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Beschreibung
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Empfänger für Solarstrahlung Die Erfindung betrifft einen Empfänger
für Solarstrahlung mit einem Strömungsweg für ein gasförmiges Medium, in welchem
die Solarstrahlung zumindest teilweise absorbiert werden kann.
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Diese Absorption dient teilweise der Erwärmung des gasförmigen Mediums,
teilweise sollen durch die absorbierte Energie chemische Prozesse ausgelöst werden.
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Bisher werden in derartigen Vorrichtungen meist undurchsichtige Rohre
quer zur Achsrichtung bestrahlt und von einem Medium durchströmt. Diese Rohre befinden
sich auf den Innenwänden eines großen Hohlraumes, damit eine ausreichende Heizfläche
zur Verfügung steht. Bei einem neueren Vorschlag soll Umgebungsluft durch ein bestrahltes
Drahtknäuel
gesaugt werden. In diesem Zusammenhang wird verwiesen
auf die folgende Literaturstellen: 1. Schlußbericht zur Phase 2 A vom 30.6.1982
der Arbeitsgemeinschaft GAST (Firmen: Interatom MAN, MBB, Dornier System) Kapitel
3.6 und 3.7.
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2. A Proposal for Novel Type of Solar Gas Receivers, HW Fricker Dept.
KK/0343 Sulzer Ltd., veröffentlicht im Buch zum Insolar-Seminar vom 13.-14. Oktober
1983.
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Bei diesen Strahlungsempfängern sind die Rohre quer zur Achsrichtung
bestrahlt und stehen unter Innendruck. Dadurch entstehen Zugspannungen, die für
Keramikwerkstoffe, die bei hohen Temperaturen nur in Frage kommen, sehr ungünstig
sind. Beim Durchgang durch die undurchsichtigen Rohre tritt ein Verlust an Arbeitsfähigkeit
auf, da die Solarstrahlung Wärme mit einer Temperatur vom 6000 K ist und da hinter
der undurchsichtigen Wand nur noch Wärme mit einer Temperatur vorliegt, die kleiner
als die zulässige Werkstofftemperatur ist.
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Herkömmliche Empfänger müssen für jedes Spiegelfeld, in dem sie eingesetzt
werden sollen, einzeln ausgelegt und konstruiert werden.
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Bei dem von Fricker (aaO.) vorgeschlagenen Empfänger kann nur Luft
bei Umgebungsdruck erhitzt werden. Für die Nutzung dieser Heiß luft wird ein nachgeschalteter
Wärmetauscher erforderlich. Eine solche Kombination hat noch höhere
Verluste
an Arbeitsfähigkeit als ein konventioneller Empfänger.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Empfänger für Solarstrahlung zu
entwickeln, der Strahlungsenergie ohne gro-Be Rückstrahlverluste an ein unter Druck
stehendes Medium übertragen kann, wobei der Werkstoff dieser Einrichtung möglichst
wenig belastet wird.
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Diese Aufgabe wird bei einem Empfänger der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er mindestens einen Hohlkörper aus weitgehend
strahlungsdurchlässigem Material aufweist, dessen Stirnwand auf die Strahlungsquelle
gerichtet ist, während dessen Länoswände im wesentlichen parallel zum Strahlunaseinfall
verlaufen, daß im Hohlkörper eine zentrale Zufuhrleitung für das gasförmige Medium
im Bereich der der Strahlungsquelle zugewandten Stirnseite in einem so geringen
Abstand von der Stirnseite endet, daß das aus ihr austretende Medium mit erhöhter
Strömungsgeschwindigkeit an der Stirnwand entlangströmt, daß im Hohlkörper zwischen
den Längswänden und der Zufuhr leitung ein Rückströmweg für das gasförmige Medium
vorgesehen ist, der zu einem Auslaß führt, und daß der Hohlkörper von einer druckaufnehmenden
Außenwand umgeben ist.
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Bei dieser Ausgestaltung wird die Stirnfläche, die der höchsten Strahlungsbelastung
ausgesetzt ist, durch die unmittelbare Beaufschlagung mit dem kühlen gasförmigen
Medium
am effektivsten gekühlt, wobei diese Kühlung durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit
noch effektiver gestaltet wird.
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Dadurch bleiben die Temperatur der Stirnwand und damit die Strahlungsverluste
durch Reemission der Stirnwand niedrig.
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Wichtig ist die Verwendung von Material, dessen Durchlässigkeit für
Licht mit Sonnenspektrum besser ist als für Infrarotstrahlung, wie sie ein heißer
schwarzer Körper ausstrahlt. Diese Eigenschaft haben die meisten Gläser. Die Solarstrahlung
fällt aus einem Raumwinkel auf die Stirnfläche, wird größtenteils durchgelassen
und anschließend trifft sie auf eine Längswand, wird von dieser teilweise reflektiert,
teilweise durchgelassen und teilweise absorbiert. Der nicht absorbierte Teil trifft
auf weitere Wände, wobei sich der Vorgang wiederholt.
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So wird das Licht teilweise absorbiert und zum anderen Teil durch
die Hohlkörper weitertransportiert. Am Ende der Rohre trifft die verbleibende Solarstrahlung
die Rückwand oder die Zuganker oder die Isolation, welche die Strahlung vollend
absorbieren,sich dadurch erwärmen und deshalb Infrarotstrahlung emittieren. Diese
emittierte Strahlung passiert die Rohre in analoger Weise, in entgegengesetzter
Richtung, nur daß bei jeder Reflexion ein größerer Anteil der Strahlung absorbiert
wird. Aufgrund der Strahlungsdurchlässigkeit des Materials wird die Strahlungswärme
relativ gleichmäßig auf eine große Fläche erteilt, die gleichzeitig als Wärmetauscherfläche
dient.
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Man spricht von einer sanften Absorption. Dies hat den Vorteil, daß
lokale Wärmespitzen vermieden werden, die das Material des Empfängers besonders
belasten würden.
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Mit einem Hohlkörper der beschriebenen Art kann man über dessen gesamte
Grenzfläche Strahlungsenergie absorbieren, bei entsprechender Länge des Hohlkörpers
gelingt es dabei, ausserordentlich hohe Energieübergänge zu realisieren.
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Ein einziger der beschriebenen Hohlkörper kann selbst bereits
als
Strahlungsempfänger dienen, in der Regel wird man jedoch eine größere Anzahl solcher
Hohlkörper zu einem einzigen Strahlungsempfänger kombinieren, indem man sie mit
ihren Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet zusammenpackt und dann mit einer
gemeinsamen, druckaufnehmenden Außenwand umgibt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können benachbarte Hohlkörper
gemeinsame Längswände besitzen, d.h. sie liegen entweder flächig aneinander an oder
sie werden durch eine einstückige Längswand voneinander getrennt, die beiden Hohlkörpern
zugehört.
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Vorzugsweise wird als strahlungsdurchlässiges Material für die Stirnwand
und die Längswände der Hohlkörper Quarzglas verwendet.
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Es kann auch vorgesehen sein, daß zwischen benachbarten Honlkörpern
oder in den Längswänden der Hohlkörper selbst durchgehende und offene Kanäle angeordnet
sind. Diese durchgehenden Kanäle haben vor allen Dingen den Vorteil, daß in diesem
Bereich die Gesamtanordnung nicht in axialer Richtung mit Druckkräften beaufschlagt
wird, so daß eine solche Beaufschlagung nur im Bereich der geschlossenen Stirnflächen
der einzelnen Hohlkörper auftritt. Dadurch sind die Beanspruchungen des Materials
wesentlich kleiner, da die Stirnflächen der einzelnen Hohlkörper kleinere Ausdehungen
haben und sich an den entsprechenden Längswänden eines jeden Hohlkörpers abstützen
können.
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Es ist vorgesehen, daß die Hohlkörper in axialer Richtung fixiert
sind.
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Eine Verbesserung der Kühlung im Bereich der Stirnflächen läßt sich
erreichen, wenn im Bereich der Enden der Zufuhrleitungen Verwirbelungskörper angeordnet
sind.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn zwischen druckaufnehmender Außenwand
und Längswand eine Isolierzwischenschicht angeordnet ist, beispielsweise aus einem
faserigen keramischen Isolierwerkstoff.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Hohlkörper im Querschnitt
sechseckig, wobei die die Endpunkte verbindenden Wände bogenförmig nach innen gebogen
sind, vorzugsweise kreisbogenförmig. Es ist dabei weiterhin günstig, wenn die zentrale
Zufuhrleitung an den Längswänden des Hohlkörpers linienförmig anliegt und wenn die
dadurch abgetrennten Zwickel zwischen Längswand una Zufuhrleitung den Rückströmweg
bilden.
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Benachbarte Hohlkörper können längs ihrer Kanten formschlüssig aneinander
anliegen, wobei es vorteilhaft ist, wenn drei Kanten eines Hohlkörpers komplementär
zu den drei jeweils dazwischen liegenden Kanten desselben Hohlkörpers ausgebildet
sind. Wenn alle Hohlkörper in der gleichen Weise geformt sind, können diese wabenähnlich
aneinandergesetzt werden, wobei die gebogenen Längswände von drei benachbarten Hohlkörpern
durchgehende, offene
Kanäle zwischen sich ausbilden.
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Die Hohlkörper können auf ihrer der Stirnseite abgewandten Seite offen
sein und mit einem Sammelraum verbunden sein, der mit einer Abflußleitung in Verbindung
steht.
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Dabei können die Zufuhrleitungen vorzugsweise den Sammelraum durchsetzen
und in einem Verteilerraum beginnen, der mit einem Zufluß für das gasförmige Medium
verbunden ist.
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Der Sammelraum und der Verteilerraum werden vorzugsweise zusammen
mit den Hohlkörpern im Innern der druckaufnehmenden Außenwand angeordnet, so daß
eine kompakte Baueinheit entsteht. Zwischen Sammelraum und Verteilerraum wird üblicherweise
eine isolierende Trennwand angeordnet, da im Verteilerraum das kühle Medium zugeführt
und im Sammelraum das aufgeheizte Medium gesammelt und anschließend abgeführt werden.
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An dieser Trennwand können bei einer bevorzugten Ausführung Zuganker
befestigt sein, an denen die Hohlkörper in axialer Richtung gehalten sind.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist weiterhin vorgesehen,
daß jeder Hohlkörper an seinem der Stirnwand abgekehrten Ende flanschförmig nach
außen absteht und an jeder Längswand einen sich über 1200 erstreckenden Ringabschnitt
bildet, der sich an entsprechende Ringabschnitte benachbarter Hohlkörper unter Ausbildung
eines geschlossenen, den zwischen jeweils drei benachbarten Hohlkörpern angeordneten,
offenen Kanal im Randbereich abdeckenden
Flanschring anschließt,
und daß die Zuganker in den offenen Kanal eintauchen und den Flanschring hintergreifen.
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Dieser Zuganker kann zusätzlich von einer Distanzhülse umgeben sein.
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Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Hohlkörper
einen quadratischen Querschnitt. Auch hier kann die zentrale Zufuhrleitung linienförmig
an den Längswänden anliegen, während die Zwickel zwischen Längswänden und der zentralen
Zufuhrleitung den Rückströmweg bilden.
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Günstig ist es dabei, wenn die zentrale Zufuhrleitung an ihrem von
der Stirnseite entfernten Ende einen geringeren Außendurchmesser aufweist und zwischen
sich und den Längswänden des Hohlkörpers einen Ringraum ausbildet, der über eine
Öffnung in der Längswand mit entsprechenden Ringräumen benachbarter Hohlkörper oder
mit einer Abflußleitung in Verbindung stent. Insnesondere kann vorgesehen sein,
daß jede Längswand im Bereich des Ringraumes mindestens eine Öffnung aufweist, so
daß beim Zusammenpacken mehrerer gleichartiger Hohlkörper alle Ringräume miteinander
verbunden sind.
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Der Hohlkörper kann in axialer Richtung weiterhin durch einen Haltekörper
fixiert sein, der mit Haltevorsprüngen in komplementäre Ausnehmungen in den Längswänden
des Hohlkörpers eintaucht.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß
die zentrale Zufuhrleitung von mehreren parallelen Rückströmleitungen umgeben ist,
die ebenfalls aus Material bestehen, welches die Strahlung weitgehend hindurchtreten
läßt. Dadurch ergeben sich zusätzliche Grenzflächen, die einerseits in geringem
Umfange Strahlung absorbieren und die andererseits von dem aufzuheizenden gasförmigen
Medium umströmt werden, so daß hier ein verbesserter Wärmeübergang von der Strahlung
in das gasförmige Medium erzielt werden kann. Die Rückströmleitungen können einseitig
oder beidseitig verschlossen sein.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
die Hohlkörper in axialer Richtung durch einen Reibsitz gegenüber der Außenwand
oder einer Zwischenlage zwischen Außenwand und Hohlkörper fixiert sind. In diesem
Falle sind besondere Haltemittel für die Hohlkörper zu deren Festlegung in axialer
Richtung nicht mehr notwendig.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: Fig.
1 eine Ansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Strahlungsempfängers
in Richtung des Strahlungseinfalles; Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie 2 -
2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht längs Linie 3 - 3 in Fig.
2; Fig. 4 eine Seitenansicht eines teilweise aufgebrochen dargestellten Hohlkörpers,
wie er im Empfänger der Fig. 1 Verwendung findet; Fig. 5 eine Schnittansicht längs
Linie 5 - 5 in Fig. 4; Fig. 6 eine Schnittansicht längs Linie 6 - 6 in Fig. 4; Fig.
7 eine teilweise aufgebrochen dargestellte Seitenansicht eines weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiels eines Hohlkörpers; Fig. 8 eine Schnittansicht längs Linie 8
- 8 in Fig. 7; Fig. 9 eine Schnittansicht längs Linie 9 - 9 in Fig. 7; Fig. 10 eine
Schnittansicht längs Linie 10 - 10 in Fig. 7; Fig. 11 eine Schnittansicht längs
Linie 11 - 11 in Fig. 7;
Fig. 12 eine Schnittansicht längs Linie
12 - 12 in Fig. 11; Fig. 13 eine Ansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines Strahlungsempfängers in Strahlungseinfallsrichtung; Fig. 14 eine Schnittansicht
längs Linie 14 - 14 in Fig. 13; Fig. 15 eine Seitenansicht eines teilweise aufgebrochen
dargestellten Hohlkörpers, wie er im Empfänger der Fig. 13 verwendet wird und Fig.
16 eine Schnittansicht längs Linie 16 - 16 in Fig. 15.
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Der in den Figuren 1 bis 6 dargestellte Strahlurigsenipfänger weist
eine zylindrische, an einem Ende offene und am anderen Ende kuppelförmig verschlossene
Außenwand 1 auf, die beispielsweise aus zwei Stahlhalbschalen 2 und 3 gebildet ist.
Der Innenraum des kuppelförmig verschlossenen Endes bildet einen Verteilerraum 4,
der über einen Einlaß 5 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Quelle für
ein kühles, gasförmiges Medium in Verbindung steht, welches im Strahlungsempfänger
einfallende Strahlung absorbieren soll. In Richtung auf das offene Ende der Außenwand
schließt sich ein Sammelraum 6 an, der vom Verteilerraum
4 durch
eine stabile Trennwand 7 abgetrennt ist. Verteilerraum 4 und Sammelraum 6 sind durch
eine Isolationsschicht 8 thermisch voneinander isoliert, die parallel zur Trennwand
7 angeordnet ist. Der Sammelraum 6 steht mit einem Auslaß 9 in Verbindung, der das
gasförmige Medium nach der Absorption der Strahlungsenergie seiner weiteren Verwendung
zuführt. Gegenüber der Außenwand 1 ist der Sammelraum 6 durch eine thermische Isolationsschicht
10 isoliert.
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Der Sammelraum 6 wird auf seiner dem offenen Ende der Außenwand zugewandten
Seite von einer Ringwand 11 begrenzt, die eine große zentrale Öffnung 12 freiläßt.
Zwischen dieser Ringwand 11 und dem offenen Ende der Außenwand 1 sind achsparallel
nebeneinander eine gröBere Anzahl von Hohlkörpern 13 angeordnet, die die eigentlichen
Strahlungsempfänger bilden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Hohlkörper
13 gleich aufgebaut. Sie weisen eine ebene Stirnfläche 14 auf, die den Hohlkörper
13 auf der dem Sammelraum 6 abgewandten Seite verschließt. Seitlich wird der Hohlkörper
13 durch sechs Längswände 15 begrenzt, die kreisbogenförmig ausgebildet sind, so
daß jeder Hohlkörper einen sechseckförmigen Querschnitt mit nach innen gebogenen
Seiten aufweist (Figur 5). Im Bereich der Kanten sind jeweils benachbarte Kanten
16 bzw. 17 komplemen-Gär ausgebildet, beispielsweise weist eine Kante 16 einen keilförmigen
Vorsprung 18 und die benachbarte Kante 17 einen komplementären Rücksprunc 19 auf,
so daß gleich aufgebaute Hohlkörper wabenähnlich sc zusammengepackt werden können,
daß die Kanten benachbarter Hohlkörper formschlüssig
ineinandergreifen,
wie dies in Figur 1 ersichtlich ist.
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Die kreisbogenförmigen Längswände 15, die sich über einen Winkel von
1200 erstrecken, bilden dabei zusammen mit den kreisbogenförmigen Längswänden von
zwei benachbarten Hohlkörpern rohrförmige Kanäle 20, die zum Sammelraum 6 und zum
offenen Ende des Empfängers hin offen sind.
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Eine größere Anzahl derartiger Hohlkörper sind in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel so zusammengepackt, daß insgesamt ein sechseckförmiges Raster
entsteht, wobei ein solcher Hohlkörper als zentraler Hohlkörper fungiert. Diese
Vielzahl von Hohlkörpern wird von einer der Außenkontur der Hohlkörper angepaßten
weiteren Isolationsschicht 21 umgeben, so daß nach außen gerichtete Druckkräfte
über die Isolationsschichten 21 und eine weitere diesen umgebende Isolationsschicht
22 auf die druckaufnehmende Außenwand 1 übertragen werden können.
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Die topfförmigen Hohlkörper 13 mit dem sternförmigen Querschnitt sind
so nebeneinander angeordnet, daß ihre Stirnflächen 14 miteinander und mit dem freien
Rand 23 der Au-Benwand 1 fluchten (Figur 2).
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Um die Hohlkörper in axialer Richtung in dieser Lage zu fixieren,
weisen diese an ihrem den Stirnflächen 14 gegenüberliegenden Ende nach außen gerichtete
ringförmige Flanschabschnitte 24 auf, die sich über einen Winkel von 1200 erstrecken
und zusammen mit entsprechenden Flanschabschnitten von zwei benachbarten Hohlkörpern
einen Ringflansch
bilden, der die offenen Kanäle 20 zwischen den
Hohlkörpern teilweise abdeckt (Figur 3). Diese Flanschabschnitte überdecken jedoch
den offenen Kanal 20 nur so weit, daß eine zentrale Öffnung 25 frei bleibt, durch
die ein Zuganker 26 in die offenen Kanäle 20 hineinragt.
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Der Zuganker 26 trägt an seinem eintauchenden Ende eine Verbreiterung
27, mit welcher er die Unterseite der Flanschabschnitte 24 hintergreift (Figur 2).
Ein solcher Zuganker ragt in jeden offenen Kanal 20 hinein.
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Er ist mit seinem freien Ende durch die Trennwand 7 zwischen Verteilerraum
4 und Sammelraum 6 hindurchgesteckt und dort mit einer Mutter 28 verschraubt. Im
Sammelraum 6 wird er von einer Abstandshülse 29 umgeben, die sich einerseits auf
der Oberseite der Flanschabschnitte 24 und andererseits auf der Unterseite der Trennwand
7 abstützt. Auf diese Weise werden die Hohlkörper über ihre Flanschabschnitte 24
in axialer Richtung in einer definierten Lage festgehalten.
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In der Trennwand 7 sind inbikonisch erweiterten Offnungen 30 Rohre
31 mit einer komplementären bikonischen Verdickung an ihrem freien Ende gehalten,
die mit ihrem anderen rEnde jeweils in einen Hohlkörper hineinragen und in geringem
Abstand vor dessen Stirnfläche 14 enden.
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Diese Rohre 31 stehen mit dem Verteilerraum 4 in Verbindung. Die Außenabmessungen
der Rohre 31 sind so gewählt, daß jedes Rohr zentral im Innern eines Hohlkörpers
angeordnet ist und linienförmig an den Längswänden des Hohlkörpers anliegt (Figur
5). Dadurch werden zwischen den
Längswänden des Hohlkörpers und
der Außenwand des Rohres 31 Zwickel 32 gebildet, die einen Rückströmweg erzeugen.
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Sowohl die Hohlkörper als auch die in sie eintauchenden Rohre werden
aus Quarzglas gefertigt, d.h. aus einem Material, das ür die einfallende Strahlung
weitgehend, aber nicht vollständig, durchlässig ist, das aber Infrarotstrahlung
weitgehend absorbiert.
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Im Betrieb wird der Empfänger mit dem offenen Ende auf die Strahlungsquelle
gerichtet, so daß die Strahlung im wesentlichen parallel zur Längsachse der Hohlkörper
in den Empfänger einfällt. Kühles, gasförmiges Medium, das aufgeheizt und/oder zum
reagieren gebracht werden soll, wird über den Einlaß 5 und den Verteilerraum 4 in
die einzelnen in die Hohlkörper eintauchenden Rohre 31 verteilt und gelangt in diesen
bis in den Bereich der Stirnflächen 14 der Hohlkörper. An dieser Stelle wird das
Medium durch den geringen Abstand zwischen dem Ende des Rohres 31 und der Stirnfläche
14 stark beschleunigt und strömt tangential mit hoher Geschwindigkeit an der Stirnfläche
14 entlang und durch den von den Zwickeln 32 gebildeten Rückströmweg zurück in den
Sammelraum 6. Von dort tritt das gasförmige Medium nach Absorption der Strahlungsenergie
durch den Auslaß 9 wieder aus dem Empfänger aus.
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Die Absorption der einfallenden Strahlung erfolgt zunächst im Bereich
der Stirnflächen, die einer besonders intensiven Bestrahlung ausgesetzt sina. Durch
die hohe Strömungsgeschwindigkeit werden diese Stirnflächen besonders effektiv
gekühlt,
insbesondere, da sie von noch kühlem Medium beaufschlagt werden. Eine weitere Absorption
erfolgt bei dem Vorbeiströmen des Mediums an den Längswänden der Hohlkörper. In
diesen wird durch Mehrfachreflexion und Mehrfachstreuung die Strahlungsenergie über
die gesamte Länge kontinuierlich absorbiert, wobei im stirnflächennahen Bereich
eine schwächere Absorption erfolgt als im sammelraumnahen Bereich. Während des gesamten
Strömungsweges kann das gasförmige Medium die Wände kühlen und auf diese Weise die
Strahlungsenergie in Form von Wärmeenergie aufnehmen. Vorteilhaft ist dabei, daß
das zentrale Rohr 31 allseitig von dem rückströmenden Medium umhüllt wird, so daß
das zentral zuströmende Medium wenig Strahlung absorbiert und daher noch kühl gegen
die Stirnfläche 14 gerichtet wird. Dadurch wird eine effektive Kühlung dieses relativ
kritischen Bereiches sichergestellt. Durch Anordnung von zusätzlichen, in der Zeichnung
nicht dargestellten Verwirbelungskörpern kann diese Kühlung noch effektiver gestaltet
werden.
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Das Medium kann unter hohem Druck in die Hohlkörper eingeleitet werden,
da jeder Hohlkörper durch diesen Druck in axialer Richtung nur eine begrenzte Kraft
aufnehmen muß, die sich aus der begrenzten Größe der Stirnfläche 14 ergibt. Es ist
also bei diesem Empfänger nicht notwendig, die wesentlich größeren Druckkräfte insgesamt
aufzunehmen, die sich ergeben würden, wenn die gesamte Öffnung der Au-Benwand 1
mit einer gemeinsamen Stirnfläche verschlossen wären. Die konkaven Längswände der
Hohlkörper, die zusammen
mit benachbarten entsprechend geformten
Längswänden rohrförmige Kanäle bilden, sind ebenfalls geeignet, große Druckkräfte
aufzunehmen, da durch die rohrförmige Ausbildung der Kanäle diese zu einer Kompression
des Materials und nicht zu einer Dehnung führen. Es gelingt daher mit diesem Empfänger,
die Strahlung unmittelbar in einem gasförmigen Medium unter hohem Druck zu absorbieren,
ohne daß zusätzliche Wärmetauscher notwendig sind. Trotzdem hält sich die Beanspruchung
des verwendeten Materials in vernünftigen Grenzen.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die Reflexionsverluste
dieses Empfängers niedrig gehalten werden können. Dies liegt daran, daB der Empfänger
auf seiner offenen Seite nur teilweise durch Stirnflächen verschlossen ist, während
ein erheblicher Teil dieser Stirnfläche offen bleibt. Die Stirnflächen machen insgesamt
nur etwa 41% der Aperturfläche aus Durch effektive Kühlung bleiben die. Stirnf lachen
relativ kühl, wodurch die eemissionsverluste verringert werden.
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Günstig ist bei dieser Anordnung auch, daß das gasförmige Medium auf
einer sehr großen Oberfläche allseitig mit Strahlung sehr hoher Konzentration bestrahlt
wird. Das kann dazu genutzt werden, daß man ein Medium verwendet, in dem unter Druck
und hoher Temperatur photochemische Prozesse ablaufen. Der Empfänger kann also auch
als Reaktor verwendet werden, wobei die hohe Energie, beispielsweise des Sonnenlichts,
voll genutzt werden kann.
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Beim Zusammenbau werden zunächst Hohlkörper in einer vorbereiteten
Wanne so aneinander gestapelt, daß jeweils
komplementäre Kanten
aneinanderliegen. Beim Stapeln der Rohre werden die Zuganker mit Hilfe von keramischem
Kitt zwischen die Flansche eingebaut, dann wird die Trennwand 7, die Löcher für
die Zuganker und für die Rohre 31 aufweist, auf die Zuganker aufgeschoben. Danach
werden die Rohre durch die Trägerwand in die Hohlkörper eingeführt.
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Um diese in der Trennwand zu befestigen, ist diese zweilagig ausgeführt,
sie umfaßt nämlich eine dem Sammelraum zugewandte Lochplatte 33 und eine daran anliegende
Halteplatte 34, die zusammen die bikonischen öffnungen 30 für die Rohre 31 bilden.
Diese Halteplatte 34 wird erst auf die Lochplatte 33 aufgesetzt, wenn die Rohre
31 eingeschoben sind.
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Diese vorgefertigte Baueinheit wird daraufhin mit Isolationsmaterial
umgeben und in die Außenwand 1 eingesetzt, so daß die Stirnflächen der Hohlkörper
frei bleiben.
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In den Figuren 7 bis 12 ist ein abSewandeltes Ausführungsbeispiel
eines Hohlkörpers dargestellt, bei dem dieselben Bezugszeichen einander entsprechende
Teile bezeichnen. Im Unterschied zu dem Hohlkörper des Ausführungsbeispiels der
Figuren 1 bis 6 hat der Hohlkörper einen quadratischen Querschnitt und wird dadurch
in axialer Richtung fixiert, daß in sein offenes Ende ein Halteblock 40 eingeschoben
ist, der selbst mittels vier Zugankerschrauben 41 an einer quer verlaufenden Halteplatte
42 festgelegt ist. Der Halteblock 40 trägt an seinen vier Außenseiten nach außen
abstehende Zapfen 43, die in entsprechende Ausnehmungen 44
der
Längswände 15 des Hohlkörpers 13 eintauchen. Das Rohr 31 durchsetzt den Halteblock
40 und verbindet in gleicher Weise den Verteilerraum mit dem Inneren des Hohlkörpers.
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Dabei hat das Rohr 31 in dem der ebenen Stirnfläche 14 zugewandten
Ende einen Außendurchmesser, bei dem es linienförmig an den Längswänden anliegt,
so daß zwischen dem Rohr 31 und den Längswänden Zwickel als Rückströmweg gebildet
werden. In seinem dem Halteblock 40 benachbarten Teil hat das Rohr jedoch einen
kleineren Außendurchmesser, so daß zwischen den Längswänden 15 und dem Rohr 31 ein
Ringraum 45 entsteht. In diesem Bereich sind alle Längswände 15 mit Öffnungen 46
versehen, so daß beim Aneinanderlegen mehrerer Hohlkörper dieser Art die Ringräume
45 dieser Hohlkörper untereinander in Verbindung stehen und den Sammelraum bilden.
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Eine größere Anzahl dieser im Querschnitt quadratischen Hohlkörper
können zu einem Bündel zusammengefaßt werden und in der gleichen Weise unter Zwischenlage
von Isolationsschichten in einen entsprechenden Außenmantel eingebettet werden.
Dabei werden die den Sammelraum bildenden Ringräume über spezielle in der Zeichnung
nicht dargestellte Auslässe an der Außenseite mit einer Auslaßleitung verbunden.
Im übrigen bestehen auch bei diesemAusführungsbeispiel Hohlkörper und eingeschobenes
Rohr aus einem weitgehend strahlungsdurchlässigen Material, insbesondere aus Quarzglas.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
die Apertur vollständig geschlossen, da den offenen Kanälen 20 entsprechende
Kanäle
bei diesem Ausführungsbeispiel fehlen.
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Die Funktionsweise eines Empfängers mit Hohlkörpern gemäß Figuren
7 bis 12 ist dieselbe wie bei dem anhand der Figuren 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispiels.
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Bei dem in den Figuren 13 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ebenfalls ein ähnlicher Aufbau gewählt, dieselben Bezugszeichen bezeichnen auch
hier entsprechende Teile.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Hohlkörper einen rechteckförmigen
Querschnitt, jedoch ist der Außendurchmesser des Rohres 31 geringer als bei den
vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so daß dieses Rohr nicht an der Innenseite
an den Längswänden 15 des Hohlkörpers 13 anliegt. Dagegen ist das Rohr 31 von einer
größeren Anzahl weiterer Rohre 50 umgeben, die im Zwischenraum zwischen dem zentralen
Rohr 31 unQ den Längswänden 15 angeordnet sind und parallel zu dem Rohr 31 verlaufen.
Auch diese Rohre bestehen ebenso wie die Hohlkörper und das zentrale Rohr 31 aus
einem weitgehend lichtdurchlässigen Material, beispielsweise aus Quarzglas. Sie
können offen sein, so daß sie einen Teil des Rückströmweges bilden, sie können aber
auch einseitig oder beidseitig verschlossen sein. Wichtig ist in diesem Zusammenhang,
daß die Wände dieser Rohre Strahlung absorbieren und anschließend an das vorbeiströmende
gasförmige Medium Energie übertragen, so daß auf diese Weise die Effektivität der
Strahlungsübertragung erhöht
werden kann.
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Mehrere derartige Hohlkörper können wieder zusammen gelagert werden,
so daß sich insgesamt ein ähnlicher Aufbau wie bei dem Empfänger der Figuren 1 bis
6 ergibt, allerdings mit einem insgesamt rechteckigen und insbesondere quadratischen
Querschnitt (Figur 13). In diesem Fall kann vorgesehen sein, daß die Außenwand 1
mit einem Druckmedium gefüllt wird, welches von außen her über die Isolationsschicht
21 die Außenwände der Hohlkörper mit Druck beaufschlagt. Durch diese Druckbeaufschlagung
entsteht eine hohe Reibung zwischen den Hohlkörpern und der Isolationsschicht 21,
so daß die Hohlkörper gegen axiale Verschiebung durch einen Reibsitz gesichert sind.
Es ist daher nicht mehr notwendig, spezielle Zuganker zur axialen Fixierung der
Hohlkörper vorzusehen.
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Es ist selbstverständlich, daß die Merkmale der vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele auch untereinander kombiniert werden können, beispielsweise
können in die Zwikkel 32 der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche
Quarzrohre eingesetzt werden oder die Zugankerfixierung der Hohlkörper der zuerst
beschriebenen Ausführungsbeispiele kann durch eine Reibsitzfixierung ersetzt werden
und umgekehrt.
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