CN114543058A - 一种基于太阳能的高温蒸汽发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，包括石英玻璃(1)、多孔介质材料(2)、保温层材料(3)、喷嘴(4)、外壳(5)。在该高温蒸汽发生器中，聚光太阳能透过发生器中的石英玻璃到达多孔介质材料，将光能转化为热能，升温后的多孔介质材料与喷射出的过冷水液滴发生换热，从而得到所需的高温蒸汽。本发明不仅可以实现制氢的目的，还具有低能耗、环保无污染、制氢效率高的特点。同时，聚光的太阳能透过发生器中的石英玻璃到达多孔介质材料，将光能转化为热能，多孔介质材料与另一侧的过冷水发生换热，从而得到所需的高温蒸汽。该种太阳能蒸汽发生器具有低能耗、环保无污染的特点。

Description

一种基于太阳能的高温蒸汽发生器
技术领域
本发明属于太阳能热利用技术领域，具体涉及一种通过将太阳能转化为热能来使水变为所需的高温蒸汽的基于太阳能的高温蒸汽发生器。
背景技术
相比于常规的低温电解制氢技术，通过固体氧化物电解池进行高温电解的方式可以实现高效制氢的目的。由于固体氧化物电解池工作的温度一般为500-1000℃，电解水制氢在电解过程中，水作为电解池中的电解质，电离程度低，导电能力较差，因此在电解过程中存在较高的能量损耗，能源转化效率不高等问题。
发明内容
为了降低电能消耗，本发明使用太阳能高温蒸汽发生器将太阳能转化为热能，将水变为800℃以上的高温蒸汽，高温蒸汽通入电解系统中直接发生电解反应，生成所需的氢气。该种太阳能制氢技术，不仅可以实现制氢的目的，还具有低能耗、环保无污染、制氢效率高的特点。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其包括玻璃、多孔介质材料喷嘴、外壳、进水口、高温蒸汽排出口以及反馈信号、聚光装置等；所述高温蒸汽发生器的外壳具有内腔，所述内腔形成相互连通的第一腔体和第二腔体，所述多孔介质材料设置在第一腔体中，并且所述多孔介质材料的一侧位于所述第一腔体和第二腔体的连接处；所述第一腔体远离所述多孔介质材料的一侧设置有第一开口，所述第一开口连接进水口，所述进水口内设置有喷嘴；所述第二腔体远离所述多孔介质材料的一侧具有第二开口，所述玻璃覆盖所述第二开口；所述第二开口的面积大于所述第二腔体与所述第一腔体的连接处的面积；所述第二腔体上连接有高温蒸汽排出口。
进一步地，聚光的太阳光线透过所述玻璃到达多孔介质材料，将光能转化为热能。
进一步地，来自所述进水口的过冷水通过所述喷嘴形成一定量的小液滴，所述小液滴与所述多孔介质材料发生换热，从而得到所需的高温蒸汽，并从所述高温蒸汽排出口排出。
进一步地，所述外壳和所述内腔之间包裹有所述保温层材料以减少高温蒸汽发生器向外的热损失以及考虑到设备的安全性能，该保温层材料耐高温，可选用耐1700℃左右的耐火材料。
进一步地，所述多孔介质材料耐高温，用于获取所述高温蒸汽发生器中的水的热能。所述多孔介质材料具有耐高温、导热性能好、强度高的特点，可选用碳化硅等材质。
进一步地，所述多孔介质材料的一端设置有多个所述喷嘴。
进一步地，在所述多孔介质材料的前端或后端设置所述喷嘴。
进一步地，所述多孔介质材料的一端设置由多个喷嘴组成的喷嘴阵列。
进一步地，所述多孔介质材料设置在所述第一腔体的中间，与所述第一腔体之间具有间隙，并通过多个支撑件保持该间隙。
进一步地，所述高温蒸汽发生器中所用的玻璃具有耐高温、穿透率高的特点，可选用石英、氧化铝等材质做成的玻璃，一般穿透率可达90％以上。
进一步地，所述的喷嘴位于光入射处时，采用具有一定穿透率的玻璃喷嘴，避免因太阳光照射造成对喷嘴的损害。
进一步地，所述的高温蒸汽排出口上布置温度测点，通过温度测点的温度显示温度变化，该温度变化反馈到所述喷嘴处，通过所述喷嘴来调控所述进水口处的流量。
进一步地，所述的玻璃上布置温度测点，通过所述温度测点的温度显示温度变化，判断所述多孔介质材料的吸热情况，并将该温度变化反馈到所述聚光装置处，通过所述聚光装置来调控太阳辐射强度。
进一步地，当所述的多孔介质材料吸热工况较差时，在所述多孔介质材料上布置导热性能好的金属材料，以增加所述多孔介质材料的吸热能力。
本发明所带来的有益效果是：
本发明利用太阳能制氢，不仅可以实现制氢的目的，还具有低能耗、环保无污染、制氢效率高的特点。同时，聚光的太阳能透过发生器中的石英玻璃到达多孔介质材料，将光能转化为热能，多孔介质材料与另一侧的过冷水发生换热，从而得到所需的高温蒸汽。本发明通过温度测点对温度进行监控，以控制进水口的流量。本发明的太阳能蒸汽发生器具有低能耗、环保无污染的特点。
附图说明
图1是本发明的基于太阳能的高温蒸汽发生器的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
参见图1，本发明的基于太阳能的高温蒸汽发生器包括玻璃1、多孔介质材料2、保温层材料3、喷嘴4、外壳5、进水口6、高温蒸汽排出口7、反馈信号8和9、聚光装置10。所述高温蒸汽发生器的外壳5具有内腔，所述内腔形成相互连通的第一腔体和第二腔体，所述多孔介质材料2设置在第一腔体中，并且所述多孔介质材料2的一侧位于所述第一腔体和第二腔体的连接处；所述第一腔体远离所述多孔介质材料2的一侧设置有第一开口，所述第一开口连接进水口6，所述进水口6内设置有喷嘴4；所述第二腔体远离所述多孔介质材料的一侧具有第二开口，所述玻璃1覆盖所述第二开口；所述第二开口的面积大于所述第二腔体与所述第一腔体的连接处的面积；所述第二腔体上连接有高温蒸汽排出口7。
聚光的太阳光线透过所述玻璃1到达多孔介质材料，将光能转化为热能。来自所述进水口的过冷水通过所述喷嘴4形成一定量的小液滴，所述小液滴与所述多孔介质材料2发生换热，从而得到所需的高温蒸汽，并从所述高温蒸汽排出口排出。
优选的，所述外壳5与所述内腔之间包裹有所述保温层材料3以减少高温蒸汽发生器向外的热损失以及考虑到设备的安全性能。优选的，该保温层材料3耐高温，可选用耐1700℃左右的耐火材料。
所述多孔介质材料2耐高温，用于获取所述高温蒸汽发生器中的水的热能。优选的，所述多孔介质材料具有导热性能好、强度高的特点，可选用碳化硅等材质。
优选的，所述多孔介质材料2的一端设置有多个所述喷嘴4。
优选的，在所述多孔介质材料2的前端或后端设置所述喷嘴4。
优选的，所述多孔介质材料2的一端设置由多个喷嘴4组成的喷嘴阵列。
优选的，所述多孔介质材料2设置在所述第一腔体的中间，与所述第一腔体之间具有间隙，并通过多个支撑件保持该间隙。
优选的，所述高温蒸汽发生器中所用的玻璃1具有耐高温、穿透率高的特点，可选用石英、氧化铝等材质做成的玻璃，一般穿透率可达90％以上。
优选的，所述的喷嘴4位于光入射处时，采用具有一定穿透率的玻璃喷嘴，避免因太阳光照射造成对喷嘴的损害。
优选的，所述的高温蒸汽排出口7上布置温度测点，通过温度测点的温度显示温度变化，将反映该温度变化的反馈信号8反馈到所述喷嘴4处，通过所述喷嘴4来调控所述进水口6处的流量。
优选的，所述的玻璃1上布置温度测点，通过所述温度测点的温度显示温度变化，判断所述多孔介质材料2的吸热情况，并将反映该温度变化的反馈信号9反馈到所述聚光装置10处，通过所述聚光装置10来调控太阳辐射强度。
优选的，当所述的多孔介质材料2吸热工况较差时，在所述多孔介质材料2上布置导热性能好的金属材料，以增加所述多孔介质材料2的吸热能力。
具体工作方式为：聚光的太阳光线透过高温蒸汽发生器中的玻璃1到达多孔介质材料2，将光能转化为热能。过冷水通过进水口，到达喷嘴4，通过喷嘴4形成小液滴，小液滴与多孔介质材料2进行热交换，产生高温蒸汽，最终从高温蒸汽排出口排出。该过程中为了防止高温蒸汽发生器的热损失，在外壳5与内腔之间包裹保温层材料3。
需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述高温蒸汽发生器包括玻璃(1)、多孔介质材料(2)、喷嘴(4)、外壳(5)、进水口(6)、高温蒸汽排出口(7)、反馈信号(8)和(9)、聚光装置(10)；所述高温蒸汽发生器的外壳(5)具有内腔，所述内腔形成相互连通的第一腔体和第二腔体，所述多孔介质材料(2)设置在第一腔体中，并且所述多孔介质材料(2)的一侧位于所述第一腔体和第二腔体的连接处；所述第一腔体远离所述多孔介质材料(2)的一侧设置有第一开口，所述第一开口连接进水口(6)，所述进水口(6)内设置有喷嘴(4)；所述第二腔体远离所述多孔介质材料(2)的一侧具有第二开口，所述玻璃(1)覆盖所述第二开口；所述第二开口的面积大于所述第二腔体与所述第一腔体的连接处的面积；所述第二腔体上连接有所述高温蒸汽排出口(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：聚光的太阳光线透过所述玻璃(1)到达所述多孔介质材料(2)，将光能转化为热能。
3.根据权利要求2所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：来自所述进水口(6)的过冷水通过所述喷嘴(4)形成一定量的小液滴，所述小液滴与所述多孔介质材料(2)发生换热，从而得到所需的高温蒸汽，并从所述高温蒸汽排出口排出。
4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述外壳(5)和所述内腔之间包裹有所述保温层材料(3)以防止所述高温蒸汽发生器的热损失；所述保温层材料(3)为耐火材料。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述多孔介质材料(2)耐高温，用于获取所述高温蒸汽发生器中的水的热能。
6.根据权利要求5所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述多孔介质材料(2)的一端设置有多个所述喷嘴(4)。
7.根据权利要求5所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：在所述多孔介质材料(2)的前端或后端设置所述喷嘴(4)。
8.根据权利要求5所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述多孔介质材料(2)的一端设置由多个喷嘴(4)组成的喷嘴阵列。
9.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述多孔介质材料(2)设置在所述第一腔体的中间，与所述第一腔体之间具有间隙，并通过多个支撑件保持该间隙。
10.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述玻璃(1)为石英或氧化铝材质，穿透率大于90％。
11.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述多孔介质材料(2)为碳化硅。
12.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述的喷嘴(4)位于光入射处时，采用具有一定穿透率的玻璃喷嘴，避免因太阳光照射造成对喷嘴的损害。
13.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述的高温蒸汽排出口(7)上布置温度测点，通过温度测点的温度显示温度变化，该温度变化反馈到所述喷嘴(4)处，通过所述喷嘴(4)来调控所述进水口(6)处的流量。
14.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：所述的玻璃(1)上布置温度测点，通过所述温度测点的温度显示温度变化，判断所述多孔介质材料(2)的吸热情况，并将该温度变化反馈到聚光装置(10)处，通过所述聚光装置来调控太阳辐射强度。
15.根据权利要求1所述的一种基于太阳能的高温蒸汽发生器，其特征在于：当所述的多孔介质材料(2)吸热工况较差时，在所述多孔介质材料(2)上布置导热性能好的金属材料，以增加所述多孔介质材料(2)的吸热能力。
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