清华大学学报(自然科学版)

作者：马朝, 程泽东, 何雅玲

单位：西安交通大学 能源与动力工程学院, 热流科学与工程教育部重点实验室, 西安 710049

关键词：太阳能热化学,甲醇重整制氢,相变储热,动态特性

基金：国家自然科学基金资助项目（51888103，52076161）

太阳能热化学制氢是生产清洁能源的重要途径。针对太阳辐射波动性大，易造成太阳能甲醇重整制氢反应器温度剧烈变化，不利于反应器稳定运行等问题，该文利用相变材料对太阳能甲醇重整制氢反应器进行热管理，以提高反应器的制氢效率和运行平稳性。首先，提出了2种相变储热型热化学反应器结构；其次，实验探究了甲醇重整制氢反应器内部的传热特性及制氢特性，分析了反应器表面热流密度大小对反应器反应产物成分及甲醇转化率的影响规律；然后，研究了相变材料的添加位置对化学反应器稳态制氢效率的影响机制；最后，分析了在非稳态工况下，不同结构的相变储能型热化学反应器甲醇转化率的动态变化情况。结果表明，在反应器制氢特性方面，当反应器表面热流密度达到7 kW·m-2时，反应产物中H2占比为0.713，甲醇转化率为0.956，且随着热流密度的增大，热化学反应器的甲醇转化率不断增加。将相变材料分别填充在反应器壳侧和管侧后，稳态工况下，催化剂用量分别减少了66.0%和13.5%，反应器的甲醇转化率仍较高，单位体积催化剂的反应速率更高；动态工况下，热化学反应器的甲醇转化率变化幅度分别缩小了23.4%和13.7%，有效提高了反应器的热惯性，使反应器运行更加平稳。

来源：2021年第12期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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