[发明专利]一种采集太阳光的光催化反应系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化反应技术领域，具体涉及一种采集太阳光用于光催化反应的装备，更进一步地涉及一种采集太阳光用于光催化纯水制氢或光催化二氧化碳及纯水制甲醇的装备。

背景技术

随着全球现代化的步伐的加快，人类对能源的需求越来越大，自然界历经几百万年逐渐形成的化石燃料，包括石油、天然气和煤，将在几百年内全部被耗尽。同时，这些化石燃料的燃烧所释放的大量二氧化碳、二氧化硫等气体也引发了“温室效应”、环境污染等重大经济、社会问题。因此，为了实现可持续发展，人们迫切需要寻找一种不依赖化石燃料、储量丰富、无污染的新的能源体系。氢能正是这样一种符合人们期待的能源。氢是自然界存在最普遍的元素之一，据推算，如果把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。另外，氢是除核燃料外热值最高的燃料，为142.35 kJ/kg，是汽油热值的3倍，且具有燃烧性能好、效率高的特点。更重要的是氢燃烧时除生成水外不会产生对环境有害的污染物质，是一种环境友好的清洁能源。由此可以看出，氢是一种理想的新能源体系，极有希望替代现在广泛使用的化石燃料，解决人类目前所处的困境。

氢能的开发与利用的首要问题是开发氢源，而利用太阳能光催化分解水制氢是一条可持续发展的道路，也为太阳能的利用提供了理想的途径，因此目前成为人们竞相开展的研究项目。

人们还发现利用光能在另一类复合催化剂的作用下，二氧化碳与水可合成为甲醇并释放出氧气,其中生成物甲醇是有机物,氧气是人及地球生物赖以生存的大气主要成分，这种反应类似植物的光合作用, 更重要的是甲醇是一种重要的工业原料,甲醇作为能源燃烧时除生成水外,也不会产生对环境有害的污染物质。

因此,只要人们开发出上述任意一种太阳光催化反应的工业化生产技术,人类就可以摆脱目前单纯依赖化石燃料能源的困境。

目前在国内外的光催化制氢、或制甲醇项目研发中,因自然光的不稳定性，受天气影响较大，一天之中早、中、晚的光照强度也随时段不同，为研究方便，普遍采用氙灯作为人工模拟可见光源，进行光催化反应的研发，也取得了一些成果，如：中国专利201210501752.7、200710072683.1、201110144999.3、200810048904.6等发明,复旦大学光催化实验室、哈尔滨工业大学光催化实验室、武汉大学光催化实验室均采用氙灯或高压汞灯进行研发，而直接利用太阳光的研发少之又少、鲜有报导。

然而，自然太阳光与氙灯人工模拟光还是有显著差别的。太阳光到达地面的全光谱波段因大气层的影响，各波段的强度基本上向长波段衰减，而氙灯光源的全光谱各波段的强度基本相等，就没有这种衰减落差。正因为有如此显著的的差别，而光催化效率又和光幅射强度的平方成正比，因此收集会聚太阳光,将太阳光引入光催化制氢或制甲醇技术中，来进行太阳光催化制氢或制甲醇的研发，并进一步工业化生产就很有必要，这是光催化纯水制氢或光催化二氧化碳及纯水制甲醇技术，从实验室研发，到走向工程化小试、中试、工业化生产无法规避的一道坎。

为此本发明设计了采集太阳光、并会聚太阳光增加其光强度的太阳光催化反应系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单、能够根据环境变化自适应追踪太阳光并采集太阳光的光催化反应系统，使光催化反应的过程真正在太阳光全光谱波段进行。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种采集太阳光的光催化反应系统,其特征在于：主要由采光器、光传导装置、能透射太阳光全光谱光线的透光反应器三部分组成；采光器壳体顶部为全透明防护罩，防护罩下方沿光线前进方向设置由至少一个凸透镜构成的多层采光凸透镜组；采光器壳体上设置太阳辐射测量仪，壳体底部固定在由俯仰主轴和方位主轴连接构成的二自由度支架自由端上，二自由度支架底部方位主轴轴接在基座上；方位主轴与俯仰主轴均各自配置伺服电机，且方位主轴和俯仰主轴均能通过各自伺服电机驱动作跟踪太阳的相对转动；采光凸透镜组采集的太阳光经过光传导装置传输会聚形成的会聚光线指向透光反应器；透光反应器由透光筒体和密封盖组成，透光筒体上设置密封盖，透光筒体内装有反应液，反应液通过光反应器上的反应气体进口和反应气出口、以及反应液进口和反应液出口分别与外界相通；光反应器上还设置温度传感器及压力传感器；温度传感器、压力传感器、太阳辐射测量仪与设置在基座上的数据采集控制箱信号连接，数据采集控制箱与各伺服电机电连接。