[發明專利]基于透氧膜的太陽能綜合利用系統

有效

• 申請號: 201510079791.6
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104649227B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 郝勇;王宏圣
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: C01B3/36
• 分類號: C01B3/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 曹玲柱

1.一種基于透氧膜的太陽能綜合利用系統，其特征在于，包括：

聚光裝置(1)，用于聚焦太陽光；

雙層反應套管(2)，朝向所述聚光裝置(1)設置，包括：外套管(13)和透氧膜內套管(16)，其中，所述透氧膜內套管(16)內形成內腔室，所述外套管(13)和所述透氧膜內套管(16)之間形成外腔室，所述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所述反應腔室之間具有化學勢差；以及

發電裝置，用于利用所述分解反應獲得的可燃氣進行發電；

其中，所述聚光裝置(1)聚焦太陽光提供熱量，通入所述反應腔室的反應氣體在該熱量的作用下發生分解反應，該分解反應生成的氧氣在所述化學勢差的作用下透過所述透氧膜內套管(16)進入所述透氧腔室，促使所述反應腔室內的分解反應正向進行，向所述發電裝置提供可燃氣。

2.根據權利要求1所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于，所述發電裝置為：

燃料電池(12)，用于利用所述反應腔室輸出的分解反應后的可燃氣進行發電。

3.根據權利要求1所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于，所述發電裝置包括：壓氣機(4)、燃燒室(3)、燃氣透平(5)和第一發電機(6)；

其中，由所述反應腔室輸出的分解反應后的可燃氣與經壓氣機(4)壓縮后的空氣一同通入燃燒室(3)進行燃燒，燃燒后的生成物推動燃氣透平(5)做功，帶動第一發電機(6)發電。

4.根據權利要求3所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于，所述發電裝置還包括：第二發電機(7)、蒸汽透平(8)、換熱器(9)、冷凝器(10)、水泵(11)；

其中，所述燃氣透平(5)的尾氣通入換熱器(9)，加熱通過水泵(11)供給的冷凝水，使之加熱為水蒸氣并通入蒸汽透平(8)做功，使第二發電機(7)發電，蒸汽透平(8)的尾氣通過冷凝器(10)成為冷凝水再通過水泵(11)完成循環。

5.根據權利要求1所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于：

所述化學勢差由電位差驅動，所述透氧腔室的電位高于所述反應腔室的電位；或

所述化學勢差由氧分壓差驅動，所述透氧腔室的氧分壓低于所述分解反應達到熱平衡時的氧分壓。

6.根據權利要求5所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于，所述化學勢差為由氧分壓差驅動，所述透氧腔室通過以下方式中的一種或多種獲得所需氧分壓：

(a)所述透氧腔室的一端封閉，另一端連接至真空泵；

(b)所述透氧腔室內通入還原性氣體；和

(c)所述透氧腔室內放入能夠與氧氣結合、能夠吸附氧氣或能夠去除氧氣的物質。

7.根據權利要求6所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于，所述透氧腔室內通入甲烷以達到所需氧分壓。

8.根據權利要求1所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于，所述透氧膜內套管的材料選自于以下材料中的一種：

La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-δ，其中0≤x≤1，0≤δ＜3；或

Ba_xSr_1-xCo_yFe_1-yO_3-δ，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤δ＜3。

9.根據權利要求1所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于：

所述內腔室作為反應腔室，所述外腔室作為透氧腔室；或

所述內腔室作為透氧腔室，所述外腔室作為反應腔室。

10.根據權利要求1至9中任一項所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于，所述雙層反應套管(2)呈線形、蛇形或者螺旋形；

所述外套管(13)和透氧膜內套管(16)的橫截面呈圓形、方形、三角形或梯形。

11.根據權利要求1至9中任一項所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于，所述聚光裝置(1)為所述反應腔室提供高于300℃的工作溫度，其為槽式太陽能聚光裝置、碟式太陽能聚光裝置，或塔式太陽能聚光裝置。

12.根據權利要求1至9中任一項所述的太陽能綜合利用系統，其特征在于：

所述反應氣體為水蒸氣，所述分解反應的生產物為氫氣和氧氣；

所述反應氣為二氧化碳，所述分解反應的生成物為一氧化碳和氧氣；或

所述反應氣體為水蒸氣和二氧化碳，所述分解反應的生成物為氫氣、一氧化碳及碳氫化合物的混合氣和氧氣。