基于透氧膜的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于透氧膜的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著傳統(tǒng)能源消耗量的加劇W及環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，可再生能源及清潔能 源的高效利用越來(lái)越受到人們關(guān)注。太陽(yáng)能是一種儲(chǔ)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(cè)或接收側(cè)釋放或接收的口（祀）與釋 放或接收的能量（地）之比）的太陽(yáng)熱能W降低太陽(yáng)能發(fā)電成本一直是人們關(guān)屯、的問(wèn)題。本 發(fā)明系統(tǒng)利用透氧膜兩側(cè)的化學(xué)勢(shì)之差作為驅(qū)動(dòng)力，將水或二氧化碳熱解產(chǎn)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(cè)施加電位差或 壓力差均可達(dá)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(cè)，使透氧膜 內(nèi)水和二氧化碳熱解反應(yīng)平衡向正向移動(dòng)，產(chǎn)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(zhuǎn)換為電能，還可W為化工、制造等產(chǎn)業(yè)提供氨氣、一氧化碳W及合成氣來(lái)源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目標(biāo)，本發(fā)明提供了一種基于透氧膜的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)，將 低品位的太陽(yáng)熱能提升至高品位的燃料氣化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的高效利用。
[000引（二）技術(shù)方案
[0006] 本發(fā)明基于透氧膜的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)包括；聚光裝置1、雙層反應(yīng)套管2和發(fā) 電裝置。其中，聚光裝置1用于聚焦太陽(yáng)光。雙層反應(yīng)套管2朝向聚光裝置1設(shè)置，包括： 外套管13和透氧膜內(nèi)套管16,其中，透氧膜內(nèi)套管16內(nèi)形成內(nèi)腔室，外套管13和透氧膜內(nèi) 套管16之間形成外腔室，內(nèi)腔室和外腔室其中之一作為反應(yīng)腔室通入能夠通過(guò)分解反應(yīng) 生成氧氣和可燃?xì)獾姆磻?yīng)氣體，其中另一作為透氧腔室與反應(yīng)腔室之間具有化學(xué)勢(shì)差。發(fā) 電裝置用于利用分解反應(yīng)獲得的可燃?xì)膺M(jìn)行發(fā)電。其中，聚光裝置1聚焦太陽(yáng)光提供熱量， 通入反應(yīng)腔室的反應(yīng)氣體在該熱量的作用下發(fā)生分解反應(yīng)，該分解反應(yīng)生成的氧氣在化學(xué) 勢(shì)差的作用下透過(guò)透氧膜內(nèi)套管16進(jìn)入透氧腔室，促使反應(yīng)腔室內(nèi)的分解反應(yīng)正向進(jìn)行， 進(jìn)而向發(fā)電裝置提供可燃?xì)狻?br>[0007] ( S )有益效果
[000引從上述技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明基于透氧膜的太陽(yáng)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(yáng)能，將其高效轉(zhuǎn)換為高品位化學(xué)能，進(jìn)而利用該化學(xué) 能進(jìn)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(yīng)通路由透氧膜組成，通路外側(cè)由甲燒提供較低氧分壓， 單通路直徑較小，長(zhǎng)度有限，可做成蛇形管或者螺旋管增加管道長(zhǎng)度，在透氧膜足夠長(zhǎng)（或 流速足夠低）時(shí)，分解率可W達(dá)到99% W上；
[0011] (3)與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比，圓管狀透氧膜直徑較?。ê撩准?jí)），使得裝置比表面 積-即單位重量或體積內(nèi)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(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)相比能量轉(zhuǎn)化效率較高，本系統(tǒng)由太陽(yáng)能到電 能的能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)40% W上；
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例基于透氧膜的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為圖1所示太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)中雙層反應(yīng)套管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3為圖2所示雙層反應(yīng)套管在1500°C，透氧膜長(zhǎng)度為30cm，反應(yīng)氣體流量為 100sccm(standard-state 州bic centimeter per minute)時(shí)，隨著入口水蒸氣和二氧化碳 物質(zhì)的量之比變化，出口產(chǎn)物摩爾分?jǐn)?shù)的變化圖；
[0016] 圖4為圖2所示雙層反應(yīng)套管在1500°C，水蒸氣流量為lOOsccm時(shí)，水蒸氣的極限 轉(zhuǎn)化率W及所需透氧膜長(zhǎng)度變化曲線圖；
[0017] 圖5為圖1所示太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)在1500°C，透氧膜長(zhǎng)度為30cm，反應(yīng)氣體流 量為lOOsccm時(shí)，隨著雙層反應(yīng)套管入口水蒸氣和二氧化碳物質(zhì)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(shí)施例基于透氧膜的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 【本發(fā)明主要元件符號(hào)說(shuō)明】
[0020] 1-聚光裝置；2-雙層反應(yīng)套管；3-燃燒室； 4-壓氣機(jī)；
[0021] 5-燃?xì)馔钙剑?-第一發(fā)電機(jī)； 7-第二發(fā)電機(jī)；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(yīng)腔室； 15-透氧腔室； 16-透氧膜內(nèi)套管。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)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(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的 方向用語(yǔ)，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(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025] 本發(fā)明中，通過(guò)兩側(cè)具有氧分壓差的透氧膜使水蒸氣和二氧化碳熱解產(chǎn)生的氧氣 分離出透氧膜管道內(nèi)部，打破反應(yīng)平衡使反應(yīng)向正向移動(dòng)，生成更多合成氣，提高轉(zhuǎn)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(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
[0026] 一、第一實(shí)施例
[0027] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種基于透氧膜的太陽(yáng)能制取合成氣系 統(tǒng)。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例基于透氧膜的太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 1所示，本實(shí)施例太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)包括：聚光裝置1、雙層反應(yīng)套管2、燃燒室3、壓氣機(jī) 4、燃?xì)馔钙?、第一發(fā)電機(jī)6、第二發(fā)電機(jī)7、蒸汽透平8、換熱器9、冷凝器10、水累11構(gòu)成。 [002引其中，聚光裝置1可W利用槽式太陽(yáng)能聚光裝置、碟式太陽(yáng)能聚光裝置W及塔式 太陽(yáng)能聚光裝置為雙層反應(yīng)套管提供所需溫度。
[0029] 雙層反應(yīng)套管2基于太陽(yáng)能利用透氧膜將水和二氧化碳熱解產(chǎn)生的氧氣分離，使 化學(xué)反應(yīng)平衡移動(dòng)，源源不斷地產(chǎn)生氨氣和一氧化碳。
[0030] 圖2為圖1所示太陽(yáng)能綜合利用系統(tǒng)中雙層反應(yīng)套管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示， 該雙層反應(yīng)套管包括；外套管13和透氧膜內(nèi)套管16。其中透氧膜內(nèi)套管內(nèi)側(cè)作為反應(yīng)腔 室14,外套管13和透氧膜內(nèi)套管16之間作為透氧腔室15。外套管13不導(dǎo)通物質(zhì)，透氧膜 內(nèi)套管16可W根據(jù)透氧膜兩側(cè)的氧分壓差使氧氣由高壓側(cè)透入至低壓側(cè)，反應(yīng)氣體（水蒸 氣和二氧化碳）進(jìn)入反應(yīng)腔室14并在內(nèi)部發(fā)生分解反應(yīng)，生成氨氣、一氧化碳和氧氣。透 氧膜外側(cè)的透氧腔室15內(nèi)通入甲燒降低氧分壓，使透氧膜內(nèi)套管16內(nèi)外產(chǎn)生氧分壓差，進(jìn) 而使反應(yīng)腔室14內(nèi)的氧氣通過(guò)透氧膜內(nèi)套管16透至透氧腔室15。反應(yīng)腔室14內(nèi)反應(yīng)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(guò)透氧膜與甲燒發(fā)生部分氧化，產(chǎn) 生氨氣和一氧化碳。從反應(yīng)腔室14流出的產(chǎn)物溫度較高，可W通過(guò)換熱器預(yù)熱即將通入至 雙層反應(yīng)套管入口的氣體進(jìn)行W熱量回收。
[0031] 當(dāng)反應(yīng)氣體（水蒸氣、二氧化碳）通入反應(yīng)腔室14后，太陽(yáng)能聚光裝置1將太陽(yáng) 光聚焦到雙層反應(yīng)套管并使管內(nèi)產(chǎn)生高溫，反應(yīng)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(guò)壓氣機(jī)4壓縮的空氣一同通入燃燒室3中，產(chǎn)生高溫高壓煙氣（溫 度約lOOOCW上）。高溫高壓煙氣推動(dòng)燃?xì)馔钙?做功，使第一發(fā)電機(jī)6發(fā)電。燃?xì)馔钙?5尾氣（溫度約450°C~580°C )通入換熱器9,加熱通過(guò)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(jī)7發(fā)電。蒸汽透平尾氣通過(guò)冷凝器10 成為冷凝水再通過(guò)供給水累11完成循環(huán)。
[0032] 需要說(shuō)明的是，雖然本實(shí)施例中采用甲燒來(lái)控制透氧膜外側(cè)氧分壓，但本發(fā)明并 不W此為限。舉例來(lái)說(shuō)；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