本發(fā)明屬于太陽能利用與可再生能源規(guī)模制備領域，涉及一種直接太陽能光照下的光催化分解水制氫及氫氣收集系統(tǒng)，特別涉及一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的不斷消耗，能源危機與環(huán)境問題日趨嚴峻，開發(fā)可再生能源已經迫在眉睫。氫氣作為一種能量密度高、儲存方便、無燃燒污染物的清潔能源，越來越受到各國的重視。太陽能儲量驚人，是最為豐富的能源，也是最為清潔的能源。但是，太陽能的分散性和不穩(wěn)定性導致了其規(guī)模利用困難。太陽能光解水制氫是一種利用太陽能直接合成氫氣的技術。在制取氫氣的過程中，沒有碳排放，沒有污染。太陽能光解水制氫設備的設計、研發(fā)以及創(chuàng)新對光解水制氫規(guī)?；瘧镁哂兄匾饬x。目前，太陽能光解水制氫設備的研究有兩個重點：便宜可靠地太陽能聚光技術和高效率的光催化反應器。

2、一般而言，光解水制氫性能隨著光強的增加而增加，太陽能聚光組件能顯著提高光照強度和系統(tǒng)溫度，從而提高光反應器的制氫效率。但是，若聚光倍數(shù)達到數(shù)十至上百倍將會導致催化反應器溫度過高，使催化劑失效。因此，采用的聚光倍數(shù)應為10倍左右。常見的聚光器有塔式聚光器、槽式聚光器、蝶式聚光器以及拋物面聚光器等。拋物面聚光器雖然結構簡單，但是聚光倍數(shù)不理想。塔式聚光器聚和蝶式聚光器光倍數(shù)太大，同樣也不適合光解水制氫系統(tǒng)。線性菲涅爾聚光器可以通過調節(jié)距離來調節(jié)聚光倍數(shù)，且光斑較為均勻，因此適合用于光解水制氫系統(tǒng)。

3、光催化制氫反應器主要采用的有傳統(tǒng)的管式光催化反應器和平板式光催化反應器。管式光催化反應器實際受光面積小，且催化劑容易堆積在管中，造成堵塞。而平板式光催化反應器實際受光面積大，因此系統(tǒng)通常具有更高的太陽能利用效率。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)。將太陽光聚焦到平板光催化反應器上，有利于減小光催化反應器，有利于減少催化劑用量；同時，聚光有利于提高光催化反應器溫度，為系統(tǒng)提供光熱輔助催化，有利于提高系統(tǒng)的產氫效率；本發(fā)明催化劑隨著系統(tǒng)循環(huán)運動，通過磁力攪拌器的擾動，減輕了催化劑團聚現(xiàn)象。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)，包括儲水罐、聚光組件、光催化反應器、氣-液-催化劑分離組件；

4、所述儲水罐儲存反應液與催化劑；所述支架支撐線性菲涅爾透鏡；

5、所述聚光組件包括線性菲涅爾透鏡、支架、底座、減速機、步進電機、步進電機控制器、軸承座與支撐柱；底座支撐減速機；減速機、軸承座與支撐柱緊密連接在一起；支架焊接在支撐柱上；減速機與步進電機通過鍵槽連接在一起；聚光組件通過焊接形成一個整體；

6、所述光催化反應器位于線性菲涅爾透鏡下方一定距離，安裝在支架上；

7、所述氣-液-催化劑分離組件包括光催化反應器、邊緣出水口、進水口、管路與儲水罐、水泵、儲氫罐、水槽、磁力攪拌器以及磁子；所述儲氫罐置于裝有一定水的水槽中，通過管路與儲水罐形成一個封閉的回路；儲水罐置于磁力攪拌器上方，內含有攪拌用的磁子。

8、作為本發(fā)明的進一步改進，所述儲水罐為圓柱形攪拌桶，圓柱形攪拌桶用于配置反應液，圓柱形攪拌桶頂部有加料孔，底部有出水孔，通過管道與水泵相連。

9、作為本發(fā)明的進一步改進，所述聚光面為高透過率線性菲涅爾透鏡，提供一種均勻的線性聚光，其光斑與光催化反應器形狀大小幾乎相同。

10、作為本發(fā)明的進一步改進，所述聚光組件與各支撐部件通過焊接、鍵槽之間的連接，形成一個聯(lián)動的整體。通過減速機減小步進電機大小，以節(jié)約成本。步進電機控制器根據(jù)控制需要，每天發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，控制步進電機旋轉一定角度，從而實現(xiàn)聚光組件南北向跟蹤。

11、作為本發(fā)明的進一步改進，所述儲水罐外層覆蓋一層保溫層，儲存反應液和催化劑的同時減少熱量的損失，以提供更好的光熱輔助催化。

12、作為本發(fā)明的進一步改進，所述磁力攪拌器在系統(tǒng)運行過程中需要打開，控制磁子轉動，減小催化劑的團聚。

13、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

14、相比于雙軸跟蹤聚光系統(tǒng)，本發(fā)明為單軸跟蹤，簡化了跟蹤系統(tǒng)。

15、進一步，本發(fā)明引入線性聚光技術，將太陽光聚焦到平板光催化反應器上，提供了合適的聚光倍數(shù)，減小了光催化反應器的大小，減少了催化劑的用量。

16、進一步，本發(fā)明通過聚光，提高了催化反應器的反應溫度，提供光熱輔助催化，提高了系統(tǒng)的產氫效率；

17、進一步，本發(fā)明催化劑隨著系統(tǒng)循環(huán)運動，并通過磁力攪拌器的擾動，減輕了催化劑的團聚。

技術特征：

1.一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，包括儲水罐(13)、聚光組件(16)、光催化反應器(9)、氣-液-催化劑分離組件(20)；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述氣-液-催化劑分離組件(20)由光催化反應器(9)、邊緣出水口(17)、進水口(18)、管路與儲水罐(13)、水泵(12)、儲氫罐(10)、水槽(11)、磁力攪拌器(14)以及磁子(15)構成；所述儲氫罐(10)置于裝有一定水的水槽(11)中，通過管路與儲水罐(13)形成一個封閉的回路；所述儲水罐(13)置于磁力攪拌器(14)上方，內含有攪拌用的磁子(15)。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述儲水罐(13)為圓柱形攪拌桶，圓柱形攪拌桶用于配置反應液，圓柱形攪拌桶頂部有加料孔(19)，底部有出水孔，通過管道與水泵(12)相連。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，聚光組件(16)與各支撐部件通過焊接、鍵槽之間的連接，形成一個聯(lián)動的整體；通過減速機(4)減小步進電機(5)大小，以節(jié)約成本；步進電機控制器(6)根據(jù)控制需要，每天發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，控制步進電機(5)旋轉一定角度，從而實現(xiàn)聚光組件(16)南北向跟蹤。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述磁力攪拌器(14)在系統(tǒng)運行過程中需要打開，控制磁子(15)轉動，減小催化劑的團聚。

6.根據(jù)權利要求3所述的一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述儲水罐(13)外層覆蓋一層保溫層，儲存反應液和催化劑的同時減少熱量的損失，以提供更好的光熱輔助催化。

技術總結
本發(fā)明公開了一種線性菲涅爾聚光太陽能光熱輔助光解水制氫系統(tǒng)，屬于太陽能利用與可再生能源規(guī)模制備領域。包括儲水罐、聚光組件、光催化反應器、氣?液?催化劑分離組件。儲水罐用于儲存催化劑和犧牲劑，通過水泵，與光催化反應器形成回路。聚光組件包括線性菲涅爾透鏡和南北向跟蹤系統(tǒng)部分。為解決傳統(tǒng)CPC聚光倍數(shù)不足、塔式蝶式跟蹤系統(tǒng)復雜且聚光倍數(shù)太高導致光催化劑變性的問題。通過引入線性菲涅爾聚光技術，得到合適的太陽能聚光倍數(shù)，用于光熱輔助光解水制氫。本發(fā)明能夠提供合適的聚光光熱輔助催化條件，有利于減小催化反應器面積和催化劑量，有利于防止催化劑團聚，提高系統(tǒng)的產氫效率。

技術研發(fā)人員：季旭,林山,張樂,楊悅,黃柯欽,徐海洋,魏圣杰
受保護的技術使用者：云南師范大學
技術研發(fā)日：20240315
技術公布日：2024/12/17