DE19710986A1 - Druckkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckkessel, welcher von einem Fluid durchströmbar ist und zur Führung eines Fluidstroms eine in einem Kesselinnenraum angeordnete Führungsvorrichtung umfaßt, wobei durch die Führungsvorrichtung in dem Kessel­ innenraum eine Einlaßstromführung und eine von der Einlaß­ stromführung getrennte Auslaßstromführung gebildet ist und der Fluidstrom von der Einlaßstromführung zu der Auslaßstrom­ führung führbar ist.

Ferner betrifft die Erfindung einen volumetrischen Strah­ lungsempfänger, insbesondere Solarstrahlungsempfänger, mit einem Druckkessel, welcher von einem Fluid zur Aufnahme von Wärme aus der Strahlung durchströmbar ist und welcher eine in einem Kesselinnenraum des Druckkessels angeordnete Führungs­ vorrichtung umfaßt, wobei durch die Führungsvorrichtung eine Einlaßstromführung und eine von der Einlaßstromführung ge­ trennte Auslaßstromführung gebildet ist und zwischen Einlaß­ stromführung und Auslaßstromführung ein mit der Strahlung beaufschlagbarer Absorber angeordnet ist.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Wärmege­ winnung aus konzentrierter Strahlung, insbesondere aus Solar­ strahlung, bei dem ein Fluid in einem Druckkessel eines Strahlungsempfängers in einem Einlaßstrom einem Absorber, welcher durch die Strahlung beaufschlagt ist, zugeführt wird, der Fluidstrom dem Absorber durchströmt und die aufgenommene Wärme durch einen Auslaßstrom abgeführt wird.

Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Diese bekannten Vorrichtungen und Verfahren werden beispiels­ weise bei der Wärmegewinnung aus Solarstrahlung eingesetzt, wobei der Druckkessel in diesem Fall der Druckkessel eines volumetrischen Solarstrahlungsempfängers (Receivers) ist. Ein solcher Receiver läßt sich beispielsweise zu CO₂-Reformierung von Methan in einem geschlossenen Kreislauf mit nachfolgender Methanisierung einsetzen oder zur Erhitzung von Luft bei­ spielsweise zum Antrieb einer Gasturbine.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckkessel der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß er sich gegenüber bekannten Druckkesseln auf einfachere Weise fertigen läßt und eine hohe Betriebssicherheit auf­ weist.

Diese Aufgabe wird bei dem Druckkessel mit den eingangs ge­ nannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Führungsvorrichtung Durchlaßmittel umfaßt, durch die ein Teilstrom eines Fluidstroms aus der Auslaßstromführung in die Einlaßstromführung rückführbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckkessel läßt sich ein Durch­ gangsmassestrom des Fluidstroms durch die Teilrückführung eines Auslaßstromes aus der Auslaßstromführung zu einem Ein­ laßstrom in der Einlaßstromführung erhöhen, wobei diese Rück­ führung innerhalb des Druckkessels erfolgt. Durch einen höheren Massestrom werden Schwankungen in einer Massestrom­ verteilung des Fluidstroms im Absorber und dadurch eventuell auftretende Temperaturspitzen, welche Instabilitäten verur­ sachen können, verringert. Insbesondere können sich solche Instabilitäten störend auf eine Fluidstrombeaufschlagungs-Wirk­ vorrichtung, welche zwischen der Einlaßstromführung und der Auslaßstromführung angeordnet ist und an welcher bei­ spielsweise der Fluidstrom Wärme aufnimmt, auswirken. Eine lokale Überhitzung kann sogar zu einer Zerstörung führen.

Beispielsweise ist die Fluidstrombeaufschlagungs-Wirkvorrich­ tung in einem volumetrischen Solarstrahlungsempfänger durch einen Absorber gebildet. Bei einem Einsatz des Receivers als solarchemischer Receiver-Reaktor zur CO₂-Reformierung von Methan muß der von einer Anlage vorgegebene Massestrom an Fluid im Druckkessel gegenüber dem Massestrom der Anlage außerhalb des Receivers erhöht werden, um gewünschte Refor­ mierungsausbeuten von mehr als 80% des eingesetzten Methans zu erhalten. Durch die Teilrückführung des Auslaßstromes zum Einlaßstrom innerhalb des Druckkessels bei der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung läßt sich ein Massestrom erreichen, der innerhalb des Druckkessels des Receivers höher ist als der Fluid-Massestrom außerhalb des Receivers.

Bei starker lokaler Bestrahlung kann sich der Massestrom auch dadurch reduzieren, daß sich Stoffwerte des Gasgemischs wie Dichte und Viskosität ändern. Durch die erfindungsgemäße Vor­ richtung kann dieser Effekt wesentlich verringert werden, so daß dadurch entstehende Stabilitätsprobleme vermeidbar sind.

Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung wird der Massestrom im Druckkessel des Receivers dadurch erhöht, daß ein aus dem Druckkessel abfließender Strom außer­ halb des Druckkessels teilweise durch eine externe Rückfüh­ rung in eine Fluidstrom-Zuführung zu dem Druckkessel einge­ leitet wird. Diese Art der Erhöhung des Massestroms durch den Druckkessel erfordert einen hohen Aufwand. Demgegenüber ist durch die Teilrückführung innerhalb des Druckkessels bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der fertigungstechnische Auf­ wand verringert.

Bei Erhöhung des Massestroms durch die externe Rückführung tritt weiterhin das Problem auf, daß ein Einlaßstrom und ein Auslaßstrom in dem Kesselinnenraum des Druckkessels vonein­ ander getrennt werden müssen, so daß diese nicht in Kontakt miteinander kommen. Die dazu erforderliche Führungsvorrich­ tung muß dazu fest gegenüber einem Außenmantel des Druck­ kessels montiert sein, wobei aber zwischen dem Außenmantel und der entsprechenden Führungsvorrichtung bei Betrieb des Druckkessels ein Temperaturgradient vorliegt. Die unter­ schiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem kälteren Außenmantel und der wärmeren Führungsvorrichtung erfordert, daß die Füh­ rungsvorrichtung mit Dehnungskompensationselementen wie Metallbalgen oder ähnlichen Vorrichtungen ausgerüstet ist. Diese Dehnungskompensationselemente müssen aber innerhalb enger Fertigungstoleranzen gestaltet werden, um Leckströme und ein Mischen von Einlaßstrom und Auslaßstrom zu ver­ hindern. Dies erfordert einen hohen Fertigungsaufwand und ist insbesondere dann problematisch, wenn das System mit dem Druckkessel keine definierten Temperaturen aufweist sondern je nach Betriebszustand in einem anderen Temperaturbereich betrieben wird. Außerdem besteht bei engen Toleranzen die Gefahr des Festfressens von Führungsvorrichtungsteilen auf­ grund von Oberflächenreaktionen wie Oxidation mit Zunder­ bildung, so daß die Dehnungskompensationselemente unwirksam werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorgeschlagen, daß sich innerhalb des Druckkessels der Einlaßstrom und ein Teilstrom des Auslaßstromes zur Erhöhung des Massestromes vermischen. Dadurch muß die Führungsvorrichtung nicht mehr dicht zwischen Einlaßstrom und Auslaßstrom ausgebildet werden, so daß die bei der aus dem Stand der Technik be­ kannten Vorrichtung auftretenden Probleme vermieden sind. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung des erfindungsgemäßen Druckkessels.

Bei einer besonders günstigen Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Druckkessels ist die Führungsvorrichtung im Kessel­ innenraum so angeordnet und ausgebildet, daß im Mittel die Geschwindigkeit eines Fluidstroms in der Einlaßstromführung größer ist und insbesondere mindestens zweifach größer ist als die Geschwindigkeit des Fluidstroms in der Auslaßstrom­ führung. Auf diese Weise ist der dynamische Druck (Staudruck) des Fluids in der Einlaßstromführung höher als der Staudruck des Fluids in der Auslaßstromführung. Gemäß dem Bernoullischen Gesetz entsteht dadurch ein Sogeffekt, durch den Fluid aus der Auslaßstromführung über die Durchlaßmittel in die Einlaßstromführung gesogen werden. Dieser Effekt ist vergleichbar mit der Wirkung einer Wasserstrahlpumpe.

In einer konstruktiv besonders einfachen und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkessels sind die Durchlaßmittel als Dehnungskompensationselemente der Füh­ rungsvorrichtung ausgebildet. Dadurch läßt sich gleichzeitig eine Erhöhung des Massestroms durch den Druckkessel mit einer Kompensation der Wärmedehnung erreichen, insbesondere hin­ sichtlich Temperaturgradienten zwischen der Führungsvorrich­ tung (warme Seite) und eines Außenmantels (kalte Seite) des Druckkessels. Die Ausbildung der Durchlaßmittel als Dehnungs­ kompensationselemente erlaubt es gerade, die bei einer Vor­ richtung aus dem Stand der Technik erforderliche Dichtheit zwischen Einlaßstromführung und Auslaßstromführung zu umgehen und durch diese Umgehung eine gewünschte Erhöhung des Masse­ stroms für eine Fluidbeaufschlagungs-Wirkvorrichtung zu erzielen.

Bei einer günstigen Variante einer Ausführungsform ist zwischen Einlaßstromführung und Auslaßstromführung eine Fluidbeaufschlagungs-Wirkvorrichtung angeordnet. Diese er­ fährt dadurch einen hohen Massestrom, bei dem dann mögliche Instabilitäten in der Massestromverteilung verringert sind. Bei der Fluidstrombeaufschlagungs-Wirkvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Strahlungsabsorber, insbesondere einen volumetrischen Solarstrahlungsabsorber handeln.

Bisher wurden keine Aussagen gemacht über die Ausbildung der Führungsvorrichtung. Bei einer konstruktiv und fertigungs­ technisch besonders einfachen Variante einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkessels umfaßt die Führungsvor­ richtung einen Innenmantel des Druckkessels.

Vorteilhafterweise ist der Innenmantel im Kesselinnenraum dabei so angeordnet, daß die zwischen dem Innenmantel und einem Außenmantel des Druckkessels gebildete Einlaßstrom­ führung eine kleinere Querschnittsfläche als die Auslaßstrom­ führung, die im Kesselinnenraum durch den Innenmantel begrenzt ist, aufweist. Dadurch ist erreicht, daß ein Einlaß­ strom in der Einlaßstromführung im Mittel eine höhere Ge­ schwindigkeit aufweist als ein Auslaßstrom in der Auslaß­ stromführung, so daß ein Teilstrom des Auslaßstromes durch eine Sogwirkung des Einlaßstromes durch die Durchlaßmittel in die Einlaßstromführung rückführbar ist.

Vorteilhafterweise ist der Innenmantel mehrteilig ausge­ bildet, so daß sich auf einfache Weise eine Kompensation der Wärmedehnung erreichen läßt. Dazu sind aneinandergrenzende Teile des Innenmantel günstigerweise durch eine muffenartige Verbindung nicht starr verbunden. Dies erlaubt es, daß sich die dehnenden Komponenten des Innenmantels beispielsweise ineinanderstecken lassen, wobei relativ große Fertigungs­ toleranzen zulässig sind, und die Verbindung eine Dehnungs­ kompensation erlaubt.

Besonders günstig ist es dann, wenn ein Durchlaßmittel durch einen Verbindungsspalt der muffenartigen Verbindung gebildet ist, welcher als Strömungskanal für den Teilstrom des Fluidstroms, der aus der Auslaßstromführung in die Einlaß­ stromführung rückführbar ist, wirkt. Durch eine entsprechende Wahl der Spaltmaße können dann Rückführanteile des Auslaß­ stromes in den Einlaßstrom und Strömungsgeschwindigkeiten auf einfache Weise eingestellt werden.

In einer vorteilhaften Variante einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckkessels weist dieser zur thermischen Isolierung eine Innendämmung auf. Dies ermöglicht einen hohen Wärmedämmungsgrad für den erfindungsgemäßen Druckkessel.

Der erfindungsgemäße Druckkessel läßt sich vorteilhafterweise als Druckkessel eines volumetrischen Strahlungsempfängers, insbesondere eines Solarstrahlungsempfängers verwenden.

Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen volumetrischen Strahlungsempfänger zu schaffen, der sich auf einfache Weise fertigen läßt und eine hohe Betriebs­ sicherheit aufweist.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen volumetrischen Strahlungsempfänger mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß die Führungsvorrichtung Durchlaßmittel umfaßt, durch die ein Teilstrom eines Fluidstroms aus der Auslaßstromführung in die Einlaßstromführung rückführbar ist.

Der erfindungsgemäße volumetrische Strahlungsempfänger weist die Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungs­ gemäßen Druckkessel diskutiert wurden, auf.

Zur Erzielung eines hohen Umsetzungsgrades von Strahlungs­ energie in Wärmeenergie, welche durch das Fluid abgeführt wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Absorber ein volumetrischer Absorber ist. In einer Variante einer Aus­ führungsform ist dieser aus einem Keramikschaummaterial oder eine keramische Wabenstruktur gefertigt.

In einer kostenmäßig und fertigungstechnisch besonders vor­ teilhaften Ausführungsform ist der Absorber aus einer porösen Metallstruktur gefertigt, bei der es sich insbesondere um ein Metallgewebe oder Metallgestricke handeln kann. Durch einen höheren Massestrom durch den Absorber bei der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung, durch welchen am Absorber unter Umständen auftretende Temperaturspitzen und Neigungen zu Instabilitäten der Massestromverteilung verringert werden, sind geringere Anforderungen an das Absorbermaterial gestellt, so daß auch Metallgewebe, die kostengünstiger anfertigbar sind als Kera­ mikschaummaterialien einsetzbar sind.

Zur Erzielung eines hohen Umsetzungsgrades ist es besonders vorteilhaft, wenn in der Einlaßstromführung ein Einlaßabsor­ ber angeordnet ist, welcher durch die Strahlung beaufschlag­ bar ist. Ein solcher Einlaßabsorber kann den Fluidstrom in der Einlaßstromführung vorwärmen, bevor dieser dem eigent­ lichen Absorber zugeführt wird. Durch einen Einlaßabsorber läßt sich beispielsweise 10 bis 15% der gesamten durch den Fluidstrom aufgenommenen Strahlungsenergie auf diesen über­ tragen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen volumetrischen Strahlungsempfängers sind Gegenstand der Ansprüche 18 bis 24 und wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Druckkessel disku­ tiert.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, das gegenüber bekannten Verfahren sich einfacher realisieren läßt und einen hohen Energieumsetzungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren mit den eingangs ge­ nannten Merkmalen dadurch gelöst, daß im Druckkessel ein Teilstrom des Auslaßstromes in den Einlaßstrom zurückgeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammen­ hang mit dem erfindungsgemäßen Druckkessel und dem erfin­ dungsgemäßen volumetrischen Strahlungsempfänger diskutierten Vorteile auf.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Strahlungsempfängers in schematischer Darstellung.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlungs­ empfängers, welcher in Fig. 1 dargestellt und als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfaßt einen Druckkessel 12 mit einem Außenmantel 14. Der Außenmantel ist aus einem druckbestän­ digen Metall gefertigt.

Der Druckkessel 12 ist mit einer Wand 16 zu einer Quelle (in der Figur nicht gezeigt) von konzentrierter Strahlung 18, insbesondere Solarstrahlung, ausgerichtet. Bei der Quelle kann es sich beispielsweise um einen Parabolspiegel handeln. Die Wand 16 weist eine Öffnung 20 auf, in der ein Durch­ trittsfenster 22 für die konzentrierte Strahlung 18 in einen Kesselinnenraum 24 des Druckkessels 12 sitzt. Das Durch­ trittsfenster 22 ist zum Kesselinnenraum 24 hin gewölbt, wobei ein Scheitel 26 des Durchtrittsfensters 22 auf einer Symmetrieachse 28 des erfindungsgemäßen Druckkessels 12 liegt. Durch die kuppelförmige Ausbildung des Durchtritts­ fensters 22 sind die mechanischen Spannungen, die durch die Druckbelastung und die Erhitzung bei Strahlungsabsorption auftreten, verringert. Außerdem wird die Rückreflexion von Strahlung vermindert.

Um die Öffnung 20 sind auf der Wand 16 Schutzblenden 30 ange­ ordnet, die insbesondere wassergekühlt sind, um eine Er­ hitzung und mechanische Belastung der Wand 16 durch Strah­ lungsabsorption zu verringern oder zu verhindern.

Der Druckkessel 12 weist einen Einlaß (in der Figur nicht gezeigt) für einen Fluidstrom in den Druckkessel 12 auf. Der Fluidstrom ist in einer Führungsvorrichtung 32 geführt, die eine Einlaßstromführung 34 zur Führung eines Einlaßstromes 36 und eine Auslaßstromführung 38 zur Führung eines Auslaß­ stromes 40 umfaßt. Dazu weist der Druckkessel 12 einen Innen­ mantel 42 auf, der mehrteilig ausgebildet ist.

Eine erste Innenmantelfläche 44 ist mit einem dem Durch­ trittsfenster 22 abgewandten Teil des Druckkessels 12 fest verbunden. Eine zweite Innenmantelfläche 46 ist mit einem dem Durchtrittsfenster 22 zugewandten Teil des Druckkessels 12 fest verbunden. Die erste 44 und die zweite 46 Innenmantel­ fläche weisen einen Überlappungsbereich 48 auf, in dem ein Verbindungsspalt 50 gebildet ist, über den ein Teilstrom 52 des Auslaßstromes 40 aus der Auslaßstromführung 38 in die Einlaßstromführung 34 dem Einlaßstrom 36 zuführbar ist.

Im Kesselinnenraum 24 ist vor dem Durchtrittsfenster 22 durch die konzentrierte Strahlung 18 beaufschlagbar ein volume­ trischer Absorber 56 angeordnet und zwar dergestalt, daß der Einlaßstrom 36 aus der Einlaßstromführung 34 vollständig durch den Absorber 56 geführt werden muß, um in der Auslaß­ stromführung 38 den Auslaßstrom 40 zu bilden. Dabei ist zwischen dem Durchtrittsfenster 22 und dem volumetrischen Ab­ sorber 56 ein Eintrittsbereich 58 für konzentrierte Strahlung 18 in den Kesselinnenraum 20 angeordnet. Eine diesem Ein­ trittsbereich 58 zugewandte Absorberfläche 60 des volume­ trischen Absorbers 56 ist mit konzentrierter Strahlung beauf­ schlagbar.

In der Einlaßstromführung 34 ist ein Einlaßabsorber 62 so angeordnet, daß eine Absorptionsfläche 64 im Eintrittsbereich 58 liegt. Dieser Einlaßabsorber 62 dient zu einer ersten Er­ hitzung des Fluidstroms in der Einlaßstromführung 34.

Zwischen der Führungsvorrichtung 32 und dem Außenmantel 14 des Druckkessels 12 des erfindungsgemäßen Strahlungs­ empfängers 10 ist eine Innendämmung 66 zur thermischen Innen­ dämmung des Druckkessels 12 angeordnet. Diese Innendämmung umfaßt eine oder mehrere Schichten Dämmaterial. Insbesondere ist die Innendämmung 66 so ausgebildet, daß sie einen Druck­ ausgleich zwischen dem Kesselinnenraum 24 und dem Dämmaterial erlaubt.

Der erfindungsgemäße Strahlungsempfänger, welcher sich bei­ spielsweise als chemischer Receiver oder als Luftreceiver einsetzen läßt, arbeitet wie folgt:

Über den Einlaß tritt ein Fluidstrom, beispielsweise ein Gasstrom von Reaktionsprodukten oder Luft, in den Druckkessel 12 ein und wird in der Einlaßstromführung 34 als Einlaßstrom 36 durch den Einlaßabsorber 62 geführt. Dort nimmt der Fluid­ strom Wärme auf, welche durch die Absorption der konzen­ trierten Strahlung 18 durch die Absorptionsfläche 64 erzeugt wurde. Bei der dabei aufgenommenen Wärme handelt es sich bei spielsweise um 10 bis 15% der insgesamt aufgenommenen Wärme des Auslaßstromes 40.

Über den Eintrittsbereich 58 strömt der Auslaßstrom 40 dann durch den volumetrischen Absorber 56 und nimmt dabei weiter Wärme auf, wobei der größte Teil der Wärmeaufnahme des Fluidstroms hier erfolgt.

Der Fluidstrom, welcher Wärme aufgenommen hat, wird als Aus­ laßstrom 40 in der Auslaßstromführung 38 einem Auslaß des Druckkessels 12 zugeführt.

Der Teilstrom 52 des Auslaßstromes 52 strömt dabei über den Verbindungsspalt 50 zurück in die Einlaßstromführung 34. Da­ durch ist der Massestrom des Einlaßstromes 36, welcher den Einlaßabsorber 62 und den Absorber 56 beaufschlagt, ver­ größert. Die Einlaßstromführung 34 weist dabei insbesondere in der Nähe des Verbindungsspaltes 50 einen kleineren Quer­ schnitt auf als die Auslaßstromführung 38. Dadurch ist die Geschwindigkeit des Einlaßstromes 36 gegenüber der Geschwin­ digkeit des Auslaßstromes 40 erhöht. Dies führt dazu, daß der Einlaßstrom in der Nähe des Überlappungsbereiches 48 in der Auslaßstromführung 38 einen höheren dynamischen Druck (Staudruck) aufweist als der Auslaßstrom in der Nähe des Überlappungsbereiches 48. Es resultiert daraus ein Sogeffekt (Bernoulli-Gesetz), durch den der Teilstrom 52 in die Einlaß­ stromführung 34 gesogen wird. Vorteilhafterweise sind die Strömungsgeschwindigkeiten und die Maße des Verbindungs­ spaltes 50 so angepaßt, daß der Einlaßabsorber 62 und der volumetrische Absorber 56 mit einem zur Erzielung eines hohen Energieumsetzungsgrades optimalen Fluidstrom beaufschlagt sind.

Durch den Überlappungsbereich 48, durch den die erste Innen­ mantelfläche 44 und die zweite Innenmantelfläche 46 nicht­ starr miteinander verbunden sind, ist eine Dehnungskompen­ sation für den Innenmantel 42 ermöglicht, so daß Temperatur­ änderungen und Temperaturgradienten den Betrieb des erfin­ dungsgemäßen Strahlungsempfängers 10 nicht beeinträchtigen.

Der Druck, unter dem das Fluid dem Strahlungsempfänger 10 zu­ geführt wird, kann beispielsweise in einer Größenordnung von 3 bar für eine kleine Anlage bis 15 bar für eine große Anlage liegen. Bei der Teilrückführung des Auslaßstromes 40 über den Teilstrom 52 zu dem Einlaßstrom 36 tritt ein Druckverlust auf. Dieser liegt bei einer entsprechenden Ausbildung des Verbindungsspaltes 50 beispielsweise in einem Größenordnungs­ bereich von einigen mbar. Bezogen auf den Gesamtdruck in dem Druckkessel 12 hat dieser Druckverlust demnach nur einen sehr geringen Einfluß.

Claims (26)

1. Druckkessel, welcher von einem Fluid durchströmbar ist und zur Führung eines Fluidstroms eine in einem Kessel­ innenraum angeordnete Führungsvorrichtung umfaßt, wobei durch die Führungsvorrichtung in dem Kesselinnenraum eine Einlaßstromführung und eine von der Einlaßstrom­ führung getrennte Auslaßstromführung gebildet ist, und der Fluidstrom von der Einlaßstromführung zu der Auslaß­ stromführung führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh­ rungsvorrichtung (32) Durchlaßmittel (50) umfaßt, durch die ein Teilstrom (52) eines Fluidstroms (40) aus der Auslaßstromführung (38) in die Einlaßstromführung (34) rückführbar ist.

2. Druckkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (32) im Kesselinnenraum (24) so angeordnet und ausgebildet ist, daß im Mittel die Ge­ schwindigkeit eines Fluidstroms (36) in der Einlaßstrom­ führung (38) größer ist und insbesondere mindestens zweifach größer ist als die Geschwindigkeit des Fluidstroms (40) in der Auslaßstromführung (38).

3. Druckkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Durchlaßmittel (50) als Dehnungskompensa­ tionselemente der Führungsvorrichtung (32) ausgebildet sind.

4. Druckkessel nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen Einlaßstromführung (34) und Auslaßstromführung (38) eine Fluidstrombeauf­ schlagungs-Wirkvorrichtung (56) angeordnet ist.

5. Druckkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidstrombeaufschlagungs-Wirkvorrichtung ein Strah­ lungsabsorber (56) ist.

6. Druckkessel nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (32) einen Innenmantel (42) des Druckkessels (12) umfaßt.

7. Druckkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (42) im Kesselinnenraum (24) so ange­ ordnet ist, daß die zwischen dem Innenmantel (42) und einem Außenmantel (14) des Druckkessels (12) gebildete Einlaßstromführung (34) eine kleinere Querschnittsfläche als die Auslaßstromführung (38), die im Kesselinnenraum (24) durch den Innenmantel (42) begrenzt ist, aufweist.

8. Druckkessel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Innenmantel (42) mehrteilig (44,46) ausge­ bildet ist.

9. Druckkessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aneinandergrenzende Teile (44,46) des Innenmantels (42) durch eine muffenartige Verbindung (48) nichtstarr ver­ bunden sind.

10. Druckkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchlaßmittel durch einen Verbindungsspalt (50) der muffenartigen Verbindung (48) gebildet ist, welcher als Strömungskanal für den Teilstrom (52) des Fluidstroms (40), der aus der Auslaßstromführung (38) in die Einlaß­ stromführung (34) rückführbar ist, wirkt.

11. Druckkessel nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Druckkessel (12) zur thermischen Isolierung eine Innendämmung (66) aufweist.

12. Druckkessel nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch seine Verwendung als Druckkessel eines volumetrischen Strahlungsempfängers, insbesondere eines Solarstrahlungsempfängers.

13. Volumetrischer Strahlungsempfänger, insbesondere Solar­ strahlungsempfänger, mit einem Druckkessel, welcher von einem Fluid zur Aufnahme von Wärme aus der Strahlung durchströmbar ist und welcher eine in einem Kesselinnen­ raum des Druckkessels angeordnete Führungsvorrichtung umfaßt, wobei durch die Führungsvorrichtung eine Einlaß­ stromführung und eine von der Einlaßstromführung ge­ trennte Auslaßstromführung gebildet ist und zwischen Einlaßstromführung und Auslaßstromführung ein mit der Strahlung beaufschlagbarer Absorber angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (32) Durchlaßmittel (50) umfaßt, durch die ein Teilstrom (52) eines Fluidstroms (40) aus der Auslaßstromführung (38) in die Einlaßstromführung (34) rückführbar ist.

14. Volumetrischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 13, da­ durch gekennzeichnet, daß der Absorber ein volume­ trischer Absorber (56) ist.

15. Volumetrischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (56) aus einem Keramikschaummaterial oder einer keramischen Waben­ struktur gefertigt ist.

16. Volumetrischer Strahlungsabsorber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (56) aus einer porösen Metallstruktur gefertigt ist.

17. Volumetrischer Strahlungsabsorber nach einem der An­ sprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einlaßstromführung (34) ein Einlaßabsorber (62) ange­ ordnet ist, welcher durch die Strahlung (18) beauf­ schlagbar ist.

18. Volumetrischer Strahlungsabsorber nach einem der An­ sprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh­ rungsvorrichtung (32) im Kesselinnenraum (24) so ange­ ordnet und ausgebildet ist, daß im Mittel die Geschwin­ digkeit des Fluidstroms (36) in der Einlaßstromführung (38) größer ist und insbesondere mindestens zweifach größer ist als die Geschwindigkeit des Fluidstroms (40) in der Auslaßstromführung (38).

19. Volumetrischer Strahlungsabsorber nach einem der An­ sprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßmittel (50) als Dehnungskompensationselemente der Führungsvorrichtung (32) ausgebildet sind.

20. Volumetrischer Strahlungsabsorber nach einem Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkessels (12) umfaßt.

21. Volumetrischer Strahlungsabsorber nach Anspruch 20, da­ durch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (42) im Kesselinnenraum (24) so angeordnet ist, daß die zwischen dem Innenmantel (42) und einem Außenmantel (14) des Druckkessels (12) gebildete Einlaßstromführung (34) eine kleinere Querschnittsfläche als die Auslaßstromführung (38), die im Kesselinnenraum (24) durch den Innenmantel (42) begrenzt ist, aufweist.

22. Volumetrischer Strahlungsabsorber nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (42) mehrteilig (44,46) ausgebildet ist.

23. Volumetrischer Strahlungsabsorber nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß aneinandergrenzende Teile (44,46) des Innenmantels (42) durch eine muffenartige Verbindung (48) nichtstarr verbunden sind.

24. Volumetrischer Strahlungsabsorber nach Anspruch 23, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Durchlaßmittel durch einen Verbindungsspalt (50) der muffenartigen Verbindung (48) gebildet ist, welcher als Strömungskanal für den Teil­ strom (52) des Fluidstroms (40), der aus der Auslaß­ stromführung (38) in die Einlaßstromführung (34) rück­ führbar ist, wirkt.

25. Verfahren zur Wärmegewinnung aus konzentrierter Strah­ lung, insbesondere aus Solarstrahlung, bei dem ein Fluid in einem Druckkessel eines Strahlungsempfängers in einem Einlaßstrom einem Absorber, welcher durch die Strahlung beaufschlagt ist, zugeführt wird, der Fluidstrom den Ab­ sorber durchströmt und die aufgenommene Wärme durch einen Auslaßstrom abgeführt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß im Druckkessel ein Teilstrom des Auslaßstromes in den Einlaßstrom zurückgeführt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Einlaßstromes im Druckkessel größer ist als eine mittlere Strömungsge­ schwindigkeit des Auslaßstromes im Druckkessel.