[发明专利]一种线性菲涅尔反射式中低温太阳能热化学利用装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热利用技术领域，具体为一种线性菲涅尔反射式中低温太阳能热化学利用装置。

背景技术

随着国民经济的迅速增长，对能源的需求日益旺盛，能源短缺以及化石能源所产生的环境污染问题日益严重。作为理想的可再生能源，太阳能具有取之不尽，用之不竭的特点，被公认为人类社会可持续发展的重要清洁能源，将成为未来可再生能源利用的最主要形式之一。其中，太阳能热发电技术作为一种安全可靠、具有广阔应用前景的高品位绿色可再生能源技术，加速推进其规模化发展已成为国内外共识。

然而，其一直存在的相对于常规电站的利用效率低、成本高的障碍，成为限制其更大规模发展的长期“瓶颈”问题。如何规模发展与权衡技术、效率与成本问题成为关键。一方面，急需加快太阳能热发电关键技术与设备研发，发展面向可承担基础电力负荷的高效聚光吸热、长周期储热、稳定电力输出、低成本、高效率的太阳能热发电新技术。另一方面，可从太阳热能转化模式上寻求突破，开拓太阳能与其他能源载体综合互补的能源动力系统，逐步替代化石能源。这中间，太阳热能与化石燃料热解或重整相结合的能量系统为太阳热能高效转化与利用提供了一种新途径。它一般是通过太阳能热化学反应将太阳热能与化石燃料重整或热解的化学过程相集成，或利用太阳热能将化石燃料转化为能量密度高、可储存、可运输的氢气或合成气，即将太阳热能以燃料化学能形式存储；亦或将太阳热能先转化为化学能再通过燃气轮机循环实现其热发电，来提高太阳能利用效率并减少化石燃料消耗量。

目前太阳能热化学利用或热化学发电主要集中在500-1200℃及以上的较高温度范围内，技术实现大多依赖于高聚光比太阳能集热装置、高性能太阳能热化学反应器结构材料及高效稳定催化剂研发水平，尚存在化学反应剧烈、太阳能转化利用效率低、设备昂贵等技术难题，使得整体利用成本居高不下，短期内难以实现低成本、大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种能有效降低运行成本、易于大规模商业化应用的线性菲涅尔反射式中低温太阳能热化学利用装置。

为了达到上述目的，本发明一种线性菲涅尔反射式中低温太阳能热化学利用装置，包括由太阳跟踪装置驱动实时跟踪太阳的线性菲涅尔反射聚光镜阵列，以及与其配合且独立固定设置的吸热器；所述的吸热器呈管状结构，外壁面上涂敷有选择性吸收涂层，管内注入化学反应物介质和催化剂。

优选的，所述的催化剂为球体或圆柱体或棱柱体结构，在管内填充后形成多孔填充床层结构。

优选的，所述的催化剂的半径或高度为3-8mm。

优选的，所述的吸热器的管径为70-200mm。

优选的，所述的吸热器上方设置有二次反射镜面，二次反射镜面与线性菲涅尔反射聚光镜阵列配合设置。

优选的，所述的二次反射镜面呈复合抛物面型。

优选的，所述的二次反射镜面上设置有绝热保护层，下方通过设置的水平玻璃板合围形成腔体；吸热器位于腔体内。

优选的，所述的吸热器和腔体一并通过固定支架固定安装。

优选的，所述的线性菲涅尔反射聚光镜阵列包括若干个平面的或轻微弯曲的长条形光学镜面；光学镜面能够单独或联动的由太阳跟踪装置驱动，围绕自身中轴翻转跟踪太阳进行反射聚光。

本发明对比现有技术，其有益效果如下所述。

1）采用由线性菲涅尔反射聚光镜阵列和太阳跟踪装置组成的太阳能聚光系统，能很好地与中低温化石燃料热化学反应的热品位相匹配，具有结构简单，制作运行成本低，近地安装抗风性能优良，易于商业化等优点，具有广阔的大规模发展和低成本应用的前景。

2）将吸热器内注入化学反应物介质和催化剂，使吸热器在进行太阳能吸热过程的同时作为热化学反应的场所，一管两用，对热量直接进行吸收利用，省去了中间环节和传导再利用，有效降低了系统集成复杂程度和能量传递损失；实现热化学反应在催化剂作用下中低温太阳能驱动的化石燃料的热解或重整反应，使其工作温度保持在150-350℃的中低温范围内。

3）通过独立固定设置的吸热器，使其与太阳能聚光系统相分离，不仅减小太阳跟踪装置的载重负荷，而且最为主要的是还能够避免高温或高压管路的密封和连接等运行安全稳定问题，以及大大降低了由此带来的成本增加。