CN114634156A - 一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统 - Google Patents
一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114634156A CN114634156A CN202210423068.5A CN202210423068A CN114634156A CN 114634156 A CN114634156 A CN 114634156A CN 202210423068 A CN202210423068 A CN 202210423068A CN 114634156 A CN114634156 A CN 114634156A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency divider
- hydrogen production
- photo
- light
- linear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 63
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 62
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 32
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 31
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 8
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 abstract 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 abstract 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/60—Constructional parts of cells
- C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/20—Optical components
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/20—Optical components
- H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/30—Electrical components
- H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/40—Thermal components
- H02S40/42—Cooling means
- H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/40—Thermal components
- H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/60—Thermal-PV hybrids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，系统主要包括有高曲率线性抛面聚光器、二次反光抛面聚光器、光热反应器、右曲面分频器、左曲面分频器和平面分频器等构件，旨在为太阳能到氢能的洁净高效安全转化过程提供一种全光谱固态分频策略。系统工作时的主要过程包括太阳能光线的一次聚集、光谱分频分配、光热悬浮液制氢、光伏光电转化和电解制氢等，反应系统可以综合利用太阳能全光谱的能量，转化为终端氢/电互补利用的二次能源用能体系，且能够实现全天候到氢能的转化。本发明装置具有简单、高效、环保、易于操控等优点。
Description
技术领域
本发明属于新能源制备领域，具体涉及一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统。
背景技术
发展可再生能源，推动能源供给体系与消费体系向以氢能、电能共为二次能源主体，氢电互补变换利用。将发散不稳定、非连续性的太阳能辐射资源通过光热催化或光电化学技术转化氢能进行储存利用，是一种清洁、高效、低碳、安全的方式，能够很好的解决现有太阳能利用及能源转型中的关键问题。
传统的光催化制氢技术在太阳能光谱利用上只利用了仅占5％的紫外光及少部分可见光资源，在使用commercial P25、C3N4等典型光催化制氢催化剂的情况下，终端输出氢能效率普遍低于1％以下，这距离光催化技术达到规模化应用 (光氢转化效率STH大于10％)的差距还有很大。此外，目前国内外对于此技术的重心都放在材料的研发上，缺乏从工程应用上的合理的反应器探索及尝试。特别是针对太阳能全光谱分频有序利用的反应器开发较为少见，另外，针对太阳能转化终端的多能丰富性研究开发几乎没有，然而，如若能够提升终端产物的多变性，就能使得氢能在大规模利用上大大减弱对于环境条件的依附。开发与研制具有此功能的反应器具有重大工程意义，对于推动实际太阳能制氢产业的发展起到实质性作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，主要基于太阳能全光谱的分频梯级利用模式，可选择性的涂覆光学材料层或者直接更换固态分频器件的方式来最佳匹配光伏吸光及光热悬浮液制氢性能，实现总体太阳能到氢能的高效转化过程。
本发明采用如下技术方案来实现：
一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，包括有数字聚光光学分频部分、光热催化悬浮液制氢部分以及光伏蓄电电解制氢部分；
数字聚光光学分频部分包括有高曲率线性抛面聚光器，设置在高曲率线性抛面聚光器正上方的平面分频器，设置在平面分频器左右两侧，且对称放置的左曲面分频器和右曲面分频器，以及设置在平面分频器正上方的二次反光抛面聚光器；光热催化悬浮液制氢部分包括有储液罐，设置在储液罐下游端的循环泵，设置在平面分频器上方的光伏冷却板，以及设置在光伏冷却板上方的光热反应器；光伏蓄电电解制氢部分包括设置在光伏冷却板与平面分频器之间的线性光伏板，与线性光伏板连接的蓄电装置，以及与蓄电装置串接的电解制氢池；
太阳能辐射光线首先通过高曲率线性抛面聚光器进行一次汇聚并投射至平面分频器、左曲面分频器和右曲面分频器上，透过平面分频器的部分光线直接被线性光伏板吸收并转化为电能，透过左曲面分频器和右曲面分频器的光线汇至光热反应器下方进行吸收，未被充分吸收的光线再经过二次反光抛面聚光器聚集后反射至光热反应器的上表面；
储液罐装有含有光热催化颗粒悬浮液，具体的，浓度为0.2g/L的石墨烯复合二氧化钛颗粒溶于300L纯水中，在循环泵的作用下输送至光伏冷却板吸收线性光伏板表面的废热，起到降温的效果，提升光伏产电效率；初步预热后的悬浮液进入光热反应器吸收紫外可见波段及红外光波段能量进行光热催化制氢反应，最后通过循环泵泵送至储液罐完成气液分离工序；线性光伏板吸收由平面分频器透过的部分光线用于激发光伏板内部PN结产生电压，线性光伏板在白天时将部分电能储存在蓄电装置中，部分用于电解制氢池的电解过程，在夜晚时，直接利用蓄电装置中剩余的电能实现电解制氢。
本发明进一步的改进在于，平面分频器、左曲面分频器和右曲面分频器的光透过特性根据实际反应需求选择性地涂覆不同光学材料，如典型的SiO2/TiO2涂层于分频器表面或直接更换，在光谱分频范围变化不大的情况下选用数字分频器进行信号转化处理。
本发明进一步的改进在于，平面分频器能够透过在700-1100nm的光线。
本发明进一步的改进在于，左曲面分频器和右曲面分频器能够选择性透过250nm-700nm及1100nm-2500nm附近的光线。
本发明进一步的改进在于，光热催化悬浮液制氢部分还包括设置在光热反应器下游端的液体流量计，整个管路中光热催化颗粒悬浮液流量可用液体流量计测量，最后泵送至储液罐完成气液分离工序。
本发明进一步的改进在于，线性光伏板表面的温度由温度探测器监测，并通过调节循环泵来控制光热催化颗粒悬浮液流量，充分降低线性光伏板的废热。
本发明进一步的改进在于，线性光伏板表面工作时温度控制在25-60摄氏度之间。
本发明进一步的改进在于，该系统所使用的太阳能为一年四季辐射至地球表面的直接辐射太阳能。
本发明至少有如下的有益的技术效果：
本发明不同于以往纯光催化制氢装置，此装置在充分考虑太阳能全光谱利用的基础上实现光热悬浮液制氢过程耦合光伏产电电解制氢过程，大大增加了太阳能光谱的综合利用效率。太阳能辐射光线首先通过高曲率线性抛面聚光器进行一次汇聚并投射至平面分频器、左曲面分频器和右曲面分频器上，透过平面分频器的部分光线可直接被线性光伏板吸收并转化为电能。此外，透过左曲面分频器和右曲面分频器的光线汇至光热反应器下方进行吸收，未被充分吸收的光线再经过二次反光抛面聚光器聚集后反射至光热反应器的上表面。平面分频器、左曲面分频器和右曲面分频器的光透过特性可以根据实际反应需求选择性地涂覆不同光学材料于分频器表面亦或是直接更换分频器件，在光谱分频范围变化不大的情况下可选用数字分频器进行分频信号转化处理。
进一步，线性光伏板背部的废热可通过合理调控光热悬浮液流量将其带走，使其工作在最佳温度范围，且这部分废热可用于预热光热催化悬浮液，降低制氢反应的活化能并加速气泡脱附过程。
进一步，透过固态分频器件的光线且未完全被光热反应器吸收的光能可通过二次反光抛面聚光器再次汇聚并投射至光热反应器顶部，可最大化太阳能的综合利用效率。
进一步，固态分频器件可以根据装置所处实际环境的太阳能辐射特性及光伏吸光、含不同微纳光热催化颗粒悬浮液的吸光特性等进行透光涂层选择或直接更换分频器件，更换过程类似于“抽屉式”的抽插过程，简单、便捷。
进一步，本系统可实现全天候制氢过程，即使在夜晚时也可通过蓄电装置储存的电量进行电解制氢过程。
附图说明
图1为制氢反应系统总示意图。
附图标记说明：
1为储液罐；2为循环泵；3为光伏冷却板；4为线性光伏板；5为蓄电装置；6为电解制氢池；7为高曲率线性抛面聚光器；8为温度探测器；9为二次反光抛面聚光器；10为光热反应器；11为液体流量计；12为右曲面分频器； 13为左曲面分频器；14为平面分频器。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明在于提供一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，包括有数字聚光光学分频部分、光热催化悬浮液制氢部分以及光伏蓄电电解制氢部分。太阳能辐射光线首先通过高曲率线性抛面聚光器7进行一次汇聚并投射至平面分频器14、左曲面分频器13和右曲面分频器12上，透过平面分频器14的部分光线可直接被线性光伏板4吸收并转化为电能。透过左曲面分频器13和右曲面分频器12的光线汇至光热反应器10下方进行吸收，未被充分吸收的光线再经过二次反光抛面聚光器9聚集后反射至光热反应器10的上表面。平面分频器14、左曲面分频器13和右曲面分频器12的光透过特性可以根据实际反应需求选择性地涂覆不同光学材料于分频器表面或直接更换合适的分频器件，在光谱分频范围变化不大的情况下可选用数字分频器进行信号输出转化处理。总体上，平面分频器14可透过在700-1100nm附近的光线，继而被线性光伏板4吸收并转化为电能储存至蓄电装置5；左曲面分频器13和右曲面分频器 12可选择性透过250nm-700nm及1100nm-2500nm附近的光线用于激发悬浮液中光热悬浮颗粒产生电子-空穴对，电子可还原水分子产生氢气，并汇聚至储液罐1上方。
含光热催化悬浮液的储液瓶1既是储存装置也是气液分离装置，悬浮液在循环泵2的作用下首先流经光伏冷却板3，并输送至光热反应器10内发生光热分解水制氢反应。
温度探测器8用来监测线性光伏板4表面的温度，并通过液体流量计11可以调控悬浮液流量，即可改变其与线性光伏板4的换热效果，增强光伏输出性能。
线性光伏板4在白天时可同时将部分电能储存在蓄电装置5中，部分用于电解制氢池6的电解过程。在夜晚时，可以直接而用蓄电装置5中剩余的电能实现电解制氢，可以完成全天候的氢能制备过程。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，其特征在于，包括有数字聚光光学分频部分、光热催化悬浮液制氢部分以及光伏蓄电电解制氢部分；
数字聚光光学分频部分包括有高曲率线性抛面聚光器(7)，设置在高曲率线性抛面聚光器(7)正上方的平面分频器(14)，设置在平面分频器(14)左右两侧，且对称放置的左曲面分频器(13)和右曲面分频器(12)，以及设置在平面分频器(14)正上方的二次反光抛面聚光器(9)；光热催化悬浮液制氢部分包括有储液罐(1)，设置在储液罐(1)下游端的循环泵(2)，设置在平面分频器(14)上方的光伏冷却板(3)，以及设置在光伏冷却板(3)上方的光热反应器(10)；光伏蓄电电解制氢部分包括设置在光伏冷却板(3)与平面分频器(14)之间的线性光伏板(4)，与线性光伏板(4)连接的蓄电装置(5)，以及与蓄电装置(5)串接的电解制氢池(6)；
太阳能辐射光线首先通过高曲率线性抛面聚光器(7)进行一次汇聚并投射至平面分频器(14)、左曲面分频器(13)和右曲面分频器(12)上，透过平面分频器(14)的部分光线直接被线性光伏板(4)吸收并转化为电能，透过左曲面分频器(13)和右曲面分频器(12)的光线汇至光热反应器(10)下方进行吸收，未被充分吸收的光线再经过二次反光抛面聚光器(9)聚集后反射至光热反应器(10)的上表面；
储液罐(1)装有含有光热催化颗粒悬浮液，在循环泵(2)的作用下输送至光伏冷却板(3)吸收线性光伏板(4)表面的废热，起到降温的效果，提升光伏产电效率；初步预热后的悬浮液进入光热反应器(10)吸收紫外可见波段及红外光波段能量进行光热催化制氢反应，最后通过循环泵(2)泵送至储液罐(1)完成气液分离工序；线性光伏板(4)吸收由平面分频器(14)透过的部分光线用于激发光伏板内部PN结产生电压，线性光伏板(4)在白天时将部分电能储存在蓄电装置(5)中，部分用于电解制氢池(6)的电解过程，在夜晚时，直接利用蓄电装置(5)中剩余的电能实现电解制氢。
2.根据权利要求1所述的一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，其特征在于，平面分频器(14)、左曲面分频器(13)和右曲面分频器(12)的光透过特性根据实际反应需求选择性地涂覆不同光学材料。
3.根据权利要求2所述的一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，其特征在于，平面分频器(14)能够透过在700-1100nm的光线。
4.根据权利要求2所述的一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，其特征在于，左曲面分频器(13)和右曲面分频器(12)能够选择性透过250nm-700nm及1100nm-2500nm附近的光线。
5.根据权利要求1所述的一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，其特征在于，光热催化悬浮液制氢部分还包括设置在光热反应器(10)下游端的液体流量计(11)，整个管路中光热催化颗粒悬浮液流量可用液体流量计(11)测量，最后泵送至储液罐(1)完成气液分离工序。
6.根据权利要求5所述的一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，其特征在于，线性光伏板(4)表面的温度由温度探测器(8)监测，并通过调节循环泵(2)来控制光热催化颗粒悬浮液流量，充分降低线性光伏板(4)的废热。
7.根据权利要求6所述的一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，其特征在于，线性光伏板(4)表面工作时温度控制在25-60摄氏度之间。
8.根据权利要求1所述的一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，其特征在于，该系统所使用的太阳能为一年四季辐射至地球表面的直接辐射太阳能。
9.根据权利要求1所述的一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，其特征在于，光热催化颗粒悬浮液采用浓度为0.2g/L的石墨烯复合二氧化钛颗粒溶于300L纯水中制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210423068.5A CN114634156B (zh) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | 一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210423068.5A CN114634156B (zh) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | 一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114634156A true CN114634156A (zh) | 2022-06-17 |
| CN114634156B CN114634156B (zh) | 2023-03-10 |
Family
ID=81951356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210423068.5A Active CN114634156B (zh) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | 一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114634156B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109336051A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-02-15 | 中国科学院工程热物理研究所 | 全光谱太阳能制氢-储氢一体化系统 |
| CN109987581A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-09 | 西安交通大学 | 一种基于分频技术太阳能光热耦合制氢装置 |
| CN112865701A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-05-28 | 南京理工大学 | 一种基于光电-光热联用的液流电池储能系统 |
-
2022
- 2022-04-21 CN CN202210423068.5A patent/CN114634156B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109336051A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-02-15 | 中国科学院工程热物理研究所 | 全光谱太阳能制氢-储氢一体化系统 |
| CN109987581A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-07-09 | 西安交通大学 | 一种基于分频技术太阳能光热耦合制氢装置 |
| US20220024759A1 (en) * | 2019-04-09 | 2022-01-27 | Xi'an Jiaotong University | Device for producing hydrogen through photothermal coupling of solar energy based on frequency division technology |
| CN112865701A (zh) * | 2021-03-10 | 2021-05-28 | 南京理工大学 | 一种基于光电-光热联用的液流电池储能系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114634156B (zh) | 2023-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101974764B (zh) | 一种太阳能热光伏制氢装置 | |
| CN106498431B (zh) | 一种碟式太阳能耦合soec电解制氢设备及制氢方法 | |
| CN101769643B (zh) | 追踪式大型菲涅耳透镜点聚焦太阳能系统 | |
| Jing et al. | Photocatalytic hydrogen production under direct solar light in a CPC based solar reactor: reactor design and preliminary results | |
| CN104617863B (zh) | 基于透镜聚光原理的光伏‑光催化复合系统 | |
| CN103441177A (zh) | 新型多用途聚光太阳能系统 | |
| CN103383150A (zh) | 一种线性菲涅尔反射式中低温太阳能热化学利用装置 | |
| CN109626470A (zh) | 太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统 | |
| CN111510050A (zh) | 光谱、光强协同优化的太阳能全光谱利用的装置及方法 | |
| CN107935104A (zh) | 太阳能光催化反应器及具有该装置的光催化水处理系统 | |
| CN103861542A (zh) | 一种利用太阳能光催化制氢的反应装置 | |
| CN113755868A (zh) | 一种制氢设备 | |
| CN203466205U (zh) | 新型多用途聚光太阳能系统 | |
| CN214480472U (zh) | 一种基于光电-光热联用的液流电池储能系统 | |
| CN204633478U (zh) | 一种储存和释放电能的系统 | |
| CN114634156B (zh) | 一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统 | |
| CN204334458U (zh) | 一种高效集光双面发电装置 | |
| CN111478657B (zh) | 基于光伏反射板的太阳能全光谱聚光利用系统与方法 | |
| CN215713419U (zh) | 一种制氢设备 | |
| CN206289310U (zh) | 一种碟式太阳能耦合soec电解制氢设备 | |
| CN108467013A (zh) | 一种太阳能光催化制氢装置 | |
| CN210440172U (zh) | 一种能实现全天发电的太阳能发电系统 | |
| CN219950560U (zh) | 基于界面光蒸汽转换的光蒸发装置 | |
| CN206329440U (zh) | 浮力发电机的太阳能装置和系统 | |
| CN112290570A (zh) | 一种基于生物乙醇重整的清洁多能互补系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |