基于透氧膜的太阳能综合利用系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及新能源技术领域，尤其设及一种基于透氧膜的太阳能综合利用系统。
【背景技术】
[0002] 随着传统能源消耗量的加剧W及环境污染问题的日益严重，可再生能源及清洁能 源的高效利用越来越受到人们关注。太阳能是一种储量巨大，分布广泛，但能量密度较低， 稳定性较差的能源。如何高效利用低品位（能量释放侧或接收侧释放或接收的口（祀）与释 放或接收的能量（地）之比）的太阳热能W降低太阳能发电成本一直是人们关屯、的问题。本 发明系统利用透氧膜两侧的化学势之差作为驱动力，将水或二氧化碳热解产生的氧气分离 到有适量甲烧（不仅限于甲烧，所有还原性、吸收性气体W及在透氧膜两侧施加电位差或 压力差均可达到透氧效果，本系统W甲烧为例）维持较低氧分压的透氧膜外侧，使透氧膜 内水和二氧化碳热解反应平衡向正向移动，产生氨气或一氧化碳。生成的高温燃料（氨气、 一氧化碳或两者混合物及其他碳氨化合物）可W直接通入联合循环做功发电，也可W通入 燃料电池转换为电能，还可W为化工、制造等产业提供氨气、一氧化碳W及合成气来源。
【发明内容】
[0003] (一）要解决的技术问题
[0004] 为实现上述技术目标，本发明提供了一种基于透氧膜的太阳能综合利用系统，将 低品位的太阳热能提升至高品位的燃料气化学能，实现太阳能的高效利用。
[000引（二）技术方案
[0006] 本发明基于透氧膜的太阳能综合利用系统包括；聚光装置1、双层反应套管2和发 电装置。其中，聚光装置1用于聚焦太阳光。双层反应套管2朝向聚光装置1设置，包括： 外套管13和透氧膜内套管16,其中，透氧膜内套管16内形成内腔室，外套管13和透氧膜内 套管16之间形成外腔室，内腔室和外腔室其中之一作为反应腔室通入能够通过分解反应 生成氧气和可燃气的反应气体，其中另一作为透氧腔室与反应腔室之间具有化学势差。发 电装置用于利用分解反应获得的可燃气进行发电。其中，聚光装置1聚焦太阳光提供热量， 通入反应腔室的反应气体在该热量的作用下发生分解反应，该分解反应生成的氧气在化学 势差的作用下透过透氧膜内套管16进入透氧腔室，促使反应腔室内的分解反应正向进行， 进而向发电装置提供可燃气。
[0007] ( S )有益效果
[000引从上述技术方案可W看出，本发明基于透氧膜的太阳能综合利用的系统具有W下 有益效果：
[0009] (1)利用低品位的中低温太阳能，将其高效转换为高品位化学能，进而利用该化学 能进行发电，极大地提高了系统的发电效率；
[0010] (2)水蒸气和二氧化碳反应通路由透氧膜组成，通路外侧由甲烧提供较低氧分压， 单通路直径较小，长度有限，可做成蛇形管或者螺旋管增加管道长度，在透氧膜足够长（或 流速足够低）时，分解率可W达到99% W上；
[0011] (3)与现有技术的装置相比，圆管状透氧膜直径较小（毫米级），使得装置比表面 积-即单位重量或体积内的总面积更大，更节省空间，易于布置，可W高效地吸收热量，减 少装置热损失；
[0012] (4)该系统较其他太阳能发电系统相比能量转化效率较高，本系统由太阳能到电 能的能量转化效率可达40% W上；
【附图说明】
[0013] 图1为根据本发明第一实施例基于透氧膜的太阳能综合利用系统的结构示意图；
[0014] 图2为图1所示太阳能综合利用系统中双层反应套管的结构示意图；
[0015] 图3为图2所示双层反应套管在1500°C，透氧膜长度为30cm，反应气体流量为 100sccm(standard-state 州bic centimeter per minute)时，随着入口水蒸气和二氧化碳 物质的量之比变化，出口产物摩尔分数的变化图；
[0016] 图4为图2所示双层反应套管在1500°C，水蒸气流量为lOOsccm时，水蒸气的极限 转化率W及所需透氧膜长度变化曲线图；
[0017] 图5为图1所示太阳能综合利用系统在1500°C，透氧膜长度为30cm，反应气体流 量为lOOsccm时，随着双层反应套管入口水蒸气和二氧化碳物质的量之比变化，系统效率 变化图；
[0018] 图6为根据本发明第二实施例基于透氧膜的太阳能综合利用系统的结构示意图。
[0019] 【本发明主要元件符号说明】
[0020] 1-聚光装置；2-双层反应套管；3-燃烧室； 4-压气机；
[0021] 5-燃气透平；6-第一发电机； 7-第二发电机；8-蒸汽透平；
[0022] 9-换热器； 10-冷凝器； 11-水累； 12-燃料电池；
[0023] 13-外套管； 14-反应腔室； 15-透氧腔室； 16-透氧膜内套管。
【具体实施方式】
[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部 分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员 所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等 于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的 方向用语，例如"上V吓"、"前"、"后"、"左"、"右"等，仅是参考附图的方向。因此，使用的 方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0025] 本发明中，通过两侧具有氧分压差的透氧膜使水蒸气和二氧化碳热解产生的氧气 分离出透氧膜管道内部，打破反应平衡使反应向正向移动，生成更多合成气，提高转化率， 而后再将合成气通入下游联合循环或燃料电池中将化学能转化为电能。
[0026] 一、第一实施例
[0027] 在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种基于透氧膜的太阳能制取合成气系 统。图1为根据本发明第一实施例基于透氧膜的太阳能综合利用系统的结构示意图。如图 1所示，本实施例太阳能综合利用系统包括：聚光装置1、双层反应套管2、燃烧室3、压气机 4、燃气透平5、第一发电机6、第二发电机7、蒸汽透平8、换热器9、冷凝器10、水累11构成。 [002引其中，聚光装置1可W利用槽式太阳能聚光装置、碟式太阳能聚光装置W及塔式 太阳能聚光装置为双层反应套管提供所需温度。
[0029] 双层反应套管2基于太阳能利用透氧膜将水和二氧化碳热解产生的氧气分离，使 化学反应平衡移动，源源不断地产生氨气和一氧化碳。
[0030] 图2为图1所示太阳能综合利用系统中双层反应套管的结构示意图。如图2所示， 该双层反应套管包括；外套管13和透氧膜内套管16。其中透氧膜内套管内侧作为反应腔 室14,外套管13和透氧膜内套管16之间作为透氧腔室15。外套管13不导通物质，透氧膜 内套管16可W根据透氧膜两侧的氧分压差使氧气由高压侧透入至低压侧，反应气体（水蒸 气和二氧化碳）进入反应腔室14并在内部发生分解反应，生成氨气、一氧化碳和氧气。透 氧膜外侧的透氧腔室15内通入甲烧降低氧分压，使透氧膜内套管16内外产生氧分压差，进 而使反应腔室14内的氧气通过透氧膜内套管16透至透氧腔室15。反应腔室14内反应平 衡被打破，不断有新的氨气和一氧化碳生成，氧气不断透过透氧膜与甲烧发生部分氧化，产 生氨气和一氧化碳。从反应腔室14流出的产物温度较高，可W通过换热器预热即将通入至 双层反应套管入口的气体进行W热量回收。
[0031] 当反应气体（水蒸气、二氧化碳）通入反应腔室14后，太阳能聚光装置1将太阳 光聚焦到双层反应套管并使管内产生高温，反应腔室14出口处生成合成气（氨气和一氧化 碳），将合成气混合经过压气机4压缩的空气一同通入燃烧室3中，产生高温高压烟气（温 度约lOOOCW上）。高温高压烟气推动燃气透平5做功，使第一发电机6发电。燃气透平 5尾气（温度约450°C~580°C )通入换热器9,加热通过水累11供给的冷凝水，使之加热 为高温水蒸气并通入蒸汽透平8做功，使第二发电机7发电。蒸汽透平尾气通过冷凝器10 成为冷凝水再通过供给水累11完成循环。
[0032] 需要说明的是，虽然本实施例中采用甲烧来控制透氧膜外侧氧分压，但本发明并 不W此为限。举例来说；降低氧分压的方式还可W向其中通入己烧、氨气等还原性气体，或 者也可