[发明专利]一种基于分频技术太阳能光热耦合制氢装置

说明书

本发明公开了一种基于分频技术太阳能光热耦合制氢装置，包括光热耦合反应器和储液箱等；圆弧形二次反射器件的开口方向朝下并设置在储液箱的正上方，储液箱的中间通过控温流体层连通，且光热耦合反应器包裹在控温流体层内，光热耦合反应器的正下方对称设置有两个固态分频器，储液箱两侧的内侧依次设置有吸热流体层和真空层，若干反射镜并排设置在储液箱的正下方；工作时，含有光热催化剂的测试样品放置在光热耦合反应器内，光源通过固态分频器将光源分为红外光部分和紫外光部分，红外光部分能量最终传递给光热耦合反应器，紫外光部分投射到光热催化剂上。本发明用于催化剂颗粒的光热耦合制氢实验，具有环保、高效，操作简单方便等优点。

技术领域

本发明属于新能源制备技术领域，具体涉及一种基于分频技术太阳能光热耦合制氢装置。

背景技术

近年来美日欧等在氢燃料电池汽车商业化上展开了激烈竞争，我国政府也在积极推进氢能产业的发展，氢燃料电池供能技术已经快速向商业化推进，然而我国并还没有形成完备的氢能供给技术体系，储氢、氢气运输等关键技术不成熟，氢能供给产业链薄弱，加氢企业实力不强，氢气纯化、存储和运输企业较少，因此，制氢技术的发展仍然十分必要。通过光热耦合分解水制取氢气是一种低成本、高效、无污染的制氢手段，另外太阳能本身取之不尽用之不竭，是一种很好的清洁能源，所以通过太阳能光热耦合分解水制氢的方式能有效缓解加氢站建设的压力。

光催化反应是以适宜的半导体材料为光催化剂，在特定波长的光照下，光催化剂内部受光激发产生电子和空穴对，并分别迁移至催化剂表面与水或有机物分子发生氧化、还原反应而将太阳辐射光能储存到目标产物内(如生成氢气)。既往的研究多从材料及化学的角度，仅关注光催化材料本身的结构性质及其化学反应，忽略了催化材料与其所处的能源转化体系之间的强烈耦合作用，致使该过程的总能转化效率始终在低水平徘徊。传统的太阳能热化学制氢技术主要将太阳能的红外部分转化为化学能，无法有效利用占太阳能光谱近一半的紫外可见光区能量。而太阳能光催化制氢技术主要利用太阳能紫外可见区的能量，而将红外部分无谓的浪费。显然，如能将上述两种技术有效结合，即实现光热耦合制氢，则有望突破两种技术各自的太阳能转化效率上限，大幅提高太阳能制氢效率。然而现阶段国内外研究光热耦合光热分解水制氢的科研院所和机构并不多，研究的实验装置也相对较少，因此需要设计一种新型的太阳能光热耦合分解水制氢装置来进行实验探究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分频技术太阳能光热耦合制氢装置，利用此装置可对一系列的光热催化剂颗粒进行制氢效果研究。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于分频技术太阳能光热耦合制氢装置，包括圆弧形二次反射器件、光热耦合反应器、若干反射镜以及具有中空腔体的储液箱；其中，

储液箱呈倒U形状，圆弧形二次反射器件的开口方向朝下并设置在储液箱的正上方，储液箱中间通过控温流体层连通，且光热耦合反应器包裹在控温流体层内，光热耦合反应器的正下方对称设置有两个固态分频器，储液箱两侧的内侧依次设置有吸热流体层和真空层，若干反射镜并排设置在储液箱的正下方；工作时，含有光热催化剂的测试样品放置在光热耦合反应器内，光源通过并排的反射镜收集至固态分频器，固态分频器将光源分为红外光部分和紫外光部分，红外光部分能量通过真空层和吸热流体层后，将能量传递给控温流体层，控温流体层将热能传递给光热耦合反应器，紫外光部分直接透过控温流体层将光投射到光热耦合反应器内的光热催化剂上。

本发明进一步的改进在于，反射镜采用线性菲涅尔反射镜，且其反射面能够根据太阳辐射光的不同方位来进行旋转。

本发明进一步的改进在于，储液箱两侧的外侧还设置有板式二次反射器件，用于反射未被吸热流体层完全吸收的红外光部分能量，并通过吸热流体层吸收。

本发明进一步的改进在于，板式二次反射器件的高度与储液箱两侧的高度一致。