的一侧设置反应气入口(见图1?4中水蒸气入口I的位置)，末个反应腔的一侧设置反应气出口。质子导体反应腔3和碳酸根离子导体反应腔内部分别有质子导体催化剂5和碳酸根离子导体催化剂(见图1?4中氧离子导体催化剂6的位置)。该若干个质子导体反应腔3和碳酸根离子导体反应腔围成一环形。在该环形的内侧设置环形抽氢真空管道7和抽二氧化碳真空管道。其中，抽氢真空管道7的进口与多个质子导体反应腔3的氢气出口相连通。抽二氧化碳真空管道的进口与多个碳酸根离子导体反应腔的二氧化碳出口相连通。其中的反应气为高温的甲烷和水蒸气的混合气。
[0065]本实施例中，抽氢真空管道7和抽二氧化碳真空管道设置于质子导体反应腔3和碳酸根离子导体反应腔的内侧，并且两者在高度方向上相互错开，分别与质子导体反应腔3和碳酸根离子导体反应腔的相应出口相连通。
[0066]如图2所示，氢气出口9和二氧化碳出口(见图1?4中氧气出口10的位置)分别连接抽氢真空管道7和抽二氧化碳真空管道，而氢气出口和二氧化碳出口另外一侧连接真空栗以使质子导体反应腔3和碳酸根离子导体反应腔可以在需要维持较低气体分压时抽真空来降低压强。
[0067]如图3所示，整个反应器位于集热器反应室内。光线经过聚焦后通过集热器开口进入集热器，经过复合抛物面聚光器二次聚光后进入反应室并使反应室内温度维持在所需的反应温度以上。如图4所示，反应气入口和反应气出口以及氢气出口和二氧化碳出口分别通过集热器壁面伸出至集热器外部以便通入甲烷和水蒸气和在室温条件下连接真空栗。
[0068]本实施例中，首先通过真空栗使质子导体反应腔3和碳酸根离子导体反应腔内维持较低气体分压，使质子导体催化剂5和碳酸根离子导体催化剂处于失氢和失二氧化碳状态。当高温甲烷和水蒸气通过甲烷和水蒸气入口 I流入到质子导体反应腔3时，甲烷和水蒸气会部分重整为氢气和二氧化碳以及少量一氧化碳(一氧化碳在中低温含量极少，当水蒸气和甲烷比例为2:1时，在400°C热平衡时一氧化碳摩尔分数为0.13%，且可以控制通入水蒸气比例使一氧化碳和水蒸气通过水煤气反应生成氢气和二氧化碳)，其中氢气会和处于失氢状态的质子导体催化剂5结合，使处于失氢状态的质子导体催化剂5恢复至正常状态。而由于气体组分中氢气减少，使甲烷湿重整的热化学平衡向正向移动，继续重整产生新的氢气和二氧化碳，但由于和质子导体催化剂5结合的氢气量受到真空栗的低压状态所限，甲烷和水蒸气的分解率较小。此时混合气体中二氧化碳分压大于氢气分压，混合气体继续流入碳酸根离子导体反应室中，混合气体中二氧化碳将会和处于失二氧化碳状态的碳酸根离子导体催化剂结合，使处于失二氧化碳状态的碳酸根离子导体催化剂恢复至正常状态。由于气体产物中二氧化碳量减少，甲烷湿重整平衡向正向移动继续产生新的氢气和二氧化碳。混合气体继续流入下一个交替连接的质子导体反应室中使氢气继续和处于失氢状态的质子导体催化剂结合。反复重复上述过程，甲烷和水蒸气将会在交替连接的质子导体反应腔3和碳酸根离子导体反应腔中不断分解。当甲烷和水蒸气充分重整后，再重复真空栗分别抽氢抽二氧化碳，使质子导体催化剂5和碳酸根离子导体催化剂分别处于失氢和失二氧化碳状态，而后通入新的甲烷和水蒸气不断重复上述过程可以使甲烷和水蒸气被不断重整为氢气和二氧化碳。
[0069]综上，甲烷和水蒸气将会被交替重整，整个装置宏观上将甲烷和水蒸气分解为氢气和二氧化碳并通过氢气出口 9和二氧化碳出口被抽出装置。上述甲烷和水蒸气流通过程也可以颠倒，即先通过碳酸根离子导体反应腔，再通过质子导体反应腔5，不影响装置效果和装置保护范围。
[0070]以下对本实施例交替式制取氢气装置的各个组成部分进行详细说明。
[0071 ]反应气入口、反应气出口、质子导体反应腔3、碳酸根离子导体反应腔均由导热密封材料组成。其中，反应气入口、反应气出口管道形状可以但不仅限于圆形，质子导体反应腔3、碳酸根离子导体反应腔可以但不仅限于圆柱形腔体。质子导体反应腔3、碳酸根离子导体反应腔通过管道交替连接，其数量可以通过计算确定大于等于I的合理值，使通入的甲烷和水蒸气的混合气完全分解。抽氢真空管道7、抽二氧化碳真空管道、氢气出口 9、二氧化碳出口由密封材料构成，其管道截面可以但不仅限于圆形。集热器开口 11、复合抛物面聚光器12和反应室13由绝热密封材料构成，其中集热器开口 11可以但不仅于圆锥面，反应室13可以但不仅限于圆柱腔室。
[0072]本实施例中，质子导体反应腔3、碳酸根离子导体反应腔分别连接至不同的真空栗，质子导体反应腔3的氢分压和碳酸根离子导体反应腔中的二氧化碳分压低于10—5atm，但本发明并不以此为限，只要质子导体反应腔3内的氢分压低于在工作温度下水分解到热平衡时的氢分压，碳酸根离子导体反应腔中的二氧化碳分压低于在工作温度下甲烷湿重整热平衡时的二氧化碳分压即可。一般情况下，氢分压和二氧化碳分压只要低于10—2atm即可实现本发明，若甲烷和水蒸气入口处压力大于一个大气压，则所需维持的氢分压和二氧化碳分压也相应上升。并且，两腔室的二氧化碳分压和氢分压可以相同，也可以不同，本发明不对此进行限制。
[0073]需要说明的是，虽然本实施例中采用真空栗来控制质子导体反应腔3内的氢分压和碳酸根离子导体反应腔内的二氧化碳分压，但本发明并不以此为限。举例来说:
[0074](I)对于质子导体反应腔3而言，降低氢分压的方式还可以向其中通入不与甲烷和水蒸气反应的氧化性气体或者惰性气体，例如CO2气，或者在质子导体反应腔内放入能够与氢气结合的物质，例如活性炭，或者能够吸附氢气和/或能够去除氢气的物质，以获得所需的较低氢分压。
[0075](2)对于碳酸根离子导体反应腔而言，降低二氧化碳分压的方式不限于本实施例中利用真空栗的方式，还可以在碳酸根离子导体反应腔内通入氢气等不与甲烷和水蒸气反应的还原性气体或者惰性气体，或者也可以在氧离子导体反应腔内放活性炭等能够与氧气结合、能够吸附氧气和/或能够去除氧气的物质。
[0076]质子导体催化剂5和碳酸根离子导体催化剂的材料均已为本领域技术人员所熟知，此处仅给出几种常用的材料，作为例子，质子导体催化剂材料选自以下材料中的一种:Ba3-ΧΚΧΗΧ(Ρ04)2(0 <χ< 3)和SrZrQ.95YQ.()503—χ(0 <χ< 3)等。碳酸根离子导体催化剂材料选自于以下材料中的一种:掺杂恪融碳酸盐(molten carbonate，下同)的Lai—xSrxCoi—yFey03-s，其中O ^ X ^ I，0 ^ δ<3;掺杂Y2O3和熔融碳酸盐的ZrO2;掺杂Gd2O3和熔融碳酸盐的CeO2等。
[0077]本实施例一种交替式制取氢气装置可以采用高温太阳能为能量来源，反应温度控制在300°C以上，即由反应气通道内进入的甲烷和水蒸气的温度在300°C以上，并且保证质子导体反应腔和氧离子导体反应腔内的温度在300°C以上。但本发明并不以此为限。本发明还可以采用核能和传统化学能源。并且，工作温度在100°C以上就能够利用催化剂和通电等方法完成本发明。
[0078]经过计算，甲烷和水蒸气各经过10组质子导体反应腔和碳酸根离子导体反应腔后，该装置的甲烷和水蒸气分解率均达到99.9%以上，不考虑热量回收，真空栗所耗功以光电转化效率为15%折算成太阳能，该装置的热力学第一定律效率可以达到49.7%，太阳能至化学能转化效率为17.9%。
[0079]需要说明的是，虽然氢气是本实施例的主要目的，但二氧化碳也是有用的。二氧化碳在石油、化工、医疗等方面的需求量很大。由于质子导体催化剂和碳酸根离子导体催化剂对氢气和二氧化碳具有选择性的特点，制取的氢气和二氧化碳纯度都非常高。而无论是高纯氢还是高纯二氧化碳，价值都很高。目前工业上大批量制取氢气主要来自天然气重整反应，反应温度一般在700°C以上，远远高于本装置反应温度，且产物中残留的一氧化碳不易完全去除；工业大批量制取二氧化碳主要来自石灰石煅烧，反应温度一般在800°C-1200°C，能耗较大。本装置制取高纯氢、高纯二氧化碳极少含有别的杂质，一步到位，具有良好的推广应用价值。
[0080]至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明交替式制取