专利摘要

本发明涉及一种太阳能系统（1），其提供能量密度而再现高温工业工艺的燃烧火焰的效果，其特征在于，所述系统包括：太阳能接收器（10），所述太阳能接收器（10）暴露于聚集的太阳能辐射，在所述太阳能接收器（10）中，热传递流体（液体或气体）（f）被带到高温；至少一个高温室（30），在所述至少一个高温室（30）中进行所述高温工业工艺；装置（20），所述装置（20）以气体喷流（g）的形式注入热传递流体（f），以在所述至少一个高温室（30）中再现燃烧火焰。本发明也涉及一种方法，其提供能量密度而再现为此目的的燃烧火焰的效果。

权利要求

1.一种太阳能系统（1），其提供体积能量而再现高温工业工艺的燃烧火焰的效果，其特征在于，所述系统包括：

太阳能接收器（10），所述太阳能接收器（10）暴露于聚集的太阳能辐射，在所述太阳能接收器（10）中，热传递流体（液体或气体）（f）被带到高温；

至少一个高温室（30），在所述至少一个高温室（30）中进行所述高温工业工艺；

气体喷流（g）的形式的热传递流体（f）的注入装置（20），以在所述至少一个高温室（30）中再现燃烧火焰。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述太阳能接收器（10）包括腔体（11），所述腔体（11）设置有开口（12）和至少一个太阳能吸收元件（13），所述开口（12）对聚集的太阳能辐射透明，且所述至少一个太阳能吸收元件（13）由通过所述开口（12）的聚集的太阳能辐射照射。

3.根据权利要求2所述的系统，其中一个或多个太阳能吸收元件（13）为作为所述腔体（11）的至少一个壁的衬里的管道和/或导管。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述热传递流体（f）在一个或多个太阳能吸收元件（13）中循环，所述热传递流体（f）通过与所述太阳能吸收元件（13）的内表面接触的热传递而被带到高温。

5.根据权利要求2或3中任一项所述的系统，其中所述热传递流体（f）在所述腔体（11）内循环，所述开口（12）被孔道（14）覆盖，所述孔道（14）对聚集并密封的太阳能辐射透明，且所述热传递流体（f）通过与一个或多个太阳能吸收元件（13）的外表面接触的热传递而被带到高温。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的系统，其中所述腔体（11）和一个或多个太阳能吸收元件（13）由陶瓷或石墨制得。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述太阳能接收器（10）由导管穿过，所述热传递流体（f）在所述导管中运转，所述热传递流体（f）通过与所述导管的壁的内表面接触的热传递而被带到高温，所述导管的壁的外表面被聚集的太阳能辐射照射。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述热传递流体（f）在压力下注入所述太阳能接收器（10）中。

9.根据权利要求8所述的系统，其中在所述高温室（30）中的热传递流体（f）的所述注入装置（20）由通道组成，经由所述通道，所述高温热传递流体（f）在所述太阳能接收器（10）的内压的作用下离开太阳能接收器（10）而进入高温室（30）。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述高温室（30）中的压力小于所述太阳能接收器（10）中的压力，气体喷流（g）的形式由所述热传递流体（f）随着该热传递流体（f）离开所述注入装置（20）时的膨胀所导致。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述高温热传递流体（f）的温度介于1000℃和2500℃之间。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述高温室（30）为炉子，且所述高温工业工艺为用于获得金属或陶瓷材料的工艺。

13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述高温室（30）为化学反应器，且所述高温工业工艺为吸热化学反应。

14.根据前一权利要求所述的系统，其中所述热传递流体（f）包含化学惰性的气体和/或所述吸热化学反应的试剂和/或所述吸热化学反应的产物。

15.根据权利要求13或14中任一项所述的系统，其中所述吸热化学反应的至少一种试剂（r）在所述高温热传递流体（f）的注入区（31）处注入到所述高温反应器（30）中。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的系统，其中所述吸热化学反应为甲烷的裂解。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述热传递流体（f）为氢气，且甲烷被注入到所述高温反应器（30）中。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的系统，其包括多个高温室（30a、30b……），每个高温室为化学反应器，第n个反应器（30）的产物被注入到第n+1个反应器（30）中。

19.一种方法，其提供体积能量而再现高温工业工艺的燃烧火焰的效果，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

-通过聚集的太阳能辐射照射太阳能接收器（10），以将热传递流体（f）带到高温，所述热传递流体（f）在所述太阳能接收器（10）中循环；

-将所述热传递流体（f）以气体喷流（g）的形式注入到高温室（30）中，从而再现燃烧火焰；

-在所产生的燃烧火焰的作用下在所述高温室（30）中进行所述高温工业工艺。

说明书

技术领域

本发明涉及高温太阳能热和热化学系统的领域。

更精确地，本发明涉及一种太阳能系统，其通过传递流体提供体积能量，从而再现高温工业工艺的燃烧火焰的效果。

背景技术

许多工业工艺，例如用于制备炭黑的炉法工艺，需要将大量热能输入至待处理的大量材料。所需温度达到2000℃。

目前，这些高温几乎唯一地通过燃烧化石资源（特别是烃类）而产生。实际上，使用等离子体工艺，“火焰燃烧”为在工业水平下获得体积热输入（即带给体积的热）的仅有的方法中的一个。名称“火焰温度”也表示这些工艺所经受的那些温度。

这些经典技术已提供证据证明，最好需要大的电力供应，否则就要消耗化石资源并导致温室气体排放和/或污染物（NOx、SOx、颗粒）。

优选的是具有燃烧火焰的替代品，其仅由可再生能量，特别是太阳能获得。

实际上，所谓的聚集太阳能系统能够将太阳能辐射转化为热能，所述热能通常用于发电。

这些聚集系统中的一种为塔式发电厂。这种系统包括塔和称为定日镜的移动反射镜的区域，所述移动反射镜的区域将辐射聚集至塔的顶点的减小的区域。

由聚集辐射所照亮的该区域接收数百倍的直接太阳能照射，并配备称为太阳能接收器的装置，所述装置的功能是将该能量传输至其中循环的流体（液体或气体），通常为涡轮产生电力的水蒸汽。图1示出了热力学塔式发电厂，其包括塔3、定日镜区域2和太阳能接收器10。

专利申请US2010/0237291中描述的太阳能接收器包括由多个管道穿过的腔体，在所述多个管道中循环化学化合物，所述化学化合物可在所谓的吸热反应中反应，即需要通常在燃烧火焰的作用下使用的高温（例如甲烷裂解）。管道的外壁接收聚集的太阳能辐射，所述聚集的太阳能辐射将管道带到高温：管道充当传递壁。然而，热输入并非体积输入，而是表面输入：热量通过与管道的内壁接触而传递至化学试剂。该表面热输入较差地再现燃烧火焰的效果，因为化学反应主要在壁上发生。这降低了产率，并导致固体残余物的沉积物在壁上的外观和生长（在此情况中，在裂解过程的情况中为纯碳），这快速导致接收器无法使用：沉积物减小热输入，并堵塞管道。

或者，国际专利申请WO03/049853提出了一种太阳能接收器（孔道允许聚集的太阳能辐射返回），其中待加热的化学化合物直接循环。大量固体吸收剂微粒（例如炭黑烟气）悬浮于接收器中。这些颗粒被聚集的太阳能辐射照射，并扩散它们所接收的热能以进行吸热反应。此时的热输入明确为体积的（热交换在离子表面上剧烈发生，但通过在体积中的颗粒相对均匀的扩散，其不同于体积热输入），并最佳再现燃烧火焰的效果。然而，此类太阳能接收器的性能极为有限：实际上，颗粒往往快速沉积于孔道上并遮蔽孔道。回收反应产物也是复杂的，因为必须过滤所得气体以分离和回收微粒而不污染产物。因此工业兴趣较低。

目前的技术仍然需要提供一种用于高温工业工艺的燃烧火焰的可行的工业太阳能替代品。

发明内容

因此，根据第一方面，本发明涉及一种太阳能系统，其用于提供体积能量而再现高温工业工艺的燃烧火焰的效果，其特征在于其包括：

太阳能接收器，所述太阳能接收器暴露于聚集的太阳能辐射，在所述太阳能接收器中，热传递流体（液体或气体）被带到高温；

至少一个高温室，在所述至少一个高温室中进行所述高温工业工艺；

气体喷流的形式的热传递流体的注入装置，以在所述至少一个高温室中再现燃烧火焰。

根据其他有利的非限制性特性：

·太阳能接收器包括腔体，所述腔体设置有开口和至少一个太阳能吸收元件，所述开口对聚集的太阳能辐射透明，且所述至少一个太阳能吸收元件由通过所述开口的聚集的太阳能辐射照射；

·一个或多个太阳能吸收元件为作为腔体的至少一个壁的衬里的管道和/或导管；

·热传递流体在一个或多个太阳能吸收元件中循环，所述热传递流体通过与所述太阳能吸收元件的内表面接触的热传递而被带到高温；

·热传递流体在所述腔体内循环，开口被孔道覆盖，所述孔道对聚集并密封的太阳能辐射透明，且所述热传递流体通过与一个或多个太阳能吸收元件的外表面接触的热传递而被带到高温；

·腔体和一个或多个太阳能吸收元件由陶瓷或石墨制得；

·太阳能接收器由导管穿过，所述热传递流体在所述导管中运转，所述热传递流体通过与所述导管的壁的内表面接触的热传递而被带到高温，所述导管的壁的外表面被聚集的太阳能辐射照射；

·热传递流体在压力下注入太阳能接收器中；

·在高温室中的热传递流体的所述注入装置由通道组成，经由所述通道，高温热传递流体在所述太阳能接收器的内压的作用下离开太阳能接收器而进入高温室；

·高温室中的压力小于太阳能接收器中的压力，气体喷流的形式由所述热传递流体随着该热传递流体离开所述注入装置时的膨胀（détente）所导致：

·高温热传递流体的温度介于1000℃和2500℃之间。

·高温室为炉子，且高温工业工艺为用于获得金属或陶瓷材料的工艺；

·高温室为化学反应器，且高温工业工艺为吸热化学反应；

·热传递流体包含化学惰性的气体和/或所述吸热化学反应的试剂和/或所述吸热化学反应的产物；

·所述吸热化学反应的至少一个试剂在高温热传递流体的注入区处注入到所述高温反应器中；

·所述吸热化学反应为甲烷的裂解；

·所述热传递流体为氢气（dihydrogène），且甲烷被注入到所述高温反应器中；

·所述系统包括多个高温室，每个高温室为化学反应器，第n个反应器的产物被注入到第n+1个反应器中。

本发明的第二方面涉及一种方法，其用于体积能量而再现高温工业工艺的燃烧火焰的效果，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

-通过聚集的太阳能辐射照射太阳能接收器，以将热传递流体带到高温，所述热传递流体在所述太阳能接收器中循环；

-将所述热传递流体以气体喷流的形式注入到所述高温室，从而再现燃烧火焰；

-在所产生的燃烧火焰的作用下在所述高温室中进行所述高温工业工艺。

附图说明

根据优选实施方案的如下描述，本发明的其他特性和优点将浮现。该描述参照附图提供，在附图中：

-之前描述的图1为已知的太阳能热力学塔式发电厂的图；

-图2为根据本发明的太阳能系统的一个实施方案的图；

-图3a为由根据本发明的系统使用的太阳能接收器的透视图，图3b和3c为该太阳能接收器的两个实施方案的两个截面图；

-图4为根据本发明的太阳能系统的另一实施方案的图；

-图5为根据本发明的太阳能系统的太阳能接收器的一个特别有利的实施方案的图；

-图6为根据本发明的太阳能系统的收集器的一个实施方案的图；

-图7为根据本发明的系统的一个特别有利的实施方案中的流体循环平面图（ 软件）。

具体实施方式

一般构造和原理

参见附图并首先参见图2，根据本发明的太阳能系统1包括三个主要部分：太阳能接收器10、高温室30以及从太阳能接收器10至高温室30的流体注入装置20。

本说明书中提及的“高温”对应于几乎仅可通过燃烧火焰或等离子体，而不通过简单的电阻获得的温度。这些高温通常为1000℃以上，如果需要，可达到2000℃甚或2500℃。

由图2可见，太阳能接收器暴露于聚集的太阳能辐射。如前所述，太阳能辐射聚集装置使用光学系统将由巨大表面接收的太阳能辐射会聚于小表面上：反射镜区域（定日镜）、大的抛物面反射镜、透镜等。由接收器10接收的能量等于易发生光损耗的总太阳能，例如接近由图1中的定日镜2的区域的总表面捕获的能量。

热传递流体f在接收器10中循环，该流体在聚集的太阳能辐射的作用下被带到高温。不同类型的流体和不同的接收器几何形状将在下文详细描述。

高温室30本身为高温工业工艺的场所。如下文所述，在本发明的范围内可使用许多工业工艺，特别是需要体积能量（尤其是当该输入通常由燃烧火焰产生时）的任何工艺。

本发明的核心为经由注入装置20将气体喷流g形式的热传递流体f注入至少一个高温室30中。实际上，产生仅包含燃烧反应的最终高温气体产物或中间产物的火焰（通常CO₂、H₂O），火焰的发光方面是由于这些气体的电子的激发。因此，高温气体喷流可等同于燃烧火焰。因此，以足够的速率注入在室30的细小开口处加热的热传递流体f模拟了燃烧器，并再现燃烧火焰。

太阳能接收器的构造

专家已知许多类型的太阳能接收器10。应注意，本发明不特别地限于任何类型的接收器，而是可适用于能够在聚集的太阳能辐射的作用下将热传递流体f带到高温的任何接收器。

下面将引用三个有利的特别适用的实施方案。

首先，例如与图3a一致，其次，太阳能接收器10包括腔体11，所述腔体11设置有开口12和至少一个太阳能吸收元件13，所述开口12对聚集的太阳能辐射透明，且所述至少一个太阳能吸收元件13由通过所述开口12的聚集的太阳能辐射照射。开口意指使太阳能辐射通过的任意“窗口”，而不管其是玻璃还是接收器10的壁中的简单的孔。开口12可由收集器椎体16（第二聚集器）封闭，实施收集器椎体16由反射性材料制得，如图2所示，该椎体甚至更精确地将聚集的太阳能辐射聚集至开口12。

太阳能吸收元件13为将在聚集的太阳能辐射的作用下加热的耐火元件。太阳能在太阳能吸收元件13的壁处有效转换为热。接收器10的所述第一和第二实施方案的区别在于这些元件13的形式和热传递流体f的循环图。

在该第一实施方案中，如分布由图3b和图3c明显看出，一个或多个太阳能吸收元件13有利地为作为腔体11的至少一个壁（特别是与开口12相对的壁，即暴露于聚集的辐射的壁）的衬里的导管和/或管道。以此方式，热传递流体f在太阳能吸收元件13中循环，其通过与太阳能吸收元件13的内表面接触的热传递而被带到高温。或者，导管和/或管道不靠在腔体11的壁上设置，以通过在腔体11的壁上反射而间接接收辐射。

热在这些管道或导管的外壁上出现，并通过传导至内壁传输，通过热传递流体的通路冷却。在“导管”构造中（其在包括腔体11的基底的材料中形成），应注意存在所有导管共有的外壁，所述外壁实际上为腔体11的基底。在平行六面体或半圆柱形太阳能接收器10的情况中，最通常的情况，所述壁基本上与太阳能辐射的入射轴正交，因此发生最大的温度上升。在“管道”构造（在该构造中，吸收元件13由与腔体11分开的管道形成）中，在腔体11的基底上的多次反射确保管道的外壁的整个周边得以暴露。

管道/导管与热传递流体之间的内部交换表面本身尽可能大，因为与固体-气体界面的传导-对流交换系数较低。具有大的管道/导管直径也是不可用的，因为交换仅在壁上进行。因此，有利地，增加小直径的管道/导管（以下为一个特别优选的实施方案的描述）。

所选择的材料为超耐高温（能够承受2000℃数小时），但相对导热的材料。因此，太阳能吸收元件13和更特别地腔体11选择为陶瓷或石墨（升华点在3652℃下）。由具有高温熔化的金属材料制得的管道也是可行的，尽管优选石墨。

由于热传递流体f通过管道的壁而与腔体11密封分开，腔体11最通常不再需要为密封的。简单的孔足以作为开口12，但有利地，其仍然配备玻璃板以使腔体11与特别对石墨有害的氧化气氛隔绝。腔体则可填充中性气氛（例如氮气或氩气）。

可替代地，热传递流体f可直接在腔体11中循环。开口12由对聚集的太阳能辐射透明的密封且耐压的孔道14强制关闭。在该第二实施方案中，流体f围绕热吸收元件13周围而不在热吸收元件13内部循环。因此，流体通过与太阳能吸收元件13的外表面接触的热传递而被带到高温，所述太阳能吸收元件13的外表面仍然经由开口12而由聚集的太阳能辐射照射。该太阳能接收器10在图4中明显可见。

因此，吸收元件13的形式具有更大的自由度，且有利地选择提供极高的与流体f的交换表面的蜂窝结构、多孔泡沫或气溶胶。这些结构通常占据腔体的整个横截面，以迫使热传递流体f经过。

优选的材料和尺寸与第一实施方案基本上相同。

根据有利的第三实施方案，可省略腔体11和开口12。太阳能接收器10实际上由其中运转热传递流体f的导管穿过，所述热传递流体f通过与导管壁的内表面接触的热传递而被直接带到高温，所述导管壁的外表面被聚集的太阳能辐射照射。为了促进热传递，可使用在该导管中产生湍流的元件。该解决方法极接近于导管集成于腔体中的第一解决方法，必须知晓在更高温度下，腔体必需通过红外辐射至外部而减少热损耗。

这种太阳能表面导管接收器特别描述于法国专利申请FR0957204中。

接收器的特别优选的实施方案

根据之前描述的接收器的第一实施方案，由PROMES实验室开发的一个特别有利的太阳能接收器10（装置CNRS8521）示于图5中。该多管实验接收器能够将热传递流体f加热至2073°K的温度。

该接受器10包括铝封套和基本上立方体的石墨接收腔体11（大约40cm/侧）。使聚集的太阳能流过的开口12具有13cm的直径。总共为七个的管道13为800mm长，内径为18mm且外径为26mm。它们水平交错设置。由直径为360mm且5mm厚的石英制得的半球形孔道14将腔体11与氧化气氛隔绝。围合腔体11的区域15（总体平行六面体，侧边大约800mm）填充绝缘材料（例如由铝硅酸盐或石墨毡制得的纤维材料）的层，所述层有助于保持腔体11中的热量。

热传递流体和注入

流体意指进入太阳能接收器10的液体或气体，然而其具有在太阳能接收器10的出口处获得的高温水平，已获得汽化温度，使得热传递流体f可采取气体喷流g的形式。然而，优选在STP（标准温度和压力条件）下的气态流体，因为不存在状态改变的问题（汽化焓的消耗）。

可使用非常多的流体，选择主要取决于流体再现燃烧火焰的工业工艺。实际上，该流体必须或者在室30中的标称高注入温度下相对于在该工艺的过程中所用的易于干扰该方法的组分是稳定的，或者相反为方法的活性组分（其影响是优选的），例如化学反应的试剂。而且，流体必须有利地具有良好的热导率以快速储存热能和/或具有高热值Cp以储存较多的能量。

通常，由于其热性能和其稳定性，氢气（不存在氧气下）和氦气为特别有利的。也存在氩气、氮气，且由于其低成本及其可得性，环境空气的使用也是可行的。

对于待注入高温室30中的热传递流体f，注入装置20可包括泵系统，但仅有极昂贵和精确的系统可耐受太阳能接收器10出口处普遍的温度。

这就是为何问题有利地通过如下方式逆转的原因：当温度水平仍然较低时，在进入太阳能接收器10之前实现压力上升：热传递流体f在压力下注入太阳能接收器10中。压力水平必须调节至接收器的元件（特别是管道13或孔道14，如果存在的话）的机械阻力。尽管如此，其可有利地上升数巴。

在高温室30中的热传递流体f的注入装置20有利地由单个通道组成，经由所述通道，高温热传递流体f在太阳能接收器10的内压的作用下离开太阳能接收器10而进入高温室30。该通道的直径可取决于太阳能接收器中的压力和流体流量而进行调节，以调节高温气体从管道离开的速度（换言之，模拟火焰的尺寸）以最佳用于方法。因此，如果Q为流量，v为排放速度且S为管道界面的表面积，则Q＝vS。假设流体遵循理想气体定律PV＝nRT，这得到PQ＝DRT/M，D为优选的质量流量，且M为流体的摩尔质量。这得到S＝DRT/PvM。重要的值的实验例子将在之后提供，但通常数厘米的半径是重要的，特别是介于1cm和10cm之间。

太阳能接收器10与注入装置20之间的连接可有利地通过收集器21（如图6所示）实现，特别是如果太阳能接收器10为管道/导管13类型。明显的是收集器21也存在于图5的接收器上。

在将高温流体经由注入装置20引入高温室30之前（特别是当高温室30包括通道时），收集器21使混合区能够使温度均匀（腔体11的构造可具有并非全部接收相同量的能量的管道13）。石墨为由于其易成型能力及其耐温性而适应的材料。图6显示了尖锐的形状：流体动力学必须特别优选高排放速度（在一些工业工艺中优选0.3至0.8马赫之间），以确保颗粒的湍流和有效传输。应理解，收集器21必须接近太阳能接收器10设置以使热损耗最小化。

而且，高温室中30的压力有利地小于太阳能接收器10中的压力。因此，气体喷流g的形式由热传递流体f离开注入装置20时热传递流体f的膨胀所导致。有利地允许该Joule–Thomson型膨胀，且通道以简单的喷嘴终止。注入装置20具有与喷嘴可相比的效果。它们增大气体喷流的规则性，并使其热能在高温室30中的分散容易，以用于工艺的需要。

注入气体的室30的区31有利地具有相对中心的位置，以最佳避免加热壁。在图2中，区31对应于预混区（参见下文）。

根据工业工艺的需要，非常有可能具有用于数个注入区31的数个高温气体入口，因此具有数个流体注入装置20。通道可扩张。

很明显，有可能选择进入通道的流体，尽管在接收器10中普遍的高温，所述流体总是为液态，并在膨胀之后进入室30的瞬间蒸发。

如前所述，根据工业工艺所需的火焰温度，高温下的热传递流体f的温度有利地为介于1000℃和2500℃之间。

高温室

如前所述，根据本发明的系统可适应于大量工业工艺。所述适应经过了任选地特定于优选工艺的高温室30的选择。明显的是，本发明不特别地局限于任何工业工艺。

例如，在冶金，钢制件或陶瓷领域中，可选择炉子作为高温室30，高温工业工艺为用于获得金属或陶瓷材料的工艺，如铁矿物的脱碳以用于钢铁生产（室30为鼓风炉），或二氧化硅的熔化以用于玻璃生产。

或者，高温室30可为化学反应器，且高温工业工艺为吸热化学反应。

化学反应器

由于选择热传递流体（即构成火焰的一种或多种气体，这与其中总是产生相同气体（CO₂、CO、NO_x、SO_x……）的燃烧的情况相反）的可能性，使用根据本发明的太阳能系统1用于进行吸热化学反应是特别重要的。燃烧所产生的气体为污染物，其特别地与反应产物混合，并污染反应产物。因此，热传递流体f有利地包含化学惰性的气体和/或所述吸热化学反应的试剂和/或所述吸热化学反应的产物。因此有可能具有极佳控制的反应。

所述吸热化学反应的至少一个试剂r也可在之前所述的高温热传递流体f的注入区31处注入高温反应器30中。因此，在具有两种试剂的反应的情况中，一种试剂可用作热传递流体，第二种试剂可注入区31中。这产生了良好的混合物，试剂中的一者已处于高能量水平。也有可能调节试剂注入的位置（注入或多或少接近气体火焰）。这在工业工艺中使用以对所产生的承受不同的停留时间的颗粒的尺寸分布起作用。

也可行的是存在超过一个高温室30a、30b等，每一个高温室为化学反应器，特别是在复杂反应的情况中。这些反应器30可有利地串联安装，第n个反应器的产物被注入第n+1个反应器。

例如，存在反应A+B+C→D的实例，其可含有如下子反应（X1和X2为反应中间体）：

A+B→X1

X1+C→X2

X2+A→D

可存在三个反应器30a、b、c，每一个反应器各自进行这些子反应。

一个有利的实施方案将使用B作为热传递流体，从而提供将A注入第一反应器30a和第三反应器30c，以及将C注入第二反应器30b。

甲烷的裂解

太阳能系统1特别适应于由气态前体制备氢或碳纳米颗粒的工业工艺，通常称为“炉法工艺”（或者在法语中称为“procédés au four”）。

因此，优选的吸热化学反应为用于共合成氢和炭黑的甲烷的裂解：CH4(g)→2H2(g)+C(s)，ΔH°=75kJ/mol。

有利地，热传递流体f为氢，且将甲烷注入高温反应器30中。在极高温度下稳定的任何其他惰性气体（如Ar、He、N2）也可用作热传递流体f，然后在离开反应器30时分离以回收。

如果根据本发明的系统特别适应，则这是因为在壁上进行裂解反应不可补救地导致热解碳沉积物的生长。

图7示出了流体循环平面图（ 软件），其示出了根据本发明的太阳能系统1在用于制备氢和炭黑的工业设备中的特别有利的集成。

当氢离开太阳能接收器10时，其以1873°K下的气体喷流g的形式注入。该热气体随后在高温绝热反应器30中与甲烷混合，所述高温绝热反应器30在图7中由两个几乎连续的高温反应器30a、30b显示：裂解反应实际上包括两个反应步骤（其物理上在相同反应器30中发生）。

在第一反应器30a中，进行甲烷的所谓偶联反应。两个甲烷分子“结合”成一个乙炔分子：CH₄→1/2C₂H₂+3/2H₂（反应速率0.9）。在第二反应器30b中，乙炔离解成氢和碳C₂H₂→H₂+2C（反应速率0.9）。

通过经由电控制的三通阀7控制H₂热传递的再循环流动，从而限制所述工艺，使得经由传感器测得的反应区的输出温度不小于900℃（称为“热炭黑”的炭黑制备工艺的最小温度）。在入口8处注入的甲烷的流量本身在此处固定为400kg/h。

然后产物必须经过旋风交换器类型的分离器4a，所述分离器4a从气态产物中分离炭黑。在到达该旋风分离器4之前，交换器5（“多流体热交换器”）有利地从产物中回收热量，以用于预热试剂和用于加热的气体。

在旋风分离器4a之后，袋式过滤器4b可证实为必要的，以在调压吸附柱6（H₂纯度100%，回收率95%）中提纯气态产物之前用于次级过滤。气体在早期必须压缩。在柱6处提纯的氢气中的一些作为热传递流体f在交换器5处预热之后被再循环至太阳能接收器10，所述氢气的其他部分在出口9c处回收以用于评价（100kg/h的生产量）。在太阳能接收器10处的氢的太阳能加热所需的功率为2.5MW。在旋风分离器4a（碳输出9a）处和在过滤器4b（碳残余物输出9b）处回收的炭黑随后可调整（300kg/h的生产量）。

应注意，本文提出的离解工艺极类似于常规工业工艺，其中仅有热贡献是不同的：不同于使用化石源的燃烧用于加热甲烷，而是注入之前通过聚集的太阳能加热的高温流体。这提供了与常规炉法工艺在产品的预处理和后处理（不包括用于调节炭黑性质的氧化后处理）方面所显示出的相同的灵活性。

根据本发明的系统完全不局限于甲烷的裂解，专家可使本发明的系统适应于进行需要燃烧火焰的任何工业工艺。

方法

根据第二方面，本发明涉及一种与根据本发明的第一方面的太阳能系统相关的方法。

因此，其为一种方法，其提供体积能量而再现高温工业工艺的燃烧火焰的效果，其特征在于，该方法包括如下步骤：

-通过聚集的太阳能辐射照射其中循环热传递流体f的太阳能接收器10，以将热传递流体f带到高温；

-将热传递流体f以气体喷流g的形式注入高温室30，从而再现燃烧火焰；

-在所产生的燃烧火焰的作用下在高温室30中进行所述高温工业工艺。

该方法重复了之前所述的机理。其适用于相同的工业工艺，且其有利地通过之前所述的太阳能系统实施方案中的一者实施。

用于再现燃烧火焰的效果的太阳能系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。