des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Receivers und einen Recei ver zur Ausführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 14, sowie ein Herstellverfahren für einen Receiver nach dem Oberbegriff von Anspruch 25.

Receiver werden in Solarkraftwerken eingesetzt. Sie fangen die konzentrierte Sonnenstrahlung auf und erwärmen dadurch ein Wärme transportierendes Medium, über welches die gewon nene Wärme in einem nachfolgenden technischen Prozess verwertet wird, sei dies über die Umwandlung in mechanische Arbeit, beispielsweise durch den Antrieb von Turbinen, für die Ausführung von Wärme benötigenden Prozessen in der Industrie oder für die Heizung, bei spielsweise die Fernheizung von bewohnten Gebieten.

In Solar-Turmkraftwerken werden im Wesentlichen als Rohrbündel ausgebildete Receiver ein gesetzt, die für Temperaturen bis zu 600 °C und Konzentrationen von 600 Sonnen geeignet sind. Für höhere Temperaturen werden vorwiegend räumlich ausgebildete Receiver verwen det, welche für Konzentrationen von 600 Sonnen, 1000 Sonnen oder mehr ausgelegt sind. Sol che Temperaturen liegen in der Regel über 600 °C, reichen von 800 °C bis 1000 °C und darüber, und können in naher Zukunft den Bereich von 1200 °C bis 1500 °C erreichen. Solche Receiver können, allerdings in kleinerem Massstab, auch bei Dish-Konzentratoren verwendet werden. Als räumliche Receiver werden vorliegend Receiver bezeichnet, deren Abmessungen in alle drei Dimensionen vergleichbar gross sind, im Gegensatz zu rohrförmigen Receivern, die in Ver bindung mit Trough- oder Rinnen -Kollektoren verwendet werden. Solche rohrförmigen Recei ver besitzen eine Dimension, die Länge, die ein Vielfaches, im Bereich des Zehn- oder Hundert fachen oder mehr der Querschnittsabmessungen Breite bzw. Höhe beträgt. Receiver für Rin nenkollektoren sind nicht für die oben genannten Temperaturen ausgebildet, da der rinnen förmige Konzentrator in Bezug auf den Receiver in zwei Dimensionen konzentriert, das Feld der Heliostaten bei einem Turmkraftwerk oder ein Dish-Konzentrator jedoch in drei Dimensi onen.

Solche Receiver sind dem Fachmann als volumetrische Receiver bekannt, die auch für Solar- Turmkraftwerke geeignet sind, wobei sich in solchen Receivern die geforderten Temperaturen von mehr als 500 °C, oder mehr als 1000 °C, beispielsweise bis 1200 °C erreichen lassen. Aller dings führen die hohen Betriebstemperaturen zu erheblichem konstruktivem Aufwand.

Volumetrische Receiver besitzen eine ausgedehnte (voluminöse, daher der Begriff "volumetri scher" Reciever) Absorberstruktur, die beispielsweise aus einem voluminösen Drahtgeflecht oder einem offenporösen Keramikschaum bestehen kann. Die konzentrierte Sonnenstrahlung dringt dann in das Innere der (voluminösen) Absorberstruktur ein und wird dort absorbiert. Das Wärme transportierende Medium wie Luft oder ein geeigneter Reaktionspartner für einen nachfolgenden Reaktor wird durch die offenporöse Absorberstruktur hindurch geleitet und nimmt so mittels erzwungener Konvektion an der offenporösen Absorberstruktur Wärme auf. Die Absorberstruktur kann auch aus einer Röhrenstruktur, einer in die Tiefe gestaffelten Git terstruktur oder einer an sich beliebigen Struktur mit grosser Oberfläche bestehen, welche den konvektiven Wärmeübergang von der Absorberstruktur zum Wärme transportierenden Me dium bewirkt, wenn dieses den Absorber durchströmt.

Ein volumetrischer Receiver ist beispielsweise durch das REFOS Projekt bekannt geworden (Re ceiver for solar-hybrid gas turbine and combined cycle Systems; R. Buck, M. Abele, J. Kunber- ger, T. Denk, P. Heller and E. Lüpfert, in Journal de Physique IV France 9 (1999) ), der unten in Zusammenhang mit Figur 1 näher beschrieben wird.

Solche Receiver weisen den Nachteil auf, dass die Absorberstruktur aufwendig herzustellen und die Durchströmung des Absorbers instabil werden kann, insbesondere auf Grund einer sich im Betrieb unerwünscht einstellenden Temperaturverteilung.

Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Receiver zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 und den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 14 und 25 gelöst.

Dadurch, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren das ausgewählte, Wärme transpor tierende Gas in den Frequenzbändern des Infrarotbereichs absorptiv ist, und die Betriebspara- meter derart eingestellt werden, dass ein erheblicher Teil der Wärmezunahme durch Absorp tion im Wärme transportierenden Gas erfolgt, lässt sich ein vereinfachtes Konzept des Recei vers realisieren, da der Wärmeübergang durch Konvektion nur noch verringert erfolgt.

Dadurch, dass die Absorptionsanordnung als Schwarzkörper-Strahlungsanordnung mit redu zierter Konvektion ausgebildet ist, vereinfacht sich die Ausbildung des Absorbers, und damit Aufbau und Betrieb des Receivers, da der Absorber nicht mehr über seine Tiefe die über die Sonnenstrahlung eingebrachte Wärme konvektiv an das Wärme transportierende Gas abge ben muss.

Bevorzugte Ausführungsformen weisen die Merkmale der abhängigen Ansprüche auf.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. la einen Receiver gemäss dem Stand der Technik,

Fig. lb schematisch ein Diagramm mit dem Temperaturverlauf im Receiver von Fig. la,

Fig. 2 schematisch einen Receiver gemäss der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt,

Fig. 3 schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Receivers,

Fig. 4 schematisch ein Diagramm mit dem Temperaturverlauf im Receiver von Fig. 2,

Fig. 5 schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Receivers,

Fig. 6 schematisch einen Querschnitt durch noch eine weitere Ausführungsform des erfin dungsgemässen Receivers,

Fig. 7a und 7b Diagramme mit dem Temperaturverlauf in einem erfindungsgemässen Recei ver gemäss den Figuren 2 und 3, Fig. 8a bis c Diagramme mit dem Wirkungsgrad sowie der Temperatur der absorbierenden Oberfläche in einem erfindungsgemässen Receiver gemäss den Figuren 2 und 3.

Fig. 9 schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Recievers,

Fig. 10 eine Ansicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Receivers in horizontaler Betriebslage,

Fig. 11a einen Schnitt durch den Ringraum des Receivers von Fig. 10,

Fig. 11b einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 11a,

Fig. 12 die Temperaturverteilung im Receiver gemäss den Figuren 10 bis 11b gemäss einer Simulation

Fig. 13 die Schritte eines erfindungsgemässen Betriebsverfahrens für einen Receiver, und

Fig. 14 die Schritte eines Fierstellverfahrens für einen erfindungsgemässen Receiver.

Figur la zeigt eine Versuchsanordnung für einen volumetrischen Receiver 1 gemäss dem RE- FOS Projekt, mit einem Erwärmungsbereich 2 für die Erwärmung von einem Wärme transpor tierenden Medium, hier Luft, der eine als Quarzfenster ausgebildete Öffnung 3 für die Strah lung der Sonne bzw. Sonnenlicht 4 und einen im Pfad der einfallenden Strahlung 4 hinter dem Quarzfenster 3 angeordneten, diese Strahlung 4 absorbierenden Absorber 5. Eine Trans portanordnung 6 für den Transport des Wärme transportierenden Mediums durch den Erwär mungsbereich 2 weist in der gezeigten Ausführungsform einen Einlass 7 auf, durch den das Medium mit einer Eintrittstemperatur T in den Receiver 1 gelangt und einen Auslass 8, durch den es diesen mit der Austrittstemperatur T _out verlässt.

Über randseitige Kanäle 9 der Transportanordnung 6 wird die Luft mit der Eintrittstemperatur Temperatur T _in zur Stirnseite des Receivers 1 geleitet, wo sie durch geeignet ausgebildete Öff nungen 10 in einen vor dem Absorber 5 gelegenen Verteilungsraum 11 gelangt, sich verteilt, danach den Absorber 5 durchströmt, durch diesen dabei konvektiv erhitzt wird, und schliess lich mit der Temperatur T _out in einen Sammelraum 13 und von dort in den Auslass 8 gelangt, durch welchen sie den Receiver 1 verlässt. Das Quarzfenster 3 ist gegen innen gewölbt, so dass der Receiver 1 mit erhöhtem Druck betrieben werden kann, damit die erwärmte Luft unter Druck einem nachgeschalteten Verbraucher zugeführt werden kann, beispielsweise einer Tur bine.

Der als volumetrischer Absorber aufgebaute, raumsparend der Kontur des Quarzfensters 3 nachgeführte Absorber 5 weist eine Anzahl Schichten eines feinen Drahtgeflechts auf, in wel che das Sonnenlicht 4 tief eindringen kann, so dass sich der Absorber 5 über seine ganze Tiefe erwärmt und damit die durch ihn durchströmende Luft konvektiv auf T _oiL erwärmt. Wie oben erwähnt, kann ein konventioneller Absorber in anderen Ausführungsformen aus einem offen porösen Keramikschaum oder einer anderen Anordnung mit im Vergleich zum im Absorber sich befindenden Luftvolumen sehr grosser Oberfläche gebildet werden, um den erforderli chen konvektiven Wärmeübergang zu erzielen.

Eine Isolation 12 umgibt den Receiver 1, an welchen vor seiner optischen Öffnung 3 ein zur Entlastung der Figur weggelassener Sekundärkonzentrator angeschlossen ist, der den Fluss der Sonnenstrahlung 4 zum Quarzfenster 3 konzentriert. Zur Entlastung der Figur ist weiter eine Steuerung für den Receiver 1 und die Transportanordnung 6 weggelassen, über welche der Betrieb des Receivers 1 bzw. die Zu - und Abfuhr von Luft geeignet geregelt wird, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Durch einen Receiver in der Art des gezeigten REFOS Receiver lässt sich eine Austrittstemperatur T _out von 800 °C, mit einem keramischen Absorber von 1000 °C errei chen.

Figur lb zeigt ein Diagramm 15 mit einer Temperaturkurve 16, die in Verbindung mit Figur la schematisch den Temperaturverlauf der durch den Receiver 1 strömenden Luft zeigt. Im Ab schnitt A vom Einlass 7 bis zum Ende der randseitigen Kanäle 9 erfolgt eine geringe konvektive Erwärmung der Luft von T, _h auf Ti (Teil 17 der Temperaturkurve 16). Im Abschnitt B, während dem Durchgang der Luft durch die Öffnungen 10 im Absorber 5 erfolgt eine erste, relevante und konvektive Erwärmung von Ti auf T2 (Teil 18 der Temperaturkurve 16). Im Abschnitt C, d.h. im Verteilungsraum 11, erwärmt sich die Luft absorptiv, aber nur wenig, da Luft als Gasgemisch beispielsweise eine geringe Menge C0 ₂ (oder ein anderes Gas) enthält, das im Infrarotbereich absorbiert, sonst jedoch für Infrarotstrahlung im Wesentlichen durchsichtig ist (Teil 19 der Temperaturkurve 16). Schliesslich durchströmt die Luft im Abschnitt D den Absorber 5, wo sie konvektiv auf die Temperatur T ₄ erwärmt wird, die der Austrittstemperatur T _out entspricht (Teil 20 der Temperaturkurve 16). Im Abschnitt E gelangt die Luft durch den Sammelraum 13 in den Auslass 8, wobei sich wiederum eine geringe absorptive Temperaturerhöhung durch den inf rarot absorbierenden Gasbestandteil ergibt. Der Temperatursprung von T auf T _oiL ist im We sentlichen konvektiv bedingt, so z.B. ist nach dem Diagramm 15 das (realistische) Verhältnis der konvektiven Temperaturzunahme zur absorptiven Temperaturzunahme grösser als 5 : 1.

Figur 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen, als räumlichen Receiver ausgebildeten Receiver 25, mit einem Erwärmungsbereich 26, der eine Öffnung 3 für die Strahlung der Sonne, beispielsweise ein Quarzfenster, und einen hier plattenförmigen Ab sorber 27 aufweist, wobei zwischen dem Quarzfenster 3 und dem Absorber 27 ein einen Er wärmungsbereich bildenden Absorptionsraum 28 vorgesehen ist, der vom Wärme transpor tierenden Medium den eingezeichneten Pfeilen entsprechend von rechts nach links, d.h. gegen den Absorber 27, durchströmt wird. Dazu weist die Transporteinrichtung 29 um das Quarz fenster 3 herum angeordnete Einlassstutzen 30 für Wärme transportierendes Medium auf, die in den Absorptionsraum 28 führen, und einen zentralen Auslassstutzen 31 hinter dem Absor ber 27. Zur Entlastung der Figur ist hier wie auch in den folgenden Figuren die Isolation des Receivers weggelassen.

Der Absorber 27 ist erfindungsgemäss als Schwarzkörper-Strahlungsanordnung ausgebildet, d.h. er besitzt eine im Pfad des einfallenden Sonnenlichts bzw. der einfallenden Sonnenstrah lung 4 angeordnete, diese Strahlung absorbierende Oberfläche 27', die derart ausgebildet ist, dass er sich auf Grund der auf die Oberfläche 27' einfallenden Sonnenstrahlung 4 betriebsfähig erhitzt und dann über seine Oberfläche 27' entsprechend Infrarotstrahlung in den Absorber raum 28 abgibt.

Damit gibt der Absorber 27 seine Wärmeleistung zu einem wesentlichen Teil in Form von Inf rarotstrahlung in den Absorberraum 28 ab, wo das auf ihn zuströmende Wärme transportie rende Medium sich im Hinblick auf T _oiL schon weitgehend oder überwiegend absorptiv erhitzt, bevor es ihn erreicht.

Eine reale Struktur strahlt nur annähernd so, wie dies der ideale schwarze Körper tut. Vorlie gend wird unter einer "Schwarzkörper-Strahlungsanordnung" verstanden, dass die einfallende Sonnenstrahlung 4 zu einem möglichst grossen Teil an der Oberfläche des Absorbers absor- biert wird (also grundsätzlich nur wenig in den Absorber eindringt, im Gegensatz zu den be kannten volumetrischen Absorbern), so dass diese Oberfläche sich hoch erhitzt und dadurch in der Art eines schwarzen Körpers mit der betreffenden, hohen Temperatur in den Absorber raum 28, mit gegenüber der Sonnenstrahlung anderem Frequenzspektrum, strahlt. Der über wiegende Anteil der in den Absorberraum 28 abgegebenen Schwarzköprer-Strahlung liegt bei Temperaturen des Absorbers 27 bis 2000 °K (oder auch darüber) im Infrarotbereich, d.h. wie erwähnt, in gegenüber dem sichtbaren Licht tieferen Frequenzen.

Mit anderen Worten ist es so, dass der erfindungsgemässe Absorber ausgebildet ist, soweit über seine Schwarzkörper-Strahlung gekühlt zu werden, dass sich das Verhältnis c erreichen lässt (s. dazu die Beschreibung unten).

Eine aufwendige, insbesondere für volumetrische Receiver vorgesehene, in die Tiefe gestaf felte Absorberstruktur, die über ihre Tiefe einfallende Solar-Strahlung bzw. Strahlung der Sonne entsprechend auch über ihre Tiefe absorbiert, indem diese im Inneren wenigstens teil weise gestreut und nach mehrfacher Reflektion zunehmend absorbiert wird, entfällt somit. Damit entfallen auch die häufig bei solchen Absorberstrukturen auftretenden, komplexen thermischen Probleme. Zudem bietet die einfache Geometrie des Absorberraums 28 eine Vo raussetzung für eine von der Öffnung 3 zum ihr gegenüberliegenden Absorber 27 fliessenden Strömung des Wärme transportierenden Mediums, das sich gegen den Absorber hin stetig er wärmt. Die Sonnenstrahlen 4 fallen bevorzugt direkt (d.h. ohne Reflektion an den Wänden des Absorberraums 28) auf den Absorber 27. Die Strömung des Wärme transportierenden Medi ums und durch die Öffnung direkt auf den Absorber fallendes Sonnenlicht haben eine gemein same Richtung. Trotz der im Betrieb herrschenden, komplexen thermodynamischen Effekte ist es damit so, dass sich im Absorberraum 28 eine geschichtete Wärmeverteilung erzeugen lässt, deren Schichten sich über den Querschnitt des Absorberraums 28 erstrecken.

Dadurch ergibt sich die stetige Erwärmung des Wärme transportierenden Mediums gegen den Absorber 27 hin, wobei dessen kältester Bereich bei der Öffnung 3 liegt, so dass die Verlust rückstrahlung aus der Öffnung 3 hinaus optimal klein ist. Zugleich befindet sich der heisseste Bereich des Wärme transportierenden Mediums beim Absorber 27, d.h. am weitesten entfernt von der Öffnung 3, so dass dessen (Schwarzkörper-) Infrarotstrahlung von den zwischen ihm und der Öffnung 3 gelegenen Schichten des Wärme transportierenden Mediums abgefangen wird, also die Öffnung 3 nicht oder nur zum minimal möglichen Anteil erreicht, was wiederum den Wirkungsgrad des erfindungsgemässen Receivers erhöht. Dank des über den Querschnitt des Absorberraums 28 wenigstens grob gleichmässig gegen den Absorber 27 strömenden Wärme transportierenden Mediums ergibt sich durch die Schwarzkörper- Infrarotstrahlung des Absorbers 27 und des angrenzenden Bereichs des Wärme transportierenden Mediums keine Ausbreitung der heissesten Schicht des Mediums gegen die Öffnung 3.

Der Absorber 27 ist weiter bevorzugt konvektionsarm ausgebildet, d.h. beispielsweise leicht durchströmbar, ohne dass erhöhte konvektive Eigenschaften für den Wärmetausch von Wich tigkeit sind. Es entfällt damit auch die Ausbildung für maximierte Konvektion des durchströ menden Mediums, d.h. die für einen möglichst effizienten Wärmetauscher notwendige Struk tur mit im Vergleich zum durchströmenden Volumen des Wärme tauschenden Mediums gros ser Oberfläche, welche bei hoher Effizienz aufwendig und damit kostenintensiv herzustellen ist und im Betrieb einen erheblichen Druckabfall des durchströmenden Mediums zur Folge hat, was wiederum für den Wirkungsgrad des entsprechenden Receivers nachteilig ist.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein gewisser konvektiver Wärmeübergang am Absorber 27 durch Berührung mit dem Wärme tauschenden Medium natürlich unvermeidlich ist, insbe sondere bei der gezeigten Ausführungsform von Figur 2, da dieser dort einen Wandabschnitt des Absorptionsraums 28 bildet. Der entsprechende konvektive Wärmeübergang an das Wärme transportierende Gas ist an sich, wie jeder Wärmeübergang, soweit willkommen, als dieser keinen konstruktiven Aufwand bedingt oder beispielsweise den Strömungswiderstand erhöht - entsprechend soll die Auslasstemperatur T _out zu einem wesentlichen bzw. überwie genden Teil (s. dazu unten) auf Absorption basieren und so einen vereinfachten Aufbau des Receivers 25 ermöglichen. Der vereinfachte Aufbau des Absorbers 27 eröffnet unter anderem, wie oben erwähnt, die Möglichkeit für eine kostengünstige Fierstellung (low-cost Receiver für hohe Temperaturen) und auch einen stabileren Betrieb beispielsweise in thermischer FHinsicht (Temperaturverteilung über dem Absorber 27), was zu einer verbesserten Industrietauglich keit des Receivers führt.

Erfindungsgemäss ergibt sich ein Receiver mit einem Erwärmungsbereich für die Erwärmung von einem Wärme transportierenden Medium, der eine Öffnung für die Strahlung der Sonne, und einen im Pfad des einfallenden Strahlung der Sonne angeordneten, diese absorbierenden Absorber aufweist, mit einer Transportanordnung für den Transport des Mediums durch den Erwärmungsbereich hindurch, wobei ausserhalb des Absorbers ein Absorptionsraum für die Erwärmung des Wärme transportierenden Mediums vorgesehen ist und der Absorber als kon vektionsarme Schwarzkörper - Strahlungsanordnung und die Transportanordnung für den Transport eines Gases als Wärme transportierendes Medium ausgebildet ist.

Bevorzugt ist dabei der als konvektionsarme Schwarzkörper - Strahlungsanordnung ausgebil dete Absorber für die Durchströmung des Wärme transportierenden Gases ausgebildet und liegt weiter bevorzugt der optischen Öffnung 3 gegenüber.

Bevorzugt ist weiter, wie Figur 2 zeigt, der Absorberraum 28 zwischen der Öffnung 3 für die Strahlung der Sonne und dem Absorber 27 vorgesehen, wobei das Verhältnis c das Verhältnis ist von der Temperaturzunahme (T ₃ - T2) durch Absorption der Strahlung des Absorbers 27 in diesem Absorberraum 28 zu der gesamten Temperaturzunahme (T ₄ - T2) durch die Absorption und Konvektion am Absorber 27, nach dem das Gas diesen passiert hat. Das Gas hat den Ab sorber 27 dann passiert, wenn es entweder durch den Absorber 27 gerade hindurchgetreten ist und so den Sammelraum 33 erreicht, oder wenn es am Ort des Absorbers 27 gerade seitlich entnommen worden ist (beispielsweise durch Öffnungen 92"' oder 93"' nach Figur 5), wobei natürlich in einer konkreten Ausführungsform beide Möglichkeiten gleichzeitig vorgesehen werden können.

In einer weiteren, in der Figur nicht dargestellten Ausführungsform ist der Sammelraum 33, der sich auf der Rückseite des Absorbers 27 befindet, als weiterer Absorberraum ausgebildet. Im Fall eines wenigstens teilweise gasdichten Absorbers (s. unten) wird Gas um den Absorber herum zu einer Rückseite des Absorbers und dann von dieser weg geführt.

Dann durchströmt das bereits absorptiv und konvektiv erwärmte, Wärme transportierende Gas diesen weiteren Absorptionsraum und erwärmt sich zusätzlich, absorptiv und konvektiv, bevorzugt erfindungsgemäss mit einem Temperaturverhältnis c > 0,3. Dies erlaubt letztlich, die strahlende Oberfläche 27' zu vergrössern und so den absorptiven Wärmeübergang zu op timieren.

Damit weist der Erwärmungsbereich zwei Absorberräume mit einem gemeinsamen Absorber auf, wobei das Verhältnis c für einen oder für beide der Absorberräume vorgesehen wird. Als Wärme transportierendes Medium wird erfindungsgemäss weiter ein Infrarot-absorbie- rendes Gas oder Gasgemisch verwendet, das in Frequenzbändern des Infrarotbereichs absor biert. Solche Gase sind beispielsweise heteropolare Gase, bevorzugt CO2, Wasserdampf, CH4, NH3, CO, SO2, SO3, HCl, NO, und NO2, oder ein Gemisch davon, wie ein Gemisch aus Wasser dampf und C0 ₂ . Bei der Verwendung solcher Gase ergibt sich letztlich ein durch den Receiver 25 nutzbarer bzw. genutzter Treibhauseffekt, da diese Gase für das sichtbare Licht hoch durch sichtig sind, das damit den Absorber 27 im Wesentlichen erreicht, aber für die Infrarotstrah lung des Absorbers wenig bis kaum durchsichtig sind, so dass sie sich also vor dem Absorber 27 absorptiv betreffend T _out in erheblichem oder überwiegenden Mass erwärmen. Es sei hier angemerkt, dass reale Gase sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung nicht gleichmässig über alle Frequenzen absorbieren oder für diese durchsichtig sind, sondern vor allem in für ein jeweili ges Gas spezifischen Frequenzbändern unterschiedlich stark. Zusätzlich fällt die Absorption mit dem Abstand von der Strahlungsquelle ab. Dadurch wird oben im Hinblick auf die Absorp tion bzw. Durchsichtigkeit von Strahlung von "hoch durchsichtig" bzw. von "wenig bis kaum durchsichtig" gesprochen.

Es sei weiter angemerkt, dass natürlich auch die Strahlung der Sonne einen Anteil an infraroten Frequenzbändern aufweist, soweit diese durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche gelan gen. Dank der Ausbildung des Erwärmungsbereichs 26 derart, dass dieser für Infrarotfrequen zen wenig bis kaum durchsichtig ist, trägt dieser (vergleichsweise kleine) Anteil soweit direkt, ohne Umweg über den Absorber 27, damit erfindungsgemäss höchst effizient zur Erwärmung des Wärme transportierenden Fluids bei. Dies im Gegensatz zu konventionellen Receivern, bei denen auch der Infrarot-Anteil der Sonnenstrahlung im Wesentlichen den Absorber erwärmt und dann überwiegend konvektiv an das Wärme transportierende Fluid abgegeben wird.

Der erfindungsgemässe Absorber kann als Lochplatte, bevorzugt als doppelte Lochplatte oder als einfache, flächige Gitterstruktur ausgebildet sein. Im Fall der Lochplatte wird ein Lochmus ter über deren Ausdehnung verteilt, so dass das Wärme transportierende Gas leicht durchströ men kann, aber genügend bzw. möglichst viel der Oberfläche der Lochplatte für die Absorption der einfallenden Sonnenstrahlung und der Infrarot-Rückstrahlung in den Absorberraum gege ben ist. Zusätzlich kann das Lochmuster für leichte Durchströmbarkeit ausgelegt werden, da die Notwendigkeit der Konvektion entfällt, und verminderter Strömungswiderstand vorteilhaft ist. Der Fachmann kann das Lochmuster im konkreten Fall leicht optimal bestimmen. Ebenso für den Fall einer Gitterstruktur oder doppelten Lochplatte mit zwei zu einander parallelen Platten, wobei dann die Löcher der einen Platte gegenüber denjenigen der anderen Platte ge geneinander versetzt angeordnet werden, derart, dass trotz konvektionsarmem Durchgang des Wärme tauschenden Gases dem Absorptionsraum eine möglichst durchgehende, strah lende Fläche des Absorbers zugewendet ist. In diesem Fall wird das Gas durch den Absorber hindurch geführt. Alternativ kann auch der Absorber gasdicht ausgebildet werden, wobei dann das Gas wie beispielsweise in Fig. 5 gezeigt, seitlich aus dem Absorberraum 26 ausströmt. Dann wird das Gas am Absorber vorbei geführt. Der Fachmann kann im konkreten Fall eine Misch form vorsehen, so dass ein Teil des Gases durch den Absorber hindurch fliesst und ein Teil an ihm vorbei fliesst. Der Absorber weist dann wenigstens teilweise eine gasdichte Oberfläche auf und ist bevorzugt plattenförmig, ausgebildet (eine vollständig gasdichte Oberfläche liegt vor, wenn das Gas am Absorber vorbeigeführt wird).

Ein geeigneter Werkstoff für den Absorber weist sowohl einen hohen Absorptionsgrad von Solarstrahlung als auch eine hohe Emissivität von Infrarotstrahlung auf, welche - falls nötig - mit geeigneter Texturierung der Oberfläche 27' wie zum Beispiel V-grooves, in die Oberfläche hinein- oder herausragende Pyramiden, oder anderen Strahlungsfallen zusätzlich erhöht wer den können. Zudem werden hohe Temperatur(wechsel)- und Korrosionsbeständigkeit (z.B. ge gen Oxidation durch Wasserdampf oder C02 bei hohen Temperaturen) vorausgesetzt. Geeig nete Werkstoffe sind sowohl Flochtemperaturkeramiken wie Siliziumcarbid (SiC) als auch feu erfeste Baustoffe, die der Fachmann im konkreten Fall unter Anderem im Hinblick auf den vor gesehenen Temperaturbereich, auswählen kann.

Bei einer weiteren, gegenüber der Anordnung von Figur 2 abgewandelten Ausführungsform, die schematisch in Figur 3 gezeigt ist, sind die Einlassstutzen 30 (Figur 2) nicht um das Quarz fenster 3 herum angeordnet, sondern in Richtung der einfallenden Sonnenstrahlung 4 hinter dem Quarzfenster 3 bzw. der Öffnung für die Sonnenstrahlung. Dadurch liegen die entspre chenden Leitungen für das Wärme transportierende Gas nicht in der Ebene des Quarzfensters 3, sondern wenigstens unmittelbar dahinter, d.h. nicht auf der dem einfallenden Licht zuge wendeten Oberfläche des Receivers 25. Damit entfällt eine entsprechende Abschirmung ge gen das Licht, wobei die Öffnung 3 genau auf den Querschnitt des einfallenden, konzentrierten Lichts bemessen werden kann.

Es ergibt sich ein erfindungsgemässer Receiver mit einem Erwärmungsbereich für die Erwär mung von einem Wärme transportierenden Medium, der eine Öffnung für die Strahlung der Sonne, und einen im Pfad der einfallenden Strahlung der Sonne angeordneten, diese absorbie renden Absorber aufweist, mit einer Transportanordnung für den Transport des Mediums durch den Erwärmungsbereich hindurch, wobei weiter ein Absorberraum für die Erwärmung des Wärme transportierenden Mediums vorgesehen ist, dessen eines Ende durch die Öffnung für die Strahlung der Sonne und dessen anderes Ende durch den der Öffnung gegenüber lie genden Absorber gebildet wird, derart, dass durch die Öffnung eintretende Strahlung der Sonne im Wesentlichen vollständig auf den Absorber fällt, und der Absorber als in den Absor berraum wirkende Strahlungsanordnung und die Transportanordnung für den Transport eines Gases als Wärme transportierendes Medium ausgebildet ist, und dieses im Bereich der Öff nung, jedoch in Richtung der einfallenden Strahlung hinter der Öffnung, dem Absorberraum zuführt und (nur) im Bereich des Absorbers aus dem Absorberraum abführt, derart, dass im Betrieb das Wärme transportierende Medium den Absorberraum in einer der einfallenden Sonnenstrahlung entsprechenden Richtung vom einen Ende mit der Öffnung zum anderen Ende mit dem Absorber vollständig durchquert, und wobei das Wärme transportierende Me dium im Wesentlichen ein in Frequenzbändern des Infrarotbereichs absorbierendes Gas ist, und der mit dem Absorber zusammenwirkende Absorberraum derart bemessen ist, dass im Betrieb das Verhältnis c der Temperaturzunahme (T ₃ - T2) des in Frequenzbändern des Infra rotbereiches absorbierenden, Wärme transportierenden Gases durch Absorption im Absorber raum gegenüber der Temperaturzunahme (T ₄ - T ₂ ) durch die Absorption und die Konvektion am Absorber, > 0,3 ist.

Dabei kann nach Wahl des Fachmanns im konkreten Fall der erfindungsgemässe Receiver der art ausgebildet werden, dass die Temperatur während dem Transport durch den Erwärmungs bereich durch Absorption der Strahlung des Absorbers derart zunimmt, dass das Verhältnis c der Temperaturzunahme (T ₃ - T ₂ ) durch Absorption der Strahlung des Absorbers gegenüber der gesamten Temperaturzunahme (T ₄ - T ₂ ) durch die Absorption der Strahlung des Absorbers und Konvektion am Absorber > 0,3 ist, besonders bevorzugt aber bis > 0,8 (s. dazu die Beschrei bung unten).

Diese Anordnung ermöglicht unter anderem im Betrieb eine stabile Temperaturverteilung zu erzeugen, mit gegen den Absorber 27 hin stetig ansteigender Temperatur, wobei auch die Temperaturverteilung in einem Querschnitt des Absorberraums über die Zeit nicht wesentlich ändert. Gegen den Absorber stetig ansteigende Temperatur bedeutet, dass die an die Öffnung bzw. an das Quarzfenster 3 angrenzende Schicht des Wärme transportierenden Gases die tiefste Temperatur aufweist und damit die geringste Wärmerückstrahlung durch das Quarz fenster 3 erzeugt, was zum hohen Wirkungsgrad des erfindungsgemässen Receivers beiträgt. Gleiche Temperaturverteilung über den Querschnitt des Absorberraums erlaubt, den Auslass stutzen 31 an einem optimalen Ort, z.B. am Ort der höchsten Temperatur des Wärme trans portierenden Mediums vorzusehen, der nicht, wie in Figur 2 beispielhaft dargestellt, auf der Längsachse des Receivers bzw. zentral angeordnet sein muss. Beispielsweise können bei einem auf einem Solarturm schräg angeordneten Receiver 25 im Absorberraum 28 Konvektions ströme im Wärme transportierenden Medium auftreten, so dass der Auslassstutzen nicht zent ral, sondern gegen oben versetzt anzuordnen ist, s. dazu auch die Beschreibung zu den Figuren 9 und 10 unten.

Auf jeden Fall ermöglicht die erfindungsgemässe Anordnung eine konstante, stabile Tempera turverteilung im Reciever 25 mit optimal geringer Rückstrahlung durch das Quarzfenster 3. Figur 4 zeigt ein Diagramm 40 mit einer Temperaturkurve 41, die in Verbindung mit Figur 2 oder Figur 3 schematisch den Temperaturverlauf des durch den Receiver 25 strömenden Gases zeigt.

Im Abschnitt F ist durch den Teil 42 der Temperaturkurve die Erwärmung des infrarot absor bierenden, Wärme transportierenden Gases von T _in auf Ti dargestellt, für den Fall, dass bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform des Receivers 25 das infrarot absorbierende Gas wie beim Receiver 1 die Luft (Figur 1) ebenfalls dem Absorptionsraum 28 entlang zur Stirnseite transportiert werden soll (was jedoch nicht zwingend ist). Im Abschnitt G erfolgt eine geringe konvektive Erwärmung der Luft von Ti auf T2 (Teil 43 der Temperaturkurve 41) aufgrund des Durchgangs des Gases durch die Einlassstutzen 30.

Im Abschnitt H fliesst das infrarot absorbierende Gas durch den Absorptionsraum 28 und er wärmt sich absorptiv durch die Infrarotstrahlung 32 des Absorbers 27 (hier mit dem Infrarot- Anteil der Sonnenstrahlung) von T2 auf T3 (Teil 44 der Temperaturkurve 41) bevor sie in Ab schnitt I durch diesen hindurchströmt und sich dabei konvektiv von T3 auf T4 erwärmt (Teil 45 der Temperaturkurve 41). Schliesslich erfolgt eine weitere absorptive Erwärmung des infrarot absorbierenden Gases im Abschnitt K von T ₄ auf die Austrittstemperatur T _out (Teil 46 der Tem peraturkurve 41) während sich das Gas im Sammelraum 33 befindet und gegen den Auslass stutzen 31 strömt. Der Temperatursprung von T _in auf T _out ist erfindungsgemäss zu einem gros sen bzw. überwiegenden Teil absorptiv bedingt. Es ergibt sich aus der Darstellung der Figuren 2 und 3, dass die Transportanordnung des Recei vers bevorzugt einen Absorptionsraum 28 in Strömungsrichtung vor und einen weiteren (hier als Sammelraum 33 ausgebildeten) Absorptionsraum in Strömungsrichtung hinter dem Absor ber 27 aufweist.

Der Fachmann legt im konkreten Fall die Betriebsparameter fest, in der Regel ausgehend von der gewünschten oder notwendigen Austrittstemperatur T _out und der durch die Verwendung der Wärme aus dem Receiver gegebenen Eintrittstemperatur T . Weiter wählt er das im kon kreten Fall geeignete infrarot absorbierende Gas bzw. Gasgemisch und legt die Strömungsge schwindigkeit im Absorptionsraum 28 fest (die wiederum von der aktuellen Sonneneinstrah lung abhängig sein kann). Solche und weitere sich im konkreten Fall ergebende Betriebspara meter können voneinander abhängen, mit der Folge, dass die absorptive Erhöhung der Tem peratur von T auf T in Abschnitt Fl von Figur 3, d.h. im Absorptionsraum 28, im konkreten Fall je nach dem grösser oder kleiner ausfällt.

Die Anmelderin hat gefunden, dass sich die erfindungsgemässen Vorteile bereits bei einem Verhältnis c von > 0,3 relevant auswirken, wobei

d.h. das Verhältnis zwischen der absorptiven und der gesamten absorptiven und konvektiven Erwärmung des Wärme transportierenden Gases angibt, wenn das Gas auf einen im Infrarot bereich strahlenden Absorber 27 zu und dann durch diesen hindurch (oder an diesem entlang zu einem Auslass) geströmt ist, d.h. diesen passiert hat. Durch geeigneten Betrieb mit den ge wählten Betriebsparametern, mit anderen Worten durch geeignete Ausbildung der Steuerung des Receivers 25 kann der Fachmann im konkreten Fall den erfindungsgemässen Wert von c > 0,3 erreichen.

Der Fachmann kann, wie erwähnt, im konkreten Fall das Verhältnis c > 0,3 auf die Absorption nur der Absorberstrahlung 32,55 oder auf die Absorption der Absorberstrahlung einschliesslich der Absorption des Infrarot-Anteils der durch den Absorptionsraum 28, 57 (Figuren 2 und 4) laufenden Sonnenstrahlung 4 beziehen. Es ergibt sich, dass erfindungsgemäss als Wärme transportierendes Medium ein in Frequenz bändern des Infrarotbereichs absorbierendes Gas vorgesehen ist. Weiter ist erfindungsge mäss, dass ein mit dem Absorber zusammenwirkender Absorptionsraum derart bemessen ist, dass im Betrieb das Verhältnis c der absorptiven Temperaturzunahme (T ₃ - T2) eines in Fre quenzbändern des Infrarotbereichs absorbierendes, Wärme transportierenden Gases in der Absorptionskammer gegenüber der gesamten Temperaturzunahme (T ₄ - T ₂ ) durch die Absorp tion und Konvektion am Absorber > 0,3 ist.

Bevorzugt strömt das Wärme tauschende Gas durch eine Absorberzone (Absorptionsraum 28) gegen einen Absorber (Absorber 27), wobei es in der Absorberzone absorbtiv und durch den Absorber auch konvektiv erwärmt wird. Ein Receiver kann mehrstufig aufgebaut sein, d.h. Wärme transportierendes Medium stufenweise erwärmen. Erfindungsgemäss ist dann we nigstens eine Stufe für eine absorptiv / konvektiv erfolgende Erwärmung mit dem Verhältnis c von > 0,3 ausgebildet.

Bevorzugt weist dann der Erwärmungsbereich zwei Absorptionsräume auf, wobei das Verhält nis c für einen oder für beide der Absorptionsräume in Verbindung mit dem Absorber vorge sehen wird.

Für einen hohen Wirkungsgrad des erfindungsgemässen Receivers ist mit bestimmend, dass die vom Absorber abgestrahlte Wärmemenge möglichst weitgehend im Absorptionsraum vom Wärme transportierenden Gas absorbiert wird (und beispielsweise nicht das Gas durchdringt und durch die Öffnung für die Sonnenstrahlung als Rückstrahlung wieder aus dem Receiver entweicht). Ein bestimmender Parameter ist hier die Absorptivität a des Wärme transportie renden Gases, die durch Versuche gemessen, aus Spektrallinienwerten von molekülspektro skopischen Datenbanken (z.B. FIITEMP2010) berechnet, oder auch näherungsweise aus Emis- sivitätsdiagrammen nach der Regel von Flottei bestimmt werden kann. Weist unter den aktu ellen Betriebsverhältnissen der Receiver in einer Ausführungsform eine Distanz Fl zwischen dem Absorber und der Öffnung derart auf, dass in diesem Raumbereich 60% oder mehr der vom Absorber abgestrahlten Wärmeleistung vom Wärme transportierenden Gas absorbiert wird, ergibt sich bereits ein guter Wirkungsgrad des Receivers, der auf Absorption der Absor berwärme ausgelegt ist. Besonders bevorzugt ist eine Flöhe im genannten Raumbereich derart, dass 80% oder mehr, besonders bevorzugt 90% oder mehr der abgestrahlten Wärmeleistung des Absorbers vom Wärme transportierenden Gas absorbiert wird. Hier sei angemerkt, dass der Absorberraum sicher eine Öffnung für die Strahlung der Sonne und einen in ihn über seine Schwarzkörper-Strahlung wirkender Absorber aufweist, wobei ge mäss der Figuren 2 bis 4 bevorzugt der Absorber der Öffnung gegenüberliegt. Grundsätzlich kann der Absorberraum aber auch nicht zylindrisch, sondern beliebig, beispielsweise mit ein springenden Seitenwänden ausgebildet werden, so dass die Öffnung kleiner ist als die Absor beroberfläche, was im Hinblick auf die unerwünschte Rückstrahlung vorteilhaft ist. In solch einem Fall wird durch einen Konzentrator die Strahlung in der Öffnung gebündelt und diver giert nach der Öffnung derart, dass die ganze und grössere Absorberoberfläche beleuchtet wird. Dann besitzt der Absorberraum eventuell nicht unter den einspringenden Wänden, aber unter der Öffnung eine Höhe derart, dass im betroffenen Raumbereich (wo diese Höhe vor handen ist) eine Absorption im oben genannten Grad vorliegt.

Da die Absorptivität von der Art des Gases, von dessen Druck und von der Temperatur der strahlenden Absorberoberfläche und derjenigen des Gases selbst abhängt (Regel von Hottel) kann der Fachmann die Höhe in Abhängigkeit der die Absorption bestimmenden Parameter festlegen: wie erwähnt sind dies die Art des Gases, dessen Betriebsdruck, dessen Temperatur und die Temperatur der Absorberoberfläche im Betrieb, welche insofern einen Betriebszu stand des Receivers bestimmen.

Es ergibt sich eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Receivers, bei wel chem der Absorptionsraum eine Höhe über dem Absorber so aufweist, dass in einem Betriebs zustand des Receivers in diesem Raumbereich 60% oder mehr, bevorzugt 80% oder mehr, ganz besonders bevorzugt 90% oder mehr der abgestrahlten Wärmeleistung des Absorbers vom Wärme transportierenden Gas absorbiert wird.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Receivers. Dargestellt ist ein Schnitt durch einen Receiver 50, der dem Reciever 25 von Figur 2 entspricht, wobei jedoch der Absorber 51 mit seiner der optischen Öffnung 3 zugewendeten absorbierenden Oberfläche 51' einen in den Absorberraum 57 ragenden, bevorzugt plattenförmigen Abschnitt 54 auf weist, der sich in der Mitte des Absorberraums 57 gegen die Öffnung 3 erstreckt und der im Wesentlichen parallel zu der durch die eingezeichneten Pfeile angegebenen Strömungsrich tung des infrarot absorbierenden, Wärme tauschenden Gases ausgerichtet ist. Der Abschnitt 54 absorbiert im Wesentlichen von der absorbierenden Oberfläche 51' abgegebene Infrarot strahlung, soweit diese noch nicht von dem an ihm entlang strömenden Gas absorbiert worden ist, also insbesondere Strahlung in denjenigen Frequenzbändern, für welche das Gas weniger absorptiv ist. Dadurch erwärmt er sich und stellt wiederum eine Schwarzkörper-Strahlungsan ordnung dar, die im Ganzen der Temperatur des Abschnitts 54 entsprechenden Frequenz spektrum strahlt und das vorbeiströmende Wärme transportierende Gas seinerseits absorptiv erwärmt. Es ergibt sich eine verbesserte Nutzung derjenigen Frequenzen der Strahlung 55, welche vom Gas nur wenig absorbiert werden, da diese Frequenzen Wärme in den Abschnitt 54 einbringen, der dann seinerseits wiederum in allen (Infrarot-)Frequenzen strahlt. Der Ab schnitt 54 stellt einen Sekundärabsorber dar.

Solch eine Anordnung kann in grösseren Dimensionen, z.B mit einem Durchmesser der Absor beroberfläche 51' von 15,96 m und einer Länge des Absorptionsrums 53 (Absorberoberfläche 51' bis optische Öffnung 3) von 15,96 m ausgeführt werden. Dann ist der Receiver 50 geeignet, den Fluss einer grossen Anzahl (oder aller) Fleliostaten eines Turmkraftwerks aufzunehmen. Es ergibt sich, dass der Receiver 50 einen Absorptionsraum 57 aufweist und der Absorber 51 mit einem Abschnitt bzw. Sekundärabsorber 54 in diesen Raum hinein ragt, der bevorzugt platten förmig ausgebildet ist.

Bei einer weiteren, in der Figur nicht dargestellten Ausführungsform kann eine beispielsweise für das sichtbare Spektrum des Sonnenlichts durchsichtige Glaswand (Borosilikatglas) als Se kundärabsorber vorgesehen werden, die etwa in der Mitte zwischen der Absorberoberfläche 51' und der optischen Öffnung 3 (Figur 4) parallel zur Absorberoberfläche 51' angeordnet ist und Durchgänge, beispielsweise in der Art einer Lochplatte, für das Wärme transportierende Gas aufweist. Wiederum wird die Glaswand durch die Infrarotstrahlung der Absorberoberflä che 51', bzw. durch deren noch nicht vom Gas absorbierten Frequenzanteile erwärmt und strahlt selbst in der Art des schwarzen Körpers in beiden Richtungen, nämlich sowohl gegen die optische Öffnung als auch gegen den Absorber. Der Fachmann kann im konkreten Fall die Glasplatte derart auslegen, dass für den Abschnitt des Absorptionsraums zwischen der Glas platte und der optischen Öffnung und der ihm zugeordneten Glasplatte und auch für den Ab schnitt des Absorptionsraums zwischen der Glasplatte und dem Absorber mit dem ihm zuge ordneten Absorber das Verhältnis c von > 0,3 erreicht wird. Es ergibt sich erfindungsgemäss ein Receiver, der einen weiteren als Schwarzkörper - Strahlungsanordnung mit reduzierter Konvektion ausgebildeten Sekundärabsorber in einem vor dem Absorber liegenden Absorpti onsraum aufweist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er durch die Infrarotstrah lung des Absorbers erwärmbar ist.

Fig. 6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Recei vers in der Art desjenigen von Figur 2. Die Sonnenstrahlen 4 fallen durch ein Fenster aus bei spielsweise Quarzglas 3 auf den Absorber 27, dessen strahlende Oberfläche 27' das im Absorp tionsraum 26 durchströmende Gas erhitzt, wobei dessen Temperatur vom Fenster 3 bis zum Absorber 27 hin zunimmt. Entsprechend kann das Gas über Öffnungen 91 bis 91"' in der zy lindrischen Wand des Receivers 90 bei vorbestimmten, verschiedenen und unter der Betriebs temperatur des Wärme transportierenden Fluids liegenden Temperaturen entnommen wer den, wobei jedoch der Flauptstrom des Wärme transportierenden Fluids nach wie vor erst im Bereich des Absorbers dem Absorptionsraum 26 bei Betriebstemperatur entnommen wird. Die Pfeile zeigen die Strömungsrichtung des Wärme transportierenden Gases an, wobei die Pfeile bei den Öffnungen 91 bis 91'" den ansteigenden Temperatur entsprechend länger eingezeich net sind. Alternativ - oder zusammen mit den Öffnungen 91 bis 91'" kann eine in den Absorp tionsraum 26 hineinragende Leitung 93 für das Gas vorgesehen werden, welche dann über Öffnungen 92 bis 92'" Gas bei den am Ort der Öffnungen 92 bis 92'" herrschenden Tempera turen einspeist. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn durch den Receiver 90 ein nachge schalteter, auf verschiedenen Temperaturstufen ablaufender Prozess mit Wärme versorgt wird. Von diesem Prozess kann dann Wärme transportierendes Gas auf ebenfalls verschiede nen Temperaturen zurück zum Receiver geführt werden, so dass weiter bevorzugt im Bereich der Öffnungen 91 bis 91'" und 92 bis 92'" weitere Zuleitungen für das Wärme transportierende Gas in den Absorptionsraum 26 des Receivers 90 hinein vorgesehen werden (die hier zur Ent lastung der Figur weggelassen sind).

Es ergibt sich ein Receiver, bei welchem die Transportanordnung eine oder mehrere mit einem Absorberraum 26 verbundene Leitungen 91 bis 91'" und 92 bis 92'" für Wärme transportieren des Gas aufweist, die derart angeordnet sind, dass dem Absorberraum 26 teilerwärmtes Gas entnommen und/oder teilerwärmtes Gas an einem Ort zugeführt werden kann, an welchem im Wesentlichen die Temperatur des Gases im Absorberraum 26 der Temperatur des teiler wärmten, zugeführten Gases entspricht. Solche Zu- und Ableitungen für teilerwärmtes Gas können an einem erfindungsgemässen, ab- sorptiven Receiver vorgesehen werden, ohne dass sein Layout, insbesondere der Absorber 27 modifiziert werden muss - ebenso können diese Leitungen benutzt oder stillgelegt werden, ohne dass es auf Grund des unterschiedlichen Wärmetransfers einer konstruktiven Modifika tion bedarf.

Die Anmelderin hat gefunden, dass ein Temperaturverhältnis c > 0,5 besonders vorteilhaft ist, wenn teilerwärmtes Gas verwendet wird, beispielsweise dann, wenn bei einer Eingangstem peratur T _m von 1000 K und einer Ausgangstemperatur T _out von 1800 K das Teilerwärmte Gas im Bereich von 1400 K, also bei der halben Temperaturdifferenz, liegt: die Temperaturschicht T = 1400 K liegt im Absorberraum 26 noch im rein absorptiven Bereich und ist entsprechend einfach erreichbar, in der Figur 5 durch die Öffnungen 91 bis 91" bzw. 92 bis 92".

Die Figuren 7a und 7b sowie 8a und 8b zeigen verschiedene Betriebsparameter in einem Re ceiver nach Figur 2 gemäss einer mathematischen Modellierung des Receivers 25 von Figur 2 der Anmelderin. Das System ist mit der heute genausten Methode modelliert worden, nämlich "Spectral line-by-line (LBL) photon Monte Carlo raytracing", wobei die Absorptionskoeffizien ten von der HITEMP 2010 Spectroscopic Database stammen. Modelliert ist ein Receiver, des sen Absorptionsraum einen Durchmesser von 15,96 m und eine Flöhe von 15,96 aufweist und die Öffnung 3 einen Durchmesser von 11,28 m aufweist. Daraus ergibt sich eine Fläche der absorbierenden Oberfläche 27' von 200 m ² und eine Fläche der Öffnung 3 von 100 m2. Als Wärme transportierendes Medium wurde Wasserdampf angenommen, bei einem Druck von 1 bar, ohne Fenster in der Öffnung 3. Der Strahlungsfluss an der Öffnung 3 beträgt 200 kW/m ² und an der absorbierenden Oberfläche 27' 600 kW/m ² (welche gegenüber der Öffnung 3 die doppelte Fläche aufweist). Die absorbierende Oberfläche 27' wurde als strahlender schwarzer Körper, und, im Gegensatz zu Figur 2, mit durchgehender ebener und glatter Ober fläche angenommen, so dass das Wärme transportierende Medium in der Art gemäss Figur 5 durch Öffnungen 91'" auf der Höhe des Absorbers 27 seitlich aus dem Absorberraum 26 weg geführt wird.

Die Figuren 7a und 7b zeigen anhand der Diagramme 60 und 65 den Temperaturverlauf im Betrieb des Receivers 20 (Figur 2) entlang seiner Längsachse, ausgehend von der Öffnung 3: auf der vertikalen Achse ist die Temperatur in Kelvin abgetragen, auf der horizontalen Achse die Distanz von der Öffnung 3. Das Diagramm 60, Figur 6a, zeigt einen Prozess mit einer Ein gangstemperatur T _m von l'OOO K und einer Ausgangstemperatur T _out von 400 K. Das Dia gramm 65, Figur 6b, zeigt einen Prozess ebenfalls mit einer Eingangstemperatur T von l'OOO K, jedoch einer Ausgangstemperatur T _out von 800 K.

Wegen der sich im Betrieb erhitzenden Wänden ergibt sich eine Temperaturverteilung im Wärme transportierenden Medium (hier Wasserdampf) mit erhöhter Temperatur am Rand des Absorberraums 26, so dass an einem bestimmten Querschnitt im Absorberraum 26 am Rand (an der Wand) (Temperaturkurven 61 bzw. 66) die höchsten und in der Mitte, am Ort der Achse des zylindrischen Absorberraums 26, die tiefsten Temperaturen (Temperaturkurve 62 bzw. 67) vorliegen. Die Temperaturkurven 63 bzw. 68 zeigen die durchschnittliche Temperatur des Wasserdampfs im jeweiligen Querschnitt des Absorberraums 26.

Die Figuren 7a und 7b zeigen, nebst einem Proof-of-Concept für einen absorptiven Receiver gemäss den Figuren 2 und 3, die mögliche Ausführung eines solchen Receivers gemäss der Figur 6.

Figur 8a zeigt ein Diagramm 70 für den Wirkungsgrad des Receivers 20 (Figur 2). Auf der hori zontalen Achse ist die Ausgangstemperatur T _out abgetragen, wobei eine konstante Eingangs temperatur T _in von l'OOO K angenommen ist. Die Kurve 71 zeigt den Wirkungsgrad des Recei vers 20 in Abhängigkeit von der Ausgangstemperatur T _out . Die Reduktion des Wirkungsgrads gegen höhere Temperaturen T _out hin erklärt sich durch die durch die höheren Temperaturen bedingte erhöhte (Verlust)Rückstrahlung aus der Öffnung 3 hinaus - trotz der konstanten Ein gangstemperatur Ti _n von l'OOO K, da ein Anteil der Rückstrahlung aus dem Inneren des Absor berraums (mit erhöhten Temperaturen) stammt. Das Konzept des absorptiven Receivers weist demgemäss einen den konventionellen, konvektiven Receivern ebenbürtigen oder mit stei gender Ausgangstemperatur Tout sogar verbesserten Wirkungsgrad auf.

Figur 8b zeigt ein Diagramm 75 für die Temperatur der absorbierenden Oberfläche 27' in Ab hängigkeit von der Ausgangstemperatur T _out . Wiederum liegt eine Temperaturverteilung vor mit randseitig höheren Temperaturen und einer am Ort der Achse des zylindrischen Absorber raums 26 minimalen Temperatur: Die Kurve 76 zeigt die Temperatur am Rand der absorbie renden Oberfläche 27' und die Kurve 77 die Temperatur in deren Mitte. Die Kurve 78 zeigt deren durchschnittliche Temperatur. Die mit höherem T _out kleiner werdende Temperaturdiffe renz zur absorbierenden Oberfläche 27' erklärt sich damit, dass die Energieabstrahlung des schwarzen Körpers mit der vierten Potenz seiner Temperatur steigt - mit einer relativ kleinen Temperaturerhöhung (hier um 300 K) wird das Wärme transportierende Medium massiv höher erhitzt (hier um 1000 K). Das Konzept des absorptiven Receivers besitzt deshalb erhebliche Flexibilität im Hinblick auf die vorgesehene Temperatur T _out : ein für hohe Temperaturen geeig neter Absorber kann gleichermassen für verschiedene Temperaturen T _out verwendet werden, was bei den konvektiven Absorbern des Stands der Technik nicht der Fall ist und das Konzept des apsorptiven low-cost-high-temperature Receivers unterstützt.

Die in den Figuren 8a, b und 8a, b gezeigten Verhältnisse gelten nach der verwendeten Model lierung auch für einen Receiver 20 (Figur 2) mit kleineren Abmessungen, aber erhöhtem Druck im Wärme transportierenden Medium.

Figur 8c zeigt ein Diagramm 80 für den Wirkungsgrad des Receivers 20 (Figur 2), jedoch mit einem Fenster in der Öffnung 3 und für verschiedene Abmessungen. Ersichtlich ist der Wir kungsgrad für die grossen Abmessungen des Receivers 20 gemäss der Beschreibung zu den Figuren 6a, b und 7a, b, s. die Kurve 82. Weiter ersichtlich ist der Wirkungsgrad für kleine Ab messungen (Durchmesser und Höhe des Absorberraums 26 = 1,596 m, Durchmesser des Fens ters in der Öffnung 3 = 1,128, entsprechend 1 m ² ), mit einem Druck im Wärme transportieren den Gas von 10 bar, s. die Kurve 81. Der gegenüber Figur 7a etwas kleinere Wirkungsgrad er klärt sich durch den auf Grund des Fensters verminderten Fluss auf der absorbierenden Ober fläche von 554,4 kW/ m ² statt 600 kW/ m ² .

Die Diagramme gemäss den Figuren 8a bis c gelten auch für einen Receiver gemäss Figur 3.

In Figur 3 ist der Receiver 100 mit einer Achse 103 dargestellt, der vertikal angeordnet ist, wobei dann die Strahlung eines Heliostatenfelds über im Solarturm angeordnete Spiegel ver tikal nach unten auf den sich in Bodennähe befindenden Receiver 100 gelenkt wird, solch eine Anordnung ist dem Fachmann als "beam-down" bekannt. (Umgekehrt kann die Strahlung des Heliostatenfelds auch über Spiegel oder durch die Heliostaten selbst vertikal nach oben ge lenkt werden, wobei dann der Receiver 100 sich oben auf dem Solarturm befindet.) Das Wärme transportierende Medium wird nun, wie oben erwähnt, im Gegensatz zur Ausfüh rungsform gemäss Figur 2 nicht durch Stutzen bzw. Öffnungen 30 in der Ebene der Öffnung (bzw. eines Fensters) 3 für die Strahlung 4 der Sonne dem Absorberraum 28 zugeführt, sondern in Richtung der einfallenden Strahlung 4 hinter der Öffnung 3 für diese Strahlung. Dadurch wird erreicht, dass die entsprechenden Zufuhrleitungen 102 für Wärme transportierendes Me dium von der Öffnung 3 weiter weg angeordnet und zugleich einfach geschützt werden kön nen. Die nahe bei der Öffnung 3 gelegenen Stutzen bzw. Zufuhrstellen 30 für Wärme transpor tierendes Medium gemäss Figur 2 sind nachteilig insbesondere im Fall einer nicht einwand freien Ausrichtung der Fleliostaten gefährdet und müssen aufwendig für einen sehr hohen Energieeintrag hochtemperatursicher ausgebildet werden, was der Einfachheit des erfin- dungsgemässen Receivers betreffend dem konstruktiven Aufwand entgegenläuft.

Weiter ist des insbesondere in einem vertikal nach unten ausgerichteten Receiver 100 so, dass sich die Strömung des durch den Absorberraum 28 transportierten Fluids recht gleichmässig ausbildet und sich damit eine deutliche Temperaturschichtung über die Flöhe des Absorber raums 28 ergibt. Im Fall einer "beam-down" Anordnung kann es im konkreten Fall nützlich sein, neben einer genügend hohen Strömungsgeschwindigkeit des Wärme transportierenden Fluids gegen den Absorber hin auch einen Drall im Fluid gemäss den Figuren 9 bis 12 vorzusehen

Wie oben erwähnt, werden in einem Solarturmkraftwerk beispielsweise auch Bauformen ein gesetzt, bei denen der Receiver oben am Turm angeordnet und schräg nach unten ausgerichtet ist, um die Strahlung des Fleliostatenfelds direkt aufzunehmen. Durch die schräge Ausrichtung ergeben sich entsprechend schräg angeordnete Temperaturschichten, welche eine Konvekti onsströmung im Wärme transportierenden Fluid erzeugen können, die die Temperaturschich tung und damit auch die gewünschte gleichmässige Temperatur im Bereich des Absorbers 27 stört.

Erfindungsgemäss wird deshalb gemäss der Ausführungsform nach Figur 9 vorgesehen, das Wärme transportierende Fluid tangential zu seiner im Absorberraum 28 gegebenen Transport richtung zuzuführen, so dass das im Erwärmungsbereich bzw. im Absorberraum 28 in Trans portrichtung gegen den Absorber 27 geführte Gas zusätzlich um eine zur Transportrichtung parallele Achse 103 rotiert.

Figur 9 zeigt schematisch eine Ansicht auf einen schräg angeordneten Reciever 110 auf die Seite seiner Öffnung 3 für die Strahlung der Sonne, wobei tangential zur Achse 103 angeord nete Zufuhrleitungen 104 für das Wärme transportierende Medium ersichtlich sind, welche eine Rotation des Mediums bzw. einen Drall im gegen den Absorber 27 strömenden Medium erzeugen. Der Absorber 27 ist durch die Öffnung bzw. das Quarzfenster 3 in der Figur ersicht lich, wobei zur Entlastung der Figur der Strömungsweg des Mediums durch den Absorber (oder an ihm vorbei) nicht eingezeichnet ist, sondern nur gestrichelt ein Auslassstutzen 106, aus wel chem das Medium den Receiver 110 verlässt. Der Auslassstutzen ist bevorzugt etwas exzent risch nach oben versetzt angeordnet, was in Kombination mit dem Drall des strömenden Me diums eine stabile Temperatur im Wärme transportierenden Medium am Ort des Auslassstut zens 106 ergibt.

Im Ergebnis ist die Transportanordnung bevorzugt derart ausgebildet, dass im Betrieb das Wärme transportierende Medium während der in Transportrichtung erfolgenden Durchque rung des Absorberraums wenigstens teilweise einen Drall um eine zur Transportrichtung pa rallele Achse 127 des Absorberraums aufweist, wobei die Transportanordnung bevorzugt am Absorberraum vorgesehene Einlassöffnungen für das Medium aufweist, die gegenüber der Achse des Absorberraums in gleicher Drallrichtung tangential ausgerichtet sind.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Rotation der Strömung bzw. der Drall auch durch Leitbleche im Absorberraum 28 erzeugt werden kann, was dank der definierten Temperatur schichtung bevorzugt in dessen kaltem Bereich realisiert wird und damit den Aufwand für den erfindungsgemässen Receiver nur unwesentlich erhöht.

Die Figuren 10 bis 12 zeigen Details eines Receivers 120, der für hohe Effizienz auch bei schrä ger oder horizontaler Positionierung ausgebildet ist. Figur 10 zeigt eine Ansicht von aussen auf den Receiver 120, die Figuren 11a und b einen Querschnitt durch diesen, und Figur 12 die ge schichtete Temperaturverteilung in seinem Absorptionsraum 28 gemäss einer Simulation der Anmelderin. Zur Entlastung der Figuren ist wiederum die Isolation des Receivers 120 sowie dessen tragende, äussere Struktur, die der Fachmann im konkreten Fall leicht konzipieren kann, weggelassen.

Figur 10 zeigt den Receiver 120, mit seinem Absorptionsraum 28, dem Sammelraum 33 und dem Auslassstutzen 121 (s. dazu auch die Darstellung von Figur 2). Weiter ersichtlich ist eine Zufuhranordnung 122 für kaltes (T _in ) Wärme transportierendes Fluid, die ein Bestandteil der Transportanordnung 29 (Figur 2) ist. Die Zufuhranordnung 122 weist einen Ringraum 123 auf, in den Zufuhrleitungen 124 für Wärme transportierendes Fluid münden, s. die Pfeile 125, wo bei über den Ringraum 123 in den Receiver 120 eingeströmtes Fluid den Absorberraum 28 in einer zur Achse 127 parallelen Flauptstromrichtung durchquert, sich dabei erwärmt und schliesslich via Sammelraum 33 und Auslassstutzen 121 den Receiver 120 mit der Temperatur T _out wieder verlässt (Pfeile 126). Sonnenstrahlen 4 gelangen durch eine in der Figur vom Ring raum 123 verdeckte Öffnung bzw. durch ein Fenster 3 in den Absorptionsraum 28 bis hin zur Innenseite des Sammelraums 33, dessen Innenwand bei der dargestellten Ausführungsform als Absorber für die Sonnenstrahlung ausgebildet ist. Wie in der Beschreibung zu Figur 9 er wähnt, ist weiter bei der gezeigten Ausführungsform der Auslassstutzen 121 nach oben ver setzt angeordnet.

Figur 11a zeigt den Ringraum 123 im Schnitt, wobei die Schnittebene wiederum durch eine längs durch den Absorptionsraum 28 verlaufende Achse 127 sowie die Zufuhrleitungen 124 geht (s. auch Figur 10). Dabei ist der Ringraum 123 massstäblich dargestellt, ebenso der an schliessende Bereich des Absorptionsraums 28 sowie die Lage der Öffnung 3 bzw. eines Fens ter 3 für die Strahlung der Sonne. Wie oben erwähnt sind jedoch die Isolation und die tragende Struktur weggelassen, hier insbesondere diejenige für das Fenster 3 und den Ringraum 123. Weiter gezeigt sind die stromaufwärts bzw. einlassseitig angeordneten Zufuhrleitungen 124 für das Wärme transportierende Fluid. Stromabwärts bzw. auslassseitig teilt sich der Ringraum 123 in einen äusseren Ringkanal 132 mit einem ringförmigen Auslassschlitz 130 und einen in neren Ringkanal 133 mit einem ringförmigen Auslassschlitz 131. Der äussere Kanal 132 verläuft koaxial zur Achse 127 des Absorptionsraums 28 und benachbart zu dessen Wand 138, der in nere Kanal 133 besitzt eine kegelstumpfartige Konfiguration und ist schräg gegen das Innere des Absorptionsraums 28 gerichtet. Dadurch bilden sich im Bereich der Wand 138 Zonen mit verminderter Strömung gegen den Absorber hin nur reduziert bzw. in einem nicht mehr rele vanten Ausmass aus, wobei trotz der etwas heisseren Wände (s. die Diagramme der Figuren 7 und 8) schliesslich vor dem Absorber über den Querschnitt des Absorptionsraums 28 eine ho mogene Temperaturschicht resultiert (s. dazu auch Fig. 12). Besonders bevorzugt verläuft des halb eine Strömungskomponente aus dem äusseren Kanal 132 parallel zur Wand 138, bevor zugt ist deren Winkel zur Wand 130 kleiner oder gleich 5 Grad. Eine positiver Effekt lässt sich immer noch bei einem Winkel kleiner gleicht 10 Grad bzw. 15 Grad erreichen. Die Ringkanäle 132,133 sind mit Leitblechen 134,135 versehen (s. Figur 11b), so dass in den Auslassschlitzen 130,131 Öffnungen für das Wärme transportierende Medium gebildet wer den und diesem zusätzlich eine zur Achse 127 tangentiale Strömungskomponente verleihen. Damit tritt es in einer gerichteten Strömung in den Absorptionsraum 28 ein und weist neben der zur Achse 127 parallelen Hauptstromrichtung eine zur Achse 127 tangentiale (Drall)Strö- mungsrichtung auf. Dadurch entstehen die in der Figur beispielhaft eingezeichneten, spiralför migen Strömungslinien 136 und 137. Im Ergebnis kann eine Störung der Temperaturschichtung im Receiver 120 durch beispielsweise temperaturbedingte Konvektionsströme insbesondere bei schräger oder horizontaler Ausrichtung unterdrückt werden.

Figur 11b zeigt einen vergrösserten Ausschnitt aus Figur 11a zur Verdeutlichung der Verhält nisse. Ersichtlich sind insbesondere die Leitbleche 134' bis 134"' sowie die Komponenten der gerichteten Strömung 136, nämlich diejenige in Richtung der Hauptströmung 141 und die tan gentiale Komponente 142.

Es ergibt sich ein Receiver, bei welchem die Transportanordnung in den Absorberraum füh rende Öffnungen für das Wärme transportierende Medium aufweist, die benachbart zu einer Wand 138 des Absorptionsraums 28 angeordnet sind und die in Hauptstromrichtung eine Strö mungskomponente des in den Absorptionsraum 28 einströmenden Fluids mit einer Neigung gegenüber der Wand 138 von weniger als 15 Grad bevorzugt gleich oder weniger als 5 Grad erzeugt. Nach den Erkenntnissen der Anmelderin sind solch kleine Winkel notwendig, um im Bereich der Wand 138 für die Effizienz des Absorbers relevante Zonen verminderter Strö mungsgeschwindigkeit gegen den Absorber hin zu vermeiden.

Weiter ergibt sich ein Receiver, bei welchem die Transportanordnung in den Absorberraum führende Öffnungen für das Wärme transportierende Medium aufweist, die eine zu einer Achse 127 des Absorptionsraums 28 tangentiale Strömungskomponente des in den Absorpti onsraum 28 einströmenden Fluids erzeugt.

Schliesslich ergibt sich ein Verfahren zum Betrieb eines Receivers, bei welchem das infrarot absorbierende Gas in einem Absorptionsraum (28,53) des Erwärmungsbereichs (26) in eine Rotation versetzt wird, derart dass es im Absorptionsraum einen Drall um eine in Transport richtung bzw. der Hauptstromrichtung, verlaufende Achse (127) aufweist. Figur 12 zeigt die Temperaturverteilung gemäss einer CFD Simulation der Anmelderin im Ab sorptionsraum 28 des Receivers 120 mit den folgenden Randbedingungen:

^■ Durchmesser des Absorptionsraums 0,8 m, Druck im Absorptionsraum = 1 bar

^■ T _in = 800 °K, Massenstrom des Wärme transportierenden Fluids = 0.045 kg/s

^■ Solare Strahlungsleistung durch die durchsichtige Öffnung 3 = 250 kW, Durchmesser der Öffnung: 0.6 m

^■ Wärme transportierendes Fluid: Wasserdampf

^■ Spektrales Strahlungsverhalten von Wasserdampf modelliert mit weighted sum of gray gases (WSGG) Modell und Strahlung gelöst mit der discrete ordinates (DO) Methode

^■ Schwarze Wände, e _waii = 1

^■ Schwerkraft vertikal nach unten zeigend (horizontaler Receiver)

^■ Winkel des in den Absorptionsraum einströmenden Fluids: 45 Grad

Der Winkel des einströmenden Fluids im Ringkanal 132 ist der Winkel zwischen der gerichteten Strömung 136 und der Richtung der Flauptströmung 141 von Figur 11b. Der Ringkanal 133 be sitzt, wie oben erwähnt, eine kegelstumpfartige Konfiguration, d.h. sein stromabwärts liegen des Ende ist kreisförmig. Der Winkel des aus ihm in den Absorptionsraum einströmenden Flu ids ist analog der Winkel seiner Strömungsrichtung zu einer Tangente an diesen Kreis.

Dabei ist für die Simulation eine im Bereich zwischen der optischen Öffnung 3 und den Wänden 138 des Absorptionsraums 28 vereinfachte Geometrie angenommen worden: der Zwischen raum zwischen den Auslassschlitzen 130 und 131 (Figuren 11a und b) ist durch einen kegel stumpfförmigen Wandbereich 150 ersetzt.

Die Simulation ergibt eine Auslasstemperatur T _out von 862 °K sowie die in der Figur darge stellte Temperaturschichtung, die durch die Temperaturkurven 140 bis 145 dargestellt ist. Der Temperaturkurve 140 entspricht die Temperatur 1420 °K, der Kurve 141 die Temperatur 1533 °K, der Kurve 142 1589 °K, der Kurve 143 1645 °K, der Kurve 144 1702 °K, und den Kurven 145 1870 °K.

Es zeigt sich, dass trotz der komplexen thermodynamischen Bedingungen unter anderem durch die heisse von der Strahlung des Absorbers 27 mit aufgeheizten Wand 138 und der kom- plexen strömungstechnischen Bedingungen unter anderem durch die von den Temperaturun terschieden und der Gravitation erzeugten Konvektionsströmung eine Temperaturschichtung vorliegt, bei welcher die Temperatur von der Öffnung 3 bis zum Auslassstutzen 121 ständig zunimmt, mit der Folge, dass die effizienzmindernde Rückstrahlung durch die Öffnung 3 mini miert werden kann. Es sei noch angemerkt, dass der Fachmann für den konkreten Fall die Rich tung der Einströmung bzw. den Drall oder die Rotation des Fluids im Absorptionsraum um eine durch diesen verlaufende Achse geeignet festsetzen kann, ebenso den Ort des Auslassstutzens (zentrisch gemäss Fig. 2 und 3 bis 6 oder versetzt gemäss den Figuren 9 und 10). Kann z. B. im Kontext mit den anderen Parametern (beispielsweise denjenigen der Simulation oben) ein op timaler Drall erzeugt werden, kann der Auslassstutzen auch bei horizontaler Ausrichtung zent risch angeordnet werden. Umgekehrt kann die Kombination eines vergleichsweise schwachen bzw. nicht optimalen Dralls mit einer versetzten Position des Auslassstutzens die gewünschte Temperaturschichtung erzeugen.

Nach den Erkenntnissen der Anmelderin lassen sich deshalb die Abmessungen des Receivers 20 und aller erfindungsgemässen Ausführungsformen des absorptiven Receivers leicht skalie ren, wobei für einen vergleichbar grossen Wirkungsgrad bzw. vergleichbaren Temperaturver hältnissen bei einer Verkleinerung der Abmessungen der Druck im gleichen Verhältnis vergrös- sert werden muss, hier z.B. bei einer Verkleinerung um den Faktor 10 der Druck um den Faktor 10 wächst. Jedoch ist es so, dass mit höherem Druck im Wärme transportierenden Gas der Wirkungsgrad tendenziell leicht überproportional ansteigt. In Figur 7c sind die Verhältnisse für einen Druck von 10 bar dargestellt. Im konkreten Fall kann der Fachmann den Überdruck in einem Bereich zwischen 2 und 20 bar, besonders bevorzugt zwischen 5 und 15 bar und ganz besonders bevorzugt, wie oben erwähnt, von 10 bar vorsehen.

Bei den simulierten Ausführungsformen gemäss den Figuren 3 bis 10 liegt c in einem Bereich > 0,9, da die Konvektion an der ebenen und glatten absorbierenden Oberfläche sehr klein ist. Es sei angemerkt, dass Konvektion grundsätzlich den Absorber etwas kühlt, deshalb geeignet ist, die wirkungsgradvermindernden Verluste durch Rückstrahlung aus der Öffnung 3 hinaus zu senken, also den Wirkungsgrad des Receivers zu erhöhen. Allerdings führt erhöhte Konvek tion zu vermehrten Druckverlusten im strömenden Gas (was wiederum den Wirkungsgrad senkt), sowie zu erhöhtem Bauaufwand des Absorbers. Im konkreten Fall kann der Fachmann das optimale Verhältnis zwischen Absorption und Konvektion, d.h. einen bestimmten Wert für T ₃ -T ₂

(s. die Beschreibung zu Figur 4) in einem Bereich c > 0,3 festlegen.

-T ₂

Nach den Erkenntnissen der Anmelderin führt, wie erwähnt, bereits ein Wert von c = 0,3 zu einer einfacheren Ausbildung des erfindungsgemässen Receivers, mit einem Wirkungsgrad, welcher demjenigen der bekannten, nach dem Prinzip der Konvektion ausgebildeten Receiver entspricht (oder höher liegt).

Da für möglichst intensive Schwarzkörper-Strahlung in den Absorptionsraum hohe Tempera turen des Absorbers, aber auch der Seitenwände des Absorptionsraums vorteilhaft sind, ent fallen Kühlmittel aller Art, insbesondere Kühlkanäle, wie dies bei Receivern gemäss dem Stand der Technik vorgesehen ist - entweder Kühlkanäle in den Wänden, oder die Konvektion sicher stellende Kühlkanäle im Absorber. Es ergibt sich ein Receiver, bei welchem die Wände des Ab sorptionsraums und/oder des Absorbers frei sind von Kühlmitteln, insbesondere Kühlkanälen. Natürlich sind hier Kühlmittel für einen ausserordentlichen Betriebszustand des Receivers, wie Notkühlsysteme bei Fehlfunktionen, die der Natur der Sache nach nicht dem bestimmungsge- mässen Betrieb entsprechen, nicht eingeschlossen. Es ergibt sich deshalb ein Receiver, bei wel chem die Wände des Absorptionsraums und/oder des Absorbers frei sind von Kühlmitteln für für den bestimmungsgemässen Betrieb.

Bei einer weiteren in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform ist der Absorber gleich wie im Receiver 25 (Figur 2) gegenüber der optischen Öffnung 3 angeordnet und bildet einen Wandbereich des Absorptionsraums 28 (Figur 2). Im Unterschied zum Receiver 25 ist der Ab sorber jedoch nicht mit Durchströmöffnungen für das Wärme transportierende Medium ver sehen, sondern für dieses wenigstens teilweise gasdicht ausgebildet, so dass erwärmtes Gas auf der Flöhe des Absorbers radial aus dem Absorptionsraum ausströmt. Dadurch vereinfacht sich die Konstruktion des Absorbers noch einmal, das Verhältnis c kann auf einen höheren Wert als 0,3 gesteigert werden.

Der Fachmann kann durch Optimierung der Ausführungsform gemäss Figur 2, oder durch Kom bination dieser Ausführungsform mit weiteren beschriebenen Merkmalen (zusätzlicher Ab schnitt 54 des Absorbers 51 nach Figur 4, Glasplatte gemäss der in den Figuren nicht gezeigten Ausführungsform etc.) den Wert des Verhältnisses c von > 0,3 auf > 0,4 bzw. > 0,5 oder > 0,6 oder > 0,7 oder sogar auf > 0,8 steigern. Figur 13 zeigt die Schritte eines Verfahrens für den Betrieb eines bevorzugt räumlichen Recei vers gemäss der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt 80 wird ein geeigneter Recei ver ausgewählt, beispielsweise mit einer Struktur gemäss Figur 2, der einen durch Sonnenlicht erwärmbaren Absorber aufweist, gegen den durch eine Transporteinrichtung gasförmiges, Wärme transportierendes Medium geführt wird, um es für den Wärmetransport durch den Absorber zu erwärmen.

In einem zweiten Schritt 81 wird als Wärme transportierendes Gas ein im Infrarotbereich ab sorbierendes Gas ausgewählt, insbesondere ein heteropolares Gas oder eines der Gase CO2, Wasserdampf, CH4, NH3, CO, SO2, S03, FICI, NO, und NO2 (oder auch ein Gemisch dieser Gase), um Schwarzkörperstrahlung des Absorbers durch Absorption des gegen den Absorber trans portierten Gases schon vor dem Absorber zu absorbieren und so das Wärme transportierende Medium zu erwärmen.

In einem dritten Schritt 82 werden die Betriebsparameter des Receivers derart eingestellt, dass im Betrieb des Receivers das Verhältnis c der Temperatursteigerung des Wärme transportie renden Mediums durch Absorption vor dem Absorber gegenüber der Temperatursteigerung durch Absorption und Konvektion am Absorber > 0,3 ist.

Im vierten Schritt 83 wird der Receiver in Betrieb gesetzt und mit dem Parameter c > 0,3 ge fahren.

Es ergibt sich ein Verfahren zum Betrieb eines Receivers mit einem Erwärmungsbereich für die Erwärmung von einem Wärme transportierenden Medium, und einer Transportanordnung für den Transport des Mediums durch den Erwärmungsbereich hindurch, wobei im Erwärmungs bereich eine Öffnung für die Strahlung der Sonne und ein im Pfad der einfallenden Strahlung der Sonne angeordneter, diese absorbierender Absorber vorgesehen ist, und wobei als Wärme transportierendes Medium ein in Frequenzbändern des Infrarotbereichs absorbierendes Gas vorgesehen wird, das dem Erwärmungsbereich an seinem die Öffnung aufweisenden einen Ende, zugeführt, in einer mit der durch die Öffnung einfallenden Strahlung der Sonne gemein samen Richtung durch diesen gegen das den Absorber aufweisende andere Ende des Erwär mungsbereichs geführt und erst dort aus diesem abgeführt wird, und die Betriebsparameter des Receivers derart eingestellt und das Gas derart ausgewählt wird, dass seine Temperatur während dem Transport durch den Erwärmungsbereich (zum Absorber) durch Absorption von Strahlung derart zunimmt, dass das Verhältnis c der Temperaturzunahme (T ₃ - T2) durch Ab sorption von Strahlung gegenüber der gesamten Temperaturzunahme (T ₄ - T2) durch die Ab sorption und Konvektion am Absorber > 0,3 ist.

In einer Ausführungsform wird das Verhältnis c > 0,3 auf die Absorption nur der Absorbers trahlung bezogen, so dass die Temperatur während dem Transport durch den Erwärmungsbe reich durch Absorption der Strahlung des Absorbers derart zunimmt, dass das Verhältnis c der Temperaturzunahme (T3 - T2) durch Absorption der Strahlung des Absorbers gegenüber der gesamten Temperaturzunahme (T4 - T2) durch die Absorption der Strahlung des Absorbers und Konvektion am Absorber > 0,3 ist.

Der Fachmann kann im konkreten Fall das Verhältnis c > 0,3 auf die Absorption nur der Absor berstrahlung 32,55 oder auf die Absorption der Absorberstrahlung einschliesslich der Absorp tion des Infrarot-Anteils der durch den Absorptionsraum 28, 57 (Figuren 2 und 4) laufenden Sonnenstrahlung 4 beziehen.

Bevorzugt wird dabei als absorbierendes Gas ein heteropolares Gas ausgewählt, weiter bevor zugt C0 ₂ , Wasserdampf, CH ₄ oder ein Gemisch dieser Gase.

Der Fachmann kann dann das erfindungsgemässe Verfahren derart modifizieren, dass das Ver hältnis c gleich oder grösser ist als 0,4, oder 0,5 oder bevorzugt gleich oder grösser ist als 0,7, besonders bevorzugt gleich oder grösser ist als 0,8.

In einer Ausführungsform kann das erfindungsgemässe Verfahren derart ausgebildet werden, dass das Gas durch den Absorber hindurch geführt wird. Alternativ kann vorgesehen werden, dass das Gas am Absorber vorbei geführt wird.

Figur 14 zeigt die Schritte eines erfindungsgemässen Fierstellverfahrens für einen Receiver, beispielsweise nach den Figuren 2 bis 4, wobei im Schritt 87 der Absorber als als Schwarzkörper - Strahlungsanordnung mit reduzierter Konvektion ausgebildet und entsprechend ein mit dem Absorber zusammenwirkender Absorberraum vorgesehen wird, um die Wärme auf das Wärme transportierende Gas übertragen zu können. Danach wird im Schritt 88 ein ein in Frequenz- bändern des Infrarotbereichs absorbierendes Gas als Wärme transportierendes Gas so zusam men mit den Abmessungen des Absorberraums vorgesehen, dass ein vorbestimmter Betriebs zustand des Receivers definiert werden kann, in welchem die Temperaturzunahme des Wärme transportierenden Gases durch Absorption (der Schwarzkörper-(lnfrarot)Strahlung des Absor bers und der Infrarot-Anteile der Sonne gegenüber der Temperaturzunahme durch Absorption und Konvektion am Absorber in einem Verhältnis c > 0,3 liegt.

Es ergibt sich ein Herstellverfahren für einen Receiver mit einem Erwärmungsbereich für die Erwärmung von einem Wärme transportierenden Medium, und einer Transportanordnung für den Transport des Mediums durch den Erwärmungsbereich hindurch, wobei im Erwärmungs bereich eine optische Öffnung für Sonnenlicht und ein im Pfad des einfallenden Sonnenlichts angeordneter, das Sonnenlicht absorbierender Absorber vorgesehen ist, dadurch gekenn zeichnet, dass der Absorber als Schwarzkörper - Strahlungsanordnung mit reduzierter Konvek tion ausgebildet und ein mit dem Absorber zusammenwirkender Absorberraum vorgesehen wird, als Wärme transportierendes Medium ein in Frequenzbändern des Infrarotbereichs ab sorbierendes Gas derart vorgesehen und der Absorberraum derart bemessen wird, dass in ei nem vorbestimmten Betriebszustand des Receivers die Temperatur des den Absorptionsraum betriebsfähig durchströmenden, Wärme transportierenden Mediums durch Absorption der Infrarotstrahlung des Absorbers (und der Infrarot-Anteile der Sonnenstrahlung) zunimmt, der art, dass das Verhältnis c der Temperaturzunahme (T ₃ - T ₂ ) durch Absorption im Absorberraum gegenüber der gesamten Temperaturzunahme (T ₄ - T ₂ ) durch die Absorption und Konvektion am Absorber > 0,3 ist.

Bevorzugt wird dabei als Gas ein heteropolares Gas vorgesehen, besonders bevorzugt C0 ₂ , Wasserdampf, CH ₄ , NH ₃ , CO, S0 ₂ , S03, HCl, NO, und N0 ₂ oder ein Gemisch dieser Gase.

Dabei wird weiter in einer Ausführungsform der Erfindung das Verhältnis c gleich oder grösser als 0,4 eingestellt, bevorzugt 0,5, besonders bevorzugt 0,6, ganz bevorzugt 0,7 und am meisten bevorzugt 0,8 ist.

Schliesslich kann in einer weiteren Ausführungsform im Absorberraum ein als Schwarzkörper - Strahlungsanordnung mit reduzierter Konvektion ausgebildeter Sekundärabsorber vorgese hen werden und weiter bevorzugt der Receiver als räumlicher Receiver konzipiert werden.