[發明專利]一種基于固態分頻器件的多拋串級制氫反應系統

有效

• 申請號: 202210423068.5
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114634156B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 敬登偉;曾子龍;郭烈錦
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C25B1/04;C25B9/65;H02S40/20;H02S40/22;H02S40/42;H02S40/44;H02S40/38
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種基于固態分頻器件的多拋串級制氫反應系統，系統主要包括有高曲率線性拋面聚光器、二次反光拋面聚光器、光熱反應器、右曲面分頻器、左曲面分頻器和平面分頻器等構件，旨在為太陽能到氫能的潔凈高效安全轉化過程提供一種全光譜固態分頻策略。系統工作時的主要過程包括太陽能光線的一次聚集、光譜分頻分配、光熱懸浮液制氫、光伏光電轉化和電解制氫等，反應系統可以綜合利用太陽能全光譜的能量，轉化為終端氫/電互補利用的二次能源用能體系，且能夠實現全天候到氫能的轉化。本發明裝置具有簡單、高效、環保、易于操控等優點。

技術領域

本發明屬于新能源制備領域，具體涉及一種基于固態分頻器件的多拋串級制氫反應系統。

背景技術

發展可再生能源，推動能源供給體系與消費體系向以氫能、電能共為二次能源主體，氫電互補變換利用。將發散不穩定、非連續性的太陽能輻射資源通過光熱催化或光電化學技術轉化氫能進行儲存利用，是一種清潔、高效、低碳、安全的方式，能夠很好的解決現有太陽能利用及能源轉型中的關鍵問題。

傳統的光催化制氫技術在太陽能光譜利用上只利用了僅占5％的紫外光及少部分可見光資源，在使用commercial P25、C₃N₄等典型光催化制氫催化劑的情況下，終端輸出氫能效率普遍低于1％以下，這距離光催化技術達到規模化應用 (光氫轉化效率STH大于10％)的差距還有很大。此外，目前國內外對于此技術的重心都放在材料的研發上，缺乏從工程應用上的合理的反應器探索及嘗試。特別是針對太陽能全光譜分頻有序利用的反應器開發較為少見，另外，針對太陽能轉化終端的多能豐富性研究開發幾乎沒有，然而，如若能夠提升終端產物的多變性，就能使得氫能在大規模利用上大大減弱對于環境條件的依附。開發與研制具有此功能的反應器具有重大工程意義，對于推動實際太陽能制氫產業的發展起到實質性作用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于固態分頻器件的多拋串級制氫反應系統，主要基于太陽能全光譜的分頻梯級利用模式，可選擇性的涂覆光學材料層或者直接更換固態分頻器件的方式來最佳匹配光伏吸光及光熱懸浮液制氫性能，實現總體太陽能到氫能的高效轉化過程。

本發明采用如下技術方案來實現：

一種基于固態分頻器件的多拋串級制氫反應系統，包括有數字聚光光學分頻部分、光熱催化懸浮液制氫部分以及光伏蓄電電解制氫部分；

數字聚光光學分頻部分包括有高曲率線性拋面聚光器，設置在高曲率線性拋面聚光器正上方的平面分頻器，設置在平面分頻器左右兩側，且對稱放置的左曲面分頻器和右曲面分頻器，以及設置在平面分頻器正上方的二次反光拋面聚光器；光熱催化懸浮液制氫部分包括有儲液罐，設置在儲液罐下游端的循環泵，設置在平面分頻器上方的光伏冷卻板，以及設置在光伏冷卻板上方的光熱反應器；光伏蓄電電解制氫部分包括設置在光伏冷卻板與平面分頻器之間的線性光伏板，與線性光伏板連接的蓄電裝置，以及與蓄電裝置串接的電解制氫池；

太陽能輻射光線首先通過高曲率線性拋面聚光器進行一次匯聚并投射至平面分頻器、左曲面分頻器和右曲面分頻器上，透過平面分頻器的部分光線直接被線性光伏板吸收并轉化為電能，透過左曲面分頻器和右曲面分頻器的光線匯至光熱反應器下方進行吸收，未被充分吸收的光線再經過二次反光拋面聚光器聚集后反射至光熱反應器的上表面；

儲液罐裝有含有光熱催化顆粒懸浮液，具體的，濃度為0.2g/L的石墨烯復合二氧化鈦顆粒溶于300L純水中，在循環泵的作用下輸送至光伏冷卻板吸收線性光伏板表面的廢熱，起到降溫的效果，提升光伏產電效率；初步預熱后的懸浮液進入光熱反應器吸收紫外可見波段及紅外光波段能量進行光熱催化制氫反應，最后通過循環泵泵送至儲液罐完成氣液分離工序；線性光伏板吸收由平面分頻器透過的部分光線用于激發光伏板內部PN結產生電壓，線性光伏板在白天時將部分電能儲存在蓄電裝置中，部分用于電解制氫池的電解過程，在夜晚時，直接利用蓄電裝置中剩余的電能實現電解制氫。