CN104674292A - 一种低压电化分离水分子装置及其方法 - Google Patents

一种低压电化分离水分子装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低压电化分离水分子装置及其方法，通过电化反应堆，在特定的电压电流条件下快速将水分子分离成气态电解质，然后通过低压控压离心分离器使得气态电解质在超低压环境下分离成氢和氧，并混合存储在可燃气体储存罐中，使用时通过可燃气输出口控制输出作燃料燃烧使用。本发明中的低压电化分离水分子装置结构简单、体积小、功耗少，利用电化反应和超低压控压离心分离技术，用一般的水产生出可燃的氢和助燃的氧，是即产即用的高效气态燃料，在常态下不会爆燃，使用十分安全，而且无需任何添加剂，生产出来的氢气和氧气燃烧之后的产物只有水，而不会残留或释出任何有毒物质，真正实现清洁环保。

Description

一种低压电化分离水分子装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种电解水的方法及其使用的装置，具体涉及一种利用电化反应和低压分离技术进行水分子分离的装置及方法。
背景技术
目前，资源短缺已经成为限制世界经济持续发展的一大瓶颈，也是影响人类未来生存的一个重大威胁。要解决资源短缺问题，其中一个重要方面就是开发清洁、可再生的新能源替代传统的不可再生能源，而氢气因其高效、清洁的特点成为研究的热点。目前，电解水制氢是较为普遍的制氢方法，但是现有的电解水制氢中通常需要加入硫酸或氢氧化钾，而且需要耗费大量的热能，在后续的流程上也往往需要考虑到硫酸或氢氧化钾的清除，成本极高，因此很难得到推广使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种低压电化分离水分子装置及其方法，通过结合利用电化反应和低压控压离心分离技术，实现低耗能、高效率地电化分离出水中的氢和氧，并成为可以燃烧+助燃的混合气体，通过各种燃烧应用直接产生热能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低压电化分离水分子装置，包括水箱、氢气储存罐以及氧气储存罐，还包括有电化反应堆以及低压控压离心分离器；所述水箱通过引管与所述电化反应堆相连通，而电化反应堆又通过反应堆输出管与所述低压控压离心分离器相连通；所述低压控压离心分离器分别通过氢气收集器和氧气收集器与所述氢气储存罐和氧气储存罐相连通；所述电化反应堆电性连接电压控制器。
需要说明的是，所述电化反应堆主要由空心铜铬金属管组成。由于水具有电解性，即2H2O通电＝2H2+O2，当水进入带电的空心铜铬金属管时，会迅速分离成气态电解质。
进一步需要说明的是，所述空心铜铬金属管绕成螺旋结构。
需要说明的是，所述低压控压离心分离器包括压力控制器以及高速离心器，所述压力控制器根据高速离心器内的压力值对所述高速离心器的电机进行控制。采用压力控制器对高速离心器进行控制，目的在于保证高速离心器在超低压环境下工作。由于氧的质比氢的质重，质重的氧在离心力作用下处于离心器外层，质轻的氢处于离心器内层而产生隔离层，从而实现氧和氢的分离。
需要说明的是，还设置有可燃气体储存罐，其与所述氢气储存罐、所述氧气储存罐相连通；所述可燃气体储存罐设置有可燃气输出口。
需要说明的是，所述可燃气体储存罐与氢气储存罐、氧气储存罐之间还设置有单向缓冲罐，其进气端分别与氢气储存罐、氧气储存罐相通，其排气端则与所述可燃气体储存罐相连通。
一种低压电化分离水分子方法，包括如下步骤：
S1水从水箱中通过引管进入电化反应堆中；
S2在电压控制器的控制下，所述电化反应堆产生特定的电压电流，使得经过所述电化反应堆的水分子迅速分离成气态电解质；
S3步骤S2中得到的气态电解质通过反应堆输出管进入低压控压离心分离器内，在超低压的环境下受离心力的作用分离不同质量的氢和氧，并分别通过氢气收集器和氧气收集器进入并储存在氢气储存罐和氧气储存罐中。
需要说明的是，所述方法还包括：
S4输出到氢气储存罐和氧气储存罐中的氢气和氧气分别输送到可燃气体储存罐中混合储存。
进一步需要说明的是，在步骤S4中，输出到氢气储存罐和氧气储存罐中的氢气和氧气首先输送到单向缓冲罐中，混合缓冲后再由所述单向缓冲罐进入所述可燃气体储存罐中储存。
需要说明的是，步骤S3中所述的超低压环境为0.2bar。
本发明的有益效果在于：
1、本发明中的低压电化分离水分子装置结构简单、体积小、功耗少，代替了传统工业电解法中大型、昂贵、耗能高的电解设备，克服了现有工业上用电解法制纯氢，再经超低温缩成液态氢燃料的间接应用生产成本高、过程繁复的缺陷；
2、利用电化反应和低压控压离心分离技术，用一般的水产生出可燃的氢和助燃的氧，是即产即用的高效气态燃料，在常态下不会爆燃，使用十分安全；
3、无需任何添加剂，生产出来的氢气和氧气燃烧之后的产物只有水，而不会残留或释出任何有毒物质，真正实现清洁环保。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，一种低压电化分离水分子装置，包括水箱1、氧气储存罐5以及氢气储存罐6；还包括有电化反应堆2以及低压控压离心分离器4；所述水箱1通过引管与所述电化反应堆2相连通，水箱1中水的止流通过水阀14控制。而电化反应堆2又通过反应堆输出管3与所述低压控压离心分离器4相连通；所述低压控压离心分离器4分别通过氢气收集器12和氧气收集器11与所述氢气储存罐6和氧气储存罐5相连通；所述电化反应堆2电性连接电压控制器10。
需要说明的是，所述电化反应堆2主要由空心铜铬金属管组成。
进一步需要说明的是，所述空心铜铬金属管绕成螺旋结构。
由于水具有电解性，即2H2O通电＝2H2+O2，因此当水进入带电的空心铜铬金属管时，会迅速分离成气态电解质。
需要说明的是，所述低压控压离心分离器4包括压力控制器以及高速离心器，所述压力控制器根据高速离心器内的压力值对所述高速离心器的电机进行控制。采用压力控制器对高速离心器进行控制，目的在于保证高速离心器在超低压环境下工作。由于氧的质比氢的质重，质重的氧在离心力作用下处于离心器外层，质轻的氢处于离心器内层而产生隔离层，从而实现氧和氢的分离。
需要说明的是，还设置有可燃气体储存罐8，其与所述氢气储存罐6、所述氧气储存罐5相连通；所述可燃气体储存罐8设置有可燃气输出口9。可燃气输出口上设有气阀13，控制可燃气体的进出。
需要说明的是，所述可燃气体储存罐8与氢气储存罐6、氧气储存罐5之间还设置有单向缓冲罐7，其进气端分别与氢气储存罐6、氧气储存罐5相通，排气端则可燃气体储存罐8相连通。
一种低压电化分离水分子方法，包括如下步骤：
S1水从水箱1中通过引管进入电化反应堆2中；
S2在电压控制器10的控制下，所述电化反应堆2产生特定的电压电流，使得通过所述电化反应堆2的水分子迅速分离成气态电解质；
S3步骤S2中得到的气态电解质通过反应堆输出管3进入低压控压离心分离器4内，在超低压环境下受离心力的作用分离成不同质量的氢和氧，并分别通过氢气收集器12和氧气收集器11进入并储存在氢气储存罐6和氧气储存罐5中。
需要说明的是，所述方法还包括：
S4输出到氢气储存罐6和氧气储存罐5中的氢气和氧气分别输送到可燃气体储存罐8中混合储存。
需要说明的是，在步骤S4中，输出到氢气储存罐6和氧气储存罐5中的氢气和氧气首先通过导管输送到单向缓冲罐7中，混合缓冲后再由所述单向缓冲罐7进入所述可燃气体储存罐8中储存。
需要说明的是，步骤S3中所述的超低压环境为0.2bar。
本发明结合采用电化反应和低压控压分离技术，生产氢气和氧气的效率非常高。本发明装置的气体产生速度通过电化反应堆即螺旋结构的空心铜铬金属管的水流量来衡量，单位为h/L，即电化每一公升水所需要的时间。较大的实用装置每分钟可生产25公升的气体，即每小时达1500公升。少于0.1h/L的微型装置只用600Wh的电力即可生产210公升的气体。产生一公升气仅需0.54毫升水，换算成使用一公升的水可产生1860升可燃烧的气体。
利用本装置产生的氢气为气态，气态氢气与液态氢气的特性和热值对比如表1所示。
表1
由表1可以看出，气态氢气和液态氢气的燃烧热值是相同的，而在燃烧效率相同的条件下，气态氢气的保存条件为常温，液态氢气的保存条件为超低温，而且气态氢气的密度要比液态氢气的密度要小得多，因此气态氢气比液态氢气在应用上更有优势，而且更为安全。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，得出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低压电化分离水分子装置，包括水箱、氢气储存罐以及氧气储存罐，其特征在于，还包括有电化反应堆以及低压控压离心分离器；所述水箱通过引管与所述电化反应堆相连通，而电化反应堆又通过反应堆输出管与所述低压控压离心分离器相连通；所述低压控压离心分离器分别通过氢气收集器和氧气收集器与所述氢气储存罐和氧气储存罐相连通；所述电化反应堆电性连接电压控制器。
2.根据权利要求1所述的一种低压电化分离水分子装置，其特征在于，所述电化反应堆主要由空心铜铬金属管组成。
3.根据权利要求2所述的一种低压电化分离水分子装置，其特征在于，所述空心铜铬金属管绕成螺旋结构。
4.根据权利要求1所述的一种低压电化分离水分子装置，其特征在于，所述低压控压离心分离器包括压力控制器以及高速离心器，所述压力控制器根据高速离心器内的压力值对所述高速离心器的电机进行控制。
5.根据权利要求1所述的一种低压电化分离水分子装置，其特征在于，还设置有可燃气体储存罐，其与所述氢气储存罐和氧气储存罐相连通；所述可燃气体储存罐设置有可燃气输出口。
6.根据权利要求5所述的一种低压电化分离水分子装置，其特征在于，所述可燃气体储存罐与氢气储存罐、氧气储存罐之间还设置有单向缓冲罐，其进气端分别与氢气储存罐、氧气储存罐相通，其排气端则与所述可燃气体储存罐相连通。
7.一种低压电化分离水分子方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1水从水箱中通过引管进入电化反应堆中；
S2在电压控制器的控制下，所述电化反应堆产生特定的电压电流，使得经过所述电化反应堆的水分子迅速分离成气态电解质；
S3步骤S2中得到的气态电解质通过反应堆输出管进入低压控压离心分离器内，在超低压环境下受离心力的作用分离成不同质量的氢和氧，并分别通过氢气收集器以及氧气收集器进入并储存在氢气储存罐和氧气储存罐中。
8.根据权利要求7所述的一种低压电化分离水分子方法，其特征在于，还包括：
S4输出到氢气储存罐和氧气储存罐中的氢气和氧气分别输送到可燃气体储存罐中混合储存。
9.根据权利要求8中所述的一种低压电化分离水分子方法，其特征在于，在步骤S4中，输出到氢气储存罐和氧气储存罐中的氢气和氧气首先分别输送到单向缓冲罐中，混合缓冲后再由所述单向缓冲罐进入所述可燃气体储存罐中储存。
10.根据权利要求7中所述的一种低压电化分离水分子方法，其特征在于，步骤S3中所述的超低压环境为0.2bar。
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