[发明专利]一种高温电解制氢太阳能集热管

说明书

本发明公开了一种高温电解制氢太阳能集热管，其结构是将圆柱形多孔吸收器置于玻璃管内及管式SOEC电解池置于圆柱形多孔吸收器内，圆柱形吸收器外表面涂有太阳能选择性吸收涂层，圆柱形多孔吸收器与玻璃管之间形成水蒸气通道，管式SOEC电解池内管为氧气通道。工作时，圆柱形多孔吸收器吸收太阳能产生高温，水蒸气通过圆柱形多孔吸收器的多孔进行加热并到达SOEC电解池的阴极参与反应，圆柱形多孔吸收器同时提供SOEC电解过程所需的热能，产生的燃料和氧气分别通过集热管通入管外。本发明可直接将集热管用于太阳能吸收器并能实现水的电解，无需经过中间介质的换热过程，可有效提升太阳能的利用效率。

技术领域

本发明涉及太阳能高温集热和燃料电解池电解制氢领域，尤其涉及一种高温电解制氢太阳能集热管。

背景技术

目前，随着全球能源供应问题日显突出和可持续发展战略的积极推行，国际国内对太阳能中高温技术的开发应用已掀起新一轮高潮，太阳能热发电技术作为太阳能利用的一种重要方式，已成为国际太阳能技术发展的重要方向之一。

尽管太阳能获得了大量的发展，但由于太阳能的间歇性及不确定性，以及分布式的特点，导致太阳能的利用率比较低，弃光弃电现象突出。由于存在种种问题，会导致整体成本较高，且难以物尽其用，很多的能源被白白浪费了。因此，可再生能源的储能问题是制约可再生能源应用的重要因素之一。

氢能是目前使用比较广泛的清洁燃料，氢能的生产包括甲烷重整和电解水方法。电解水制氢主要有碱性电解水制氢、固体聚合物电解水制氢以及高温固体氧化物电解水制氢。

固体氧化物燃料电解池（SOEC）是一种高效、低污染的能量转化装置，可以将电能和热能转化为化学能。从原理上讲，SOEC可以看作是固体氧化物燃料电池（SOFC）的逆过程。高温使系统降低了电能消耗，制氢效率得到提高，SOEC制氢系统电解效率可达90%以上，总制氢效率高达55%。

太阳能与SOEC联合是利用太阳能提供电解所需要的高温热源，SOEC完成电解高温水蒸气的过程。这种制氢系统是一种高效、清洁的可持续能源转换系统。利用太阳能聚焦集热来满足SOEC电解过程的热能需求是一种有效的方式，可提升太阳能的利用率和制氢效率。

公开号为10469495B，其公开日期为2015年06月10日的名称为《一种耦合太阳能光热的高温电解水制氢系统》的中国发明专利，公开了一种利用聚光装置集热储热，然后利用高温热管换热器将热能输送至制氢及分离模块。该技术的不足之处在于，需先将太阳能集热至1000℃的高温，然后通过换热器换热后传输至制氢模块，此系统在热量提供上包含了集热、储热、高温热管换热器、换热器单元以及热能供给模块，对太阳能的利用是间接利用，中间换热过程能量损失大，会导致太阳能利用效率低。

公开号为106498431A，其公开日期为2017年3月15日的名称为《一种碟式太阳能耦合SOEC电解制氢设备及制氢方法》的中国发明专利，公开了一种利用碟式太阳能聚光集热器加热集热管内液态金属，然后利用液态金属换热提供SOEC电解过程所需的热能。该技术方案的不足之处是：碟式太阳能集热器收集的太阳能需先提供给导热介质，然后导热介质经换热后再提供给SOEC，从太阳能到SOEC经历了几次换热过程，导致热损失增加，同时，碟式太阳能集热器与SOEC是单独连接的，导热介质流动过程也存在热损失。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种高温电解制氢太阳能集热管，直接将SOEC电解池放置于集热管内，将照射到集热管上的太阳能吸收后直接传到SOEC电解池上，省去了太阳能中间的换热过程，具有结构简单、工作可靠、制造加工方便的特点，并可以提高集热管及太阳能系统的综合效率。