12 eingebaut werden. An den den öffnungen 13 zugekehrten Seiten sind Rippen 55 vorgesehen, die zwischen sich keilförmige Zwischenräume 56 bilden. Diese Zwischenräume 56 sind oben und unten 57 bzw. 58 schräg abgedeckt. 10

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Claims

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MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesell s cha/ft

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Patentansprüche Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 28 34 826.7)

[ Ο Strahlungsempfänger bestehend aus einem Hohlkörper mit einer öffnung für den Strahlungseintritt und einem im Hohlkörper angeordneten Absorber aus Keramik, der die durch die öffnung einfallende Strahlenenergie aufnimmt und als Wärmestrahlung an einen Wärmeträger abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (14) an der der Sonneneinstrahlung (17) zugekehrten Seite (18) aus einem Keramikmaterial besteht, das einen niedrigen Emissionswert und einen hohen Absorptionswert hat, und daß die dem

Wärmeträger (15) zugekehrte Seite (20) des Absorbers Keramikmaterial mit hohem Emissionswert und einem niedrigen Absorptionswert aufweist.

2. Strahlungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß der Absorber (14) aus zwei Teilen (18, 20) verschiedener Keramikmaterialien zusammengesetzt ist.

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3. Strahlungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (14a) aus einem Keramikgrundkörper (21) mit aufgebrachten Oberflächenschich-

** ten (22, 23) mit gezielten Emissions- und Absorptionswerten besteht.

4. Strahlungsempfänger bestehend aus einem Hohlkörper mit einer Öffnung für den Strahlungseintritt und einem im Hohlkörper angeordneten Absorber aus Keramik, der die durch die Öffnung einfallende Strahlenenergie aufnimmt und als Wärmestrahlung

an einen Wärmeträger abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (14c, 14d) als einfache oder mehrfache Pyramiden (31, 41) ausgebildet ist.

5. Strahlungsempfänger bestehend aus einem Hohlkörper mit einer Öffnung für den Strahlungseintritt und einem im Hohlkörper angeordneten Absorber aus Keramik,

der die durch die Öffnung einfallende Strahlenenergie aufnimmt und als Wärmestrahlung an einen Wärmeträger abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (14e, 14f) aus mehreren parallel zueinander angeordneten Keramikrohren- (50) oder -stäben (45, 46)

in der Form eines Gitters ausgebildet ist.

6. Strahlungsempfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der gitterartigen Absorberebene verlaufende Wärmetauscherrohre (48, 51) für den Wärmeträger vorgesehen sind.

7. Strahlungsempfänger bestehend aus einem Hohlkörper mit einer Öffnung für den Strahlungseintritt und einem im Hohlkörper angeordneten Absorber aus Keramik, der die durch die Öffnung einfallende Strahlen-

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energie aufnimmt und als Wärmestrahlung an einen Wärmeträger abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (14g) an der den Strahlen ausgesetzten Seite einen Hohlraum (56) dessen Wände (57 - 59) zueinander so gerichtet sind, daß sie die Wärmeabstrahlung von anderen Wandteilen zum großen Teil aufnehmen können.

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