[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

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，尤其涉及一種基于透氧膜的太陽能綜合利用系統。

背景技術

隨著傳統能源消耗量的加劇以及環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(dE)與釋放或接收的能量(dH)之比)的太陽熱能以降低太陽能發電成本一直是人們關心的問題。本發明系統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烷(不僅限于甲烷，所有還原性、吸收性氣體以及在透氧膜兩側施加電位差或壓力差均可達到透氧效果，本系統以甲烷為例)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，產生氫氣或一氧化碳。生成的高溫燃料(氫氣、一氧化碳或兩者混合物及其他碳氫化合物)可以直接通入聯合循環做功發電，也可以通入燃料電池轉換為電能，還可以為化工、制造等產業提供氫氣、一氧化碳以及合成氣來源。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為實現上述技術目標，本發明提供了一種基于透氧膜的太陽能綜合利用系統，將低品位的太陽熱能提升至高品位的燃料氣化學能，實現太陽能的高效利用。

(二)技術方案

本發明基于透氧膜的太陽能綜合利用系統包括：聚光裝置1、雙層反應套管2和發電裝置。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。發電裝置用于利用分解反應獲得的可燃氣進行發電。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，進而向發電裝置提供可燃氣。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明基于透氧膜的太陽能綜合利用的系統具有以下有益效果：

(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電，極大地提高了系統的發電效率；

(2)水蒸氣和二氧化碳反應通路由透氧膜組成，通路外側由甲烷提供較低氧分壓，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，分解率可以達到99％以上；

(3)與現有技術的裝置相比，圓管狀透氧膜直徑較小(毫米級)，使得裝置比表面積-即單位重量或體積內的總面積更大，更節省空間，易于布置，可以高效地吸收熱量，減少裝置熱損失；

(4)該系統較其他太陽能發電系統相比能量轉化效率較高，本系統由太陽能到電能的能量轉化效率可達40％以上；

附圖說明

圖1為根據本發明第一實施例基于透氧膜的太陽能綜合利用系統的結構示意圖；

圖2為圖1所示太陽能綜合利用系統中雙層反應套管的結構示意圖；

圖3為圖2所示雙層反應套管在1500℃，透氧膜長度為30cm，反應氣體流量為100sccm(standard-state?cubic?centimeter?per?minute)時，隨著入口水蒸氣和二氧化碳物質的量之比變化，出口產物摩爾分數的變化圖；

圖4為圖2所示雙層反應套管在1500℃，水蒸氣流量為100sccm時，水蒸氣的極限轉化率以及所需透氧膜長度變化曲線圖；

圖5為圖1所示太陽能綜合利用系統在1500℃，透氧膜長度為30cm，反應氣體流量為100sccm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，系統效率變化圖；

圖6為根據本發明第二實施例基于透氧膜的太陽能綜合利用系統的結構示意圖。

【本發明主要元件符號說明】

1-聚光裝置；???2-雙層反應套管；??3-燃燒室；???????4-壓氣機；

5-燃氣透平；???6-第一發電機；????7-第二發電機；???8-蒸汽透平；

9-換熱器；?????10-冷凝器；???????11-水泵；????????12-燃料電池；

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