一种基于光源自动追踪的太阳能菲涅尔高倍聚光制氢装置的制作方法

1.本发明涉及太阳能应用技术领域，尤其是一种基于光源自动追踪的太阳能菲涅尔高倍聚光制氢装置。


背景技术：

2.氢具有高挥发性、高能量，是能源载体和燃料，同时氢在工业生产中也有广泛应用。目前工业制氢有采用天然气和煤炭，但在提取过程中会产生大量的co2；也有采用电解水的方式，电的来源同样可能涉及到煤炭的使用，因此在制备和提取的过程中难以避免会对环境造成压力。
3.太阳能是当前最具有发展潜能的新能源，其具有无污染、清洁环保等优势。太阳能主要分为光电利用和光热利用，当前工业采用太阳能制氢的方法包括直接热分解法制氢、化学分解法制氢和光催化法制氢。目前传统的直接热分解法制氢难以进行高温下氢气和氧气的分离，且对太阳能的利用效率较低；化学分解法制氢存在较强的光化学腐蚀问题，且化学分解法制氢中的二步法制氢过程复杂，若要将电流引出电池需要消耗大量的电能，但是电解水只需要相对较低的电压，会导致导线耗材和功率损耗都很大；光催化制氢最大的问题是效率很低，只有1～2％，对于大规模制氢有很强的限制。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种实用环保的基于光源自动追踪的太阳能菲涅尔高倍聚光制氢装置，通过对太阳能光电、光热的综合利用，实现热分解水制备氢气。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于光源自动追踪的太阳能菲涅尔高倍聚光制氢装置，包括自动追光单元、高倍聚光单元、热分解制氢单元以及供水单元，自动追光单元与高倍聚光单元相配合设置在装置上方处，热分解制氢单元位于高倍聚光单元下方，供水单元给热分解制氢单元提供低温水。
6.所述自动追光单元：具有全角追光镜、转动模块，转动模块传动连接有转轴，全角追光镜设在转轴前端部；
7.所述高倍聚光单元：具有菲涅尔镜、框形的光伏电池板以及集热板，菲涅尔镜嵌设在光伏电池板内，所述转轴与菲涅尔镜底面固接而驱动菲涅尔镜转动，集热板位于菲涅尔镜下方，菲涅尔镜聚焦的太阳光线汇聚在集热板上，光伏电池板线路连接全角追光镜、转动模块而供电；
8.所述热分解制氢单元：具有上端开口的热分解室、氢氧混合气体分离室以及强力磁逆转轮，所述集热板密封安装于热分解室上端面，氢氧混合气体分离室与热分解室管路连接，强力磁逆转轮设在氢氧混合气体分离室内，氢氧混合气体分离室上端面分别连接有氧气收集管、氢气收集管；
9.所述供水单元：具有向热分解室内通入低温水的冷水导管。
10.具体说，所述的自动追光单元包括支撑座、调节杆，调节杆下端与支撑座固接，转动模块安装在调节杆上端，调节杆上设有调节螺母，通过调节杆升降可满足不同高度菲涅尔镜的安装。
11.为防止光伏电池板温度过高，所述的光伏电池板背面安装有低温水盘管，冷水导管与低温水盘管连接通入低温水，低温水盘管与热分解室之间管路连通。
12.进一步地，所述的热分解制氢单元具有安装板，热分解室固定在安装板上，热分解室两侧分别设有氢氧混合气体分离室并通过耐热l管连通。
13.为确保低温水的稳定提供，所述的供水单元包括水箱、连接于水箱出水端的电动水泵，冷水导管与电动水泵出水口连接。
14.本发明的有益效果是：本发明通过光伏电池板供给自动追光单元，可有效地保证光源的汇集，提高太阳光的利用率；利用菲涅尔镜聚焦的太阳光线汇聚在集热板上对集热板加热，使热分解室与集热板接触的水层迅速吸热形成水蒸气，并随温度上升分解为氢气和氧气，继而在氢氧混合气体分离室内通过强力磁逆转轮，采用物理分离法对氢气和氧气进行分离。本发明实现了对光电、光热的综合利用，采用直接热分解水制氢，简单方便，高效环保。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
16.图1是本发明的整体结构示意图。
17.图2是本发明所述低温水盘管的安装示意图。
18.图3是本发明所述热分解制氢单元的平面结构示意图。
19.图中：11.水箱；12.电动水泵；13.冷水导管；21.全角追光镜；22.转动模块；23.调节螺母；24.支撑座；25.调节杆；26.转轴；31.菲涅尔镜；32.光伏电池板；33.集热板；34.低温水盘管；41.热分解室；42.氢氧混合气体分离室；43.安装板；44.氧气收集口；45.氢气收集口；46.强力磁逆转轮；47.耐热l管。
具体实施方式
20.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
21.如图1～图3所示的一种基于光源自动追踪的太阳能菲涅尔高倍聚光制氢装置，主要由供水单元、自动追光单元、高倍聚光单元以及热分解制氢单元组成，其中自动追光单元与高倍聚光单元配合安装于装置上方位置，供水单元为热分解制氢单元提供低温水，热分解制氢单元设于装置下方位置。
22.所述的供水单元包括两个水箱11，所述水箱11出水端连接有电动水泵12，电动水泵12的出水口连接有冷水导管13。
23.所述的自动追光单元包括全角追光镜21、转动模块22和支撑座24，支撑座24上固定有调节杆25，转动模块22安装在调节杆25上端，调节杆25上设有调节螺母23，转动模块22传动连接有转轴26，全角追光镜21设在转轴26前端部。
24.所述高倍聚光单元：具有菲涅尔镜31、框形的光伏电池板32以及集热板33，菲涅尔
镜31嵌设在光伏电池板32内，所述转轴26与菲涅尔镜31底面固接而带动菲涅尔镜31转动，集热板33位于菲涅尔镜31下方，菲涅尔镜31聚焦的太阳光线汇聚在集热板33上，对集热板33加热而热分解水制氢，光伏电池32板线路连接全角追光镜21、转动模块22而供电。
25.所述的全角追光镜21用于追踪光源，光伏电池板32产生的电能供给全角追光镜21使其可在0～360
°
范围内转动。
26.所述的光伏电池板32背面安装有两组低温水盘管34，冷水导管13与低温水盘管34连接通入低温水，对光伏电池板32进行冷却，以防止其温度过高。
27.所述热分解制氢单元：具有安装板43，安装板43上固定有上端开口的热分解室41，所述集热板33密封安装于热分解室41上端面，热分解室41两侧分别设有氢氧混合气体分离室42并通过多排耐热l管47连通，所述氢氧混合气体分离室42内设有强力磁逆转轮46，氢氧混合气体分离室42上端面分别连接有氧气收集管44、氢气收集管45。
28.从低温水盘管34流下的低温水进入热分解室41进行热分解生成氢气和氧气，之后由耐热l管47进入氢氧混合气体分离室42，通过强力磁逆转轮46分离出氢气和氧气，分离后的氢气和氧气各自从氧气收集管44和氢气收集管45排出。
29.所述安装板43四角端与光伏电池板32四角端通过四根支撑杆连接，形成一个上大下小的倒置的四棱锥台结构。
30.工作时，太阳光照射在菲涅尔镜31上聚焦照射至集热板33上，为保证菲涅尔镜31对太阳光的有效捕捉，位于光伏电池板32侧边的全角追光镜21，在0～360
°
范围内转动对太阳光进行跟踪，并通过转动模块22驱动菲涅尔镜31旋转，保证菲涅尔镜31始终朝向太阳方向，提高捕捉有效性。
31.光伏电池板32吸收太阳能转换的电能供给转动模块22，辅助全角追光镜21的转动。两个水箱11中的低温水，由冷水导管13经电动水泵12控制流量从双侧向两组低温水盘管34供水，能够对光伏电池板32降温，防止温度过高导致损坏。
32.低温水由低温水盘管34流出后，再由冷水导管13流入热分解室41并充满。当菲涅尔镜31上聚焦的太阳光将集热板33温度提高到1800k时，热分解室41内与集热板33接触的水层会迅速吸热变成水蒸气，并逐渐凝聚成水蒸气层，将液态水与高温的集热板33隔开；当集热板33继续吸热温度升高至2100k，水蒸气层会分解为氢气和氧气，停留在热分解室41的上方水层中，此时在外界水压的作用下新的水蒸气不断向上补充。
33.热分解形成的氢氧混合气在浮力作用下，通过耐热l管47进入到氢氧混合气体分离室42，由于氢气显抗磁性，氧气显顺磁性，因此氧气会被旋转的强力磁逆转轮46吸附并转至氧气收集管44，而混合气中的氢气便从氢气收集管45中排出，以此完成氢气的制备过程。
34.本发明利用太阳能发电提供自动追光单元追踪光源以保证聚光效果，不涉及煤炭、天然气的使用，且采用直接热分解水的制氢方法，方法直接且设备简单，制备过程不会产生任何的污染环境的物质；之后在氢氧混合气体分离室42中采用了强力磁逆转轮46分离氢气和氧气，整个过程高效无污染，属于一种实用性强的制备氢气的方法。
35.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。