具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

还需要说明的是，本发明中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本申请提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种热解反应装置，包括热解模块、外壳和潜热储热模块；其中，

所述热解模块包括至少一个热解反应器，所述热解反应器分布在所述外壳围成的反应腔内；

所述外壳设有换热流体入口和换热流体出口，所述换热流体入口和所述换热流体出口均与所述反应腔连通；

所述潜热储热模块设置在所述热解反应器和所述换热流体入口之间的所述反应腔内；

所述潜热储热模块包括若干潜热介质封装颗粒，若干所述潜热介质封装颗粒内部填充固液相变介质。

本发明中，在热解反应器和换热流体入口之间的反应腔内设置潜热储热模块，潜热储热模块包括若干潜热介质封装颗粒，若干所述潜热介质封装颗粒内部填充固液相变介质，换热流体从换热流体入口进入到反应腔之前，换热流体需要流经潜热储热模块的潜热介质封装颗粒，换热流体流经潜热介质封装颗粒表面，部分换热流体与潜热介质封装颗粒进行热交换，内部的固液相变介质吸热转化为液态，实现了热量的储存，当太阳能热源出现瞬时波动，进入的换热流体温度降低，则固液相变介质与温度相对更低的换热流体进行热交换，提升进入到反应腔的换热流体温度，减小换热流体温度的波动，使热解反应器中的反应更加稳定。

作为一种可选的实施方式，若干所述潜热介质封装颗粒的外部为壳体，若干所述潜热介质封装颗粒的内腔的下半部设有若干导热骨架，若干所述导热骨架的一端与所述壳体相连，若干所述导热骨架的间隙填充所述固液相变介质；

若干所述潜热介质封装颗粒的内腔的上半部填充有纳米微粒。

本申请中，在潜热介质封装颗粒的内腔的下半部设有若干导热骨架，若干所述导热骨架的一端与所述壳体相连，导热骨架的作用在于强化潜热介质封装颗粒下半部的热交换，以匹配潜热介质封装颗粒内腔上半部由熔化相变介质自然对流引起的较高换热速率，使整个潜热介质封装颗粒内腔的热交换更加均衡。

本申请中，纳米微粒填充在潜热介质封装颗粒内腔的上半部，能够增强上半部的固液相变介质的热对流和热交换，这是由于当换热性能需求进一步提高时，下半部分可以通过换用等效导热系数更高的导热骨架，但是在温差一定的情况下，上半部分的自然对流强度也不会有所改变，此时上半部分的换热能力就相对不够了，所以想要进一步高效增强颗粒的换热性能本申请引入了不影响自然对流(会随着相变介质流动)的纳米微粒对上半部分进行强化。

作为一种可选的实施方式，所述换热流体为空气，所述固液相变介质材质包括溴化锂。

本申请中，固液相变介质采用溴化锂，其熔点在442-547℃，能够在换热流体温度≥442℃时相变吸热，在太阳能热源瞬时波动过程中，若进入的导热流体温度低于442℃，则固液相变介质与导热流体进行热交换，将储存的热量传递给固液相变介质使其升温，以保障热解反应在一个相对稳定的温度环境下进行，换热流体优选为空气，也可采用其他类型的换热流体，具体不做特别限制。

作为一种可选的实施方式，所述壳体的材质包括不锈钢，Incoloy 800H(奥氏体耐热合金)，所述导热骨架的材质包括泡沫石墨，所述纳米微粒的材质包括纳米铜。

本申请中，潜热介质封装颗粒的壳体一方面能够起到维持潜热介质封装颗粒的外形的作用，另一方面能够起到导热传热作用。

作为一种可选的实施方式，若干所述潜热介质封装颗粒的直径为10～20mm，所述壳体厚度为2～5mm；

所述导热骨架总体积与若干所述潜热介质封装颗粒的内腔体积比值为(0.3～0.6)∶1；

所述纳米微粒粒径为0.01～0.1μm，所述纳米微粒与所述固液相变介质的质量比为(0.03～0.05)∶1。

本申请中，潜热介质封装颗粒的直径为10～20mm，比表面积适中，换热性能好，能够快速响应太阳能间歇带产生的热负荷脉冲，低于该范围则加工较为困难，高于该范围则对热负荷脉冲响应相对较慢，不利于维持热解反应温度稳定，导热骨架总体积与潜热介质封装颗粒的内腔体积比值为(0.3～0.6)∶1，这一范围内的体积比值对颗粒上半部分的相变介质自然对流影响相对较小，纳米微粒粒径为0.01～0.1μm的好处是加工方便，性价比相对较高，纳米微粒与所述固液相变介质的质量比为(0.03～0.05)∶1，好处是强化效果不易随相变介质充放热次数增加而衰退。

作为一种可选的实施方式，若干所述潜热介质封装颗粒置于承重壳的内腔，所述承重壳一侧与所述换热流体入口连通，另一侧通过不少于一个的通孔与所述反应腔连通，所述承重壳的内腔呈倒锥形。

本申请中，承重壳的作用在于维持整个潜热储热模块形状，对热解反应器进行支撑，同时能够连接换热流体入口和反应腔，承重壳的内腔呈倒锥形，好处在于能够较为均匀地将换热流体分配到热解腔周围，使不同热解腔内的物料反应程度相对均匀。

作为一种可选的实施方式，所述外壳为绝热外壳，所述外壳顶部设有顶盖，所述顶盖设有挥发分排出口；

所述热解反应器内设有热解腔，所述热解腔与所述挥发分排出口相连通。

作为一种可选的实施方式，所述换热流体入口设置于所述壳体底部，所述反应腔的顶部设有隔板一，所述隔板一开设有与所述热解反应器外壁匹配的若干过孔一，所述热解反应器顶端置于所述过孔一内，所述隔板一将所述反应腔与所述热解反应器的顶部开口分隔开，所述换热流体出口设置于所述隔板一下方的所述壳体侧壁。

本申请中，隔板一的作用在于避免换热流体与热解反应器的热解腔接触，也避免换热流体从挥发分排出口排出。

作为一种可选的实施方式，所述反应腔中央的所述热解反应器的内径大于所述反应腔边缘的所述热解反应器的内径；

相邻两个所述热解反应器之间连接有导热架；

所述反应腔的中部或中上部设有隔板二，所述隔板二呈锥形，所述隔板二的外缘与所述外壳内壁相互接触或相连，所述隔板二设有若干过孔二，所述热解反应器穿设于所述过孔二内，位于所述隔板二中央的所述过孔二的直径大于穿过该过孔二的所述热解反应器的外径，其差值为5mm。

本申请中，反应腔中央的所述热解反应器的内径大于所述反应腔边缘的所述热解反应器的内径，这是由于进入到反应腔中央的换热流体流量大于反应腔边缘的流量，边缘的热解反应器内径更小，则能够避免热源不足而影响边缘热解反应器的热解反应稳定性。

本申请中，导热架能够强化换热流体与热解腔之间的换热，因为适用的换热流体热扩散系数普遍相对较低。

本申请中，隔板二位于隔板一下方，且呈锥形，能够促使反应腔边缘的换热流体向中央汇聚，使中部尺寸较大的热解反应器能够得到充足的热量，位于所述隔板二中央的所述过孔二的直径大于穿过该过孔二的所述热解反应器的外径，能够促使换热流体汇聚至中央的热解反应器进行热交换，最后从隔板二中央的过孔二与中央的热解反应器间隙(5mm宽)流出。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供一种分布式聚光太阳能驱动热解反应系统，包括聚光集热装置、生物油冷凝器、过滤器、储气罐和所述的热解反应装置；

所述聚光集热装置的输出端与所述热解反应装置的换热流体入口相连，所述聚光集热装置的输入端与所述热解反应装置的换热流体出口相连；

所述热解反应装置的挥发分排出口与所述生物油冷凝器相连，所述生物油冷凝器的另一侧与所述过滤器相连，所述过滤器与所述储气罐相连。

本发明中，聚光集热装置作为热解反应的热源，采用现有常规的聚光集热装置，将换热后温度较高的换热流体输送至换热流体入口，后进入潜热储热模块和热解腔为热解反应供热，潜热储热模块储存部分热量，换热流体进行热交换后温度降低，从换热流体出口流出，进入到聚光集热装置输入端进行换热升温，热解反应产生的挥发分进入到冷凝器，冷凝分离得到热解生物油，在进入过滤器，得到热解气，储存在储气罐中，该系统的热解反应装置设置了潜热储热模块，能够储存热量，使生物质热解反应稳定进行，避免热源波动而导致的生物质热解效率低。

本发明中，聚光集热装置、生物油冷凝器、过滤器和储气罐均可采用现有设备或装置，其结构和运行原理在此不再详述。

下面将结合实施例对本申请一种分布式聚光太阳能驱动热解反应装置进行详细说明。

实施例1

本实施例一种热解反应装置，如图1-3所示，包括热解模块、外壳2和潜热储热模块；其中，

所述热解模块包括至少一个热解反应器1，所述热解反应器1分布在所述外壳2围成的反应腔3内；

所述外壳2设有换热流体入口21和换热流体出口22，所述换热流体入口21和所述换热流体出口22均与所述反应腔3连通；

所述潜热储热模块设置在所述热解反应器1和所述换热流体入口21之间的所述反应腔3内；

所述潜热储热模块包括若干潜热介质封装颗粒4，若干所述潜热介质封装颗粒4内部填充固液相变介质41。

可选的，若干所述潜热介质封装颗粒4的外部为壳体42，若干所述潜热介质封装颗粒4的内腔的下半部设有若干导热骨架43，若干所述导热骨架43的一端与所述壳体42相连，若干所述导热骨架43的间隙填充所述固液相变介质41；

若干所述潜热介质封装颗粒4的内腔的上半部填充有纳米微粒44。

可选的，所述换热流体为空气，所述固液相变介质41材质包括溴化锂。

可选的，所述壳体42的材质包括不锈钢，Incoloy 800H，所述导热骨架43的材质包括泡沫石墨，所述纳米微粒44的材质包括纳米铜。

可选的，若干所述潜热介质封装颗粒4的直径为10～20mm，所述壳体42厚度为2～5mm；

所述导热骨架43总体积与若干所述潜热介质封装颗粒4的内腔体积比值为(0.3～0.6)∶1；

所述纳米微粒粒径为0.01～0.1μm，所述纳米微粒与所述固液相变介质41的质量比为(0.03～0.05)∶1。

可选的，若干所述潜热介质封装颗粒4置于承重壳5的内腔，所述承重壳5一侧与所述换热流体入口21连通，另一侧通过不少于一个的通孔与所述反应腔3连通，所述承重壳5的内腔呈倒锥形。

可选的，所述外壳2为绝热外壳2，所述外壳2顶部设有顶盖23，所述顶盖23设有挥发分排出口24；

所述热解反应器1内设有热解腔11，所述热解腔11与所述挥发分排出口24相连通。

可选的，所述换热流体入口21设置于所述壳体42底部，所述反应腔3的顶部设有隔板一6，所述隔板一6开设有与所述热解反应器1外壁匹配的若干过孔一，所述热解反应器1顶端置于所述过孔一内，所述隔板一6将所述反应腔3与所述热解反应器1的顶部开口分隔开，所述换热流体出口22设置于所述隔板一6下方的所述壳体42侧壁。

可选的，所述反应腔3中央的所述热解反应器1的内径大于所述反应腔3边缘的所述热解反应器1的内径；

相邻两个所述热解反应器1之间连接有导热架；

所述反应腔3的中部或中上部设有隔板二12，所述隔板二12呈锥形，所述隔板二12的外缘与所述外壳2内壁相互接触或相连，所述隔板二12设有若干过孔二，所述热解反应器1穿设于所述过孔二内，位于所述隔板二12中央的所述过孔二的直径大于穿过该过孔二的所述热解反应器1的外径，其差值为5mm。

实施例2

本实施例一种分布式聚光太阳能驱动热解反应系统，如图4所示，包括聚光集热装置7、生物油冷凝器8、过滤器9、储气罐10和如实施例1所述的热解反应装置；

所述聚光集热装置7的输出端与所述热解反应装置的换热流体入口21相连，所述聚光集热装置7的输入端与所述热解反应装置的换热流体出口22相连；

所述热解反应装置的挥发分排出口24与所述生物油冷凝器8相连，所述生物油冷凝器8的另一侧与所述过滤器9相连，所述过滤器9与所述储气罐10相连。

本发明一种热解反应装置在运行时热解单元内部温度分布如图5所示，可见在实施例工况下装置运行中热解单元内部最低反应温度为450℃，平均反应温度在500℃以上。

本发明一种分布式聚光太阳能驱动热解反应系统在额定工况(温度530-560℃)下遭遇10min、换热流体温度400℃的热负荷冲击时，潜热储热集成模块向热解模块输出换热流体的平均温度随时间内变化曲线如图6所示。与额定工况时的输出温度相比，温度变化小于5℃。可见在实施例工况下，本发明装置可有效保证流入热解模块的换热流体温度的稳定性，从而保证热解产物品质不受太阳能瞬时间歇影响。

附图5、6的详细说明：

如图5所示，图中为热解腔与其周围间隙空气换热流体换热发生热解反应的单元模型，并且为了便于模拟对几何进行了部分简化，从图中可知，底部潜热储热模块温度高于上半部热解腔外围的换热流体温度，换热流体温度高于热解腔温度，潜热储热模块温度在540-560℃，温度相对较低的换热流体从潜热储热模块流入并进入反应腔，与热解腔进行热交换，从而导致换热流体温度自下而上逐步降低，这说明本发明的潜热储热模块能够有效储存热量，并于额定工况下维持热解腔内的物料在一个相对适宜的温度环境下发生反应。

如图6所示，图中曲线是储热模块向热解模块输出换热流体的平均温度随时间变化曲线，对应工况与事件可以按时间进行如下划分：

(1)0-300s：聚光集热装置在额定功率下向系统内输入太阳能，流入储热模块的换热流体被太阳能加热至530℃。因为我们这里假设模拟开始之前储热模块已完成充能，所以图6中曲线可以看到储热模块向热解模块输出换热流体的温度稳定维持在530℃附近。

(2)第300s这一时刻：聚光集热装置停止接收太阳能(模拟实际工况中常见的太阳能间歇)，流入储热模块的换热流体温度下降至400℃(这个温度是根据反应耗热算出来的)

(3)300-900s：在这一时间段，400℃流入储热模块的换热流体被储热模块加热。从图6可以看出，在10min的太阳能间歇下，储热模块可以很好地维持向热解模块输出换热流体温度的稳定性，热负荷脉冲产生的温度扰动不到4℃。

(4)第900s这一时刻：聚光集热装置重新接收太阳能，流入储热模块的换热流体温度重新回归530℃，。

(5)900s以后：此时储热模块的能量近乎完全释放，换热流体首先要对储热模块进行再次充能，所以对热解模块的温度输出曲线并没有马上回归530℃，需要等待储热模块完成充能。

其他：

(1)900-1000s出现了小幅度温度波动，这一段波动是由模拟误差引起的。

(2)曲线响应与事件发生的时刻相比均有一定延迟，因为传热过程并非瞬间完成。提高储热模块换热性能的作用除了减少热负荷脉冲产生的温度扰动以外，另一个作用就是减小响应延迟。

本申请中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本发明一种热解反应装置，在热解反应器和换热流体入口之间的反应腔内设置潜热储热模块，潜热储热模块包括若干潜热介质封装颗粒，若干所述潜热介质封装颗粒内部填充固液相变介质，换热流体从换热流体入口进入到反应腔之前，换热流体需要流经潜热储热模块的潜热介质封装颗粒，换热流体流经潜热介质封装颗粒表面，部分换热流体与潜热介质封装颗粒进行热交换，内部的固液相变介质吸热转化为液态，实现了热量的储存，当太阳能热源出现瞬时波动，进入的换热流体温度降低，则固液相变介质与温度相对更低的换热流体进行热交换，提升进入到反应腔的换热流体温度，减小换热流体温度的波动，使热解反应器中的反应更加稳定。

(2)本发明一种分布式聚光太阳能驱动热解反应系统，聚光集热装置作为热解反应的热源，采用现有常规的聚光集热装置，将换热后温度较高的换热流体输送至换热流体入口，后进入潜热储热模块和热解腔为热解反应供热，潜热储热模块储存部分热量，换热流体进行热交换后温度降低，从换热流体出口流出，进入到聚光集热装置输入端进行换热升温，热解反应产生的挥发分进入到冷凝器，冷凝分离得到热解生物油，在进入过滤器，得到热解气，储存在储气罐中，该系统的热解反应装置设置了潜热储热模块，能够储存热量，使生物质热解反应稳定进行，避免热源波动而导致的生物质热解效率低。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。