一种太阳能热化学分解水制氢装置制造方法及图纸

一种太阳能热化学分解水制氢装置，它包括太阳炉、太阳能ＺｎＯ分解反应器［５］、氢气发生器、物料循环装置，其特征在于：它还包括急速冷却斯特林发电装置［６］，急速冷却斯特林发电装置［６］由斯特林发电机组和冷却器组成，斯特林发电机组的热管式吸热器的热管［１９］为冷却器的受热面，热管［１９］伸入冷却器内部将冷却器和斯特林发电机连成一体；冷却器主体［２５］的壁面上布置雾化喷嘴［２１］、［２４］；太阳能ＺｎＯ分解反应器［５］前端的采光口［１７］与反应器内体［１３］同轴布置，连结成一个整体，随反应器内体［１３］一起作回转运动；采光口［１７］向前倾，前倾角即其中心轴线与水平夹角为１～１０°，采光口［１７］的轴线与太阳炉旋转抛物面聚光镜［４］的光轴同轴，采光口［１７］对准太阳炉入射光，采光口［１７］处于太阳炉旋转抛物面聚光镜［４］的焦斑位置。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能热化学分解水制氢装置
本技术涉及一种热化学分解水制氢的装置，特别是涉及大规模太阳能热化学分解水制氢的装置。
技术介绍
为了高效清洁的制取氢能，已采用了许多方法，如：化石燃料的催化重整和部分氧化法、电解法、光电化学分解法、半导体光催化法、多步热化学循环法等等。最近基于金属及金属氧化物的两步热化学循环法成为受人瞩目的方法。例如：2002年《International Journal ofHydrogen Energy.》杂志第27卷611页上发表的文章《Solar Hydrogen Production Via a Two-StepWater-Splitting Thermochemical Cycle Based on Zn/ZnO Redox Reactions》提出了基于ZnO/Zn氧化还原系统的两步热化循环方法。这种方法具有：概念和工艺简单、反应阶段少、不使用氢气分离装置、无污染、太阳能利用率高，约为30％、可以大规模制取氢气等优点。它与其它太阳能热化学循环方法的共同点就是使用太阳炉作为太阳能收集装置。而差别则体现在这种方法的重点在于ZnO分解反应器、Zn蒸汽急速冷却装置的研究开发。在杂志《Solar Energy》1999年第67卷(1～3)期161页的《The Production of Zinc by Thermal Dissociation of ZincOxide-Solar Chemical Reactor Design》一文中公开了一种ZnO分解反应器。该反应器使用锥形采光口，后接CPC聚光镜。经过三次聚光的太阳光进入水平放置的回转锥形反应器内体，照射从反应器尾部轴向进入的ZnO颗粒，使其在太阳能的作用下分解。这种反应器的缺点是：锥形采光口反射一部分入射光，约为30％，使后接的CPC聚光镜无法完全发挥聚光优势；锥形的反应器内体容易造成光线反射出反应器，从而降低了反应器的黑度；反应器内壁光滑摩擦力小，不利于ZnO颗粒的翻滚，限制了传热效果。对于Zn蒸汽急速冷却装置到目前为止还没有公开的文献可以参考。但是急速冷却过程是造成系统不可逆热损失的最重要的环节。同时冷却过程中Zn的再氧化反应也会严重的降低整个制氢装置效率。
技术实现思路
为了克服上述ZnO分解反应器CPC聚光镜利用效率低、锥形反应器内体黑度低、反应器内壁摩擦力小不利于ZnO剧烈翻滚；急速冷却过程热损失严重、Zn的再氧化等缺点造成的热化学循环制氢装置效率低的缺点本文提出了一种使用前倾回转式太阳能ZnO分解反应-->器以及喷雾式急速冷却斯特林发电装置的热化学分解水制氢装置。为达到上述目的，本技术在使用定日镜一次反光结合碟式抛物面聚光镜二次聚光的太阳炉作为太阳能收集装置，以及使用常规液液反应装置作为氢气发生器的热化学分解水制氢装置中，采用了以下改进方案：1、采用前倾回转式太阳能ZnO分解反应器作为ZnO分解反应器，它以CPC聚光镜作为采光口，向前倾斜布置，内体刻有螺旋形凹槽且布满孔道；2、使用喷雾式急速冷却斯特林发电装置冷却气态Zn，它由冷却器和斯特林发电机组构成，斯特林发电机组包括：热管式吸热器、斯特林发动机和发电机三部分，伸入冷却器内部的热管式吸热器将冷却器和斯特林发动机连成一体，冷却器的壁面呈扇形布置气态Zn和液态Zn喷嘴，使冷却和被冷却工质充分混合实现急速冷却，冷却释放的部分热量通过伸入冷却器内部的热管式吸热器传递给斯特林机发动机，以利用这部分不可逆热损失发电，供给系统自身运转所需的寄生电力。本技术的有益效果是：由于热化学循环反应只有两步，所以制氢装置结构简单；前倾的布置方式和内体上刻的螺旋形凹槽使ZnO颗粒剧烈翻滚从而提高了传热效果；CPC聚光镜作为采光口、反应器的内体布满孔道且为圆筒形，减少了采光口和反应器内壁反射光造成的热损失；扇形交叉布置的喷嘴形成的喷雾冷却方式使冷却速度极快，从而减少了Zn的再氧化，与此同时，伸入冷却器的斯特林发电装置的热管式吸热器充分利用了冷却过程的不可逆热损失发电从而提高了整个过程的太阳能利用效率1～5％；可以实现大规模制氢。附图说明图1为本技术具体实施方式结构示意图，图中：1定日镜，2调节窗，3热化学循环反应装置，4旋转抛物面聚光镜，5前倾回转式太阳能ZnO分解反应器，6喷雾式急速冷却斯特林发电装置，7氢气发生器；图2为本技术实施例的前倾回转式太阳能ZnO分解反应器剖视图，图中：8石英玻璃，9保温层，10孔道，11反应器内腔，12给料口，13反应器内体，14螺旋形凹槽，15出气口，16过渡孔，17采光口；图3为本技术实施例的急速冷却斯特林发电装置主视图，图中18氧气出口，19热管，20热盘，21气态锌喷嘴，22漏斗，23液态锌出口，24液态锌喷嘴，25冷却器主体，26折流板；图4急速冷却斯特林发电装置俯视剖面图，图中18氧气出口，19热管，21气态锌喷嘴，24液态锌喷嘴，26折流板；-->具体实施方式下面结合附图和本技术的实施方式作详细说明。如图1所示，本技术主要由太阳炉和热化学循环反应装置3组成。太阳炉包括定日镜1、调节窗2和旋转抛物面聚光镜4。热化学循环反应装置3主要包括：前倾回转式太阳能ZnO分解反应器5、喷雾式急速冷却斯特林发电装置6和氢气发生器7。太阳炉作为太阳光的收集装置供应热化学循环装置3所需要的太阳能，而热化学循环反应装置3则作为制取氢气和实现原料循环的的化学反应系统。太阳光经过太阳炉的定日镜1的一次反光之后，被旋转抛物面聚光镜4二次聚光形成高热流密度的能量。收集的太阳能进入前倾回转式太阳能ZnO分解反应器5分解ZnO颗粒。前倾回转式太阳能ZnO分解反应器5的头部安装在太阳炉的焦斑处。收集的太阳能在反应器5中形成约3000K的温度。在高温的作用下，ZnO分解成Zn蒸汽和氧气。Zn蒸汽在喷雾式急速冷却斯特林发电装置6中被冷却为液态Zn，而冷却释放的热量部分被斯特林发动机吸收，带动斯特林发电机组运行发电，为整个制氢装置提供寄生电力，而无需外部的电力供给。液态锌在氢气发生器7中分解水制取氢气，与此同时生成ZnO固体，实现物料的循环。如图2所示，前倾回转式太阳能ZnO分解反应器5前端的采光口17与反应器内体13同轴布置，连结成一个整体。采光口17向前倾，前倾角即其中心轴线与水平夹角1～10。，采光口17的轴线与太阳炉旋转抛物面聚光镜4的光轴同轴，采光口17对准太阳炉入射光，采光口17处于太阳炉旋转抛物面聚光镜4的焦斑位置。采光口17使用复合抛物面聚光镜CPC而不是锥形镜面，这样可以充分利用CPC的聚光性能，提高对太阳能的收集效率。采光口17对准太阳炉入射光方向。石英玻璃8可以阻挡灰尘和减少强迫对流对反应器造成的热损失。其位置和安装方式与已有装置相同。采光口17的小口与圆柱形过渡孔16相接。过渡孔16是反应器内体13的一部分，与反应器内腔11相通。过渡孔16的直径最好小于反应器内腔11的直径。采光口17与反应器内体13连成一个整体，随反应器内体13一起作回转运动，而外面包裹的保温层9不随反应器内体13旋转运动，处于静止状态。保温层9构成反应器的外壁，它可以起到减少热损失的作用。反应器的内体13上布满细小的孔道，这样可以增加光线在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1、一种太阳能热化学分解水制氢装置，它包括太阳炉、太阳能ZnO分解反应器[5]、氢气发生器、物料循环装置，其特征在于：它还包括急速冷却斯特林发电装置[6]，急速冷却斯特林发电装置[6]由斯特林发电机组和冷却器组成，斯特林发电机组的热管式吸热器的热管[19]为冷却器的受热面，热管[19]伸入冷却器内部将冷却器和斯特林发电机连成一体；冷却器主体[25]的壁面上布置雾化喷嘴[21]、[24]；太阳能ZnO分解反应器[5]前端的采光口[17]与反应器内体[13]同轴布置，连结成一个整体，随反应器内体[13]一起作回转运动；采光口[17]向前倾，前倾角即其中心轴线与水平夹角为1～10°，采光口[17]的轴线与太阳炉旋转抛物面聚光镜[4]的光轴同轴，采光口[17]对准太阳炉入射光，采光口[17]处于太阳炉旋转抛物面聚光镜[4]的焦斑位置。2、根据权利要求1所述的太阳能热化学分解水制氢装置，其特征在于所述的太阳能ZnO分解反应器[5]的采光口[17]采用复...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，臧春城，郑飞，李斌，李安定，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：实用新型
国别省市：