[發明專利]一種腔體式太陽能高溫熱化學反應器

無效

• 申請號: 201310022593.7
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103055777A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 帥永;黃興;談和平;杜利梅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;F24J2/08;F24J2/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

技術領域

本發明涉及太陽能高溫反應器，屬于太陽能、工程熱物理、材料學科和化學工程等交叉學科領域。

背景技術

太陽能既是一次能源，又是可再生能源，其資源豐富，免費使用，對環境無任何污染等優點。其利用方式主要包括光催化、光伏發電、中低溫熱利用以及中高溫熱利用。但是受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及天氣等隨機因素的影響，到達地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的。太陽能熱化學過程是利用太陽能聚集產生的高溫驅動熱化學循環反應，該反應將太陽能轉化為品質更高且便于運輸的化學能，同時實現太陽能的存儲和化學能資源的利用。高溫反應腔是太陽能熱化反應過程的核心部分，某些熱化學反應溫度可達1900℃，在此高溫下，反應腔材料容易發生熱變形，影響熱化學反應效率，嚴重時熱化學反應將不能進行，甚至給轉化系統帶來安全問題。因此，化學反應腔性能好壞直接決定熱化學反應過程的效率以及可靠性。

發明內容

本發明是要解決太陽能能量直接利用品質較低且不易運輸以及太陽能反應腔高溫下熱變形等缺陷，提供一種能夠抵御高溫并達到化學反應溫度的腔體式太陽能高溫熱化學反應器，該反應器集吸熱、傳熱和化學反應功能于一體的太陽能高溫熱化學耦合反應器。

一種腔體式太陽能高溫熱化學反應器由集熱器、太陽追蹤器、光學透鏡、二次聚光器、高溫反應腔和冷卻回收系統構成，其中所述太陽追蹤器與集熱器相連以控制其輸出光指向二次聚光器，集熱器與二次聚光器之間設置有光學透鏡，所述高溫反應腔光輸入端固定連接在二次聚光器的光輸出端上，高溫反應腔的產物輸出端固定連接在冷卻回收系統的輸入端上，所述高溫反應腔由不銹鋼外殼、反應腔、反應腔開孔、喂料口、氧化鋯陶瓷層、硅酸鋁纖維層和氧化鋁纖維層構成，所述不銹鋼外殼設置有反應腔開孔作為光輸入端，所述高溫反應腔通過反應腔開孔與二次聚光器相通，所述不銹鋼外殼上方開有喂料口，喂料口穿過氧化鋁纖維層、硅酸鋁纖維層和氧化鋯陶瓷層通入反應腔內。

工作原理：

經過腔體式太陽能高溫熱化學反應器的集熱器聚集后的太陽光，再經過錐型聚光器和CPC二次聚光后，通過反應腔開孔進入反應腔，加熱反應腔以達到熱化學反應所需的溫度，反應腔內壁面涂有耐高溫材料二氧化鉿HfO/HfHfO₂，熔點高，具有較高反射率，以提高腔體內壁面的反射率，降低熱化學反應腔導熱損失，通過喂料口進入反應腔的反應物，經過高溫熱化學反應后，反應產物通過生成產物進口進入冷卻室，然后保護氣體由保護氣體進口進入冷卻室進行保護，再經保護氣體出口流出，同時冷卻氣體經冷卻流體進口和冷卻流體出口進行冷卻，然后進入精細過濾器進行過濾，在精細過濾器收集到的顆粒有未參加反應的反應物以及生成物通過固體顆粒排出口進行回收，反應產生的廢氣經過廢氣出口排出，固體顆粒排出口及廢氣出口采用相關檢測設備可以檢測顆粒成分以及氣體成分，進而可進一步計算出太陽能高溫熱化學反應效率。

發明效果：

本發明為太陽能熱化學反應過程提供了高溫反應裝置，該反應裝置耦合了導熱換熱、對流換熱、輻射換熱以及化學反應動力學，同時根據不同化學過程所需溫度提供不同反應溫度，同時提供了太陽能高溫反應整體配套系統。

附圖說明

圖1是本發明的一種腔體式太陽能高溫熱化學反應器結構示意圖；其中，1為集熱器、2為太陽追蹤器、3為光學透鏡、4為二次聚光器、5為高溫反應腔、6為冷卻回收系統；

圖2為圖1中的高溫反應腔結構示意圖；

圖3為圖1中的二次聚光器結構示意圖；

圖4為圖1中的冷卻回收系統結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的一種腔體式太陽能高溫熱化學反應器由集熱器1、太陽追蹤器2、光學透鏡3、二次聚光器4、高溫反應腔5和冷卻回收系統6構成，其中所述太陽追蹤器2與集熱器1相連以控制其輸出光指向二次聚光器4，集熱器1與二次聚光器4之間設置有光學透鏡3，所述高溫反應腔5光輸入端固定連接在二次聚光器4的光輸出端上，高溫反應腔5的產物輸出端固定連接在冷卻回收系統6的輸入端上，所述高溫反應腔5由不銹鋼外殼5-1、反應腔5-2、反應腔開孔5-3、喂料口5-4、氧化鋯陶瓷層5-5、硅酸鋁纖維層5-6和氧化鋁纖維層5-7構成，所述不銹鋼外殼5-1設置有反應腔開孔5-3作為光輸入端，所述高溫反應腔5通過反應腔開孔5-3與二次聚光器4相通，所述不銹鋼外殼5-1上方開有喂料口5-4，喂料口5-4穿過氧化鋁纖維層5-7、硅酸鋁纖維層5-6和氧化鋯陶瓷5-5層通入反應腔5-2內。