一種氫氣能源制備并提純的工作系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氫氣能源制備并提純的工作系統(tǒng)及其控制方法。其原理是以太陽(yáng)光為能源來(lái)催化分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣的混合氣體，并利用密度法提純已制備的氫氣和氧氣，是一種氫氣能源制備的簡(jiǎn)便方法。
【專利說(shuō)明】一種氫氣能源制備并提純的工作系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新型能源領(lǐng)域，特別涉及以太陽(yáng)光為能源來(lái)催化分解水制備氫氣和氧氣，利用密度法提純已制備的氫氣和氧氣。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類生存與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而隨著世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)、高速地發(fā)展，能源短缺、環(huán)境污染以及生態(tài)惡化等問(wèn)題逐漸加深，能源供需矛盾日益突出。人類使用的化石燃料能源，生物質(zhì)能，風(fēng)能以及水能都?xì)w根結(jié)底來(lái)自于太陽(yáng)能。而目前太陽(yáng)能電站能從一定程度上緩解能源危機(jī)。但太陽(yáng)能光伏發(fā)電的效率還很低，電力升壓降壓變換過(guò)程和遠(yuǎn)程傳輸都存在大量的能量損耗，勢(shì)必使太陽(yáng)能的利用率大打折扣，且儲(chǔ)能元件的功率密度低和放電效率低等瓶頸問(wèn)題大大限制了其發(fā)展。
[0003]氫氣在二十一世紀(jì)可能在世界能源舞臺(tái)上成為一種舉足輕重的二次能源，可以利用取之不盡用之不竭的太陽(yáng)能光解水獲得。太陽(yáng)能光解水制氫的效率一旦獲得突破，氫能將會(huì)在世界范圍內(nèi)迅速普及。一方面是由于太陽(yáng)能制氫的制備環(huán)境適應(yīng)性好。只要日光和水源比較充足的地區(qū)都可以實(shí)施這一項(xiàng)目。另一方面是由于氫能使用起來(lái)非常方便。既可以使用傳統(tǒng)的氫氣內(nèi)燃機(jī)燃燒做功，又可以使用燃料電池發(fā)電。這樣不但可以避免太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)存在的轉(zhuǎn)換輸送損耗，還能避免太陽(yáng)能電力對(duì)送電網(wǎng)絡(luò)的依賴，使氫氣可以像石油一樣方便使用。再者，氫能幾乎是真正的零排放能源。氫氣氧化后產(chǎn)生無(wú)任何污染的水，氫能的利用不會(huì)污染環(huán)境。隨著未來(lái)化石能源耗盡時(shí)代的臨近，太陽(yáng)能光解水制氫的研究越來(lái)越具有重要的戰(zhàn)略意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種以太陽(yáng)光為能源來(lái)催化分解水制備氫氣和氧氣，并利用密度法提純已制備的氫氣和氧氣的工作系統(tǒng)及其控制方法。
[0005]本發(fā)明的目的之一是提供一種氫氣制備和提純的方法，制備方法為在催化劑作用下以太陽(yáng)光為能源分解水制備氫氣和氧氣，原理如下:
[0006]2H20 —2? i +O2 ? (催化劑，光照)
[0007]提純方法為利用密度法靜置分離來(lái)提純已制備的氫氣和氧氣，操作簡(jiǎn)便易行。
[0008]本發(fā)明還提供一種氫氣制備并提純的裝置，該裝置安全穩(wěn)定且易控制。
[0009]本發(fā)明中氫氣制備并提純的裝置采用如下技術(shù)方案:
[0010]該裝置由三部分組成，分別為制備系統(tǒng)、中轉(zhuǎn)系統(tǒng)和分離系統(tǒng)。制備系統(tǒng)主要為一個(gè)透明玻璃光解槽，中轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要為一個(gè)透明玻璃集氣瓶，分離系統(tǒng)主要為一個(gè)分離沉淀室。三個(gè)系統(tǒng)之間通過(guò)帶有開關(guān)閥門的氣體管道連通。
[0011]本發(fā)明中氫氣制備并提純的裝置還采用如下技術(shù)措施:
[0012]上述裝置中的制備系統(tǒng)，其特點(diǎn)是透明玻璃光解槽通過(guò)帶有開關(guān)閥門的進(jìn)水管道添加水量，并通過(guò)內(nèi)壁上的兩個(gè)水位傳感器檢測(cè)透明玻璃光解槽中的水位。當(dāng)下端水位傳感器檢測(cè)到水位低于其所在的水平面時(shí)，下端水位傳感器向控制器傳送添加水量信號(hào)，進(jìn)水管道開關(guān)閥門開啟，透明玻璃光解槽進(jìn)水；當(dāng)上端水位傳感器檢測(cè)到水位高于其所在的水平面時(shí)，上端水位傳感器向控制器傳送停止添加水量信號(hào)，進(jìn)水管道開關(guān)閥門關(guān)閉，透明玻璃光解槽停止進(jìn)水。由此兩個(gè)水位傳感器保證水位始終處在在適當(dāng)高度范圍內(nèi)。
[0013]上述裝置中的制備系統(tǒng)，其特點(diǎn)是透明玻璃光解槽底部放置塑料盤，用來(lái)盛放光解催化劑；透明玻璃光解槽下端設(shè)有密封良好的端蓋，打開該端蓋可以對(duì)光解催化劑進(jìn)行更換或清洗。
[0014]上述裝置中的制備系統(tǒng)，其特點(diǎn)是透明玻璃光解槽的出氣總管通過(guò)一個(gè)三通閥連接第一氣體管道和彎管。三通閥的膜片翻轉(zhuǎn)使得透明玻璃光解槽在不同時(shí)期處于不同狀態(tài)。當(dāng)膜片翻轉(zhuǎn)使出氣總管與彎管連通時(shí)，透明玻璃光解槽處于排空氣狀態(tài)；而膜片翻轉(zhuǎn)使出氣總管與第一氣體管道連通時(shí)，透明玻璃光解槽處于氫氣制備狀態(tài)。彎管主要用于清洗或更換光解催化劑后排出透明玻璃光解槽中進(jìn)入的空氣。在排空氣時(shí)三通閥關(guān)閉第一氣體管道，透明玻璃光解槽不斷進(jìn)水，進(jìn)入的水量會(huì)迫使透明玻璃光解槽中的空氣經(jīng)過(guò)彎管排出。當(dāng)水位沒(méi)過(guò)彎管中的水位傳感器時(shí)，透明玻璃光解槽中的空氣已排盡，水位傳感器向控制器傳送信號(hào)，三通閥的膜片翻轉(zhuǎn)使出氣總管與第一氣體管道連通，排空氣狀態(tài)終止，透明玻璃光解槽轉(zhuǎn)換為氫氣制備狀態(tài)。
[0015]上述裝置中的中轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是透明玻璃集氣瓶頂蓋設(shè)置為活塞，由控制器驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)向下運(yùn)動(dòng)；透明玻璃集氣瓶外壁的頂部和底部分別安裝一個(gè)限位光敏傳感器，限制活塞的上下移動(dòng)范圍；活塞向上運(yùn)動(dòng)是依靠透明玻璃集氣瓶?jī)?nèi)氣體的壓力驅(qū)動(dòng)，而活塞向下運(yùn)動(dòng)是依靠直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
[0016]上述裝置中的分離系統(tǒng)，其特點(diǎn)是分離沉淀室的最大容積等于或略小于透明玻璃集氣瓶的最大容積，并且被帶孔的金屬隔板分隔為上室，中室和下室三部分。因?yàn)檠鯕饷芏葹闅錃饷芏鹊?6倍，光解水產(chǎn)生的混合氣體在分離沉淀室靜置后，氧氣會(huì)沉淀在容器下方，氫氣會(huì)上升到容器上方，故上室收集的氣體是氫氣，下室收集的氣體是氧氣，中室收集的氣體是氧氣和氫氣的混合氣體。光解水產(chǎn)生的混合氣體中氫氣和氧氣的體積比為2:1，靜置后氫氣和氧氣的分界層難以精確劃分，故在氫氣和氧氣的標(biāo)準(zhǔn)分界面(距離分離沉淀室頂端2/3處)的上端和下端分別設(shè)置一個(gè)帶孔的金屬隔板。帶孔的上金屬隔板和帶孔的下金屬隔板分別距離標(biāo)準(zhǔn)分界面為4%~6%分離沉淀室高度(建議選取5%分離沉淀室高度)。所述帶孔的上金屬隔板與帶孔的下金屬隔板上均布置有密封良好的蝴蝶擋板，蝴蝶擋板在關(guān)閉通氣孔時(shí)能分隔上室，中室和下室的氣體。
[0017]上述裝置中的分離系統(tǒng)，其特點(diǎn)是分離沉淀室的上端蓋和下端蓋分別由上端活塞和下端活塞組成?；旌蠚怏w由中轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)入分離系統(tǒng)時(shí)依靠氣體的壓力推動(dòng)上端活塞向上移動(dòng)和下端活塞向下移動(dòng)。分離 沉淀室上室的底端設(shè)置氫氣管道，分離沉淀室下室的頂端設(shè)置氧氣管道。靜置后的氫氣和氧氣在分離時(shí)，分別由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)上端活塞向下運(yùn)動(dòng)和下端活塞向上運(yùn)動(dòng)使氫氣和氧氣經(jīng)各自管道輸出。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明氫氣制備和提純裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:[0020]1、透明玻璃光解槽，2、端蓋，3、塑料盤，4、光解催化劑，5、上限水位傳感器，6、下限水位傳感器，7、進(jìn)水管道，8、進(jìn)水管道閥門，9、出氣總管，IO、彎管，11、彎管水位傳感器，12、三通閥，13、第一氣體管道,14、第一氣體管道閥門，15、透明玻璃集氣瓶,16、第一活塞，17、上位光敏傳感器，18、下位光敏傳感器,19、第二氣體管道,20、第二氣體管道閥門，21、分離沉淀室，22、第二活塞，23、第三活塞，24、帶孔上金屬隔板，25、帶孔下金屬隔板，26、第一蝴蝶擋板，27、第二蝴蝶擋板，28、氫氣管道，29、氫氣管道閥門，30、氧氣管道，31、氧氣管道閥門，32、控制器，33、太陽(yáng)光。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非限定本發(fā)明的范圍。
[0022]如圖1所示的氫氣能源制備并提純的工作系統(tǒng)，包括作為光解發(fā)生室的透明玻璃光解槽1，以及與透明玻璃光解槽I連通的進(jìn)水管道7，進(jìn)水管道7上安裝進(jìn)水管道閥門8。透明玻璃光解槽I的出氣總管9通過(guò)一個(gè)三通閥12連接第一氣體管道13和彎管10。第一氣體管道13上安裝有第一氣體管道閥門14。彎管10內(nèi)壁設(shè)置一個(gè)彎管水位傳感器11。彎管水位傳感器11安裝在三通閥12上方2~5cm的位置(建議為4cm)。透明玻璃光解槽I底部安裝有盛放光解催化劑4的塑料盤3。在透明玻璃光解槽I下方設(shè)置端蓋2，打開端蓋2可以取出塑料盤3清洗或更換光解催化劑4。透明玻璃光解槽I內(nèi)壁靠近頂部和底部?jī)商幏謩e安裝有上限水位傳感器5和下限水位傳感器6?？刂破?2可以通過(guò)上限水位傳感器5與下限水位傳感器 6檢測(cè)透明玻璃光解槽I中的水位。
[0023]制備系統(tǒng)的工作過(guò)程包括制備系統(tǒng)的氫氣制備過(guò)程，制備系統(tǒng)的進(jìn)水過(guò)程和制備系統(tǒng)的排空氣過(guò)程。
[0024]制備系統(tǒng)的氫氣制備過(guò)程包括太陽(yáng)光33照射透明玻璃光解槽I中的水，經(jīng)過(guò)光解催化劑4催化作用生成氫氣與氧氣的混合氣體，混合氣體經(jīng)第一氣體管道13進(jìn)入中轉(zhuǎn)系統(tǒng)。制備系統(tǒng)的氫氣制備過(guò)程中控制器32控制進(jìn)水管道閥門8關(guān)閉，控制器32控制三通閥12使出氣總管9與第一氣體管道13連通，出氣總管9與彎管10隔斷，控制器32控制第一氣體管道閥門14開啟。
[0025]制備系統(tǒng)的進(jìn)水過(guò)程包括透明玻璃光解槽I中的水位會(huì)因光解水的消耗而下降，水位降至下限水位傳感器6能夠檢測(cè)的高度時(shí)，控制器32控制進(jìn)水管道閥門8開啟，透明玻璃光解槽I中開始補(bǔ)充水量。在制備系統(tǒng)的進(jìn)水過(guò)程中第一氣體管道閥門14繼續(xù)為開啟狀態(tài)，三通閥12繼續(xù)使出氣總管9與第一氣體管道13連通，出氣總管9與彎管10繼續(xù)隔斷。隨著透明玻璃光解槽I中的水位上升，透明玻璃光解槽I中的氫氣和氧氣混合氣體會(huì)經(jīng)過(guò)第一氣體管道13進(jìn)入中轉(zhuǎn)系統(tǒng)。透明玻璃光解槽I中的水位升高到上限水位傳感器5能夠檢測(cè)的高度時(shí)，控制器32控制進(jìn)水管道閥門8關(guān)閉，制備系統(tǒng)的進(jìn)水過(guò)程結(jié)束。
[0026]制備系統(tǒng)的排空氣過(guò)程只發(fā)生在清洗或更換光解催化劑4后排出透明玻璃光解槽I內(nèi)混入的空氣。該過(guò)程包括首先控制器32控制三通閥12的膜片翻轉(zhuǎn)使出氣總管9與彎管10連通，出氣總管9與第一氣體管道13隔斷，然后便可以打開端蓋2對(duì)光解催化劑4進(jìn)行清洗或更換。上述步驟完成后，控制器32控制進(jìn)水管道閥門8開啟，透明玻璃光解槽I中進(jìn)入的水會(huì)使其內(nèi)部混入的空氣經(jīng)過(guò)彎管10排出，直至水位上升到彎管10內(nèi)壁的水位傳感器11能檢測(cè)的高度時(shí)進(jìn)水管道閥門8才關(guān)閉，此時(shí)透明玻璃光解槽I內(nèi)的空氣已全部排出，然后控制器32控制三通閥12的膜片翻轉(zhuǎn)使出氣總管9與第一氣體管道13連通，出氣總管9與彎管10隔斷，制備系統(tǒng)由排空氣過(guò)程轉(zhuǎn)換為氫氣制備過(guò)程。
[0027]透明玻璃光解槽I與透明玻璃集氣瓶15之間經(jīng)第一氣體管道13相連通。透明玻璃集氣瓶15的頂蓋由第一活塞16構(gòu)成,第一活塞16向下運(yùn)動(dòng)由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng),而第一活塞16向上運(yùn)動(dòng)由透明玻璃光解槽I中生成的混合氣體的壓力驅(qū)動(dòng)。透明玻璃集氣瓶15外壁的上下兩端安裝有光敏傳感器，分別為上位光敏傳感器17和下位光敏傳感器18?？刂破?2可以通過(guò)兩個(gè)限位光敏傳感器控制第一活塞16的上下移動(dòng)范圍。透明玻璃集氣瓶15與分離沉淀室21之間經(jīng)第二氣體管道19相連，第二氣體管道19上安裝有第二氣體管道閥門20。
[0028]中轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作過(guò)程包括中轉(zhuǎn)系統(tǒng)的進(jìn)氣過(guò)程和中轉(zhuǎn)系統(tǒng)的排氣過(guò)程。
[0029]中轉(zhuǎn)系統(tǒng)的進(jìn)氣過(guò)程包括第二氣體管道閥門20處于關(guān)閉狀態(tài)，第一氣體管道閥門14處于開啟狀態(tài),三通閥12使出氣總管9與第一氣體管道13連通，出氣總管9與彎管10隔斷。透明玻璃光解槽I中產(chǎn)生的氫氣和氧氣混合氣體通過(guò)第一氣體管道13進(jìn)入透明玻璃集氣瓶15,氣體產(chǎn)生的壓力驅(qū)動(dòng)第一活塞16向上運(yùn)動(dòng)。
[0030]中轉(zhuǎn)系統(tǒng)的排氣過(guò)程包括透明玻璃集氣瓶15中不斷進(jìn)入的氣體驅(qū)動(dòng)第一活塞16上升到上位光敏傳感器17的位置時(shí)，控制器32控制第一氣體管道閥門14關(guān)閉，制備系統(tǒng)停止向透明玻璃集氣瓶15中供應(yīng)氣體。然后控制器32控制第二氣體管道19上的第二氣體管道閥門20開啟，同時(shí)控制器32控制直線電機(jī)推動(dòng)第一活塞16向下運(yùn)動(dòng)，使中轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的氫氣和氧氣混合氣體進(jìn)入分離系統(tǒng)的分離沉淀室21。第一活塞16下降到下位光敏傳感器18的位置時(shí)停止向下運(yùn)動(dòng)，中轉(zhuǎn)系統(tǒng)的排氣過(guò)程結(jié)束，控制器32關(guān)閉第二氣體管道閥門20，開啟第一氣體管道閥門14，中轉(zhuǎn)系統(tǒng)由排氣過(guò)程轉(zhuǎn)換為進(jìn)氣過(guò)程。
`[0031]分離沉淀室21的最大容積等于或略小于透明玻璃集氣瓶15的最大容積，并且被2個(gè)帶孔的金屬隔板分隔為上室，中室和下室三部分。在距離分離沉淀室上端2/3處之上的4%~6%分離沉淀室高度(建議為5%分離沉淀室高度)處設(shè)置一個(gè)帶孔上金屬隔板24，并在距離分離沉淀室上端2/3處之下的4%~6%分離沉淀室高度(建議為5%分離沉淀室高度)處設(shè)置另一個(gè)帶孔下金屬隔板25。所述帶孔上金屬隔板24上置有用來(lái)閉合通氣孔的第一蝴蝶擋板26，帶孔下金屬隔板25上置有用來(lái)閉合通氣孔的第二蝴蝶擋板27，蝴蝶擋板邊緣都包有密封層。通過(guò)蝴蝶擋板的轉(zhuǎn)動(dòng)使上室、中室和下室處于連通或分隔狀態(tài)。分離沉淀室21的上端蓋和下端蓋均由活塞構(gòu)成，上端蓋為第二活塞22，下端蓋為第三活塞23。在分離沉淀室21上室的底端設(shè)置氫氣管道28，氫氣管道28與帶孔上金屬隔板24緊鄰便于排空氫氣，在下室的頂端設(shè)置氧氣管道30，氧氣管道30與帶孔下金屬隔板25緊鄰便于排空氧氣。在氫氣管道28上設(shè)置氫氣管道閥門29，在氧氣管道30上設(shè)置氧氣管道閥門31。
[0032]分離系統(tǒng)的工作過(guò)程包括分離系統(tǒng)的進(jìn)氣過(guò)程，分離系統(tǒng)的分離沉淀過(guò)程和分離系統(tǒng)的排氣過(guò)程。
[0033]分離系統(tǒng)的進(jìn)氣過(guò)程包括控制器32控制氫氣管道閥門29和氧氣管道閥門31均關(guān)閉，控制器32控制第二氣體管道閥門20開啟，控制器32控制第一蝴蝶擋板26逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，帶孔上金屬隔板24上的通氣孔打開，控制器32控制第二蝴蝶擋板27逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，帶孔下金屬隔板25上的通氣孔打開，分離沉淀室21中的上室、中室和下室處于連通狀態(tài)，中轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的氫氣和氧氣的混合氣體經(jīng)過(guò)第二氣體管道19進(jìn)入分離沉淀室21。氣體壓力驅(qū)動(dòng)第二活塞22向上移動(dòng)和第三活塞23向下移動(dòng)。由于分離沉淀室21的最大容積等于或略小于透明玻璃集氣瓶15的最大容積，中轉(zhuǎn)系統(tǒng)排氣完成時(shí)分離沉淀室21的第二活塞22處于容器最上端，第三活塞23處于容器最下端。中轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的氫氣和氧氣混合氣體進(jìn)入分離系統(tǒng)后控制器32控制第二氣體管道閥門20關(guān)閉，分離系統(tǒng)的進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束并進(jìn)入分離系統(tǒng)的分離沉淀過(guò)程。
[0034]分離系統(tǒng)的分離沉淀過(guò)程包括分離沉淀室21中的氫氣和氧氣混合氣體在靜置一段時(shí)間后會(huì)按照密度差異而自動(dòng)分層。氧氣密度為氫氣密度的16倍，所以氧氣會(huì)經(jīng)過(guò)通氣孔沉淀在分離沉淀室21的下室，氫氣會(huì)經(jīng)過(guò)通氣孔上升到分離沉淀室21的上室，分離沉淀室21的中室主要是氫氣和氧氣的混合氣體。在氫氣和氧氣完全分層之前，上室氫氣和下室氧氣的純度會(huì)隨靜置的時(shí)間增加而提高。分離系統(tǒng)的分離沉淀過(guò)程時(shí)間約等于中轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的進(jìn)氣過(guò)程時(shí)間，故分離系統(tǒng)的分離沉淀過(guò)程時(shí)間需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間，從而保證了上室的氫氣和下室的氧氣的純度。中轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的進(jìn)氣過(guò)程結(jié)束時(shí)分離系統(tǒng)的分離沉淀過(guò)程也結(jié)束，分離系統(tǒng)進(jìn)入排氣過(guò)程。 [0035]分離系統(tǒng)的排氣過(guò)程包括控制器32控制第一蝴蝶擋板26順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，帶孔上金屬隔板24上的通氣孔關(guān)閉，控制器32控制第二蝴蝶擋板27順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，帶孔下金屬隔板25上的通氣孔關(guān)閉，控制器32控制第二氣體管道閥門20關(guān)閉，控制器32控制氫氣管道閥門29開啟，控制器32控制氧氣管道閥門31開啟，控制器32控制直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二活塞22向下移動(dòng)并排出氫氣，控制器32控制直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)第三活塞23向上移動(dòng)并排出氧氣。第二活塞22向下移動(dòng)到死點(diǎn)位置，并且第三活塞23向上移動(dòng)到死點(diǎn)位置時(shí)，分離系統(tǒng)的排氣過(guò)程結(jié)束，分離系統(tǒng)進(jìn)入進(jìn)氣過(guò)程。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同代換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氫氣制備并提純的方法，其特征在于:以太陽(yáng)光為能源來(lái)催化分解水制備氫氣和氧氣，并利用密度法提純已制備的氫氣和氧氣。
2.一種氫氣制備并提純的裝置，其特征在于:該裝置由三部分組成，分別為制備系統(tǒng)、中轉(zhuǎn)系統(tǒng)和分離系統(tǒng)。制備系統(tǒng)主要為一個(gè)透明玻璃光解槽，中轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要為一個(gè)透明玻璃集氣瓶，分離系統(tǒng)主要為一個(gè)分離沉淀室。三個(gè)系統(tǒng)之間通過(guò)帶有開關(guān)閥門的氣體管道連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置中的制備系統(tǒng)，其特征在于:透明玻璃光解槽通過(guò)帶有開關(guān)閥門的進(jìn)水管道添加水量；通過(guò)透明玻璃光解槽內(nèi)壁上的兩個(gè)水位傳感器檢測(cè)透明玻璃光解槽中的水位，保證水位在適當(dāng)高度范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置中的制備系統(tǒng)，其特征在于:透明玻璃光解槽底部放置塑料盤，用來(lái)盛放光解催化劑；透明玻璃光解槽下端設(shè)有密封良好的端蓋，打開該端蓋可以對(duì)光解催化劑進(jìn)行更換或清洗。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置中的制備系統(tǒng)，其特征在于:透明玻璃光解槽的出氣總管通過(guò)一個(gè)三通閥連接第一氣體管道和彎管。三通閥的膜片翻轉(zhuǎn)使得透明玻璃光解槽在不同時(shí)期處于不同狀態(tài)。當(dāng)膜片翻轉(zhuǎn)使出氣總管與彎管連通時(shí)，透明玻璃光解槽處于排空氣狀態(tài)；而當(dāng)膜片翻轉(zhuǎn)使出氣總管與第一氣體管道連通時(shí)，透明玻璃光解槽處于氫氣制備狀態(tài)。彎管內(nèi)壁設(shè)置一個(gè)水位傳感器，水位傳感器安裝在高于三通閥2~5cm的位置(建議為4cm)，彎管主要用于清洗或更換光解催化劑后排出透明玻璃光解槽中進(jìn)入的空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置中的中轉(zhuǎn)系統(tǒng)，其特征在于:透明玻璃集氣瓶的頂蓋為活塞，由控制器驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)使其向下運(yùn)動(dòng)；活塞向上運(yùn)動(dòng)則是依靠透明玻璃集氣瓶?jī)?nèi)氣體的壓力推動(dòng)。透明玻璃集氣瓶外壁的頂部和底部分別安裝一個(gè)限位光敏傳感器，限制活塞的上下移動(dòng)范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置中的分離系統(tǒng)，其特征在于:分離沉淀室的最大容積等于或略小于透明玻璃集氣瓶的最大容積，并且被帶孔的金屬隔板分隔為上室，中室和下室三部分。因?yàn)檠鯕饷芏葹闅錃饷芏鹊?6倍，光解水產(chǎn)生的混合氣體在分離沉淀室靜置后，氧氣會(huì)沉淀在容器下方，氫氣會(huì)上升到容器上方，所以上室收集的氣體是氫氣，下室收集的氣體是氧氣，中室收集的氣體是氧氣和氫氣的混合氣體。光解水產(chǎn)生的混合氣體中，氫氣和氧氣的體積比為2:1，靜置后氫氣和氧氣的分界層難以精確劃分，故在氫氣和氧氣的標(biāo)準(zhǔn)分界面(距離分離沉淀室頂端2/3處)的上端和下端分別設(shè)置一個(gè)帶孔的金屬隔板。帶孔的上金屬隔板和帶孔的下金屬隔板分別距離標(biāo)準(zhǔn)分界面為4%~6%分離沉淀室高度(建議選取5%分離沉淀室高度)。所述帶孔的上金屬隔板與帶孔的下金屬隔板上均布置有密封良好的蝴蝶擋板，蝴蝶擋板在關(guān)閉通氣孔時(shí)能分隔上室，中室和下室的氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置中的分離系統(tǒng)，其特征在于:所述分離沉淀室的上端蓋和下端蓋均由活塞組成，并且在分離沉淀室上室的底端設(shè)置氫氣管道，在分離沉淀室下室的頂端設(shè)置氧氣管道?；旌蠚怏w由中轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)入分離系統(tǒng)時(shí)依靠氣體的壓力推動(dòng)上端活塞向上移動(dòng)和下端活塞向下移動(dòng)。靜置后的氫氣和氧氣在分離時(shí)，分別由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)上端活塞向下運(yùn)動(dòng)和下端活塞向上運(yùn)動(dòng)使氫氣和氧氣經(jīng)各自管道輸出。
【文檔編號(hào)】C01B3/04GK103601149SQ201310554347
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】趙付舟, 何聰 申請(qǐng)人:寧波工程學(xué)院