CN101834297B - 盘旋式海水电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用海水作为电解质溶液的化学电池，尤其是涉及一种使用盘旋式结构电极板的海水电池。本发明产品由定位栓模块、电极模块和浮筏模块组成，使用分子活动比较不活泼的铜金属作为正极，使用分子活动比较活泼、且价格低廉的铝金属作为负极，是最大程度地降低本发明产品的运行成本，具有造价低廉、工作可靠、适应性强、使用时间长、应用范围广等特点，可广泛应用于海上作业、海水养殖、海上救生、海上航运、海上娱乐等行业，以及适应在抗灾防灾、野外应急、无线定位等场合的使用，具有广阔的市场应用前景和较高的经济实用价值。

Description

盘旋式海水电池

所属技术领域

本发明涉及一种利用海水作为电解质溶液的化学电池，尤其是涉及一种使用盘旋式结构电极板的海水电池。

背景技术

海水电池是化学电池中的一种，它利用金属的氧化还原反应，自发地将化学能转变为电能。

在化学电池中，当将分子活动相对比较活泼的金属与分子活动相对比较不活泼的金属(或碳)同时跟电解质溶液接触时，比较活泼的金属与电解质溶液发生氧化反应，释放出电子，成为电池的负极；从比较活泼金属中释放出的电子，经过电解质溶液定向流向比较不活泼的金属(或碳)，使比较不活泼的金属(或碳)得到电子而成为正极；当正极与负极之间的电动势形成电位差时，就产生了电流。

化学电池形成电能的能力，取决于组成电池结构物质的电化学反应能力。其中：电能电压的高低，与电化学的反应速度有关；电能电流的大小，与参与电化学反应的面积大小有关。

两极金属与电解质溶液之间所进行电化学反应所释放的化学能，是电池电源的能量来源。当电解质溶液处于不饱和状态时，两极金属的电化学反应继续进行；当电解质溶液处于饱和状态时，两极金属的电化学反应停止。

根据这些原理，可以设计和生产出各类繁多的化学电池，包括本发明所述的盘旋式海水电池，使之能够在生产、生活和国防建设中得到广泛应用。

目前公知的一些化学电池(包括海水电池)虽然有供电平稳、供电时间长等优点，但也存在着电流少、功率低、结构复杂、造价昂贵等缺陷，影响到了该类电池的广泛使用。

本发明在综合各类化学电池优缺点的基础上，扬优避劣，推陈出新，力求在减轻单位体积的同时，提高电池输出电能功率、延长电池储存时间和降低电池运行成本，设计出一种高效节能、成本低廉、操作便捷的化学电能发生器，为我国的现代化发展做出应尽的义务。

发明内容

本发明的目的，在于克服目前公知化学电池的现有缺陷，设计出一种利用海水作为电解质溶液，且尽可能结构简单、成本低廉，能够循环使用、维修方便的化学能电池，赋予化学电能发生器以更大的应用范围和更宽广的使用空间。

本发明的原理是：

将分子活动相对比较活泼的铝金属与分子活动相对比较不活泼的铜金属同时浸于海水之中，比较活泼的铝金属就会与其有电解质溶液特征的海水发生氧化反应，同时释放出电子，成为电池的负极；从铝金属中释放出来的电子，通过海水定向流向铜金属，使铜金属获得电子而成为正极。当两极之间的电动势具有电位差时，即产生电流。

本发明为实现原理而采用的技术方案是：

(1)使用分子活动比较不活泼的铜金属作为本发明所述海水电池的正极，使用分子活动比较活泼、且取材容易、价格低廉的铝金属作为本所述海水电池的负极，是最大程度地降低本发明产品的运行成本。

(2)将作为电池负极的铝金属与作为电池正极的铜金属，均制作成为螺旋盘绕形结构的金属板，两者形状相同、大小一致，使之在一定单位体积内达到表面积的最大化。

(3)将两极金属板相对间隔盘绕固定在特定绝缘柱中，间隔的距离为金属板厚度的2至3倍，在保持两极金属板不互为短路、电解质溶液(海水)流畅更换的同时，尽可能地使电极发电量最大化。

(4)在两极金属板上方各设置一接线柱，以将电极所产生电流导引到外电路。

(5)在两极金属板下方共同设置一定位托盘，以固定两极金属板之间的相对位置，并使之物理结构尽可能稳定。

(6)在定位托盘下方设置一定位环，以便使用重物将整个海水电池固定于在水中的特定位置。

(7)在金属板上方端点与定位绝缘柱顶端齐平位置，设置一密封浮筏，以确保本发明装置能够在水中漂浮，并确保两极电路接线柱不受潮而发生短路。

与目前公知的一般化学电池相比，本发明所形成的海水电池，可以取得下列明显有益效果：

1，造价低廉——本发明所形成产品仅为电极板、定位栓、浮筏三个部件组成，结构简单、制造简易、造价低廉。

2，工作可靠——本发明产品在水中是单节电池工作，解决了因串联漏电及可靠性不强的问题；同时又因为该产品浸于水中，几乎不受日光照射和潮汐涨落、波浪起伏等外界影响，工作可靠稳定。

3，适应性强——本发明产品不但可以在含盐浓度高的海域中使用，而且可在一切具有氯化钠(NaCI)、氯化钾(KGI)等金属盐成分的海域、水域、井水甚至是箱桶中使用，不分昼夜、不计气候，以低廉运行成本向用户提供连续不间断的稳定电源。

4，使用时间长——本发明产品连续工作时间可达三个月到一年，所消耗的只是作为负极活泼金属材料的铝和作为电解质溶液的海水。由于海水在自然界取之不尽，故用户只要配盘足够的负极铝金属板，多次反复安装使用，产品即可长期工作，单机整机寿命可达五年以上。

5，应用范围广——本发明所形成的产品，除了单机可用作一定量的照明、信号电源之外，多个单机产品组合形成的电池阵列，更可以应用于动力、保温、无线电等设备，广泛应用于海上作业、海水养殖、海上救生、海上航运、海上娱乐等行业，以及适应在抗灾防灾、野外应急、无线定位等场合的使用。

另外，本发明产品还有使用简单、工作环境安静，工作效率高等特点，市场空间广阔，具有极高的经济附加价值和社会价值。

下面，结合一实施例及附图，对本发明作进一步介绍。

附图说明

图1，是本发明一实施例的结构组织图。

图2，是本发明一实施例产品的正面形态全剖示意图。

图3，是本发明一实施例产品的零件立体示意图。

图4，是本发明一实施例产品的立体示意图。

具体实施方式

本发明作为产品一项技术方案，通过相应模块的组合，可得到具体实施，其组织结构如图1所示。

图1中，本发明所述的盘旋式海水电池，由定位栓、电极、浮筏三个模块组成；不同的模块又包含着不同的部件，其中：

◆定位栓模块——包含着定位柱、定位托盘、定位环三个部件。

◆电极模块——包含着正极金属板、负极金属板、定位接线柱三个部件。

◆浮筏模块——包含着浮盘、密封罩、固定螺丝三个部件。

产品中各模块、各部件之间的配合关系，如图2所示。

图2中，正极金属板5与负极金属板4是整个海水电池的主体部分，它的好坏，直接关系到本发明产品发电功率的大小、工作时间的长短、以及运行成本的高低。

本发明实施例的正负极金属板有如下特点：

◆正极金属板5主要材料成分为铜金属，负极金属板4主要材料成分为铝金属。

◆正极金属板与负极金属板的形状相同，横截面均为矩形，金属板宽度是金属板厚度的10至30倍。

◆正负金属板均呈螺旋形结构，螺旋半径是金属板厚度的10至20倍，螺旋圈距是金属板厚度的4至10倍，螺旋圈数是4至20。

◆正负金属板顶端均有一定位接线柱，用于电流导线的接驳，以及金属板与定位栓模块、浮筏模块之间的定位连接。

定位栓模块是正负极金属板的依附所在，由定位柱3、定位托盘2、定位环三个部件共同组成，它们各自的特征是：

◆定位柱3——由绝缘材料组成，直径为电极金属板厚度的10至20倍，表面相对设置两条盘旋槽，每条盘旋槽的宽度、圈距、圈数、方向，均与电极模块金属板对应，槽的深度为电极模块金属板厚度的1至2倍。

◆定位托盘2——是由绝缘材料制成，置于定位柱的下端，其直径是定位柱3直径的2至3倍，用于承载电极金属板的重量，以及定位电极金属板的位置。

◆定位环1——置于定位托盘2的下端，用于吊挂重物，固定本所发明装置在水中的位置。

浮筏模块，是本发明实施例中用于漂浮的装置，它可使本发明产品不致于完全沉浸在水中，同时可保护产品的正负极接线柱免受水浸受潮而引发短路。

本实施例浮筏模块，由浮盘9、密封罩7和固定螺丝8三个部件组成，其中：

◆浮盘9——圆形盘体结构，半径为金属板宽度的1.5倍至3倍，高度为金属板宽度的0.2倍至1倍；浮盘中间为一凸台，该凸台半径为金属板宽度的1至1.5倍，高度为金属板宽度的0.1至0.8倍。

◆密封罩7—圆形罩体结构，顶面为圆拱形，顶面中间设置一阴槽型把手。密封罩7在使用时紧扣在浮盘9之上，其尺寸与浮盘9的尺寸相对应，两者配合可形成密封体。

◆固定螺丝8—用于固定浮盘9与密封罩7之间的配合，防止两者在水浪冲击下松脱或开裂。

本发明实施例产品的零件装配过程如图3所示，具体是：

第一步：将定位柱3、定位托盘2和定位环1三个部件装配在一起(可使用注塑方法)，整合成为定位栓模块整体。

第二步：将负极金属板4旋进定位柱3中的一盘旋槽中；将正极金属板5旋进定位柱3的另一盘旋槽中；正负极金属板之间形成间隔盘绕、互不接触的格局。

第三步：将浮盘9置于由负极金属板4、正极金属板5与定位柱3共同组成的顶面上，然后使用定位接线柱6对它们固定，并引出正负极导线。

第四步：将密封罩7相对紧扣在浮盘9上面，并根据情况需要在接合处涂上密封胶，再使用固定螺丝8锁定密封罩7与浮盘9的相对位置。

本实施例各部件装配后的整体形态如图4所示。

本实施例产品的使用过程是：

(1)使用电线的一端连接实施例产品的正负极定位接线柱，另一端连接用电器或蓄电池(牵引电线时注意防潮密封措施)。

(2)将实施例产品置于海水或其他含有金属盐成分的湖水、井水甚至箱桶之中(金属盐含量约2％-20％左右)，使产品处于漂浮状态。

(3)稍等片刻(约2至5分钟)，电极中即有电流输出，两极电位差约1-2V，电流约0.05-0.2A，具体视电极材料质量、电解质溶液浓度、电极金属板面积而定)。

(4)如将多个实施例产品串联或并联使用，形成电池阵列，可产生较大电压或较大电流。

本实施例产品产生电流的机制是：海水中的氯化钠溶液(或其他金属盐溶液)是电解质，能在两个电极板中连成一个通路。当本实施例产品置于海水中时，氯化钠溶液(或其他金属盐溶液)使铝金属板逐渐氧化腐蚀溶解，释放出电子，形成负极；而从铝金属板释放的电子，则通过氯化钠溶液(或其他金属盐溶液)流向铜金属板，使铜金属板获得电子而成为正极。当铜金属板与铝金属板之间的正负极电动势形成了电位差时，就产生了电流。用户用电线接驳到产品中的定位接线柱，就可以导引出可供实际使用的电流。

在一般的氧化还原反应中，由于电解质溶液的浓度会渐渐趋近饱和状态，因而使反应渐渐停止；而本实施例产品的使用过程中，由于电解质溶液(海水)不断被冲刷更新，其浓度永远不会呈饱和状态，因而其电化学反应就一直进行下去，直到铝金属板被腐蚀殆尽为止。

在本实施例的电化学反应过程中，铝金属板既是作为电极，又是作为燃料。说它是电极，是因为装置中的负极电流通过它源源不断地向外流出；说它是燃料，是因为它在化学能转换为电能的过程中，一点一滴地被氧化消耗殆尽，最终溶解消失在浩瀚无际的汪洋之中。

正因为如此，用户只需根据实际消耗情况，及时更换产品中的铝金属板，就可以几乎无限制在将本发明产品循环使用下去。

本发明在实施过程中，可以根据实际情况灵活设计出各构件的具体形状和规格，并通过各种不同规格构件的有机组合，形成多种实施方案，从而开拓出千姿百态的产品，造就出广阔的市场空间。

Claims (3)

1.一种海水电流发生装置，由定位栓、电极、浮筏三个模块组成，其特征是：

(1)电极模块紧密盘旋围绕于定位栓模块周围，浮筏模块固定于电极模块与定位栓模块的上方，形成整个电流发生装置的漂浮体；

(2)所述的电极模块，由正极金属板、负极金属板和定位接线柱三种部件组成；

(3)所述电极模块中的正极金属板与负极金属板，形状相同，材料相异；其中，正极金属板主要材料成分为铜金属，负极金属板主要材料成分为铝金属；

(4)所述的电极模块中的正负极金属板，横截面均为矩形，金属板宽度是金属板厚度的10至30倍；

(5)所述的电极模块中的正负极金属板，均为螺旋盘绕形结构，螺旋半径是金属板厚度的10至20倍，螺旋圈距是金属板厚度的4至10倍，螺旋圈数是4至20；

(6)所述的定位栓模块，由定位柱、定位托盘、定位环三个部件组成；

(7)所述的定位柱部件由绝缘材料组成，直径为电极金属板厚度的10至20倍，表面相对设置两条盘旋槽，每条盘旋槽的宽度、圈距、圈数、方向，均与电极模块金属板对应，槽的深度为电极模块金属板厚度的1至2倍；

(8)电极模块与定位栓模块之间的物理方位关系，是中心环绕关系和上下固定关系，电极模块中的正负极金属板，均螺旋盘绕在定位栓模块中的定位柱周围，并固定于定位栓模块中的定位托盘上方；浮筏模块与其他模块之间的物理方位关系，是上下相对关系，它置于电极模块与定位栓模 块共同组成的顶面上，并通过电极模块中的定位接线柱紧密连接，形成了海水电池的整体。

2.根据权利要求1所述的海水电流发生装置，其特征是：所述的电极模块中的正负极金属板，均设置一个定位接线柱。

3.根据权利要求1所述的海水电流发生装置，其特征是：所述的浮筏模块，由一个浮盘、一个密封罩和若干固定螺丝三种部件组成；其中，密封罩紧扣在浮盘的上方，再由固定螺丝加以固定，形成密封的浮筏模块。 

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