CN102400170A

CN102400170A - 一种电解水的装置及方法

Info

Publication number: CN102400170A
Application number: CN2011103634471A
Authority: CN
Inventors: 艾德尔·华叔福
Original assignee: ELDER HUASHUFU
Current assignee: ELDER HUASHUFU
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: CN102400170B

Abstract

本发明公开了一种电解水的装置及方法，其装置包括至少一个电解单元，该电解单元设置为一具有导气孔的密闭腔体，所述导气孔通过管道连接到一储气罐；所述电解单元内设置有至少一电极组，所述电极组包括设置在中心的第一电极，以及，围绕该第一电极设置的三个第二电极，该第二电极设置具有围绕第一电极的弧形壁部，且与第一电极的间距小于2毫米；围绕同一第一电极的三个第二电极之间设置有绝缘的塑胶条，并且第二电极和塑胶条围合所述第一电极设置。本发明电解水的装置及方法由于采用了上述弧形壁部的第二电极，而且三个第二电极围绕第一电极间距小于2毫米的设置方式，实现了微小电流下的高效电解水工作，提供了可实用化的电解水装置和方法。

Description

一种电解水的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电解装置和方法，尤其涉及的是一种通过电解水实现能量存储和转换的装置和方法。

背景技术

在现有技术中，通过电解，将水电解出两份氢气和一份氧气是已知的技术原理。如果能利用电解的氢气和氧气进行反应，作为能源，其释放的能量不仅较高，而且最终的产物是水，其最终的环保性能是不言而喻的。

但由于水分子中氢原子与氧原子的结合键拆解所需要的能量极高，根本无法作为一种实用的技术应用到实际中。此外，现有技术中对太阳能的利用通常是需要将电能通过蓄电设备进行储存，蓄电设备的成本很高，与实际所储存能量的性价比极低。

因此，现有技术还有待于改变和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对水进行实用化的电解并且电解后的氢气和氧气储存再利用的装置和方法。

本发明的技术方案如下：

一种电解水的装置，其中，设置包括至少一个电解单元，该电解单元设置为一具有导气孔的密闭腔体，所述导气孔通过管道连接到一储气罐；所述电解单元内设置有至少一电极组，所述电极组包括设置在中心的第一电极，以及，围绕该第一电极设置的三个第二电极，该第二电极设置具有围绕第一电极的弧形壁部，且与第一电极的间距小于2毫米；围绕同一第一电极的三个第二电极之间设置有绝缘的塑胶条，并且第二电极和塑胶条围合所述第一电极设置；所述第一电极和所述第二电极分别连通正极和负极。

所述的电解水的装置，其中，所述电极组以阵列方式设置为多个，并且相邻的第二电极一体设置，形成截面带有三个支脚的柱体。

所述的电解水的装置，其中，所述外部电源为太阳能电池板。

所述的电解水的装置，其中，所述电解单元设置为多个，且诸电解单元之间设置为电路串联或并联。

所述的电解水的装置，其中，所述电解单元设置为8个；且，每一所述电解单元包括设置为3行、每行设置为8个第一电极的电极组。

一种应用所述电解水装置的方法，其设置一用于控制的电子系统，并包括以下步骤：

对三个第二电极顺次接通电源，通过在依顺时针或逆时针的顺序之第二电极上的连续脉冲，对第一电极和第二电极之间的水进行分解。

所述的方法，其中，所述电极组以阵列方式设置为多个，并且相邻的第二电极一体设置，形成截面带有三个支脚的柱体。

本发明所提供的一种电解水的装置及方法，由于采用了上述弧形壁部的第二电极，而且三个第二电极围绕第一电极间距小于2毫米的设置方式，实现了微小电流下的高效电解水工作，提供了可实用化的电解水装置和方法。

附图说明

图1a、图1b和图1c分别为本发明的电解水装置不同较佳实施例示意图。

图2a和图2b分别为本发明电极结构的不同角度示意图。

图3为本发明电解水装置的结构示意图。

图4为本发明电解水装置的系统结构示意图。

图5所示为本发明电解水系统的太阳能电池阵列实施例示意图。

图6所示为本发明电解水系统的太阳能电池阵列的另一较佳实施例示意图。

图7为本发明电解水系统的电子系统功能原理示意图。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

本发明的电解水装置（ GWG F.），如图1a、图1b和图1c所示，其设置包括至少一个电解单元110，该电解单元110设置为一具有导气孔111的密闭腔体112，如图3所示，其底部设置有导入水的入水孔113，所述导气孔111通过管道114可连接到一储气罐115中，如图4所示。

如图2a和图2b所示，所述电解单元110内设置有至少一电极组116，所述电极组116包括设置在中心的第一电极117，以及，围绕该第一电极117设置的三个第二电极118，该第二电极118设置具有围绕第一电极117的弧形壁部119，且该弧形壁部119与第一电极117的间距小于2毫米；围绕同一第一电极的三个第二电极之间设置有绝缘的塑胶条120，并且第二电极118和塑胶条120围合所述第一电极117设置，其底部可以连通其他围合区域，当第一电极117设置为圆柱形时，可围合形成同心圆间隙，在间隙中设置有水，并可以通过外部电路的控制，实现在第一电极和三个第二电极之间的顺序脉冲，保证电场依顺时针方向或逆时针方向旋转；所述第一电极117和所述第二电极118分别连通正极和负极，例如第一电极117连通正极时，第二电极118连通负极。本发明电解水装置由于其间隙较小，且施加一定的脉冲控制，其电解水的效率高于实验中的电解反应过程，这是因为现有技术中的电解反应通常是设置两个电极在较大间距上，更多的能量被损耗到热量发生过程中而不是用来进行拆分水分子的电子键。

本发明所述电解水的装置中，其较佳的实施例中，所述电极组116以阵列方式设置为多个，并且其阵列方式是使相邻的第二电极一体设置，形成截面带有三个支脚的柱体121作为第二电极。上述第一电极和第二电极都由石墨制成，由于石墨具有较长的使用寿命，比采用其他电极材料，如金、银、铜等金属更具有实用化。

本发明电解水装置中，更佳的实施例是采用太阳能电池板作为外部电源，如此就可以将太阳能转化为气体进行存储，相当于通过不同能源形式进行能源的转换和利用。如图4所示的利用系统，本发明电解水装置100，其通过太阳能电池板101进行供电，通过电子系统102进行脉冲控制，电解后的气体通过层级控制，逐层向更大储气罐中收集和储存，如图4中所示的储气罐151、152和153，为防止储气罐中气体反应，本发明气罐中应考虑设置阻燃和防火防爆技术。本发明电解水装置与现有技术的太阳能蓄电利用方式不同，是通过太阳能进行水电解，转化为气体的能量进行存储，其整个设备的成本大大降低，而且能够实现很环保地利用太阳能。

本发明所述电解水的装置中的所述电解单元可以设置为任意多个，且诸电解单元之间设置为电路串联或并联，在本发明的一较佳实施例中，所述电解单元可设置为8个，且，每一所述电解单元包括设置为3行、每行设置为8个第一电极的电极组。如此，能够实现较佳的电解供气方案。

如图5和图6所示是本发明所述电解水装置中所采用的太阳能电池板，可以采用多片太阳能电池板101，对应设置电解水装置100，再通过管道与外部储气罐115（151、152、153）相连通，将其中的分解气体进行导出；所述太阳能电池板101和电解水装置100的对应成组设置，可以形成阵列。

本发明应用上述电解水装置的技术方法，如前所述，其设置一用于控制的电子系统，连接在如图4所示的系统中，并设置实现以下控制步骤：

对三个第二电极顺次接通电源，通过在依顺时针或逆时针的顺序之第二电极上的连续脉冲，如图7所示，L1、L2和L3依次连接三个第二电极，对第一电极和第二电极之间的水进行分解，由于连续脉冲依据一定的方向的旋转形成电场，实现了在较小的电流情况下对水的电解作用。

本发明所述电解水装置设备（ GWG F.）的成功运行取决于两大基本原理：

第一、通过将用于电解水的电池彼此隔离，使电解作业的区域仅集中在能量场的有效范围内，众所周知，当电流作业在细薄的水分子上时，分解效率更高。本发明电解单元设置了隔离结构，并且两个电极之间的间距小于2毫米，电流在作业时可作业在小间距的水中，可以减小电流在水中扩散的阻力，同时也减少了电流通过水中电荷的损耗。这样，就可以减少电流在电解水过程中的损耗。另外，相互隔离的电池模块可以防止电流泄露设备电池内的无效区域。鉴于导电表现为闭合回路，本发明电解单元可通过高频电流脉冲实现通电。由此，水对此类电波扩散和电流扩散的阻力就大大减弱，这反过来又能大大提升电解单元的性能和功效。

第二、就是通过环形的三面式电极组使水分子穿过能量场，电极组的两极之间由内壁形成具有一定间距的间隙，由电流产生连续的脉冲供能。该过程可以形成一个以第一电极为中心的旋转电场，这样能防止电极组达到电能平衡的状态，在电极组内部的水分子则可以始终保持不停分解的状态。此外，在高速电场内的水分子反过来又可以加速分解水分子中各个电子键（纽带）的过程。该过程的现实依据是：电极组内存在电阻，因而电极组内壁之间电流的旋转速度要大于水分子的速度；与此同时，由于电阻的存在，电流在电极组空间内的传播与在导体内的传播大不相同。由于电阻会造成电流损耗，所以，减少电阻就能减少分解过程中的电流损耗，并由此大幅提升电极组相对于输出功率的功效。

本发明电极组内的旋转电场还可以加速水分子的轨道内电子运动，其原因就是水分子快速穿过了三个连续的环形石墨电池壁电场。水分子受到第一个电场的作用，形成了一个120度的运动轨迹（初始为0度，结束为120度），该扇形区域即为第一个有效场的范围。然后水分子进入一个次场，在这里水分子的电子键结构将发生变化。电流随之在集中的有效场内启动，目的在于破坏水分子的电子键。其后进入第三个阶段，期间水分子会做好准备进入下一个有效场。

电池内电场的旋转速度非常关键，如果电池内电场的旋转速度等同于水分子中电子的旋转速度，水分子的各电子键就会在旋转电场能量的作用下断裂并轻易脱离轨道，原因是旋转电场范围内的速度与其轨道内电子的速度相同。然而，由于这两个场的电流强度不同，因此能量也不一样。

本发明电解水的装置，其由一个电子系统和一个机械系统构成，机械系统的整体结构可分为电极组、独立水槽和外壳。其电子系统包括频率发生器（50HZ-3MHZ）、正计时器、输出放大器和水位控制装置等。

电子系统运行原理：通过产生方形脉冲的频率发生器产生50HZ-3MHZ的频率脉冲波，然后这些脉冲进入正计时器形成连续脉冲。

当然，也可以通过任何程序和系统获得此类连续脉冲，本发明此处使用正计时器是为了降低成本，因为这些设备不仅便宜，而且易于安装，前三个阶段通过正计时器的输出为三条电线（利用连续脉冲通过电流为石墨电极组的内壁供能，以使该电场实现360度旋转）上的输出放大器供电，如图7所示，依次在三个第二电极上接续时间T1、T2和T3生成脉冲，对第二电极通过顺时针或逆时针方向旋转的顺序反复通电，以形成旋转的电场。本发明所述电子系统可以通过芯片或电路实现，其具体电路原理在此不再赘述。

本发明所述机械系统包含由多层聚烯烃塑料外壳构成的电解水装置，每个电解水装置包含八个电解单元，这些电解单元分别位于水槽内，各自独立，每个水槽又包含32块石墨电极组，所述电极组分四列阵列放置，每列八个，用塑料材料隔开形成多个电极组间隙空间。

所述电解水装置中之所以包含八个各自独立的水槽，其目的是旨在减少电流在水中随机传播造成的损耗，原因是水槽的面积是按石墨电极组的型号按比例确定的，石墨电极组内壁之间的水也可以使电解单元内即电极组间隙内的有效面积更为集中。

在电解水装置内水槽之上一般设置有对应的电极引线和出气孔，所述电极引线与第一电极及第二电极的位置分布相适应，用来向所述第一电极及第二电极之间接入脉冲，从而形成电场。所述石墨电极组分四列放置，每列八个，每块电极组沿直径方向被分为三部分，各部分之间用塑料材料隔开。本发明每个电极组中，第一电极为圆柱形，面对三面环形壁的第二电极，而每一个第二电极的各面又与三个邻近围绕的第一电极相对，第一电极与第二电极之间的间隙小于2毫米。这一几何结构可降低电解水装置设备中的连接点数且便于设备安装。所述电极组的中心就是石墨制成的第一电极，可作为正电极供电。

本发明电极组通过电子系统的控制，通过周期的连续脉冲可形成一个360度的环形电场，使用高频脉冲对石墨电极的益处颇多，因为石墨处于高频电流环境时很难被分解，而在使用连续电流时则会快速分解。为延长石墨电极的使用寿命，可选择使用高频电脉冲（50Hz-3MHz，具体可以设置2MHz-3MHz），因为该等频率最有利于水的分解且该等频率最接近反射回来的表面波。该频率下，电波不能被水吸收，但水分子处于环形电场内的此类频率中时，其电子键会在旋转电场和其自身转速的作用下断裂，从而分解形成氢气和氧气。

按照本发明的实验测算，每块石墨电解单元需要耗用41-75 MA的电流，水槽中所有32块石墨电极组的总耗电量约为990-1800 MA，这两个数据分别是电极组输出能量的最小和最大值，石墨电极组的电压约为12-18伏。水槽在自然环境中的耐熔极限为12伏，水槽温度在最高运行电压即18伏时会从55度上升至60度，而12伏的电压则可以避免高温造成的电流损耗。

在正常运行范围内使用时，本发明电解水装置设备的总电流消耗量约为8安；然而，若设备运行处于最高极限状态，其耗电量则升至16安。以规格为100W或 200W类型的太阳能电池即可用于为本发明电解水装置设备提供电流。在本发明较佳实施例设备的正常运行期间，可使用两块此类型的太阳能电池供电；然而，最高极限运行状态下，则需要四块此类型的电池为设备供电，设备利用水作为燃料，其水管安装于设备下部，产生的气体可通过设备上端的出气孔收集。

综上，本发明所提供的一种电解水的装置及方法，可以通过设置电极组的结构以方便实现对电解水的实用化功能实现，方便了太阳能的利用，且能够形成一种更为清洁（其燃烧产物无害且有益的水）的能源，是能源再生利用的必然选择。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种电解水的装置，其特征在于，设置包括至少一个电解单元，该电解单元设置为一具有导气孔的密闭腔体，所述导气孔通过管道连接到一储气罐；所述电解单元内设置有至少一电极组，所述电极组包括设置在中心的第一电极，以及，围绕该第一电极设置的三个第二电极，该第二电极设置具有围绕第一电极的弧形壁部，且与第一电极的间距小于2毫米；围绕同一第一电极的三个第二电极之间设置有绝缘的塑胶条，并且第二电极和塑胶条围合所述第一电极设置；所述第一电极和所述第二电极分别连通正极和负极。

2.根据权利要求1所述的电解水的装置，其特征在于，所述电极组以阵列方式设置为多个，并且相邻的第二电极一体设置，形成截面带有三个支脚的柱体。

3.根据权利要求1或2所述的电解水的装置，其特征在于，所述外部电源为太阳能电池板。

4.根据权利要求1或2所述的电解水的装置，其特征在于，所述电解单元设置为多个，且诸电解单元之间设置为电路串联或并联。

5.根据权利要求4所述的电解水的装置，其特征在于，所述电解单元设置为8个；且，每一所述电解单元包括设置为3行、每行设置为8个第一电极的电极组。

6.一种应用如权利要求1所述电解水装置的方法，其设置一用于控制的电子系统，并包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极组以阵列方式设置为多个，并且相邻的第二电极一体设置，形成截面带有三个支脚的柱体。