[发明专利]一种涡旋进样光催化分解水制氢装置及涡轮式进样方法

说明书

本发明公开了一种涡旋进样光催化分解水制氢装置，采用涡旋光催化剂进样器，内设涡旋轨道，外设太阳能板，将吸收的太阳能转换为电能，对天气条件变化适应能力强，造价费用低廉，在进样阶段使光催化剂均匀分散，提高光催化分解水制氢性能；一种涡轮式进样方法，在光催化反应器内增设转动系统，有效避免了通过储液罐直接注入反应器，造成光催化剂损耗，光催化剂通过涡旋轨道，耐冲击性能增强，涡旋轨道壁降低光催化剂粘附，提高光催化剂利用效率，使进入光催化反应器的光催化剂具有良好的混合度。

技术领域

本发明涉及可再生能源规模制备领域，具体涉及一种涡旋进样光催化分解水制氢装置及涡轮式进样方法。

背景技术

随着化石能源危机不断加剧，可再生能源开发利用迫在眉睫。太阳能是洁净、可再生能源，在其照射下，分解水为氢气和氧气，这种制氢方式将能量密度低、地域依赖性强、连续性差的太阳能转换为稳定的化学能。从环保角度分析，是绿色、可持续发展的；从节能角度分析，是无化石燃料、可再生的；从经济角度分析，是廉价的，可持续循环的。

氢气作为一种高热值、无污染的能量载体，是目前最有潜力的清洁能源。光催化分解水制氢体系主要包括：光催化剂、牺牲剂、助催化剂、水和紫外光。基于半导体纳米颗粒的新型催化剂，促进体系光生空穴和电子的分离，已经被证实可以提高制氢效率，高效利用太阳能光催化制氢装置，是制取氢气的关键技术之一。

现阶段利用自然光照射光催化反应制氢装置，主要集中在太阳能聚光技术和复合光催化材料两个方面。发明专利CN111453696A，公开了“一种聚光式固定膜太阳能光催化制氢装置”，在复合抛物面聚光器基础上，采用下沉式方法设计的聚光组件，提高了太阳能利用率，可以调节聚光光线在光催化反应器上的分布，提高光催化剂制氢效率。但是聚光光线不能实时追踪太阳能，聚光器聚光比限制光照强度，影响光催化制氢效率。发明专利CN103861542A，公开了“一种利用太阳能光催化制氢的反应装置”可以自动跟踪太阳能进行光催化制氢实验，但是增大了运行成本。

上述两个发明公开的光催化分解水制氢反应装置均设置储液罐，为了使反应连续进行，需要额外提供储液罐内光催化剂注入反应器内能量输入，存在着运行成本高，反应过程中易造成仪器堵塞。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，创造性构思了一种涡旋进样光催化分解水制氢装置，采用涡旋光催化剂进样器，内设涡旋轨道，增大光催化剂进入反应装置的分散度，外设太阳能板，运行成本低廉，光催化分解水制氢性能优良；并提出了涡轮式进样方法，通过内部涡旋轨道和转子造成内部漩涡，充分分散光催化剂，使进入反应器的光催化剂具有良好的混合度。

实现本发明所采用的技术方案之一是：一种涡旋进样光催化分解水制氢装置，它包括：聚光组件1、聚光组件支架3、光催化反应器5，其特征是，它还包括：光催化剂进样器4，所述的光催化剂进样器4包括：外壁太阳能电池板34、进样口35、涡旋轨道36、太阳能驱动转子37、进样阀门43、出样口44，所述的涡旋轨道36为封闭涡旋装置，在所述的涡旋轨道36内部设有太阳能驱动转子37，在所述的涡旋轨道36顶部设有进样口35，在所述的涡旋轨道36底部设有出样口44，所述涡旋轨道36的出样口44与光催化反应器5的进样口密闭连接，在所述的出样口44上设置进样阀门43，在所述的涡旋轨道36外部设置外壁太阳能电池板34，所述的外壁太阳能电池板34与太阳能驱动转子37电连接。

进一步，所述的光催化反应器5包括：密闭器皿22、透射皿顶板21和反应器内胆27，在所述的密闭器皿22内设置转动搅拌浮板38、搅拌叶片39、转动轴40、电机41，所述转动轴40的轴线与密闭器皿22的中心线重合，所述转动轴40与转动搅拌浮板38固连，在所述的转动轴40上固连一组搅拌叶片39，所述的电机41与转动轴40固定连接，所述的电机41与密闭器皿22固连。

实现本发明所采用的技术方案之二是：一种涡轮式进样方法，其特征是，它包括以下步骤：