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申请/专利权人：北京航天试验技术研究所

摘要：本发明公开了一种用于火星大气二氧化碳还原的Sabatier反应器及其方法。沿原料气流动方向设置孔隙率逐渐降低的金属多孔介质层，构建高温区到低温区连续过渡的梯度温度场，从而兼顾了高温和低温下的Sabatier反应，同步提升Sabatier反应的反应速率和转化率。本发明以平板式热管和金属多孔介质层构建复合换热强化结构，充分利用平板热管内部工质的蒸发冷凝循环和金属多孔介质层良好的空间导热能力，利用火星大气冷能消除Sabatier反应的反应热，从而保证Sabatier反应器可靠且稳定地运行。本发明不需配置额外冷却设备，从而大幅提升了Sabatier反应器对火星环境的适应性。

主权项：1.一种用于火星表面二氧化碳加氢甲烷化的Sabatier反应器，其特征在于，包括绝热的反应器壳体，反应器壳体内部的反应腔设有进气口和出气口；所述反应腔通过环形的绝热分隔板（10）分为高温反应区（4）和梯度温度场反应区（5）；所述高温反应区（4）内置有用于将Sabatier反应的原料气加热到初始反应温度的加热器（9），加热器（9）表面涂敷有Sabatier反应催化剂；所述梯度温度场反应区（5）中沿进气方向依次设有第一金属多孔介质层（11）、第二金属多孔介质层（12）和第三金属多孔介质层（13），且第一金属多孔介质层（11）、第二金属多孔介质层（12）和第三金属多孔介质层（13）的孔隙率递减，介质表面均涂敷有Sabatier反应催化剂；三层金属多孔介质层均通过贯通反应器壳体的平板式热管与外部火星大气构成换热，使三层金属多孔介质层中的Sabatier反应热能够传递至火星大气；所述原料气从所述进气口通入后，依次流经高温反应区（4）中的加热器（9）表面以及梯度温度场反应区（5）中的第一金属多孔介质层（11）、第二金属多孔介质层（12）和第三金属多孔介质层（13），再从所述出气口排出；所述反应器绝热壳体由Sabatier反应器外壳（1）和Sabatier反应器内壳（3）内外嵌套而成，且内外壳夹层中填充有绝热材料（2）；所述平板式热管包括顺次连接的平板式热管蒸发段（6）、平板式热管绝热段（7）和平板式热管冷凝段（8），平板式热管蒸发段（6）位于梯度温度场反应区（5）中且与第一金属多孔介质层（11）、第二金属多孔介质层（12）、第三金属多孔介质层（13）连接并构成换热接触，所述平板式热管冷凝段（8）位于反应器壳体外部并接触火星大气，所述平板式热管绝热段（7）贯通穿过反应器壳体且两端分别连接平板式热管蒸发段（6）和平板式热管冷凝段（8）；所述平板式热管在所述梯度温度场反应区（5）中呈环形布置，平板式热管蒸发段（6）环绕包裹于三层金属多孔介质层的外周；所述梯度温度场反应区（5）中沿进气方向依次设有三层以上金属多孔介质层，且沿进气方向上各金属多孔介质层的孔隙率递减；所有金属多孔介质层表面均涂覆有Sabatier反应催化剂，且均通过贯通反应器壳体的平板式热管与外部火星大气构成换热。

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