[发明专利]一种基于熔融盐相变储热载氧体的旋转制氧系统及方法

说明书

一种基于熔融盐相变储热载氧体的旋转制氧系统及方法，包括菲涅尔透镜场、若干余热回收装置；余热回收装置与反应器系统中用于吸氧反应的反应器连接，反应器系统中用于释氧反应的反应器入口与第二伸缩管出口连接，出口与第一伸缩管入口连接，第二伸缩管入口分别与第一风机和蒸发器蒸汽出口连接，蒸发器的热源出口与冷凝器入口连接，蒸发器的热源入口与第一伸缩管出口连接，反应器系统与旋转系统连接，菲涅尔透镜场将阳光聚焦在反应器系统的用于释放反应的反应器上。以熔融盐作为储热材料代替现有的显热储热材料，使储热密度更大，解决了其储热系统复杂、控制不便的缺点；并将太阳能光热作为能量源实现化学链连续制氧，达到更低能耗连续制氧的目的。

技术领域

本发明属于利用相变储热材料进行太阳能蓄热的化学链制氧技术领域，具体涉及一种基于熔融盐相变储热载氧体的旋转制氧系统及方法，利用相变储热材料进行太阳能热量的储存用来维持化学链制氧过程所需热量。

背景技术

能源问题是国际社会一直以来所热议的话题。为缓解全球能源紧缺的现状，大力开发太阳能等可再生能源，开发太阳能应用的新领域，探索太阳能应用的新技术，对于缓解能源危机，实现能源的可持续发展，具有重要意义。利用太阳能光热代替传统能源进行化学链制氧技术便是太阳能相变储热材料应用的新领域之一。

目前最主要的制氧技术有变压吸附法制氧、深冷法制氧、膜分离法制氧三种。但变压吸附法制氧能耗较高，深冷法投资设备极高且无法实现间歇释氧，膜分离法制备出的氧气浓度较低。化学链制氧很大程度上能够克服上述三种制氧方法的缺点，具有氧气浓度高、启动时间快、能耗低、成本低、操作便捷等优点。其工作原理是在一定温度下利用金属氧化物载氧体在在以水蒸气为载气的释氧反应器中发生氧脱耦反应生成氧气，释氧后的载氧体在氧化反应器中吸收空气中的氧进而氧化再生；把水蒸气氧气混合物进行冷凝，便得到纯氧，以此循环往复形成一个化学反应链，以到达连续释氧的过程。目前大多是利用电炉或者工业炉产生的热量进行化学链制氧过程，随着传统能源储量日益枯竭，以及由温室气体排放引起的相关环境保护和气候变化问题日益严峻，世界各国已经认识到可再生能源的重要作用。而太阳能具有资源丰富，分布广泛，清洁无污染等特点，是一种清洁、可持续和很有发展潜力的化石能源替代品，在世界范围内受到了广泛的关注。

储热材料根据太阳能热的存储方式可分为显热储热材料、化学反应储热材料和相变储热材料三大类。现有的基于太阳能化学链制氧中的蓄热系统大都使用的是显热储热材料。但由于显热储热材料储能密度通常较低，导致封装显热储热材料的装置体积要求必然庞大。且化学反应储热材料在实际应用中存在储热系统复杂、控制不便等缺点，将在很大程度上限制其进一步发展。而现有的相变储热材料由于其比热、储热密度大、相变过程中体积变化小等优点，被广泛应用于实际应用中。

因此，提出一种基于熔融盐相变储热载氧体的旋转制氧系统及方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明针对利用传统载氧体的化学链制氧系统设备复杂以及利用电炉或者工业炉的化学链制氧过程中能耗较高等问题提出一种内部为相变材料、外部浸渍载氧体颗粒的球壳型载氧体，并利用太阳能光热作为能量源进行化学链连续制氧的系统与方法，首先制备出金属球壳内部为熔融盐、外部浸渍一定质量载氧体颗粒的球壳型载氧体，然后设计出适合球壳型载氧体的新型化学链连续释氧系统，并与太阳能蓄热技术相耦合，达到更低能耗连续制氧的目的，并替代了复杂的传统化学链制氧系统。

一种基于熔融盐相变储热载氧体的旋转制氧系统，包括菲涅尔透镜场、反应器系统、旋转系统、若干余热回收装置、第一伸缩管、第二伸缩管、第一风机、蒸发器及冷凝器；所述余热回收装置与反应器系统中用于吸氧反应的反应器连接，所述反应器系统中用于释氧反应的反应器入口与第二伸缩管出口连接，出口与第一伸缩管入口连接，第二伸缩管入口分别与第一风机和蒸发器蒸汽出口连接，蒸发器的热源出口与冷凝器入口连接，蒸发器的热源入口与第一伸缩管出口连接，所述反应器系统与旋转系统连接，菲涅尔透镜场将阳光聚焦在反应器系统的用于释放反应的反应器上。