[发明专利]一种连续流蛇形微通道聚光光热耦合催化制氢反应装置

说明书

本发明公开了一种连续流蛇形微通道聚光光热耦合催化制氢反应装置，主要包括微型蛇形流道反应模块，流量计，加热器，气体吹扫装置，循环泵，换热器等，旨在为新型的光热耦合催化制氢催化剂提供一个有效可持续的微型反应装置。装置的实现过程主要包括通过热电偶反应液的温度，反应前反应液使用惰性气体排除反应液中的氧气，继而打开循环泵将流体送入蛇形流道反应装置，在氙灯等模拟光源的聚光照射下实现微流道中的光热催化产氢过程，产生的气体在流体压力的驱动下进入到储液瓶液体上方部分，采气对其进行分析。管路中流量和流体的温度分别由流量计和换热器精准控制。本发明通过器件串联实现了在光热耦合条件下的连续式产氢，操作方便，节能环保。

技术领域

本发明属于新能源制备领域，具体涉及一种连续流蛇形微通道聚光光热耦合催化制氢反应装置。

背景技术

近年来在能源领域，传统化石能源煤、石油等的大量利用给环境造成了严重的污染，使用新型的可再生能源来替代传统能源是解决环境问题的一种有效地技术手段。这些可再生能源中氢能被认为是“21世纪最清洁的能源”，国际上包括欧洲、美国、日本等发达国家也在氢燃料电池汽车商业化的进程中展开了激烈竞争，因此，将太阳能转化为氢能，实现大规模化的高效制氢过程是目前很多科研工作者的瓶颈所在。目前，通过光催化，光热催化，光电催化等方式能够实现太阳能到氢能的转化，其中，光热催化过程在传统光催化的基础上，耦合物理场热能加速光催化反应过程，提升光催化效率，是一种高效、低成本、无污染的制氢手段。

光热催化产氢过程主要是选用适宜的光热半导体作为催化剂，将其分散于水中，在太阳光的激发下，半导体催化剂内部受光激发产生电子和空穴对，并分别迁移至催化剂表面与水或有机物分子发生氧化、还原反应而将太阳光能储存到目标产物内(如生成氢气)。既往的研究多从材料及化学的角度，仅关注光催化材料本身的结构性质及其化学反应，忽略了催化材料与其所处的能源转化体系之间的强烈耦合作用，致使该过程的总能转化效率始终在低水平徘徊。耦合多物理场的方式是一种有效地解决能量转化效率的方法，在目前国内开展的研究工作中，对于这种反应器装置的设计较为稀少，因此有必要设计一种简单有效的反应装置用于科研工作者开展相关工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续流蛇形微通道聚光光热耦合催化制氢反应装置，利用此装置可以对一系列光热耦合催化剂的制氢效果进行研究，并与传统的制氢装置进行对比，在微小通道的环境下实现普通模拟太阳光或聚光式制氢方式的性能研究。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种连续流蛇形微通道聚光光热耦合催化制氢反应装置，包括用于放置催化剂及光热催化主要反应区的微型反应模块，设置在整个装置中用于输送反应液的输送反应液管道，设置在微型反应模块出口下游端的流量计，设置在流量计下游的储液瓶，设置在储液瓶下端的循环泵，以及设置在循环泵下游的换热器；其中，

储液瓶上安装有反应液进口管、反应液出口管和温度传感器，储液瓶底部设置有加热装置控制台；微型反应模块的出口通过流量计与反应液进口管连通，反应液出口管通过循环泵与换热器的进口连通，换热器的出口与微型反应模块的进口连通；

微型反应模块包括可拆卸连接在一起的上盖板和下盖板，下盖板的反应区开设若干有凹槽流道和凸起隔栏，两者间隔设置，形成连续流蛇形微通道，上盖板上设置有反应液体进口柱和反应液体出口柱；

装置工作前，反应液放入储液瓶中使用惰性气体进行吹扫，加热装置控制台用于对反应液加热，继而开启循环泵将反应液打入微型反应模块，反应液在模拟光源的照射下发生光热耦合反应，产生的氢气通过循环泵的压力被携带至储液瓶上方收集；流量计用于控制管道中流体的流量，换热器用于防止流体在运输过程中有较大的温度波动，避免影响实验测试精度，使用者通过调配光热的比例，研究在光热耦合制氢过程中耦合机制的机理。

本发明进一步的改进在于，上盖板和下盖板周向的对应位置处分别开设有若干上螺栓孔和下螺栓孔，两者通过螺栓可拆卸连接在一起；下盖板底部的四角设置有四个底座，形成正方形阵列布置。