[发明专利]一种相变储热型太阳能热化学反应装置

说明书

一种相变储热型太阳能热化学反应装置，包括物料储罐、混合器、物料泵、相变储热型化学反应器、槽式反射镜、单轴跟踪系统、分离器、控制系统。可以有效地缓解太阳辐射波动性对热化学反应造成的不利影响，提高了热化学反应的反应速率和转化效率，减缓了热冲击现象，极大提升了热化学反应器在不同太阳能辐射特性下的适应能力。本发明结构简单、容易加工，可实现大规模应用，同时利用太阳能为来源，对环境无污染。储能材料多种多样，可以为甲醇、天然气等化石燃料，所生产的反应产物可以作为化工原料以及高能量密度燃料，在多个工业领域进行推广应用。

技术领域

本发明属于太阳能热能存储以及利用领域，具体涉及一种相变储热型太阳能热化学反应装置。

背景技术

太阳能具有清洁无污染、资源丰富等优点，对于解决当前社会面临的环境问题和能源危机具有重大意义。但是太阳能具有间断性和不稳定的特点，需要采用有效的储能方式，才能解决能源利用中存在的时间和空间不匹配的问题，有效提高能源利用效率。而热化学反应储能具有储能密度大、存储时间长等优点，极具发展潜力。

然而热化学反应对于温度的要求较为严格，需要在某一较窄反应温度与反应物流量下进行，催化剂才能具有最高的反应活性。然而，太阳能波动等瞬态特性会对吸热器的温度稳定性造成影响，使催化剂经常性处于“着火”与“熄火”变化，导致后续反应效率较低，甚至会对反应器的材料造成热冲击，增加关停的风险，对于反应器的长期安全稳定运行即极为不利，因此传统的工业热化学反应器并不适合于太阳能热化学反应过程，需要针对太阳能的特点对热化学反应器进行一些修改，以实现高效的太阳能热化学反应过程。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种能够克服现有工业热化学反应器的缺点，针对性地缓解太阳辐射波动对太阳能热化学反应造成的不利影响，提高太阳能热化学反应的反应速率和转化率、减小热冲击，实现高效的太阳能热化学反应过程的相变储热型太阳能热化学反应装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括与控制系统9相连的单轴跟踪系统以及安装在单轴跟踪系统上的槽式反射镜，在槽式反射镜的焦点处安装有相变储热型化学反应器，相变储热型化学反应器的入口经混合器与反应物储罐相连通，相变储热型化学反应器的出口与分离器相连通，分离器分离出的未反应的反应物与混合器的入口相连，且相变储热型化学反应器的入口与出口分别安装有与控制系统相连的温度传感器。

所述的相变储热型化学反应器包括壳体以及套装在壳体内的相变储热器，在壳体与相变储热器之间设置有催化剂层，所述催化剂层内还安装有与控制系统相连的温度传感器，在催化剂层的两侧位于壳体与相变储热器之间安装有过滤网。

所述相变储热型化学反应器即壳体的外侧还套装有与壳体之间抽真空的玻璃管。

所述的壳体为圆柱型，采用316L或310S不锈钢制成。

所述的催化剂采用多孔结构的Ni、Fe、Co、Cu、Rh、Ru、Ir、Pt或Pd。

所述的相变储热器由外壳和内部的相变储热材料组成，外壳形状为圆柱状、三角形或方形结构；

所述的相变储热材料为硝酸盐、氯化盐、碳酸盐、硫酸盐、氟化盐或以上几种盐以任意组分组成的共晶盐。

所述的相变储热器前后两段为圆锥形。

所述的槽式反射镜形状为抛物面状，其轴向长度与相变储热型化学反应器长度相等。

所述的相变储热型化学反应器的入口与混合器之间还安装有物料泵和加热器，其中物料泵还与控制系统相连。

本发明利用相变材料具有储热密度大、储放热过程温度波动小的优点，针对性地缓解太阳辐射波动对太阳能热化学反应造成的不利影响，提高太阳能热化学反应的反应速率和转化率、减小热冲击，实现高效的太阳能热化学反应过程。