一种氢气能源制备并提纯的工作系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种氢气能源制备并提纯的工作系统及其控制方法。其原理是以太阳光为能源来催化分解水产生氢气和氧气的混合气体，并利用密度法提纯已制备的氢气和氧气，是一种氢气能源制备的简便方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型能源领域，特别涉及以太阳光为能源来催化分解水制备氢气和氧气，利用密度法提纯已制备的氢气和氧气。
技术介绍
能源是人类生存与经济发展的物质基础，然而随着世界经济持续、高速地发展，能源短缺、环境污染以及生态恶化等问题逐渐加深，能源供需矛盾日益突出。人类使用的化石燃料能源，生物质能，风能以及水能都归根结底来自于太阳能。而目前太阳能电站能从一定程度上缓解能源危机。但太阳能光伏发电的效率还很低，电力升压降压变换过程和远程传输都存在大量的能量损耗，势必使太阳能的利用率大打折扣，且储能元件的功率密度低和放电效率低等瓶颈问题大大限制了其发展。氢气在二十一世纪可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源，可以利用取之不尽用之不竭的太阳能光解水获得。太阳能光解水制氢的效率一旦获得突破，氢能将会在世界范围内迅速普及。一方面是由于太阳能制氢的制备环境适应性好。只要日光和水源比较充足的地区都可以实施这一项目。另一方面是由于氢能使用起来非常方便。既可以使用传统的氢气内燃机燃烧做功，又可以使用燃料电池发电。这样不但可以避免太阳能发电时存在的转换输送损耗，还能避免太阳能电力对送电网络的依赖，使氢气可以像石油一样方便使用。再者，氢能几乎是真正的零排放能源。氢气氧化后产生无任何污染的水，氢能的利用不会污染环境。随着未来化石能源耗尽时代的临近，太阳能光解水制氢的研究越来越具有重要的战略意义。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种以太阳光为能源来催化分解水制备氢气和氧气，并利用密度法提纯已制备的氢气和氧气的工作系统及其控制方法。本专利技术的目的之一是提供一种氢气制备和提纯的方法，制备方法为在催化剂作用下以太阳光为能源分解水制备氢气和氧气，原理如下:2H20 —2? i +O2 ? (催化剂，光照)提纯方法为利用密度法静置分离来提纯已制备的氢气和氧气，操作简便易行。本专利技术还提供一种氢气制备并提纯的装置，该装置安全稳定且易控制。本专利技术中氢气制备并提纯的装置采用如下技术方案:该装置由三部分组成，分别为制备系统、中转系统和分离系统。制备系统主要为一个透明玻璃光解槽，中转系统主要为一个透明玻璃集气瓶，分离系统主要为一个分离沉淀室。三个系统之间通过带有开关阀门的气体管道连通。本专利技术中氢气制备并提纯的装置还采用如下技术措施:上述装置中的制备系统，其特点是透明玻璃光解槽通过带有开关阀门的进水管道添加水量，并通过内壁上的两个水位传感器检测透明玻璃光解槽中的水位。当下端水位传感器检测到水位低于其所在的水平面时，下端水位传感器向控制器传送添加水量信号，进水管道开关阀门开启，透明玻璃光解槽进水；当上端水位传感器检测到水位高于其所在的水平面时，上端水位传感器向控制器传送停止添加水量信号，进水管道开关阀门关闭，透明玻璃光解槽停止进水。由此两个水位传感器保证水位始终处在在适当高度范围内。上述装置中的制备系统，其特点是透明玻璃光解槽底部放置塑料盘，用来盛放光解催化剂；透明玻璃光解槽下端设有密封良好的端盖，打开该端盖可以对光解催化剂进行更换或清洗。上述装置中的制备系统，其特点是透明玻璃光解槽的出气总管通过一个三通阀连接第一气体管道和弯管。三通阀的膜片翻转使得透明玻璃光解槽在不同时期处于不同状态。当膜片翻转使出气总管与弯管连通时，透明玻璃光解槽处于排空气状态；而膜片翻转使出气总管与第一气体管道连通时，透明玻璃光解槽处于氢气制备状态。弯管主要用于清洗或更换光解催化剂后排出透明玻璃光解槽中进入的空气。在排空气时三通阀关闭第一气体管道，透明玻璃光解槽不断进水，进入的水量会迫使透明玻璃光解槽中的空气经过弯管排出。当水位没过弯管中的水位传感器时，透明玻璃光解槽中的空气已排尽，水位传感器向控制器传送信号，三通阀的膜片翻转使出气总管与第一气体管道连通，排空气状态终止，透明玻璃光解槽转换为氢气制备状态。上述装置中的中转系统，其特点是透明玻璃集气瓶顶盖设置为活塞，由控制器驱动直线电机向下运动；透明玻璃集气瓶外壁的顶部和底部分别安装一个限位光敏传感器，限制活塞的上下移动范围；活塞向上运动是依靠透明玻璃集气瓶内气体的压力驱动，而活塞向下运动是依靠直线电机的驱动。上述装置中的分离系统，其特点是分离沉淀室的最大容积等于或略小于透明玻璃集气瓶的最大容积，并且被带孔的金属隔板分隔为上室，中室和下室三部分。因为氧气密度为氢气密度的16倍，光解水产生的混合气体在分离沉淀室静置后，氧气会沉淀在容器下方，氢气会上升到容器上方，故上室收集的气体是氢气，下室收集的气体是氧气，中室收集的气体是氧气和氢气的混合气体。光解水产生的混合气体中氢气和氧气的体积比为2:1，静置后氢气和氧气的分界层难以精确划分，故在氢气和氧气的标准分界面(距离分离沉淀室顶端2/3处)的上端和下端分别设置一个带孔的金属隔板。带孔的上金属隔板和带孔的下金属隔板分别距离标准分界面为4%~6%分离沉淀室高度(建议选取5%分离沉淀室高度)。所述带孔的上金属隔板与带孔的下金属隔板上均布置有密封良好的蝴蝶挡板，蝴蝶挡板在关闭通气孔时能分隔上室，中室和下室的气体。上述装置中的分离系统，其特点是分离沉淀室的上端盖和下端盖分别由上端活塞和下端活塞组成。混合气体由中转系统进入分离系统时依靠气体的压力推动上端活塞向上移动和下端活塞向下移动。分离 沉淀室上室的底端设置氢气管道，分离沉淀室下室的顶端设置氧气管道。静置后的氢气和氧气在分离时，分别由直线电机驱动上端活塞向下运动和下端活塞向上运动使氢气和氧气经各自管道输出。【附图说明】图1为本专利技术氢气制备和提纯装置的结构示意图；附图中，各标号所代表的部件列表如下:1、透明玻璃光解槽，2、端盖，3、塑料盘，4、光解催化剂，5、上限水位传感器，6、下限水位传感器，7、进水管道，8、进水管道阀门，9、出气总管，IO、弯管，11、弯管水位传感器，12、三通阀，13、第一气体管道,14、第一气体管道阀门，15、透明玻璃集气瓶,16、第一活塞，17、上位光敏传感器，18、下位光敏传感器,19、第二气体管道,20、第二气体管道阀门，21、分离沉淀室，22、第二活塞，23、第三活塞，24、带孔上金属隔板，25、带孔下金属隔板，26、第一蝴蝶挡板，27、第二蝴蝶挡板，28、氢气管道，29、氢气管道阀门，30、氧气管道，31、氧气管道阀门，32、控制器，33、太阳光。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非限定本专利技术的范围。如图1所示的氢气能源制备并提纯的工作系统，包括作为光解发生室的透明玻璃光解槽1，以及与透明玻璃光解槽I连通的进水管道7，进水管道7上安装进水管道阀门8。透明玻璃光解槽I的出气总管9通过一个三通阀12连接第一气体管道13和弯管10。第一气体管道13上安装有第一气体管道阀门14。弯管10内壁设置一个弯管水位传感器11。弯管水位传感器11安装在三通阀12上方2~5cm的位置(建议为4cm)。透明玻璃光解槽I底部安装有盛放光解催化剂4的塑料盘3。在透明玻璃光解槽I下方设置端盖2，打开端盖2可以取出塑料盘3清洗或更换光解催化剂4。透明玻璃光解槽I内壁靠近顶部和底部两处分别安装有上限水位传感器5和下限水位传感器6。控制器32可以通过上限水位传感器5与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢气制备并提纯的方法，其特征在于：以太阳光为能源来催化分解水制备氢气和氧气，并利用密度法提纯已制备的氢气和氧气。

【技术特征摘要】
1.一种氢气制备并提纯的方法，其特征在于:以太阳光为能源来催化分解水制备氢气和氧气，并利用密度法提纯已制备的氢气和氧气。2.一种氢气制备并提纯的装置，其特征在于:该装置由三部分组成，分别为制备系统、中转系统和分离系统。制备系统主要为一个透明玻璃光解槽，中转系统主要为一个透明玻璃集气瓶，分离系统主要为一个分离沉淀室。三个系统之间通过带有开关阀门的气体管道连通。3.根据权利要求2所述装置中的制备系统，其特征在于:透明玻璃光解槽通过带有开关阀门的进水管道添加水量；通过透明玻璃光解槽内壁上的两个水位传感器检测透明玻璃光解槽中的水位，保证水位在适当高度范围内。4.根据权利要求2所述装置中的制备系统，其特征在于:透明玻璃光解槽底部放置塑料盘，用来盛放光解催化剂；透明玻璃光解槽下端设有密封良好的端盖，打开该端盖可以对光解催化剂进行更换或清洗。5.根据权利要求2所述装置中的制备系统，其特征在于:透明玻璃光解槽的出气总管通过一个三通阀连接第一气体管道和弯管。三通阀的膜片翻转使得透明玻璃光解槽在不同时期处于不同状态。当膜片翻转使出气总管与弯管连通时，透明玻璃光解槽处于排空气状态；而当膜片翻转使出气总管与第一气体管道连通时，透明玻璃光解槽处于氢气制备状态。弯管内壁设置一个水位传感器，水位传感器安装在高于三通阀2~5cm的位置(建议为4cm)，弯管主要用于清洗或更换光解催化剂后排出透明玻璃光解槽中进入的空气。6.根据权利要求2所述装置中的中转系统，其特征在于:透明玻璃集气瓶的顶盖为活塞，由控制器驱动直...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵付舟，何聪，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：