【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚焦太阳能辅助高温电解制氢领域，具体涉及基于液态金属传热的一体式太阳能-soec制氢反应器。
技术介绍
1、当前工业生产氢气的主要方法包括化石燃料重整和电解水制氢，前者存在大量的温室气体排放，后者主要基于常温电解水制氢技术，能耗和成本高。相比而言，基于高温固体氧化物电池的高温电解水制氢技术具有明显优势：高温固体氧化物电池的制备不需要贵金属，其制备成本相对较低。高温状态下(600～1000℃)，电解所需要的电能有所降低(20％～30％)，电解效率可以达到90％～100％。可以和太阳能等可再生能源结合使用，有效利用廉价的太阳能作为高温热源替代电能进行大规模制氢。然而太阳能受天气等因素影响较大，频繁的升降温将加速固体氧化物电池的损坏。维持高温固体氧化物电池温度的稳定对于其使用寿命至关重要。吸收太阳能常用的吸热工质主要包括液态水、导热油和熔盐，其中液态水和导热油的沸点较低，转化为气态的水蒸气和导热油后其体积膨胀不利于能量的存储。熔盐的热导率较低，不利于对太阳能充分吸热。同时，由于高温固态氧化物电池制氢所需的温度较高，如何尽可能降低热量的损失也是一个需要解决的问题。
技术实现思路
1、为克服现有技术的缺点和不足，综合考虑太阳辐照吸收、高温固态氧化物电池温度稳定和如何降低热量损失等问题，本专利技术提出一种基于液态金属传热的一体式太阳能-soec制氢反应器，进而提高太阳能到化学能的转化效率。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、基于液态金属
4、进一步地，所述反应器采用液态金属双循环回路的设计适应于在不同太阳辐照度条件的运行，在太阳辐照较为充足的时候，保持第二阀门11常开，第一阀门10常闭状态，进而让液态金属对太阳能辐照持续吸热，并把低温液态金属储存罐8中的液态金属持续注入高温液态金属储存罐7，进而利用液态金属储存更多热量。当没有太阳光或者太阳辐照较弱的时候，保持第二阀门11常闭，第一阀门10常开状态，利用高温液态金属储存罐7内部储存的热量对高温固体氧化物电池进行持续加热。极端条件下可利用电加热丝对腔体进行加热，进而维持高温固体氧化物电池温度的稳定。
5、有益效果：
6、1.本专利技术采用高热导率的液态金属对太阳辐照进行吸收，提高太阳能的利用效率；
7、2.本专利技术的太阳能吸热端和高温固体氧化物电池采用一体式的设计，减少了高温液态金属在输送过程中热量损失；
8、3.本专利技术采用双循环管路及高低温液态金属储存罐设计，提高了反应器抗热震能力，更有助于维持高温固体氧化物电池温度的稳定。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于液态金属传热的一体式太阳能-SOEC制氢反应器，其特征在于，包括液态金属吸放热部件、液态金属输运部件、高温固体氧化物电池及保温部件；利用液态金属对聚光太阳能进行吸热，利用所吸收的热量对高温固体氧化物电池(5)和高温电解所需要的水蒸气进行加热；
2.根据权利要求1所述的基于液态金属传热的一体式太阳能-SOEC制氢反应器，其特征在于，在太阳辐照充足的时候，保持第二阀门(11)常开，第一阀门(10)常闭状态，进而让液态金属对太阳能持续吸热，并把低温液态金属储存罐(8)中的液态金属持续注入高温液态金属储存罐(7)，进而利用液态金属储存更多热量；当没有太阳辐射或者太阳辐射较弱的时候，保持第二阀门(11)常闭，第一阀门(10)常开状态，利用高温液态金属储存罐(7)内部储存的热量对高温固体氧化物电池(5)进行持续加热。
3.根据权利要求1所述的基于液态金属传热的一体式太阳能-SOEC制氢反应器，其特征在于，所述高温固体氧化物电池(5)用于把所通入的水蒸气转化为氢气，保温材料(1)用于防止反应器内部热量散失，电加热丝(3)用于反应器内部高温固体氧化物电池(5)侧温
4.根据权利要求1所述的基于液态金属传热的一体式太阳能-SOEC制氢反应器，其特征在于，根据需要利用吸热体(12)内部的液态金属所吸收的太阳能对腔体进行加热，进而维持高温固体氧化物电池(5)所处环境温度的稳定，其中电加热丝(3)用于辅助加热。
5.根据权利要求1所述的基于液态金属传热的一体式太阳能-SOEC制氢反应器，其特征在于，所述高温液态金属储存罐(7)和低温液态金属储存罐(8)通过管道连接，高温液态金属储存罐(7)中设置水蒸气蒸发盘管(6)，水蒸气蒸发盘管(6)用于把液态水在高温液态金属加热的作用下转化为水蒸气，进而通入高温固体氧化物电池(5)进行电解；高温固体氧化物电池(5)和水蒸气蒸发盘管(6)利用不锈钢管道进行连接；高温液态金属储存罐(7)的一端连接电磁泵(9)，电磁泵(9)的另一端连接第一阀门(10)和第二阀门(11)。
6.根据权利要求1-5之一所述的基于液态金属传热的一体式太阳能-SOEC制氢反应器的工作方法，其特征在于，太阳光经过定日镜(15)被反射至反应器(14)的入口处，对吸热体(12)进行加热，吸热体(12)内部的吸热工质为高热导率的液态金属；升温后的液态金属的温度为800-1000℃，其在电磁泵(9)的驱动作用下，沿管道输运至放热体(4)侧，通过热辐射的作用对高温固体氧化物电池(5)进行加热；放热后的液态金属的温度为700-900℃，其循环至高温液态金属储存罐(7)内部；利用水蒸气蒸发盘管(6)把液态水在高温液态金属加热的作用下转化为水蒸气，进而用于高温电解。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，当太阳能辐照较为充足时，通过调节电磁泵(9)，进而提高液态金属的流速来增加对太阳辐照的换热量，同时通过把低温液态金属储存罐(8)内的液态金属注入高温液态金属储存罐(7)的方式增加对太阳辐射的换热及热量的储存；在太阳辐照较为充足时，保持第二阀门(11)常开，第一阀门(10)常闭状态，进而让液态金属对太阳能持续吸热，并把低温液态金属储存罐(8)中的液态金属持续注入高温液态金属储存罐(7)，进而利用液态金属储存更多热量。
8.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，当没有太阳辐射或者太阳辐射较弱时，保持第二阀门(11)常闭，第一阀门(10)常开状态，利用高温液态金属储存罐(7)内部储存的热量对高温固体氧化物电池(5)进行持续加热；利用液态金属对聚光太阳能进行吸热，所吸收的热量对高温固体氧化物电池(5)和液态水加热进而产生高温水蒸气；水蒸气蒸发盘管(6)内的低温液态水通过管壁和高温液态金属储存罐(7)内的高温液态金属进行换热，所产生的水蒸气沿管路通入高温固体氧化物电池(5)内部，在电能和热能的共同作用下，利用电解的原理制备氢气。
...【技术特征摘要】
1.基于液态金属传热的一体式太阳能-soec制氢反应器，其特征在于，包括液态金属吸放热部件、液态金属输运部件、高温固体氧化物电池及保温部件；利用液态金属对聚光太阳能进行吸热，利用所吸收的热量对高温固体氧化物电池(5)和高温电解所需要的水蒸气进行加热；
2.根据权利要求1所述的基于液态金属传热的一体式太阳能-soec制氢反应器，其特征在于，在太阳辐照充足的时候，保持第二阀门(11)常开，第一阀门(10)常闭状态，进而让液态金属对太阳能持续吸热，并把低温液态金属储存罐(8)中的液态金属持续注入高温液态金属储存罐(7)，进而利用液态金属储存更多热量；当没有太阳辐射或者太阳辐射较弱的时候，保持第二阀门(11)常闭，第一阀门(10)常开状态，利用高温液态金属储存罐(7)内部储存的热量对高温固体氧化物电池(5)进行持续加热。
3.根据权利要求1所述的基于液态金属传热的一体式太阳能-soec制氢反应器，其特征在于，所述高温固体氧化物电池(5)用于把所通入的水蒸气转化为氢气，保温材料(1)用于防止反应器内部热量散失，电加热丝(3)用于反应器内部高温固体氧化物电池(5)侧温度的调节。
4.根据权利要求1所述的基于液态金属传热的一体式太阳能-soec制氢反应器，其特征在于，根据需要利用吸热体(12)内部的液态金属所吸收的太阳能对腔体进行加热，进而维持高温固体氧化物电池(5)所处环境温度的稳定，其中电加热丝(3)用于辅助加热。
5.根据权利要求1所述的基于液态金属传热的一体式太阳能-soec制氢反应器，其特征在于，所述高温液态金属储存罐(7)和低温液态金属储存罐(8)通过管道连接，高温液态金属储存罐(7)中设置水蒸气蒸发盘管(6)，水蒸气蒸发盘管(6)用于把液态水在高温液态金属加热的作用下转化为水蒸气，进而通入高温固体氧化物电池(5)进行电解；高温固体氧化物电池(5)和水蒸气蒸发盘管(6)利用不锈钢管道进行连接；高温液态金属储...
【专利技术属性】
技术研发人员：马天增，李鑫，张强强，付铭凯，常哲韶，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。