CN115945143A - 一种太阳能燃料生产的流化床反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热化学储能聚光太阳能发电和流化床领域，特别是一种太阳能燃料生产的流化床反应器，由两个同心圆管组成，连接在具有锥形几何形状的截面上，在干舷区，由于截面的增加，气体速度逐渐降低，固体颗粒沿着圆锥段的壁面下降，最终被输送至环隙段，颗粒通过重力作用流向环空部分的底部，直到通过在提升管中钻的四个小孔再次进入提升管，在提升管的出口，流化的颗粒直接与集中的太阳辐射相互作用来提高其温度，并促进用于热化学储能和太阳能燃料生产的吸热化学反应过程。
Description
技术领域
本发明涉及热化学储能聚光太阳能发电和流化床领域，具体涉及一种太阳能燃料生产的流化床反应器。
背景技术
由于太阳能具有间歇性、低密度和不稳定性、难以持续供应的缺点，纯太阳能热发电的广泛应用目前仍有许多问题需要解决，其中如何实现太阳能高效、大规模的储存，保证持续稳定供给是太阳能热发电技术的关键，将太阳能储存在太阳能热化学燃料中具有能量转换效率高、存储和运输方便等优点，太阳能的热化学储能允许实现更大的密度和几乎无限的时间尺度的能量存储和可调度性，而流化床反应器可以改善太阳光在催化剂床上分布不均匀以及提高反应物与催化剂的接触面积问题，减小反应器的温度波动性，提高温度分布的均匀性，但是太阳能燃料生产的流化床反应器应用还不是很广泛，对于热量转换中辐射热的利用率还不够充分。
发明内容
本发明为了最大限度地收集太阳能，承受典型的高温聚光太阳能热发电系统的高浓缩通量，并确保反应材料的温度分布均匀，提供了一种新型的用于太阳能热发电和太阳能燃料生产的流化床反应器。
本发明的技术方案是：一种太阳能燃料生产的流化床反应器，包括内管、外管、孔、锥形部分和石英窗口，内管和外管同心装配，上部与内角夹角为30°，高度为120mm的锥形部分相连，锥形部分的顶部由一个透明的3mm厚，在250～2500μm波长范围内透射率为90％的石英窗口封闭，使太阳辐射进入保持密封的反应堆运行，气体出口位于锥形部分的上部，在距底部40mm高度的内管侧表面钻了四个直径为6mm的等距孔，所有的反应堆组件都由不锈钢制成，反应器采用多层岩棉毯进行隔热，以尽量减少对外界环境的热损失。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：在提升管的出口，流化的颗粒直接与集中的太阳辐射相互作用来提高其温度，并促进用于热化学储能和太阳能燃料生产的吸热化学反应过程，在干舷区，由于截面的增加，气体速度逐渐降低，固体颗粒沿着圆锥段的壁面下降，最终被输送至环隙段，在这里，颗粒通过重力作用流向环空部分的底部，直到通过在提升管中钻的四个小孔再次进入提升管，从传热学的角度来看，提升管和环隙段可以被认为是一个双管换热器，其中床层固体在提升管中向上运动时，通过在环隙段运动的热颗粒进行预热，而在干舷段则通过集中的太阳辐射进行加热，通过双管换热器回收出干燥器部分的固体流的显热，以预热进入提升管的床固体流。
附图说明
图1为太阳能燃料生产的流化床反应器结构图。
图2为内管与外管结构图。
图3为挖孔位置局部放大图。
图中：1内管、2外管、3孔、4锥形部分、5石英窗口。
具体实施方式
下面将结合本发明例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种太阳能燃料生产的流化床反应器，包括内管1、外管2、孔3、锥形部分4和石英窗口5，内管的内径为10mm，外径为12mm，长度为120mm，外管的内径为16mm，外径为21mm，长度为70mm，内管和外管同心装配，标识两个区域，内管内部的区域称为隔水管段，内外管之间的间隙称为环空段，相应地，内管和外管将分别简称为立管和环空。
在距底部40mm高度的内管侧表面钻四个直径为6mm的等距孔，以实现流化床反应器内固体从环空到提升管段的循环，当两管装配在一起时，隔水管的顶部相对于环空突出约10mm。
最后，外径为6mm，内径为4mm的管喷嘴作为流化气体分布器位于提升管底部，环隙上部与内角夹角为30°，高度为120mm的锥形段相连，锥形部分的顶部由一个透明的3mm厚，在250～2500μm波长范围内透射率为90％的石英窗口封闭，使太阳辐射进入保持密封的反应堆运行，气体出口位于锥形部分的上部，所有的反应堆组件都由不锈钢制成，反应器采用多层岩棉毯进行隔热，以尽量减少对外界环境的热损失。
所述太阳能燃料生产的流化床反应器通过将流化气体通过管喷嘴送入上升管来调节反应器的流体力学，采用不同的颗粒材料作为惰性床料，由硅砂、莫来石和矾土粉组成，通常，床层固体惰性库存量保持在10～12g左右，使用天然石灰石作为反应材料，石灰石用量约为2～3g。
Claims (2)
1.一种太阳能燃料生产的流化床反应器，包括内管、外管、孔、锥形部分和石英窗口，内管和外管同心装配，上部与锥形部分相连，锥形部分的顶部由石英窗口封闭，在内管侧表面钻了四个等距孔。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能燃料生产的流化床反应器，其特征包括：所述锥形段内角夹角为30°，高度为120mm；所述提升管中钻四个直径为6mm的等距小孔。
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| CN202211183862.3A CN115945143A (zh) | 2022-09-27 | 2022-09-27 | 一种太阳能燃料生产的流化床反应器 |
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| CN115945143A true CN115945143A (zh) | 2023-04-11 |
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Citations (2)
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| WO2017024338A1 (en) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | The University Of Adelaide | Solar receiver |
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2022
- 2022-09-27 CN CN202211183862.3A patent/CN115945143A/zh active Pending
Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TREGAMBI C ET AL.: ""Directly irradiated fluidized bed reactor for thermochemical energy storage and solar fuels production"", 《POWDER TECHNOLOGY》, vol. 366, 19 February 2020 (2020-02-19), pages 460 - 469, XP086117875, DOI: 10.1016/j.powtec.2020.02.045 * |
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|---|---|---|---|
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Application publication date: 20230411 |