[发明专利]太阳能-常压直流辉光等离子体光解水制氢方法和装置

权利要求书

1.一种太阳能-常压直流辉光等离子体光解水制氢的方法，其特征在于：以蒸馏水为原料，用太阳能聚光器将太阳光密集化，投射到反应器内常压水蒸气直流辉光等离子体空间(23)中，当聚光器光斑(13)中波长λ≤500nm的光子密度ф达到阈值ф₀，且光斑(13)稳定地笼罩住常压水蒸气直流辉光等离子体空间(23)时，就会使水光解为氢气和氧气的混合气体，其中氢气和氧气的混合气体的产量会随着太阳光中波长λ≤500nm的光子密度的变化而有规律的连续产生，使用排水集气法和H₂/O₂分离技术加以收集分离后，得到纯净的主产品氢气和副产品氧气；发生辉光等离子体的装置采用激光电源；常压水蒸气由反应器内壁板采取太阳光能，转化为热能使反应器中的蒸馏水沸腾来产生。

2.一种太阳能-常压直流辉光等离子体光解水制氢的装置，它由6部分设备组成，其各自的结构、参数、相互连接关系与工作状态等的特征如下：

辉光等离子体电源：采用激光电源，在其上增加电流表(54)和电压表(55)等仪表，以便工作过程中调节、监视和记录辉光等离子体的工作参数，以光伏电池组或电力线路供电提供的电力为输入电源，根据设计的产气量选用不同输出功率等级的激光电源；

太阳能聚光器：太阳能聚光器为正抛物面型，其截光直径(11)由设计产气量确定，其汇聚光线实际形成的光斑(13)与反应器内的等离子体空间(23)相匹配，聚光器最边缘处的反射光线对光斑(13)最小横截面的入射角最大不超过45°，且在大气透光度良好的条件下，光斑(13)中波长λ≤500nm光子密度Φ能达到阈值Φ₀以上的工作时段为每天6个小时以上，其上装有太阳自动跟踪器和固定反应器、电气线路的支架等；

反应器：由耐高温耐强光在水蒸气中不腐蚀的材料制成的密闭容器，其一个侧面为平面，由透射太阳光率最好的石英玻璃平板制成，作为反应器前侧的光窗(20)，反应器上部有主气管(27)，内部有内壁板(21)布满除光窗一侧的反应器所有内壁，在反应器内部空间的中上部布置有发生辉光等离子体的针型电极(25)和板型电极(26)，分别由针极导线引至接线端子(22)和电极棒(24)与外电路连接，内壁板、电极和导线均选用高温、强光、空气和水蒸气条件下不氧化腐蚀变形的材料，反应器下部后侧有副气管(28)，反应器的下部前侧有进水管(29)以便装入蒸馏水，通过太阳能聚光器的支架系统使反应器的光窗垂直于聚光器主光轴(12)，且使聚光器的光斑(13)笼罩住反应器内的等离子体空间(23)；

冷凝集气系统：由上部的集气罐(61)和下部的水室(63)组合而成，上部的集气罐(61)为密闭的容器，下部浸于水室(63)的蒸馏水中，在集气罐(61)的上部装有产气管(62)，在水室(63)上装有进气管(60)、检气管(64)和三通阀门(69)，由悬挂机构和软管连接以适应聚光器跟踪太阳的运动，高度位置以高于反应器的最高点为最佳；其中进气管(60)有2个接管口，分别与反应器上的主气管(27)和副气管(28)连接牢固且密封，检气管(64)和三通阀门(69)位于进气管(60)之后，供检测进入的气体是否为氢气和氧气，如不是。则通过三通阀门排入大气；

供水系统：在供水箱上装有给水管(70)通过管路与反应器上的进水管(29)连接牢固，补水管(71)与外部蒸馏水源连接，副水管(72)通过管路与冷凝集气系统上的溢水管(68)连接牢固，由悬挂机构和软管连接适应聚光器跟踪太阳的旋转运动，高度位置以能保证反应器的工作水位稳定为准；

H2/O2分离设备：变压吸附法(PSA法)技术已经成熟且回收率较高，选用其中与本制氢装置设计产气量相匹配的规格型号。