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。
1.一种相变储热型太阳能热化学反应装置，其特征在于：包括与控制系统(9)相连的单轴跟踪系统(4)以及安装在单轴跟踪系统(4)上的槽式反射镜(2)，在槽式反射镜(2)的焦点处安装有相变储热型化学反应器(1)，相变储热型化学反应器(1)的入口经混合器(7)与反应物储罐(8)相连通，相变储热型化学反应器(1)的出口与分离器(10)相连通，分离器(10)分离出的未反应的反应物与混合器(7)的入口相连，且相变储热型化学反应器(1)的入口与出口分别安装有与控制系统(9)相连的温度传感器，其中，所述的相变储热型化学反应器(1)包括壳体(12)以及套装在壳体(12)内的相变储热器(15)，壳体(12)的外侧套装有与壳体(12)之间抽真空的玻璃管(11)，在壳体(12)与相变储热器(15)之间设置有催化剂层(13)，所述催化剂层内还安装有与控制系统(9)相连的温度传感器，在催化剂层(13)的两侧位于壳体(12)与相变储热器(15)之间安装有过滤网(14)。
2.根据权利要求1所述的相变储热型太阳能热化学反应装置，其特征在于：所述的壳体(12)为圆柱型，采用316L或310S不锈钢制成。
3.根据权利要求1所述的相变储热型太阳能热化学反应装置，其特征在于：所述的催化剂采用多孔结构的Ni、Fe、Co、Cu、Rh、Ru、Ir、Pt或Pd。
4.根据权利要求1所述的相变储热型太阳能热化学反应装置，其特征在于：所述的相变储热器(15)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。
5.根据权利要求1所述的相变储热型太阳能热化学反应装置，其特征在于：所述的相变储热器(15)前后两段为圆锥形。
6.根据权利要求1所述的相变储热型太阳能热化学反应装置，其特征在于：所述的槽式反射镜(2)形状为抛物面状，其轴向长度与相变储热型化学反应器(1)长度相等。
7.根据权利要求1所述的相变储热型太阳能热化学反应装置，其特征在于：所述的相变储热型化学反应器(1)的入口与混合器(7)之间还安装有物料泵(6)和加热器(5)，其中物料泵(6)还与控制系统(9)相连。
一种相变储热型太阳能热化学反应装置
技术领域
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 所述的壳体为圆柱型，采用316L或310S不锈钢制成。
[0009] 所述的催化剂采用多孔结构的Ni、Fe、Co、Cu、Rh、Ru、Ir、Pt或Pd。
[0010] 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；
[0011] 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。
[0012] 所述的相变储热器前后两段为圆锥形。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 其中控制系统通过读取实时太阳辐射、不同位置催化剂和相变材料温度信息，调节物料输入输出系统中泵的转速，对反应物流量流量进行调整，使得反应器维持在较高的反应效率。
[0017] 本发明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。
[0018] 本发明结构紧凑，可以根据所热化学反应所适宜的反应温度，选择不同的相变材料的种类、含量搭配；将相变储热器前后两端设计为圆锥状有助于减小反应物流经反应器的阻力，使得所需泵功减小。
[0019] 发明反应物流量的调节主要通过物料泵、控制系统根据温度传感器所传递的温度与所设定温度的偏差，对物料泵的转速进行调节，从而及时调整反应物的流量，实现对太阳能热化学反应器中催化剂的温度实现精准控制。
[0020] 本发明利用太阳能为来源，对环境无污染。同时储能材料多种多样，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密度燃料，在多个工业领域进行推广应用。
附图说明
[0021] 图1为本发明的整体结构示意图；
[0022] 图2为相变储热型化学反应器的结构示意图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0024] 如图1所示，本发明包括与控制系统9相连的单轴跟踪系统4以及安装在单轴跟踪系统4上的槽式反射镜2，在槽式反射镜2的焦点处通过支架3安装有相变储热型化学反应器1，槽式反射镜2形状为抛物面状，其轴向长度与相变储热型化学反应器1长度相等，相变储热型化学反应器1的入口依次经加热器5、物料泵6、混合器7与反应物储罐8相连通，其中物料泵6还与控制系统9相连，相变储热型化学反应器1的出口与分离器10相连通，分离器10分离出的未反应的反应物与混合器7的入口相连，且相变储热型化学反应器1的入口与出口分别安装有与控制系统9相连的温度传感器；
[0025] 参见图2，本发明的相变储热型化学反应器1包括壳体12以及套装在壳体12内的相变储热器15，在壳体12与相变储热器15之间设置有催化剂层13，所述催化剂层内还安装有与控制系统9相连的温度传感器，在催化剂层13的两侧位于壳体12与相变储热器15之间安装有过滤网14，且在相变储热型化学反应器1即壳体12的外侧还套装有与壳体12之间抽真空的玻璃管11。
[0026] 本发明的壳体12为圆柱型，采用316L或310S不锈钢制成；
[0027] 催化剂13采用多孔结构的Ni、Fe、Co、Cu、Rh、Ru、Ir、Pt或Pd。
[0028] 相变储热器15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，前后两段为圆锥形；
[0029] 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。
[0030] 本发明的控制系统，通过读取实时太阳辐射、不同位置催化剂和相变材料温度信息，调节物料输入输出系统中物料泵6的转速，对反应物流量流量进行调整，使得反应器维持在较高的反应效率。
[0031] 本发明的工作过程如下：
[0032] 首先通过单轴跟踪系统4调节槽式反射镜2的方位，反应物由物料泵6泵送至相变储热型化学反应器1入口，中间有电加热器5加反应物到指定温度。反应物和反应产物的混合物自相变储热型化学反应器1流出后，经过分离器10将反应产物排除系统，以供化学工业或者作为高品位燃料使用，而未反应的反应物与来自反应物储罐8的反应物在混合器7中进行混合后，由工质泵6泵送至相变储热型化学反应器1，完成一个循环。
