[发明专利]一种集成相变储能与化学储能的太阳能高温反应器

说明书

本发明公开了一种集成相变储能与化学储能的太阳能高温反应器，属于太阳能高温热利用领域。石英玻璃板连接于反应器壳体的左侧开口端，并与反应器壳体构成反应腔，工质入口设置于反应器壳体的左侧，工质出口设置于反应器壳体的右侧，整体式多孔催化剂设置于反应器壳体中，相变储能器安装于反应器壳体的外侧面上，相变储能器壳体设置于相变储能器的外表面上，保温层包裹在相变储能器壳体上。本发明在光照不稳定和阴影时依然能提供反应所需的热能，保持化学反应连续进行；另外，可维持化学反应层多孔结构边缘的温度，增大反应区域的同时，降低径向温度梯度，防止应力集中而导致结构塌陷；且回收了废气中的部分热量对进气进行了预热。

技术领域

本发明属于太阳能高温热利用领域，特别是涉及一种集成相变储能与化学储能的太阳能高温反应器。

背景技术

能源短缺、大气污染、气候变化等形势日益严峻，加快新能源开发与化石能源清洁利用，向清洁低碳、绿色发展转型是必然趋势。太阳能作为一种典型的清洁、可持续能源，已得到世界范围的普遍关注和广泛研究。太阳能具有间歇性、低密度和不稳定性、难以持续供应的缺点。目前，常采用显热储能、潜热储能和热化学储能三种方式来实现太阳能的储存。

太阳能热化学储能技术通过热驱动化学反应实现太阳能向碳氢燃料的化学能转化，提升能源品位，具有储能密度高、热损小、可异时空使用等优点，应用前景广阔。而且，可以应用多种热化学反应体系，如无机氢氧化物的热分解、碳酸化合物的分解、金属氢化物的分解、氧化还原反应、甲烷重整反应等。其中，甲烷的二氧化碳/水蒸气重整反应，同时实现太阳能-化学能转存(能源品位提升)和温室气体循环利用双重功能，其生成的合成气可以通过联合循环进行发电，相应地可以实现二氧化碳减排～20％，能够推进绿色能源与节能减排步伐，极具竞争力和大规模推广的潜力。

太阳能高温反应器内具有较高的反应温度，一般在873K以上。直接辐射型反应器的吸热与反应一体化设计，常以多孔结构作为其中吸热和反应表面，通过直接吸收太阳辐射能加热催化剂和反应物，轻质、转化率高而被广泛研究。但是，在高倍聚集非均匀太阳能流加热下，能流过度集中会产生反应区域集中、局部高温和应力集中，导致反应物烧结、多孔结构塌陷等，影响反应进程和反应器的寿命。另外，光照不稳定或阴影期(如云层遮挡)引起太阳辐射能流时变波动，导致吸热器内温度剧烈变化，影响化学反应过程稳定性和系统转化效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的高温反应器中温度不稳定的问题，通过将相变储能与化学储能集成设计于一个太阳能反应器，提出了一种集成相变储能与化学储能的太阳能高温反应器。

本发明通过以下技术方案实现：一种集成相变储能与化学储能的太阳能高温反应器，包括石英玻璃板、工质入口、保温层、相变储能器、相变储能器壳体、整体式多孔催化剂、反应器壳体和工质出口，

所述反应器壳体设置于聚集太阳能传输方向，所述石英玻璃板连接于所述反应器壳体的左侧开口端，并与所述反应器壳体构成反应腔，所述工质入口设置于所述反应器壳体的左侧，所述工质出口设置于所述反应器壳体的右侧，所述整体式多孔催化剂设置于所述反应器壳体中，所述相变储能器安装于所述反应器壳体的外侧面上，所述相变储能器壳体设置于所述相变储能器的外表面上，所述保温层包裹在所述相变储能器壳体上。

进一步的，所述石英玻璃板的透光率大于92％，所述反应器壳体和所述相变储能器壳体均采用耐高温不锈钢制成。

进一步的，所述整体式多孔催化剂由结构基体、涂层载体和催化剂组成；其中，结构基体为泡沫材料，涂层载体采用活性涂层γ-Al₂O₃，催化剂选自第VIII族金属或铂族贵金属。

进一步的，所述整体式多孔催化剂中的结构基体选自氧化铝泡沫、碳化硅泡沫或镍金属泡沫，所述整体式多孔催化剂的孔隙率或孔径沿反应气体流动方向逐渐减小。