[发明专利]一种基于复合抛物面聚光器的太阳能光催化反应器

说明书

技术领域

本发明属于太阳能开发利用领域，涉及直接太阳能光照下的光催化反应。特别涉及一种基于复合抛物面聚光器的太阳能光催化反应器。

背景技术

光催化反应作为化学反应的一种，当前被大量用于能源及环保领域研究。光催化反应的原理是当催化剂粉末受到一定能量的光源照射时，其内部的电子受激发从价带跃迁到导带，从而在导带和价带分别产生自由电子和空穴。当电子-空穴分别迁移到半导体表面时，会与其吸附的物质发生光催化反应。光催化反应的只有直接利用太阳能做光源才有实用价值，要实现这一目的，一方面要有具有足够可见光活性及稳定性的光催化剂；另一方面，由于光催化反应的速率与入射光强成正比，因此如果能设计可以高效接收并会聚太阳光的光催化反应器，则有望使直接太阳光照各类光催化反应高效进行。目前所普遍使用的光催化反应器主要是采用各种玻璃瓶反应器在模拟的平行光源下进行，其反应器构造设计主要是在反应器的一侧或顶部设计一个平面的受光窗口来接收平行光源，设计相对简单。而考虑到直接太阳光分散不连续、一天内入射角不断变换及强度较低的特点，这种反应器显然不能适应直接光照下的光催化反应需求，另外，自然光源一般相对较弱，使用未经会聚的太阳光进行光催化反应，其效率一般较低。

太阳能聚光器主要有以下四种：(1)槽式太阳能聚光器(PTC)；(2)碟式太阳能高温聚光器；(3)塔式太阳能聚光器；(4)复合抛物面式聚光器(CPC)。其中前3种主要用于直接产生高温热媒发电且价格均十分昂贵。CPC是一种非成像式基于边缘光线原理设计的线聚焦太阳能聚光器，对太阳直射及漫散射的太阳能光线均有较好的收集效果，根据实际应用的目的不同，有各种形式的CPC被设计出来。目前，研发的CPC主要被应用于低温集热，如太阳能热水器，太阳灶。而基于CPC的太阳能光化学反应器的报道较少。专利CN1699200A报道了利用平截式CPC与透明玻璃纤维负载的TiO₂光催化剂膜组合的太阳能反应器。该发明使用平截式CPC虽然采光范围增大但聚光器聚光比大幅下降，催化剂使用固定床设计也不利于催化剂与反应液的充分接触。另外，在催化剂失活后催化床层的清洗也比较困难。而CN1631495A报道了一种固定床式太阳能空气净化装置，该发明未采用聚光装置，因此可以预期，该反应器对太阳光的利用效率将不会很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于直接太阳光照下的光催化反应器，该反应器具有成本低，反应速率高，操作方便和运行稳定的优点。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：该装置包括不锈钢支架、CPC倾斜度调节螺杆、复合抛物面聚光器、管式反应器，不锈钢支架斜面与水平面夹角为a，a的取值为当地纬度，斜面上通过轴承固定有至少一个复合抛物面聚光器。各个复合抛物面聚光器的反光面之间通过调节螺杆连接，复合抛物面聚光器的中心均设有一个管式反应器，各个管式反应器之间通过PVC管串联在一起。

所述的复合抛物面聚光器由反光面构成复合抛物面，反光面由玻璃钢支撑曲面和铝膜组成，在玻璃钢支撑曲面的内表面上压制有铝膜，铝膜的表面有氧化铝镀层。

所述的复合抛物面聚光器通过调节螺杆调节其倾角。

所述的管式反应器由石英或派热克斯Pyrex玻璃制成管子，其直径在25-50mm之间。

本发明的技术效果如下：

(1)利于大规模流体输送的管式反应器的设计，使得该装置可以在较低的操作成本下，最大限度的对反应原料液进行处理，并获得较高的反应速率。

(2)反应管处于特殊设计的CPC的焦线上，可以将入射至CPC受光面的所有光线均匀会聚至反应管的整个圆周，使得管式反应器可以最大程度的接收太阳光线的直射部分及耗散部分。

(3)CPC的反光材料为表面有氧化铝镀层的铝膜，铝膜压制于设计形状的玻璃钢材料制成的支撑曲面上。根据光催化剂的特性可以调整反光镀膜为银膜或多层金属交替反光膜。

(4)CPC安装于特定设计的不锈钢支架上。支架上CPC采取东西向阵列，其倾角可以用调节螺杆进行调节，使CPC倾角随季节变化定期调节，实现光线的最大接收。

(5)由于本发明中组成光催化反应器的聚光器和管式反应器的数量可以按要求设计，且可随时增减，因此本发明的装置可应用于各种不同活性光催化剂的各类光催化反应，亦可根据实际要求进一步做工程放大。

附图说明

图1是复合抛物面式聚光器CPC与管式反应器组合结构示意图；