一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器及使用方法技术

本发明专利技术公开一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器及使用方法，包括反应单元；反应单元包括上盖板、反应腔体和反应转盘；上盖板设置在反应腔体上，上盖板顶面上设置有进料口和气体入口，上盖板侧壁上设置有扇形推料挡板，反应腔体内设置反应转盘，气体入口和进料口与进料单元相连。通过控制反应转盘的转速来调节储能材料通过太阳光斑的次数，从而调控储能材料在太阳光斑内的停留时间。通过控制氮气的吹扫速度以及反应转盘上储能材料的薄层厚度来调控储能材料完全分解所需的时间。本发明专利技术可以实现储能材料停留时间与完全分解所需时间的灵活匹配，从而提高太阳能的利用效率与储能材料转化率，同时也可以降低储能过程的操作成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器及使用方法


[0001]本专利技术属于太阳能高效热化学储能领域，具体涉及一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器及使用方法。

技术介绍

[0002]随着化石能源可用量的不断减少以及全球气候问题的加剧，世界各国都致力于使用可再生能源代替传统化石能源。在各种可再生能源中，太阳能是储量最丰富的一种，能够为人类提供足够的能源，具有广阔的应用前景。聚光太阳能热发电技术是发展较为成熟的太阳能热利用技术，能够有效克服太阳能间歇性与波动性问题，但是其中的储能材料(熔融盐)储能密度与放热温度较低，导致系统发电效率低，限制了该技术的进一步发展。太阳能热化学储能利用吸热与放热的可逆反应储存与释放能量，其通用反应式为：A通过分解反应吸收能量，将能量储存与B与C中；B与C反应时，生成A并释放能量，形成储放能循环。热化学储能具有储能密度高、放热温度高、材料易于保存与运输的优点。
[0003]热化学储能材料体系主要有四种：金属氧化物体系(Mn2O3/Mn3O4，Co4O3/CoO等)、金属碳酸盐体系(CaCO3/CaO，SrCO3/SrO等)、金属硫酸盐体系(ZnSO4/ZnO， CuSO4/CuO等)和金属氢氧化物体系(Ca(OH)2/CaO，Ba(OH)2/BaO等)。对于不同的体系，分解气体产物C不同。以碳酸钙体系为例，其反应方程式如下：
[0004][0005]太阳能储能过程为利用聚焦太阳光斑为碳酸钙提供热量使其分解，将能量储存于氧化钙中，其中反应器的设计对储能过程至关重要。目前热化学储能反应器分为直接太阳辐射式和非太阳辐射式反应器。直接太阳辐射式反应器是的反应腔体即是集热器，可以直接接收太阳光用于反应。非太阳辐射式反应器需要与接收器配合使用，接收器接收太阳光后通过传热工质将能量传递给反应器，并为反应提供能量。直接太阳辐射式反应器可以直接将太阳能利用起来，减少了传热或能量转换过程中造成的损失，是目前主流的反应器形式。但目前的反应器存在一个关键问题：储能材料刚好完全分解所需的时间与其在太阳光斑范围内停留时间的匹配问题，这关系着储能材料的转化率与太阳能的利用效率。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器及使用方法，该反应器能够提高储能材料的转化率与太阳能量的利用率，并且降低操作成本。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器，包括进料单元和反应单元；反应单元包括上盖板、反应腔体和反应转盘；上盖板设置在反应腔体上，上盖板顶面上设置有气体出口、进料口、气体入口和石英窗，上盖板侧壁上设置有扇形推料挡板，反应腔体内设置
用于放置储能材料的反应转盘，气体入口和进料口与进料单元相连。
[0009]进一步的，进料单元包括气源与进料仓，气源与进料仓氮气气瓶经流量控制器与气体入口相连，进料仓与进料口相连。
[0010]进一步的，反应腔体底面开有卸料凹槽，反应腔体内设置有转轴和与卸料凹槽相配合的卸料挡板，反应转盘设置在转轴上，卸料挡板与转轴相连。
[0011]进一步的，反应腔体内壁上布置有缓冲环，反应腔体底面设置有卸料口，缓冲环位于反应转盘与反应腔体底面之间。
[0012]进一步的，气体入口底端设有气体分布孔，气体分布孔位于反应转盘中心正上方。
[0013]进一步的，推料挡板上开设有与进料口相连的进料通道；反应转盘与推料挡板间隔设置；反应转盘与反应腔体内壁间隔设置。
[0014]进一步的，反应转盘上方设置有用于测量反应转盘上太阳光斑处温度的热电偶。
[0015]进一步的，转轴连接有动力装置，动力装置包括电动机、主动齿轮与从动齿轮，其中，电动机与主动齿轮相连，主动齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮与转轴相连。
[0016]进一步的，上盖板内壁与反应转盘上表面涂有太阳反射涂层。
[0017]一种如上所述的一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器的使用方法，包括以下步骤：
[0018]通过气体入口向反应腔体内通入氮气，当反应转盘上通过石英窗聚集的光斑处温度达到反应温度时，储能材料经进料口落到转动的反应转盘上，氮气吹扫反应转盘，在推料挡板作用下，储能材料多次经过太阳光斑照射下进行分解，完成储能。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]本专利技术通过反应转盘的转动与推料挡板的挤压作用使储能材料在反应转盘上进行类似螺旋线的运动，最终从反应转盘边缘落下，储能材料从进料口连续进料，从而实现储能过程的连续操作。通过控制反应转盘转动速度，调节储能材料经过太阳光斑的次数与通过速度，从而灵活调节储能材料在反应转盘上的停留时间，满足不同工况的要求。
[0021]进一步的，通过在气体入口底端设有气体分布孔，气体分布孔位于反应转盘中心正上方，气体从反应转盘中心正上方向反应转盘四周吹扫，能够及时带走反应产生的气体，保证反应快速进行，且通过控制氮气流速可改变反应转盘上的储能材料的分解时间。
[0022]进一步的，可以调节反应转盘与推料挡板之间的距离来控制反应转盘上物料层厚度，满足不同工况的要求。
[0023]进一步的，将上盖板内壁与转盘上表面涂上太阳反射涂层，增加太阳光在腔体内反射，提高太阳能利用率。
[0024]进一步的，在反应转盘与卸料口之间增加一个缓冲环，防止高温的储能颗粒在较大的碰撞作用下破碎，以减少物料的损耗率。
[0025]进一步的，设置卸料挡板与卸料凹槽，通过两者之间的匹配实现连续卸料操作。
[0026]在反应器进行反应时，通过调节反应转盘转速、控制反应转盘上物料层厚度与氮气流速，可实现反应转盘上的储能材料的分解时间与储能材料在反应转盘上的停留时间的灵活匹配，使物料反应转化率与太阳能利用效率达到最优同时也实现了储能过程的连续操作，降低了操作成本。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的所适用的直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器外观图；
[0028]图2为图1反应器部分在A面处的剖视图；
[0029]图3为图2中沿B
‑
B线的剖视图；
[0030]图4为图2中沿C
‑
C线的剖视图。
[0031]其中，1
‑
氮气气瓶；2
‑
流量控制器；3
‑
进料仓；4
‑
上盖板；5
‑
反应腔体；6
‑
气体出口； 7
‑
进料口；8
‑
气体入口；9
‑
石英窗；10
‑
第一热电偶插孔；11
‑
出料口；12
‑
出口气体储罐； 13
‑
出料仓；14
‑
进料通道；15
‑
推料挡板；16
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器，其特征在于，包括进料单元和反应单元；反应单元包括上盖板(4)、反应腔体(5)和反应转盘(22)；上盖板(4)设置在反应腔体(5)上，上盖板(4)顶面上设置有气体出口(6)、进料口(7)、气体入口(8)和石英窗(9)，上盖板(4)侧壁上设置有扇形推料挡板(15)，反应腔体(5)内设置用于放置储能材料的反应转盘(22)，气体入口(8)和进料口(7)与进料单元相连。2.根据权利要求1所述的一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器，其特征在于，进料单元包括气源与进料仓(3)，气源与进料仓(3)氮气气瓶(1)经流量控制器(2)与气体入口(8)相连，进料仓(3)与进料口(7)相连。3.根据权利要求1所述的一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器，其特征在于，反应腔体(5)底面开有卸料凹槽(26)，反应腔体(5)内设置有转轴(23)和与卸料凹槽(26)相配合的卸料挡板(24)，反应转盘(22)设置在转轴(23)上，卸料挡板(24)与转轴(23)相连。4.根据权利要求1所述的一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器，其特征在于，反应腔体(5)内壁上布置有缓冲环(17)，反应腔体(5)底面设置有卸料口，缓冲环(17)位于反应转盘(22)与反应腔体(5)底面之间。5.根据权利要求1所述的一种直接吸收式太阳能热化学储能转盘反应器，其特征在于，气体入口(8)底端设有气体分布孔(20)，气体分布孔(20)位于反应转...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏进家，刘辉，方嘉宾，杨柳青，刘汉卿，张慧新，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：