[發(fā)明專利]一種氫氣能源制備并提純的工作系統(tǒng)及其控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310554347.6
• 申請(qǐng)日: 2013-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN103601149A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙付舟;何聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波工程學(xué)院
• 主分類號(hào): C01B3/04
• 分類號(hào): C01B3/04;C01B3/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型能源領(lǐng)域，特別涉及以太陽光為能源來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)

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)底來自于太陽能。而目前太陽能電站能從一定程度上緩解能源危機(jī)。但太陽能光伏發(fā)電的效率還很低，電力升壓降壓變換過程和遠(yuǎn)程傳輸都存在大量的能量損耗，勢(shì)必使太陽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題大大限制了其發(fā)展。?

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能光解水獲得。太陽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能發(fā)電時(shí)存在的轉(zhuǎn)換輸送損耗，還能避免太陽能電力對(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)生無任何污染的水，氫能的利用不會(huì)污染環(huán)境。隨著未來化石能源耗盡時(shí)代的臨近，太陽能光解水制氫的研究越來越具有重要的戰(zhàn)略意義。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種以太陽光為能源來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。?

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光為能源分解水制備氫氣和氧氣，原理如下：?

2H₂O→2H₂↑+O₂↑（催化劑，光照）?

提純方法為利用密度法靜置分離來提純已制備的氫氣和氧氣，操作簡便易行。?

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。?

本發(fā)明中氫氣制備并提純的裝置采用如下技術(shù)方案：?

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)之間通過帶有開關(guān)閥門的氣體管道連通。?

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：?

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帶有開關(guān)閥門的進(jìn)水管道添加水量,并通過內(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)。?

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。?

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)過彎管排出。當(dāng)水位沒過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)。?

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內(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)。?