[发明专利]基于透光型光热化学循环材料的太阳能分级分质利用系统

权利要求书

1.一种基于透光型光热化学循环材料的太阳能分级分质利用系统，包括透明石英材质的光热化学循环反应器；其特征在于，该系统还包括集热载体层和不锈钢材质的导热腔体；其中，

光热化学循环反应器呈中空的管状结构，其底部为一平面；反应器的入口端与CO₂和H₂O混合气的供气管相接，出口端通过管路与气液分离器相接；反应器的底部平面上放置透明石英片，透明石英片的上表面具有以化学气相沉积法生长的TiO₂基材料层；

导热腔体呈中空的管状结构，其顶部为一平面；导热腔体的入口端与导热介质输入管相接，出口端通过输出管路与导热介质储罐相接；反应器的入口端与导热腔体的出口端位于同一侧，反应器的出口端与导热腔体的入口端位于同一侧；

集热载体层包括片状的不锈钢基底，其上表面涂覆了能选择性吸收太阳能的金属陶瓷复合材料层；反应器的底部平面、集热载体层和导热腔体的顶部平面由上至下依次布置且紧密贴合，以实现热量传导；

该系统的使用方法，包括以下步骤：

（1）将CO₂原料气引入装有H₂O的鼓泡器，排出的CO₂和H₂O混合气经气体流量计后进入光热化学循环反应器；通过改变CO₂温度或由通气旁路添加纯CO₂的方式，保证进入光热化学循环反应器的CO₂和H₂O混合气中，CO₂和H₂O的质量比例在100∶1；

（2）在光热化学循环反应器中，CO₂和H₂O混合气在200~600℃、常压和全光谱光照条件下，与透明石英片上的TiO₂基材料层接触并发生光热化学循环反应，生成碳氢燃料；

该过程中涉及的化学反应方程式为：

1/xTiO₂→ 1/x TiO_2-x + 1/2 O₂

1/x TiO_2-x + CO₂ → 1/xTiO₂ +CO

1/x TiO_2-x + H₂O → 1/xTiO₂ +H₂

反应产物经过气液分离器后得到气体产物和液体产物，分别经各自的排出管进入储罐；

（3）在光热化学循环反应过程中，利用循环泵向导热腔体中引入导热介质；由集热载体层上的金属陶瓷复合材料层利用透过TiO₂基材料层的红外波段进行集热，吸收的热量通过不锈钢基底传导至导热腔体，与其中流动的导热介质进行热量交换；通过控制导热介质的流量保证光热化学反应温度维持在200~600℃，吸收光热后的导热介质被送至储罐或换热设备。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述TiO₂基材料层的厚度为5nm~0.5um，金属陶瓷复合材料层的厚度为0.1mm。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气液分离器的上部设气体产物排出管，底部通过液体产物排出管接至液体收集罐。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述CO₂和H₂O混合气的供气管上设置气体流量计，在导热介质输入管上设置液体流量计。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在与光热化学循环反应器和导热腔体相连的各管路上分别设置阀门。