[实用新型]小型一体化水光解制氢系统

说明书

技术领域

本实用新型属于水光解制氢的技术领域，具体涉及一种小型一体化水光解制氢系统。

背景技术

随着化石能源不断开采与使用，使得能源短缺的问题和环境污染问题不断突出。氢是一种可再生的二次能源，其热值高，反应速度快，制备途径多且储存方式多样，因此开发氢能是解决能源危机和环境问题的理想途径之一。另外，氢在释放能量后的副产物是水，对环境零污染，对人类的可持续发展具有重要的意义。在开发氢能的各种途径中，利用光催化分解水制氢的研究非常广泛，而光催化剂的反应活性和光催化反应器的构造则是影响光催化分解水效率的两大最主要的因素。

目前，商业化的光催化制氢反应装置通常比较复杂，体积庞大，主要包括光源系统、反应系统、气体循环控制系统、真空系统、在线气体取样系统、色谱检测系统这六大系统，整个装置通过管路依次串联的为反应器、第一冷凝回流管、气体混合部、在线取样部及第二冷凝回流管，还包括并接在第二冷凝回流管和在线取样部之间的真空部，气体取样部与气相色谱相连。装置中配套设备较多，整套装置比较复杂，体积较大，占用空间多，成本较高。此外，这些系统通过很多玻璃材质管路连接而成，维护较困难且操作繁琐等。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种结构简单、太阳能利用率高的小型一体化水光解制氢系统，所述小型一体化水光解制氢系统的太阳能利用率高达36％到50％，整套装置配套设备少，结构简单，拆装方便，占用空间小，成本较低，能够实现自动化，操作和维护方便。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种小型一体化水光解制氢系统，其结构包括：

光解制氢单元，包括光解池，所述光解池的内部盛有电解液，所述光解池的顶部中心开设有集光孔，所述集光孔处设有一透明玻璃片；所述光解池的底部设有单晶硅光电池，所述单晶硅光电池的上方两侧各设有一石墨电极，所述石墨电极分别与所述单晶硅光电池的正极和负极连接，所述石墨电极浸入所述电解液中；

气体吸收单元，所述气体吸收单元与所述光解池的顶部通过导气管连通。

所述集光孔的上方设有聚光装置，所述聚光装置的聚光点位于所述集光孔的正下方。

所述聚光装置为凸透镜，所述凸透镜的焦点位于所述集光孔的正下方。

所述气体吸收单元包括第一吸收瓶和第二吸收瓶，所述第一吸收瓶内盛有第一吸收液，所述第二吸收瓶的内部盛有第二吸收液，所述第一吸收瓶的底部与所述光解池的顶部通过第一导气管连通，所述第一吸收瓶的顶部与所述第二吸收瓶的底部通过第二导气管连通。

所述第一吸收液与所述电解液之间通过第一导液管连通，所述第一吸收液与所述第二吸收液之间通过第二导液管连通，所述第一导液管上设有第一阀门，所述第二导液管上设有第二阀门。

所述第一吸收液和第二吸收液均为水；所述第二吸收瓶的顶部设有注水口。

还设有液位控制单元，所述液位控制单元与所述第一阀门和第二阀门信号连接。

与所述单晶硅光电池的负极相连的石墨电极的上方罩设有氢气集气装置。

紧贴所述电解池的顶壁内侧设置顶部反光镜，紧贴所述电解池的侧壁内侧设有侧部反光镜；所述顶部反光镜的中心开设有圆孔，所述圆孔与所述集光孔对应设置。

所述顶部反光镜和所述侧部反光镜均为平面镜，所述平面镜的反光面朝向电解池的内侧设置。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型所述的小型一体化水光解制氢系统，包括光解制氢单元和气体吸收单元，所述光解制氢单元的光解池内充有浓盐酸和浓次氯酸按体积比1:5组成的电解液，所述光解池的顶部中心开设有集光孔，并在所述集光孔处设有一透明玻璃片，从而使得太阳光线透过所述透明玻璃片进入所述光解池内，入射的太阳光一部分使次氯酸分解产生氯化氢和氧气，另一部分被单晶硅光电池吸收产生电能，由石墨电极电解电解液，在正极氯离子失电子反应生成氯气，而氯气又与水反应产生氯化氢和次氯酸(反应方程式为Cl₂+H₂O＝HCl+HClO)，产生的次氯酸补充了次氯酸的光照分解，在负极氢离子得电子反应产生氢气，产生的氢气可通过氢氧燃料电池用来发电；电解液中的氯化氢和次氯酸虽参加反应，但因消耗同时还有产生，从而可保持电解液中氯化氢和次氯酸的物质的量波动保持在一定范围，而水则被大量消耗，因此可实现水光解制氢。所述的小型一体化水光解制氢系统，太阳能利用率高达36％到50％，整套装置配套设备少，结构简单，拆装方便，占用空间小，成本较低，能够实现自动化，操作和维护方便。