旋转气流群结构太阳能热化学反应器装置

摘要

本发明公开了一种旋转气流群结构太阳能热化学反应器装置，包括反应器壳体，反应器壳体内设有反应腔，反应腔为倒圆锥状，反应腔下口设有底板，底板上设有至少三个进气孔，进气孔沿底板平面周向均匀布置，进气孔下设有与反应腔内部连通的进气管道，各进气管道内均设有螺旋叶片。本发明进气孔均匀的布置于反应器底部边缘，进样气料螺旋上升过程中，在离心力作用下，反应气料中的固体微粒经过反应器中心区域，有效吸收中心区域的高密度太阳能流。另外，沿螺旋气流前进方向，反应器截面越来远大，旋转气流逐渐发散，交叉混合，前进速度逐渐降低，混合强度逐渐增加，增加了进料气料在光学窗口附近的停驻时间，有利于提高系统的整体热转换效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能热化学反应器，尤其涉及一种旋转气流群结构的太阳能热化学反应器装置。

背景技术

太阳能热化学反应受温度、混合强度和反应时间影响。一般温度越高，混合强度大，反应时间越长，则反应速度越快，反应越彻底，太阳能热转换效率越高。通过聚集太阳能驱动原料发生化学反应制取氢气、甲烷等燃料，将太阳能转换成原料的化学能，是开发利用太阳能的重要途径。

现有的太阳能热化学反应装置方案有很多种，典型结构主要包括：

多孔介质结构型利用多孔介质材料吸收太阳光，然后反应气体流经多孔介质，吸热发生化学反应，完成太阳能到燃料化学能的转变。但是，这种结构类型首先利用多孔介质材料吸收太阳能转换成高温热源，然后利用该高温热源加热反应气料启动热化学反应，增加了多孔介质材料这种中间载体，降低了反应气料的温度、热效率和反应速度。

单股螺旋进料型通过螺旋管道将反应气料螺旋注入反应腔体，反应气料直接吸收太阳光完成太阳能到化学能的转换。但是，实际应用时，在旋转气料的离心力作用下，吸收太阳光的固体微粒沿着反应器内壁面运动，反应器的中心区域主要是气体成分，无法吸收转换太阳辐射能，吸热作用弱，整体性能偏低。

可伸缩机械旋转型通过机械传动机构驱动反应气料旋转，促进扰动，增加太阳能热转换效率。但是由于反应的温度非常高，机械旋转轴容易高温烧坏，影响系统的可靠性。同时，机械旋转轴在高温条件会与气料反应，影响制取的燃料纯度。

针对现有技术中存在的问题，申请人提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种由多股旋流气流组成的旋流群结构太阳能热化学反应器装置，以提高反应的热效率和可靠性，促进太阳能高温热转换技术发展。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种旋转气流群结构太阳能热化学反应器装置，包括反应器壳体，反应器壳体内设有反应腔，反应腔为倒圆锥状，反应腔上口设有光学窗口，反应腔下口设有底板，底板为圆形，底板上设有至少三个进气孔，进气孔沿底板平面周向均匀布置，进气孔下设有与反应腔内部连通的进气管道，进气管道为直管，进气管道末端设有气料容器，进气管道与气料容器内部连通，气料容器内设有反应气料，反应气料通过进气管道进入反应腔；各进气管道内均设有螺旋叶片，螺旋叶片沿反应气料进气方向布置，反应气料在压力作用下经过螺旋叶片形成螺旋气流，螺旋气流经进气孔螺旋上升进入反应腔；反应器壳体上端还设有与反应腔内部连通的出气口。

进一步的，所述反应腔壳体与所述底板采用一体式设计。

本发明的有益效果是：

1、各进气孔均匀的布置于反应器底部边缘，进样气料螺旋上升过程中，在离心力作用下，反应气料中的固体微粒运动轨迹经过反应器中心区域，有效吸收中心区域的高密度太阳能流，吸热效果好；

2、沿着螺旋气流前进方向，反应器截面越来远大，各股旋转气流逐渐发散，交叉混合，前进速度逐渐降低，混合强度逐渐增加，增加了进气料在光学窗口附近的停驻时间，从而增加了吸热时间和化学反应时长，有利于提高系统的整体热转换效率；

3、螺旋气流前进方向与聚集太阳光传播方向相反，即沿着螺旋气流前进方向，聚集太阳光能流密度增加，螺旋气流温度逐渐升高，固体颗粒化学反应速度增加，直至全部反应，避免固体颗粒在光学窗口上沾附结渣，系统安全可靠性好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-2所示，一种旋转气流群结构太阳能热化学反应器装置，包括反应器壳体1，反应器壳体1内设有反应腔2，反应腔2为倒圆锥状，反应腔2上口设有光学窗口3，反应腔2下口设有与所述反应器壳体一体设计的底板4，底板4为圆形，底板4上设有至少三个进气孔5，进气孔5沿底板4平面周向均匀布置，进气孔5下设有与反应腔2内部连通的进气管道6，进气管道6为直管，进气管道6末端设有气料容器7，进气管道6与气料容器7内部连通，气料容器7内设有反应气料8，反应气料8通过进气管道6进入反应腔2。

为保证进样气料8持续稳定上升，气料容器7还连接有加压装置11(图中未标出)，加压装置11向进样气料8提供上升的动力。

各进气管道6内均设有螺旋叶9片，螺旋叶片9沿反应气料8进气方向布置，反应气料8在压力作用下流向进气管道6，并经过螺旋叶片9形成螺旋气流，螺旋气流经进气孔5螺旋上升进入反应腔2；螺旋气流前进方向与聚集太阳光传播方向相反，即沿着螺旋气流前进方向，聚集太阳光能流密度增加，螺旋气流温度逐渐升高，固体颗粒化学反应速度增加，直至全部反应，避免固体颗粒在光学窗口上沾附结渣，系统安全可靠性好。

为了保证每股螺旋气流能够相对独立稳定上升，各进气孔5沿底板4平面周向均匀布置，提高气料注入与吸热反应的均匀稳定性。

另外，螺旋气流在上升过程中，在离心力作用下，反应气料8中的固体微粒向外发散，其运动轨迹经过反应腔2中心区域，能够有效吸收中心区域的高密度太阳能流，吸热效果好。

反应腔为到圆锥状，沿着螺旋气流前进方向，反应腔截面越来远大，旋转气流逐渐发散，相互间交叉混合，前进速度逐渐降低，混合强度逐渐增加，增加了进料气料在光学窗口附近的停驻时间，从而增加反应气料8的吸热时间和化学反应时长，有利于提高系统的整体热转换效率。

反应器壳体1上端还设有与反应腔2内部连通的出气口10，保证生成的燃气上升并及时排除，出气口10和进气通道6均设置有阀门。

本发明旋转气流群结构太阳能热化学反应器装置，可以提高反应的热效率和可靠性，促进太阳能高温热转换技术发展，具有很高的可推广性。

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，都属于本发明的范围。