本发明专利技术公开了一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置，包括储液罐、底座及支架、光催化反应器、聚光组件、气液分离器和参数测量组件。储液罐底部出口通过泵连接光催化反应器一端，光催化反应器另一端依次连接气液分离器和气体流量计。底座及支架支撑固定光催化反应器。光催化反应器包括反应器盒体和其上高透光率的反应器盖板，反应器盒体内部装填负载光催化剂。聚光组件包括复合抛物面聚光器和由下沉式设计增加的平面反射镜。本发明专利技术的聚光组件不仅提高了太阳能利用率，还可以调节聚光光线在光催化反应器上的分布，有利于光催化制氢性能的提高。负载光催化剂的使用可以避免额外的能量输入，运行费用低廉，还可以重复利用。
【技术实现步骤摘要】
一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置
本专利技术属于可再生能源规模制备领域，涉及一种直接太阳能光照下的光催化分解水制氢及氢气分离、测量装置，特别涉及一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置。
技术介绍
随着煤、石油、天然气等常规化石能源的不断消耗，导致了严重的能源供应危机与环境污染问题，迫切需要开发发展可再生能源。氢气作为一种能源载体，具有能量密度高、储运方便、燃烧产物为水、完全不污染环境等特点。太阳能是蕴藏量最丰富的太阳能源，清洁无污染，但其分散性和不稳定性导致难以直接规模利用。太阳能光催化分解水制氢是利用太阳能合成氢气的新技术，在实现太阳能利用的同时，也避免了化石燃料燃烧导致的环境污染问题。太阳能光催化制氢装置的相关设计对于光催化分解水制氢规模化制备的实现具有重要意义。目前，太阳能光催化制氢装置的研究点有两个：先进的太阳能聚光技术和高效的光催化反应器。在一定范围内，太阳能光催化产氢性能随着光强增加而增加，太阳能聚光组件能够提升光照强度，从而提高光催化制氢效率。考虑到避免牺牲剂溶液或者水的蒸发，反应系统的温度应不超过80℃，聚光器聚光比不能过大。常见的聚光器有塔式聚光器、碟式聚光器、槽式聚光器和抛物面聚光器。抛物面聚光器由于结构简单且具有较小的聚光比，适合于光催化领域。公告号为CN103861542A的专利技术专利，公开了“一种利用太阳能光催化制氢的反应装置”，光源为轴式太阳聚焦器聚集的太阳光，轴式太阳聚焦器由线性抛物面聚光器和自动跟踪太阳系统所组成，自动跟踪系统实时跟踪太阳，很大程度提高了太阳光利用率。但自动跟踪系统使实验装置复杂，运行成本高。公告号为CN101033058A的专利技术专利，公开了“一种直接利用太阳能光催化分解水制氢系统”，聚光组件采用复合抛物面聚光器，其不需要太阳光跟踪系统，结构简单。复合抛物面聚光器能够有效利用接收半角范围内的所有直射光和散射光，对天气变化适应性较强。但是聚光器聚集的光线在反应管不能均匀分布，不利于全部光催化剂反应性能的提高。此外，上述两个专利技术专利公开的光催化制氢反应器均采用管式反应器，内含悬浮型光催化剂，为了使催化剂保持悬浮状态，需要额外的能量输入使反应液循环流动，运行成本高。此外，反应结束后催化剂的回收与重复利用困难。
技术实现思路
为解决现有技术中存在着的问题，本专利技术的目的在于提供了一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置。在复合抛物面聚光器基础上采用下沉式方法设计的聚光组件不仅提高了太阳能利用率，还可以调节聚光光线在光催化反应器上的分布，有利于光催化制氢性能的提高，负载光催化剂的使用可以避免额外的能量输入，运行费用低廉，还可以重复利用，适合于太阳能光催化分解水制氢。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置，包括储液罐、底座、支架、光催化反应器、聚光组件和气液分离器；所述储液罐存储配制反应液；所述底座支撑所述支架；所述光催化反应器安装在所述支架上，光催化反应器包括反应器盒体和其上高透光率的反应器盖板；反应器盒体内装填负载光催化剂，反应器盖板密封安装在反应器盒体上；所述反应器盒体上设有进水口和出气口，进水口与储液罐连接；所述聚光组件包括复合抛物面聚光器和平面反射镜；所述气液分离器与出气口连接分离除去反应产生的气体中携带的水分。作为本专利技术的进一步改进，所述储液罐为锥形搅拌桶，锥形搅拌桶具有搅拌杆用于配置反应溶液，锥形搅拌桶顶部有加料孔，底部具有出水孔。作为本专利技术的进一步改进，所述支架与底座通过角度调节机构连接。作为本专利技术的进一步改进，所述角度调节机构包括调节螺母、调节半圆杆、调节螺帽和螺杆，调节半圆杆两端通过调节螺帽与支架边框连接，调节半圆杆中部穿过底座上的支撑杆，支撑杆上设置有用于锁紧所述调节半圆杆的调节螺母。作为本专利技术的进一步改进，所述反应器盒体材料为不锈钢或亚克力玻璃，内部分为多个格子空间，格子底部平板装填负载光催化剂；反应器盖板材料为亚克力玻璃；反应器盒体与反应器盖板之间设置有硅橡胶垫圈，反应器盖板上设置有金属固定压片，反应器盒体、硅橡胶垫圈、反应器盖板和金属固定压片通过紧固件固定密封。作为本专利技术的进一步改进，所述聚光组件在复合抛物面聚光器基础上采用下沉式方法设计而成，即将位于复合抛物面聚光器下端点的光催化反应器往下移动合适的距离，在聚光器下端和反应器边缘安装平面反射镜；复合抛物面聚光器将接收半角范围内的所有直射光和散射光反射到光催化反应器上，下沉的距离改变导致平面反射镜可以调节聚光光线在光催化反应器上的分布。作为本专利技术的进一步改进，所述复合抛物面聚光器，包括支撑曲面，支撑曲面为有复合抛物面线形的铝合金，支撑曲面上贴合有紧固铝板作为反光面。作为本专利技术的进一步改进，所述平面反射镜下端接光催化反应器，上端接聚光器，通过支撑曲面与反应器盒体侧框壁固定。所述平面反射镜沿光催化反应器的长边设置，平面反射镜通过支撑曲面与反应器盒体侧框壁固定。作为本专利技术的进一步改进，所述气液分离器安装固定于出气口上方，方向与地面垂直；出气口通过气路管道连接到气液分离器下端入口，气路管道携带的水分由于重力作用沉降，气体从气液分离器上端出口排出。作为本专利技术的进一步改进，还包括参数测量组件，参数测量组件包括辐射表和温度探头，辐射表测量太阳辐射强度，固定在支架上且与光催化反应器保持相同倾角；温度探头测反应液温度，置于进水口处。本专利技术相比于现有技术，具有以下优点：本专利技术在复合抛物面聚光器基础上采用下沉式方法设计的聚光组件不仅提高了太阳能利用率，还可以调节聚光光线在光催化反应器上的分布，有利于光催化制氢性能的提高，负载光催化剂的使用可以避免额外的能量输入，运行费用低廉，还可以重复利用，适合于太阳能光催化分解水制氢。光催化反应器采用负载光催化剂，系统循环运行不需要泵提供额外的动力，运行成本低，操作简便。此外，负载光催化剂可循环使用，避免了悬浮型体系所存在的催化剂分离、回收困难的缺点。进一步，本专利技术的聚光组件不仅能提高光能利用率，下沉式设计还可以调节聚光光线在光催化反应器上的分布，有利于避免单独的复合抛物面聚光器聚光后光线分布不均的问题，有利于光催化制氢整体性能的提高。进一步，本专利技术的反应器盖板为亚克力玻璃，透光率高，能透过大280nm以上的太阳光，能最大程度地利用太阳光谱，且具有较好的化学稳定性、机械稳定性和耐候性。进一步，本专利技术的光催化反应器南北方向倾斜于太阳放置，可由角度调节机构改变倾斜角，能最大限度地利用太阳光，能够适应不同纬度地区的运行需要。进一步，本专利技术的参数测量组件可实时准确地测量太阳辐照强度和反应体系的温度，有利于进行产氢效率影响因素的分析研究。附图说明图1为本专利技术的聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置整体示意图；图2为本专利技术的底座及支架结构示意图；图3为本专利技术的光催化反应器与聚光组件组装示意图；图4为图3的平面放置示意图；图5为本专利技术的聚光组件的下沉式设计对聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置，其特征在于，包括储液罐(1)、底座(3)、支架(4)、光催化反应器(5)、聚光组件(27)和气液分离器(7)；/n所述储液罐(1)存储配制反应液；所述底座(3)支撑所述支架(4)；/n所述光催化反应器(5)安装在所述支架(4)上，光催化反应器(5)包括反应器盒体(19)和反应器盖板(21)；反应器盒体(19)内填装负载光催化剂(23)，反应器盖板(21)密封安装在反应器盒体(19)上；所述反应器盒体(19)上设有进水口(16)和出气口(17)，进水口(16)与储液罐(1)连接；/n所述聚光组件(27)包括复合抛物面聚光器(6)和平面反射镜(26)；所述聚光组件(27)在复合抛物面聚光器(6)基础上为下沉式结构，光催化反应器(5)下沉位于复合抛物面聚光器(6)下端点一定距离，在复合抛物面聚光器(6)下端和光催化反应器(5)边缘安装平面反射镜(26)；复合抛物面聚光器(6)将光反射到光催化反应器(5)上；/n所述气液分离器(7)与出气口(17)连接分离除去反应产生的气体中携带的水分。/n
【技术特征摘要】
1.一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置，其特征在于，包括储液罐(1)、底座(3)、支架(4)、光催化反应器(5)、聚光组件(27)和气液分离器(7)；
所述储液罐(1)存储配制反应液；所述底座(3)支撑所述支架(4)；
所述光催化反应器(5)安装在所述支架(4)上，光催化反应器(5)包括反应器盒体(19)和反应器盖板(21)；反应器盒体(19)内填装负载光催化剂(23)，反应器盖板(21)密封安装在反应器盒体(19)上；所述反应器盒体(19)上设有进水口(16)和出气口(17)，进水口(16)与储液罐(1)连接；
所述聚光组件(27)包括复合抛物面聚光器(6)和平面反射镜(26)；所述聚光组件(27)在复合抛物面聚光器(6)基础上为下沉式结构，光催化反应器(5)下沉位于复合抛物面聚光器(6)下端点一定距离，在复合抛物面聚光器(6)下端和光催化反应器(5)边缘安装平面反射镜(26)；复合抛物面聚光器(6)将光反射到光催化反应器(5)上；
所述气液分离器(7)与出气口(17)连接分离除去反应产生的气体中携带的水分。
2.根据权利要求1所述的一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置，其特征在于，所述储液罐(1)为锥形搅拌桶，锥形搅拌桶具有搅拌杆(12)用于配置反应溶液，锥形搅拌桶顶部有加料孔，底部具有出水孔。
3.根据权利要求1所述的一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置，其特征在于，所述支架(4)与底座(3)通过角度调节机构连接。
4.根据权利要求3所述的一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置，其特征在于，所述角度调节机构包括调节螺母(13)、调节半圆杆(14)、调节螺帽(15)和螺杆(25)，调节半圆杆(14)两端通过调节螺帽(15)与支架(4)边框连接，调节半圆杆(14)中部穿过底座(3)上的支撑杆，支撑杆上设置有用于锁紧所述调...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉彬，李锐，郑文钰，朱汉卿，夏虹宇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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