[發明專利]一種旋轉導流結構太陽能熱化學反應裝置

有效

• 申請號: 201911273100.0
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN110975783B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 靳亞斌;周三平
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;B01J8/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 楊曄

一種旋轉導流結構太陽能熱化學反應裝置，包括圓柱反應器，其頂部設置有出氣口，圓柱反應器側壁設有光學窗口，光學窗口與二次反射鏡相連；旋轉軸從圓柱反應器中心貫穿，圓柱反應器內設有旋轉催化反應裝置，旋轉催化反應裝置下方設有氣流導板，氣流導板下方設有錐形圓臺多空介質，錐形圓臺多空介質下方且圓柱反應器底部設有進氣口；太陽能資源充足時，由進氣口通入水蒸氣和甲烷氣體，反應氣體流經錐形圓臺多空介質充分混合，混合氣體在旋轉催化反應裝置的反應翅片和右旋螺旋面表面與催化劑進行反應，同時旋轉軸帶動反應翅片和右旋螺旋面表面逆時針轉動，反應產物由出氣管排出；本發明具有結構合理、高效節能及實用性強的優點，有很高的可推廣性。

技術領域

本發明涉及一種太陽能熱化學反應器，尤其涉及一種旋轉導流結構太陽能熱化學反應裝置。

背景技術

太陽能是清潔能源和可再生能源，大規模開發利用太陽能可以降低化石燃料消耗、降低溫室氣體和燃燒污染物排放。目前太陽能發電的形式可以分為太陽能熱發電和太陽能光伏發電，太陽能利用過程中容易受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的，這給太陽能的大規模應用增加了難度。太陽能熱化學儲能技術為太陽能的存儲提供了有效途徑，將聚焦的太陽能通過化學反應的方式儲存在反應產物的化學鍵中去，有利于解決太陽能在時間和空間的不連續性問題。

反應器是太陽能熱化學儲能技術的核心裝置，目前反應器可以分為直接輻射型和非直接輻射型兩種。非直接輻射型將聚焦的太陽能被管道壁面吸收，然后將熱量傳遞給管內反應物，或者利用多孔介質材料吸收太陽能，然后反應混合氣體流經多孔介質材料內部，實現太陽能的儲能。非直接輻射通過需要管道或多空介質材料吸收大量的太陽能，然后通入反應器氣體實現化學反應過程，中間的傳熱環節降低了反應的溫度和效率。直接式輻射型通過直接吸收太陽能來實現化學反應，催化劑和反應氣體一起運動，吸熱能力偏低、反應器性能偏低。無論是直接輻射型還是非直接輻射型太陽能熱化學反應器陽光熱流密度在反應器內部呈現高度的非均勻分布，嚴重影響化學反應效率以及儲能效率。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種旋轉導流結構太陽能熱化學反應裝置，能夠提高反應器內陽光熱流密度均勻性和反應的熱效率和可靠性，同時保障反應器內連續、穩定儲存太陽能，催化反應效率及熱轉換效率顯著提高，具有結構合理、高效節能及實用性強的優點，有很高的可推廣性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種旋轉導流結構太陽能熱化學反應裝置，包括圓柱反應器9，所述圓柱反應器9頂部設置有出氣口8，圓柱反應器9側壁設置有光學窗口4，光學窗口4與二次反射鏡5相連接；旋轉軸3從所述圓柱反應器9中心貫穿，圓柱反應器9內，旋轉軸3外周中段設置有旋轉催化反應裝置2；旋轉催化反應裝置2下方，圓柱反應器9內側壁設置有圓環狀的氣流導板7，氣流導板7下方設置有錐形圓臺多空介質6，錐形圓臺多空介質6下方，圓柱反應器9底部設置有進氣口1。

所述旋轉催化反應裝置2表面設置有溫度傳感器及右旋螺旋面2-1，反應翅片2-2均勻分布在右旋螺旋面2-1上。

所述反應翅片2-2以螺旋角度30°-45°，螺距8cm-15cm，反應翅片間隔4cm-8cm均勻分布在右旋螺旋面2-1上。

所述右旋螺旋面2-1和反應翅片2-2表面附著催化劑。

所述催化劑包括但不限于氧化錳和鎳金屬。

所述旋轉催化反應裝置2在預設程序的外部控制系統控制下，由外部減速電機帶動旋轉軸3旋轉，進而帶動旋轉催化反應裝置2在圓柱反應器9內緩慢旋轉。

所述旋轉催化反應裝置2的旋轉速度根據溫度傳感器檢測溫度傳至外部控制系統數據轉換后，控制旋轉催化反應裝置2在轉速10r/min-30r/min的范圍內進行調節，當溫度高于900℃時加速轉動，當溫度低于800℃時降低轉速。