具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器的製造方法
2023-12-01 07:31:31 3
具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器的製造方法
【專利摘要】具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，屬於太陽能熱化學轉換【技術領域】。本發明為了解決現有的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器的金屬氧化物粒子洩漏、堵塞進出氣口、粘附光學窗口的問題。反應器殼體和集熱器殼體由下至上設置，光學窗口蓋裝在集熱器殼體上，反應器殼體內設置有絕熱保溫層，絕熱保溫層的上端開有過孔，過孔將集熱室和反應室連通，金屬氧化物粒子填充在反應室內；進氣管和出氣管的一端插入反應室內，位於反應室內的一端安裝有氣帽，出氣口氣帽結構和進氣口氣帽結構上開有氣流出入口，窗口清潔噴嘴由集熱器殼體的側壁上端插入集熱室內。本發明用於太陽能熱化學轉換。
【專利說明】具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，特別是涉及一種具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器；屬於太陽能熱化學轉換【技術領域】。
【背景技術】
[0002]太陽能是清潔可再生能源的主要來源之一，發展高效、低成本太陽能利用技術是能源科技領域的緊迫任務。太陽能熱化學轉換是利用太陽能為化學反應提供熱量，將太陽能存儲在生成物中，並在制氫、CO2捕集等領域得到廣泛研究與應用。
[0003]太陽能熱化學轉換過程包括:①光熱轉換一反應器將聚集器匯聚後的太陽光吸收並轉化為高溫熱能；②化學反應一高溫下利用金屬氧化物進行熱化學循環反應將太陽能儲存在生成物中。與傳統多孔吸收體反應器相比，懸浮粒子系太陽能熱化學反應器具有比表面積大、不存在氣孔堵塞等優點，並已進入中試階段。但是，現有的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器內的金屬氧化物粒子靠氣流吹動而形成懸浮狀態。當反應器內進氣流速過小時，金屬氧化物粒子無法處於懸浮態且存在易堵塞進氣口的問題；當反應器內進氣流速過大時，容易發生金屬氧化物粒子由出氣口洩漏甚至堵塞出氣口等問題。此外，金屬氧化物粒子易隨氣流進入集熱室而粘附在光學窗口表面上，從而減弱懸浮粒子系太陽能熱化學反應器對高匯聚太陽能熱流的吸收作用。
[0004]因此，要提高太陽能熱化學系統的光化學轉化效率、研發高效穩定的太陽能熱化學反應器，採取有效措施防止金屬氧化物粒子洩漏、堵塞進出氣口、粘附光學窗口的問題的發生是本領域技術人員亟需解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]本發明為了解決現有的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器的金屬氧化物粒子洩漏、堵塞進出氣口、粘附光學窗口的問題，進而提供一種具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器。
[0006]本發明為了解決上述技術問題所採取的技術方案是:
本發明的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，包括光學窗口、集熱器殼體、反應器殼體、絕熱保溫層和金屬氧化物粒子；所述反應器殼體和集熱器殼體由下至上設置，光學窗口蓋裝在集熱器殼體上，反應器殼體內設置有絕熱保溫層，絕熱保溫層的上端開有過孔，集熱器殼體中部為集熱室，反應器殼體的中部為反應室，過孔將集熱室和反應室連通，金屬氧化物粒子填充在反應室內；具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器還包括多個出氣口氣帽結構、多個進氣口氣帽結構和多個窗口清潔噴嘴；每個出氣口氣帽結構均包括出氣管和第一氣帽，每個進氣口氣帽結構均包括進氣管和第二氣帽，所述進氣管的上端由反應器殼體的底面向上插入反應室內，第二氣帽安裝在進氣管的上端，所述出氣管的一端由反應器殼體的側壁上部插入反應室內，出氣管位於反應室內的一端安裝有第一氣帽，出氣口氣帽結構和進氣口氣帽結構上開有氣流出入口，氣流出入口將進氣管及出氣管與反應室連通，所述多個窗口清潔噴嘴由集熱器殼體的側壁上端插入集熱室內。
[0007]優選的:所述具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器還包括篩網結構，所述篩網結構安裝在過孔內。布置於集熱室與反應室之間的篩網結構，通過阻止絕大部分的金屬氧化物粒子隨氣流進入集熱室也可以達到避免金屬氧化物粒子粘著光學窗口以及避免粒子對窗口產生衝擊的作用。
[0008]優選的:所述集熱室為倒置圓臺形結構。如此設置，聚光的太陽能輻射在集熱器內產生多次反射，實現對太陽能的高效捕獲。
[0009]優選的:所述光學窗口為含選擇性透過塗層的光學窗口。如此設置，含選擇性透過塗層的光學窗口減少了系統對外界的散熱。
[0010]優選的:所述第一氣帽和第二氣帽的形狀為半圓形導向式氣帽、角形氣帽、柱形氣帽或長圓形氣帽。如此設置，可以根據不同是使用及工藝要求選擇適當的氣帽形狀。
[0011]優選的:出氣口氣帽結構上的氣流出入口的中心線與出氣管的中心線垂直，進氣口氣帽結構上的氣流出入口的中心線與進氣管的中心線垂直。如此設置，更好的防止金屬氧化物粒子洩漏或堵塞進出氣口。
[0012]優選的:出氣口氣帽結構上的氣流出入口和進氣口氣帽結構上的氣流出入口由內之外傾斜向下開設。如此設置，更好的防止金屬氧化物粒子洩漏或堵塞進出氣口。
[0013]優選的:窗口清潔噴嘴為橫向送風且帶有止回閥的清潔噴嘴。通過清潔噴嘴的橫向風改變進入集熱室內金屬氧化物粒子的運動方向，從而更好地克服懸浮粒子系太陽能熱化學反應器中的金屬氧化物粒子易粘附在光學窗口上的缺點。
[0014]本發明與現有技術相比具有以下效果:
I)懸浮粒子系太陽能熱化學反應器運行的時候，金屬氧化物粒子被氣流吹動而形成懸浮狀態。當反應器內進氣流速過小時，金屬氧化物粒子無法處於懸浮態，且存在易堵塞進氣口的問題；當反應器內進氣流速過大時，容易發生金屬氧化物粒子由出氣口洩漏甚至堵塞出氣口的問題。採用本發明提出的帶有氣帽的反應室結構，氣帽分別安裝在反應室的進氣口與出氣口處，可以有效防止金屬氧化物粒子堵塞反應器的進氣孔及出氣口，以及有效避免粒子系太陽能熱化學反應器存在金屬氧化物粒子洩漏的問題。
[0015]2)採用本發明提出的橫向送風的且帶有止回閥的清潔噴嘴結構，通過清潔噴嘴的橫向風改變進入集熱室內金屬氧化物粒子的運動方向，從而可以克服懸浮粒子系太陽能熱化學反應器中的金屬氧化物粒子易粘附在光學窗口上的缺點。
[0016]3)採用本發明提出的布置於集熱室與反應室之間的篩網結構，通過阻止絕大部分的金屬氧化物粒子隨氣流進入集熱室也可以達到避免金屬氧化物粒子粘著光學窗口以及避免金屬氧化物粒子對窗口產生衝擊的作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器的結構圖； 圖2是出氣口氣帽結構或進氣口氣帽結構的結構圖(半圓形導向式氣帽)；
圖3是出氣口氣帽結構或進氣口氣帽結構的結構圖(角形氣帽)；
圖4是出氣口氣帽結構或進氣口氣帽結構的結構圖(柱形氣帽)；
圖5是出氣口氣帽結構或進氣口氣帽結構的結構圖(長圓形氣帽)；
圖中:1-光學窗口；2-集熱器殼體；3-出氣口氣帽結構；4_反應器殼體；5-絕熱保溫層；6_進氣口氣帽結構；7_金屬氧化物粒子；8_篩網結構；9_窗口清潔噴嘴；10_氣流出入口 ；11_出氣管；12_第一氣帽；13_進氣管；14_第二氣帽；15_過孔。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】:結合附圖進行說明，本實施方式的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，包括光學窗口 1、集熱器殼體2、反應器殼體4、絕熱保溫層5和金屬氧化物粒子7 ;所述反應器殼體4和集熱器殼體2由下至上設置，光學窗口 I蓋裝在集熱器殼體2上，反應器殼體4內設置有絕熱保溫層5，絕熱保溫層5的上端開有過孔15，集熱器殼體2中部為集熱室，反應器殼體4的中部為反應室，過孔15將集熱室和反應室連通，金屬氧化物粒子7填充在反應室內；具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器還包括多個出氣口氣帽結構3、多個進氣口氣帽結構6和多個窗口清潔噴嘴9 ;每個出氣口氣帽結構3均包括出氣管11和第一氣帽12，每個進氣口氣帽結構6均包括進氣管13和第二氣帽14，所述進氣管13的上端由反應器殼體4的底面向上插入反應室內，第二氣帽14安裝在進氣管13的上端，所述出氣管11的一端由反應器殼體4的側壁上部插入反應室內，出氣管11位於反應室內的一端安裝有第一氣帽12，出氣口氣帽結構3和進氣口氣帽結構6上開有氣流出入口 10，氣流出入口 10將進氣管13及出氣管11與反應室連通，所述多個窗口清潔噴嘴9由集熱器殼體2的側壁上端插入集熱室內，窗口清潔噴嘴9為橫向送風且帶有止回閥的清潔噴嘴。
[0019]進一步:所述具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器還包括篩網結構8，所述篩網結構8安裝在過孔15內。
[0020]進一步:所述集熱室為倒置圓臺形結構。
[0021]進一步:所述光學窗口 I為含選擇性透過塗層的光學窗口。
[0022]進一步:所述第一氣帽12和第二氣帽14的形狀為半圓形導向式氣帽、角形氣帽、柱形氣帽或長圓形氣帽。
[0023]進一步:出氣口氣帽結構3上的氣流出入口 10的中心線與出氣管11的中心線垂直，進氣口氣帽結構6上的氣流出入口 10的中心線與進氣管13的中心線垂直。或者，出氣口氣帽結構3上的氣流出入口 10和進氣口氣帽結構6上的氣流出入口 10由內之外傾斜向下開設。
[0024]聚光的太陽能輻射在集熱室內產生多次反射，實現對太陽能的高效捕獲，同時含選擇性透過塗層的光學窗口減少了系統對外界的散熱，在集熱室內多次反射後的高匯聚太陽輻射能進入下方反應室。帶有絕熱保溫層的反應室內填充金屬氧化物粒子，系統運行時，金屬氧化物粒子被氣流吹動而形成懸浮狀態。氣帽分別安裝在反應室的進氣口與出氣口處，可以有效避免當反應器內進氣流速過小時，金屬氧化物粒子無法處於懸浮態甚至於堵塞進氣口的問題，以及有效解決當反應器內進氣流速過大時，可能出現的金屬氧化物粒子由出氣口洩漏甚至堵塞出氣口的問題。在集熱室光學窗口下部安裝採用橫向送風的且帶有止回閥的清潔噴嘴結構，通過清潔噴嘴的橫向風改變進入集熱室內粒子的運動方向，阻止金屬氧化物粒子到達光學窗口表面，從而可以克服懸浮粒子系太陽能熱化學反應器中的金屬氧化物粒子易粘附在光學窗口上的缺點。採用篩網式結構，通過阻止絕大部分的金屬氧化物粒子隨氣流進入集熱室也可以達到避免金屬氧化物粒子粘著光學窗口以及避免粒子對窗口產生衝擊的作用。
[0025]本實施方式只是對本專利的示例性說明，並不限定它的保護範圍，本領域技術人員還可以對其局部進行改變，只要沒有超出本專利的精神實質，都在本專利的保護範圍內。
【權利要求】
1.具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，包括光學窗口(I)、集熱器殼體(2)、反應器殼體(4)、絕熱保溫層(5)和金屬氧化物粒子(7);所述反應器殼體(4)和集熱器殼體(2)由下至上設置，光學窗口(I)蓋裝在集熱器殼體(2)上，反應器殼體(4)內設置有絕熱保溫層(5)，絕熱保溫層(5)的上端開有過孔(15)，集熱器殼體(2)中部為集熱室，反應器殼體(4)的中部為反應室，過孔(15)將集熱室和反應室連通，金屬氧化物粒子(7)填充在反應室內； 其特徵在於:具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器還包括多個出氣口氣帽結構(3)、多個進氣口氣帽結構(6)和多個窗口清潔噴嘴(9);每個出氣口氣帽結構(3)均包括出氣管(11)和第一氣帽(12)，每個進氣口氣帽結構(6)均包括進氣管(13)和第二氣帽(14)，所述進氣管(13)的上端由反應器殼體(4)的底面向上插入反應室內，第二氣帽(14)安裝在進氣管(13)的上端，所述出氣管(11)的一端由反應器殼體(4)的側壁上部插入反應室內，出氣管(11)位於反應室內的一端安裝有第一氣帽(12)，出氣口氣帽結構(3)和進氣口氣帽結構(6)上開有氣流出入口(10)，氣流出入口(10)將進氣管(13)及出氣管(11)與反應室連通，所述多個窗口清潔噴嘴(9)由集熱器殼體(2)的側壁上端插入集熱室內。
2.根據權利要求1所述的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，其特徵在於:還包括篩網結構(8)，所述篩網結構(8)安裝在過孔(15)內。
3.根據權利要求1或2所述的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，其特徵在於:所述集熱室為倒置圓臺形結構。
4.根據權利要求3所述的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，其特徵在於:所述光學窗口( I)為含選擇性透過塗層的光學窗口。
5.根據權利要求4所述的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，其特徵在於:所述第一氣帽(12)和第二氣帽(14)的形狀為半圓形導向式氣帽、角形氣帽、柱形氣帽或長圓形氣帽。
6.根據權利要求5所述的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，其特徵在於:出氣口氣帽結構(3)上的氣流出入口(10)的中心線與出氣管(11)的中心線垂直，進氣口氣帽結構(6)上的氣流出入口(10)的中心線與進氣管(13)的中心線垂直。
7.根據權利要求5所述的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，其特徵在於:出氣口氣帽結構(3)上的氣流出入口(10)和進氣口氣帽結構(6 )上的氣流出入口( 10 )由內之外傾斜向下開設。
8.根據權利要求1所述的具有防顆粒堵塞及粘著光學窗口功能的懸浮粒子系太陽能熱化學反應器，其特徵在於:窗口清潔噴嘴(9)為橫向送風且帶有止回閥的清潔噴嘴。
【文檔編號】B01J19/12GK104474993SQ201410635125
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】王富強, 譚建宇, 謝銀模, 來慶志, 王成安, 馬蘭新, 王程超 申請人:哈爾濱工業大學（威海）