[发明专利]一种氢气能源制备并提纯的工作系统及其控制方法

权利要求书

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，由控制器驱动直线电机使其向下运动；活塞向上运动则是依靠透明玻璃集气瓶内气体的压力推动。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。

7.根据权利要求2所述装置中的分离系统，其特征在于：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，所以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。

8.根据权利要求2所述装置中的分离系统，其特征在于：所述分离沉淀室的上端盖和下端盖均由活塞组成，并且在分离沉淀室上室的底端设置氢气管道，在分离沉淀室下室的顶端设置氧气管道。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。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。