CN104162396B - 光催化反应系统的防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及领域，公开了一种光催化反应系统的防护装置，包括箱体和光源支架，箱体包括箱体本体、上前舱门、下前舱门和后舱门，箱体本体具有上部空间和下部空间；上部空间分为密封层和操作层；密封层通过后舱门密封，用于安装光催化反应系统的系统主体；操作层通过上前舱门密封，用于安装光催化反应系统的系统阀组；下部空间通过下前舱门密封，用于安装光催化反应系统的反应器；下前舱门设有光窗，光源支架安装在与光窗相对应的位置，用于安装光催化反应系统的光源；箱体上设有惰性气体充填机构，用于向密封层、操作层和下部空间充填惰性气体。可以为负压条件下进行的光催化反应系统提供稳定的反应及测试环境，减少环境对光催化反应及测试的影响。

Description

光催化反应系统的防护装置

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，特别是涉及一种光催化反应系统的防护装置。

背景技术

随着能源危机和环境污染的日益加重，新型能源系统越来越多地受到各国的重视。采用光催化反应系统制氢是获取氢能的一种重要方法，对于光催化反应系统的研究越来越受到人们的重视。光催化反应系统一般包括气体循环单元、检测单元、分离单元、光源和反应器，其中气体循环单元、检测单元、分离单元构成了系统主体，且通过一个玻璃外壳安装为一体，在壳体外部设有用于控制系统主体的系统阀组。

现有的光催化反应系统一般是一种敞开式的系统，系统主体、反应器及系统管路都暴露在大气环境之下，而光催化反应是一种在负压状态下进行的反应，负压条件下，光催化反应系统的阀门及系统管路连接处不可避免地存在泄漏问题，环境中的气体可能会渗入光催化反应系统内部；直接影响反应测量结果，同时干扰光催化反应进程，从而影响整体实验的评价结果。

现有技术使用高精密度加工的金属阀以增加阀体气密性，解决负压条件下环境气体渗入的方法，但只能在一定程度上减少气体渗入，并不能完全杜绝环境气体渗入，并且在使用成本上大大增加。由于玻璃阀气密性要高于金属阀，一些反应系统将多通道金属取样阀更换为多通道玻璃取样阀以增加气密性。一般阀体通道越多，渗漏的机率越大，另有一些做法，将六通取样阀改为四通取样阀，以提高气密性和降低工艺难度。反应系统的反应器、阀组单元及管路一般由玻璃加工而成，存在不确定性的玻璃管路砂眼破裂以及阀门磨口的缺陷，通过玻璃磨口连接的非一体式连接方式均存在漏气缺陷。针对阀门接口和局部充氮保护已不能为系统提供良好的保护氛围，而需要更为全面的、与光催化反应特征相匹配的防护。现有技术使用真空手套箱(氮气保护箱)将反应系统密封，可以为系统提供保护氛围，但由于系统在结构及操作上的特殊性，一般的真空手套箱(氮气保护箱)与系统不能良好匹配以至于影响系统操作及影响反应过程及结果，如系统光源的放置、系统各种管路与外部设施的连接、操作过程中的特殊性等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种光催化反应系统的防护装置，该防护装置可以为负压条件下进行的光催化反应系统提供稳定的反应及测试环境，减少环境对光催化反应及测试的影响。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种光催化反应系统的防护装置，包括箱体和光源支架，所述箱体包括箱体本体、上前舱门、下前舱门和后舱门，所述箱体本体具有上部空间和下部空间；所述上部空间分为密封层和操作层；所述密封层通过后舱门密封，用于安装所述光催化反应系统的系统主体；所述操作层通过上前舱门密封，用于安装所述光催化反应系统的系统阀组；所述下部空间通过下前舱门密封，用于安装所述光催化反应系统的反应器；所述下前舱门设有光窗，所述光源支架安装在与所述光窗相对应的位置，用于安装所述光催化反应系统的光源；所述箱体上设有惰性气体充填机构，用于向所述密封层、操作层和下部空间充填惰性气体。

其中，所述惰性气体充填机构包括与所述密封层连通的密封层进气阀、密封层出气阀，与所述操作层连通的操作层进气阀、操作层出气阀，与所述下部空间连通的下部空间进气阀、下部空间出气阀。

其中，所述惰性气体充填机构还包括导气管和氧气传感器，所述导气管分别与所述密封层出气阀、操作层出气阀及下部空间出气阀连接；所述氧气传感器与所述导气管连接，用于检测气体中的氧气含量。

其中，所述惰性气体充填机构还包括总气体分配接头，所述总气体分配接头为四通接头，所述四通接头的一个接口与外部供气设备连接，其余三个接口分别与所述密封层进气阀、操作层进气阀及下部空间进气阀连接。

其中，所述箱体内设有压力检测机构，用于检测所述箱体的内部压力。

其中，所述箱体设有抽真空阀，用于连接外部真空泵。

其中，所述箱体上设有脱氧器，所述脱氧器与所述密封层连接。

其中，所述压力检测机构为箱体压力表，所述箱体压力表连接在下部空间进气阀上，用于检测箱体内部压力。

其中，所述光源支架为可升降支架。

其中，所述箱体设有载气进气阀和载气出气阀门，与所述的光催化反应系统配合，用于与色谱仪连接。

(三)有益效果

本发明提供的整个反应系统置于防护装置内，光催化反应系统处于隔离的惰性气体氛围中，其干扰气体含量可低至1PPM乃至PPB级别，使得实验所获得的结果误差更小，有利于对催化剂效果水平的准确评价，有利于科研工作的深入开展。防护装置采用抽真空或填充惰性气体提供保护氛围，装置外部设置监测仪表及传感器，反应及测试过程中，实时监测装置内部状态，系统在防护装置的保护下可大大降低氧气的渗入率，最大程度上减少空气渗入对微量光催化反应的干扰及对结果测试的影响。该防护装置可在填充气氛时保持正压，可以有效防止外装置外部气体渗入，同时也能阻止或降低反应体系内的气体通过泄漏点向系统外逃逸。防护装置可为光催化反应系统玻璃部件提供更加全面的防护，有效降低玻璃部件的损坏概率，同时提升光催化反应系统的使用安全性，杜绝系统局部爆裂、爆炸或是由于压力过大造成阀芯喷出对操作人员的人身伤害事故。

附图说明

图1为本发明实施例的前视图；

图2为本发明实施例的后视图。

图中，1：箱体；2：光源支架；3：底板；101：箱体本体；102：上部空间；103：下部空间；104：后舱门；105：上前舱门；106：下前舱门；107：光窗；108：视窗；110：密封层；401：操作层出气阀；402：导气管；403：冷却水进水阀门；404：冷却水出水阀门；405：密封层出气阀；406：下部空间出气阀；407：下部空间进气接口；408：密封层进气接口；409：操作层进气接口；410：恒温进水阀门；411：恒温出水阀门；407密封层进气阀；501：总气体分配接头；502：密封层进气阀；503：操作层进气阀；504：下部空间进气阀；505：抽真空阀；506：载气进气阀；507：载气出气阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和2所示，本发明的光催化反应系统的防护装置，包括底板3、箱体1和光源支架2，箱体1和光源支架2均安装在底板3上。箱体1包括箱体本体101、上前舱门105、下前舱门106和后舱门104。箱体本体101为一个矩形的框体。箱体本体101具有上部空间102和下部空间103。上部空间102分为后侧部分的密封层110和前侧部分的操作层(图未示出)。上前舱门105安装在上部空间102的前侧，下前舱门106安装在下部空间103的前侧，后舱门104安装在箱体本体101的后侧。上前舱门105、下前舱门106和后舱门104均采用平开的旋转结构，门框上均设有密封条。密封层110通过后舱门104密封，用于安装光催化反应系统的系统主体7。操作层通过上前舱门105密封，用于安装光催化反应系统的系统阀组。下部空间103通过下前舱门106密封，用于安装光催化反应系统的反应器。下前舱门106设有光窗107，光源支架2安装在与光窗107相对应的位置，用于安装光催化反应系统的光源8。优选的，光源支架2采用可升降支架。将光源8安装在可升降支架上，通过调节可升降支架的高度，以使光源8发出的光与反应器的高度相适配。箱体1上设有惰性气体充填机构，用于向密封层110、操作层和下部空间103充入惰性气体。

惰性气体充填机构包括总气体分配接头501、氧气传感器(图未示出)、导气管402、密封层进气阀502、密封层出气阀405、操作层进气阀503、操作层出气阀401、下部空间进气阀504和下部空间出气阀406。总气体分配接头501、密封层进气阀502、操作层进气阀503、下部空间进气阀504设置在箱体本体101的一侧外部，总气体分配接头501为四通接头，四通接头的一个接口与外部供气设备连接，其余三个接口分别与密封层进气阀502、操作层进气阀503及下部空间进气阀504连接。密封层出气阀405、操作层出气阀401和下部空间出气阀406设置在箱体本体101的另一侧外部。密封层110上设有密封层进气接口408，密封层进气阀502通过管路与密封层进气接口408连接，从而与密封层110连通；密封层出气阀405的一端与密封层110连通，另一端与导气管402连接。操作层设有操作层进气接口409，操作层进气阀503通过管路与操作层进气接口409连接，从而与操作层连通；操作层出气阀401的一端与操作层连通，另一端与导气管402连接。下部空间103设有下部空间进气接口407，下部空间进气阀504通过管路与下部空间进气接口407连接，从而与下部空间103连通；下部空间出气阀406的一端与下部空间103连通，另一端与导气管402连接。氧气传感器与导气管402通过一个四通阀连接，用于检测从导气管402流出的气体中的氧气含量。

箱体1内设有压力检测机构(图未示出)，用于检测箱体1的内部压力。本实施例中的压力检测机构为箱体气压表，箱体压力表连接在下部空间进气阀504上，用于检测箱体1的内部压力。另外，压力检测机构也可以采用压力传感器，使用压力传感器检测箱体内的压力，将压力传感器采集到的信号引到外部显示器上，操作更加直观。

箱体上还设有与反应器连接的恒温进水阀门410和恒温出水阀门411，恒温循环水通过恒温进水阀门410进入箱体1的下部空间103，与反应器的水套进水口连接，经循环后通过恒温出水阀门411流出箱体。箱体上还设有冷却水进水阀门403、冷却水出水阀门404，光催化反应系统的冷却单元通过冷却水进水阀门403、冷却水出水阀门404与外部供冷却水的设备连接。密封层110和操作层之间具有透明部，透明部所对应的是光催化反应系统的气压表。上前舱门105设有观察窗108，用于观察光催化反应系统的气压表的压力。

进一步的，箱体1设有抽真空阀505，用于连接外部真空泵，打开抽真空阀505，连接一个真空泵，使用外部真空泵对箱体1内部空间抽真空。

进一步的，箱体1上设有脱氧器6，脱氧器6与密封层110连接。脱氧器采用再生式脱氧器，通过内部填充的脱氧剂对光催化反应系统内部进行脱氧，从而保证在充入惰性气体后残余的氧气被脱氧器吸收，降低箱体内的氧含量，使光催化反应系统完全与空气隔绝。

进一步的，箱体1设有载气进气阀506和载气出气阀门507，用于与色谱仪连接。载气进气阀506的两端分别与外部色谱仪及光催化反应系统的进气口连接；载气出气阀门507的两端分别与外部色谱仪及光催化反应系统的取样管连接。色谱仪的载气从载气进气阀506流进光催化反应系统的进气口，流经取样管，从载气出气阀门507流出，回到色谱仪，从而进行取样检测分析。

在使用时，将管路连接完成后，关闭上前舱门105、下前舱门106、后舱门104，检查系统的密封性，按操作说明调整系统阀组，外接真空泵工作，将系统各管路，各阀抽真空，通过视窗108观察光催化反应系统所带的压力表，由内部压力变化判断光催化反应系统的气密性。箱体1气密性检查，向箱体1内通入惰性气体，惰性气体通过总气体分配接头501将惰性气体分为三路，一路经操作层进气阀503通过管路与操作层进气接口409连接，将惰性气体引入操作层，操作层中的气体从操作层出气阀401流出；另一路经密封层进气阀502通过管路与密封层进气接口408连接，将惰性气体引入密封层110，密封层110中的气体从密封层出气阀405流出；最后一路经下部空间进气阀504通过管路与下部空间进气接口407连接，将惰性气体引入下部空间103，下部空间103中的气体从下部空间出气阀406流出。由各出气阀流出的气体汇集到导气管402，并经过氧气传感器后排出。

通入惰性气体过程中，氧气传感器会实时监测流经各区层空间的惰性气体的氧气含量，当氧气传感器经变送器显示氧含量达到100～1000ppm时，停止吹扫过程，关闭密封层进气阀502、操作层进气阀503及下部空间进气阀504，并调整箱体压力表，测量箱体内部压力，调整进气压力，使箱体内维持微正压，可以防止箱体外部气体渗入，同时可以减缓光催化反应系统内部生成的气体逃逸扩散。

本发明的密封层用于密封光催化反应系统的系统主体，通过操作层可对光催化反应系统进行操作，密封层连接有真空泵和惰性气体充填机构，为光催化反应提供良好的测试环境，减少干扰，实验及测试结果更加稳定可靠。

本发明的优点在于，整个反应系统置于防护装置内，光催化反应系统处于隔离的真空氛围中，其干扰气体含量可低至1PPM乃至PPB级别，使得实验所获得的结果误差更小，有利于对催化剂效果水平的准确评价，有利于科研工作的深入开展。防护装置采用抽真空或填充惰性气体提供保护氛围，装置外部设置监测仪表及传感器，反应及测试过程中，实时监测装置内部状态，系统在防护装置的保护下可大大降低氧气的渗入率，最大程度上减少空气渗入对微量光催化反应的干扰及对结果测试的影响。该防护装置可在填充气氛时保持正压，可以有效防止外装置外部气体渗入，同时也能阻止或降低反应体系内的气体通过泄漏点向系统外逃逸。防护装置可为光催化反应系统玻璃部件提供更加全面的防护，有效降低玻璃部件的损坏概率，同时提升光催化反应系统的使用安全性，杜绝系统局部爆裂、爆炸或是由于压力过大造成阀芯喷出对操作人员的人身伤害事故。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光催化反应系统的防护装置，其特征在于，包括箱体和光源支架，所述箱体包括箱体本体、上前舱门、下前舱门和后舱门，所述箱体本体具有上部空间和下部空间；所述上部空间分为密封层和操作层；所述密封层通过后舱门密封，用于安装所述光催化反应系统的系统主体；所述操作层通过上前舱门密封，用于安装所述光催化反应系统的系统阀组；所述下部空间通过下前舱门密封，用于安装所述光催化反应系统的反应器；所述下前舱门设有光窗，所述光源支架安装在与所述光窗相对应的位置，用于安装所述光催化反应系统的光源；所述箱体上设有惰性气体充填机构，用于向所述密封层、操作层和下部空间充填惰性气体。

2.如权利要求1所述的光催化反应系统的防护装置，其特征在于，所述惰性气体充填机构包括与所述密封层连通的密封层进气阀、密封层出气阀，与所述操作层连通的操作层进气阀、操作层出气阀，与所述下部空间连通的下部空间进气阀、下部空间出气阀。

3.如权利要求2所述的光催化反应系统的防护装置，其特征在于，所述惰性气体充填机构还包括导气管和氧气传感器，所述导气管分别与所述密封层出气阀、操作层出气阀及下部空间出气阀连接；所述氧气传感器与所述导气管连接，用于检测气体中的氧气含量。

4.如权利要求3所述的光催化反应系统的防护装置，其特征在于，所述惰性气体充填机构还包括总气体分配接头，所述总气体分配接头为四通接头，所述四通接头的一个接口与外部供气设备连接，其余三个接口分别与所述密封层进气阀、操作层进气阀及下部空间进气阀连接。

5.如权利要求1所述的光催化反应系统的防护装置，其特征在于，所述箱体内设有压力检测机构，用于检测所述箱体的内部压力。

6.如权利要求5所述的光催化反应系统的防护装置，其特征在于，所述箱体设有抽真空阀，用于连接外部真空泵。

7.如权利要求6所述的光催化反应系统的防护装置，其特征在于，所述箱体上设有脱氧器，所述脱氧器与所述密封层连接。

8.如权利要求5所述的光催化反应系统的防护装置，其特征在于，所述压力检测机构为箱体压力表，所述箱体压力表连接在下部空间进气阀上，用于检测箱体内部压力。

9.如权利要求1所述的光催化反应系统的防护装置，其特征在于，所述光源支架为可升降支架。

10.如权利要求1所述的光催化反应系统的防护装置，其特征在于，所述箱体设有载气进气阀和载气出气阀门，用于与色谱仪连接。