一種光催化制氫系統及制氫方法
【專利摘要】本發明涉及一種光催化制氫系統及產氣測量方法,包括惰性氣源、光催化反應裝置、氣體集排放計量裝置、氣體檢測驗證裝置及主閥控管路，所述主閥控管路依次連接所述惰性氣源、光催化反應裝置、氣體集排放計量裝置及氣體檢測驗證裝置，所述氣體檢測驗證裝置內設置有氫燃料電池，所述氫燃料電池電連接負載。其中所述的氫燃料電池兩端還連接有電壓顯示表。本發明實現了光催化反應、產氣計量、氣體檢測驗證的一體化；氣體計量檢測方法簡單、直觀、有效；操作難度降低，可維護性提高；產品成本、維護保養成本、運行環境成本大幅度降低。
【專利說明】一種光催化制氫系統及制氫方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光催化制氫系統及制氫方法，光催化反應領域。

【背景技術】
[0002]隨著能源危機和環境污染的日益加重，新型能源系統則越來越多地受到各國人民的重視。光催化反應制氫是獲取氫能的一種重要方法，對其研究一方面側重于開發高效、穩定長壽命的光催化劑；另一方面則側重于光催化制氫反應過程及反應系統的研究。
[0003]光催化反應制氫的反應測量裝置已有所開發，如已商業化的產品，一般為閉式的玻璃環路系統，通過在線取樣并由氣相色譜儀進行氣體分析和檢測，系統復雜且較為昂貴，維護復雜且維護成本很高，僅適用于科學研究。


【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種適合進行光催化反應教學及研究的光催化制氫系統及產氣測量驗證方法，以完整、連續進行光催化反應并且直觀地進行氣體產物的測量驗證。
[0005]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種光催化制氫系統，其特征在于，包括惰性氣源、光催化反應裝置、氣體集排放計量裝置、氣體檢測驗證裝置及主閥控管路，
[0006]所述主閥控管路依次連接所述惰性氣源、光催化反應裝置、氣體集排放計量裝置及氣體檢測驗證裝置，所述氣體檢測驗證裝置內設置有氫燃料電池，所述氫燃料電池電連接負載。其中所述的氫燃料電池兩端還連接有電壓顯示表。
[0007]本發明的有益效果是:實現了光催化反應、產氣計量、氣體檢測驗證的一體化；氣體計量檢測方法簡單、直觀、有效；操作難度降低，可維護性提高；產品成本、維護保養成本、運行環境成本大幅度降低。
[0008]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0009]本發明如上所述一種光催化制氫系統，進一步，所述主閥控管路包括第一閥控管路、氣體流量計及第一三通閥，第二閥控管路及第二三通閥、第三三通閥及第三閥控管路、直通閥，
[0010]所述第一閥控管路連接所述惰性氣源與光催化反應裝置的進氣口，所述氣體流量計及第一三通閥依次通過兩個口連接在所述第一閥控管路上；
[0011]所述第二閥控管路連接所述光催化反應裝置的出氣口及所述氣體集排放計量裝置進氣口，所述第二三通閥、第三三通閥均分別通過兩個口連接在所述第二閥控管路上；
[0012]第三閥控管路連接所述氣體集排放計量裝置出氣口及所述氣體檢測驗證裝置的進樣口，所述直通閥安裝在所述第三閥控管路上。
[0013]采用上述進一步方案的有益效果是:通過各閥門的調節，使反應器、循環泵、集氣管及閥控管路形成一個封閉空間。
[0014]本發明如上所述一種光催化制氫系統，進一步，所述第二三通閥的第三個口為取樣口。取樣口可以外接氣相色譜或氫傳感器，以實現對氫氣的檢測與驗證。
[0015]采用上述進一步方案的有益效果是:可以對光催化反應裝置產生的氫氣實現微量檢測。
[0016]本發明如上所述一種光催化制氫系統，進一步，還包括循環管路包括第一循環管路、第二循環管路、第三循環管路、四通閥及循環泵，
[0017]所述第一循環管路連接所述第一三通閥的第三個口，另一端連接所述第三三通閥的第三個口 ；所述四通閥通過兩個口連接在所述第一循環管路上；所述循環泵連接在所述四通閥與第三三通閥之間的第一循環管路上；所述第二循環管路一端連接所述四通閥的第三個口，另一端連通所述氣體集排放計量裝置的上部的側排氣口 ；所述第三循環管路一端連接所述四通閥的第四個口，另一端連通所述氣體集排放計量裝置的上部的側進氣口，所述側進氣口為斜切入式進氣結構。
[0018]采用上述進一步方案的有益效果是:循環泵提供系統內氣體的循環動力，可對封閉空間的氣體提供循環動力，對氣體實現攪拌作用使得氣體混合均勻；且斜切入式進氣結構，沿集氣管壁斜向下的氣流有助于集氣管內氣體的充分混合，以實現收集氣體攪拌與濃度的穩定、均一。
[0019]本發明如上所述一種光催化制氫系統，進一步，所述氣體集排放計量裝置包括集氣管及副閥控管路及儲水瓶，所述集氣管倒置的滴管或移液管形狀頂端為出氣口，下部一側設置有進氣口，上部一側設置有側出氣口及側進氣口，所述儲水瓶通過副閥控管路連接所述集氣管的底端；所述副閥控管路上安裝有第四三通閥，所述第四三通閥的第三個口連通儲水槽。
[0020]采用上述進一步方案的有益效果是:可以實現對集氣管內氣體的排放。
[0021]本發明如上所述一種光催化制氫系統，進一步，所述光催化反應裝置包括底座及磁力攪拌器、具有控溫層的反應器、U型光窗及光源，所述磁力攪拌器安裝在所述底座上；所述具有控溫層的反應器位于所述磁力攪拌器上，所述U型光窗位于反應器內，所述光源位于U型光窗內；所述控溫層一側的上方設有恒溫流體入口，另一側的下方設有恒溫流體出口。
[0022]所述的光源優選具有可調節式恒流電源，可實現對LED光源發光功率的調節；光源允許更換，可根據反應體系需要選擇相應波長的LED光源。
[0023]采用上述進一步方案的有益效果是:由于反應器設置有控溫層，溫控層通過外接恒溫流體介質，可以實現對光催化反應系統溫度的準確控制。
[0024]本發明還提供一種光催化制氫方法，其特征在于，采用權利要求1至6任一項所述一種光催化制氫系統進行制氫，包括以下步驟，
[0025]步驟(I)連通主閥控管道，對系統進行清掃工作，確保管道內物無雜質氣體，開啟光催化反應裝置，將產生的氫氣通過所述氣體集排放計量裝置收集；
[0026]步驟(2)將收集的氣體通入所述氣體檢測驗證裝置，通過氣體檢測驗證裝置內設置有氫燃料電池及氫燃料電池電連接負載及電壓顯示表直觀的實現對氫氣的檢測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發明實施例的光催化制氫系統連接示意圖；
[0028]圖2為本發明實施例的光催化制氫系統結構示意圖；
[0029]圖3為本發明實施例的內照式光源示意圖；
[0030]圖4為斜切式進氣口結構示意圖。
[0031]附圖中,各標號所代表的部件列表如下:
[0032]1、惰性氣源，2、光催化反應裝置，3、氣體集排放計量裝置，4、氣體檢測驗證裝置，
5、負載，6、主閥控管路，7、電壓顯示表，8、循環管路。

【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0034]如圖1 一種光催化制氫系統，包括惰性氣源、光催化反應裝置、氣體集排放計量裝置、氣體檢測驗證裝置及主閥控管路，
[0035]所述主閥控管路6依次連接所述惰性氣源1、光催化反應裝置2、氣體集排放計量裝置3及氣體檢測驗證裝置4，所述氣體檢測驗證裝置4內設置有氫燃料電池，所述氫燃料電池電連接負載5及電壓顯示表7。
[0036]本發明如圖2所示，所述主閥控管路包括第一閥控管路61、氣體流量計62及第一三通閥63，第二閥控管路64及第二三通閥65、第三三通閥66及第三閥控管路67、直通閥68，
[0037]所述第一閥控管路61連接所述惰性氣源I與光催化反應裝置2的進氣口 28，所述氣體流量計62及第一三通閥63依次分別通過兩個口連接在所述第一閥控管路61上；
[0038]所述第二閥控管路64連接所述光催化反應裝置2的出氣口 29及所述氣體集排放計量裝置3進氣口 35，所述第二三通閥65、第三三通閥66均分別通過兩個口連接在所述第二閥控管路64上；
[0039]第三閥控管路67連接所述氣體集排放計量裝置3出氣口 34及所述氣體檢測驗證裝置4的進樣口 41，所述直通閥68安裝在所述第三閥控管路67上。
[0040]如圖2所示，本發明另一種實施方式是:還包括循環管路8包括第一循環管路81、第二循環管路82、第三循環管路83、四通閥84及循環泵85，
[0041]所述第一循環管路81連接所述第一三通閥63的第三個口，另一端連接所述第三三通閥66的第三個口 ；所述四通閥84通過兩個口連接在所述第一循環管路81上；所述循環泵85連接在所述四通閥84與第三三通閥66之間的第一循環管路81上；所述第二循環管路82 —端連接所述四通閥的第三個口，另一端連通所述氣體集排放計量裝置3的上部的側排氣口 36 ;所述第三循環管路83 —端連接所述四通閥84的第四個口，另一端連通所述氣體集排放計量裝置的上部的側進氣口 37，所述側進氣口 37為斜切入式進氣結構。斜切入式進氣結構可以使得制備的氣體沿集氣管壁斜向下的氣流有助于集氣管內氣體的充分混合，以實現收集氣體攪拌與濃度的穩定、均一。
[0042]本發明優選一種實施方式是:所述氣體集排放計量裝置3包括集氣管31及副閥控管路32及儲水瓶33，所述集氣管31倒置的滴管或移液管形狀頂端為出氣口 34，下部一側設置有進氣口 35，上部一側設置有側出氣口 36及側進氣口 37，所述儲水瓶33通過副閥控管路32連接所述集氣管31的底端；所述副閥控管路32上安裝有第四三通閥321，所述第四三通閥321的第三個口連通儲水槽38。
[0043]上述集氣管31為滴管或移液管形狀頂端帶有玻璃螺紋接頭出氣口，內部為錐口，與錐形密封圈結合后，用于連接玻璃容器與不銹鋼氣管，可實現良好的氣密性。
[0044]所述光催化反應裝置2包括底座及磁力攪拌器21、具有控溫層的反應器22、U型光窗23及光源24，所述磁力攪拌器21安裝在所述底座27上；所述具有控溫層的反應器位于所述磁力攪拌器上，所述U型光窗23位于反應器22內，所述光源位于U型光窗23內；所述控溫層一側的上方設有恒溫流體入口 25，另一側的下方設有恒溫流體出口 26。
[0045]如圖2所示，本發明在具體實施過程中，對于光化學反應的光源，還可以采用內照式光源，所述的光源優選具有可調節式恒流電源，可實現對LED光源發光功率的調節；光源允許更換，可根據反應體系需要選擇相應波長的LED光源。
[0046]如圖2所示所述第二三通閥的第三個口 653為取樣口。取樣口可以外接
[0047]氣相色譜或氫傳感器，以實現對氫氣的檢測與驗證。
[0048]本發明一種光催化制氫系統的工作過程:
[0049]光催化反應進行前，使用惰性氣體進行系統吹掃，第一三通閥門63的第一個口 A和第二個口 B連通，第二三通閥門65的第一個口 A和第二個口 B連通，第三三通閥門66的第一個口 A和第二個口 B連通，第四三通閥門321第二個口 B和第三個口 C連通，四通閥門84關閉，直通閥門68打開，開啟惰性氣體1，通過流量計62調節流速，惰性氣體I將吹掃光催化反應器22，集氣管31，氣體從氣體集排放計量裝置的出氣口 34排出；調整第三三通閥66第一個口 A和第三個口 C連通，第二個口 B與第四個口 D連通，吹掃循環泵85及其管路，氣體從氣體集排放計量裝置的出氣口 34排出；調整第一三通閥門63第一個口 A與第三個口 C連通，四通閥84第一個口 A和第三個口 C連通，吹掃四通閥及其余管路，氣體從氣體集排放計量裝置的出氣口 34排出。
[0050]排出集氣管內氣體
[0051]調整第一三通閥63第二個口 B和第三個口 C連通，調整第三三通閥66第一個口A和第三個口 C連通，四通閥84關閉，第四三通閥321第一個口 A和第二個口 B連通，直通閥68開，向儲液瓶33內注水，水通過第四三通閥門321流入集氣管31，集氣管31內氣體通過直通閥68排出，注液至液位刻度時關閉直通閥68，調整第四三通閥321第一個口 A和第三個口 C連通。
[0052]光催化制氫
[0053]光催化反應器22內的反應溶液在光源24的照射下，經過U形光窗23照射入反應溶液中，反應溶液在磁力攪拌器21作用下實現攪拌，光催化反應器內實現光催化制氫。
[0054]所述的光催化制氫過程，可通過調整第三三通閥66第一個口 A與第二個口 B通，進行制氫的觀察，伴隨光催化反應的進行，產生的氫氣通過集氣管底部進氣口 35進入集氣管31內。
[0055]氫氣的收集與計量，可以采用兩種方式實現:
[0056]一種方式實現氫氣的收集，調整第二三通閥門65第一個口 A和第二個口 B連通，第三三通閥66第一個口 A和第二個口 B連通，四通閥84關閉，第四三通閥第一個口 A和第四個口 C連通，直通閥68關閉，光催化反應器22內產生的氫氣通過集氣管下進氣口 35進入集氣管31，同時排出集氣管內液體，收集氣體，并通過刻度線對收集氣體進行計量。
[0057]另一種方式可實現氫氣的收集與循環，調整第一三通閥63第二個口 B和第三個口C連通，第二三通閥65第一個口 A和第二個口 B連通，第三三通閥66第一個口 A和第二個口 B連通，四通閥84調整第一個口 A和第三個口 C連通、第二個口 B和第三個口 D連通，制備的氫氣可以通過側進氣口進入集氣管，第四三通閥321第一個口 A和第三個口 C連通，即連通儲水槽，直通閥68關閉，開啟循環泵85，可在收集氫氣的同時，實現對系統內部氫氣的攪拌均勻，實現系統內氫氣濃度的均一。
[0058]氫氣的檢測
[0059]在光催化反應結束或收集氣體完成時，調整第四三通閥321關閉。氫氣檢測，可以通過兩種方式實現:
[0060]一種方式，可調整第二三通閥65通過第二三通閥53的第三個口 C進行取樣，對氫氣進行檢測。
[0061]另一種方式，調整第三三通閥66第一個口 A和第二個口 B連通，第四三通閥321的第一個口 A和第二個口 B連通，四通閥84關閉，調整直通閥68至開啟，集氣管內氣體由氣體集排放計量裝置的出氣口 34流入氫氣檢測裝置的進樣口 41，氫氣進入氫氣檢測裝置通過氫燃料電池作用將化學能轉化為電能，在顯示表7將顯示電壓，電流值，負載5工作，以完成對氫氣的檢測。
[0062]上述的三通閥的工作原理是:三通閥體的內部有一個“T”形通道，可通過轉動閥體調節通路，一般情況轉運90度可實現通路的轉換，若轉45 (+90)度即可關閉所有通路，即三通閥的關閉。
[0063]該裝置集成有清掃系統、流量調節、氣體循環及取樣功能。
[0064]本發明還提供一種光催化制氫方法，米用上述一種光催化制氫系統進行制氫，包括以下步驟，
[0065]步驟(I)連通主閥控管道，對系統進行清掃工作，確保管道內物無雜質氣體，開啟光催化反應裝置，將產生的氫氣通過所述氣體集排放計量裝置收集；
[0066]步驟(2)將收集的氣體通入所述氣體檢測驗證裝置，通過氣體檢測驗證裝置內設置有氫燃料電池及氫燃料電池電連接負載及電壓顯示表直觀的實現對氫氣的檢測。
[0067]氣體檢測裝置是一種以氫氣為原料的氫燃料電池，氫氣在電池的作用下將化學能轉化為電能，驅動負載工作，并有電壓與電流顯示，直觀地實現對氫氣的檢測。
[0068]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種光催化制氫系統，其特征在于，包括惰性氣源、光催化反應裝置、氣體集排放計量裝置、氣體檢測驗證裝置及主閥控管路， 所述主閥控管路依次連接所述惰性氣源、光催化反應裝置、氣體集排放計量裝置及氣體檢測驗證裝置，所述氣體檢測驗證裝置內設置有氫燃料電池，所述氫燃料電池電連接負載。
2.根據權利要求1所述一種光催化制氫系統，其特征在于，所述主閥控管路包括第一閥控管路、氣體流量計及第一三通閥，第二閥控管路及第二三通閥、第三三通閥及第三閥控管路和直通閥， 所述第一閥控管路連接所述惰性氣源與光催化反應裝置的進氣口，所述氣體流量計及第一三通閥依次通過兩個口連接在所述第一閥控管路上； 所述第二閥控管路連接所述光催化反應裝置的出氣口及所述氣體集排放計量裝置進氣口，所述第二三通閥、第三三通閥均分別通過兩個口連接在所述第二閥控管路上； 第三閥控管路連接所述氣體集排放計量裝置出氣口及所述氣體檢測驗證裝置的進樣口，所述直通閥安裝在所述第三閥控管路上。
3.根據權利要求3所述一種光催化制氫系統，其特征在于，還包括循環管路包括第一循環管路、第二循環管路、第三循環管路、四通閥及循環泵， 所述第一循環管路連接所述第一三通閥的第三個口，另一端連接所述第三三通閥的第三個口 ；所述四通閥通過兩個口連接在所述第一循環管路上；所述循環泵連接在所述四通閥與第三三通閥之間的第一循環管路上；所述第二循環管路一端連接所述四通閥的第三個口，另一端連通所述氣體集排放計量裝置的上部的側排氣口 ；所述第三循環管路一端連接所述四通閥的第四個口，另一端連通所述氣體集排放計量裝置的上部的側進氣口，所述側進氣口為斜切入式進氣結構。
4.根據權利要求3所述一種光催化制氫系統，其特征在于，所述第二三通閥的第三個口為取樣口。
5.根據權利要求1至4所述一種光催化制氫系統，其特征在于，所述氣體集排放計量裝置包括集氣管及副閥控管路及儲水瓶，所述集氣管倒置的滴管或移液管形狀頂端為出氣口，下部一側設置有進氣口，上部一側設置有側出氣口及側進氣口，所述儲水瓶通過副閥控管路連接所述集氣管的底端；所述副閥控管路上安裝有第四三通閥，所述第四三通閥的第三個口連通儲水槽。
6.根據權利要求1至4所述一種光催化制氫系統，其特征在于，所述光催化反應裝置包括底座及磁力攪拌器、具有控溫層的反應器、U型光窗及光源，所述磁力攪拌器安裝在所述底座上；所述具有控溫層的反應器位于所述磁力攪拌器上，所述U型光窗位于反應器內，所述光源位于U型光窗內；所述控溫層一側的上方設有恒溫流體入口，另一側的下方設有恒溫流體出口。
7.一種光催化制氫方法，其特征在于，米用權利要求1至6任一項所述一種光催化制氫系統進行制氫，包括以下步驟， 步驟(I)連通主閥控管道，對系統進行清掃工作，確保管道內物無雜質氣體，開啟光催化反應裝置，將產生的氫氣通過所述氣體集排放計量裝置收集； 步驟(2)將收集的氣體通入所述氣體檢測驗證裝置，通過氣體檢測驗證裝置內設置有氫燃料電池及氫燃料電池電連接負載及電壓顯示表直觀的實現對氫氣的檢測。
【文檔編號】B01J19/12GK104226224SQ201410364040
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】陳磊, 劉曉霞 申請人:北京泊菲萊科技有限公司