[實用新型]小型一體化水光解制氫系統

有效

• 申請號: 201520885689.0
• 申請日: 2015-11-09
• 公開（公告）號: CN205087914U
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 李德威
• 申請（專利權）人: 李德威
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 郭亞芳

技術領域

本實用新型屬于水光解制氫的技術領域，具體涉及一種小型一體化水光解制氫系統。

背景技術

隨著化石能源不斷開采與使用，使得能源短缺的問題和環境污染問題不斷突出。氫是一種可再生的二次能源，其熱值高，反應速度快，制備途徑多且儲存方式多樣，因此開發氫能是解決能源危機和環境問題的理想途徑之一。另外，氫在釋放能量后的副產物是水，對環境零污染，對人類的可持續發展具有重要的意義。在開發氫能的各種途徑中，利用光催化分解水制氫的研究非常廣泛，而光催化劑的反應活性和光催化反應器的構造則是影響光催化分解水效率的兩大最主要的因素。

目前，商業化的光催化制氫反應裝置通常比較復雜，體積龐大，主要包括光源系統、反應系統、氣體循環控制系統、真空系統、在線氣體取樣系統、色譜檢測系統這六大系統，整個裝置通過管路依次串聯的為反應器、第一冷凝回流管、氣體混合部、在線取樣部及第二冷凝回流管，還包括并接在第二冷凝回流管和在線取樣部之間的真空部，氣體取樣部與氣相色譜相連。裝置中配套設備較多，整套裝置比較復雜，體積較大，占用空間多，成本較高。此外，這些系統通過很多玻璃材質管路連接而成，維護較困難且操作繁瑣等。

實用新型內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本實用新型提供了一種結構簡單、太陽能利用率高的小型一體化水光解制氫系統，所述小型一體化水光解制氫系統的太陽能利用率高達36％到50％，整套裝置配套設備少，結構簡單，拆裝方便，占用空間小，成本較低，能夠實現自動化，操作和維護方便。

本實用新型所采用的技術方案為：

一種小型一體化水光解制氫系統，其結構包括：

光解制氫單元，包括光解池，所述光解池的內部盛有電解液，所述光解池的頂部中心開設有集光孔，所述集光孔處設有一透明玻璃片；所述光解池的底部設有單晶硅光電池，所述單晶硅光電池的上方兩側各設有一石墨電極，所述石墨電極分別與所述單晶硅光電池的正極和負極連接，所述石墨電極浸入所述電解液中；

氣體吸收單元，所述氣體吸收單元與所述光解池的頂部通過導氣管連通。

所述集光孔的上方設有聚光裝置，所述聚光裝置的聚光點位于所述集光孔的正下方。

所述聚光裝置為凸透鏡，所述凸透鏡的焦點位于所述集光孔的正下方。

所述氣體吸收單元包括第一吸收瓶和第二吸收瓶，所述第一吸收瓶內盛有第一吸收液，所述第二吸收瓶的內部盛有第二吸收液，所述第一吸收瓶的底部與所述光解池的頂部通過第一導氣管連通，所述第一吸收瓶的頂部與所述第二吸收瓶的底部通過第二導氣管連通。

所述第一吸收液與所述電解液之間通過第一導液管連通，所述第一吸收液與所述第二吸收液之間通過第二導液管連通，所述第一導液管上設有第一閥門，所述第二導液管上設有第二閥門。

所述第一吸收液和第二吸收液均為水；所述第二吸收瓶的頂部設有注水口。

還設有液位控制單元，所述液位控制單元與所述第一閥門和第二閥門信號連接。

與所述單晶硅光電池的負極相連的石墨電極的上方罩設有氫氣集氣裝置。

緊貼所述電解池的頂壁內側設置頂部反光鏡，緊貼所述電解池的側壁內側設有側部反光鏡；所述頂部反光鏡的中心開設有圓孔，所述圓孔與所述集光孔對應設置。

所述頂部反光鏡和所述側部反光鏡均為平面鏡，所述平面鏡的反光面朝向電解池的內側設置。

本實用新型的有益效果為：

(1)本實用新型所述的小型一體化水光解制氫系統，包括光解制氫單元和氣體吸收單元，所述光解制氫單元的光解池內充有濃鹽酸和濃次氯酸按體積比1:5組成的電解液，所述光解池的頂部中心開設有集光孔，并在所述集光孔處設有一透明玻璃片，從而使得太陽光線透過所述透明玻璃片進入所述光解池內，入射的太陽光一部分使次氯酸分解產生氯化氫和氧氣，另一部分被單晶硅光電池吸收產生電能，由石墨電極電解電解液，在正極氯離子失電子反應生成氯氣，而氯氣又與水反應產生氯化氫和次氯酸(反應方程式為Cl₂+H₂O＝HCl+HClO)，產生的次氯酸補充了次氯酸的光照分解，在負極氫離子得電子反應產生氫氣，產生的氫氣可通過氫氧燃料電池用來發電；電解液中的氯化氫和次氯酸雖參加反應，但因消耗同時還有產生，從而可保持電解液中氯化氫和次氯酸的物質的量波動保持在一定范圍，而水則被大量消耗，因此可實現水光解制氫。所述的小型一體化水光解制氫系統，太陽能利用率高達36％到50％，整套裝置配套設備少，結構簡單，拆裝方便，占用空間小，成本較低，能夠實現自動化，操作和維護方便。