碟式太阳能反应接收器的制作方法

本发明涉及太阳能热利用技术领域，尤其涉及一种碟式太阳能反应接收器。

背景技术：

太阳能反应接收器主要起到将太阳辐射能转化为热能的作用。

目前常用的太阳能反应接收器为碟式太阳能反应接收器。其中，碟式太阳能反应接收器，主要利用蝶形抛物面聚光器将太阳光汇聚于焦点处，置于焦点处的接收器吸收太阳能。然而，由于接收器一侧接收经过抛物面聚光器汇聚反射的太阳光照射，另一侧不接收太阳光辐射，导致接收器内表面产生极大的温度梯度。例如，图1为现有的碟式太阳能反应接收器上的温度分布图。如图1所示，横坐标x为反应接收器上反应区域的位置，纵坐标y为对应的反应接收器表面的温度，反应区域的周向上温度梯度较大，从而导致该碟式太阳能反应接收器催化剂无法完全处于最适催化反应温度下，影响热能反应进程，难以高效的进行太阳能与化石燃料的热化学互补。

技术实现要素：

本发明提供一种碟式太阳能反应接收器，以解决现有的碟式太阳能反应接收器催化剂无法完全处于最适催化反应温度下导致难以高效的进行太阳能与化石燃料的热化学互补的问题。

本发明提供一种碟式太阳能反应接收器，包括：外壳，所述外壳的一端设置有碟式石英玻璃窗，所述外壳内靠近所述碟式石英玻璃窗的位置设置有催化室，所述催化室与所述碟式石英玻璃窗之间形成有第一气体流动腔；

所述外壳的另一端的内部设置有合成气体出口管，所述合成气体出口管与所述催化室之间设置有连接部，所述催化室和所述连接部与所述外壳之间形成第二气体流动腔室；所述催化室与所述连接部之间形成有第三气体流动腔室，所述第三气体流动腔与所述合成气体出口管连通；

所述合成气体出口管与所述外壳之间形成有化石燃料气体入口；

所述催化室是由多层催化剂载体形成的凹形结构，且每层所述催化剂载体设有多个孔洞，每层所述催化剂载体中的孔洞表面涂敷的催化剂的材料不同，随着每层催化剂载体与所述碟式石英玻璃窗之间距离的增加，每层催化剂载体中的孔洞表面的催化剂的最适反应温度逐层降低；

其中，化石燃料气体从所述化石燃料气体入口进入所述第二气体流动腔室，经过所述催化室进入所述第一气体流动腔室，反应生成的合成气体进入所述第三气体流动腔室并从所述合成气体出口管流出。

可选地，每层催化剂载体靠近所述碟式石英玻璃窗的一侧为第一侧，与所述第一侧相对的一侧为第二侧；

从所述第一侧至所述第二侧，催化剂的质量逐渐增加，对应的孔隙率逐渐降低。

可选地，所述外壳的横截面的形状为凸台型，所述外壳的材质为不锈钢材质。

可选地，所述催化室的形状为筒形，所述筒形包括直筒部和锥形部，所述锥形部与所述碟式石英玻璃窗相对设置；

所述合成气体出口管与所述直筒部之间设置有所述连接部，所述直筒部和所述连接部与所述外壳之间形成第二气体流动腔室；所述锥形部与所述连接部之间形成有第三气体流动腔室。

可选地，所述直筒部的厚度小于所述锥形部的厚度。

可选地，所述碟式石英玻璃窗的材料为高光线穿透率材料。

本发明提供的碟式太阳能反应接收器，通过设置催化室为多层催化剂载体形成的凹形结构，且每层催化剂载体设有多个孔洞，每层催化剂载体中的孔洞表面涂敷有的不同材料的催化剂，且随着每层催化剂载体与碟式石英玻璃窗之间距离的增加，每层催化剂载体中的孔洞表面的催化剂的最适反应温度逐层降低，合理优化催化室的结构布置，降低了该碟式太阳能反应接收器的周向温度梯度。本发明解决了现有碟式太阳能反应接收器的温度不均所带来效率降低的影响，通过催化剂载体的分层、多孔设置，使得每层催化剂载体中的孔洞表面的催化剂的材料不同，从而使得催化剂能够处于最适反应温度，优化了该碟式太阳能反应接收器的温度分布，提高了热化学互补的反应效率，使得该碟式太阳能反应接收器更加经济、安全。

附图说明

图1为现有的碟式太阳能反应接收器上的温度分布图；

图2为本发明提供的碟式太阳能反应接收器的整体结构示意图；

图3为本发明提供的碟式太阳能反应接收器的纵剖面结构示意图；

图4为本发明提供的碟式太阳能反应接收器的横剖面结构示意图；

图5为本发明提供的碟式太阳能反应接收器中催化剂的纵剖面示意图。

具体实施方式

图2为本发明提供的碟式太阳能反应接收器的整体结构示意图，图3为本发明提供的碟式太阳能反应接收器的纵剖面结构示意图，图4为本发明提供的碟式太阳能反应接收器的横剖面结构示意图，图5为本发明提供的碟式太阳能反应接收器中催化剂的纵剖面示意图。如图2-4所示，本实施例提供的碟式太阳能反应接收器包括：外壳10，外壳10的一端设置有碟式石英玻璃窗20，外壳10内靠近碟式石英玻璃窗20的位置设置有催化室30，催化室30与碟式石英玻璃窗20之间形成有第一气体流动腔40。外壳10的另一端的内部设置有合成气体出口管50，合成气体出口管50与催化室30之间设置有连接部60，催化室30和连接部60与外壳10之间形成第二气体流动腔室70。催化室30与连接部60之间形成有第三气体流动腔室80，第三气体流动腔与合成气体出口管50连通。合成气体出口管50与外壳10之间形成有化石燃料气体入口90。所述催化室30是由多层催化剂载体形成的凹形结构，且所述催化剂载体设有多个孔洞，每层所述催化剂载体中的孔洞表面涂敷的不同材料的催化剂，随着每层催化剂载体与碟式石英玻璃窗20之间距离的增加，每层催化剂载体中的孔洞表面的催化剂的最适反应温度逐层降低。其中，化石燃料气体从化石燃料气体入口90进入第二气体流动腔室70，经过催化室30进入第一气体流动腔40室，反应生成的合成气体进入第三气体流动腔室80并从合成气体出口管50流出。

具体地，本实施例中外壳10对碟式石英玻璃窗20、催化室30、连接部60以及合成气体出口管50起到固定支撑的作用。本实施例中外壳10的横截面可为方形、或者不规则形状等，外壳10的两侧可外弧线，也可为直线。本实施例中外壳10的具体形状可根据实际情况而定，只需保证催化剂能够放置在外壳10内即可。为了增加外壳10的使用强度，可选地，外壳10的横截面的形状为凸台型，外壳10的材质为不锈钢材质。

进一步地，本实施例中外壳10的一端为碟式石英玻璃窗20，碟式石英玻璃窗20为碟式聚光镜，具有耐高温、化学温度性的优点，能够将太阳光聚焦形成光斑直接照射在碟式太阳能反应接收器上，且以辐射的方式使得反应接收器内的化石燃料气体温度升高，从而达到太阳能与化石燃料热化学互补所需的温度。为了使得太阳光良好的穿透碟式石英玻璃窗20，可选地，碟式石英玻璃窗20的材料为高光线穿透率材料。本实施例中碟式石英玻璃窗20与外壳10可采用可伐合金与玻璃封接工艺进行连接，也可采用其他工艺技术进行连接。本实施例对外壳10与碟式石英玻璃窗20的连接方式不做限定，只需满足两者能够可靠连接即可。

进一步地，本实施例中在外壳10内靠近碟式石英玻璃窗20的位置设有催化室30，由于光催化过程主要是在催化剂表面发生，因此，设置催化室30内为由多层催化剂载体形成的凹形结构，且每层催化剂载体设有多个孔洞，每层催化剂载体中的孔洞表面上涂敷的催化剂的材料是不同的。又由于催化剂载体靠近碟式石英玻璃窗20的一层，温度较高；催化剂载体靠近碟式石英玻璃窗20的一层，温度较低，使得反应区域的温度分布不均匀，反应区域的周向上温度梯度较大，导致该碟式太阳能反应接收器的催化剂无法完全处于最适催化反应温度下，故而该碟式太阳能反应接收器效率下降。因此，本实施例中通过合理优化催化室30的结构布置以避免上述问题。

具体地，本实施例中可将催化剂载体分层设置，且将不同材料的催化剂镀于每层催化剂载体中孔洞的表面，其中一层催化剂中孔洞的表面镀有相同材料的催化剂，一层催化剂载体中孔洞与一层催化剂载体中孔洞分别镀有不同材料的催化剂。本实施例中催化剂载体的内部可采用多孔介质，呈蜂窝状，如采用氧化铝等材料。本实施例中对催化剂载体的材料和催化剂载体中孔洞的大小不做限定，可根据实际情况进行设定，只需将催化剂载体中孔洞的表面涂敷有催化剂且能够置于催化室30内即可。且本实施例中对催化剂的材料也不做限定，只需催化剂能够催化太阳能热化学反应即可。且本实施例中可将催化剂载体的开口端与碟式石英玻璃窗20的内侧壁采用焊接连接的方式实现固定，由于碟式石英玻璃窗20与外壳10牢固连接，以使得催化剂载体能够置于外壳10内。本实施例对催化剂载体与碟式石英玻璃窗20的具体连接方式不做限定，只需满足每层催化剂载体表面涂有不同材料的催化剂即可。

进一步地，如图5所示，随着每层催化剂载体与碟式石英玻璃窗20之间距离的增加，每层催化剂的质量逐渐增加，每层催化剂的孔隙率逐层降低，每层催化剂的最适反应温度逐层降低，这样使得每层的催化剂都能够处于最适反应温度范围，从而保证每层催化剂都能在较适宜的温度下进行高效的太阳能热化学反应。这样，该布置能够合理优化催化室30的结构，不仅使得催化剂能够更多的吸收太阳能的辐射，而且每层催化剂处于最适反应温度，使得化石燃料能够充分进入到催化室30内在催化剂的作用下完成反应。

进一步地，外壳10的另一端的内部设有合成气体出口管50，合成气体出口管50与外壳10之间形成有化石燃料气体入口90，化石燃料气体通过第二气体流动腔进入到催化室30后再进入到第一气体流动腔40，在第一气体流动腔40反应生成合成气体，该合成气体流入到第三气体流动腔，最后由合成气体出口管50流出。其中，本实施例中第一气体流动腔40的空间大小和形状由碟式石英玻璃窗20和催化室30形成的空间大小和形状确定，第二气体流动腔为环形空间，其空间大小和形状由催化室30和连接部60与外壳10之间形成的空间大小和形状确定，第三气体流动腔的空间大小和形状由连接部60和合成气体出口管50形成的空间大小和形状确定。本实施例中合成气体出口管50的形状可为方体，也可为筒体，具体可根据外壳10的实际形状而定。本实施例对合成气体出口管50的具体形状不做限定，只需满足合成气体能够从合成气体出口管50流出即可。

进一步地，本实施例中连接部60的一端与催化剂载体可采用焊接的方式进行连接，连接部60的另一端与合成气体出口管50也可采用焊接的方式进行连接，本实施例对连接部60分别与催化剂载体、合成气体出口管50的连接方式不做限定，只需满足连接部60分别与催化剂载体、合成气体出口管50能够可靠连接即可。由于催化室30中的催化剂载体与外壳10的内侧壁连接，便可使得合成气体出口管50能够固定在外壳10内。为了使得合成气体出口管50能够更加稳定的置于外壳10内，本实施例可在合成气体的外侧壁上设有连接杆，连接杆的一端连接合成气体出口管50的外侧壁，连接杆的另一端连接外壳10的内侧壁。本实施例对连接杆分别与合成气体出口管50和外壳10的连接方式不做限定，本实施例对连接杆的个数、大小和形状也不做限定，只需满足连接杆能够将合成气体出口管50和外壳10可靠连接即可。

进一步地，本实施例可在外壳10靠近合成气体出口管50的一端设置气体分离回收装置。该装置可将未反应的化石燃料气体从合成气体中分离出来，重新通过化石燃料气体入口90进入到反应接收器中进行太阳能与化石燃料的热化学互补，以实现资源的回收再利用。

使用本实施例碟式太阳能反应接收器进行工作的具体过程是：

太阳光穿透碟式石英玻璃窗20聚焦成光斑照射在催化室30的催化剂上，由于催化剂载体分层且紧密布置，且在每层催化剂载体中的孔洞表面镀有不同材料的催化剂的最适反应温度逐层降低，这样，化石燃料气体从化石燃料气体入口90进入第二气体流动腔室70，经过催化室30进入第一气体流动腔40室时，各层孔洞表面的催化剂皆能保持最高的活性，能够反应生成更多的合成气体，合成气体再进入第三气体流动腔室80并从合成气体出口管50流出。这样便可避免现有碟式太阳能反应接收器中由于催化剂在周向上存在的温度差异，使得催化剂活性较低，反应效率低下的问题。

本实施例提供的碟式太阳能反应接收器，通过设置催化室为多层催化剂载体形成的凹形结构，且每层催化剂载体设有多个孔洞，每层催化剂载体中的孔洞表面涂敷有的不同材料的催化剂，且随着每层催化剂载体与碟式石英玻璃窗之间距离的增加，每层催化剂载体中的孔洞表面的催化剂的最适反应温度逐层降低，合理优化催化室的结构布置，降低了该碟式太阳能反应接收器的周向温度梯度。本实施例解决了现有碟式太阳能反应接收器的温度不均所带来效率降低的影响，通过催化剂载体的分层、多孔设置，使得每层催化剂载体中的孔洞表面的催化剂的材料不同，从而使得催化剂能够处于最适反应温度，优化了该碟式太阳能反应接收器的温度分布，提高了热化学互补的反应效率，使得该碟式太阳能反应接收器更加经济、安全。

在上述实施例的基础上，继续结合图3，对催化剂的和催化室30的具体形状进行详细说明。

首先，本领域技术人员可以理解，接收太阳能的辐射的一侧，温度较高；背向接收太阳能的辐射的一侧，温度较低。为了减少催化剂的温度差异，可选地，每层催化剂载体靠近碟式石英玻璃窗20的一侧为第一侧，与第一侧相对的一侧为第二侧。从第一侧至第二侧，催化剂的质量逐渐增加，对应的孔隙率逐渐降低。

具体地，由于催化剂的温度分布不均匀，整个催化剂无法处于一个相对均衡的温度下，因此，本实施例中每层催化剂载体中的孔洞表面涂敷有非均匀孔隙率的催化剂，能够大大提升太阳能与化石燃料气体的热化学互补。又由于催化剂的孔隙率布置以温度高低为依据，因此，在温度高的地方投入较少的催化剂，在温度低的地方投入多的催化剂。这样，本实施例中催化剂孔隙率为第一侧到第二侧逐渐降低，从而优化了催化剂的结构，进一步提高了太阳能与化石燃料气体的热化学互补的效率，同时也能起到降低反应接收器周向温度梯度，改善反应接收器的温度场，提高了碟式太阳能反映接收器的热化学反应效率。

其次，由于外壳10内需要能够容纳下催化室30，因此本实施例中催化室30可根据外壳10的实际形状进行设置。本实施例中催化室30可为碗形的凹状结构，也可为不规则形状的凹状结构，本实施例对催化室30的形状不做限定，只需满足催化室30能够容纳在外壳10内即可。可选地，催化室30的形状为筒形，筒形包括直筒部和锥形部，锥形部与碟式石英玻璃窗20相对设置。合成气体出口管50与直筒部之间设置有连接部60，直筒部和连接部60与外壳10之间形成第二气体流动腔室70。锥形部与连接部60之间形成有第三气体流动腔室80。

具体地，本实施例中催化剂载体充满了整个催化室30，具体可将直筒部中的催化剂载体从外壳10内侧壁一端延伸布置到连接部60的一端，锥形部中的催化剂载体从连接部60的一侧延伸到连接部60的对侧，使得第二气体流动腔室70的空间变大，更加有利于化石燃料的充分进入催化室30进行反应。且直筒部和锥形部具有一定的厚度，本实施例中直筒部与锥形部的厚度可根据实际情况而定。可选地，直筒部的厚度小于锥形部的厚度。具体地，锥形部的厚度变大，催化剂载体变多，孔洞越多，催化剂也就变多，由于碟式石英玻璃窗20正对锥形部中的催化剂载体，碟式太阳能反映接收器的热化学反应效率就越高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。