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一种微型速控式光生物制氢反应装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于光生物制氢反应装置技术领域，具体涉及一种微型速控式光生物制氢反应装置。所述装置包括壳体和设于壳体内的反应腔体，壳体和反应腔体之间留有用于储气的空腔；反应腔体内由上至下依次设有防水吸附隔板和固定隔板，防水吸附隔板和固定隔板将反应腔体分隔成不连通的集气室、反应室和控制室；反应室内设有光触媒搅拌装置和照明组件；反应腔体的侧壁还设有用于进出反应液的料管；控制室内设有动力装置；所述微型速控式光生物制氢反应装置上设有控制装置，通过控制装置实现对光触媒搅拌装置和照明组件的调节控制。本发明所述装置设计合理，整体体积较小，便于随身携带，适用于个性化、定制化生物制氢需求。

Description

一种微型速控式光生物制氢反应装置
技术领域
本发明属于光生物制氢反应装置技术领域，具体涉及一种微型速控式光生物制氢反应装置。
背景技术
氢能具有能量密度高、燃烧产物无污染、制备方式及应用形式多样等特点，被认为是极具潜力的可再生清洁资源，正在航空航天、精细工业、冶炼金属、燃料电池、医疗保健等领域发挥重要作用。氢气是一种清洁和可持续的能源，全球的氢能发展已经迈入新的阶段。目前制氢的方式主要包括电解水制氢、天然气制氢、光解水制氢和生物制氢等，其中生物制氢为最绿色环保的制氢方式。生物制氢的优势在于原料广泛丰富，制氢速度快、成本低，同时也符合国家碳中和的规划。
生物制氢需要控制外界的条件，同时需要在反应器中进行。专利CN100494047A公开了一种太阳能光合生物制氢装置，包括太阳能采集器、光导纤维、光生物反应器、净化装置、储氢装置和恒温加热器；光导纤维的前端与天阳能采集器联结，后端与光生物反应器联结，光生物反应器通过管道依次与净化装置和储氢装置联结，在光生物反应器外侧设有恒温加热器。该装置采用能高效吸收利用太阳光的光合产氢菌种，使进入太阳能光合生物制氢体系中的部分太阳光与光合产氢菌的吸收光谱特性相耦合，降低了单位面积光导纤维传输的光负荷，同时改善了反应器内的光照条件，有效提高光能转化率。
受光合细菌所需底物及反应条件的限制，目前的光生物反应器基本应用于大规模制氢，反应器体积庞大，运行周期长，氢气储存运输困难，不便于将生物氢气供于人们使用，目前在光生物制氢领域缺少便携式、自动化程度高的反应装置。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明的目的是提出一种微型速控式光生物制氢反应装置，该装置设计体积小，便于随身携带，为便捷、定制化的生物制氢提供保障。
为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种微型速控式光生物制氢反应装置，所述装置包括壳体和设于壳体内的反应腔体，反应腔体通过设于反应腔体外部的连接件与壳体内壁连接固定；壳体和反应腔体之间留有用于储气的空腔，壳体底部开设有排气孔；
反应腔体内由上至下依次设有防水吸附隔板和固定隔板，防水吸附隔板和固定隔板将反应腔体内分隔成不连通的集气室、反应室和控制室；所述集气室顶部开设有气孔，反应腔体内产生的氢气由气孔排入空腔；所述反应室用于放置反应物料，且反应室内设有光触媒搅拌装置和照明组件，光触媒搅拌装置和照明组件固定在固定隔板上；所述反应室的侧壁还设有料管，所述料管的一端与反应室连通，料管的另一端与壳体连通；所述控制室内设有动力装置，为光触媒搅拌装置和照明组件提供动力；所述微型速控式光生物制氢反应装置上还设有控制装置，通过控制装置实现对光触媒搅拌装置和照明组件的调节控制。
优选的，所述反应室内还设有磁性装置。进一步的，所述磁性装置产生静磁场；更具体而言，所述磁性装置由设于反应室一侧的N极和设于反应室另一侧的S极组成。
优选的，所述光触媒搅拌装置包括转轴、连臂和桨叶板；所述转轴垂直设于固定隔板上，转轴的一端与控制室内的动力装置可转动连接，转轴的另一端与连臂连接；桨叶板位于连臂远离转轴的端部；所述光触媒搅拌装置上喷涂有复合型二氧化钛光触媒。
优选的，所述动力装置为电机和电池组。
优选的，所述壳体和/或反应腔体的外部设有保温层。
优选的，所述照明组件采用冷光源。
进一步优选的，所述控制装置为PLC控制器。
进一步优选的，所述装置整体呈球体或椭圆体。
本发明装置在使用前，先将装置整体进行灭菌处理，然后检查装置的气密性；将预先配制好的反应液由料管注入反应室内；打开电源，启动搅拌组件与照明组件，进入光合生物制氢过程；反应过程中根据需要利用控制装置调节照明亮度和转速，反应过程中的温度控制可通过将装置整体置于外部恒温装置或室温下来实现。反应过程中产生的氢气经气孔进入空腔，最后经排气孔排出。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明设计巧妙，将反应腔体分隔成不连通的集气室、反应室和控制室，并在集气室和反应室之间设置兼具防水和吸附功能的防水吸附隔板，既能防止反应液流出，又能对所产氢气进行初步过滤；另外，将气孔置于顶部，将排气孔置于底部便于收集比空气密度轻的气体，保证所得氢气的纯度；
2、在反应室内设置磁性装置，能够缩短光合产氢细菌的产氢延迟期，提高产氢效率；
3、整体体积较小，便于随身携带，适用于个性化、定制化生物制氢需求；而且该装置以光合生物制氢为核心技术，使用预先配制好的反应液，通过简单操作，即可实现了农业废弃物的资源化利用，提高了群众生活品质。
附图说明
图1 本发明所述微型速控式光生物制氢反应装置的俯视图；
图2 为图1中沿A-A’线的剖视图；
图3 为图1中沿a-a’线的剖视图；
其中，壳体1，反应腔体2，储气腔3，弹簧4，固定隔板5，气孔6，排气孔7，隔水层8，吸附层9，电机11，转轴12，连臂13，桨叶板14，LED灯泡15，N极16，S极17，料管18，外保温层19，内保温层20，集气室21，反应室22，控制室23。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
一种微型速控式光生物制氢反应装置，如图1所示，所述装置包括球形的壳体1和设于壳体1内球形的反应腔体2；壳体1与反应腔体2之间通过弹簧4连接，弹簧4的一端与壳体1内壁固定连接，弹簧4的另一端与反应腔体2外壁固定连接，通过弹簧4将反应腔体2固定于壳体1内。所述弹簧4的数量根据反应装置的尺寸确定，为了保证稳定效果，本实施例中弹簧4的数量为6个。壳体1和反应腔体2之间留有用于储气的储气腔3，壳体1底部开设有排气孔7，储气腔3内的气体最终由排气孔7排出装置。
反应腔体2内由上至下依次设有防水吸附隔板和固定隔板5，防水吸附隔板和固定隔板5将反应腔体2内分隔成不连通的集气室21、反应室22和控制室23。
集气室21顶部设有气孔6，反应室22内产生的氢气经气孔进入储气腔3，经储气腔3底部的排气孔7排出。采用气孔6高于排气孔7的设计充分利用了氢气密度小于空气的原理，反应初期的氢气在储气腔3顶部富集，并随着反应进行逐渐将空气从排气孔7排出，最终保证储气腔3内氢气的纯度。
所述防水吸附隔板包括隔水层8和吸附层9。隔水层8位于吸附层9的下部，隔水层8由圆盘状聚酯纤维材质制成，既能防止反应液通过，又兼具良好透气性；吸附层9由圆盘状硅胶层和设于硅胶层中的活性炭组成，吸附层9用来吸附二氧化碳和水；所述吸附层9和隔水层8的尺寸与反应腔体的内径相适配。
所述反应室22用于放置反应物料，且反应室22内设有光触媒搅拌装置和照明组件，光触媒搅拌装置和照明组件固定在固定隔板5上。反应室22的侧壁设有料管18，料管18的一端与反应室22连通，料管18的另一端与壳体1连通，反应前通过料管18向反应室22内注入反应液，反应后通过料管18将反应废弃物排出。所述料管18与壳体1的连接处设有用于密封的盖体（图中未标出）；
所述光触媒搅拌装置包括转轴12、连臂13和桨叶板14；转轴12的一端与设于控制室23内的电机11连接，所述电机11固定于固定隔板5的底部，电机11的电机轴穿过固定隔板5与转轴12密封可转动连接；转轴12的另一端与连臂13连接；桨叶板14位于连臂13远离转轴12的端部，且连臂13上喷涂有复合型二氧化钛光触媒。在本实施例中转轴12上共设置两组夹角成90°的连臂13，每组连臂13远离转轴12的端部均固定有桨叶板14；所述照明组件为若干LED灯泡15，LED灯泡15设置于桨叶板14的两端；LED灯泡15通过内置于连臂13和转轴12内的电线与设置于控制室23内的电池组电连接，通过电池组为LED灯泡15提供电力；
发明人前期的研究结果表明，磁场可以缩短光合产氢细菌的产氢延迟期，故在本装置的反应室22内设置能够产生静磁场磁性装置，所述磁性装置包括固定于反应室22一侧壁的N极16和设于反应室22另一侧的S极17。
壳体1的外侧设有PLC控制器，该PLC控制器采用常规市售规格，再此不再对其原理和结构详细描述。电机11、LED灯泡15、PLC控制器均与电池组电连接，通过PLC控制器实现对转速和光照亮度的调节与控制。
本发明装置在使用前，先将装置整体进行紫外灭菌处理，然后检查装置的气密性；将预先配制好的光合产氢反应液由料管18注入反应室22内；启动电机11，开启LED灯泡15，进入光合生物制氢过程；反应过程中根据需要利用PLC控制器调节照明亮度和转速，反应过程中的温度控制可通过将装置整体置于外部恒温装置或室温下来实现。反应过程中产生的氢气经气孔6进入储气腔3，最后经排气孔7排出。为了提高装置整体的保温作用，在壳体1的外部可设置外保温层19，在反应腔体2的外部可设置内保温层20，所述外保温层19和内保温层20由耐高温保温材质制成。

Claims (5)

1.一种微型速控式光生物制氢反应装置，其特征在于：所述装置包括壳体和设于壳体内的反应腔体，反应腔体通过设于反应腔体外部的连接件与壳体内壁连接固定；壳体和反应腔体之间留有用于储气的空腔，壳体底部开设有排气孔；
反应腔体内由上至下依次设有防水吸附隔板和固定隔板，防水吸附隔板和固定隔板将反应腔体内由上至下分隔成不连通的集气室、反应室和控制室；所述集气室顶部开设有气孔，反应腔体内产生的氢气由气孔排入空腔；所述反应室用于放置反应物料，且反应室内设有光触媒搅拌装置和照明组件，光触媒搅拌装置和照明组件固定在固定隔板上；所述反应室的侧壁还设有料管，所述料管的一端与反应室连通，料管的另一端与壳体连通；所述控制室内设有动力装置，为光触媒搅拌装置和照明组件提供动力；所述微型速控式光生物制氢反应装置上设有控制装置，通过控制装置实现对光触媒搅拌装置和照明组件的调节控制；
所述反应室内还设有磁性装置，所述磁性装置包括固定于反应室一侧壁的N极和设于反应室另一侧的S极；
所述防水吸附隔板包括隔水层和吸附层，隔水层位于吸附层的下部，隔水层由防水透气材质制成；
所述光触媒搅拌装置包括转轴、连臂和桨叶板；所述转轴垂直设于固定隔板上，转轴的一端与控制室内的动力装置可转动连接，转轴的另一端与连臂连接；桨叶板位于连臂远离转轴的端部；所述照明组件设置于桨叶板的两端；所述光触媒搅拌装置的连臂上喷涂有复合型二氧化钛光触媒。
2.如权利要求1所述的微型速控式光生物制氢反应装置，其特征在于：所述动力装置为电机和电池组；所述控制装置为PLC控制器。
3.如权利要求1所述的微型速控式光生物制氢反应装置，其特征在于：所述壳体和/或反应腔体的外部设有保温层。
4.如权利要求1所述的微型速控式光生物制氢反应装置，其特征在于：所述照明组件采用冷光源。
5.如权利要求1-4任一项所述的微型速控式光生物制氢反应装置，其特征在于：所述装置整体呈球体或椭圆体。
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