太阳能接收反应器的制作方法
本发明涉及一种太阳能接收反应器、也就是说一种直接通过太阳辐射的能量来运行的反应器。
背景技术：
大量应用情况中的其中一种在于制造太阳能燃料(solarfuels)的领域，太阳能燃料的原材料h2(氢气)和co(一氧化碳)在供应能量-即在高温下的热量-的情形下由h2o(水)和co2(二氧化碳)形成。气体混合物(其-除了另外的气体之外-主要包含h2和co)称为合成气体或简称为合成气。该合成气用于制造液态或气态的碳氢化合物推进燃料。
优选地，合成气通过氧化还原反应来获得，从而反应器须交替地在上部的还原温度tred与下部的氧化温度tox之间运行。
在philippefurler的eth论文no.21864”solarthermochemicalco2andh2osplittingviaceriaredoxreactions”中描述了一种根据实验的太阳能铈反应器，利用其可在集中的太阳光(2865太阳、也就是说直至2865kw/m2的热辐射)的照射下制造合成气体。
上面所提及的集中度中的太阳光在工业基础上可例如以根据wo2011/072410的盘状集中器(dish-konzentrator)来产生，从而使得合成气体的商业产物在使用可更新的或者可再生的能量的情形下变得切合实际。此外，充分集中形式的太阳光现今增加地在太阳能塔式发电厂中产生，其中，然后一般而言未设置有接收反应器，而是产生作为工业热量被负载利用或例如被用于发电的热量。相应地，塔式发电厂的接收器将传输热量的介质加热到温度to上，该介质被负载冷却且在用于以温度tin重新加热的循环中再次到达接收器。
在太阳能塔式发电厂中基本上使用在空间上构造的接收器，其适合于较高的温度，如其例如在500太阳、1000太阳或更多的集中度的情形中所达到的那样。这样的温度一般而言处在800k之上，且在不久的将来可达到1500k或更多的范围。这样的接收器，虽然在更小的尺寸中，也可被使用在盘式集中器中。当前被称为空间上的接收器的是其尺寸在所有三个维度上比较大的接收器，相反于呈管状的接收器，其与槽收集器或沟槽收集器相联系地被使用。这样的呈管状的接收器具有为横截面尺寸(宽度或者高度)的多倍、在十倍或百倍或更多的范围中的维度(长度)。用于沟槽收集器的接收器不配置用于上面所提及的温度，因为呈沟槽状的集中器关于接收器被集中在两个维度上，在塔式发电厂处的定日镜的范围或盘状集中器然而在三个维度上。
尤其已知体积式接收器，其同样适合于太阳能塔式发电厂，其中，在这样的接收器中可达到多于800k、直至1300k的所要求的温度。然而，较高的运行温度引起巨大的结构上的成本。
体积式接收器具有扩展的吸收体结构，其例如可包括体积大的线材网状物或开孔的陶瓷泡沫。集中的太阳辐射然后侵入到吸收体结构的内部中且在该处被吸收。传输热量的介质(例如空气)被导引穿过开孔的吸收体结构且因此借助于强制对流在开孔的吸收体结构处吸收热量。吸收体结构同样可包括管结构、在深度上分级的格栅结构或带有较大表面的本质上任意的结构，其引起从吸收体结构至传输热量的介质的对流式热传递，当该介质流经吸收体时。
体积式接收器例如由refos项目变得已知(receiverforsolar-hybridgasturbineandcombinedcyclesystems;r.buck,m.abele,j.kunberger,t.denk,p.hellerande.lüpfert,injournaldephysiqueivfrance9(1999))。通过在所示出的refos接收器的类型中的接收器，利用1300k的陶瓷吸收体可达到1100k的离开温度tout。
这样的接收器具有如下缺点，即，吸收体结构复杂地制造且吸收体的流经经常是不稳定的，尤其由于在运行中非期望地出现的温度分布，且对于该流经而言须考虑到巨大的流动损失。
根据上面所提及的eth论文，在直至1800k的上部温度的第一吸热过程步骤中铈在形成氧气的情形中被还原；紧接着，铈在结束还原之后被冷却到1100k的下部温度上且在随后的过程步骤中合成气体通过放热的再氧化来生产；在此然而吸热所需要的用于生产合成气的热量远大于通过氧化产生的放热热量。该过程对于合成气体的持续生产而言可被循环重复；为此铈所以须周期性地被加热到1800k上和被冷却到1100k上。为了回收通过冷却被取出的热量提出了一种铈载体的双环结构。两个反向转动的彼此贴靠的带有共同旋转轴线的铈环如此地处在热的区域(1800k)与冷的区域(1100k)之间，即，每个环的一个截段在热的区域中处在12点位置中而相对而置的截段在冷的区域中处在6点位置中。通过紧邻的铈环的相反转动，第一铈环的冷的截段顺时针地朝热的区域的方向上移动而热的截段朝冷的区域的方向上移动，而在第二个逆时针转动的铈环中，冷的截段同样朝热的区域的方向上而热的截段朝冷的区域的方向上移动，其中，两个铈环彼此擦过且由此持续交换热量。相应地以相互的方式，热的截段被冷却而冷的截段被加热，这使得热量的回收成为可能。回收的效率然而受结构限制地较小且大约处在25%。对反向旋转的彼此贴靠的铈环的结构和稳定性的要求(热传递、热辐射和机械成本)较高。
技术实现要素：
因此本发明的目的在于提供一种带有较高效率的简单设计的接收反应器。
该目的通过一种带有权利要求1的特征的方法或通过一种带有权利要求13的特征的接收反应器来实现。
通过使在太阳能接收器中吸收体形成氧化还原反应器且相对该氧化还原反应器在太阳辐射的路径中前置有用于吸收体的黑体辐射的吸收室，系统的热损失在无另外的结构成本的情形中大大降低。如果另外作为氧化性气体使用对吸收体的黑体辐射进行吸收的气体，该结构额外地简化，因为于是吸收室同时可被用作简单构造的反应器室并且充当屏蔽反向辐射的区域。
除了所提出的目的之外，反向辐射的热量可被设置用于将吸收体周期性地加热到还原温度上且/或对于接收反应器而言设置有在外部的利用，这如在常规接收器的情形中的情况那样。
原则上是这样的，即，根据本发明的概念、也就是说接收反应器通过起吸收作用的气体的大体上完全可行且由此几乎完全的屏蔽，其对于氧化还原反应而言所需要的较高的温度借助于接收器的简单的工业适宜的设计才完全成为可能。
另外的优选的实施形式具有从属权利要求的特征。
附图说明
本发明在下面借助附图还将例如更详细地描述。
其中：
图1a示意性地示出了带有根据本发明的接收反应器的一种实施形式的太阳能塔式发电厂，
图1b示意性地示出了带有根据本发明的接收反应器的图1a的另一种实施形式的太阳能塔式发电厂，
图2a示意性地示出了根据本发明的接收反应器的结构，其中，吸收室构造成反应器室，
图2b示出了带有根据图2a的接收反应器的剩余辐射损失的图表，
图3a示出了带有根据图2a的接收反应器的示例的合成气生产的运行温度的图表，
图3b示出了带有根据图2a的接收反应器的吸收体的温度取决于传输热量的流体的流出温度的图表，
图3c示出了带有在根据图3a的接收反应器的运行中的传输热量的流体的温度的图表，
图4a示意性地示出了穿过根据本发明的接收反应器的纵截面，其中，吸收室与反应器室被分离，
图4b示意性地示出了穿过图4a的接收反应器的横截面，其中，吸收室与反应器室被分离，
图5a示意性地示出了一种用于使用经部分加热的传输热量的流体的经修改的接收反应器，
图5b示意性地还示出了带有二次吸收体的根据本发明的接收反应器的另一种实施形式，
图5c示意性地还示出了根据本发明的接收反应器的另一种实施形式，
图5d示意性地还示出了根据本发明的接收反应器的另一种实施形式。
具体实施方式
图1a示意性地示出了一种太阳能塔式发电厂1，带有定日镜2的区域，定日镜以已知的方式将太阳的辐射3集中地偏转到根据本发明的接收反应器4上，该接收反应器在其侧布置在塔5上。在接收反应器4中积聚的然而对于在其中完成的氧化还原反应而言当前不可使用或未被利用的热量根据本发明经由吸收加热的传输热量的带有(较高)温度to的流体经由线路6被引导至负载7(下面被简称为换热器)，在其处流体冷却且然后经由线路8以(较低的)温度tin在循环中又被回引至接收反应器4。
图1a示出了第一种根据本发明的实施形式，在其中可吸收加热的交换热量的流体同时是参与氧化还原反应的气体，其因此在反应器下游可包含合成气组成部分。相应地，在线路6中该合成气组成部分同样作为反应产物被引导到分离站9中，在其处该合成气组成部分与传输热量的用于另外用途的流体被分离。因此得出一种太阳能反应接收器，在其中优选地循环线路组件6,8另外具有分离站9，其构造用于从传输热量的流体中分离合成气且被提供用于从循环中的取出。
图1b示出了第二种根据本发明的实施形式，其中，经吸收加热的交换热量的流体和参与氧化还原反应的气体在经分离的线路组件中被引导：除了通过线路6和8与换热器7形成的用于传输热量的流体的循环之外，另外设置有用于传输参与氧化还原反应的气体的线路10,10'，所述气体在工艺单元11中被运行状态良好地处理，从而使得在工艺单元11中可获得合成气。
对于两种实施形式(图1a或者1b)而言如下是共同的，即，通过在接收反应器中的氧化还原反应将未被消耗的热量吸收地控制住且供应给负载或者换热器7。因此，该热量可以在结构上最简单的方式被获得且可被任意利用。在下面所描述的氧化还原过程的情况中，在其中反应器在下部的氧化温度tox与上部的还原温度tred之间被来回摆动，该热量此外同样可被用于使温度升高到还原温度上。
图2a示意性地示出了根据本发明的构造成空间接收器的接收反应器4的结构。
接收反应器4具有带有光学开口13(例如石英窗)的加热区域12和吸收体14，其中，在石英窗13与吸收体14之间设置有吸收室15，其被由传输热量的介质根据所绘出的箭头从右向左(也就是说对着吸收体4)流经。为此，传输设备16具有围绕石英窗13布置(与线路8相连接，参见图1)的用于传输热量的带有温度tin的介质的入口接管(einlassstutzen)17，其通到吸收室5中，且具有中间的布置在吸收体4之后的用于传输热量的带有温度to的介质的出口接管8(其通入到线路6中，参见图1)。
吸收体14根据本发明构造成反应器元件，通过其将所示出的组件由接收器变成接收反应器，也就是说一种组件，在其中集中的例如来自太阳能塔式发电厂的太阳辐射被使用，以便于在下面所描述的条件的情形下可完成氧化还原反应，此处优选生产合成气。
为此，构造成氧化还原反应器的吸收体4具有可还原且可氧化的用于还原和氧化过程的材料(优选ceo2)，其在提高的温度的情形中可被还原或者在存在氧化性气体的情形中可被氧化。专业人士对于具体情况可确定另外的材料，如此地例如二氧化铈(ceo2)、掺杂的ceo2或钙钛矿。
另外，吸收体14根据本发明构造成黑体辐射组件，也就是说其具有布置在入射的太阳辐射3的路径中的、吸收该辐射的表面14'，该表面构造成使得吸收体14由于入射到其表面14'上的太阳辐射3可工作状态良好地加热且然后经由其表面14'将相应的黑体辐射(基本上红外线辐射)发出到吸收室15中，为此同样参见下面的描述。黑体辐射的概念此处被用于表示基于其温度由吸收体14所发出的自身的辐射，大约相反于由其所反射的太阳光3。吸收体14的温度通过吸收太阳光3被强烈增加且可处在例如1000k至超过2000k的范围中，视在具体的情况中接收反应器4的设计而定，且视所使用的材料而定。原理引起地，然而接收反应器的工作温度范围向上不被限制，而是取决于所期望的温度和可供使用的材料。ceo2提供了如下优点，即，其在被容易还原的状态中已具有较高的吸收率且因此通过太阳能辐射可被良好地加热。
因此，吸收体14将其热功率以黑体辐射(红外线辐射)发出到吸收室15中，只要热功率不是为了在氧化期间合成气的形成和还原的吸热反应而被消耗。相应所需要的能量通过太阳辐射3来供应。
另外，作为传输热量的介质使用吸收红外线辐射的气体或气体混合物，其在其在加热区域12中的停留时间期间对吸收体4的黑体辐射进行吸收且鉴于tout相应地加热。作为起红外线吸收作用的气体使用异极气体、优选气体co2、水蒸气、ch4、nh3、co、so2、so3、hci、no和no2中的其中一种或混合物。
在使用这样的气体的情形中，最终得出通过根据本发明的接收反应器可利用或者被利用的温室效应，因为这些气体对于可见光而言高穿透，这因此基本上达到吸收体，然而对于吸收体的红外线辐射而言较少直至几乎没有穿透，从而使得其于是在吸收体之前吸收地加热到tout上。此处须注意如下，即，真实的气体不是均匀地在所有频率上吸收可见光或红外线辐射或对其而言可穿透，而是尤其地在对于相应的气体而言特定的频率带中不同强度地可穿透。额外地，该吸收随着与辐射源的距离降低。由此，上面鉴于辐射的吸收或者穿透性提及“高穿透”或者“较少直至没有穿透”。
确定的参数因此是传输热量的气体的吸收率α，其通过试验测得、由分子光谱数据库(例如hitemp2010)的光谱曲线值计算出，或同样近似可从发射率图表根据hottel规则来确定。
在该点上须注意如下，即，当然太阳光除了可见光(其不具有红外频率)之外同样具有这样的红外频率。这些红外频率于是根据本发明直接通过传输热量的流体在吸收室中被吸收，其能量于是基本在无损失的情形中被利用，因为反向辐射通过向后流动的流体又被吸收。
最后，除了起红外线吸收作用的气体或气体混合物的使用之外吸收室15如此地构造且传输热量的介质的质量流被如此地确定，使得优选地基本吸收体14的所有黑体辐射被由传输热量的介质吸收，也就是说吸收体14的反向辐射通过开口13基本被气体吸收。
吸收体14的反向辐射是其黑体辐射，其处在伸延穿过开口13的路径上且由此(当不被吸收时)被发射到周围环境中且因此降低了接收反应器的效率。根据本发明，此时与构造成反应器的吸收体组合地提供了一个特殊的区域(吸收室15)，以便于消除在对于接收反应器而言尤其可能的几何形状的情况中的效率损失。伸延穿过开口的路径无须处在直线上，而是同样包括吸收体14的由吸收室的壁所反射的黑体辐射。
吸收体14的根据本发明所吸收的反向辐射以如下为前提条件，即，一方面吸收室15足够长，且另一方面传输热量的流体的质量流足以在吸收室15中如此地维持温度特征曲线(temperaturprofil)，即，在开口的位置处的温度仅不明显地处在tin之上，这例如在传输热量的流体静止的情形中在某一时间间隔之后不再是这样的。
图2b示出了图表16，在其中在水平轴线上示出了传输热量的气体的排出温度tout而在竖直轴线上示出了吸收体14的从开口13中离开的黑体辐射(也就是说非期望的反向辐射)的占比。如果开口13具有例如由石英玻璃构成的窗口，反向辐射通过曲线17来说明，在不带有窗口的情形中通过曲线18来说明。曲线17和18是模拟的结果，为此参见下面相对图3a至3c的描述，也就是说其适用于带有各15.95m的直径和高度的吸收室15，如其对于定日镜区域而言可能合适的那样。
视具体的情况而定，专业人士可确定吸收室的几何形状，从而使得剩余的反向辐射基本不发生(然而这可能导致在其它角度的情形下不利地较长的吸收室)或略微增加，如果期望特别紧凑的实施方案，其中，仍然可吸收吸收体的黑体辐射的80%或更多、或90%或更多。
得出如下，即，优选地传输热量的流体被如此地组成且传输设备以及吸收室构造成使得在反应器的运行中传输热量的流体吸收吸收体的处在穿过用于太阳辐射的开口的路径上的黑体辐射的≥80%、优选≥90%且很优选地≥94%。
从起红外线吸收作用的气体的使用中得出三个优点：
第一，根据本发明由于黑体辐射从光学开口中的反向辐射主要或基本被完全避免。该反向辐射明显降低了常规接收器(且由此接收反应器)的效率。
第二，吸收体的黑体辐射的热量直接在传输热量的流体中变得可利用且提供用于灵活的利用，为此同样参见下面的描述。
第三，为了将传输热量的介质加热到tout上既无须推动结构成本，也无须承受相应的流动损失，如这在常规的主要经由对流工作的接收器的情况那样。在带有复杂结构的空间构造的吸收体的体积接收器的情形中的就此而言的问题(结构成本、流动损失)取消。这尤其鉴于吸收室而言适用，因为对于在吸收室中尽可能密集的黑体辐射而言吸收体以及吸收室的侧壁的较高温度是有利的，从而在该处所有形式的冷却器件取消(尤其冷却通道)，如这在根据现有技术的接收器的情形中所设置的那样，在壁中的冷却通道或还有地在吸收体中的确定最大对流的冷却通道。
优选地，因此吸收室15和/或吸收体14的壁没有在正常运行中被激活的任意类型的冷却器件，尤其不带有冷却通道。当然，然而同样根据本发明在接收反应器的每个位置处同样可设置有对于特殊的运行状态而言的应急冷却器件，以便于保护其免受禁止的运行状态。
虽然如此，即，在光学开口13的区域中存在的传输热量的介质具有温度tin且由此自身的黑体辐射穿过光学开口产生。该反向辐射然而相对吸收体14的反向辐射是次级重要的，因为黑体辐射以温度的4次幂增加，因此穿过光学开口的吸收体14的黑体辐射将产生相对较高的辐射损失，这然而根据本发明不是这种情况。
在图2a中所示出的实施形式的情形中，传输热量的流体流经吸收体14，从而使得其在吸收室15中的吸收加热之后同样略微地对流加热。得出如下，即，优选地吸收体构造用于流经传输热量的流体且经流经的区域的表面于是进一步优选地至少部分由可还原/可氧化的材料构成。因此，在所示出的实施形式的情形中起吸收作用的气体在还原过程期间且在氧化过程期间被优选如此地引导穿过吸收体，即，其在该处同样对流地加热。该组件具有如下优点，即，一方面如所提及的那样吸收体14通过开口13的反向辐射不发生且另一方面吸收体14可被设计用于到传输热量的介质处的对流的热传输，即，其容易地经由传输热量的介质的质量流可由上部的还原温度tred被冷却到下部的氧化温度tox上(为此参见下面的描述)-，其中，然而吸收体14仍然可简单地且以较少的流动损失来构造。在未在附图中示出的实施形式中，专业人士对于具体情况而言同样可设置成，传输热量的流体为了氧化(也就是说在氧化还原循环的在吸收室温度降低期间的阶段中)在对流的情形下通过吸收体来导引且为了还原(也就是说在氧化还原循环的在吸收体温度上升期间的阶段中)在吸收体处导引经过，例如通过根据图4)的出口线路51'''。于是，吸收体为了氧化容易地冷却且相应容易地鉴于还原温度加热。
因此，传输热量的流体在入口接管17处具有温度tin，在吸收室15中的吸收加热之后具有温度tout且在出口接管之后具有略微更高的温度to。
换而言之是如此这般，即，在图2a中所示出的组件的情形中可还原/可氧化的材料布置在面对吸收室的侧面处，从而使得吸收室同时变成反应室，在其中完成氧化还原反应。得出如下，即，作为起红外线吸收作用的气体优选地使用至少氧化性的气体(优选水蒸气或co2)，其穿过吸收室被如此地导引至吸收体，即，其在吸收室中参与氧化还原反应且通过吸收体在氧化阶段中被还原。然后，根据图1a上部的描述，优选至少氧化性的气体向下在吸收体之后被导引到分离站中且在该分离中合成气从其中被分离出，其中，进一步优选地氧化性气体在循环中被回引至吸收室，且在此在该循环中在流动方向上在吸收体之前在换热器中被冷却。
另外，如上面所描述的那样，吸收体的流经开口同样可设有可还原/可氧化的材料(且视具体情况而定，吸收体的背面)，从而使得在吸收体之后直至出口接管的区域变成反应室。
氧化还原反应器的上面所描述的氧化阶段必要时由如下还原阶段出发，该还原阶段在其方面被促进，当起红外线吸收作用的具有较小氧气分压的气体被使用时，因为于是氧化还原反应器的还原在相应的温度的情形中更强地实现，这又提高了该组件的效率。优选的在至少氧化还原反应器的还原阶段期间所使用的起红外线吸收作用的气体是水蒸气和co2，或者其它的气体或气体混合物，其氧气分压等于或小于水蒸气或co2在设置用于还原的温度的情形中的这些氧气分压。其优选地得出如下，即，作为起红外线吸收作用的气体使用带有在氧化还原反应器的还原阶段期间存在的温度的情形中等于或小于水蒸气或co2在该温度的情形中的氧气分压的较高的值氧气分压的气体，且其中，该气体至少在还原阶段(通过循环线路组件)被如此地导引穿过吸收室至吸收体，即，吸收体在还原阶段中在存在该气体的情形中被还原。因此，还原更容易地通过较低的氧气分压实现，也就是说对于确定的还原度而言在相比这在带有较高的氧气分压的气体的情形中更低的温度的情形中将是这种情况。
对于这些实施形式共同的是，传输热量的流体是在吸收体的氧化期间可还原的气体，其中，吸收体的可还原/可氧化的材料如此地布置在该吸收体处，使得其运行状态良好地处在传输热量的流体的流动路径中，从而使得其在氧化还原反应器的氧化阶段中被还原。
借助由申请人的模拟形成的在图3a至3c中的图表，根据本发明的接收反应器的运行以根据图2的实施形式为例作详细说明。
该模拟基于如下数据：
吸收室15的长度和直径各为15.96m。因此存在用于吸收体的黑体辐射的几乎完全吸收的吸收室的足够的长度。吸收体于是例如可构造成简单的板，从而使得接收吸收器可作为结构上低成本方案简单地来制造。于是，优选地吸收体的辐射到吸收室中的表面具有可还原/可氧化的材料。
光学开口13的直径为11.28m，其因此适合用于吸收定日镜2(图1)的区域的辐射，然而带有100m2的面积(仅带有200m2的吸收体14的一半大小)，从而使得带有温度tin的传输热量的流体的反向辐射同样被相应地还原。
吸收体14由ceo2构成，接收反应体的重量是144t。穿过光学开口13的辐射流为1200kw/m2且在吸收表面14'处为600kw/m2(其相对开口13具有双倍面积)。
作为传输热量和红外吸收的流体使用水蒸气，其中，其温度tin为1000k。该温度对于与接收反应器相关联的工业过程而言是示例性的，该工业过程在例如900k的情形中进行，参见图1的负载7。在吸收体处的水蒸气的温度tout鉴于吸收体14的对于氧化还原反应而言所需要的上部的还原温度tred为1800k(为此同样参见对于图3a的下面的描述)。
在反应器处的氧化还原反应基本上如此地进行，使得吸收体14随着上升的温度被增加地还原(也就是说其失去氧)，其中，还原的量取决于吸收体14的温度和在该处存在的氧气分压。对于还原而言适用公式ceo(2-δox)
随着下降的温度，吸收体14被增加地氧化(也就是说其吸收氧)，其中，氧化的量又取决于吸收体14的温度和在该处存在的氧气分压。氧提供者是传输热量的流体，也就是说此处水蒸气(在还原的情形中变得自由的氧被从接收反应器中输出)。对于氧化而言适用公式ceo(2-δred)+(δred-δox)h2o
在此，不化学计量的δ表示相应地由ceo2失去的氧的量，即其相应的“还原状态”或者“氧化状态”，如所提及的那样，取决于氧气分压和温度。在具体的氧化还原过程的方面的情形下，还原状态在较大δ的情形中存在而氧化状态在较小δ的情形中存在。
图3a示出了带有上面所说明的数据的用于接收反应器1的运行的图表20。在垂直轴线上以对数形式描绘了氧气分压，在水平轴线上描绘了具有可还原/可氧化的材料的吸收体14，其此处由ceo2构成。
对于在根据本发明的接收反应器中的氧化还原过程的实施形式而言，二氧化铈(ceo2)的充分还原由δδ=δred-δox=0.06来假定，其中，于是δox=0.04且δred=0.1。曲线21示出了什么时候取决于温度和氧气分压为δred=0.1。曲线22示出了什么时候取决于温度和氧气分压为δox=0.04。曲线23又取决于温度示出了水蒸气的氧气分压。
曲线21(δred=0.1)和23(水蒸气)的交点24确定对于还原而言的上部的吸收温度tred，曲线22(δox=0.04)和23(水蒸气)的交点25确定了对于氧化而言的下部的吸收温度tox。因此，箭头26指示了在吸收体14处待经历的用于期望的氧化还原过程的温度间隔，其此处产生氢气。有利地，该间隔较小(大约200k)，因为利用根据本发明的组件可容易地进到较高的运行温度。此处须注意如下，即，该间隔在更高温度的情形中逐渐变小。由结构决定地，根据本发明的接收反应器原则上合适用于被进到如此高的温度范围中，如由专业人士在具体情况中所选择的材料的耐温性允许的那样。
图3b示出了用于将吸收体14的温度提高到上部的还原温度tred上的图表30。在水平轴线上描绘了传输热量的流体的温度tout，在竖直轴线上描绘了吸收体14的以此可达到的温度。在该点上须注意如下，即，吸收体的可达到的温度仅轻微地取决于传输热量的流体的tout，这允许tout对外部负载的灵活协调(也就是说tout适配于负载的需求)，其中，于是吸收体/反应器的温度仅改变明显小于tout的量。因此即使tout根据需求波动，也可维持期望的反应器活性。
在当前实施例中，水蒸气到反应接收器4中的入口温度tin为1000k，参见上面。出口温度tout可经由传输热量的流体穿过吸收室15的质量流来控制。因此，曲线31经由点31'指出如下，即，用于吸收体14的还原的上部温度tred、此处2058k(参见图表20，图3a)在大约1750k的tout的水蒸气温度的情形中被达到。因为该图表示出了在较长时间之后才达到的平衡状态，所以设置有大约1800k的温度tout，以便于达到可工业利用的循环时间。
如下在该点处须注意，即，质量流的提高足够用于将吸收体温度降低到tox上，接着吸收体的对流冷却被传输热量的流体使用，在此，吸收加热相应地下降，从而经由轻微增大的对流冷却达到下部温度tox，而传输热量的流体无须达到tout=大约1800k的温度。
最后，图3c示出了图表40，在其水平轴线上描绘了接收反应器4的高度(零点处在光学开口13中，最大高度为在吸收体14的情形中的15.95m)。在竖直轴线上描绘了从开口13直至吸收体14地流经吸收室15的传输热量的流体(此处水蒸气)的温度。曲线41此时指出了水蒸气由在吸收体14的位置处的1800k向后(逆着质量流的方向)直至(在其处温度处在1000k，也就是说在tin)的开口13的温度降低。换而言之如此，即，吸收体14的黑体辐射在1800k的水蒸气初始温度的情况中(上部的还原温度tred)被大部分吸收，也就是说相应的热损失被抑制，为此同样参见图2b的图表16。该吸收率当然当在吸收体处的温度为小于1800k时同样适用，这当吸收体温度对着氧化温度被降低时便是这种情况。
换而言之，图3a至3c示出了根据本发明的反应接收器的上面所提及的优点的概念验证。
其概括地得出一种用于借助于太阳辐射制造合成气的方法，在其中接收反应器的反应器经由在其中所设置的用于太阳辐射的开口通过太阳辐射周期性地对于还原过程而言被加热直到还原温度上且其后对于氧化过程而言在存在氧化性气体的情形中被冷却直到下部的氧化温度上，其中，太阳光被引导穿过吸收室到构造成反应器的吸收体上，该吸收体具有可还原/可氧化的材料，且其中，对吸收体的黑体辐射进行吸收的气体被导引穿过吸收室且其构造成使得处在至开口的路径上的黑体辐射(吸收体的反向辐射)的80%或更多被气体吸收。
另外得出一种带有用于太阳辐射的开口、布置在入射光的路径中的吸收体、用于氧化还原反应的反应器和在其中参与氧化还原反应的气体运行状态良好地被引导至反应器且从其被引导离开的传输组件的太阳能接收反应器，其中，吸收体构造成反应器，在用于太阳辐射的开口与在入射光和吸收体的黑体辐射的路径中的吸收体之间布置有吸收室，且传输组件具有循环线路组件，在其中传输热量的流体循环流通，其中，该循环构造成使得传输热量的流体在吸收室中可被加载以热量且在换热器中又可被冷却，其中，传输热量的流体是ir气体，其对吸收体的在穿过开口的路径上传播的黑体辐射进行吸收。
此外得出如下，即，带有用于太阳辐射的开口、布置在入射光的路径中的吸收体和用于传输热量的冷却吸收体的流体的传输组件的太阳能接收反应器在此构造成使得在光的路径中在吸收体之前设置有吸收室且传输组件另外构造用于将传输热量的流体如此地引导穿过吸收室，使得其被吸收体的黑体辐射加热，其中，吸收体具有用于还原过程和氧化过程的可还原/可氧化的材料且传输热量的流体具有在红外线范围的频率带中吸收的气体，其如此地组成且传输设备以及吸收室如此地构造，使得在反应器的运行中传输热量的流体通过开口基本上对吸收体的反向辐射进行吸收，且其中，接收反应器构造成使得吸收体的可还原/可氧化的材料的温度可交替地在上部的温度tred与下部的温度tox之间来回。
图4a在穿过吸收室101的直径的纵截面中示意性地示出了根据本发明的接收反应器100的另一种实施形式，其具有在太阳光的方向上靠前的柱形的截段102和靠后的锥形的截段103。吸收体10包括至少一个、优选一束线路105，在其内壁处布置有可还原/可氧化的材料。这些线路105引导参与化学反应、此处氧化还原反应的气体(即至少氧化性的气体)，其在吸收体(或者其内部的涂层)的氧化的情形中失去o原子且因此(部分)被还原成合成气。太阳辐射加热吸收体101，其又将其黑体辐射发出到吸收室101中，其中，流动穿过该吸收室的起红外线吸收作用的气体(箭头106)如上面所描述的那样吸收所述辐射且在此加热。
在该点上须注意如下，即，至少氧化性的气体在还原阶段期间同样可被使用、然后吸收o原子且运离，因此须设置有相应的分离站，以便于将o原子在吸收体的氧化之前从该吸收体中移除，因为否则在之后的氧化阶段中将不形成合成气。备选地，原则上也可行的是，对于氧化且对于还原而言使用不同的气体，这在具体情况中可能是有利的。此外可行的是，在真空的情形下执行还原，从而在还原的情形中所释放的氧气以纯的形式存在且因此气流的分离是不必要的。此外，通过降低氧气分压在还原阶段期间在现存的还原温度tred的情形中还提高了原率δred，因此在紧接着的氧化阶段中产生更多合成气且因此可提高氧化还原过程的效率。
得出如下，即，优选地吸收体构造成另外的线路组件的截段且具有至少一个用于至少氧化性的气体的线路，在其内壁处布置有可还原/可氧化的材料。进一步优选地，吸收体构造成用于至少氧化性的气体的线路束(leitungsbuendel)。
接收反应器100的在其中起红外线吸收作用的气体流入的端部可与接收反应器4的这些相同地构造(图2)。与之相反，接收反应器100的具有吸收体104的端部如上面所描述的那样被修改，其中，吸收体104构造成线路105的束。这允许，将参与氧化还原反应的气体与传输热量的流体分离，其中，于是吸收室15(图2)不再是用于氧化还原反应的反应室，而是线路105的内部。
传输热量的流体在侧面经由开口108离开(箭头110)、到达到收集器109中且最终在线路8中被引导至换热器7(图1b)，然后由该换热器在循环中返回至反应接收器100。备选地，传输热量的流体例如在氧化期间同样可在吸收体104的线路105之间被导引穿过，以便于将吸收体额外地对流地冷却到下部的氧化温度tox上，且然后经由此处未示出的收集器被引入到线路8中。
参与氧化还原反应的气体根据图1b经由在该处所示出的线路10,10'在吸收体100与工艺站11)之间被来回传输。
图4b示意性地在从上部的视图中根据图4a的观察方向a-a示出了图4a的根据本发明的接收反应器100的实施形式。布置在吸收体104(包括线路105的束)的两侧的一排用于传输热量的流体的开口108是显而易见的，其经由仅部分可见的(因为被截段103覆盖)收集器109到达到线路8中(图1b)。通过吸收室101的下部截段103的倾斜构造，管105在其中大约一样长，从而使得在其中流动的参与氧化还原反应的气体大约相同地加热。其流动方向通过箭头111来示出。
得出如下，即，优选地起吸收作用的气体在吸收作为传输热量的流体的吸收体的黑体辐射之后被从接收反应器中排出，而其不参与氧化还原反应，且与起吸收作用的气体分离地将至少氧化性的气体供应给吸收体用于氧化还原反应。另外，至少氧化性的气体被导引穿过吸收体，其优选通过用于氧化性气体的线路束来构造。接收反应器于是另外具有用于至少氧化性的气体的线路组件，其引导该与起吸收作用的气体分离的且交换热量的气体。
在附图中未示出的实施形式中，至少氧化性的气体被供应给吸收体的与吸收室背对的侧面，其中，吸收体自身又可构造成板，然后在其面对吸收室的侧面上被加热、辐射到吸收室中且在另一侧上具有可还原/可氧化的材料，其与参与反应的气体起反应。优选地，于是吸收体与循环线路组件且与用于氧化性气体的另外的线路组件相关联，且形成在传输热量的流体的流动路径与氧化性气体的流动路径之间的分隔壁。
图5a示意性地示出了一种用于使用经部分加热的传输热量的流体的经修改的接收反应器50。示意性地示出了穿过图2或图5a和5b中任意类型的接收反应器50的另一种实施形式的横截面。太阳辐射3穿过由例如石英玻璃13构成的窗口落到吸收体14上，其辐射表面14'加热在吸收室15中流经的气体，其中，其温度从窗口13朝向吸收体14逐渐增加。相应地，该气体经由开口51至51'''在接收器50的柱形壁中在大于tin的不同温度的情形中作为经部分加热的传输热量的介质被取出。箭头指示了传输热量的气体的流动方向，其中，箭头在开口51至51'''处相应更长地绘出了上升的温度。
备选地或与开口51至51'''一起可设置有伸入到吸收室15中的用于气体的线路53，其然后经由开口52至52'''在开口52至52'''的位置处存在的温度的情形中输入气体，其同样被部分加热且具有在吸收室15的内部中在开口的位置处存在的温度。这尤其当通过接收反应器50给在下游的在不同的温度阶梯上完成的过程供以热量时是有利的。由该过程，然后传输热量的气体可在同样不同的温度上被回引至接收器，从而进一步优选地在开口51至51'''和52至52'''的区域中设置有另外的用于传输热量的气体到接收器50的吸收室15中的输入管(其此处为了使图片减负被省去)。
得出一种接收器，在其中传输组件具有一个或多个与吸收室26相连接的用于传输热量的气体的线路51至51'''和52至52'''，这些线路布置成使得从吸收室15取出经部分加热的气体且/或经部分加热的气体可在大致上在吸收室15中的气体的温度相应于经部分加热的所供应的气体的温度的地点处被供应。
这样的用于经部分加热的气体的输入管和排出管可设置在根据本发明的吸收性的接收反应器处，而其布局、尤其吸收体14无须被修改，同样地这些线路可被利用或被关停，而基于不同的热传递无需结构上的修改。
图5b示意性地示出了根据本发明的接收反应器60的另一种实施形式。其示出了穿过接收反应器60的截面，该接收反应器相应于图2的接收反应器4，其中，然而吸收体61以其转向光学开口13的吸收的表面61'具有伸入到吸收室67中的优选呈板状的截段64，其在吸收室67的中间对着开口13延伸且其基本平行于起红外线吸收作用的交换热量的气体的通过所绘出的箭头来说明的流动方向定向。截段64基本吸收由吸收的表面61'所发出的黑体(红外线)辐射，只要其尚未被在其处顺着流动的气体吸收，即尤其地在对其而言气体较少被吸收的这些频率带中的辐射(参见上面相对在真实气体中有效的频率带的说明)。由此其加热且又是一种黑体辐射组件，其辐射完全相应于截段64的温度的黑体频谱且流经的传输热量的气体在其侧吸收加热。得出辐射55的由气体仅被较少吸收的这些频率的经改善的利用，因为这些频率将热量带入到截段64中，该截段于是在其侧又在所有(红外线)频率中辐射。截段64是二次吸收体。
这样一种组件可以更大的尺寸、例如以15.96m的吸收体表面61'的直径和15.96m的吸收室67的长度(吸收体表面61'直至光学开口13)来实施。于是，接收器60适合用于接收用于塔式发电厂的大量(或所有)定日镜的流。得出如下，即，接收器60具有吸收室67且吸收体61以某一截段或者二次吸收体64伸入到该优选呈板状构造的空间中。优选地，然后二次吸收体64可至少部分同样设有可还原/可氧化的材料，其然而与吸收体61的这些至少部分区别，视在二次吸收体上的位置而定，在该位置处原理引起地不存在与在吸收体61处相同的温度情况。
在另一在附图中未示出的实施形式中，例如对于太阳光的可见光谱而言透明的玻璃壁(石英玻璃)可设置成二次吸收体，其大约在吸收体表面61'与光学开口13之间的中间平行于吸收体表面61'布置且具有用于传输热量的气体的例如孔板形式的通道。玻璃壁又通过吸收体表面61'的红外线辐射或者通过其尚未被气体吸收的频率部分加热且自身以黑体形式在两个方向上、即不仅对着光学开口而且对着吸收体辐射。根据本发明得出一种接收器，其具有另一构造成带有减少的对流的黑体辐射组件的在处在吸收体之前的吸收室中的二次吸收体，其如此地布置和构造，即，其可通过吸收体的红外线辐射被加热且在运行中经由其自己的辐射在其侧作用到吸收室中，其中，其优选呈板状地构造且特别优选地基本不遮蔽吸收体。
图5c示出了另一根据本发明的反应接收器70，带有光学开口13和吸收体14，其中，吸收室71在纵截面上锥形地逐渐变细且设置有用于传输热量的流体的侧面通入的输入管72。同样地存在用于经吸收加热的传输热量的流体的侧面引开的排出管73。另外设置有滑动件75，其在其在附图中所示出的敞开位置中被从吸收室71中抽出且不影响太阳辐射到吸收体14上的流体以及其到吸收室71中的黑体辐射。该设计特别良好地适合用于吸收体14的还原，也就是说在其由tox直至tred的加热的阶段中。
如果滑动件75被带到闭合位置中，其通过虚线77来示出，吸收体14被太阳辐射遮盖，这引起吸收体14在氧化阶段中的快速冷却、也就是说由tred到tox上。然后，氧化性气体(例如co2)可通过输入管76被引导至吸收体14、氧化该吸收体且经由出口接管8被引导至分离站9(图1)。这具有如下优点，即，对于氧化运行而言气体的较大部分可被引导通过吸收体，该吸收体因此更快速地冷却。另外如下是有利的，即，合成气(此处co)的浓度在被引导至分离站的气体中较高，从而使得该分离可高效地进行。额外地，氧化性气体可由对于外部负载7(图1)确定的、传输热量的流体通过根据本发明的接收反应器的传输组件被分离引导。
在完成氧化之后，滑动件(其此处是辐射屏障)被再次带到敞开位置中。得出如下，即，在另一实施形式中设置有辐射屏障，其交替地在太阳辐射的路径中被带到吸收体之前和由该吸收体可被再次移除。
在一种未在附图中所示出的实施形式中，太阳能塔式发电厂具有至少两个根据本发明的反应器，其在还原和氧化的循环中彼此偏移地被移动且太阳能反射器(优选定日镜)相应地朝向处在还原阶段中的反应器，而另一反应器不被太阳能反射器照亮。由此独立于在接收反应器中的相应的氧化还原过程产生由经加热的传输热量的流体和合成气构成的持续流，即使当对于还原和氧化而言使用不同的气体(例如对于还原而言水蒸气而对于氧化而言co2)时。
当然对于还原而言可使用水蒸气，其相对co2在存在较高温度的情形中具有更小的氧气分压且因此对于还原而言相比co2更有利，而对于氧化而言可设置有co2，当合成气成分co应被制造时。相应地，根据本发明的接收反应器可以不同的传输热量的流体来运行，视其如何在具体情况中对于还原或氧化过程而言是有利的而定。得出如下，即，作为起红外线吸收作用的气体同样可使用氧化性气体、优选水蒸气或co2，或者传输组件具有用于将不同气体优选如此地供应到吸收室中的线路，即，对于还原过程而言一种气体而对于氧化过程而言另一种气体被供应给吸收室(或同样在吸收体之后的空间)。
图5d示出了另一根据本发明的反应接收器80，带有光学开口13和带有呈环形的由部段构成的结构的吸收体81，其布置在用于逐步转动的空间82中且将其与吸收室83隔开。在吸收室83中通入有用于传输热量的带有温度tin的气体的输入管，其在吸收带有温度tout的吸收体部段84的黑体辐射之后流动至该吸收体部段且然后流动穿过该部段84且经由垂直于图纸平面布置的排出管85离开接收反应器80且然后经由线路6被引导至负载7(参见图1a)。部段84相应地加热，吸收体81保持在该位置中，直至部段84达到还原温度tred。
同时，部段86处在空间82的由太阳辐射被屏蔽的区域87中，其中，通过输入管88供应氧化性气体，其流动通过被冷却到氧化温度tox上的部段86且以合成气加载地经由出口线路89被带至分离站9(图1)。还原和氧化因此同时进行，其中，视接收反应器80的设计方案而定可使用相同的气体或不同的气体，在此然而当然在吸收室83中设置有起红外线吸收作用的气体(例如水蒸气)，而在空间截段87中红外线吸收不是强制的。
同时在空间截段90中仍然经由线路91供应传输热量的流体，其向外流动穿过吸收体81的部段92、在此其冷却、在此加热且经由符号地作为箭头示出的溢流通道93到达到部段94的外侧上，由外部向内流经该部段，在此加热该部段且自身被冷却且最终经由线路95离开空间90。线路91和93在空间82之后被联接在一起，从而得出传输热量的流体穿过部段92和94的循环。该循环用于热量由相应的吸收体部段84,86,92,94从还原温度tred到氧化温度tox上的回收。如果吸收体81顺时针(参见箭头96)以90度一步被转动，带有还原温度的部段和带有氧化温度的部段处在空间90中，其中，通过该循环经由线路91,95和溢流通道93将热量由带有还原温度的部段传递到带有氧化温度的部段上，因此可被回收：为了用于其中一个部段的氧化的冷却被引开的热量被传递到另一为了还原待加热的部段上。
即使在该循环的情形中，来自黑体辐射的热量持续地经由线路85被排出且被使用。
得出一种方法，其中，根据本发明在吸收体处设置有较热的还原区和较冷的氧化区，其周期性地为了加热和冷却被转向吸收室且其后由该吸收室又转离，或者设置根据本发明的接收反应器，在其中优选吸收体被划分成交替地运行状态良好地可与吸收室和与氧化区(空间87)被带到连接中的区域(部段)，其中，优选地中间区域(空间90)设置用于热量的回收。另外得出根据本发明的接收反应器的一种实施形式，在其中优选地传输组件构造用于在背对吸收室的侧面上将氧化性气体供应给吸收体。
如下在该点须注意，即，例如在根据图2或4的接收反应器的实施形式中冷却可以如下地被加速，其方式i为，接收反应器的定日镜被摆开。优选地于是设置有至少两个接收反应器且其运行如此地被控制，即，定日镜循环地由一个朝向另一个接收反应器被往复摆动，在此，其中一个相应地为了还原被加热且另一个为了氧化被冷却。
在未在附图中所示出的实施形式的情形中，传输热量的介质在吸收室中处在超压下，带有如下后果，即，吸收室缩短，这又允许实现超过95%的吸收率。于是，传输组件和吸收室构造用于传输热量的流体的超压。
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