Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermochemisches Reaktorsystem sowie Solaranlage mit thermochemischen Reaktorsystem.

Es ist bekannt, für die Erzeugung von Wasserstoff oder Synthesegas ein Redoxmaterial einzusetzen, wobei das Redoxmaterial in Redoxkreisprozessen zur Wasser- und COz-Spaltung verwendet wird. Das Redoxmaterial wird zur chemischen Reduktion erhitzt. In ersten Ansätzen erfolgt die Erhitzung mittels Solarenergie, wobei das Redoxmaterial konzentrierte Solarstrahlung absorbiert.

Erste Konzepte sehen vor, dass zur solaren Erzeugung von Wasserstoff mittels derartiger thermochemischer Kreisprozesse ein partikelförmiges Feststoff medium eingesetzt wird. In diesem Prozess wird das Feststoff medium mit Hilfe von Sonnenenergie bei hohen Temperaturen über eine chemische Reaktion thermisch reduziert und somit für die nachfolgende Reaktion aktiviert. Diesem wird zu einem späteren Zeitpunkt Wasserdampf zugeführt. Das Medium wird durch den Sauerstoff im Wasser oxidiert, so dass Wasserstoff entsteht. Um den Kreisprozess fortführen zu können, muss das oxidierte Medium erneut bei hohen Temperaturen reduziert werden. Bei den bekannten Kreisprozessen fallen die Partikel frei durch den Fokus der konzentrierten Solarstrahlung oder werden durch diesen bewegt. Anschließend werden die Partikel in einen Reaktor zur Durchführung der Oxidation bewegt. Derartige Verfahren haben zwar den Vorteil eines kontinuierlichen Prozesses, jedoch bestehen Probleme hinsichtlich Abriebs der Partikel, Staubbildung durch den Partikelabrieb und beim Partikeltransport.

Es gibt auch sogenannte Feststoffreceiver, in denen das Medium fest in dem Receiver verbaut ist und in einem Batch-Prozess abwechselnd reduziert und oxidiert wird. Bei derartigen Receivern entstehen Nachteile, da der Prozess nicht kontinuierlich erfolgt.

Bei den bekannten Receivern besteht grundsätzlich ferner das Problem einer fehlenden oder unzureichenden Rekuperation der Wärme zwischen dem Reduktionsund dem Oxidationsschritt.

Aus DE 10 2018 201 319 Al ist ein System bekannt, bei dem Blöcke aus Redoxmaterial mittels einer Fördervorrichtung durch den Receiver transportiert werden. Der Transport der Blöcke durch den Receiver ist aufgrund der hohen Temperaturen problematisch.

Grundsätzlich besteht das Problem, ein Reaktorsystem mit einem die Solarstrahlung absorbierenden Feststoff medium als Reaktionsmedium oder Wärmeträgermedium zuverlässig zu betreiben.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Reaktorsystem mit einem Solarstrahlungsreceiver zu schaffen, das in vorteilhafterweise mit einem die Solarstrahlung absorbierenden Feststoffmedium als Reaktionsmedium oder Wärmeträgermedium vorzugsweise kontinuierlich betreibbar und in vorteilhafterweise für solarbetriebene Redoxkreisprozessen einsetzbar ist. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Solaranlage mit einem derartigen Reaktorsystem zu schaffen

Das erfindungsgemäße Reaktorsystem ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Solaranlage ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 22.

Das erfindungsgemäße Reaktorsystem weist eine Erwärmungskammer und mindestens einen Reaktor mit einer Reaktorkammer auf, die eine erste Öffnung aufweist, und mit einer ersten Abtrennvorrichtung, über die die erste Öffnung öffenbar und gasdicht verschließbar ist. Eine Leitungsvorrichtung zum Zu- und/oder Abführen von Fluid ist mit der Reaktorkammer verbunden. Der mindestens ein Reaktor weist mindestens eine Reaktionsvorrichtung mit mindestens einen Feststoffmediumblock auf. Das erfindungsgemäße Reaktorsystem weist ferner mindestens eine Transportvorrichtung auf, über die die mindestens eine Reakti- onsvorrichtung aus der Reaktorkammer durch die erste Öffnung in eine erste Position, in der die mindestens eine Reaktionsvorrichtung zumindest teilweise in der Erwärmungskammer angeordnet ist, und aus der Erwärmungskammer in eine zweite Position, in der die die mindestens eine Reaktionsvorrichtung zumindest teilweise in der Reaktorkammer des mindestens einen Reaktors angeordnet ist, transportierbar ist. Die mindestens eine Reaktionsvorrichtung ist in ihrer ersten Position in der Erwärmungskammer zur Aktivierung des mindestens einen Feststoffmediumblocks erwärmbar. Die Reaktorkammer weist ferner ein zweite Öffnung auf, die auf der der ersten Öffnung gegenüberliegenden Seite an dem Reaktor angeordnet ist, wobei die mindestens eine Transportvorrichtung durch die zweite Öffnung führbar oder geführt ist, um die mindestens eine Reaktionsvorrichtung zu transportieren, wobei über eine zweite Abtrennvorrichtung die zweite Öffnung öffenbar und gasdicht verschließbar ist. Die zweite Abtrennvorrichtung weist eine Dichtplatte auf und zwischen der Dichtplatte und einem die zweite Öffnung umgebenden Wandabschnitt ist eine Dichtungseinrichtung auf der von der Reaktorkammer abgewandten Seite der Dichtplatte angeordnet.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mindestens eine Reaktor an der Erwärmungskammer angeordnet ist, wobei die Reaktorkammer über die erste Öffnung mit der Erwärmungskammer verbunden ist und gegenüber der Erwärmungskammer mit der ersten Abtrennvorrichtung abtrennbar ist. Der mindestens eine Reaktor kann somit direkt an der Erwärmungskammer angeordnet oder beispielsweise über ein Verbindungsstück mit dieser verbunden sein.

Die Erwärmung der mindestens einen Reaktionsvorrichtung in der Erwärmungskammer kann beispielsweise über ein Lichtbogen-Plasma oder ein in die Erwärmungskammer eingeleitetes Wärmeträgermedium, beispielsweise ein Gas, erfolgen, wobei das Wärmeträgermedium außerhalb des Reaktorsystems auf herkömmliche Art und Weise, beispielsweise über einen Verbrennungs- oder Solarprozess, erhitzt werden kann.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Erwärmungskammer mindestens eine Strahlungsöffnung aufweist, wobei durch die Strahlungsöffnung konzentrierte Solarstrahlung in die Erwärmungskammer einleitbar ist. Dabei kann die Reaktionsvorrichtung als Solarabsorbervorrichtung ausgebildet sein, so dass zur Erwärmung des Feststoffmediumblocks die konzentrierte Solarstrahlung auf den Feststoffmediumblock gestrahlt und von diesem absorbiert wird. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Reaktionsvorrichtung zumindest teilweise indirekt über Solarstrahlung erwärmt wird, in dem die Erwärmungskammer durch konzentrierte Solarstrahlung erwärmt wird und die Reaktionsvorrichtung durch Wärmestrahlung in der Erwärmungskammer und in der Erwärmungskammer reflektierte Solarstrahlung erwärmt wird.

Das erfindungsgemäße Reaktorsystem ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass die Reaktionsvorrichtung aus der Reaktorkammer in die Erwärmungskammer und wieder zurück in die Reaktorkammer transportierbar ist. Die erste und zweite Abtrennvorrichtung ermöglicht, dass in der Reaktorkammer beispielsweise zur Durchführung einer Reaktion eine gegenüber der Umgebung und beispielsweise gegenüber der Erwärmungskammer unterschiedliche Atmosphäre geschaffen werden kann, indem die Reaktorkammer gegenüber mittels der ersten und zweiten Abtrennvorrichtung gasdicht verschlossen wird. In der Erwärmungskammer kann der Feststoffmediumblock durch Erwärmen aktiviert werden, so dass dieser für die anschließende Reaktion in der Reaktorkammer vorbereitet ist.

Dadurch, dass zwischen der Dichtplatte und dem die zweite Öffnung umgebenden Wandabschnitt die Dichtungseinrichtung auf der von der Reaktorkammer abgewandten Seite der Dichtplatte angeordnet ist, wird eine Axialdichtung gebildet. Diese hat den Vorteil, dass bei Erzeugung eines Überdrucks in der Reaktorkammer die Dichtplatte im geschlossenen Zustand in Richtung von der Reaktorkammer weg gedrückt wird, wodurch der Anpressdruck der Dichtungseinrichtung erhöht und somit eine Erhöhung der Dichtwirkung erreicht wird.

Die Dichtungseinrichtung kann an der Dichtplatte und/oder dem die zweite Öffnung umgebenden Wandabschnitt angeordnet sein.

Die Erwärmungskammer kann beispielsweise als Solarstrahlungsreceiver an einem Solarturm angeordnet sein, wobei die konzentrierte Solarstrahlung mittels einem oder mehrerer Heliostaten auf den Solarstrahlungsreceiver gelenkt wird, oder als Receiver auf einem Solardishsystem. Der Feststoffmediumblock kann eine Würfelform, eine Quaderform, eine Kreiszylinder- oder Zylinderform, eine Kegelform oder eine komplexere Form aufweisen. Beispielsweise kann die Reaktionsvorrichtung auch mehrere Feststoff medium blocke aufweisen, die eine der genannten Formen aufweisen. Die Reaktionsvorrichtung kann auch mehrere Feststoffmediumblöcke, die beispielsweise zu einer Stabform zusammengesetzt werden, aufweisen.

Ein kreiszylindrisch ausgebildeter Feststoffmediumblock hat den besonderen Vorteil, dass bei einer Bestrahlung von mehreren Seiten, beispielsweise mittels Wärmestrahlung, eine relativ gleichmäßige Erwärmung erfolgen kann.

Der Feststoffmediumblock kann beispielsweise aus einem Redoxmaterial bestehen, wie beispielsweise CeC , dotiertem CeC , CuzO/CuO, MnsCU/MnzCh, COO/CO3O4, Ferriten (AxFes-xCU) oder Perovskiten. Bei dem Feststoffmediumblock aus einem Redoxmaterial erfolgt die Aktivierung in der Erwärmungskammer als Reduktion.

Das Material des Feststoffmediumblocks ist vorzugsweise porös. Dadurch können Teile konzentrierter Solarstrahlung oder von Wärmestrahlung, die auf die Reaktionsvorrichtung in der Erwärmungskammer gestrahlt werden, ins Innere des Feststoffmediumblocks vordringen, so dass eine verbesserte Absorption der Strahlung bzw. Solarstrahlung und somit Erwärmung des Feststoffmediumblocks erreicht werden kann. Bei Erwärmung mit einem Wärmeträgermedium wird durch die Porosität eine größere Oberfläche gebildet, die den Wärmeübertrag verbessert.

Die vergrößerte Oberfläche des Feststoffmediumblocks bietet ferner bei einem Einsatz als Reaktionsmedium eine vergrößerte Reaktionsoberfläche, wodurch die Reaktionen verbessert stattfinden können.

Die erfindungsgemäße Reaktionsvorrichtung weist bevorzugt einen Feststoffmediumblock aus einem Redoxmaterial auf, so dass die Reaktionsvorrichtung in einem Redoxkreisprozess eingesetzt werden kann. Das Redoxmaterial kann in der Erwärmungskammer in einer entsprechenden Atmosphäre, beispielsweise auch bei abgesenktem Gesamtdruck, mittels der konzentrierten Solarstrahlung erwärmt werden, wodurch eine Reduzierung des Redoxmaterials erfolgt. Anschließend wird die Reaktionsvorrichtung in die Reaktorkammer transportiert, die mittels der Abtrennvorrichtung von der Erwärmungskammer abgetrennt werden kann. In der Reaktorkammer wird über die Leitungsvorrichtung beispielsweise Wasserdampf dem reduzierten Redoxmaterial zugeführt, wobei eine Spaltung des Wasserdampfes erfolgt, wodurch Wasserstoff entsteht.

Die erfindungsgemäße Reaktionsvorrichtung kann jedoch auch einen Feststoffmediumblock aus einem anderen Material (z.B. ein Katalysatormaterial) aufweisen, welches für andere Reaktionen als Redoxreaktionen verwendet wird. Beispielsweise kann der Feststoffmediumblock auch aus einem Material, an dessen Oberfläche sich Moleküle binden (Adsorption), beispielsweise einem Alkalioxide oder ein Erdalkalioxid, beispielsweise CaO, bestehen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mindestens eine Strahlungsöffnung mit einer für die Solarstrahlung transparenten Scheibe verschlossen ist.

Unter einer für die Solarstrahlung transparenten Scheibe wird eine Scheibe verstanden, die für die Solarstrahlung einen hemisphärischen, solaren (AMI, 5) Transmissionsgrad von mindestens 85% aufweist. Durch das Vorsehen einer transparenten Scheibe einer Strahlungsöffnung kann die Erwärmungskammer geschlossen sein, so dass eine gewünschte Atmosphäre in der Erwärmungskammer erzeugbar ist.

Beispielsweise kann an der Erwärmungskammer eine Gasabsaugung, beispielsweise mindestens eine Vakuumpumpe, vorgesehen sein, so dass ein Unterdrück in der Erwärmungskammer erzeugbar ist. Es kann auch ein Spülgas zur Entfernung von Sauerstoff eingesetzt werden. Für das Spülgas können entsprechende Leitungen an die Erwärmungskammer angeschlossen sein. Um beispielsweise das Feststoffmedium in Form eines Redoxmaterials in der Erwärmungskammer mittels der konzentrierten Solarstrahlung zu reduzieren, kann der freiwerdende Sauerstoff in vorteilhafterweise mittels der Gasabsaugung aus der Erwärmungskammer zumindest teilweise abgesaugt werden. In der Erwärmungskammer herrscht somit ein niedriger Sauerstoffpartialdruck, so dass die Reduktionsreaktion begünstigt und eine erneute Oxidation des Feststoffmediums verhindert wird. Zur Entfernung von Sauerstoff aus der Erwärmungskammer kann auch vorgesehen sein, dass ein Sauerstoff aufnehmendes Material in der Erwärmungskammer oder einer daran angeschlossenen Kammer angeordnet ist. Das Sauerstoff aufnehmende Material kann beispielsweise auch in Kombination mit einem Spülgas verwendet werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mindestens eine Reaktor unterhalb der Erwärmungskammer angeordnet ist und dass die Transportvorrichtung als Vertikaltransportvorrichtung ausgebildet ist. Eine derartige Anordnung ermöglich auf besonders einfache Art und Weise den Transport der Reaktionsvorrichtungen von der Erwärmungskammer in die Reaktorkammer und zurück, da lediglich derTrans- port in eine Richtung, nämlich die vertikale Richtung, erfolgen muss. Da die Reaktionsvorrichtungen nach der Bestrahlung mit der konzentrierten Solarstrahlung sehr hohe Temperaturen aufweisen, ist eine Handhabung der Reaktionsvorrichtungen aufgrund der thermischen Belastungen der Umgebung konstruktiv relativ aufwendig. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Erwärmungskammer und Reaktorkammer ist ein Transport in lediglich eine Richtung notwendig, sodass die Transportvorrichtung entsprechend einfach ausgestaltet sein kann. Dadurch wird der konstruktive Aufwand auch bei hohen thermischen Belastungen vergleichsweise geringgehalten. Durch die Anordnung des mindestens einen Reaktors direkt an der Erwärmungskammer sind darüber hinaus die Transportwege sehr kurz ausgestaltet.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Erwärmungskammer Solarstrahlung absorbierende Wände aufweist, wobei durch die mindestens eine Strahlungsöffnung in die Erwärmungskammer eingestrahlte Solarstrahlung zum Erwärmen der Wände absorbierbar ist. Mit anderen Worten: Die Erwärmungskammer bildet eine Kavität, in der eingestrahlte Solarstrahlung absorbiert wird. Somit wird die gesamte Erwärmungskammer erwärmt und eine in die Erwärmungskammer eingesetzte Reaktionsvorrichtung kann von der von den Wänden abgestrahlten Wärmestrahlung erwärmt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Wände der Erwärmungskammer die Solarstrahlung teilweise reflektieren und die Solarstrahlung erst nach mehrfacher Reflexion an den Wänden vollständig absorbiert ist. Die reflektierte Solarstrahlung kann beispielsweise auch auf eine der Reaktionsvorrichtungen treffen und von dieser absorbiert werden, was ebenfalls zur Erwärmung der Reaktionsvorrichtung beiträgt. An die Erwärmungskammer kann eine Aufnahmekammer angrenzen, die über eine Trennwand von der Erwärmungskammer abgetrennt ist. Dabei kann die mindestens eine Transportvorrichtung und der mindestens eine Reaktor in der Aufnahmekammer angeordnet sein. Die ersten Öffnungen sind beispielsweise in der Trennwand angeordnet. Mit anderen Worten: Das erfindungsgemäße Reaktorsystem kann beispielsweise einen zweigeteilten Behälter aufweisen, der die Erwärmungskammer und die Aufnahmekammer bildet. Mittels der Trennwand sind die Erwärmungskammer und die Aufnahmekammer voneinander abgetrennt. In der Trennwand ist die mindestens eine erste Öffnung angeordnet. Auf der der Aufnahmekammer zugewandten Seite der Trennwand ist der mindestens eine Reaktor angeordnet und an der Trennwand befestigt. Die Aufnahmekammer bildet einen vorteilhaften Raum für die Anordnung des mindestens einen Reaktors und der mindestens einen Transportvorrichtung. Selbstverständlich können auch weitere Teile des erfindungsgemäßen Reaktorsystems, wie beispielsweise Leitungen, in der Aufnahmekammer angeordnet sein. Die Trennwand trennt die Erwärmungskammer und die Aufnahmekammer. Darüber hinaus kann auch eine thermische Trennung zu der Erwärmungskammer vorgesehen sein, sodass ein zu starkes Erhitzen der Aufnahmekammer verhindert wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Reaktorsystem mehrere Reaktoren mit mindestens einer Reaktorkammer aufweist, wobei jede Reaktorkammer über jeweils eine erste Öffnung aufweist, über die die Reaktorkammer beispielsweise mit der Erwärmungskammer verbunden ist, wobei die ersten Öffnungen jeweils über eine erste Abtrennvorrichtung öffenbar und gasdicht verschließbar sind und wobei jeder Reaktor jeweils eine Reaktionsvorrichtung aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel mit einer Erwärmungskammer und eine Aufnahmekammer können alle Reaktoren in der Aufnahmekammer angeordnet und die ersten Öffnungen in der Trennwand gebildet sein.

Durch das Vorsehen von mehreren Reaktoren können mehrere Reaktionsvorrichtung zum Einsatz kommen. Dadurch ist es möglich, das erfindungsgemäße Reaktorsystem beispielsweise kontinuierlich zu betreiben, indem nur ein Teil der Reaktionsvorrichtungen in der Erwärmungskammer angeordnet ist und der andere Teil zum Durchführen beispielsweise einer Oxidationsreaktion in den entsprechenden Reaktorkammern.

Dabei kann vorgesehen sein, dass an jedem Reaktor eine Transportvorrichtung angeordnet ist. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, dass sich mehrere Reaktoren eine Transportvorrichtung teilen.

Die erste Abtrennvorrichtung kann eine Schiebeplatte aufweisen, die die erste Öffnung gasdicht verschließt. Bei dem Vorsehen von mehreren Reaktoren kann jede erste Abtrennvorrichtung eine entsprechende Schiebeplatte aufweisen. Über eine Schiebeplatte ist das Verschließen der ersten Öffnung auf konstruktiv einfache Art und Weise verwirklichbar. Darüber hinaus lässt sich mittels einer Schiebeplatte eine gasdichte Abdichtung der verschlossenen ersten Öffnung in vorteilhafter Weise erreichen. Beispielsweise kann die Schiebeplatte kurz vor Erreichen ihrer Schließposition mittels einer Schräge, beispielsweise mittels eines Keils, zum Erreichen einer Dichtwirkung angehoben und gegen eine Führungsplatte gepresst werden. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Dichtung auf der der Erwärmungskammer zugewandten Seite der Schiebeplatte erfolgt, beispielsweise durch eine auf dieser Seite der Schiebeplatte angeordnete Dichtung. Dies hat den Vorteil, dass durch die Erzeugung eines in der Reaktorkammer herrschenden Überdrucks die Schiebeplatte im geschlossenen Zustand in Richtung der Erwärmungskammer gedrückt wird, wodurch der Anpressdruck der Dichtung erhöht wird.

Bei der zweiten Abtrennvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Dichtplatte als Schiebeplatte ausgebildet ist, die die zweite Öffnung gasdicht verschließt. Die erst und zweite Abtrennvorrichtung können somit im Wesentlichen gleich ausgebildet sein.

Alternativ zu einer Schiebeplatte der zweiten Abtrennvorrichtung kann auch vorgesehen sein, dass die Reaktionsvorrichtung eine Sockeleinrichtung aufweist, an der die Dichtplatte angeordnet ist. Bei dem Vorsehen von mehreren Reaktoren kann jede Reaktionsvorrichtung eine entsprechende Sockeleinrichtung aufweisen. Die zweite Abtrennvorrichtung kann somit auch in einer Form ausgestaltet sein, bei der die Sockeleinrichtung der Reaktionsvorrichtung zumindest einen Teil der zweiten Abtrennvorrichtung bildet. Die Sockeleinrichtung kann dabei den mindestens einen Feststoffmediumblock tragen. Ferner kann die Transportvorrichtung für den Transport der Reaktionsvorrichtung an der Sockeleinrichtung angreifen. Der mindestens eine Feststoffmediumblock kann auf der Sockeleinrichtung befestigt sein. Dies kann über eine Verbindungsvorrichtung, beispielsweise durch Verschrauben oder mittels einer Stange, erfolgen. Auch kann die Sockeleinrichtung aus dem gleichen Material wie der mindestens eine Feststoffmediumblock bestehen und stoffschlüssig mit dem mindestens einen Feststoffmediumblock verbunden sein.

In der zweiten Position, in der die Reaktionsvorrichtung in der Reaktorkammer angeordnet ist, liegt die Dichtplatte bei diesem Ausführungsbeispiel an dem die zweite Öffnung umgebenden Bereich an, um die Abdichtung zu bewirken. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht ebenfalls der Vorteil, dass ein in der Reaktorkammer erzeugter Überdruck die Dichtplatte und somit die gesamte Reaktionsvorrichtung gegen diesen Bereich drückt.

Bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem die Reaktionsvorrichtung eine Sockeleinrichtung mit einer Dichtplatte aufweist, kann die Transportvorrichtung fest mit der Sockeleinrichtung verbunden sein. Über die Transportvorrichtung kann ein Anpressdruck der Dichtplatte erzeugt werden, der zum Erreichen einer Dichtwirkung notwendig ist.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Transporteinrichtung lösbar von der Sockeleinrichtung ausgestaltet ist.

Die erste Abtrennvorrichtung kann eine Vakuumdichtung aufweisen und/oder die Dichtungseinrichtung der zweiten Abtrenn-vorrichtung kann eine Vakuumdichtung aufweisen. Mittels einer Vakuumdichtung ist eine Dichtwirkung in besonders vorteilhafter Weise erreichbar. Ferner kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Abtrennvorrichtung jeweils eine weitere Dichtung aufweisen, die konvektiven Wärmetransport zu der Vakuumdichtung reduziert. Dadurch kann die Vakuumdichtung gegenüber einer übermäßigen Erwärmung geschützt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Halterung für die mindestens eine Reaktionsvorrichtung in der Reaktorkammer angeordnet ist. Somit kann die Transportvorrichtung die Reaktionsvorrichtung auf der Halterung absetzen, sodass die Reaktionsvorrichtung in der Reaktorkammer in einer definierten Position angeordnet ist. Für den Transport von der Reaktorkammer in die Erwärmungskammer kann die Transportvorrichtung die Reaktionsvorrichtung von der Halterung abnehmen.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Transportvorrichtung außerhalb der Reaktorkammer angeordnet ist, wobei die Transportvorrichtung bei geöffneter zweiter Abtrennvorrichtung zum Transport der Reaktionsvorrichtung in die Erwärmungskammer an der Reaktionsvorrichtung angreift, diese von der Halterung löst und in die Erwärmungskammer bewegt. Ein Rücktransport in die Reaktorkammer erfolgt entsprechend umgekehrt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktorsystems weist die Erwärmungskammer mehrere Strahlungsöffnungen auf, die an unterschiedlichen Seiten der Erwärmungskammer angeordnet sind. Auf diese Weise kann von unterschiedlichen Seiten konzentrierte Solarstrahlung in die Erwärmungskammer eingebracht werden. Die mehreren Strahlungsöffnungen können jeweils mit einer für die Solarstrahlung transparenten Scheibe verschlossen sein.

Die mindestens eine Strahlungsöffnung kann einen Sekundärkonzentrator aufweisen. Mittels des Sekundärkonzentrators kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass ein sehr großer Anteil der auf die Strahlungsöffnung gestrahlten Solarstrahlung in die Erwärmungskammer gelangt.

Die Erwärmungskammer kann eine kreiszylindrische Form mit einer gewölbten Decke aufweisen. Auch die Unterseite der Erwärmungskammer kann eine gewölbte Form aufweisen. Eine derartige Form der Erwärmungskammer hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Insbesondere wenn in der Erwärmungskammer mittels einer Vakuumpumpe zum Ausleiten von Sauerstoff ein Unterdrück erzeugt wird, kann durch die kreiszylindrische Form mit einer gewölbten Decke und ggfs. einer gewölbten Unterseite eine besonders hohe Stabilität der Erwärmungskammer erreicht werden.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Aufnahmekammer eine an die Erwärmungskammer angepasste kreiszylindrische Form aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Solaranlage mit mehreren Solarstrahlung konzentrierenden Reflektoren und einem erfindungsgemäßen Reaktorsystem.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die konzentrierenden Reflektoren als Heliosta- ten ausgebildet sind. Wenn die Erwärmungskammer mehrere Strahlungsöffnungen aufweist können die Heliostaten in Teilfeldern angeordnet sein, deren Position an die einzelnen Positionen der Strahlungsöffnungen angepasst sein. Dadurch kann in vorteilhafter Weise von mehreren Seiten Solarstrahlung auf das Reaktorsystem konzentriert werden, und auf diese Weise besonders effektiv Solarstrahlung in die Erwärmungskammer geleitet werden.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen

Reaktorsystems,

Fig. 2a eine schematische Schnittdarstellung eines Reaktors des erfindungsgemäßen Reaktorsystems der Figur 1,

Fig. 2b eine schematische Detaildarstellung des Reaktors,

Fig. 2c eine schematische Detaildarstellung der ersten Abtrennvorrichtung des Reaktors, und

Fig. 3a und 3b schematische Schnittdarstellungen einer zweiten Variante eines Reaktors eines erfindungsgemäßen Reaktorsystems.

In Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Reaktorsystems 1 dargestellt.

Das Reaktorsystem 1 weist einen Behälter 2 auf, in dem eine Erwärmungskammer 3 gebildet ist. Unterhalb der Erwärmungskammer 3 ist eine Aufnahmekammer 5 angeordnet, die über eine Trennwand 7 von der Erwärmungskammer 3 abgetrennt ist.

Der Behälter 2 ist kreiszylindrisch ausgebildet und weist eine gewölbte Decke auf, die die Erwärmungskammer 3 begrenzt.

Unterhalb der Erwärmungskammer 3 sind in dem Aufnahmeraum 5 eine Vielzahl von Reaktoren 9 angeordnet, die jeweils eine Reaktionsvorrichtung 11 aufweisen.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, in der ein Reaktor 9 schematisch im Schnitt dargestellt ist, weist jeder Reaktor 9 eine Reaktorkammer 13 auf. Die Reaktorkammern 13 sind jeweils über eine erste Öffnung 15, die in der Trennwand 7 gebildet ist, mit der Erwärmungskammer 3 verbunden.

Durch die erste Öffnung 15 können die Reaktionsvorrichtungen 11 aus einer ersten Position, in der diese zumindest teilweise in der Erwärmungskammer 3 angeordnet sind, in eine zweite Position, in der die Reaktionsvorrichtungen 11 jeweils zumindest teilweise in einem der Reaktoren 9 angeordnet sind, transportiert werden. Für den Transport der Reaktionsvorrichtungen 11 ist an jedem Reaktor 9 eine Transportvorrichtung 17 angeordnet, die ebenfalls in der Aufnahmekammer 5 angeordnet sind.

In der Fig. 1 sind einige der Reaktionsvorrichtungen 11 in ihrer ersten Position gezeigt. In Fig. 2 ist die Reaktionsvorrichtung 11 in ihrer zweiten Position gezeigt.

Die in der Erwärmungskammer 3 befindlichen Reaktionsvorrichtungen 11 können in der Erwärmungskammer 3 erwärmt werden, sodass ein Feststoffmediumblock 19, der Teil der jeweiligen Reaktionsvorrichtung 11 bildet, durch Reduktion aktiviert werden kann.

Die Erwärmungskammer 3 kann dazu mittels Solarstrahlung erwärmt werden. Dafür weist die Erwärmungskammer 3 mehrere Strahlungsöffnungen 21 auf, durch die Solarstrahlung in das Innere der Erwärmungskammer 3 gelangen kann. An den Strahlungsöffnungen 21 sind Sekundärkonzentratoren 23 angeordnet, die den Strahlungseintrag in die Erwärmungskammer 3 verbessern. Die Erwärmungskammer 3 wirkt als Kavität, sodass in die Erwärmungskammer 3 eingestrahlte Solarstrahlung in dieser absorbiert wird. Die Feststoffmediumblöcke 19 der Reaktionsvorrichtungen 11 werden durch die in der Erwärmungskammer 3 befindliche Wärme und insbesondere durch Wärmestrahlung der Wandungen der Erwärmungskammer 3 erwärmt und reduziert.

Mittels nicht dargestellter Vakuumpumpen kann ein Unterdrück in der Erwärmungskammer 3 erzeugt werden, sodass der Sauerstoffpartialdruck in der Erwärmungskammer 3 abgesenkt ist und eine Reduktion der Feststoffmediumblöcke 19 in vorteilhafter Weise erfolgen kann.

Nach der Reduktion können die Reaktionsvorrichtungen 11 in die zweite Position transportiert werden, in der diese in den Reaktoren 9 angeordnet sind, um eine Reaktion, wie beispielsweise eine Oxidation, durchzuführen. Für den Transport senken sich die Transportvorrichtungen 17, die beispielsweise als Vertikaltransportvorrichtung ausgebildet sind, sodass die Reaktionsvorrichtungen 11 in die jeweiligen Reaktoren 9 bewegt werden.

Wie aus Fig. 2a ersichtlich ist, weisen die Reaktoren 9 eine erste Abtrennvorrichtung 25 auf, die die erste Öffnung 15 verschließen kann. Die Abtrennvorrichtung 25 weist dazu eine Schiebeplatte 27 auf, die die erste Öffnung 15 gasdicht verschließt.

Die Reaktionsvorrichtung 11 weist eine Sockeleinrichtung 29 mit einer Dichtplatte 31 auf. Auf der Sockeleinrichtung 29 ist der Feststoffmediumblock 19 angeordnet. An der Unterseite der Sockeleinrichtung 29 greift die Transportvorrichtung 17 an. An der von der ersten Öffnung 15 abgewandten Seite des Reaktors 9 weist der Reaktor 9 eine zweite Öffnung 33 auf, durch die die Transportvorrichtung 17 geführt ist.

Mittels der Dichtplatte 31 kann die zweite Öffnung 33 gasdicht verschlossen werden. Dazu liegt die Dichtplatte 31 an einem die zweite Öffnung 33 umgebenden Wandabschnitt des Reaktors 9 dichtend an. Das Abdichten erfolgt mittels einer Dichtungseinrichtung (45), die aus einer Vakuumdichtung 35 und einer weiteren Dichtung 37, die die Vakuumdichtung 35 umgibt, besteht. Die weitere Dichtung 37 dient zum thermischen Schutz der Vakuumdichtung 35. Die Dichtplatte 31 bildet zusammen mit der Vakuumdichtung 35 und der weiteren Dichtung 37 eine zweite Abtrennvorrichtung 39 des Reaktors 9, die in Fig. 2b schematisch im Detail dargestellt ist.

Die Abdichtung mittels der Dichtplatte 31 hat den besonderen Vorteil, dass bei der Erzeugung eines Überdrucks in der Reaktorkammer 13 ein Druck auf die Dichtplatte 31 und somit eine Kraft nach unten erzeugt werden kann, sodass die Dichtplatte 31 zusätzlich an die Vakuumdichtung 35 und die weitere Dichtung 37 gedrückt werden kann. Dadurch wird eine besonders vorteilhafte Dichtwirkung erzeugt.

Für die Durchführung der Reaktion in dem Reaktor 9 sind die erste Abtrennvorrichtung 25 und die zweite Abtrennvorrichtung 39 geschlossen. Über eine nicht dargestellte Leitungsvorrichtung kann ein Reaktionsgas in die Reaktorkammer 13 eingeleitet werden und es kann beispielsweise eine Oxidation des Reaktionsgases erfolgen.

In Fig. 2c ist die erste Abtrennvorrichtung 25 schematisch im Teil dargestellt.

Die Schiebeplatte 27 ist in einer Führung 41 geführt und wird mittels eines Antriebs 43 verschoben. An der von der Reaktorkammer 13 abgewandten Seite ist an der Schiebeplatte 27 eine weitere Dichtungseinrichtung 46 angeordnet, die vergleichbar mit der Dichtung der zweiten Abtrennvorrichtung 39 aus einer Vakuumdichtung 35 und einer weiteren Dichtung 37 bestehen kann.

Die Schiebeplatte 27 wird zum Verschließen verschoben. In der Führung 41 sind Keile 47 angeordnet, die die Schiebeplatte 27 kurz vor dem Erreichen ihrer Schließposition in Richtung einer Dichtfläche 49 drücken, sodass die weitere Dichteinrichtung 46 gegen die Dichtfläche 49 gedrückt wird.

Genauso wie bei der zweiten Abtrennvorrichtung 39 wird bei der ersten Abtrennvorrichtung 25 ebenfalls erreicht, dass ein in der Reaktionskammer 13 erzeugter Überdruck die Dichtwirkung durch eine zusätzliche Kraft auf die Schiebeplatte 27 erhöht.

Mittels der ersten Abtrennvorrichtung 25 lässt sich der Reaktor 9 in vorteilhafter Weise von der Erwärmungskammer 3 abtrennen.

In Fign. 3a und 3b ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Reaktors 9 eines Reaktorsystems 1 schematisch dargestellt.

Der in den Fign. 3a und 3b dargestellte Reaktor 9 unterscheidet sich von den Fign. 2a bis 2c dargestellten Reaktor 9 im Wesentlichen in der Ausgestaltung der Reaktionsvorrichtung 11 und der zweiten Abtrennvorrichtung 39.

Bei der zweiten Abtrennvorrichtung 39 von diesem Ausführungsbeispiel ist die Dichtplatte 31 als Schiebeplatte ausgebildet, die im Wesentlichen gleich zu der Schiebeplatte 27 der ersten Abtrennvorrichtung 25 ausgestaltet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schiebeplatte der zweiten Abtrennvorrichtung 39 im Wesentlichen spiegelverkehrt zu der Schiebeplatte 27 der ersten Abtrennvorrichtung 25 angeordnet ist, sodass die Dichtungen auf der von der Reaktorkammer 13 abgewandten Seite an der Schiebeplatte der zweiten Abtrennvorrichtung 39 angeordnet sind.

In der Reaktorkammer 13 ist eine Halterung 51 angeordnet, auf die die Reaktionsvorrichtung 11 in ihrer zweiten Position aufgesetzt ist und gehaltert wird. Die Sockeleinrichtung 29 ist dazu an die Halterung 51 angepasst, sodass die Reaktionsvorrichtung 11 sicher auf der Halterung 51 aufgesetzt ist.

Wie aus Fig. 3b ersichtlich ist, kann mittels der zweiten Abtrennvorrichtung 39 die zweite Öffnung 33 geöffnet werden, sodass die Transportvorrichtung 17 in die Reaktorkammer 13 eindringen kann, um die Reaktionsvorrichtung 11 von der Halterung 51 zu lösen und durch die erste Öffnung 15, die von der ersten Abtrennvorrichtung 25 freigegeben ist, zu schieben, sodass der Feststoffmediumblock 19 in die Erwärmungskammer 3 gelangt. Das erfindungsgemäße Rea ktorsy stem 1 kann Teil einer Solaranlage und an einem Solarturm angeordnet sein. Mittels Heliostaten kann die Solarstrahlung reflektiert und auf die Strahlungsöffnungen 21 gelenkt werden.

Die Strahlungsöffnungen 21 können dabei durch für die Solarstrahlung transparente Scheiben verschlossen sein.

Vorzugsweise bestehen die Feststoffmediumblöcke 19 aus sogenanntem Redoxmaterial, sodass mittels des erfindungsgemäßen Reaktorsystems in vorteilhafter Weise eine Redoxreaktion durchgeführt werden kann.

Die Reaktionsvorrichtung 11 kann eine langgestreckte Form mit einem kreiszylindrisch ausgebildeten Feststoffmediumblock 19 aufweisen. Eine derartige Form hat den besonderen Vorteil, dass eine relativ gleichmäßige Erwärmung erfolgen kann.

Die Transportvorrichtung 17 kann eine in dem Reaktor 9 angeordnete Führungseinrichtung aufweisen. Diese kann mittels einer Isolation, die auch als Strahlungsschild genutzt wird, von der Reaktionskammer 13 abgeschirmt sein. Die Isolation kann einen Spalt oder mehrere Spalten bilden, durch den oder die ein Greifer der Transportvorrichtung 17 geführt ist, der an der Reaktionsvorrichtung 11, beispielsweise an der Sockeleinrichtung 29, angreift um, die Reaktionsvorrichtung 11 zu transportieren. Die Führungseinrichtung kann beispielsweise durch zwei gegenüberliegende Schienen gebildet sein, die jeweils an einer Seitenwand des Reaktors 9 angeordnet sind und jeweils durch eine Isolation von der Reaktionskammer 13 abgeschirmt sind.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann vorgesehen sein, dass immer nur ein Teil der Feststoffmediumblöcke 19 sich in ihrer ersten Position und somit in der Erwärmungskammer 3 befinden. Die anderen Feststoffmediumblöcke 19 sind in ihrer zweiten Position in den jeweiligen Reaktoren 9. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Reaktorsystem 1 kontinuierlich betrieben werden. Bezugszeichenliste

Rea ktorsy stem Behälter Erwärmungskammer Aufnahmekammer Trennwand

Reaktor

Reaktionsvorrichtung Reaktorkammer erste Öffnung

Transportvorrichtung Feststoffmediumblock Strahlungsöffnung

Sekundärkonzentrator erste Abtrennvorrichtung Schiebeplatte Sockeleinrichtung Dichtplatte zweite Öffnung Vakuumdichtung Dichtung zweite Abtrennvorrichtung Führung

Antrieb

Dichtungseinrichtung Keile

Dichtfläche Halterung