专利名称：太阳能光合生物制氢装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光合生物制氢装置，尤其是一种太阳能光合生物制氢装置。
背景技术：
随着社会的不断进步和工业化程度的不断提高，人类对能源的需求日益增加，传统的化石能源已越来越不能满足社会发展的需要，传统能源的使用也将大量的废气烟尘物质排入大气，其生成的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等造成的环境污染、温室效应和酸雨使21世纪的能源面临巨大挑战。作为一种未来很有希望的洁净能源，氢气以其能量高，洁净燃烧而被认为是矿石燃料的最佳替代能源，着眼于未来的能源结构，氢能的研究开发和利用对人类有着深远的意义，随着燃料电池技术的日臻成熟，氢能的开发与利用已经进入了新的阶段。美国、欧洲和日本都相继推出了发展氢能技术的庞大的研发和产业化计划，为此投入了大量的研发资金，制定了产业化的鼓励政策。可以预见，未来的十年是氢能技术取得重大突破和进入市场的关键时期。
自然界中的天然氢极少，没有开采利用价值。通常说的氢能是由其他能源制取的一种二次能源，实际上是制取氢气时输入的能量。目前主要的制氢方法为电解水制氢、煤气化制氢和油气裂解重整制氢。常规能源制取氢气的技术固然成熟，但既不能解决化石燃料资源枯竭的问题，也不能从根本上减少二氧化碳的排放。真正可以永续使用而且清洁的氢能系统应该建立在可再生能源的基础上。
太阳能光合生物制氢作为生物制氢的一种，是以畜禽粪便等有机废弃物为底物，光合细菌利用太阳能进行光合制氢的一种方法。光合细菌简称PSB(Photosynthetic Bacteria)，是一群能在厌氧光照或好氧光照条件下利用有机物作供氢体兼碳源，进行光合作用的细菌，而且具有随环境条件变化而改变代谢类型的特性。由于PSB光合产氢的速度要比藻类快，能量利用率比非光合细菌高，且能将产氢与光能利用、有机物的去除有机地耦合在一起。光合细菌可利用的底物范围很广，在诸多已有的PSB产氢试验中，大部分是以各种工业有机废水作为PSB处理的底物，而以畜禽粪便作为底物的研究未见有任何报道。
目前在光合生物制氢的研究中，大多采用人造光源，消耗电能，这样，造成光合生物制氢的成本居高不下，难以工业化应用。本方法采用太阳光完全替代能耗较大的人工光源，实现了太阳能光合生物制氢系统在基本不消耗能源的情况下运行，从而有效地减少了光合生物制氢的能源消耗，显著降低了生物制氢成本。利用光合细菌制氢目前的关键问题是光能转化效率问题，光转化效率普遍较低制约了光合生物制氢技术的应用和发展，经研究发现，影响光合生物光转化效率的因素有①光合产氢菌对光的吸收利用能力。②光合产氢菌所吸收的光的波段范围。据研究，光合产氢菌只对特定波长的光有吸收作用，这样，即使没有其它因素的影响，光转化效率也会受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种可有效提高光能转化效率及产氢率的太阳能光合生物制氢装置。
本发明的技术方案是一种太阳能光合生物制氢装置，包括太阳能采集器、光导纤维、光生物反应器、净化装置、贮氢装置和恒温加热器；光导纤维的前端与太阳能采集器联接，后端与光生物反应器联接，光生物反应器通过管道依次与净化装置和贮氢装置联接，在光生物反应器外侧设有恒温加热器。
太阳能采集器由太阳能自动跟踪器、菲涅尔透镜、聚光器和滤波器组成；菲涅尔透镜装在聚光器上面，滤波器装在聚光器下部，在聚光器底部联有光导纤维。
光生物反应器由储液罐体和罐体中的蜂窝通道组成，在蜂窝通道中插有光导纤维。
恒温加热器由水箱、水箱内的列管和列管下部的加热器组成，列管的料液进口和料液出口分别与光生物反应器联通。
在光生物反应器上设有太阳能电池并通过导线与布置在反应器内部的灯泡连接。
本发明的优点为了有效提高光转化效率，并为利用太阳能光合生物制氢的工业化生产提供理论依据，本制氢装置采用能高效吸收利用太阳光的光合产氢菌种，通过高效光合产氢细菌的光谱特性试验研究，准确地找出能被该类光合细菌转化利用的那部分波段范围的光，使进入带有太阳能聚焦采光器、滤光片、光导纤维、太阳光聚光器的太阳能光合生物制氢体系的那部分太阳光与光合产氢菌的吸收光谱特性相耦合，降低了单位面积光导纤维传输的光负荷，增加了有效光密度。另外，采用光导纤维将通过聚焦、滤光的太阳光输送到反应器内的各个部位，改善深层区域光照度差的问题，使太阳光在反应液中的分配比较均匀，以达到光能的高效率转化。
图1为本发明结构示意2为太阳能采集器结构主视3为太阳能采集器结构俯视4为圆形光生物反应器结构俯视5为图4在A-A面的剖视6为方形光生物反应器结构俯视7为图6在B-B面的剖视8为恒温加热器结构示意图具体实施方式
本发明的结构如图1所示包括太阳能采集器1、光导纤维2、光生物反应器3、净化装置4、贮氢装置5和恒温加热器6；光导纤维2的前端与太阳能采集器1的下端联接，后端插入光生物反应器3内部，光生物反应器3通过管道依次与净化装置4和贮氢装置5联接，在光生物反应器3外侧设有恒温加热器6。
光生物反应器3(如图4-图7所示)由储液罐体10和罐体中的蜂窝通道11组成，在蜂窝通道11中插有光导纤维2。这两种光生物反应器均采用透明度较高的有机玻璃，具有较高表面积和体积比，能够实现温度、搅拌的自动控制以及温度、PH值、溶解氧含量、氧化还原电位等的实时监测。
太阳能采集器1(如图2和图3所示)由太阳能自动跟踪器12(现有技术)、菲涅尔透镜13、聚光器14和滤波片15组成；菲涅尔透镜13装在聚光器14上面，滤波片15装在聚光器14下部，在聚光器14底部联有光导纤维2。
恒温加热器6(如图8所示)由水箱16、水箱内的列管17和列管下部的加热器18组成，列管17的料液进口19和料液出口19-1分别与光生物反应器3联通，在水箱16上有进水口20。恒温加热器采用列管式换热器的形式，但水的加热与恒温控制均在换热器内部完成。
在光生物反应器3上设有太阳能电池9(现有技术)并通过导线与布置在光生物反应器3内部的灯泡连接。在光生物反应器3外还设有自动检测装置8。
本装置采用两种方法交替为反应器提供光源，在太阳光充足的白天，利用设计的太阳光高效采集器给光生物反应器3的深层提供光源。太阳能采集器1由太阳能自动跟踪装置12(现有技术)、大口径且短焦距的菲涅尔透镜13、可调式滤波(光)片15、光导纤维2、聚光器14等构成，给光生物反应器3提供能被光合细菌高效吸收的那部分波长的高密度的光。并为系统的太阳能电池9充电。在晚上或太阳光照度不好的白天，利用太阳能电池9为布置在光生物反应器3内部的灯泡提供电源。净化装置4(现有技术)的作用是光合细菌产出的气体并不完全是氢气，还夹杂有其它气体，通过一个净化装置将其它的气体过滤掉，从而得到纯氢。
本发明的工艺过程将畜禽粪便污水按一定的浓度配制好，接入一定量自己培养的高效光合产氢菌种，打开进料阀门，开启循环水泵，把料液抽入光生物反应器3，接通光源，关闭进料，开启循环阀门，使光生物反应器3内的料液21在循环泵7的作用下不断循环，起到搅拌作用，通过调节恒温加热器6的温度来控制反应过程的温度，自动检测装置8对反应过程的光照度、污水浓度、PH值、铵离子浓度、溶解氧含量等工艺参数进行实时监控，经过一定的反应时间，即可得到纯净的氢气。
权利要求
1.一种太阳能光合生物制氢装置，其特征是包括太阳能采集器、光导纤维、光生物反应器、净化装置、贮氢装置和恒温加热器；光导纤维的前端与太阳能采集器联接，后端与光生物反应器联接，光生物反应器通过管道依次与净化装置和贮氢装置联接，在光生物反应器外侧设有恒温加热器。
2.根据权利要求1所述的太阳能光合生物制氢装置，其特征是太阳能采集器由太阳能自动跟踪器、菲涅尔透镜、聚光器和滤波器组成；菲涅尔透镜装在聚光器上面，滤波器装在聚光器下部，在聚光器底部联有光导纤维。
3.根据权利要求1所述的太阳能光合生物制氢装置，其特征是光生物反应器由储液罐体和罐体中的蜂窝通道组成，在蜂窝通道中插有光导纤维。
4.根据权利要求1所述的太阳能光合生物制氢装置，其特征是恒温加热器由水箱、水箱内的列管和列管下部的加热器组成，列管的料液进口和料液出口分别与光生物反应器联通。
5.根据权利要求1所述的太阳能光合生物制氢装置，其特征是在光生物反应器上设有太阳能电池并通过导线与布置在反应器内部的灯泡连接。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能光合生物制氢装置，包括太阳能采集器、光导纤维、光生物反应器、净化装置、贮氢装置和恒温加热器；光导纤维的前端与太阳能采集器联接，后端与光生物反应器联接，光生物反应器通过管道依次与净化装置和贮氢装置联接，在光生物反应器外侧设有恒温加热器。本制氢装置采用光导纤维将通过聚焦、滤光的太阳光输送到反应器内的各个部位，改善深层区域光照度差的问题，使太阳光在反应液中的分配比较均匀，以达到光能的高效率转化。
文档编号C01B3/02GK1796268SQ20041006036
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月29日 优先权日2004年12月29日
发明者张全国, 杨群发, 张军合 申请人:河南农业大学