太阳能制氢装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能制氢装置、属于太阳能制氢装置技术领域。
【背景技术】
[0002]氢不仅燃烧高值而且生成物无污染，因此氢是理想的燃料。目前氢的制备在工业上主要是水电解法和以煤、石油、天然气为原料制取。但是，无论采用那种方法制取氢都要消耗大量电能或热能。其中电解法制氢能量的总转换效率一般低于20%、因此成本高昂；在国外虽然有利用太阳光在催化剂作用下分解水制氢的试验、由于产量小等问题尚难于实现工业化生产；若以煤、石油、天然气为原料制取，则要消耗大量燃料。
[0003]所以目前氢的制取方法存在要么存在能量转换效率低成本高昂的缺点，要么存在难于实现工业化生产的难题。
【发明内容】
[0004]本实用新型旨在提供一种无需消耗额外能源、而且能实现工业化生产、成本低廉对环境无污染的一种太阳能制氢装置。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:太阳能制氢装置由太阳能抛物面聚能器、反应炉、冷凝器、分离塔部件构成，其特征在于将多个太阳能抛物面聚能器的光纤束与反应炉连接起来，使会聚的太阳光束通过反应炉外壳照射里面的煤粉；反应炉上部设置有排气管，下部设置有喷嘴，内部设置有煤粉，侧面设置有炉门；冷凝器的一端连接在排气管，另一端连接在分离塔的进气口上；分离搭内中部位置设置有顶针、活塞组；分离塔外壳中部设置有进气管，上部设置氢气管、下部设置一氧化碳管；沿分离塔的轴线处设置有丝杆，并贯穿活塞组；丝杆伸出塔外的一端设置有活塞电机；塔内还设置有一条贯穿活塞组与丝杆平行的定位杆；活塞组由上活塞、下活塞组成，且上、下活塞构造相同；活塞上设置有通气孔、通气孔上设有置活门，圆心部位设置有螺孔；在顶针上方设置有上活塞、在顶针下方设置有下活塞，且顶针与活塞上的气孔一一相对；丝杆的上、下半部各设置有方向相反的螺纹，且穿过活塞中心的螺孔；丝杆与分离搭外壳之间用0型圈密封。
[0006]本实用新型的有益效果是:利用太阳辐射能实现制取氢气的工业化生产，由于无需投入额外能源所以制氢成本低廉，且对环境无污染。
【附图说明】
[0007]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0008]图1是本发明的实施例结构图。
[0009]图2是太阳能光纤传导聚能矩阵结构图。
[0010]图3是活塞组上活塞的结构图。
[0011]图4是活塞组下活塞的结构图。
[0012]图5是太阳能抛物面聚能器结构图。
[0013]图6是电控箱电原理图。
[0014]图7是控制电机接线图。
[0015]图8是炉门电机反向控制图。
[0016]图9是活塞电机反向控制图。
[0017]图10是活塞组俯视图。
[0018]图中1.光纤束、2.聚能光束、3.反应炉、4.阳光、5.排气孔、6.煤粉、7.热电偶、
8.喷嘴、9.炉门、10.炉门电机、11.冷凝器、12.定位杆、13.排水管、14.水池、15.分离塔、16.氢气管、17.—氧化碳管、18.上活塞、19.下活塞、20.活塞电机、21.进气口、22.顶针、23.气门、24.太阳能光纤传导聚能矩阵、25.太阳能抛物面聚能器、26.蒸汽阀、27.气孔、28.丝杆，29.锅炉、30.电控箱，31.反向开关、32.正向开关、33.抛物面镜、34.二次反射镜、35.会聚透镜。
【具体实施方式】
[0019]参阅附图2所示:太阳能光纤传导聚能矩阵(24)是由许多太阳能抛物面聚能器(25)组成的阵列群，而且彼此独立。参阅附图5所示:太阳能抛物面聚能器(25)由抛物面镜(33)，二次反射镜(34)，会聚透镜(35)以及光纤束(1)构成；每个太阳能抛物面聚能器(25)均将收集到的太阳光聚焦成光束，并用光纤束(1)输送给受能器。其祥细结构及工作原理，记载于授权专利“太阳能光纤传导聚能矩阵”申请文件(专利号:200510100654.2)本文不再赘述。
[0020]在本例中受能器即是反应炉(3)，所以现在用光纤束(1)把太阳能抛物面聚能器(25)和反应炉(3)连接起来。通过这一连接，能将抛物面聚能器上太阳光(4)集中起来以聚能光束(2)的方式照射在反应炉(3)内部。参阅附图1所示:光纤束(1)穿过反应炉(3)的炉壁把聚能光束(2)具体地照射在煤粉(6)上。反应炉(3)可以在高于大气压状态下运行、也可以在正常大气压状态下运行。
[0021]适当选择抛物面聚能器(25)的数量和聚能器总面积，光纤束(1)就可提供足够的太阳辐射能、使煤粉的温度上升到1273k从而提供碳还原水蒸气的反应所需吸收的热能。
[0022]于是，反应炉(3)内的煤粉在1273k温度下和从喷嘴(6)喷入水蒸气发生反应，反应生成物为H2、CO其反应式如下:
[0023](:炉、热+H20 = = H2+C0(1)(加热至 1273K Δ Hn= 131.3kj/mol)
[0024]图6是电控箱电原理图。图示中:XP是热电偶(7)它将感受的温度转变成电动势、经过电桥补偿后送入BG1、BG2组成的差动放大器，调节RT的阻值选择差动放大器平衡点。当XP温度达到1273k时差动放大器失衡BG4导通、继电器Q吸合、触点q:闭合蒸汽阀D (26)通电打开，水蒸气就从锅炉(29)经过蒸汽阀D从喷嘴(8)喷出，使(1)式反应进行下去。
[0025]图7是控制电机接线图。图中:当煤粉中的碳与水蒸气反应消耗只剩下杂质时、因反应停止炉内温度上升并且超过1273k时、电压比较器LM108就有电压输出、于是继电器P吸合、触点合、炉门电机MD(10)正向运转打开炉门(9)。
[0026]图8是炉门电机反向控制图。图中，当清除废渣重新添加煤粉之后再合上开关K、其常闭触点kpk2断开、常开触点k3、kd:fl合，炉门电机MD(10)反向运转关闭炉门(9)，之后上述反应过程继续进行。
[0027]由于碳还原水蒸气的反应需吸收热量、当煤粉的温度下降低于1273k时、由上述可知继电器Q将断电、触点qi断开、电控箱(30)停止输出控制电流、于是蒸汽阀D(26)关闭，停止喷入水蒸气，煤粉的温度将继续上升。于是反应炉(3)内的化学反应维持在1273k温度上、反应将继续下去。
[0028]因反应炉内(1)式的反应生成物为气体、所以随着气体体积的增加、反应生成物H2、C0从反应炉上部设置的排气孔(5)流入冷凝器(11)。
[0029]在冷凝器内由于气体温度将从数百度的高温下降到常温、其中水蒸气会在冷凝器中凝结成水并从冷凝器下方设置的排水管(13)流入水池(14)内。由于排水管伸入水池水线以下、所以冷凝器内的气体不会流入大气中，H2、C0只能从进气口(21)流入分离塔(15)。
[0030]参阅附图3、附图4、附图10所示:活塞组由上活塞(18)、下活塞(19)构成，且构造完全相同；活塞上设置有气孔(27)、气孔上设置有在弹簧作用下平常关闭当有外力作用时打开的气门(23)，但上、下活塞的气门安装朝向相反；上、下活塞的中心部位设置有与丝杆(19)上的罗纹相配合的螺孔。
[0031]分离塔的工作过程如下述:在分离塔内上、下活塞的初始位置分别位于顶针(22)的两侧，并且顶针(22)将气门(23)打开。所以此时活塞(18)、(19)的上下两部分空间是连通的。
[0032]因为一氧化碳、氢气的分子量相差14倍、它们的比重也相差14倍。所以在常温常压下这两种气体在重力作用下会自然分离开，较轻的氢气会留在上层、较重的一氧化碳将聚集在下层。这就是利用重力将气体分层。
[0033]由反应式(1)可知、在反应生成物中氢气和一氧化碳有相同的摩尔数、它们在标准状态下有相同的体积、因此两者的分界线大致在分离塔的中间位置。
[0034]活塞组与分离塔内壁之间为移动副。当闭合正向开关J(31)、触点^七闭合活塞电机(20)正向运转，通过丝杆(28)带动上、下活塞同时向上和向下方移动。此期间活塞离开了顶针(22)，所以气门(23)自动关闭，上、下活塞将分别把氢气和一氧化碳从氢气管(16)、一氧化碳管(17)排除，同时进气口(21)继续向塔内流入氢气和一氧化碳。
[0035]图9是活塞电机反向控制图。如图所示，当上、下活塞移动到分离塔的顶和底附近时触动反向开关Z(32)、触点Z1、Z2闭合，U断开，活塞电机(20)反向运转，并通过丝杆
(28)带动上、下活塞相向移动。
[0036]当上、下活塞相向运动时气门(23)被压缩而增加的气压打开，塔内空间因此相通。当触动正向开关J(31)，活塞电机(20)再次反向运转重复上述排气过程。
[0037]随着分离塔内上、下活塞的反复来回运动，使氢气和一氧化碳被不断从氢气管
(16)、一氧化碳管(17)排除。定位杆的作用是防止活塞在上下移动的过程中发生转动、保证活塞上的气孔和顶针(22)的相对位置不变。
[0038]—氧化碳是本实用新型的副产品、它既是一种重要的化工原材料又可作为燃料具有很高的经济价值。
【主权项】
1.太阳能制氢装置，由太阳能抛物面聚能器、反应炉、冷凝器、分离塔部件构成，其特征在于将多个太阳能抛物面聚能器的光纤束与反应炉连接起来，使会聚的太阳光束通过反应炉外壳照射里面的煤粉；反应炉上部设置有排气管，下部设置有喷嘴，内部设置有煤粉，侧面设置有炉门；冷凝器的一端连接在排气管，另一端连接在分离塔的进气口上；分离搭内中部位置设置有顶针、活塞组；分离塔外壳中部设置有进气管，上部设置氢气管、下部设置一氧化碳管；沿分离塔的轴线处设置有丝杆，并贯穿活塞组；丝杆伸出塔外的一端设置有活塞电机；塔内还设置有一条贯穿活塞组与丝杆平行的定位杆。2.根据权利要求1所述的太阳能制氢装置，其特征在于活塞组由上活塞、下活塞组成，且上、下活塞构造相同；活塞上设置有通气孔、通气孔上设有置活门，圆心部位设置有螺孔。3.根据权利要求1所述的太阳能制氢装置，其特征在于在顶针上方设置有上活塞、在顶针下方设置有下活塞，且顶针与活塞上的气孔一一相对。4.根据权利要求1所述的太阳能制氢装置，其特征在于丝杆的上、下半部各设置有方向相反的螺纹，且穿过活塞中心的螺孔；丝杆与分离搭外壳之间用0型圈密封。
【专利摘要】太阳能制氢装置，由太阳能抛物面聚能器、反应炉、冷凝器、分离塔部件构成，其特征在于将多个太阳能抛物面聚能器的光纤束与反应炉连接起来，使会聚的太阳光束通过反应炉外壳照射里面的煤粉；反应炉上部设置有排气管，下部设置有喷嘴，内部设置有煤粉，侧面设置有炉门；冷凝器的一端连接在排气管，另一端连接在分离塔的进气口上；分离搭内中部位置设置有顶针、活塞组；分离塔外壳中部设置有进气管，上部设置氢气管、下部设置一氧化碳管；沿分离塔的轴线处设置有丝杆，并贯穿活塞组；丝杆伸出塔外的一端设置有活塞电机；塔内还设置有一条贯穿活塞组与丝杆平行的定位杆。该装置利用太阳辐射能大量获取氢气，从而实现制取氢气的工业化生产，成本低廉。
【IPC分类】C10J3/48, C01B3/06, C01B3/00, C01B3/50, C01B31/18
【公开号】CN205011381
【申请号】CN201520156548
【发明人】高永祥
【申请人】高永祥
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年3月18日