[发明专利]一种二次反射聚光系统及其在光催化制氢反应器上的应用

说明书

本发明属于光催化分解水制氢技术领域，尤其是一种二次反射聚光系统及其在光催化制氢反应器上的应用，二次反射聚光系统包括线性抛物线聚光器、安装座、主转轴、极轴、平板反射器，光催化分解水制氢反应管位于线性抛物线聚光器的凹面聚焦处，通过循环管道A和循环管道B连接储液罐形成循环回路，储液罐内置搅拌桨，储液罐上具有进料口和进料泵，储液罐顶部通过氢气管道连接集气瓶。本发明不仅提高了太阳能利用率，还可以调节聚光光线在光催化分解水制氢反应器上的分布，有利于光催化制氢性能的提高。

技术领域

本发明属于光催化分解水制氢技术领域，尤其是一种二次反射聚光系统及其在光催化制氢反应器上的应用。

背景技术

由于世界范围内能源危机和环境污染问题的日益严重，发展可再生能源成为近年来的研究热点。氢能作为一种无污染高热量的能源,其广泛应用于燃料电池、医药、食品、航天等领域,氢气(H2)的使用有助于缓解能源危机和碳排放。

化石燃料制氢、生物制氢、光催化制氢、水电解制氢是生产氢气的主要方法。目前，主要制氢方法还需使用化石燃料，因此不能被认为是可再生的。此外，在这个过程中经常会产生一些副产物，如二氧化碳。相对于传统制氢方法，光催化分解水制氢具有绿色无污染的优势，从实际应用出发，研究太阳能光催化分解水制氢设备可为推动高效、低成本的规模化太阳能光催化制氢的实现起到积极的作用。

目前，光催化分解水制氢装置主要包括固定式聚光装置和单轴跟踪太阳聚光器。比如，申请号为CN202010301201.0的中国发明专利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。该太阳能光催化制氢装置还可以调节聚光光线在反应器上的分布。然而，该光催化制氢装置与太阳入射角有很大的关联，在非垂直入射时，其太阳光利用率大大下降，光催化产氢效率也随之降低。申请号为CN201210556202.5的中国发明专利，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，该轴式太阳聚焦器主要由线性抛物面聚光器和自动跟踪太阳系统所组成,在线性抛物面聚焦器的中心光斑处设有蛇形盘管式反应器,该蛇形盘管式反应器的周围加装有冷却循环水装置。然而，该太阳能光催化制氢反应装置跟踪系统不能保证辐射接收面在任何时候都垂直于太阳的入射方向，只能是尽量的减小太阳的入射角，提高辐射接收量，从收集太阳能来说并不理想。

概括来讲，现有技术存在以下问题：

(1)对于固定式聚光装置，没有考虑太阳入射角度的问题，在非垂直入射时，其太阳光利用率大大下降，光催化产氢效率也随之降低。

(2)对于单轴跟踪太阳聚光器，不能保证辐射接收面在任何时候都垂直于太阳的入射方向，只是尽量的减小太阳的入射角，提高辐射接收量，从收集太阳能来说并不理想。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，即目前部分光催化分解水制氢反应器采用固定式抛物面设计，以及目前部分光催化分解水制氢反应装置采用单轴太阳跟踪系统不能保证辐射接收面在任何时候都垂直于太阳的入射方向，收集太阳能来说并不理想，而本发明提出的一种二次反射聚光系统及其在光催化制氢反应器上的应用。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种二次反射聚光系统，包括线性抛物线聚光器、安装座、主转轴、极轴、平板反射器，所述线性抛物线聚光器的凹面朝向平板反射器；所述安装座为固定的，安装座上端具有极轴，主转轴，其中主转轴为俯仰转轴，平板反射器安装于极轴上。

作为更进一步的优选方案，主转轴和极轴相互垂直，极轴安装在主转轴上。

作为更进一步的优选方案，平板反射器上设有辐射表，辐射表用于对太阳辐射强度进行准确测量，用于研究太阳辐射强度对光催化产氢效率的影响。

作为更进一步的优选方案，平板反射器的凹面内区域设有光敏元件。