基于透氧膜的太陽能綜合利用系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及新能源技術領域，尤其設及一種基于透氧膜的太陽能綜合利用系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著傳統(tǒng)能源消耗量的加劇W及環(huán)境污染問題的日益嚴重，可再生能源及清潔能 源的高效利用越來越受到人們關注。太陽能是一種儲量巨大，分布廣泛，但能量密度較低， 穩(wěn)定性較差的能源。如何高效利用低品位（能量釋放側或接收側釋放或接收的口（祀）與釋 放或接收的能量（地）之比）的太陽熱能W降低太陽能發(fā)電成本一直是人們關屯、的問題。本 發(fā)明系統(tǒng)利用透氧膜兩側的化學勢之差作為驅動力，將水或二氧化碳熱解產生的氧氣分離 到有適量甲燒（不僅限于甲燒，所有還原性、吸收性氣體W及在透氧膜兩側施加電位差或 壓力差均可達到透氧效果，本系統(tǒng)W甲燒為例）維持較低氧分壓的透氧膜外側，使透氧膜 內水和二氧化碳熱解反應平衡向正向移動，產生氨氣或一氧化碳。生成的高溫燃料（氨氣、 一氧化碳或兩者混合物及其他碳氨化合物）可W直接通入聯(lián)合循環(huán)做功發(fā)電，也可W通入 燃料電池轉換為電能，還可W為化工、制造等產業(yè)提供氨氣、一氧化碳W及合成氣來源。

【發(fā)明內容】

[0003] (一）要解決的技術問題
[0004] 為實現(xiàn)上述技術目標，本發(fā)明提供了一種基于透氧膜的太陽能綜合利用系統(tǒng)，將 低品位的太陽熱能提升至高品位的燃料氣化學能，實現(xiàn)太陽能的高效利用。
[000引（二）技術方案
[0006] 本發(fā)明基于透氧膜的太陽能綜合利用系統(tǒng)包括；聚光裝置1、雙層反應套管2和發(fā) 電裝置。其中，聚光裝置1用于聚焦太陽光。雙層反應套管2朝向聚光裝置1設置，包括： 外套管13和透氧膜內套管16,其中，透氧膜內套管16內形成內腔室，外套管13和透氧膜內 套管16之間形成外腔室，內腔室和外腔室其中之一作為反應腔室通入能夠通過分解反應 生成氧氣和可燃氣的反應氣體，其中另一作為透氧腔室與反應腔室之間具有化學勢差。發(fā) 電裝置用于利用分解反應獲得的可燃氣進行發(fā)電。其中，聚光裝置1聚焦太陽光提供熱量， 通入反應腔室的反應氣體在該熱量的作用下發(fā)生分解反應，該分解反應生成的氧氣在化學 勢差的作用下透過透氧膜內套管16進入透氧腔室，促使反應腔室內的分解反應正向進行， 進而向發(fā)電裝置提供可燃氣。
[0007] ( S )有益效果
[000引從上述技術方案可W看出，本發(fā)明基于透氧膜的太陽能綜合利用的系統(tǒng)具有W下 有益效果：
[0009] (1)利用低品位的中低溫太陽能，將其高效轉換為高品位化學能，進而利用該化學 能進行發(fā)電，極大地提高了系統(tǒng)的發(fā)電效率；
[0010] (2)水蒸氣和二氧化碳反應通路由透氧膜組成，通路外側由甲燒提供較低氧分壓， 單通路直徑較小，長度有限，可做成蛇形管或者螺旋管增加管道長度，在透氧膜足夠長（或 流速足夠低）時，分解率可W達到99% W上；
[0011] (3)與現(xiàn)有技術的裝置相比，圓管狀透氧膜直徑較?。ê撩准墸沟醚b置比表面 積-即單位重量或體積內的總面積更大，更節(jié)省空間，易于布置，可W高效地吸收熱量，減 少裝置熱損失；
[0012] (4)該系統(tǒng)較其他太陽能發(fā)電系統(tǒng)相比能量轉化效率較高，本系統(tǒng)由太陽能到電 能的能量轉化效率可達40% W上；
【附圖說明】
[0013] 圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例基于透氧膜的太陽能綜合利用系統(tǒng)的結構示意圖；
[0014] 圖2為圖1所示太陽能綜合利用系統(tǒng)中雙層反應套管的結構示意圖；
[0015] 圖3為圖2所示雙層反應套管在1500°C，透氧膜長度為30cm，反應氣體流量為 100sccm(standard-state 州bic centimeter per minute)時，隨著入口水蒸氣和二氧化碳 物質的量之比變化，出口產物摩爾分數(shù)的變化圖；
[0016] 圖4為圖2所示雙層反應套管在1500°C，水蒸氣流量為lOOsccm時，水蒸氣的極限 轉化率W及所需透氧膜長度變化曲線圖；
[0017] 圖5為圖1所示太陽能綜合利用系統(tǒng)在1500°C，透氧膜長度為30cm，反應氣體流 量為lOOsccm時，隨著雙層反應套管入口水蒸氣和二氧化碳物質的量之比變化，系統(tǒng)效率 變化圖；
[0018] 圖6為根據(jù)本發(fā)明第二實施例基于透氧膜的太陽能綜合利用系統(tǒng)的結構示意圖。
[0019] 【本發(fā)明主要元件符號說明】
[0020] 1-聚光裝置；2-雙層反應套管；3-燃燒室； 4-壓氣機；
[0021] 5-燃氣透平；6-第一發(fā)電機； 7-第二發(fā)電機；8-蒸汽透平；
[0022] 9-換熱器； 10-冷凝器； 11-水累； 12-燃料電池；
[0023] 13-外套管； 14-反應腔室； 15-透氧腔室； 16-透氧膜內套管。
【具體實施方式】
[0024] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，W下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術領域中普通技術人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等 于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的 方向用語，例如"上V嚇"、"前"、"后"、"左"、"右"等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的 方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0025] 本發(fā)明中，通過兩側具有氧分壓差的透氧膜使水蒸氣和二氧化碳熱解產生的氧氣 分離出透氧膜管道內部，打破反應平衡使反應向正向移動，生成更多合成氣，提高轉化率， 而后再將合成氣通入下游聯(lián)合循環(huán)或燃料電池中將化學能轉化為電能。
[0026] 一、第一實施例
[0027] 在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種基于透氧膜的太陽能制取合成氣系 統(tǒng)。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例基于透氧膜的太陽能綜合利用系統(tǒng)的結構示意圖。如圖 1所示，本實施例太陽能綜合利用系統(tǒng)包括：聚光裝置1、雙層反應套管2、燃燒室3、壓氣機 4、燃氣透平5、第一發(fā)電機6、第二發(fā)電機7、蒸汽透平8、換熱器9、冷凝器10、水累11構成。 [002引其中，聚光裝置1可W利用槽式太陽能聚光裝置、碟式太陽能聚光裝置W及塔式 太陽能聚光裝置為雙層反應套管提供所需溫度。
[0029] 雙層反應套管2基于太陽能利用透氧膜將水和二氧化碳熱解產生的氧氣分離，使 化學反應平衡移動，源源不斷地產生氨氣和一氧化碳。
[0030] 圖2為圖1所示太陽能綜合利用系統(tǒng)中雙層反應套管的結構示意圖。如圖2所示， 該雙層反應套管包括；外套管13和透氧膜內套管16。其中透氧膜內套管內側作為反應腔 室14,外套管13和透氧膜內套管16之間作為透氧腔室15。外套管13不導通物質，透氧膜 內套管16可W根據(jù)透氧膜兩側的氧分壓差使氧氣由高壓側透入至低壓側，反應氣體（水蒸 氣和二氧化碳）進入反應腔室14并在內部發(fā)生分解反應，生成氨氣、一氧化碳和氧氣。透 氧膜外側的透氧腔室15內通入甲燒降低氧分壓，使透氧膜內套管16內外產生氧分壓差，進 而使反應腔室14內的氧氣通過透氧膜內套管16透至透氧腔室15。反應腔室14內反應平 衡被打破，不斷有新的氨氣和一氧化碳生成，氧氣不斷透過透氧膜與甲燒發(fā)生部分氧化，產 生氨氣和一氧化碳。從反應腔室14流出的產物溫度較高，可W通過換熱器預熱即將通入至 雙層反應套管入口的氣體進行W熱量回收。
[0031] 當反應氣體（水蒸氣、二氧化碳）通入反應腔室14后，太陽能聚光裝置1將太陽 光聚焦到雙層反應套管并使管內產生高溫，反應腔室14出口處生成合成氣（氨氣和一氧化 碳），將合成氣混合經(jīng)過壓氣機4壓縮的空氣一同通入燃燒室3中，產生高溫高壓煙氣（溫 度約lOOOCW上）。高溫高壓煙氣推動燃氣透平5做功，使第一發(fā)電機6發(fā)電。燃氣透平 5尾氣（溫度約450°C~580°C )通入換熱器9,加熱通過水累11供給的冷凝水，使之加熱 為高溫水蒸氣并通入蒸汽透平8做功，使第二發(fā)電機7發(fā)電。蒸汽透平尾氣通過冷凝器10 成為冷凝水再通過供給水累11完成循環(huán)。
[0032] 需要說明的是，雖然本實施例中采用甲燒來控制透氧膜外側氧分壓，但本發(fā)明并 不W此為限。舉例來說；降低氧分壓的方式還可W向其中通入己燒、氨氣等還原性氣體，或 者也可