DE102004030433B3

DE102004030433B3 - solar receiver

Info

Publication number: DE102004030433B3
Application number: DE102004030433A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr.-Ing. Dibowski
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-06-25

Abstract

Ein Solarempfänger enthält zahlreiche Absorberkörper (10), von denen jeder an einem Trägerteil (30) befestigt ist, welches einen Kanal für einen den Absorberkörper (10) passierenden Luftstrom bildet. Der Absorberkörper (10) besteht aus Keramikmaterial und das Trägerteil (30) besteht aus Metallblech. Zur Befestigung des Absorberkörpers (10) an dem Trägerteil (30) ist eine Schiebeführung (45) vorgesehen, mit Nuten (46, 47), die in den Absorberkörper eingefräst sind und in die Stege (48, 49) des Trägerteils (30) eingreifen. Die Nuten sind mit einer Keramikschnur (55) abdichtend ausgefüllt. Die Befestigung der Absorberkörper sichert diese gegen Herunterfallen. Sie ist außerdem kostengünstig.A solar receiver includes numerous absorber bodies (10), each of which is attached to a support member (30) which forms a channel for an airflow passing through the absorber body (10). The absorber body (10) consists of ceramic material and the carrier part (30) consists of sheet metal. For fixing the absorber body (10) to the support part (30), a sliding guide (45) is provided with grooves (46, 47) which are milled into the absorber body and in the webs (48, 49) of the support member (30) engage , The grooves are filled with a ceramic cord (55) sealing. The attachment of the absorber body secures them against falling. It is also inexpensive.

Description

Die Erfindung betrifft einen Solarempfänger mit zahlreichen nebeneinander angeordneten luftdurchlässigen Absorberkörpern, von denen jeder an einem Trägerteil befestigt ist, welches einen Kanal für einen den Absorberkörper passierenden Luftstrom bildet.The The invention relates to a solar receiver with numerous side by side arranged air-permeable Absorber bodies each of which is attached to a carrier part is attached, which is a channel for the absorber body passing Air flow forms.

Ein Solarempfänger, von dem der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist beschrieben in DE 197 44 541 C2 (DLR). Derartige Solarempfänger werden in einem solarthermischen Kraftwerk eingesetzt, wobei die einfallende Solarstrahlung von Heliostaten oder Kollektoren auf einen Solarempfänger, der üblicherweise aus einer Vielzahl von keramischen Absorberkörpern zusammengesetzt ist, gebündelt wird. Die auf den Absorberkörper auftreffende hochkonzentrierte Solarstrahlung entspricht etwa der 200-fachen bis 300-fachen Sonnenstrahlung; dadurch werden Temperaturen von über 1000°C im Absorberkörper erzeugt. Diese hohen Temperaturen erfordern für den Absorberkörper hochtemperaturbeständige Keramiken wie Siliziumcarbit oder Silizium-Siliziumkarbit. Ein derartiger Solarempfänger bildet einen volumetrischen Receiver, der aus hunderten Absorberkörpern besteht. Jeder Absorberkörper ist an einem Trägerteil befestigt, welches eine mechanische Halterung bildet. Bei dem erwähnten bekannten Solarempfänger besteht das Trägerteil, an dessen Vorderseite der Absorberkörper befestigt ist, aus Keramikmaterial. In der Praxis wird der Absorberkörper durch Kleben an dem Trägerteil befestigt. Das rückwärtige Ende des Trägerteils ist an einer metallischen Tragstruktur angebracht.A solar receiver, from which the preamble of claim 1 proceeds, is described in DE 197 44 541 C2 (DLR). Such solar receivers are used in a solar thermal power plant, wherein the incident solar radiation of heliostats or collectors on a solar receiver, which is usually composed of a plurality of ceramic absorber bodies, is bundled. The striking on the absorber body highly concentrated solar radiation corresponds to about 200 times to 300 times the solar radiation; As a result, temperatures of over 1000 ° C are generated in the absorber body. These high temperatures require for the absorber body high temperature resistant ceramics such as silicon carbide or silicon silicon carbide. Such a solar receiver forms a volumetric receiver, which consists of hundreds of absorber bodies. Each absorber body is attached to a support member which forms a mechanical support. In the mentioned known solar receiver consists of the support member, is fixed to the front of the absorber body, made of ceramic material. In practice, the absorber body is fixed by gluing to the support member. The rear end of the support member is attached to a metallic support structure.

Wegen der Vielzahl der in einem Solarempfänger benötigten Absorberkörper bilden die Trägerteile, die in gleicher Anzahl benötigt werden, einen wesentlichen Kostenfaktor. Für das Trägerteil wurde bisher aus verbindungstechnischen Gründen das gleiche Material benutzt wie für den Absorberkörper. Allerdings führt der Einsatz von Kleber bei thermisch hochbelasteten Teilen nicht zu einer sicheren Verbindungstechnik. Der Solarempfänger ist normalerweise auf einem Turm montiert. Herabfallende Absorberkörper bilden eine Gefahrenquelle für Personen und Sachen.Because of form the plurality of required in a solar receiver absorber body the carrier parts, needed in equal numbers become a significant cost factor. For the carrier part has been from connection technology establish the same material used as for the absorber body. Indeed leads the Use of adhesive in thermally highly stressed parts not to a secure connection technology. The solar receiver is usually on a tower mounted. Falling absorber bodies are a source of danger for persons and things.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarempfänger derart auszubilden, dass eine sichere Verbindung zwischen Ab sorberkörper und Trägerteil entsteht, wobei die Verbindungstechnik die Kosten des Solarempfängers deutlich reduziert.Of the Invention is based on the object, a solar receiver such form that a secure connection between Ab sorberkörper and carrier part arises, with the connection technology the cost of the solar receiver clearly reduced.

Der erfindungsgemäße Solarempfänger ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Erfindungsgemäß sind das Trägerteil und der Absorberkörper mit einer Schiebeführung aus quer zu dem Kanal verlaufenden Nuten und in diese eingreifenden Stegen zueinander verriegelt. Diese Schiebeführung erlaubt die schnelle und einfache Montage des Absorberkörpers an dem Trägerteil und stellt auch eine hinreichende Dehnungsbeweglichkeit bei den auftretenden hohen Temperaturdifferenzen sicher. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass infolge des losen Ineinandergreifens für das Trägerteil ein anderes Material verwendet werden kann als für den Absorberkörper. Das Trägerteil besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere einem hochtemperaturbeständigen Stahl. Ein derartiges Trägerteil ist auch in der benötigten Vielzahl kostengünstig herstellbar und gegen Zerbrechen unempfindlich.Of the Solar receiver according to the invention is through defined in claim 1. According to the invention, the carrier part and the absorber body with a sliding guide from transversely to the channel extending grooves and engaging in this Bars locked together. This sliding guide allows fast and easy assembly of the absorber body to the support member and also provides a sufficient strain mobility in the occurring high temperature differences safely. An essential The advantage is that as a result of loose meshing for the support part a different material can be used than for the absorber body. The support part is preferably made of metal, in particular a high temperature resistant steel. Such a support part is also needed in the Variety cost-effective manufacturable and resistant to breakage.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nut wenigstens abschnittsweise gegenüber dem Steg ein Übermaß hat und mit einer Keramikschnur gefüllt ist. Die flexible Keramikschnur dient einerseits als Dichtschnur und andererseits als Füllmaterial zum Auffüllen der Nut.According to one preferred embodiment of the invention it is provided that the Nut at least partially over the bridge has an excess and filled with a ceramic cord is. The flexible ceramic cord serves as a sealing cord and on the other hand as a filler to fill up the groove.

Der Absorberkörper ist vorzugsweise in Frontansicht rechteckig und er hat zwei vertikale Seitenwände sowie eine Unterwand und eine Oberwand; die Nuten sind in den vertikalen Seitenwänden und der Oberwand vorgesehen. Auf diese Weise entsteht eine vertikale Schiebeführung. Durch das Eigengewicht des Absorberkörpers wird zusammen mit der Dichtschnur ein Formschluss er zeugt. Durch Wärmeausdehnung des Materials des Trägerteils im Betrieb kommt es zu einem dichten Formschluss. Das Trägerteil weist eine untere Aufsetzfläche auf, auf der der Absorberkörper der in der Schiebeführung abgesenkt wird, aufsetzt.Of the absorber body is preferably rectangular in front view and it has two vertical side walls as well as a sub-wall and a top wall; the grooves are in the vertical Sidewalls and provided the upper wall. This creates a vertical Sliding guide. Due to the weight of the absorber body is together with the Dichtschnur a positive connection he testifies. By thermal expansion of the material the carrier part During operation, there is a tight fit. The carrier part has a lower contact surface on, on the absorber body in the sliding guide is lowered, touches down.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Keramikschnur sich entlang der Nuten in den Seitenwänden und der Unterwand erstreckt. Die Oberwand des Absorberkörpers ist zu dem Trägerteil mit einer hochtemperaturbeständigen Wärmeleitpaste abgedichtet. Auf diese Weise wird eine Dehnungsbeweglichkeit zwischen Absorberkörper und Trägerteil aufrecht erhalten unter gleichzeitiger Abdichtung gegen das Entweichen erhitzter Luft.According to one preferred embodiment of the invention it is provided that the Ceramic cord itself along the grooves in the side walls and the lower wall extends. The top wall of the absorber body is to the carrier part with a high temperature resistant Thermal Compounds sealed. In this way, a strain mobility between absorber body and carrier part maintained while sealing against the escape heated air.

Der erfindungsgemäße Solarempfänger ermöglicht eine sichere und kostengünstige Befestigung des Absorberkörpers an dem Trägerteil und erlaubt den Einsatz unter Hochtemperaturbedingungen.Of the Solar receiver according to the invention allows a safe and cost effective Attachment of the absorber body on the support part and allows use under high temperature conditions.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.The following is with reference to the Drawings an embodiment of the invention explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Vertikalschnitt durch das Trägerteil mit eingesetztem Absorberkörper, 1 a vertical section through the support member with inserted absorber body,

2 eine Frontansicht eines Teils des Solarempfängers aus Richtung des Pfeiles II in 1, 2 a front view of a portion of the solar receiver from the direction of arrow II in 1 .

3 eine Draufsicht aus Richtung des Pfeiles III von 1, 3 a plan view from the direction of arrow III of 1 .

4 eine Explosionsdarstellung aus gleicher Sicht wie 1 und 4 an exploded view from the same perspective as 1 and

5 einen Schnitt entlang der Linie V–V von 4. 5 a section along the line V-V of 4 ,

Der Solarempfänger weist zahlreiche Absorberkörper 10 auf, von denen hier nur einer dargestellt ist. Die Absorberkörper sind in Frontansicht quadratisch und sie sind nebeneinander in einer Ebene angeordnet, wobei aus Gründen der Dehnungsbeweglichkeit ein Abstand zwischen benachbarten Absorberkörpern vorhanden ist. Der Absorberkörper 10 weist eine Frontwand 11, eine Rückwand 12, zwei parallele Seitenwände 13, 14, eine Unterwand 15 und eine Oberwand 16 auf. Der Absorberkörper besteht aus poröser Keramik, wobei er mit einem Gitterwerk aus zahlreichen parallelen Luftdurchlässen ausgebildet ist, die sich von der Frontwand 11 zur Rückwand 12 erstrecken und an den Enden offen sind. Im Betrieb wird Luft in Richtung der Pfeile 21 gemäß 1 durch den Absorberkörper 10 hindurchgesaugt, um sich in dem Absorberkörper zu erwärmen. Der Absorberkörper ist mit seiner Frontwand 11 der auftreffenden hochenergetischen Solarstrahlung ausgesetzt, wodurch er sich auf eine Temperatur im Bereich von 1000°C erwärmt.The solar receiver has numerous absorber bodies 10 on, of which only one is shown here. The absorber body are square in front view and they are arranged side by side in a plane, wherein for reasons of strain mobility, a distance between adjacent absorber bodies is present. The absorber body 10 has a front wall 11 , a back wall 12 , two parallel side walls 13 . 14 , a subsoil 15 and a top wall 16 on. The absorber body is made of porous ceramic, wherein it is formed with a latticework of numerous parallel air passages extending from the front wall 11 to the back wall 12 extend and open at the ends. In operation, air is directed in the direction of the arrows 21 according to 1 through the absorber body 10 sucked through to heat in the absorber body. The absorber body is with its front wall 11 exposed to the incident high-energy solar radiation, whereby it heats up to a temperature in the range of 1000 ° C.

Der Absorberkörper 10 ist an einem Trägerteil 30 befestigt, welches generell trichterförmig ausgebildet ist und an seinem großen Ende eine Einfassung 31 für den rückwärtigen Teil des Absorberkörpers aufweist, während das kleinere Ende 32 den Auslass des von dem Trägerteil gebildeten Kanals 33 bildet.The absorber body 10 is on a support part 30 attached, which is generally funnel-shaped and at its large end an enclosure 31 for the rear part of the absorber body, while the smaller end 32 the outlet of the channel formed by the support member 33 forms.

Die Einfassung 31 bildet eine Umfangswand, die den Absorberkörper 11 an drei Umfangsseiten umschließt und die nach oben offen ist, wie bei 34 aus 1 ersichtlich ist.The mount 31 forms a peripheral wall, which is the absorber body 11 encloses on three peripheral sides and which is open at the top, as in 34 out 1 is apparent.

Die Verriegelung des Absorberkörpers 10 in dem Trägerteil 30 erfolgt durch eine Schiebeführung 45 aus zwei parallelen Nuten 46, die in den Seitenwänden 13 und 14 ausgefräst sind. In diese Nuten greift jeweils ein Steg 48, 49 des Trägerteils 30 ein. Diese Stege sind Abkantungen, die aufeinander zu gerichtet sind.The locking of the absorber body 10 in the carrier part 30 done by a sliding guide 45 from two parallel grooves 46 in the side walls 13 and 14 are milled out. In each of these grooves engages a bridge 48 . 49 the carrier part 30 one. These webs are bends that face each other.

Der von der Einfassung 31 gebildete Rand ist an der Unterseite ohne Steg ausgebildet, wie 1 zeigt. Hier bildet der Rand eine Aufsetzfläche 50, auf der der Trägerkörper aufsetzt. An der Unterseite 15 befindet sich eine weitere Nut 52, die mit den Nuten 46 und 47 in einer gemeinsamen Ebene liegt.The one of the mount 31 formed edge is formed at the bottom without bridge, like 1 shows. Here, the edge forms a contact surface 50 on which the carrier body touches. On the bottom 15 there is another groove 52 that with the grooves 46 and 47 lies in a common plane.

In die drei Nuten 46, 47, 52 ist eine Keramikschnur 55 eingelegt, die insgesamt U-förmige Gestalt hat und sich um den Umfang des Absorberkörpers 10 erstreckt, mit Ausnahme der Oberwand 16, wo sich keine Nut befindet.In the three grooves 46 . 47 . 52 is a ceramic cord 55 inserted, which has a total U-shaped shape and extending around the circumference of the absorber body 10 extends, except the top wall 16 where there is no groove.

Die Keramikschnur 55 dient der Abdichtung des Spalts zwischen dem Absorberkörper und dem Trägerteil. Sie besteht aus Keramikfasern und ist flexibel. Vorzugsweise besteht sie aus Aluminiumoxid (AL₂O₃).The ceramic cord 55 serves to seal the gap between the absorber body and the carrier part. It consists of ceramic fibers and is flexible. It is preferably made of aluminum oxide (AL ₂ O ₃ ).

Die von dem Ende 31 des Trägerteils 30 gebildete Halterung ist bei 34 zur Oberseite hin offen. Sie bildet hier eine nach oben vorstehende Schürze 56. In den von dieser Schürze eingefassten Bereich wird eine Wärmeleitpaste (nicht dargestellt) einge bracht, die vorzugsweise keramikhaltig ist und beispielsweise SiSiC enthält. Entsprechende Pasten sind unter den Marken „Resic" und „Caesic" erhältlich.The one from the end 31 the carrier part 30 formed bracket is included 34 open to the top. It forms an upwardly protruding apron 56 , In the enclosed area of this apron, a thermal paste (not shown) is introduced, which is preferably ceramic-containing and contains, for example SiSiC. Corresponding pastes are available under the trademarks "Resic" and "Caesic".

Das Trägerteil 30 ist einstückig aus Blechmaterial hergestellt. Die Materialstärke ist wesentlich geringer als die Breite der Nuten des Absorberkörpers, so dass in diesen Nuten hinreichend Platz für die Dichtschnur 55 vorhanden ist.The carrier part 30 is made in one piece from sheet metal. The material thickness is substantially less than the width of the grooves of the absorber body, so that in these grooves sufficient space for the sealing cord 55 is available.

Bei der Montage wird zunächst die Keramikschnur 55 in die Nuten 46, 47, 52 eingesetzt und dann wird der Absorberkörper von oben her in die Halterung des Trägerteils 30 eingeschoben, wobei die Stege 48, 49 dann die seitlichen Nuten 46, 47, in denen sich bereits die Keramikschnur befindet, ausfüllen. Anschließend erfolgt das Abdichten der Oberseite mit der Wärmeleitpaste.When assembling, first the ceramic cord 55 into the grooves 46 . 47 . 52 used and then the absorber body from above into the holder of the support member 30 pushed in, with the webs 48 . 49 then the lateral grooves 46 . 47 in which the ceramic cord is already located, fill in. Subsequently, the sealing of the top is done with the thermal paste.

Claims

Solar receiver with numerous adjacently arranged air-permeable absorber bodies ( 10 ), each of which is attached to a support ( 30 ), which has a channel ( 33 ) for a the absorber body ( 10 ) passing air stream, characterized in that the carrier part ( 30 ) and the absorber body ( 10 ) with a sliding guide ( 45 ) from across the channel ( 33 ) extending grooves ( 46 . 47 ) and bridges ( 48 . 49 ) are locked to each other.

Solar receiver according to claim 1, characterized in that the grooves have at least partially opposite the respective web an excess and with a ceramic cord ( 55 ) are filled.

Solar receiver according to claim 1 or 2, characterized in that the absorber body ( 10 ) is rectangular in front view and two vertical side walls ( 13 . 14 ) as well as a subwall ( 15 ) and a top wall ( 16 ) and that grooves ( 46 . 47 . 55 ) are provided in the vertical side walls and the top wall.

Solar receiver according to claim 3, characterized in that the sliding guide ( 45 ) inserting the absorber body ( 10 ) in the carrier part ( 30 ) is allowed exclusively from above and the carrier part has a lower contact surface ( 50 ), on which the absorber body ( 10 ).

Solar receiver according to one of claims 1 to 5, characterized in that the carrier part ( 30 ) consists of sheet metal.

Solar receiver according to claims 2 and 3, characterized in that the ceramic cord ( 55 ) extends along the grooves in the side walls and the bottom wall.

Solar receiver according to claim 3, characterized in that the upper wall ( 16 ) of the absorber body ( 10 ) to the carrier part ( 30 ) is sealed with a temperature-resistant thermal paste.