CN102744027A - 太阳能高温热化学耦合相变反应器 - Google Patents
太阳能高温热化学耦合相变反应器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102744027A CN102744027A CN2012102569681A CN201210256968A CN102744027A CN 102744027 A CN102744027 A CN 102744027A CN 2012102569681 A CN2012102569681 A CN 2012102569681A CN 201210256968 A CN201210256968 A CN 201210256968A CN 102744027 A CN102744027 A CN 102744027A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- hot plate
- reaction
- heat pipe
- reactor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 77
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 21
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 17
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000012412 chemical coupling Methods 0.000 claims description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 4
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 4
- MHCVCKDNQYMGEX-UHFFFAOYSA-N 1,1'-biphenyl;phenoxybenzene Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1.C=1C=CC=CC=1OC1=CC=CC=C1 MHCVCKDNQYMGEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 239000000376 reactant Substances 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 abstract description 2
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 abstract 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 11
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N diphenyl ether Chemical compound C=1C=CC=CC=1OC1=CC=CC=C1 USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000010290 biphenyl Nutrition 0.000 description 2
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 description 2
- ZCILODAAHLISPY-UHFFFAOYSA-N biphenyl ether Natural products C1=C(CC=C)C(O)=CC(OC=2C(=CC(CC=C)=CC=2)O)=C1 ZCILODAAHLISPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N diphenyl Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 description 1
- 229910003251 Na K Inorganic materials 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000005316 response function Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
- F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明为一种太阳能高温热化学耦合相变反应器；由CPC二次聚光器、石英玻璃窗、热板、热管和筒体组成；主体由热板和热管耦合而成，热板在光热转换侧，反应侧为热板延伸的热管，热板与热管相联通为一个整体；石英玻璃窗、吸热侧的热板和筒体内壁构成吸热腔；反应侧的热板、热管和筒体构成反应腔。太阳光经汇聚后照在热板吸热侧，光能转换成热能；热能通过热板吸热侧传递给内部的工质，工质通过相变传热将热量传递至反应侧热板和热管的壁面；反应物吸收壁面放出的热量发生化学反应。本发明的反应器可用于金属氧化物的热解或还原等中-高温热化学反应。本发明的耦合相变反应器，避免了因吸热侧表面局部过热导致的烧结或损坏，降低了反应腔的温度梯度，提高了反应器的效率和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能热化学耦合相变反应器，属于太阳能中、高温热利用、化工过程机械、工程热物理和化学工程等交叉学科领域。
背景技术
太阳能取之不尽、用之不竭，其高效开发利用是实现绿色可持续发展的主要途径之一。太阳能的利用方式主要包括光伏发电、光催化、中低温热利用以及中高温热利用。太阳能高温热化学过程是利用太阳能聚光产生的高温驱动热化学反应循环，将太阳能和含能资源（煤、石油等化石能源，生物质和水等清洁、可再生资源）的化学能进行改性和提质，转化为可大规模储运的清洁化学能，以及一氧化碳和氢等基础化工原料，同时实现太阳能的存储和含能资源的清洁利用。
腔式反应器（也称为吸热器或集热器）是太阳能高温热化学转化过程的核心部件，直接决定着整个系统的效率和可靠性。根据聚光后的太阳光束是否直接照射在反应物上并被其吸收，可将反应器分为“直接辐射式”反应器和“间接辐射式”反应器。“直接辐射式”反应器（在塔式或碟式太阳能吸热器中应用较为普遍）吸热部分为多孔陶瓷或直接是反应物，具有结构简单、易于实现等优点，但是当太阳能聚光系统出现偏差，光线在反应器的某些部分过度集中时，会产生“热点”和局部高温，导致反应物烧结，或破坏多孔陶瓷，影响反应进程及反应器寿命。“间接辐射式”反应器的集热器和反应器两者之间是分离的，通过辐射和气体的传导作用进行热量传递，其两次换热降低了热化学转化过程的效率；同时，反应器内气体的导热性能不强，内部较大的温度梯度降低了反应效率。
热管是一种高效传热元件，它通过在全封闭真空管内液体的蒸发与凝结的相变过程来传递热量，具有极高导热性能和优良的等温性。有报导将热管概念用于太阳能中高温集热发电过程（塔式或碟式热发电），有利于缩小集热器表面的温度梯度，降低对太阳能聚光器的精度要求。另一方面，提出了结合热管原理和板式换热器优点的所谓“热板”（也称为平板热管），热板内部传热原理和热管类似，优点是将换热区域由“点”拓展至“面”，将有利于缩小换热区域的温度梯度，降低热阻，大大提高传热效率。热板在高能量密度的电子元件相关领域率先得到了应用，但是在太阳能中高温吸热或反应领域尚未见报导。
发明内容
本发明的目的在于克服上述太阳能热化学反应器的缺陷，将热板和热管相变传热以及均温性的特性集成到太阳能热化学反应器中，开发一种吸热侧是高温热板吸热器、反应侧是异型热管式反应器，集吸热、传热和反应功能于一体的太阳能高温热化学耦合相变反应器。
本发明的技术方案是：一种太阳能高温热化学耦合相变反应器，由CPC二次聚光器1、石英玻璃窗2、热板6、热管7和筒体9组成；反应器筒体9由内而外有内壁12、保温层13、外壁14三层；石英玻璃窗2太阳辐照侧前置CPC聚光器1，另一侧与热板6的一侧、筒体9的内壁12构成吸热腔3，位于该吸热腔3上的筒体侧面设有成轴对称的冷却介质入口4和冷却介质出口5；热板6的另一侧焊有热管7，且热板6内部的工作腔和热管7内部的工作腔相联通为一个整体，耦合为一个“异型热管”，工作腔内填充有工质和吸液芯；热板6的另一侧、热管7和筒体9内壁12构成反应腔8，反应腔8上的筒体底部设有反应物进口10、筒体侧面设有反应产物出口11。
所述的太阳能高温热化学耦合相变反应器吸热侧是高温热板吸热器——热板6，反应侧是异型热管式反应器，耦合的热板-热管集吸热器与反应器的功能于一体。
优选所述的吸热腔3轴向筒体高度占整个反应器轴向筒体高度的比例为不小于1/30且不大于1/2。
所述的热板6外形为圆柱体、球体、椭球体、长方体或三棱柱。
优选所述的热板6轴向高度占热管7轴向高度的比例为不小于1/25且不大于1。
所述热管7横截面形状为圆形、椭圆形、长方形或三角形，且热管7在热板6反应侧上的排布方式为正多边形或圆形。
优选所述工质为甲苯、水、萘、导热姆（联苯及二苯醚）、汞、锂、钠、钾、铯和银中的至少一种；工作温度范围为250～2300℃。
优选所述热板6和热管7的吸液芯为丝网吸液芯、沟槽吸液芯、金属粉末烧结吸液芯和金属纤维毡吸液芯中的至少一种。
在热板6吸热侧表面可涂敷金属陶瓷选择性吸收涂层、半导体选择性吸收涂层、多层光干涉选择性吸收涂层或多层渐变膜选择性吸收涂层，提高吸热器表面的吸热效率。
在构成反应腔8的所有壁面上可涂敷耐热合金涂层、硅化物涂层、碳／碳复合材料高温抗氧化涂层或金属基陶瓷涂层，抑制高温下的氧化腐蚀和渗碳损伤，延长使用寿命，提高材料的耐腐蚀性能。
所述反应腔8内的化学反应为金属氧化物的热解或还原（碳、煤或生物基还原剂）、甲烷裂解、金属单质的水解反应和甲醇重整制氢等中、高温热化学反应（250～2300℃）。
所述反应器的形式为釜式反应器或者管式反应器。
所述的太阳能高温热化学耦合相变反应器的工作原理为：太阳光束经反应器前置的CPC二次聚光器1汇聚后透过石英玻璃窗2照射在热板6吸热侧，光能转换成热能（其中石英玻璃窗2由通入吸热腔3的冷却介质冷却）。热能通过热板6吸热侧传递给其工作腔内的工质，工质通过相变传热将热量传递至热板6反应侧和热管7的壁面并放热；反应腔8中的反应物吸收壁面放出的热量发生热化学转化反应。
有益效果：
该反应器吸热侧采用热板作为接收器，其高效相变传热过程，降低了集热侧温度梯度，避免了接收器表面局部过热导致的烧结或损坏，保证了反应器的稳定性。
通过相变集热和相变传热进行耦合，缩短了集热和反应之间的热量传递路径，提高了反应器集热效率。
异型热管反应器，提高了反应侧传热性能，降低了反应侧的温度梯度，提高了高温热化学耦合相变反应器反应效率。
采用热板作为接收器，将反应腔与聚光系统分隔，保证了石英窗处于无腐蚀和常压的环境中。
该反应器结构简单，且无传动机构，整个反应器的密封性良好。
凡是利用热板-热管耦合进行吸热、传热和反应的太阳能光热转换过程均落在本发明的保护范围之内。
附图说明
图1—太阳能热化学耦合相变反应器的结构示意图；其中：1—CPC二次聚光器；2—石英玻璃窗；3—吸热腔；4—冷却介质入口；5—冷却介质出口；6—热板；7—热管；8—反应腔；9—筒体；10—反应物进口；11—反应产物出口；12—内壁；13—保温层；14—外壁。
图2—是图1中的Ⅰ的局部放大示意图；其中：2a为图1中Ⅰ的主视图，2b为图2a的A-A向视图。
具体实施方式
实施例1
太阳能高温热化学耦合相变反应器（结构示意图如图1、图2所示），由CPC二次聚光器1、石英玻璃窗2、热板6、热管7和筒体9组成；反应器筒体9由内而外有内壁12、保温层13、外壁14三层；石英玻璃窗2一侧前置一用法兰连接的CPC聚光器1，另一侧与热板6的吸热侧、筒体9的内壁12构成吸热腔3，位于该吸热腔3上的筒体侧面设有成轴对称的冷却介质入口4和冷却介质出口5；热板6反应侧焊有热管7，且热板6内部的工作腔和热管7内部的工作腔相联通为一个整体，耦合为一个“异型热管”，热板和热管的材质为高温耐热不锈钢2520，工作腔内填充有工质钠，吸液芯为丝网沟槽复合吸液芯；热板6的反应侧、热管7和筒体9的内壁12构成反应腔8，反应腔8上的筒体底部设有反应物进口10、筒体侧面设有反应产物出口11。其中，吸热腔3轴向筒体高度占整个反应器轴向筒体高度的比例为1/30；热板6为圆柱体，且其吸热侧表面涂有金属陶瓷太阳光谱选择性吸收涂层；热管7为圆柱体，有7根，其在热板6反应侧上的排布为三角形；热板6轴向高度占热管7轴向高度的比例为1/25；构成反应腔8的所有壁面上均涂有碳／碳复合材料高温抗氧化涂层；反应腔8上的筒体高径比为2∶1，属于釜式反应器。
用于碳热还原氧化锌反应（反应温度为1150℃）的太阳能热化学热板-热管耦合相变反应器在工作时，太阳光束经反应器前置的CPC二次聚光器1汇聚后透过石英玻璃窗2照射在热板6吸热侧，光能转换成热能（其中石英玻璃窗2由通入吸热腔3的冷却介质氮气冷却）。热能通过热板6吸热侧传递给其工作腔里的工质液态金属钠，金属钠通过相变换热将热量传递至热板6反应侧和热管7的壁面并放热；通入反应腔8里的摩尔比为1∶0.9的氧化锌粉和碳粉混合物吸收这些壁面放出的热量发生化学反应。该反应器的热化学转化效率比传统的太阳能热化学反应器高13%。
实施例2
在实施例1的基础上，石英玻璃窗2由通入吸热腔3的冷却介质氩气冷却；吸热腔3轴向筒体高度占整个反应器轴向筒体高度的比例为1/20；热板6和热管7的材质为钨，工作腔里的工质为银，吸液芯为金属粉末烧结吸液芯；热板6的外形为球面；热管7外形为圆柱体，有6根，在热板7反应侧上的排布为圆形分布；热板6轴向高度占热管7轴向高度的比例为1/10；反应器里构成反应腔8的所有壁面上均涂有金属基陶瓷涂层；反应腔8上的筒体部分的高径比为3∶1，化学反应为氧化锌的直接热解（反应温度为2050℃）；该反应器为釜式反应器。该反应器的热化学转化效率比传统的太阳能热化学反应器高21%。
实施例3
在实施例1的基础上，石英玻璃窗2由通入吸热腔3的冷却介质氦气冷却；吸热腔3轴向筒体高度占整个反应器轴向筒体高度的比例为不小于1/10；热板6和热管7的材质为铌，工作腔里的工质为锂，吸液芯为沟槽吸液芯；热板6外形为椭球形；热管7外形为圆柱体，有4根，在热板6反应侧上的排布为正方形；热板6轴向高度占热管7轴向高度的比例为不小于1/3；反应器里构成反应腔8的所有壁面上均涂有硅化物涂层；反应腔8上的圆柱筒体部分的高径比为80∶1，里面参与的化学反应为甲烷的直接裂解（反应温度为1600℃）；该反应器为管式反应器。该反应器的热化学转化效率比传统的太阳能热化学反应器高18%以上。
实施例4
在实施例1的基础上，石英玻璃窗2由通入吸热腔3的冷却介质氮气冷却；吸热腔3轴向筒体高度占整个反应器轴向筒体高度的比例为1/2；热板6和热管7的材质为不锈钢309，工作腔里的工质为钠钾合金，吸液芯为金属丝网吸液芯；热板6的外形为长方形，且其吸热侧表面涂有半导体金属光干涉太阳光谱选择性吸收涂层；热管7外形为三棱柱，有9根，在热板6反应侧上的排布为圆形；热板6轴向高度占热管7轴向高度的比例为1；反应器里的反应腔8上的圆柱筒体部分的高径比为100∶1，里面参与的化学反应为金属单质锌的水解（反应温度为500℃，压力为常压），通入反应腔8里的锌与水摩尔比为0.8∶1；该反应器为管式反应器。该反应器的热化学转化效率比传统的太阳能热化学反应器高13%以上。
实施例5
在实施例1的基础上，石英玻璃窗2由通入吸热腔3的冷却介质氦气冷却；吸热腔3轴向筒体高度占整个反应器轴向筒体高度的比例为1/5；热板6和热管7的材质为不锈钢304，工作腔里的工质为导热姆（联苯及二苯醚的混合物），吸液芯为金属纤维毡；热板6的外形为三棱柱，且其反应侧涂有多层渐变膜；热管7外形为三棱柱，有11根，在热板6反应侧上的排布为圆形；热板6轴向高度占热管7轴向高度的比例为1/2；反应器里构成反应腔8的所有壁面上均涂有耐热合金涂层；反应腔8上的圆柱筒体部分的高径比为150∶1，里面参与的化学反应为甲醇与水的重整制氢（反应温度为300℃），通入反应腔8里的甲醇与水摩尔比为1∶1.75；该反应器为管式反应器。该反应器的热化学转化效率比传统的太阳能热化学反应器高8%以上。
除以上实施例之外，本发明可有多种实施方式，凡在本发明基础上实施的等效替换或类似组合变换均落在本发明要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种太阳能高温热化学耦合相变反应器，其特征在于，由CPC二次聚光器（1）、石英玻璃窗（2）、热板（6）、热管（7）和筒体（9）组成；反应器筒体（9）由内而外为内壁（12）、保温层（13）和外壁（14）三层；石英玻璃窗（2）的太阳辐照侧前置CPC聚光器（1），石英玻璃窗（2）的另一侧与热板（6）的一侧、筒体（9）的内壁（12）构成吸热腔（3），吸热腔（3）上的筒体侧面设有成轴对称的冷却介质入口（4）和冷却介质出口（5）；热板（6）的另一侧焊有热管（7），且热板（6）内部的工作腔和热管（7）内部的工作腔相联通为一个整体，耦合为一个“异型热管”，工作腔内填充有工质和吸液芯；热板（6）的另一侧、热管（7）和筒体（9）内壁（12）构成反应腔（8），反应腔（8）上的筒体底部设有反应物进口（10）、筒体侧面设有反应产物出口（11）。
2.根据权利要求1所述的太阳能热化学耦合相变反应器，其特征在于：热板（6）轴向高度占热管（7）轴向高度的比例为不小于1/25且不大于1。
3.根据权利要求1所述的太阳能热化学耦合相变反应器，其特征在于：所述的工质为甲苯、水、萘、导热姆、汞、锂、钠、钾、铯或银中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的太阳能热化学耦合相变反应器，其特征在于，所述的吸液芯为丝网吸液芯、沟槽吸液芯、金属粉末烧结吸液芯或金属纤维毡吸液芯中的至少一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210256968.1A CN102744027B (zh) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | 太阳能高温热化学耦合相变反应器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210256968.1A CN102744027B (zh) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | 太阳能高温热化学耦合相变反应器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102744027A true CN102744027A (zh) | 2012-10-24 |
| CN102744027B CN102744027B (zh) | 2014-04-09 |
Family
ID=47024725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210256968.1A Active CN102744027B (zh) | 2012-07-24 | 2012-07-24 | 太阳能高温热化学耦合相变反应器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102744027B (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104474993A (zh) * | 2014-11-13 | 2015-04-01 | 哈尔滨工业大学（威海） | 具有防颗粒堵塞及粘着光学窗口功能的悬浮粒子系太阳能热化学反应器 |
| CN107596863A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-01-19 | 大连理工大学 | 一种基于圆筒形高温热管的聚光太阳能分布式热重整制氢系统 |
| CN108854897A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-23 | 西安交通大学 | 一种相变储热型太阳能热化学反应装置 |
| CN109876753A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种集成相变储能与化学储能的太阳能高温反应器 |
| CN110329991A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-10-15 | 中国矿业大学 | 一种聚光吸热器-鼓泡式反应器耦合的甲烷裂解制氢装置及方法 |
| CN112275232A (zh) * | 2020-10-17 | 2021-01-29 | 大连理工大学 | 一种异型高温热管太阳能热化学反应器 |
| CN112934145A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-11 | 南京航空航天大学 | 一种旋流式太阳能粒子反应器 |
| CN114704968A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-07-05 | 华中科技大学 | 一种太阳能热化学反应装置及运行模式 |
| CN115092888A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 西南石油大学 | 一种耦合太阳能聚光催化及储能的连续流转化系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1980000957A1 (en) * | 1978-11-03 | 1980-05-15 | Battelle Memorial Institute | Hydrogen generator using solar energy for dissociation of water |
| US4785633A (en) * | 1988-03-10 | 1988-11-22 | Stirling Thermal Motors, Inc. | Solar evaporator |
| CN2196276Y (zh) * | 1994-07-18 | 1995-05-03 | 侯立军 | 太阳能自动沸水器 |
| JP2003284926A (ja) * | 2002-03-28 | 2003-10-07 | Nippon Shokubai Co Ltd | 光触媒を用いたガス浄化装置 |
| CN201246907Y (zh) * | 2008-04-25 | 2009-05-27 | 罗运山 | 新型太阳能集热器 |
| CN101910749A (zh) * | 2007-12-03 | 2010-12-08 | 加利福尼亚大学董事会 | 太阳热能收集器 |
| CN102062017A (zh) * | 2010-12-06 | 2011-05-18 | 唐大伟 | 用于太阳能碟式热发电系统的微尺度相变集热器 |
| CN202322787U (zh) * | 2011-10-11 | 2012-07-11 | 云南师范大学 | 一种太阳能管道连续式生物柴油制备装置 |
-
2012
- 2012-07-24 CN CN201210256968.1A patent/CN102744027B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1980000957A1 (en) * | 1978-11-03 | 1980-05-15 | Battelle Memorial Institute | Hydrogen generator using solar energy for dissociation of water |
| US4785633A (en) * | 1988-03-10 | 1988-11-22 | Stirling Thermal Motors, Inc. | Solar evaporator |
| CN2196276Y (zh) * | 1994-07-18 | 1995-05-03 | 侯立军 | 太阳能自动沸水器 |
| JP2003284926A (ja) * | 2002-03-28 | 2003-10-07 | Nippon Shokubai Co Ltd | 光触媒を用いたガス浄化装置 |
| CN101910749A (zh) * | 2007-12-03 | 2010-12-08 | 加利福尼亚大学董事会 | 太阳热能收集器 |
| CN201246907Y (zh) * | 2008-04-25 | 2009-05-27 | 罗运山 | 新型太阳能集热器 |
| CN102062017A (zh) * | 2010-12-06 | 2011-05-18 | 唐大伟 | 用于太阳能碟式热发电系统的微尺度相变集热器 |
| CN202322787U (zh) * | 2011-10-11 | 2012-07-11 | 云南师范大学 | 一种太阳能管道连续式生物柴油制备装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张维薇等: "新型CPC热管式集热器的设计与模拟分析", 《热能动力工程》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104474993A (zh) * | 2014-11-13 | 2015-04-01 | 哈尔滨工业大学（威海） | 具有防颗粒堵塞及粘着光学窗口功能的悬浮粒子系太阳能热化学反应器 |
| CN107596863A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-01-19 | 大连理工大学 | 一种基于圆筒形高温热管的聚光太阳能分布式热重整制氢系统 |
| CN108854897A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-23 | 西安交通大学 | 一种相变储热型太阳能热化学反应装置 |
| CN109876753A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种集成相变储能与化学储能的太阳能高温反应器 |
| CN110329991A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-10-15 | 中国矿业大学 | 一种聚光吸热器-鼓泡式反应器耦合的甲烷裂解制氢装置及方法 |
| CN110329991B (zh) * | 2019-05-10 | 2022-09-23 | 中国矿业大学 | 一种聚光吸热器-鼓泡式反应器耦合的甲烷裂解制氢装置及方法 |
| CN112275232A (zh) * | 2020-10-17 | 2021-01-29 | 大连理工大学 | 一种异型高温热管太阳能热化学反应器 |
| CN112934145A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-11 | 南京航空航天大学 | 一种旋流式太阳能粒子反应器 |
| CN114704968A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-07-05 | 华中科技大学 | 一种太阳能热化学反应装置及运行模式 |
| CN115092888A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-23 | 西南石油大学 | 一种耦合太阳能聚光催化及储能的连续流转化系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102744027B (zh) | 2014-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102744027B (zh) | 太阳能高温热化学耦合相变反应器 | |
| CN101042261B (zh) | 将太阳能转换为燃料化学能的方法及装置 | |
| CN101289164B (zh) | 太阳能中低温热驱动的热化学反应制氢系统及方法 | |
| JP6280275B2 (ja) | 特性吸収スペクトルに基づくガス吸熱による太陽熱発電方法及び装置 | |
| CN101597025B (zh) | 太阳能热驱动的生物质超临界水气化制氢吸收反应器 | |
| Aggarwal et al. | A comprehensive review of techniques for increasing the efficiency of evacuated tube solar collectors | |
| CN201040718Y (zh) | 太阳能中低温热驱动的热化学反应制氢系统 | |
| CN103372413B (zh) | 一种金属泡沫载体催化床太阳能吸收反应装置 | |
| CN108554333B (zh) | 太阳能热化学吸收反应装置及系统 | |
| CN102721312B (zh) | 一种太阳能热化学混合储能装置及方法 | |
| CN105227133B (zh) | 一种线性菲涅尔式透光光伏光热复合利用装置 | |
| CN201973915U (zh) | 一种u形通道组合型热管接收器 | |
| CN109135779B (zh) | 一种利用太阳能全天不间断热解生物质的装置 | |
| CN102135331A (zh) | 一种槽式太阳能集热器 | |
| CN110760873B (zh) | 一种耦合太阳能光伏光热的高温固体氧化物电解池装置 | |
| CN101764533B (zh) | 基于碱金属热电转换的发电与制氢联合循环系统 | |
| CN102141301A (zh) | 管腔一体化碟式太阳能热接收器 | |
| CN102102915B (zh) | U型通道组合型热管接收器 | |
| CN116492956A (zh) | 分层式腔体结构的太阳能热化学反应器 | |
| WO2023040110A1 (zh) | 一种光热耦合热化学制氢系统及方法 | |
| CN110762852B (zh) | 一种槽式聚光集热电解制氢的真空直通式集热管 | |
| CN201973900U (zh) | 一种管腔一体化碟式太阳能热接收器 | |
| CN114768717A (zh) | 一种基于分光谱的太阳能光热协同催化制气装置 | |
| CN102872785A (zh) | 一种直通式太阳能集热高温反应器 | |
| CN102115030B (zh) | 多碟太阳能聚热耦合生物质超临界水气化制氢吸热反应器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240806 Address after: 239050 R & D zone of higher education, science and technology innovation city, Chuzhou City, Anhui Province Patentee after: Nanjing University of technology Lianneng Technology (Chuzhou) Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 210009, 5 new model street, Gulou District, Jiangsu, Nanjing Patentee before: Nanjing Tech University Country or region before: China |