本發(fā)明屬于太陽能熱利用，具體涉及一種通過聚焦太陽能和微波聯合耦合電解制氫裝置，用于促進熱化學反應，提高能量轉換效率。

背景技術：

1、目前傳統(tǒng)的高溫熱化學儲能材料熱化學反應溫度高，循環(huán)穩(wěn)定性難以控制。新型的基于混合離子電子導體的熱化學儲能新材料可以在微波的作用下發(fā)生極化效應，從而大大降低反應的溫度，提升反應速度。作為一種新式的加熱方式，微波能夠明顯降低反應溫度和反應活化能，大大降低了反應所需溫度，解決了太陽能熱循環(huán)方法的熱損失大、高溫固體回熱困難，高溫情況下材料燒結等問題，在提升反應速率方面具有明顯優(yōu)勢。

技術實現思路

1、本發(fā)明涉及一種微波太陽能耦合熱化學儲能反應器，旨在提供一種高效的熱化學儲能解決方案，通過結合微波能與太陽能，實現在較低溫度下進行高效的熱化學反應，特別適用于氫氣生產等能源轉換過程。本發(fā)明微波功率可控、頻率可控、快速升降溫、寬域均熱、精確控溫等，能夠滿足不同儲能材料在不同條件下的性能測試需求。同時，該設備還可以與氣路控制系統(tǒng)、質譜、色譜等協(xié)同配合使用，實現多參數、多功能的綜合測試，為儲能材料的研發(fā)提供全面、準確的數據支持。

2、本發(fā)明采用如下技術方案：

3、一種微波太陽能耦合熱化學儲能反應器，包括微波產生及能量分配器部件、微波波導系統(tǒng)部件和高溫固體太陽能微波耦合單模腔部件；

4、所述的微波產生及能量分配器部件包括固態(tài)微波源和環(huán)形器，所述環(huán)形器設置于所述固態(tài)微波源的微波傳輸路徑中；

5、所述的微波波導系統(tǒng)部件包括依次連接的矩圓轉換波導、彎波導、微波功率計、三銷釘調配器和波導同軸轉換器，所述矩圓轉換波導與微波反應單模腔相連接，所述波導同軸轉換器通過射頻接頭與固態(tài)微波源連接；所述矩圓轉換波導用于增強駐波匹配，使微波反射更小，所述彎波導用于改變能量傳輸方向，所述微波功率計與三銷釘調配器相配合，通過調整容性和感性電納參數優(yōu)化微波傳輸波導的阻抗匹配，所述波導同軸轉換器用于使電磁波傳輸在同軸與波導之間有效轉換；

6、所述高溫固體太陽能微波耦合單模腔部件包括截止波導、微波反應單模腔、吸熱體和石英管，所述微波反應單模腔的上端設置太陽能入射口，所述截止波導設置于所述太陽能入射口處，所述吸熱體和石英管設置于微波反應單模腔內并相連接，所述吸熱體以多孔陶瓷結構或者粉末轉臺的形式放置于石英管內部中心位置，所述吸熱體用于加熱所述石英管內循環(huán)的待電解的氧化物。

7、在上述技術方案中，所述吸熱體為高熱導率的微波吸收材料，例如：摻釓氧化鈰材料、摻鑭氧化鈰材料、摻釹氧化鈰材料、氧化鈰摻雜氧化鋯多孔結構固體等。

8、在上述技術方案中，所述波導同軸轉換器為n型射頻接頭，波導接口為bj26的fdp法蘭。

9、在上述技術方案中，所述微波功率計與三銷釘調配器使用法蘭直接連接。

10、在上述技術方案中，所述待電解的氧化物為水蒸汽。

11、有益效果：

12、1.高效的能量轉換和儲能能力；能夠在較低溫度下實現熱化學反應；

13、2.微波熱化學儲能工作站同時具有發(fā)射微波與反射微波測定的功能，可通過反應過程中輸出的電抗跡線實時反映材料的變化。

14、3.設備可測定多端口被測設備的所有s參數，這對于提高實驗精度、減少誤差具有重要意義，有助于獲得更可靠、更有價值的研究數據。

15、4.利用該設備進行材料的化學熱力學和動力學特征得出材料的充放熱性能，進而對微波加熱條件下的儲能材料性能研究。

16、5.利用該設備的反射系數測量材料電導率變化，利用設備頻率范圍內的變化測定材料升溫過程響應情況和吸波特性，從而對微波熱化學儲能過程進行優(yōu)化。

17、6.該平臺可以與太陽能結合，測試不同氣氛和不同條件下的材料吸脫附特性。

18、7.能夠進行微波熱化學儲能技術的可靠性評估，通過測量功率閾值和溫度閾值，測試儲能材料在微波環(huán)境下的溫度變化特性。

19、8.可以讓微波在化學催化重整等領域應用探索，使用微波進行更低溫度的新型混合離子電子導體材料制備。

技術特征：

1.一種微波太陽能耦合熱化學儲能反應器，其特征在于：包括微波產生及能量分配器部件、微波波導系統(tǒng)部件和高溫固體太陽能微波耦合單模腔部件；

2.根據權利要求1所述的一種微波太陽能耦合熱化學儲能反應器，其特征在于：所述吸熱體為高熱導率的微波吸收材料。

3.根據權利要求2所述的一種微波太陽能耦合熱化學儲能反應器，其特征在于：所述吸熱體為摻釓氧化鈰材料、摻鑭氧化鈰材料、摻釹氧化鈰材料或氧化鈰摻雜氧化鋯多孔結構固體。

4.根據權利要求1所述的一種微波太陽能耦合熱化學儲能反應器，其特征在于：所述波導同軸轉換器為n型射頻接頭，波導接口為bj26的fdp法蘭。

5.根據權利要求1所述的一種微波太陽能耦合熱化學儲能反應器，其特征在于：所述微波功率計與三銷釘調配器使用法蘭直接連接。

6.根據權利要求1所述的一種微波太陽能耦合熱化學儲能反應器，其特征在于：所述待電解的氧化物為水蒸汽。

技術總結
本發(fā)明公開了一種微波太陽能耦合熱化學儲能反應器，該反應器融合了微波加熱與太陽能技術，旨在提高熱化學循環(huán)制氫過程的效率與安全性。該反應器主要由微波產生及能量分配器部件，微波波導系統(tǒng)部件，高溫固體太陽能微波耦合單模腔部件組成。在該耦合反應器中，聚光太陽能透過截止波導和發(fā)生器中的石英玻璃到達材料，將光能轉化為熱能，同時固態(tài)微波源輸入的微波能量通過三銷釘調節(jié)器、微波功率計和矩圓轉換波導器傳播至反應器內部，將電磁能轉化為熱能，將其吸收的熱量用于固體氧化物的電解進行清潔燃料制備，實現固體氧化物電解，降低反應所需溫度，減少電能消耗。

技術研發(fā)人員：殷昊陽,李鑫,張強強,馬天增,付銘凱
受保護的技術使用者：中國科學院電工研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/17