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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明提供一种太阳能梯度提取月壤3He的系统及方法，该装置利用太阳能聚光分频产热制氢装置进行光伏产电制氢与光热提供高温热源；月壤经过磁性分离装置得到钛铁矿，进入梯度提取装置提取3He，依次经过机械破碎、高温热解、化学还原的方式进行温升梯度提取；纯度不同的3He进入分离提纯装置进行不同程度提纯；最后采用月壤储热的方式回收系统余热，副产品室收集得到低价钛氧化物与铁；由于：1机械破碎、高温热解、化学还原反应提取方式温度是梯度递增的，可以有效减少能耗；2聚光分频装置为钛铁矿还原反应提供氢气、钛铁矿还原反应为光伏制氢提供水，实现了耦合，耗水量极少；3反应的余热得到充分利用与回收，从而实现高效制取月壤3He。

主权项：1.一种太阳能梯度提取月壤3He的系统及方法，其特征在于，包括太阳能聚光分频产热制氢装置1、磁性分离装置2、月壤储热装置3、3He分离提纯装置4、3He梯度提取装置5、冷凝回流装置6、副产品收集室7、一气体收集室8、二气体收集室9、3He存储装置10、氢气存储装置11，其中：太阳能聚光分频产热制氢装置1，用于实现太阳能全光谱的利用，利用聚光镜12将太阳光聚光集中，再利用分频器进行分频利用，分频器将聚集的太阳光线透射或者折射成两个波长段的太阳线，其中短波太阳光线照射到PV板14上进行发电，所产生的电能用于电解水以制取H2和O2，电解水所得H2用于3He梯度提取装置5中反应室21钛铁矿化学还原过程的还原剂，多余氢气进入氢气存储装置11进行存储；长波太阳光线作用于集热器15上产生高温热量作为3He梯度提取装置5加热热源；磁性分离装置2，用于对月壤进行初步粉碎以及磁筛选，筛选出3He含量丰富的钛铁矿，并进行烘干，作为3He梯度提取装置5的加工原料；月壤储热装置3，用于将3He梯度提取装置5中的粉碎室19、热解室20产生的余热进行回收存储； 3He分离提纯装置4，用于对3He4He混合气体以及3He4HeH2混合气体的分离提纯，得到纯度较高的3He； 3He梯度提取装置5，用于对来自磁性分离装置2中的钛铁矿进行处理，在梯度温度下进行不同方式提取3He，其中加热钛铁矿的热量来源是太阳能聚光分频产热制氢装置1中集热器15产生的高温热量，温度在低温段时，来自磁性分离装置2中的钛铁矿在粉碎室19中采用球磨的机械方式破碎，存在钛铁矿气泡中3He会由于机械破碎而造成气泡结构的破坏而释放，得到的3He通向一气体收集室8；机械破碎之后，来自粉碎室19的钛铁矿进入热解室20继续加热，温度维持在中温段，采用高温热分解方式提取3He，存在钛铁矿缺陷和晶格当中较低纯度的3He受热释放，得到的3He通向二气体收集室9；热分解之后，来自热解室20的钛铁矿进入反应室21继续加热，温度维持在高温段时，与来自太阳能聚光分频产热制氢装置1产生的H2进行热化学反应来对钛铁矿进行3He提取，由于钛铁矿反应前后的结构完全改变重组，存在间隙和缺陷中的3He将进行进一步的释放，该反应产生的H2O3HeH2气体将经过冷凝回流装置6进行水蒸气的冷凝回收，得到的3HeH2通向二气体收集室9；反应室21产生的低价钛氧化物和Fe将通过副产品收集室7进行分离收集；冷凝回流装置6，用于对来自3He梯度提取装置5中反应室21反应产生的水蒸气液化，形成液态水，形成的液态水回流到太阳能聚光分频装置1中的水电解池16作为光伏电解池制氢的原料，反应室21产生的气体携带的高温热量将作为3He梯度提取装置5的粉碎室19的热源之一；副产品收集室7，用于对来自3He梯度提取装置5中反应室21反应产生的低价钛氧化物以及Fe进行分离，并分别存储；副产品收集室7收集的原料存在高温热量，通过月壤储热装置3进行存储；一气体收集室8的气体由于纯度较高而进入3He分离提纯装置4的中间入口进行分离提纯；二气体收集室9的气体由于纯度较低而进入3He分离提纯装置4的初始入口进行分离提纯； 3He存储装置10，用于对3He分离提纯装置4分离得来的纯净3He进行存储。

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