CN108467013A - 一种太阳能光催化制氢装置 - Google Patents

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刘菊花
赵兴华
李静
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Abstract

本发明涉及一种太阳能光催化制氢装置，属于新能源技术领域。本发明中将太阳能催化箱设置在聚光镜焦点处，通过聚光镜将太阳光聚集照射在催化箱表面，同时催化箱上方设置了聚焦镜，两侧设置了反光镜，聚焦镜能够将来自上方的太阳光聚合照射到催化箱表面，而反光镜则能大幅提升催化箱的受照使劲以及照射面积，同时聚光镜能够对催化箱进行加热，从而满足光合微生物所需的温度，有效提高了光催化制氢的效率，同时相比于电解制氢本发明对太阳能的利用效率更高，消耗的能源更低。

Description

一种太阳能光催化制氢装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能光催化制氢装置，属于新能源技术领域。
背景技术
随着全球经济的发展以及人口的增长，人们对能源的需求量也越来越大。目前以石油和煤为代表的化石燃料仍然是能源的主要来源，然而由于化石燃料的不可再生性和有限的储量，日益增长的能源需求也引起了严重的能源危机和环境污染。基于这种状况，太阳能、风能、生物质能、地热能、潮汐能等具有丰富、清洁、可再生的优点，近年来受到了国际社会的广泛关注，尤其是以太阳能、风能以及生物质能，更被视为未来能源的主力军。然而，这些可再生资源具有间歇性、地域特性以及不易存储和运输的特点，因而大力推广时也受到了一些限制。氢是这些能源理想的载体，同其它传统的能源物质相比，它具有无污染、能量密度高、热转化效率高等诸多特点，不仅可作为高能燃料、保护气、石化工业原料、冶金工业还原剂、气象观测中气球的填充气等，而且可用在人造黄油、食用油、润滑剂、清洗剂等产品中的脂肪氢化过程中。因此，氢作为一种绿色能源发展前景十分光明，人们对氢能的开发和利用一直进行着不懈的努力。
目前常用的氢气制取方法主要有矿物燃料制氢、电解水制氢、太阳能光解水制氢和生物制氢这几种，其中矿物燃料制氢采用宝贵的石油、天然气等一次能源，因此会造成能源的极大浪费。太阳能光解水制氢和生物制氢是两种新兴的制氢技术，也是未来氢气生产的发展趋势，但目前由于生产工艺还不成熟，具有可再生能源利用低、产氢量小等缺点，离大规模的工业化生产尚有一段距离。相比之下，电解水制氢是一种已经成熟的传统制氢方法，其装置简单、制出的氢纯度高，但生产过程中需要消耗大量的电能。随着电解水技术的不断发展，发电技术的不断改进，在电能成本降低的情况下，电解水制氢在未来制氢工业中所占的比例将大大提高。
近年来，国内外学者作了一些利用太阳能光伏发电进行电解水制氢的尝试。太阳能是一种洁净的可再生能源，它有着矿物质能源不可比拟的优越性，资源十分丰富，取之不尽用之不竭，因此这时制氢所需电能的成本也只体现在装置的初期投资上。但目前的光伏系统对太阳能的利用效率不高，电能输出功率较小，这也限制了太阳能光伏制氢规模的扩大。
太阳能热光伏是一种新型的太阳能利用技术，它的整体效率要高于一般光伏发电系统，据报道装置的整体效率可超过35%。普通的热光伏技术中的太阳光是直接照射在光电池上进行光电转换的，而太阳能热光伏技术的原理是利用太阳能聚光器将自然太阳光汇聚成高能量密度的聚焦光斑后，投射到辐射器表面并将其加热，这时高温辐射器释放的热辐射能同电池光电转化的波长进行很好的匹配，故而装置对太阳能的利用率可大大提高。太阳能热光伏系统无运动部件、输出功率密度大、可靠性高，因此用它来为电解水制氢过程提供电能将有着重要的现实意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前电解水制氢是一种已经成熟的传统制氢方法，其装置简单、制出的氢纯度高，但生产过程中需要消耗大量的电能的问题，本发明提供了一种太阳能光催化制氢装置。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案：
一种太阳能光催化制氢装置，包括聚光镜、催化箱以及储气罐，所述的催化箱通过支架安装在聚光镜上方，催化箱两侧设置有反光镜，上方为聚焦镜，催化箱左侧通过管道连接混合箱，混合箱左侧连接水箱和培养箱，催化箱右侧通过管道与气体净化装置相连接，气体净化装置右侧连接储气罐。
一种太阳能光催化制氢装置的应用方法是：水箱中的水和培养箱内部的光合微生物在混合箱中混合，然后经管道输送到催化箱中，聚光镜将太阳光聚合照射在催化箱上，聚焦镜和反光镜将太阳光聚合照射在催化箱表面，催化箱内部的水在光合微生物作用下分解制成氢气，制出的氢气经气体净化装置净化后储存在储气罐中。
所述的催化箱设置在聚光镜焦点处。
所述的培养箱内部为光合微生物。
所述的催化箱采用透明材质制成。
本发明的有益效果是：
本发明中设计了一种太阳能光催化制氢装置，本发明中将太阳能催化箱设置在聚光镜焦点处，通过聚光镜将太阳光聚集照射在催化箱表面，同时催化箱上方设置了聚焦镜，两侧设置了反光镜，聚焦镜能够将来自上方的太阳光聚合照射到催化箱表面，而反光镜则能大幅提升催化箱的受照使劲以及照射面积，同时聚光镜能够对催化箱进行加热，从而满足光合微生物所需的温度，有效提高了光催化制氢的效率，同时相比于电解制氢本发明对太阳能的利用效率更高，消耗的能源更低。
附图说明
图1为太阳能光催化制氢装置的构造示意图。
其中，1、水箱；2、混合箱；3、反光镜；4、聚焦镜；5、催化箱；6、气体净化装置；7、储气罐；8、培养箱；9、支架；10、聚光镜。
具体实施方式
一种太阳能光催化制氢装置，包括聚光镜10、催化箱5以及储气罐7，所述的催化箱5通过支架9安装在聚光镜10上方，催化箱5两侧设置有反光镜3，上方为聚焦镜4，催化箱5左侧通过管道连接混合箱2，混合箱2左侧连接水箱1和培养箱8，催化箱5右侧通过管道与气体净化装置6相连接，气体净化装置6右侧连接储气罐7。一种太阳能光催化制氢装置的应用方法是：水箱1中的水和培养箱8内部的光合微生物在混合箱2中混合，然后经管道输送到催化箱5中，聚光镜10将太阳光聚合照射在催化箱5上，聚焦镜4和反光镜3将太阳光聚合照射在催化箱5表面，催化箱5内部的水在光合微生物作用下分解制成氢气，制出的氢气经气体净化装置6净化后储存在储气罐7中。所述的催化箱5设置在聚光镜10焦点处。所述的培养箱8内部为光合微生物。所述的催化箱5采用透明材质制成。

Claims (5)

1.一种太阳能光催化制氢装置，包括聚光镜（10）、催化箱（5）以及储气罐（7），所述的催化箱（5）通过支架（9）安装在聚光镜（10）上方，催化箱（5）两侧设置有反光镜（3），上方为聚焦镜（4），催化箱（5）左侧通过管道连接混合箱（2），混合箱（2）左侧连接水箱（1）和培养箱（8），催化箱（5）右侧通过管道与气体净化装置（6）相连接，气体净化装置（6）右侧连接储气罐（7）。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光催化制氢装置的应用方法是：水箱（1）中的水和培养箱（8）内部的光合微生物在混合箱（2）中混合，然后经管道输送到催化箱（5）中，聚光镜（10）将太阳光聚合照射在催化箱（5）上，聚焦镜（4）和反光镜（3）将太阳光聚合照射在催化箱（5）表面，催化箱（5）内部的水在光合微生物作用下分解制成氢气，制出的氢气经气体净化装置（6）净化后储存在储气罐（7）中。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光催化制氢装置，其特征在于：所述的催化箱（5）设置在聚光镜（10）焦点处。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能光催化制氢装置，其特征在于：所述的培养箱（8）内部为光合微生物。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能光催化制氢装置，其特征在于：所述的催化箱（5）采用透明材质制成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110467152A (zh) * 2019-08-30 2019-11-19 西安交通大学 一种基于高聚光点光源的光热耦合微流道制氢反应装置
CN110697654A (zh) * 2019-11-07 2020-01-17 西安交通大学 一种连续流蛇形微通道聚光光热耦合催化制氢反应装置

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CN110467152A (zh) * 2019-08-30 2019-11-19 西安交通大学 一种基于高聚光点光源的光热耦合微流道制氢反应装置
CN110467152B (zh) * 2019-08-30 2021-02-26 西安交通大学 一种基于高聚光点光源的光热耦合微流道制氢反应装置
CN110697654A (zh) * 2019-11-07 2020-01-17 西安交通大学 一种连续流蛇形微通道聚光光热耦合催化制氢反应装置
CN110697654B (zh) * 2019-11-07 2021-03-23 西安交通大学 一种连续流蛇形微通道聚光光热耦合催化制氢反应装置

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