本發(fā)明涉及一種太陽能光催化反應(yīng)裝置，具體涉及一種基于菲涅爾透鏡聚光的室外離線式太陽能光催化反應(yīng)裝置，屬于太陽能光催化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

太陽能具有儲量無限性、開發(fā)利用清潔性等優(yōu)點。目前對太陽能利用的方式多種多樣，其中光催化是太陽能利用的一種重要方式，其主要研究方向集中在：(1)能源領(lǐng)域-光熱分解水制氫；(2)降解方面，主要針對廢水中有機污染物，比如芳香族化合物(苯、甲苯等)、酮、等有害物質(zhì)。氫能作為一種理想的二次能源，具有能量密度高、可儲存、可運輸、無污染等優(yōu)點，未來人類對氫能的需求量將大幅度上升，如：燃料電池、電力、醫(yī)藥、食品、航天等領(lǐng)域都需要用到氫能。傳統(tǒng)的制氫方法需要消耗巨大的常規(guī)能源，使氫能身價過高，成為典型的“貴族能”，大大限制了氫能的推廣應(yīng)用。1972年,日本學(xué)者fujishima和honda對光照tio2電極導(dǎo)致水分解產(chǎn)生氫的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了一種可行的氫氣制備方法，為制備綠色清潔能源提供了有效手段。太陽能光催化分解水制氫不僅可以為人類社會提供巨大的能源，還可以節(jié)約常規(guī)化石燃料、保護生態(tài)環(huán)境及減緩全球日益嚴重的氣候變化等問題。除光催化制氫之外，上世紀80年代以來，光催化方法由于可以在常溫常壓下對有機廢水進行完全礦化處理，已受到人們的重視。在光化學(xué)的作用下，有機物發(fā)生氧化分解反應(yīng)，最終降解為co2、水和無機離子，而失去毒性。光催化方法以其無二次污染、對有機物無選擇性和降解程度高的優(yōu)點被普遍認為是最有前景的水處理方法。

菲涅爾透鏡是由普通平凸透鏡演變而來，是一面刻有一系列同心棱形槽的輕薄光學(xué)塑料片，其每個環(huán)帶都相當于一個獨立的折射面，這些棱形環(huán)帶都能使入射光線會聚到一個共同的焦點上。與普通平凸透鏡相比，菲涅爾透鏡在整個直徑范圍內(nèi)的厚度基本相同，用很少的原料便可得到較大口徑的透鏡，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價格便宜；透光率高，實際上可達到0.85以上；保養(yǎng)清掃方便；不易脆裂，并且有一定的強度和韌性，能經(jīng)得起砂、石的打擊，使用壽命長。

高精度的太陽追蹤裝置具有實時跟蹤太陽方位以調(diào)整自身姿態(tài)最大限度的利用太陽能，已經(jīng)被國內(nèi)外很多家單位成功的應(yīng)用于太陽能光伏光熱發(fā)電站以及氣象觀測中去，在光催化領(lǐng)域中科院大連化物所發(fā)明的一種利用太陽能光催化制氫的反應(yīng)裝置介紹利用高精度的太陽追蹤裝置，但是其利用槽式太陽能聚光器，只能實現(xiàn)對太陽方位的一維追蹤，該裝置要想實現(xiàn)太陽方位的二維追蹤，其轉(zhuǎn)動機械結(jié)構(gòu)將極其復(fù)雜。而目前國內(nèi)外將菲涅爾透鏡安裝在太陽自動跟蹤裝置上與光催化反應(yīng)相耦合的例子還沒有見到。另外粒子催化劑在傳統(tǒng)的反應(yīng)器中反應(yīng)過程中自然沉降嚴重影響光催化的效率，并且由于不均勻性極大的影響實驗測試過程中數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

檢索、查閱光催化分解水制氫和降解污染物的相關(guān)文獻，再結(jié)合自身實驗的一些實際操作認識到很多的光催化研究中的問題。由于受到室外太陽能跟蹤聚光裝置和簡易光催化反應(yīng)器的限制，新研制的催化劑的測試大多局限于采用模擬太陽光源進行實驗，即使存在少量的利用太陽跟蹤進行聚光測試的裝置，因為其采用槽式聚光器對太陽一維跟蹤的局限以及裝置的復(fù)雜性，并不能滿足對太陽能最高效的利用和簡便的實驗操作等要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

鑒于此，本發(fā)明針對已經(jīng)公開的采集太陽光通過光纖進行光傳導(dǎo)一系列復(fù)雜裝置以及在線式光催化反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴的問題，提供的一種基于菲涅爾透鏡聚光的室外離線式太陽能光催化反應(yīng)裝置，利用該套裝置可以簡便實際的進行太陽能光催化領(lǐng)域中制氫以及有機污染物降解催化劑的測試，實現(xiàn)了催化劑的自然太陽光的實際測試，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、易于拆裝、成本低廉優(yōu)點。

本發(fā)明提供了一種基于菲涅爾透鏡聚光的室外離線式太陽能光催化反應(yīng)裝置，

包括反應(yīng)裝置、太陽追蹤器和調(diào)整支架；

所述反應(yīng)裝置包括反應(yīng)器、菲涅爾透鏡、雙層冷卻水套、旋轉(zhuǎn)電機、磁鐵、恒溫水槽、循環(huán)水泵；

太陽追蹤器包括太陽追蹤裝置、太陽追蹤裝置控制器和太陽追蹤傳感器；

所述雙層冷卻水套套在反應(yīng)器的底座上，旋轉(zhuǎn)電機安裝在反應(yīng)器的底座內(nèi)，旋轉(zhuǎn)電機的輸出端連接磁鐵，攪拌磁子放置在反應(yīng)器內(nèi)部；所述雙層冷卻水套上部設(shè)有出水口，下部設(shè)有入水口，出水口通過回水管路與恒溫水槽連通，入水口通過進水管路與恒溫水槽連通，所述回水管路上安裝有循環(huán)水泵；

所述調(diào)整支架安裝在太陽追蹤裝置的云平臺上，調(diào)整支架包括水平支架、豎直支架、第一傾斜支架和第二傾斜支架，所述水平支架的前端安裝豎直支架，水平支架的后端與第一傾斜支架的下端可調(diào)整連接，水平支架的中部與第二傾斜支架的下端鉸接，第一傾斜支架和第二傾斜支架的上端可調(diào)整連接，第一傾斜支架的頂端固定安裝雙層冷卻水套；

所述菲涅爾透鏡傾斜安裝在豎直支架上，太陽追蹤傳感器安裝在菲涅爾透鏡的中心處，太陽追蹤裝置控制器與太陽追蹤裝置和太陽追蹤傳感器電連接。

進一步地：考慮到地域緯度，所述菲涅爾透鏡與水平面呈45°角設(shè)置。

進一步地：所述水平支架的后端與第一傾斜支架的下端通過長圓孔及螺栓實現(xiàn)可調(diào)整連接。

進一步地：所述第一傾斜支架和第二傾斜支架的上端通過長圓孔及螺栓實現(xiàn)可調(diào)整連接。

進一步地：所述反應(yīng)器的底座內(nèi)部設(shè)置有凸臺，反應(yīng)器置于凸臺上。如此設(shè)置，便于反應(yīng)器安裝。

進一步地：所述反應(yīng)器的側(cè)壁上設(shè)置有兩個接口管，所述每個接口管上均安裝有密封閥門；反應(yīng)器的頂部覆蓋有石英玻璃蓋板。

進一步地：所述反應(yīng)器的頂部設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置墊圈，墊圈用于實現(xiàn)反應(yīng)器頂部與石英玻璃蓋板的密封。

有益效果：

1、本發(fā)明采用涅爾透鏡安裝到高精度的太陽追蹤裝置上，跟普通透鏡相比，減輕了重量，這樣可以降低支撐支架成本，并且在夾裝上更加方便；

2、本發(fā)明采用的離線式光催化反應(yīng)器底部加裝的旋轉(zhuǎn)電機和磁鐵，構(gòu)成了轉(zhuǎn)速可調(diào)的磁力攪拌器，可以解決催化劑粒子在反應(yīng)器內(nèi)沉降的問題；

3、本發(fā)明采用的光催化反應(yīng)器兩側(cè)帶有密封閥門，抽真空取下之后可以極佳的保持真空狀態(tài)，中下部的雙層冷卻水套通循環(huán)水可以保持催化劑的最佳反應(yīng)溫度；

4、簡易組合式支架可以隨意的拆裝組合，可以調(diào)整間距安裝不同大小和不同焦距大小的菲涅爾透鏡，反應(yīng)的支架可以大角度長距離的移動找到最好的反應(yīng)位置。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所述的一種基于菲涅爾透鏡聚光的室外離線式太陽能光催化反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的反應(yīng)器與水套的位置關(guān)系圖；

圖3為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機、磁鐵的安裝關(guān)系圖；

圖4為本發(fā)明的調(diào)整支架的結(jié)構(gòu)圖；

圖中：反應(yīng)器1、菲涅爾透鏡2、雙層冷卻水套3、旋轉(zhuǎn)電機4、磁鐵5、恒溫水槽6、循環(huán)水泵7、太陽追蹤器包括太陽追蹤裝置8、太陽追蹤裝置控制器9、太陽追蹤傳感器10、調(diào)整支架11、凸臺12。

具體實施方式

在下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的示范性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費時的，但對得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細節(jié)。

實施例：一種基于菲涅爾透鏡聚光的室外離線式太陽能光催化反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)裝置、太陽追蹤器和調(diào)整支架11；所述反應(yīng)裝置包括反應(yīng)器1、菲涅爾透鏡2、雙層冷卻水套3、旋轉(zhuǎn)電機4、磁鐵5、恒溫水槽6、循環(huán)水泵7；太陽追蹤器包括太陽追蹤裝置8、太陽追蹤裝置控制器9和太陽追蹤傳感器10；所述雙層冷卻水套3套在反應(yīng)器1的底座上，旋轉(zhuǎn)電機4安裝在底座內(nèi)，旋轉(zhuǎn)電機4的輸出端連接磁鐵5，攪拌磁子放置在反應(yīng)器內(nèi)部，作為簡易磁力攪拌器；所述雙層冷卻水套3上部設(shè)有出水口3-1，下部設(shè)有入水口3-2，出水口3-1通過回水管路與恒溫水槽6連通，入水口3-2通過進水管路與恒溫水槽6連通，所述回水管路上安裝有循環(huán)水泵7；所述調(diào)整支架安裝在太陽追蹤裝置8的云平臺上，調(diào)整支架11包括水平支架、豎直支架、第一傾斜支架和第二傾斜支架，所述水平支架的前端安裝豎直支架，水平支架的后端與第一傾斜支架的下端可調(diào)整連接，水平支架的中部與第二傾斜支架的下端鉸接，第一傾斜支架和第二傾斜支架的上端可調(diào)整連接，第一傾斜支架的頂端固定安裝雙層冷卻水套3；所述菲涅爾透鏡2傾斜安裝在豎直支架上，太陽追蹤傳感器10安裝在菲涅爾透鏡2的中心處，太陽追蹤裝置控制器9與太陽追蹤裝置8和太陽追蹤傳感器10電連接。

更具體地：考慮到地域緯度，所述菲涅爾透鏡2與水平面呈45°角設(shè)置。所述水平支架的后端與第一傾斜支架的下端通過長圓孔及螺栓實現(xiàn)可調(diào)整連接。所述第一傾斜支架和第二傾斜支架的上端通過長圓孔及螺栓實現(xiàn)可調(diào)整連接。所述底座的內(nèi)部設(shè)置有凸臺12，反應(yīng)器1置于凸臺12上。如此設(shè)置，便于反應(yīng)器安裝。所述反應(yīng)器1的側(cè)壁上設(shè)置有兩個接口管1-1，所述每個接口管1-1上均安裝有密封閥門1-2；反應(yīng)器1的頂部覆蓋有石英玻璃蓋板。所述反應(yīng)器1的頂部設(shè)有凹槽1-3，凹槽內(nèi)設(shè)置墊圈，墊圈用于實現(xiàn)反應(yīng)器1頂部與石英玻璃蓋板的密封。所述調(diào)整支架為鋁型材調(diào)整支架，所述回水管路和進水管路均采用pvc管。

本實施例的裝置是在高精度的太陽追蹤云臺上搭建鋁型材支架，菲涅爾透鏡安裝在支架上，太陽追蹤傳感器固定到透鏡的中心位置，后端支架用長螺栓固定，帶有導(dǎo)槽可移動的中心支架頂端連接裝有磁力攪拌器的水套，反應(yīng)器放置到水套內(nèi)，利用pvc管連接水泵和恒溫水槽。反應(yīng)完畢后取下，利用插針法或者直接連接到在線設(shè)備上通過氣相色譜儀進行實驗結(jié)果的檢測。

光催化的反應(yīng)器的主要包括兩端帶有閥門的伸出連接測試管的反應(yīng)器和底部的雙層冷卻水套兩個主要部分，水套外部連接可控流量的循環(huán)冷卻水；透過式太陽能聚光系統(tǒng)是由菲涅爾透鏡和太陽自動跟蹤裝置組成；還具有可變轉(zhuǎn)速的磁力攪拌器；反應(yīng)器放置好后，調(diào)整支架的角度和距離，使得聚集焦點落在液面以下，以達到光催化效果的最優(yōu)。

本實施例應(yīng)用于利用太陽能光催化可再生能源的生產(chǎn)制備以及污染物降解治理領(lǐng)域，是一種直接聚集太陽光進行光催化制氫以及分解降解有機污染物的催化劑的測試，利用菲涅爾透鏡聚光的離線式太陽能光催化新型反應(yīng)裝置。

如圖1所示，配比好的溶液盛在反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)過抽真空后(根據(jù)不同的實驗具體操作)，再用夾子密封好，反應(yīng)器內(nèi)部保持真空，放置到帶有磁力攪拌器的水套內(nèi)，將循環(huán)水泵入水口從恒溫水槽抽取設(shè)定好溫度的水，出水口與水套的入水口相連接，水套出水口通過pvc管將水流回恒溫水槽形成循環(huán)。將菲涅爾透鏡安裝到太陽追蹤裝置上，考慮到地域緯度，菲涅爾透鏡與支架平面呈45°角，將太陽追蹤傳感器安裝到透鏡中心，接通太陽追蹤裝置控制器，待追蹤好太陽的位置之后，調(diào)整反應(yīng)器支架螺栓移動支架將匯聚焦點落到反應(yīng)器內(nèi)部。

如圖2所示，反應(yīng)器兩側(cè)伸出的接口管上面裝有閥門，頂部凹槽內(nèi)放置墊圈蓋上石英玻璃抽真空后關(guān)閉閥門，保持反應(yīng)器內(nèi)部真空；水套的出入口通循環(huán)冷卻水，以保證維持反應(yīng)器內(nèi)部催化劑的最佳反應(yīng)溫度。

如圖3所示，轉(zhuǎn)動電機和磁鐵組成的簡易磁力攪拌器，實驗過程中攪拌溶液，使催化劑顆粒懸浮在水中，凸臺為了方便放置反應(yīng)器與磁力攪拌器保持一定間隙。

如圖4所示，安裝在云臺上的調(diào)整支架，采用鋁型材可以快速拆裝和調(diào)整位置，調(diào)整支架加工導(dǎo)槽，并利用螺栓連接，多方向調(diào)接反應(yīng)器底座的位置，使光完全匯聚到反應(yīng)器內(nèi)，達到最大限度的利用太陽光。

所述太陽追蹤器包括太陽追蹤裝置8、太陽追蹤裝置控制器9和太陽追蹤傳感器10均為現(xiàn)有技術(shù)，產(chǎn)品為東莞科匠自動化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ty-201m型太陽追蹤器，追蹤時間1分鐘/次，精度0.25度，云臺最大承重12kg。

雖然本發(fā)明所揭示的實施方式如上，但其內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案而采用的實施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭示的核心技術(shù)方案的前提下，可以在實施的形式和細節(jié)上做任何修改與變化，但本發(fā)明所限定的保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書限定的范圍為準。