一种太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器
本发明属于太阳能热化学，具体地涉及一种太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器。
背景技术：
1、在太阳能热化学领域，高效可行的热化学反应器起到了核心的转换作用。将太阳能直接作为热化学反应器的加热源是目前极具发展潜力的能源转换方案，因此太阳能集热器与反应器直接的匹配具有极高的开发研究价值。
2、热化学反应器所需的加热温度通常需要850-1000k，因此当太阳能作为加热源时，宜采用具有高聚光比的抛物面碟式集热器。但经过抛物面碟式集热器聚光后，在反应器受热平面上会产生一个中心温度极高而四周温度低的光斑，使反应器出现局部过热、局部催化剂失活以及缩短反应器寿命等问题。
3、中国文献cn 117680048 a提出了“一种基于太阳能驱动的气体反应器”针对抛物面碟式集热器所产生的平面光斑温度不均匀问题，设计了一种圆盘状的螺旋流道反应器，使气体由外至内流动过程被温度逐步提高的流道预热并发生反应，但是该反应器并没有从根本上解决平面光斑温度不均匀的问题。
4、目前与碟式太阳能集热器相匹配的反应器多为腔式反应器，该种类型的反应器可以有效缓解碟式太阳能集热器所带来的平面光斑中心温度过高的问题。
5、中国文献cn 116492956 a提出了“分层式腔体结构的太阳能热化学反应器”，采用分层式腔体结构来解决抛物面碟式集热器的平面光斑问题带来的影响，并且可以获得较好的保温效果，但是该种反应器受到了腔式结构设计的影响，导致反应区域的体积占比小，严重影响了反应器的热传递效率。
6、因此解决抛物面碟式集热器与反应器匹配度低而导致用能效率低的问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供一种太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，用以解决上述存在的技术问题。
2、为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
3、一种太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其包括：
4、太阳能集热器，其用于为圆锥螺旋反应器提供热量进行加热；
5、圆锥螺旋反应器，该反应器的圆锥顶点对着太阳能集热器，该反应器侧面形成受热区，圆锥螺旋反应器的侧壁内设有气体反应流道，该流道沿反应器侧壁延伸形成螺旋结构，气体反应流道具有进料端和出料端，气体反应流道的长度从最底层至最顶层逐渐增大。
6、进一步的，还包括进料管道和出料管道，进料管道和出料管道分别与气体反应流道的进料端和出料端连通。
7、更进一步的，圆锥螺旋反应器包括反应器壳体和设置在反应器壳体内流道隔板，流道隔板分割反应器壳体形成零空隙全覆盖结构，进料管道和出料管道分别伸出至反应器壳体外部，太阳能集热器输出加热光斑照射在反应器壳体的外侧表面上进而对气体反应流道进行加热。
8、更进一步的，所述反应器壳体为倒圆锥形结构，气体反应流道与反应器外壳直接接触。
9、更进一步的，所述反应器壳体和流道隔板采用高温合金，如镍基合金625制成，但并不限于此。
10、进一步的，所述气体反应流道为倒圆锥螺旋结构。
11、更进一步的，所述太阳能集热器为碟式太阳能集热器，但并不限于此。所述气体反应流道由底层至顶层的加热温度是逐渐变化的。
12、更进一步的，所述加热光斑为立体倒圆锥形光斑，加热光斑的温度由圆锥顶点向圆锥底面逐渐增加，气体反应流道为立体倒圆锥螺旋结构，立体倒圆锥螺旋结构的底部为进料端，顶部为出料端，出料端对应于加热光斑的圆锥底面位置。
13、本发明的有益技术效果：
14、本发明通过反应器壳体与气体反应流道的设计，使以往太阳能集热器平面光斑转化为立体的倒圆锥光斑，从而产生由圆锥顶点至底面的由低至高的温度梯度，并且消除了平面光斑中心区域温度过高的隐患；其次气体反应流道由低温区至高温区的流道长度逐渐增大，从而使反应气体在高温区的停留时间更长，反应进行得更加充分，可以提高甲烷的转化率，并且在较高气体流速的条件下亦可以获得较好的甲烷转化率；反应器结构简单，易于实现，成本低。
技术特征：
1.一种太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其特征在于：还包括进料管道和出料管道，进料管道和出料管道分别与气体反应流道的进料端和出料端连通，反应气从进料管道通入，并从温度最低、长度最短的底层流道逐层流向温度更高、长度更长的上层流道，反应气从底层到顶层流动过程中被温度逐步提高的沿程壁面预热并发生反应，并且上层流道更长使气体停留时间增加，从而实现了一个换热合理的热匹配过程。
3.根据权利要求2所述的太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其特征在于：圆锥螺旋反应器包括反应器壳体和设置在反应器壳体内的流道隔板，流道隔板分割反应器壳体形成零空隙全覆盖结构，进料管道和出料管道分别伸出至反应器壳体外部，太阳能集热器输出加热光斑照射在反应器壳体的外侧表面上进而为气体反应流道提供热量。
4.根据权利要求3所述的太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其特征在于：所述反应器壳体为倒圆锥形结构，气体反应流道由流道隔板与反应器壳体组成，气体反应流道与反应器外壳直接接触。
5.根据权利要求4所述的太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其特征在于：所述反应器壳体与流道隔板采用高温合金制成。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其特征在于：所述气体反应流道为立体倒圆锥螺旋结构。
7.根据权利要求1所述的太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其特征在于：所述太阳能集热器为碟式太阳能集热器，该集热器形成的加热光斑为立体倒圆锥光斑，照射在反应器外侧表面加热时，使反应器内的气体反应流道从底层至顶层加热温度是逐渐变化的。
8.根据权利要求7所述的太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其特征在于：所述加热光斑的温度由圆锥顶点向圆锥底面逐渐升高，气体反应流道为立体倒圆锥螺旋结构，立体倒圆锥螺旋结构的底部为进料端，顶部为出料端，出料端对应于加热光斑的圆锥底面位置。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或7或8所述的太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，其特征在于：所述气体反应流道内部布置有多孔催化剂。
技术总结
本发明涉及一种太阳能驱动的圆锥螺旋流道反应器，属于太阳能热化学技术领域，本发明包括太阳能集热器和圆锥螺旋反应器，圆锥螺旋反应器内设有气体反应流道，反应气从底层到顶层流动过程中被温度逐步提高的沿程壁面预热并发生反应，并且上层流道更长使气体停留时间增加，从而实现了一个换热合理的热匹配过程。本发明解决反应器受不均匀的太阳能集热而影响其工作性能的问题，具有结构紧凑、生产成本低等特点，能够有效提高反应器的用能效率。
技术研发人员：苏博生,蔡嘉豪,袁妁,李梁
受保护的技术使用者：集美大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23