[发明专利]具有由石英玻璃制成的入射窗的太阳辐射接收器和用于制造入射窗的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有腔室的太阳辐射接收器，所述腔室用于传输用来在用于太阳辐射的吸收器上进行热量吸收的工作气体，所述吸收器布置在所述腔室中，并且所述吸收器具有由石英玻璃构成的、用于所述太阳辐射的、拱顶状的入射窗，其中所述入射窗具有一朝向所述吸收器的并且拥有至少950℃的内部温度Ti的内侧面以及一背向所述吸收器的并且经受环境温度Tu的外侧面。

此外，本发明涉及一种用于制造由石英玻璃构成的、拱顶状的入射窗的方法。

背景技术

太阳辐射接收器-也被称为太阳能接收器-用于用太阳热来获取热量，并且在工业领域内比如用于将含碳的化合物重整为甲烷，或者作为“太阳热发电站”用于对用来驱动燃气涡轮机的空气进行加热。

对于这些设备的、流行的结构形式来说，设置了由石英玻璃构成的入射窗，用于将有待通过所集中的太阳辐射来加热的空间与环境隔开。通过所述入射窗，太阳辐射进入到所谓的吸收器中，该吸收器被工作气体贯穿流过并且在这过程中用太阳热将所述工作气体加热到较高的温度。

所述入射窗经受较高的温度负荷。所述入射窗的、朝向吸收器的内侧面在没有应对措施的情况下大约加热到所述标称的吸收器温度。背向所述吸收器的入射窗外侧面虽然经受低得多的、由于大气温度和日射能量而出现的环境温度。但是，通过热传导，所述入射窗外侧面也加热到几百摄氏度的温度。

在所述入射窗的外侧面上的、较高的温度-在通过表面的污染、比如由于含碱的灰尘和微粒状物质以及其它环境影响推动的情况下-可能引起石英玻璃的析晶。这种结晶导致光学的透射率的降低乃至破裂，并且最后确定所述入射窗的使用寿命。定期的保养作业、更换和维修在物流方面比较麻烦并且昂贵，并且限制了所述设备的经济性。因此一种特殊的注意力在于，避免所述入射窗的析晶。

通过高纯度的、尤其无碱的石英玻璃的使用，可以降低结晶倾向。其它的技术上的措施旨在：将入射窗表面保持特别干净-比如通过经常的、透彻的清洗或者-只要有可能-通过比如在净化室中提供无粒料的环境这种方式。

作为替代方案或者补充方案，尝试像比如在EP 1 610 073 A2中一样通过较低的温度来降低所述入射窗的结晶倾向，从该专利文件中知道开头所提到的类型的太阳辐射接收器。所述吸收器布置在腔室的内部，并且由拱顶状的入射窗向外隔绝，其中所述入射窗的、凸出地弯曲的表面（所述“拱顶”）伸入到所述吸收器中。通过所述吸收器的、拱顶状的结构，来降低来自所述吸收器的辐射的反向反射。

为了将所述入射窗的温度保持在800℃到850℃之下，在此建议，借助于红外辐射护罩来遮蔽所述入射窗，以防止所述吸收器的红外辐射。优选所述红外辐射护罩由吸收红外辐射的石英玻璃构成。作为补充，所述入射窗的内侧面借助于被导引的空气流来得到强制冷却。

但是，通过所述红外辐射护罩来屏蔽红外辐射的做法会降低工作气体的能量吸收程度，并且产生效率损失。强制冷却在设计上比较麻烦，并且要求额外的、用于产生气流的能量开销。这些措施由此会在总体上降低太阳热加热的效率。

在WO 2010/055439 A2中说明了一种太阳辐射接收器，其中放弃对于所述吸收器的、辐射入射窗的、主动的冷却。换而言之，在此建议，由特别强烈地发出IR辐射的石英玻璃来制造所述辐射入口窗。所述石英玻璃的、所期望的IR放射应该引起所述入射窗的冷却。这通过较高含量的羟基（OH基）来实现，所述羟基的含量优选至少为600个重量ppm。

石英玻璃中的羟基虽然在从大约2680nm到2800nm的、红外的波长光谱范围的、窄小的区间中显示出突出的吸收或者放射特性。但是羟基少的石英玻璃在波长更长的红外光谱范围内部分地不透明，因而通过羟基进行的补充的吸收带来更小的、附加的冷却效应。除此以外，石英玻璃的结晶倾向随着其羟基含量而增加。

因而在上面所提到的现有技术中，经常所述入射窗也构造为拱顶状。这样的、拱顶状的石英玻璃入射窗的制造，借助于玻璃吹制的方法来进行。其中比如以石英玻璃管为出发点，对其进行吹气，并且在这过程中使其变形为壁体更薄的空心体。由于石英玻璃的变形特性以及其较高的黏度（即使对于SiO₂的升华温度来说），在此一般不能直接实现所期望的最终形状，并且经常需要将所述空心体分解为小块，并且将所述小块重新组合成具有所述入射窗的、近似的几何形状的预成型件。其中对所述小块进行焊接并且在经过机械的最终加工之后最后在较高的温度下对如此得到的预成型件进行回火，用于降低机械的应力。