[发明专利]利用太阳光直接分解水制氢的反应装置

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源高效制备领域，具体是一种利用太阳光直接分解水制氢的反应装置。

背景技术

自地球上出现生命以来，就万物生长靠太阳。光合作用是绿色植物和藻类植物在可见光作用下将二氧化碳和水转化成碳水化合物的过程。人类赖以生存的能源和材料都直接地和间接地来自光合作用。石油、煤、天然气等化石燃料就是自然界留给我们的光合作用的产物。由于世界的飞速发展，大自然留给我们的能源越来越短缺，这就激发了各国的科学家对光合作用及其模拟的研究，只能从能源上考虑，光解水制造氢是太阳能光化学转化与储存的最好途径。因为氢燃烧后只生成水，不污染环境，是便于储存和运输的可再生能源；再者，太阳能取之不尽用之不竭，是化石能源的理想替代者。

太阳能分解水制氢可以通过三种途径来进行：

一、光电化学池：即通过光阳板吸收太阳能并将光能转化为电能。光阳板通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子——空穴对，光阳极和对极(阴极)组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气；

二、光助络合催化：即人工模拟光合作用分解水的过程。在绿色植物中，吸光物质是一种结构为镁卟啉的光敏络合物，传递电子通过醌类。具有镁卟啉结构的叶绿素分子通过吸收680mm可见光诱发电荷分离，使水氧化分解而释氧，与此同时，质醌发生光还原。从分解水的角度而言，在绿色植物光合作用中，首先是应该通过光氧化水放氧储能，然后才是二氧化碳的同化反应。由于氧化放氧通过电荷转移储存了光能，在二氧化碳同化过程中与质子形成碳水化合物中间体只能是一个暗反应。只从太阳能的光化学转化与储存角度考虑，无疑光合作用过程是十分理想的。因为它不但通过光化学反应储存了氢，同时也储存了碳。但对于太阳能分解水制氢，所需要的是氢而不是氧，则不必从结构上和功能上去模拟光合作用的全过程，而只需从原理上去模拟光合作用的吸光，电荷转移，储能和氧化还原反应等基本物理化学过程；

三、半导体催化：即将TiO₂或cds等光半导体微粒直接悬浮在水中进行光解水反应。半导体光催化在原理上类似于光电化学池，细小的光半导体颗粒可以被看做是一个个微电极悬浮在水中，它们像太阳极一样在起作用，所不同的是它们之间没有像光电化学池那样被隔开，甚至对级也被设想是在同一粒子上。在半导体微粒上可以担载铂，有人把铂作为阴极来看待，但从铂的作用机制上看更像是催化剂。因为在没有“外电路”只有水作为电解质的情况下，光激发所产生的电子无法像在体系外的导体中一样有序地从“光阳极”流向“阴极”，铂的主要功能是聚集和传递电子促进光还原水放氢反应。和光电化学池比较，半导体光催化分解水放氢的反应大大简化，但通过光激发在同一个半导体微粒上产生的电子---空穴对极易复合。尽管半导体光催化循环分解水同时放氢放氧未能实现，像络合物催化光解水一样必须在反应体系中加入电子给体或受体分别放氢放氧，但半导体光催化的发展为光催化研究打开了若干新的领域。

发明内容

本发明针对现有技术中存在上述不足，提供了一种利用太阳光直接分解水制氢的反应装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种利用太阳光直接分解水制氢的反应装置，包括直角反光镜、底座、十字支架、反应器、底面反光镜及反应器框架，其中，反应器通过反应器框架设置于十字支架上，底面反光镜固定在十字支架上，直角反光镜固定于反应器上，十字支架固定在底座上，所述反应器的上下表面均为高透光玻璃。

所述反应器的下底面水平，上表面倾斜，反应器的一侧边缘设有气体出口，所述反应器上设有荧光校准板，所述荧光校准板荧光面朝下。

所述反应器为管状反应器或平面反应器。

所述利用太阳光直接分解水制氢的反应装置，还包括脉冲发生器和蒸汽发生器，所述脉冲发生器为若干个，所述蒸汽发生器通过太阳能加热水产生蒸汽，产生的脉冲气体在脉冲发生器中等压膨胀。

所述蒸汽发生器包括聚光器和接收器，所述聚光器用于接收太阳能，所述接收器外表面涂黑色，里面加水，用于产生蒸汽，所述接收器出口与接收器中活塞的蒸汽入口连接，活塞的蒸汽出口与管状反应器的入气口端连接；所述连接为通过软管连接。

所述底面反光镜的边缘设有校准反射镜，所述校准反射镜镜面朝上；所述底面反光镜的镜面与反应器的下底板平行，所述底面反光镜的面积大于反应器的面积；所述校准反光镜到底面反光镜的顶点的距离与校准荧光板到反应器的顶点的距离相等。

所述直角反光镜为两个，分别设置在反应器的上下两侧面上。