專利名稱：太陽能吸收器模塊和太陽能吸收器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能吸收器模塊，包括帶有縱軸線的殼體(其帶有成錐形的第一殼體截段，第一殼體截段帶有第一自由端和具有相對于第一端減小的橫截面面積的第二端；并帶有聯(lián)接到第一殼體截段的第二端處的第二殼體截段，第二殼體截段具有在它的縱向延伸部上大致恒定的橫截面)和容納在第一殼體截段的第一端中的陶瓷的太陽能吸收器元件(其帶有可朝向太陽輻射取向的具有對稱軸線的第一表面和面對第一表面的第二表面)，其中，太陽能吸收器元件具有大致筆直伸延的、將第一表面與第二表面相連接的許多管道。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造太陽能吸收器模塊的殼體以及太陽能吸收器組件的方法。
背景技術(shù)：
太陽熱的發(fā)電廠是在其中通過吸收器獲得的太陽光的能量可作為熱量使用發(fā)電廠。太陽熱的發(fā)電廠的一種特殊的形式是所謂的太陽能塔發(fā)電廠(Solarturmkraftwerk)， 其大多數(shù)情況為帶有太陽能的蒸汽產(chǎn)生的蒸汽發(fā)電廠。由現(xiàn)有技術(shù)已知的太陽能塔發(fā)電廠包括布置在塔上的向下傾斜大約25°的太陽能吸收器組件(也稱為太陽能接收器)，其在它方面包括保持在共同的承載結(jié)構(gòu)處的許多太陽能吸收器模塊。太陽能吸收器組件由許多自動對準的鏡子(定日鏡)利用由鏡子反射的太陽輻射來輻射，使得它(根據(jù)所使用的鏡子的數(shù)量)被加載有200至1000倍的正常輻射強度。在太陽能塔發(fā)電廠的運行中，環(huán)境空氣通過太陽能吸收器組件的各個吸收器元件被吸入到太陽能吸收器模塊的內(nèi)部中并且被加熱到大約700°C的溫度。這樣加熱的空氣通過管路系統(tǒng)流動到熱交換器中，此處它出于蒸汽產(chǎn)生的目的將其熱量排出到水-蒸汽循環(huán)處。在熱交換器產(chǎn)生的蒸汽然后以已知的方式驅(qū)動了與發(fā)電機相連接的蒸汽渦輪。此后， 在熱交換器中冷卻到大約150°C的空氣流回至太陽能吸收器組件并且在那里再次被排出到環(huán)境中，其中，它流動通過在各個吸收器模塊之間形成的中間腔室并且在此冷卻了各個太陽能吸收器模塊的鋼結(jié)構(gòu)的通過內(nèi)部的熱空氣流強烈地加熱的聯(lián)接管。在此，承載結(jié)構(gòu)的金屬的保持管的雙層壁的結(jié)構(gòu)證實是不利的，在其中，內(nèi)部的管(其容納吸收模塊)僅可焊接在后面的端部處。在運行中由于溫度變化負載，承載結(jié)構(gòu)可扭曲，由此在吸收器模塊之間的間隙寬度不利地改變。在前面描述的類型的太陽能塔發(fā)電廠中，證實為成問題的是，由定日鏡輻射到太陽能吸收器組件上的高度集中的太陽光的大多數(shù)是不可利用的，這是因為它不落到有效的吸收器面上，而是例如落到在太陽能吸收器模塊之間的中間腔室中(在發(fā)電廠中被冷卻的空氣從其中流出)或者落到模塊的殼體上。

發(fā)明內(nèi)容
由此出發(fā)，本發(fā)明的目的在于提供一種改進的太陽能吸收器模塊和改進的太陽能吸收器組件，其通過經(jīng)優(yōu)化的太陽輻射的吸收、減小的熱量損失并因此通過在所聯(lián)接的發(fā)電廠中的能量轉(zhuǎn)換時經(jīng)優(yōu)化的效率而見長。該目的根據(jù)帶有根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的太陽能吸收器模塊的本發(fā)明的第一教導(dǎo)由此實現(xiàn)，即太陽能吸收器元件這樣容納在第一殼體截段的第一端中，即第一表面的對稱軸線傾斜于殼體的縱軸線布置。通過在殼體的第一殼體截段內(nèi)部的吸收器元件的傾斜的布置能夠?qū)⑷康奈掌髂K優(yōu)化地對準從定日鏡指向到由各個吸收器模塊形成的太陽能吸收器組件的太陽輻射，并同時使損失最小。通過各個吸收器元件相應(yīng)地(朝向定日鏡場)傾斜地取向，它們可安裝到現(xiàn)在大致豎直地取向的太陽能吸收器組件中。這出于結(jié)構(gòu)上的原因重新允許更大的太陽能接收器和因此更有效率的發(fā)電廠。單獨的吸收器主體傾斜到殼體中(其相應(yīng)的軸線然后大致水平地取向)，在靠近接收器的定日鏡的用于一定的陡的輻射入射角的單獨的太陽能吸收器模塊中引起在所屬的太陽能吸收器元件上方的區(qū)域的微小的遮光。由此， 尤其減少了在已知的太陽能吸收器組件中通過太陽能吸收器模塊的外壁的或空氣流出空隙的不可避免的輻射所產(chǎn)生的損失。申請者的研究顯示由此可實現(xiàn)大約4-5%的效率收益 (Effizienzgewinn)。特別有效的效率提升可利用5° -20°、優(yōu)選地12. 5°的傾斜角來實現(xiàn)。陶瓷的太陽能吸收器元件優(yōu)選地包括陶瓷的核心體(Monolith)，其帶有許多大致筆直地貫穿核心體的管道。根據(jù)本發(fā)明的一種有利的設(shè)計方案，太陽能吸收器元件的第一表面大致平坦地構(gòu)造，其中，對稱軸線與第一表面的法向量重合。這種平的幾何形狀可以比較簡單地制造并且因此可成本有利地使用。此外，面向太陽輻射的平的表面允許輻射有效地接合到太陽能吸收器元件中并且因此允許輻射能量有效地轉(zhuǎn)化為熱量。尤其地，太陽能吸收器元件構(gòu)造成扁平部件，尤其構(gòu)造成盤形或矩形，其中，管道大致垂直于平的伸延部延伸。作為扁平部件在本發(fā)明的意義中可理解為其長度和寬度顯著大于其高度的部件。對于構(gòu)造成扁平部件的陶瓷的核心體，這在此意味著，它的長度和寬度(其基本上通過第一殼體截段的自由端的進口橫截面來規(guī)定)顯著大于核心體的高度(其在太陽能吸收器元件的安裝的狀態(tài)中相應(yīng)地傾斜于殼體的縱軸線延伸)。太陽能吸收器模塊的殼體可由不同的材料制成，其中，材料必須通過高的抗熱性、抗溫度變化性和優(yōu)選地小的導(dǎo)熱性而見長。因為太陽能吸收器元件通常為陶瓷的主體，所以殼體在均勻的熱的延展的背景下適宜地同樣由陶瓷的材料、尤其由滲硅的碳化硅 (SiSiC)或者與氮化合的碳化硅(NSiC)來制造。特別優(yōu)選地為使用堇青石。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的設(shè)計方案，將太陽能吸收器元件的第一表面與第二表面相連接的管道具有多邊形的橫截面。比較簡單的和成本有利的制造利用簡單的矩形的管道橫截面是可能的。在太陽輻射的有效的吸收方面，六角形的橫截面證實是特別有效的。如申請者的研究所顯示的那樣，相對于矩形的橫截面，在相同的液壓的直徑和面積相等的開口橫截面的情況下，它能夠增大15%的熱交換面積。根據(jù)本發(fā)明的另一設(shè)計方案，第二殼體截段的內(nèi)部的壁設(shè)有絕緣襯層 (Isolierauskleidung)。由此，流動通過第二殼體截段的并且之前在流過吸收器主體時強烈地加熱的流體流(Fluidstrom)被第二殼體截段的壁有效地?zé)岱指?。這尤其具有積極的作用，即使得從殼體到太陽能吸收器組件的通常鋼制的承載結(jié)構(gòu)處的熱傳遞最小。這種熱傳遞在一定的溫度水平之上導(dǎo)致了太陽能吸收器組件的承載結(jié)構(gòu)的不再足夠的穩(wěn)定性。有利地，絕緣襯層延伸直到第一殼體截段中，其中，它貼靠在成錐形的第一殼體截段的壁處。由此實現(xiàn)在太陽能吸收器模塊的殼體與太陽能吸收器組件的承載結(jié)構(gòu)之間的進一步改進的熱的分隔，其中，流體流實際上未被阻礙。同樣可能還利用絕緣部包圍第二殼體截段的外壁。理解為，由此達到了熱的第二殼體截段相對于承載結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化的絕緣。為了最優(yōu)地從管截段(太陽能吸收器模塊的殼體以其第二殼體截段插入到其中) 中熱分隔第二殼體截段，根據(jù)本發(fā)明的另一設(shè)計方案設(shè)置成，第二殼體截段在其外壁處具有至少一個用于中心地緊固在太陽能吸收器組件的管中的間隔凸起(Abstandsnocke)。由此，保證了第二殼體截段的外壁與圍繞的管內(nèi)壁的均勻的間隔，使得不會由于太小的間隔或甚至殼體截段與承載結(jié)構(gòu)之間的接觸而產(chǎn)生承載結(jié)構(gòu)的零件的逐點的過熱。根據(jù)本發(fā)明的另一特別有利的設(shè)計方案，殼體在成錐形的第一殼體截段中具有在第一殼體截段的整個內(nèi)部橫截面上延伸的、設(shè)有許多開口的壁。該設(shè)計方案的特別的優(yōu)點在于，通過太陽能吸收器元件吸入到殼體中的流體(通?？諝?在在壁的面上的開口相應(yīng)地分布并設(shè)計尺寸的情況下(這可通過相應(yīng)的模擬計算簡單地確定)可在太陽能吸收器元件的整個橫截面上、也就是即還在其邊緣區(qū)域中均勻地流動，使得可靠地避免在吸收器模塊中的局部的溫度峰值。在此優(yōu)選地，開口的橫截面和/或壁的每個面積單位的開口的密度從壁的面中心點向其邊緣增大。由此，即開辟了一種可能性，即減小了朝向邊緣的相對的流動阻力，以便有效地阻止，流動通過太陽能吸收器元件的并在此被加熱的流體(空氣)優(yōu)選地在太陽能吸收器元件的中心的區(qū)域中被吸入。本發(fā)明的另一從制造技術(shù)的角度有利的設(shè)計方案在于，壁從第一殼體截段的自由端觀察凹形地拱曲，以便在制造尤其由陶瓷材料制成的太陽能吸收器殼體時使實心鑄件的鑄芯的脫模變得容易。通過將壁設(shè)置在成錐形的第一殼體截段中，根據(jù)本發(fā)明的太陽能吸收器模塊的殼體在制造技術(shù)上特別有利地可以在組合的空心鑄件和實心鑄件中制造。尤其地，這具有優(yōu)點，即在實心鑄件中制造的第一截段從其自由端直至無機械的精加工的壁處可以以狹小的公差來制造，而其余的殼體截段傳統(tǒng)地在空心鑄件中制造。在一個有利的實施形式中，壁也可分離地來制造，例如通過板料的噴水切割或銑削。壁然后被裝入傳統(tǒng)地通過空心鑄件來制造的殼體中。在設(shè)計太陽能吸收器模塊時重要的標(biāo)準為，在太陽能吸收器元件的整個橫截面上實現(xiàn)用于所吸入的流體的均質(zhì)的流動型面(Stroemimgsprofil)。對此，在布置在殼體的第一殼體截段中的壁中設(shè)置的開口的分布和/或橫截面這樣測定，即在太陽能吸收器元件的整個橫截面上從外流入到整塊的太陽能吸收器元件中的流體流關(guān)于在吸收器元件上的各個面積單位被均勻地引導(dǎo)到第二殼體截段中。本發(fā)明的另一教導(dǎo)涉及一種用于制造用于根據(jù)權(quán)利要求17的太陽能吸收器模塊 (8)的殼體(80)的方法，其特征在于下列的方法步驟-在組合的空心鑄件和實心鑄件中生產(chǎn)殼體，其中，在第一殼體截段的第一自由端與壁之間的區(qū)域以實心鑄件來生產(chǎn)，而在壁與第二截段的自由端之間的區(qū)域以空心鑄件來生產(chǎn)，-將開口成形到未經(jīng)燒焙的壁中以及-接下來高溫處理。該方法使能夠制造在第一殼體截段中帶有特別高的精度和表面質(zhì)量的用于太陽能吸收器模塊的殼體。此外，之前所說的適用于該方法的優(yōu)點。尤其地，開口成形到壁中可以以簡單的方式通過現(xiàn)有技術(shù)中普遍的CNC銑刀來實現(xiàn)。本發(fā)明的其它的方面涉及一種帶有用于許多根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的太陽能吸收器模塊的承載結(jié)構(gòu)的太陽能吸收器組件。該承載結(jié)構(gòu)例如可具有一定數(shù)量的進入承載結(jié)構(gòu)中的雙層壁的管接頭，太陽能吸收器模塊的殼體的相應(yīng)第二殼體截段被容納到管接頭中。替代地，承載結(jié)構(gòu)具有帶有第一和圍繞第一開口的第二開口的布置的正面，其中， 在承載結(jié)構(gòu)中設(shè)置有用于容納太陽能吸收器模塊的殼體的單層壁的保持管，為了提高穩(wěn)定性其可在兩側(cè)焊接。太陽能吸收器模塊容納在第一開口(其同時為單層壁的保持管的前端)中。第二開口構(gòu)造用于回流的經(jīng)冷卻的流體的流出。在此，第二開口優(yōu)選地形成布置在正面后面并在各個太陽能吸收器模塊的第二殼體截段之間的收集箱(經(jīng)冷卻的引回的流體流流入其中)與環(huán)境(流體、通?？諝鈴氖占淞鞒龅狡渲?之間的連接。優(yōu)選地，第二開口構(gòu)造成豎直的和/或水平的切口(khlitz)和/或圓形的開口。 相對于雙層壁的管接頭(通過它的相應(yīng)的環(huán)形管道，引回的流體必須流動到環(huán)境中)的優(yōu)點為更大的開口橫截面，其使流體流的減速成為可能。這種減速重新使之成為可能，即流出的流體的更大的部分可通過吸收器元件再次吸入，由此，由于不再可利用的余熱的能量損失可減小。


接下來，根據(jù)示出實施例的附圖進一步闡述本發(fā)明。其中圖1在縱剖面圖中顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽能吸收器模塊，圖2在縱剖面圖中顯示了在第一實施形式中的用于太陽能吸收器模塊的殼體，圖3在垂直剖面圖中顯示了帶有兩個彼此相疊布置的帶有相應(yīng)地根據(jù)圖2的殼體的太陽能吸收器模塊的太陽能吸收器組件，圖4顯示了根據(jù)圖4的太陽能吸收器組件的正面，圖5顯示了根據(jù)在圖6中的剖面線V-V的相對于圖3修改的太陽能吸收器組件，圖6顯示了帶有承載結(jié)構(gòu)和許多太陽能吸收器模塊的根據(jù)圖5的太陽能吸收器組件，圖7在縱剖面圖中顯示了根據(jù)第三實施形式的用于太陽能吸收器模塊的殼體，圖8在旋轉(zhuǎn)了 90°的視圖(后視圖)中顯示了圖7中的殼體。圖9在正視圖中顯示了圖8中的用于太陽能吸收器模塊的殼體，圖10在縱剖面圖中顯示了在安裝的狀態(tài)中的帶有圖9中的殼體的太陽能吸收器模塊以及圖11a、b顯示了用于將用于太陽能吸收器模塊的殼體緊固在承載結(jié)構(gòu)中的方法的步驟。
具體實施例方式如圖1所示，由現(xiàn)有技術(shù)已知的太陽能吸收器模塊8'包括帶有縱軸線L的殼體 80'，其在它的方面包括帶有第一自由端82'和第二端83'(其帶有相對于第一端82'減小的橫截面)的成錐形的第一殼體截段81'以及帶有在它的縱向伸延部上大致恒定的橫截面的第二殼體截段84'。此外如在圖1中可辨識的那樣，第二殼體截段84'直接地聯(lián)接到第一殼體截段83'的第二端83'處，使得殼體80'總體上具有漏斗形狀。太陽能吸收器元件9'被容納到第一殼體截段81'的自由端82'中，太陽能吸收器元件9'當(dāng)前大致矩形地來構(gòu)造并且在它的指向到殼體80'的內(nèi)部中的表面處具有平截頭棱錐體(Pyramidenstumpf) 91'。由陶瓷的材料、優(yōu)選地SiC或滲硅的SiC構(gòu)成的太陽能吸收器元件9'構(gòu)造有大量彼此相鄰和彼此相疊布置的管道92'，其將太陽能吸收器元件9'的兩個表面彼此相連接并且垂直于表面或平行于太陽能吸收器模塊8'的縱軸線取向。布置在太陽能吸收器模塊 8'的殼體80'的內(nèi)部中的平截頭棱錐體91'充當(dāng)太陽能吸收器元件9'的在中心布置的管道92'的延長部，以便這樣遲滯在中心流動通過太陽能吸收器元件9'的流體(當(dāng)前空氣)，使得在太陽能吸收器元件9'的整個橫截面延伸部上產(chǎn)生均勻的流動型面，這阻止了在邊緣區(qū)域中的溫度峰值。這樣成形的太陽能吸收器元件9'的缺點為，實現(xiàn)不了實際上均勻的流動分布以及高的重量(其要求加強的鋼結(jié)構(gòu))。此外殼體截段81'(其傳統(tǒng)上由在空心鑄件中制造的陶瓷的材料制成)的內(nèi)平面的表面質(zhì)量證實為不令人滿意的。為了將太陽能吸收器模塊8'裝配在承載結(jié)構(gòu)處(未示出)，已知的太陽能吸收器模塊8'的殼體80'的第二殼體截段84'被插入作為承載結(jié)構(gòu)的一部分的雙層壁的管接頭的內(nèi)管中(類似于圖2和9)。通過太陽能吸收器元件9'吸入的并在此被強烈地加熱的空氣現(xiàn)在通過管接頭流到收集器中，從收集器出來在太陽熱的發(fā)電廠的熱交換器的方向上被引導(dǎo)。引回的經(jīng)冷卻的空氣流動通過在管接頭10的內(nèi)管與外管之間的環(huán)形管道，并繼續(xù)在成錐形的第一殼體截段81'的外表面處流動，其中，它冷卻了整個殼體80'。在圖2中在縱向剖面圖中示出了相對于由現(xiàn)有技術(shù)已知的太陽能模塊8'修改了的太陽能吸收器模塊2。太陽能吸收器模塊2具有帶有縱軸線L的殼體20，其在它的方面具有成錐形的第一殼體截段21 (其帶有第一自由端22和具有相對于第一端22減小的橫截面積的第二端2 和聯(lián)接到第一殼體截段21的第二端23處的第二殼體截段M (其帶有在其縱向伸延部上大致恒定的橫截面)。第一殼體截段21的橫截面在它的第二端23處為圓形的，其中，在第一端22處的矩形的橫截面連續(xù)地過渡到在第二端23處的圓形的橫截面。太陽能吸收器元件30重新被容納到殼體20的第一殼體截段21的自由端22中。 因為殼體20在第一殼體截段21的區(qū)域中設(shè)有壁25，如下面還要詳細地闡述的那樣，所以太陽能吸收器元件30在放棄內(nèi)部的平截頭棱錐體的情況下可構(gòu)造成純粹矩形的扁平部件并且因此相對于圖1的吸收器元件明顯更輕。太陽能吸收器元件30在它的方面具有可朝向太陽輻射取向的帶有對稱軸線S的第一表面31和面對第一表面31的第二表面32，其中，太陽能吸收器元件30包括大量大致筆直伸延的、將第一表面31與第二表面32相連接的管道33。
管道33優(yōu)選地具有六角形的、即蜂窩狀的橫截面。由此，相對于簡單的矩形的橫截面在液壓的直徑相同并且進口橫截面積相等的情況下可獲得大約15%的表面收益 (Oberflaechengewinn)0如在圖2中可辨識的那樣，太陽能吸收器元件30這樣容納在第一殼體截段21的第一端22中，即第一表面31的對稱軸線S傾斜于殼體20的縱軸線L布置。因為太陽能吸收器模塊30的第一表面31大致平地構(gòu)造，所以這里面法線與對稱軸線重合。對稱軸線S
與縱軸線包圍了優(yōu)選地5-20°、當(dāng)前12.5°的角度α (參看圖2中的平行推移的對稱軸線 ⑶)。通過在殼體20的第一截段21內(nèi)部的吸收器元件的傾斜的布置可能使整個太陽能吸收器模塊2最優(yōu)地對準從定日鏡指向到由各個太陽能吸收器模塊2形成的太陽能吸收器組件的太陽輻射并同時使損失最小。在由現(xiàn)有技術(shù)已知的太陽能吸收器組件中，這尤其通過太陽能吸收器模塊的空氣流出間隙的或外壁的不可避免的輻射來實現(xiàn)，如結(jié)合圖3還要詳細地闡述的那樣。申請者的研究顯示，通過太陽能吸收器元件30在太陽能吸收器模塊2 的相應(yīng)的殼體20中的傾斜的布置可實現(xiàn)大致4-5%的效率收益。此外如由圖2所得知的那樣，太陽能吸收器元件30的最上方的兩個管道33與L 形的管道33*相連接，使得在那里流入的空氣可被導(dǎo)入到吸收器殼體20中并且因此這些管道也可供加熱空氣流使用。為了將太陽能吸收器元件30固定在殼體20的自由端22中，止動銷34插過設(shè)置在自由端22中的開口。在殼體20的第二殼體截段對中，此外設(shè)置有用于第二殼體截段M的內(nèi)壁的襯層的由絕緣材料制成的殼套26，其將在吸收器元件30中加熱的空氣流與壁熱分隔。如可辨識的那樣，絕緣部延伸直至第一殼體截段21中，從而實現(xiàn)了進一步改善的絕緣。此外，第二殼體截段M在它的外壁處具有至少三個用于中心地緊固在太陽能吸收器組件的承載結(jié)構(gòu)中的管中的間隔凸起27 (僅兩個可在縱向剖面視圖中辨識出)。在第一殼體截段21中布置有在它的縱向位置處在第一殼體截段21的整個內(nèi)部橫截面上延伸的、設(shè)有許多開口沈的壁25。尤其如由圖9 (其顯示了帶有在壁25方面可比較的幾何形狀的用于太陽能吸收器模塊的殼體)所得知的那樣，在壁25中的開口沈的橫截面從壁的面中心點向它的邊緣增大。同樣可能的是，壁的每個面積單位的開口的密度從壁的面中心點向它的邊緣增大。結(jié)果這導(dǎo)致了流動阻力從面25的中心點向它的邊緣減小。由此有效地阻止，流動通過太陽能吸收器元件的空氣在中心的區(qū)域中以明顯更高的流動速度流動，這會導(dǎo)致在邊緣區(qū)域中引起熱積聚(Temperaturstau)。即在太陽能吸收器元件30的整個橫截面上獲得均勻的流動型面，而對此太陽能吸收器元件30的體積增大不是必需的。 此外如由圖2所得知的那樣，壁25此外關(guān)于第一殼體截段21的自由端22在制造時利用相應(yīng)容易的脫模構(gòu)造成凹狀拱曲。如果殼體20由陶瓷的材料制成，這在絕大多數(shù)應(yīng)用情況中由于陶瓷的材料(例如 SiC)的高的耐溫性是這種情況，那么開口沈可以在殼體20例如在組合的空心鑄件和實心鑄件中制造之后通過數(shù)控銑削引入到壁25中。在圖3中，在垂直剖面圖中顯示了帶有兩個彼此相疊布置的帶有相應(yīng)地根據(jù)圖2 的殼體的太陽能吸收器模塊2的太陽能吸收器組件。太陽能吸收器組件包括由鋼制成的承載結(jié)構(gòu)11，其僅在這里部分地示出。承載結(jié)構(gòu)11包圍空氣收集區(qū)域50，其用于引回在太陽熱的發(fā)電廠中經(jīng)冷卻的空氣(其在它的方面冷卻了承載結(jié)構(gòu)11)?？諝馐占瘏^(qū)域50由一定數(shù)量的單層壁的保持管52貫穿，太陽能吸收器模塊2的殼體20容納到其中。保持管52焊接在帶有承載結(jié)構(gòu)11的其兩個端部處，由此，總體上簡化了承載結(jié)構(gòu)11的結(jié)構(gòu)上的設(shè)計并且同時明顯地提高了穩(wěn)定性，結(jié)果是在吸收器模塊之間的空氣流出間隙的寬度在溫度變化負載下保持穩(wěn)定。此外，承載結(jié)構(gòu)11包括統(tǒng)一的正面40，其設(shè)有許多開口(參看圖4)，從太陽能吸收器組件中引回的空氣可通過開口離開到環(huán)境中。眾所周知，在由現(xiàn)有技術(shù)已知的太陽能接收器中，鋼承載結(jié)構(gòu)11的穩(wěn)定性由于空氣流的高的溫度(其在承載結(jié)構(gòu)11中通過到太陽能吸收器模塊的殼體上的和由那里到承載結(jié)構(gòu)11上的熱傳導(dǎo)來調(diào)節(jié))受到影響。為了進一步實現(xiàn)在熱的空氣流與太陽能吸收器組件(太陽能接收器)的承載結(jié)構(gòu)11之間的優(yōu)化的熱的分隔，因此力求承載結(jié)構(gòu)11中的各個太陽能吸收器模塊2的盡可能好的絕緣。當(dāng)前這一方面通過已經(jīng)描述的第二殼體截段 24的絕緣的內(nèi)部襯層沈來實現(xiàn)。附加地在圖3的太陽能吸收器組件中，還設(shè)置有包圍第二殼體截段M的外壁的外絕緣部觀。為了確保在相應(yīng)的保持管52內(nèi)部第二殼體截段M 的中心的取向，如已經(jīng)提及的那樣，在第二殼體截段M的外壁處總共設(shè)置有三個間隔凸起 27，其中的下部的兩個(僅一個可見)相應(yīng)地還具有突起27*，間隔凸起為了正確的和可靠的縱向定位利用突起27*可突入到保持管52中的對應(yīng)的開口中。最后，在圖3的太陽能吸收器組件中還設(shè)置有另外的絕緣體四，太陽能吸收器模塊2的殼體20的相應(yīng)第一殼體截段21的外壁通過絕緣體四也被絕緣。在此涉及特殊硬化的絕緣材料。在相應(yīng)地相鄰布置的絕緣體四之間相應(yīng)地在空氣收集區(qū)域50的開口的延長部上開啟了管道51，經(jīng)冷卻的空氣通過管道51流動到環(huán)境中并且部分地再次為了在太陽能吸收器主體30中的重新加熱而被吸入到太陽能吸收器模塊2中。如上面所提及的那樣，吸收器主體30相對于吸收器殼體20的縱軸線L傾斜地取向。該傾斜在此在定日鏡場中的定日鏡的取向處定向，定日鏡場照射太陽能吸收器組件。在太陽能塔發(fā)電廠中(當(dāng)前的太陽能吸收器組件安裝到其中)，處于最遠離的定日鏡將它的光以大約10°的平面的角度投射到吸收器主體30上，如通過點劃線H1所標(biāo)明的那樣。而來自處于最近的定日鏡的光在明顯更大的角度(大約60° )下投射到吸收器主體30上，如通過線吐所標(biāo)明的那樣。在此，在相應(yīng)地彼此相疊相鄰布置的太陽能吸收器模塊2之間的間隙由每個吸收器主體30的突凸出的上棱邊遮住，使得塔附近的定日鏡的特別集中的光被完全投射到吸收器主體30上并且因此不受限制地供空氣流的加熱和由此供能量獲取使用。線氏描述了大約35°的入射角，光在該角度下被精確地這樣射入到吸收器主體30上， 使得雖然不可利用的間隙區(qū)域保持空出，但是每個太陽能吸收器主體30被完全地照耀。該光入射方向在與太陽能吸收器組件成中等的間距的定日鏡中實現(xiàn)。圖4顯示了太陽能吸收器組件的正面40。它具有保持管52的棋盤形布置的大的圓形的開口 41，太陽能吸收器模塊2的第二開口截段M容納在其中。此外，正面40包括水平的切口 42以及豎直的切口 43，其包圍開口 41。最后，正面40還包括較小的圓的開口 44。因為帶有開口 42、43、44總體上較大的流出橫截面提供使用，所以引回的經(jīng)冷卻的空氣可以以較小的流動速度漏出，使得流出的空氣(其溫度水平仍然明顯地超過環(huán)境空氣)的大部分(大約80%)可再次被吸入。此外，引回的空氣的份額總體上被減小，這是因為承載結(jié)構(gòu)11的冷卻需求由于優(yōu)化的絕緣而減小，由此，流動速度可進一步降低并且引回的空氣的更大的份額可被再次利用。圖5顯示了相對于圖3修改的太陽能吸收器組件。在此，太陽能吸收器模塊2'相對于圖3的太陽能吸收器模塊2如此改變，即相應(yīng)第二殼體截段的橫截面減小少許。 這與帶有雙層壁的保持管60的太陽能模塊經(jīng)改變地容納在太陽能吸收器組件的承載結(jié)構(gòu) 11'中相關(guān)。此外，圖5的太陽能吸收器模塊2'的殼體20'相應(yīng)具有內(nèi)絕緣部和外絕緣部，由此，保證了在殼體20'與承載結(jié)構(gòu)11'之間的有效的熱隔離。圖5的太陽能吸收器組件的承載結(jié)構(gòu)11'再次包圍空氣收集區(qū)域50'以及(如提及的那樣)雙層壁的管接頭60，其在它的方面容納第二殼體截段。通過形成在雙層壁的管接頭60中的環(huán)形間隙，引回的經(jīng)冷卻的空氣可在運行中漏出，如通過圖5中的相應(yīng)的箭頭所示，并且在此同時冷卻了承載截段11'。由于環(huán)形間隙的更小的橫截面面積，這里比在圖3的太陽能吸收器組件中更高的流動速度然而是必需的，使得這里可再次被吸入到太陽能吸收器模塊2'中的空氣的份額相應(yīng)地更小。然而，通過太陽能吸收器模塊2'的殼體20'相對于承載結(jié)構(gòu)1Γ的相應(yīng)的雙層壁的保持管60的內(nèi)保持管60*的有效的絕緣， 總體上用于冷卻所必需的空氣量和因此流動速度可減小。此外如從圖5中所得知的那樣，在太陽能吸收器模塊2'的殼體20'的第一殼體截段21'中不設(shè)置有帶有開口式樣的壁，使得通過殼體20'的空氣流動的均勻化必須通過帶有平截頭棱錐體32'的太陽能吸收器元件30'的相應(yīng)的成形來實現(xiàn)。圖6顯示了帶有具有大量(例如3x9)太陽能吸收器模塊2'的帶有雙側(cè)壁的保持管60的承載結(jié)構(gòu)11'的太陽能吸收器組件，其矩陣狀地彼此相疊并彼此相鄰地布置。在圖7中示出了用于太陽能吸收器模塊的另一殼體80。它再次包括成錐形的第一殼體截段81，其帶有具有用于容納太陽能吸收器元件(未示出)的矩形的橫截面(參看圖 8和9)的第一自由端82和具有相對于第一端減小的橫截面面積的第二端83。太陽能吸收器元件可以以圖1所示出的方式，即在它的對應(yīng)于對稱軸線S的面法線共線于殼體80的縱軸線L或者但是傾斜于縱軸線L的情況下被插入到第一殼體截段81的自由端82中。第一殼體截段81的橫截面在它的第二端83處為環(huán)形的，其中，在第一端82處的矩形的橫截面大致連續(xù)地過渡到在第二端83處的圓形的橫截面中。在它的第一自由端82 處，第二殼體截段81當(dāng)前還具有帶有恒定的直徑的邊緣截段87。此外，殼體80包括帶有在其縱向伸延部上大致恒定的橫截面的第二殼體截段84。第二殼體截段84再次聯(lián)接到第一殼體截段81的第二端83處。此外，在第一殼體截段81中布置有在其縱向位置處在第一殼體截段81的整個內(nèi)部橫截面上延伸的、設(shè)有許多開口 86的壁85。尤其如從圖9所得知的那樣，在壁85中的開口 86的橫截面從壁的面中心點向它的邊緣增大。同樣可能的是，壁的每個面積單位的開口的密度從壁的面中心點向它的邊緣增大。結(jié)果這導(dǎo)致了流動阻力從面85的中心點向它的邊緣減小。由此有效地阻止了流動通過太陽能吸收器元件9的空氣在中心的區(qū)域中以明顯更高的流動速度流動，使得在邊緣區(qū)域中引起熱積聚。即獲得在太陽能吸收器元件的整個橫截面上均勻的流動型面，而對此太陽能吸收器元件的體積增大不是必需的。此外如由圖 2所得知的那樣，壁85此外關(guān)于第一殼體截段81的自由端82可以在制造時利用相應(yīng)容易的脫模構(gòu)造成凹狀拱曲。
如果殼體80由陶瓷的材料制成，這在絕大多數(shù)的應(yīng)用情況中由于陶瓷的材料(例如SiC)的高的耐溫性是這種情況，那么開口 86在殼體80例如在組合的空心鑄件和實心鑄件中制造之后通過CNC銑削被引入到壁85中。在圖8中，圖2中的殼體80在旋轉(zhuǎn)了 90°的視圖中并因此在后視圖中示出?？勺R別出帶有它的兩側(cè)的傾斜部89a(其使固定夾的張開變得容易)的突起89，如與圖11相關(guān)聯(lián)所還進一步闡述的那樣。圖9顯示了布置在殼體80的第一殼體截段81中的壁85的正視圖。如在圖9中明顯地可辨識的那樣，開口 86的橫截面從壁的面中心點向它的邊緣增大。具體選擇的開口式樣(其用于在吸收器元件的整個橫截面上的流動型面的均勻化)例如可借助于模擬計算來確定。圖10顯示了在安裝到太陽能塔發(fā)電廠的太陽能接收器的承載結(jié)構(gòu)11'中的狀態(tài)中的太陽能吸收器模塊8，其中，從承載結(jié)構(gòu)11'中僅示出了雙層壁的管接頭60，其僅焊接在后端處(未示出)。太陽能吸收器元件9再次被容納到殼體80的第一殼體截段81的自由端82中。當(dāng)前，太陽能吸收器元件9以它的法向量(對應(yīng)于對稱軸線)共線于殼體80 的縱軸線取向。因為殼體80在第一殼體截段81的區(qū)域中設(shè)有壁85，所以太陽能吸收器元件在放棄內(nèi)部的平截頭棱錐體的情況下可構(gòu)造成純粹矩形并且因此明顯更簡單。為了將太陽能吸收器元件9緊固在帶有恒定的橫截面面積87的邊緣截段處，止動銷93插過設(shè)置在邊緣截段87中的開口 87*。太陽能吸收器模塊8的殼體80在它的方面借助于固定夾12固定在內(nèi)部的管接頭10中，固定夾12接合到環(huán)繞的槽84*中，槽84*設(shè)置在第二殼體截段84的與第一殼體截段81相連接的端部的區(qū)域中。與圖lla、b相關(guān)聯(lián)地詳細地闡述殼體80的裝配。在殼體80的第二殼體截段84中此外還設(shè)置有由絕緣材料制成的殼套88，其將在吸收器元件9中被加熱的空氣流與由鋼制成的雙層壁的管接頭10熱分隔。在圖Ila和lib中，現(xiàn)在在極其示意性的視圖中示出了用于將殼體80緊固在承載結(jié)構(gòu)11的管接頭10處的一種方法。在此，管接頭10處的殼體20再次通過當(dāng)前多角形地實施的環(huán)繞的并借助于鎖銷1 鎖止的固定夾12來固定。如在圖7和8中可辨識的那樣， 殼體80的第二殼體截段84在殼體截段84的延長部中在它的自由端處具有許多在周向上彼此間隔的突起89。為了在無過度的力消耗的情況下將第二殼體截段84導(dǎo)入到管接頭60 并同時張開固定夾12，殼體80在軸向上旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)中(例如旋轉(zhuǎn)60° )以該種方式導(dǎo)入到固定夾12中，即突起89在由固定夾12限定的開口的區(qū)域中被引導(dǎo)通過固定夾12，而不使它張開，這相應(yīng)地在無力消耗的情況下是可能的。在此，當(dāng)然決定性的是，第二殼體截段 84僅僅利用突起89被引導(dǎo)通過固定夾12。接下來，殼體80轉(zhuǎn)動到其旋轉(zhuǎn)的終端位置中(例如旋轉(zhuǎn)了 60° )，其中，突起89 現(xiàn)在貼靠固定夾12的各個截段并且它利用殼體80的繼續(xù)的旋轉(zhuǎn)而張開，這相比于平移的張開要求較小的力消耗。附加地這由此變得簡單，即突起89在它的兩個棱邊處在周向上相應(yīng)地具有傾斜部89a，使得固定夾12的張開可以持續(xù)地并且不突然地進行。如果固定夾12張開，那么殼體80可再次以僅僅小的力消耗被平移地推到其終端位置中，其中，固定夾12突入到設(shè)置在第二殼體截段84中的槽84*中。由此，殼體80固定在其操作位置中。
權(quán)利要求
1.一種太陽能吸收器模塊0，2')，其包括 帶有縱軸線(L)的殼體00)-帶有成錐形的第一殼體截段01，21')，其帶有第一自由端0 和具有相對于所述第一端0 減小的橫截面面積的第二端(23)，并且-帶有聯(lián)接到所述第一殼體截段01，21')的第二端(8 處的第二殼體截段04， 24')，其帶有在其縱向伸延部上大致恒定的橫截面，和容納在所述第一殼體截段Ol，21')的第一端0 中的陶瓷的太陽能吸收器元件 (30，30')-帶有能夠朝向太陽輻射取向的第一表面(31)和面對所述第一表面(31)的第二表面 (32,32')，所述第一表面(31)具有對稱軸線(S)，-其中，所述太陽能吸收器元件(30，30')具有大量大致筆直伸延的、將所述第一表面 (31)與所述第二表面(32，32')相連接的管道(33)， 其特征在于，所述太陽能吸收器元件(30，30')這樣容納在所述第一殼體截段Ol，21')的第一端02)中，即所述第一表面(31)的對稱軸線傾斜于所述殼體的縱軸線(L)布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能吸收器模塊W)， 其特征在于，傾斜角為5° -20°、優(yōu)選地12.5°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能吸收器模塊0，2')， 其特征在于，所述太陽能吸收器元件(30，30')的第一表面(31)大致平坦地構(gòu)造，其中，所述對稱軸線與所述第一表面(31)的法向量一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的太陽能吸收器模塊W)， 其特征在于，所述太陽能吸收器元件(30，30')構(gòu)造成扁平部件，尤其構(gòu)造成盤形或矩形，其中，所述管道(33)大致垂直于平的伸延部延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的太陽能吸收器模塊W)， 其特征在于，所述殼體00，20')由陶瓷的材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能吸收器模塊0，2')， 其特征在于，所述殼體00，20')由滲硅的碳化硅(SiSiC)或與氮化合的碳化硅(NsiC)或堇青石制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的太陽能吸收器模塊W)， 其特征在于，所述管道(3 具有多邊形的橫截面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能吸收器模塊0，2')， 其特征在于，所述管道(3 具有六角形的橫截面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的太陽能吸收器模塊0，2')， 其特征在于，所述第二殼體截段04，M')的內(nèi)壁設(shè)有絕緣襯層06)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能吸收器模塊0，2')， 其特征在于，所述絕緣襯層06)延伸直到所述第一殼體截段中，其中，所述絕緣襯層06)貼靠在成錐形的所述第一殼體截段的壁處。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的太陽能吸收器模塊W)， 其特征在于，所述第二殼體截段04J4')的外壁以絕緣部08)包圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的太陽能吸收器模塊W)， 其特征在于，所述第二殼體截段04)在其外壁處具有至少一個用于中心地緊固在太陽能吸收器組件的管中的間隔凸起07)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的太陽能吸收器模塊(2)， 其特征在于，所述殼體在成錐形的所述第一殼體截段中具有在所述第一殼體截段(81)的整個內(nèi)部橫截面上延伸的、設(shè)有許多開口 06)的壁05)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽能吸收器模塊0)， 其特征在于，所述開口 06)的橫截面和/或所述壁0 的每個面積單位的開口 06)的密度從所述壁05)的面中點向其邊緣增大。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的太陽能吸收器模塊(2)， 其特征在于，所述壁0 從所述第一殼體截段的自由端0 觀察構(gòu)造成凹狀地拱曲。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項所述的太陽能吸收器模塊(2)， 其特征在于，在布置在所述第一殼體截段中的所述壁0 中設(shè)置的所述開口 06)的分布和 /或橫截面這樣來測定，即在所述太陽能吸收器元件(30)的大致整個橫截面上從外流入所述太陽能吸收器元件(30)中的流體流關(guān)于在所述吸收器元件(30)上的各個面積單位被均勻地引導(dǎo)到所述第二殼體截段04)中。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項所述的太陽能吸收器模塊(2)， 其特征在于，所述殼體00)在組合的空心鑄件和實心鑄件中制造。
18.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求17所述的太陽能吸收器模塊(2)的殼體00)的方法， 其特征在于下列的方法步驟-在組合的空心鑄件和實心鑄件中生產(chǎn)所述殼體(20)，其中，在所述第一殼體截段 (21)的第一自由端02)與所述壁05)之間的區(qū)域在實心鑄件中生產(chǎn)，而在所述壁05)與所述第二截段04)的自由端之間的區(qū)域在空心鑄件中生產(chǎn)，-將所述開口 06)成形到未燒焙的所述壁05)中以及 -接下來高溫處理。
19.一種帶有用于許多根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的太陽能吸收器模塊(2， 2')的承載結(jié)構(gòu)(11，11')的太陽能吸收器組件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能吸收器組件， 其特征在于，所述承載結(jié)構(gòu)(11')具有一定數(shù)量的插入所述承載結(jié)構(gòu)(11')中的雙層壁的管接頭(60)，所述太陽能吸收器模塊O')的殼體QO')的相應(yīng)第二殼體截段)被容納到所述管接頭(60)中。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能吸收器組件， 其特征在于，所述承載結(jié)構(gòu)(11)具有正面(40)，其帶有第一和圍繞所述第一開口的第二開口 (42,43,44)的布置，其中，所述太陽能吸收器模塊(2)容納在所述第一開口中，而所述第二開口 02，43，44)構(gòu)造用于回流的經(jīng)冷卻的空氣的流出。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的太陽能吸收器組件， 其特征在于，所述第二開口 02，43，44)構(gòu)造成豎直的和/或水平的切口(42，43)和/或圓形的開口 04)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能吸收器模塊(2，2′)，其包括帶有縱軸線(L)的殼體(20，20′)和容納在第一殼體截段(21，21′)的第一端(22)中的陶瓷的太陽能吸收器元件(30，30′)，殼體(20，20′)具有成錐形的第一殼體截段(21，21′)，其帶有第一自由端(22)和具有相對于第一端(22)減小的橫截面面積的第二端(23)；聯(lián)接到第一殼體截段(21，21′)的第二端(23)處的第二殼體截段(24，24′)，其帶有在其縱向伸延部上大致恒定的橫截面，太陽能吸收器元件(30，30′)具有可朝向太陽輻射取向的帶有對稱軸線(S)的第一表面(31)和面對第一表面(31)的第二表面(3)，其中，太陽能吸收器元件(30，30′)具有大量大致筆直伸延的、將第一表面(31)與第二表面(32)相連接的管道(33)。根據(jù)本發(fā)明，太陽能吸收器模塊特征在于，它這樣容納在第一殼體截段(21，21′)的第一端(22)中，即第一表面(31)的對稱軸線(S)傾斜于殼體(2，2′)的縱軸線(L)布置。
文檔編號F24J2/48GK102405380SQ201080015825
公開日2012年4月4日 申請日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者U·哈克 申請人:圣戈班工業(yè)陶瓷羅登塔爾有限責(zé)任公司