CN105369284A - 一种热喷射电和氢气联产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热喷射电和氢气联产装置，包括储液池（6）、喷嘴（2）和金属板（1），所述喷嘴（2）和储液池（6）通过喷管（3）连接；所述金属板（1）位于喷嘴（2）下方；所述储液池（6）的侧壁上或喷管（3）上设置有加热单元（4）；所述喷嘴（2）具备导电性能；工作时，储液池（6）和喷管（3）中充满电解质溶液（5）。本发明装置结构简单，无转动部件，性能稳定，对环境十分友好；采用喷射的方式隔断离子的回流，大大提高了装置的产氢和发电效率；利用环境中的热能进行发电，装置在运行过程中不消耗高品位压力能，制氢过程不需要电能还能发电，并且可以达到零排放。
Description
技术领域
本发明涉及能源技术领域尤其涉及一种利用双电层效应收集环境热能进行发电和制作氢气的装置。
背景技术
随着世界经济和人类文明的不断发展，能源供需矛盾和环境污染问题日益突出，这给社会的可持续发展和人类的生存带来了严重问题。目前许多国家正在加紧太阳能、风能、生物能、氢能、海洋能和地热能等新能源的开发和利用。其中，氢气作为一种绿色能源，具有能量密度高、资源丰富、对环境无污染等优点，在未来能源结构中占有重要的地位。在过去几十年，人们为氢能的开发和利用一直进行着不懈的努力，到现在为止已经有将近90种制作氢气的方法。总体来看，各种矿物燃料制氢仍然是目前制氢的主要方法，但其储量有限，且制氢过程会造成环境污染。从长远来看，以水作为原料制取氢气是最有前途的方法，原料取之不尽，而且氢燃烧放出能量后又生成产物水，不造成环境污染。电解水制氢是目前比较常用的方法，但是由于消耗大量电能，制氢成本非常昂贵。因此，开发清洁高效的制氢方法十分重要。
环境中存在大量的低品位热能(<100℃)，如工业生产过程中排放的废热、微生物代谢释放的热量，以及太阳辐射热能和地热能等。如何将这部分能量转化成可以方便利用的能源一直是个难题。利用热电技术将这部分热能转化成电能是一种可行的方法，虽然近年来在热电优值(ZT)提高方面取得了一定的进展，但是在低温环境下，固体材料的ZT值仍然受到了极大限制，当温度低于100℃时，ZT值只能达到1.5。而且先进的热电材料制造困难，价格昂贵，热电技术要普遍使用还有待更先进的技术突破。
随着纳米技术的不断发展，利用微纳米通道来进行能量转换的方法引起了大家的关注。其主要原理是利用材料纳米尺度上特有的物理化学性质，当使用外部压力将电解质流体强行推动流过微纳米孔道时，微纳米孔道只允许一种电性的离子通过，从而产生电能。基于这种发电原理的能量转换装置最常见的是：利用具有微纳米孔道的材料将液体隔开，采用压力对其中一侧的液体进行加压来发电。但是随着这种发电装置的不断运行，会在微纳米孔道的两侧会形成离子聚集区，从而产生附加电场，造成离子回流，导致发电效率非常低。采用微喷射的方法可以将液体回流隔断，从而大大提高发电效率，同时还能产生氢气。但是由于需要较高的压力来驱动，在实际应用中受到一定的限制。由于水具有巨大的热膨胀系数，利用环境热能就可以产生巨大的压力来进行发电，同时制作氢气。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热喷射电和氢气联产装置，可以利用电厂余热、太阳能和地热能等环境热能，直接将水分解制作氢气，同时产生电能。
本发明所采用的技术方案如下：
一种热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：包括储液池(6)、喷嘴(2)和金属板(1)，所述喷嘴(2)和储液池(6)通过喷管(3)连接；所述金属板(1)位于喷嘴(2)下方；所述储液池(6)的侧壁上或喷管(3)上设置有加热单元(4)；所述喷嘴(2)具备导电性能；工作时，储液池(6)和喷管(3)中充满电解质溶液(5)。
所述喷嘴(2)为具备微米或纳米级别的单孔结构或多孔微纳米膜。
所述加热单元(4)为可以收集环境热能的加热装置，如太阳能、电厂余热等。
所述喷嘴(2)的材料为导电材料或其表面设置有导电涂层。
所述金属板(1)的材料为铜或不锈钢或银。
所述导电材料或导电涂层的材料可以为铜或不锈钢或银。
所述电解质溶液(5)为水或带有氢离子的酸或带有氢离子的盐溶液。
所述金属板(1)和喷嘴(2)之间的距离为3mm-1cm。
更优选的所述金属板(1)和喷嘴(2)之间的距离为3mm-5mm。
所述电解质溶液可以为水，也可以为带有氢离子的酸或者是盐溶液；工作时，储液池和喷管中充满电解质溶液，环境中的热能通过调节间歇作用于加热单元上；加热时，加热单元附近的液体在短时间内成核形成小气泡，小气泡急速膨胀并破裂，将喷管内的液体挤出喷嘴，形成射流；停止加热时，气泡消失，喷管内液体收缩，由于毛细作用，液体将再次充满喷管，完成一次循环，从而保持持续运行。微纳米尺度的喷嘴具有很强的双电层效应，只允许电解质溶液中的氢离子通过，当射流到达金属板后，氢离子得到电子生成氢气；而相反电荷的离子会在喷嘴内侧积累，喷嘴作为电源负极，金属板作为电源正极，可以供给外界电能。
喷嘴可以是微米或者纳米级别的单个孔，也可以是多孔微纳米膜。
加热单元可以布置在喷管中，也可以布置在储液池内壁。
与传统的技术相比，本发明的优越性在于：
(1)本发明装置结构简单，无转动部件，性能稳定，对环境十分友好。
(2)采用喷射的方式隔断离子的回流，大大提高了装置的产氢和发电效率。
(3)利用环境中的热能进行发电，装置在运行过程中不消耗高品位压力能，制氢过程不需要电能还能发电，并且可以达到零排放。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1－金属板、2－喷嘴、3－喷管、4－加热单元、5－电解质溶液、6－储液池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
一种热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：包括储液池(6)、喷嘴(2)和金属板(1)，所述喷嘴(2)和储液池(6)通过喷管(3)连接；所述金属板(1)位于喷嘴(2)下方；所述储液池(6)的侧壁上或喷管(3)上设置有加热单元(4)；所述喷嘴(2)具备导电性能；工作时，储液池(6)和喷管(3)中充满电解质溶液(5)。
所述喷嘴(2)为具备微米或纳米级别的单孔结构或多孔微纳米膜。
所述加热单元(4)为可以收集环境热能的加热装置，例如太阳能、电厂余热等。
所述喷嘴(2)的材料为导电材料或其表面设置有导电涂层。
所述金属板(1)的材料为铜或不锈钢或银。
所述导电材料或导电涂层的材料可以为铜或不锈钢或银。
所述电解质溶液(5)为水或带有氢离子的酸或带有氢离子的盐溶液。
所述金属板(1)和喷嘴(2)之间的距离为3mm-1cm。
更优选的所述金属板(1)和喷嘴(2)之间的距离为3mm-5mm。
工作时，储液池和喷管中充满电解质溶液，环境热能通过调节间歇作用于加热单元上；加热时，加热单元附近的液体在短时间内成核形成小气泡，小气泡急速膨胀并破裂，将喷管内的液体挤出喷嘴，形成射流；停止加热时，气泡消失，喷管内液体收缩，由于毛细作用，液体将再次充满喷管，完成一次循环，从而保持持续运行。微纳米尺度的喷嘴具有很强的双电层效应，只允许电解质溶液中的氢离子通过，当射流到达金属板后，氢离子得到电子生成氢气；相反电荷的离子会在喷嘴内侧积累，这时，喷嘴作为电源负极，金属板作为电源正极，可以供给外界电能。
参见图1，所述喷嘴为单孔结构，孔口直径为10μm，孔口采用超快高功率激光在0.2mm厚的不锈钢片上加工而成。环境热能为脉冲激光加热，激光波长为1064nm，激光能量为110mJ，脉冲时间为7ns，频率为10Hz，激光直接聚焦在喷管的加热单元上，加热单元附近的液体在短时间内成核形成小气泡并急速膨胀并破裂，将喷管内的液体挤出喷嘴而形成射流。
电解质溶液采用水溶液，水在自然条件下会发生微弱电离：而生产H+(氢离子)和OH-(氢氧根离子)，不锈钢喷嘴由于本身的化学特性会吸附带负电的离子而显负电性，在双电层效应下只允许大部分的H+通过，当喷射流到达金属板时，会在金属板上发生以下反应：2H++2e-→H2，而产生H2(氢气)放出，喷嘴附近则发生另一个反应：2OH--2e-→0.5O2+H2O，金属板和喷嘴上得失的电子通过与正负电极的连接输出电能，通过计算得到，此条件下装置的输出电流为57nA。
本发明提供了一种利用环境热能来发电并且制作氢气的新方法，本发明的保护范围并不限于上述的实施例，通过改变喷嘴的特性和尺寸或者使用高浓度氢离子的电解质溶液可以提高发电量和产氢量，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (8)
1.一种热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：包括储液池（6）、喷嘴（2）和金属板（1），所述喷嘴（2）和储液池（6）通过喷管（3）连接；所述金属板（1）位于喷嘴（2）下方；所述储液池（6）的侧壁上或喷管（3）上设置有加热单元（4）；所述喷嘴（2）具备导电性能；工作时，储液池（6）和喷管（3）中充满电解质溶液（5）。
2.如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述喷嘴（2）为具备微米或纳米级别的单孔结构或多孔微纳米膜。
3.如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述加热单元（4）为可以收集环境热能的加热装置。
4.如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述喷嘴（2）的材料为导电材料或其表面设置有导电涂层。
5.如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述金属板（1）的材料为铜或不锈钢或银。
6.如权利要求4所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述导电材料或导电涂层的材料为铜或不锈钢或银。
7.如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述电解质溶液（5）为水或带有氢离子的酸或带有氢离子的盐溶液。
8.如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述金属板（1）和喷嘴（2）之间的距离为3mm-1cm。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106115620A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-16 | 武汉大学 | 一种水力驱动氢电联产系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1812929A (zh) * | 2003-06-30 | 2006-08-02 | 通用电气公司 | 通过生物质气化共同产生氢和电能 |
| CN101570865A (zh) * | 2009-06-05 | 2009-11-04 | 裴彧 | 一种以两性金属为原料的不间断制氢发电装置 |
| US20110229780A1 (en) * | 2010-03-22 | 2011-09-22 | Dan Kershaw | Hydrogen generation and storage system for collection and storage of energy |
| CN102611353A (zh) * | 2012-04-11 | 2012-07-25 | 武汉大学 | 一种收集环境低品位能源发电的装置 |
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2015
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1812929A (zh) * | 2003-06-30 | 2006-08-02 | 通用电气公司 | 通过生物质气化共同产生氢和电能 |
| CN101570865A (zh) * | 2009-06-05 | 2009-11-04 | 裴彧 | 一种以两性金属为原料的不间断制氢发电装置 |
| US20110229780A1 (en) * | 2010-03-22 | 2011-09-22 | Dan Kershaw | Hydrogen generation and storage system for collection and storage of energy |
| CN102611353A (zh) * | 2012-04-11 | 2012-07-25 | 武汉大学 | 一种收集环境低品位能源发电的装置 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| ANDREW M. DUFFIN 等: "Electrokinetic Hydrogen Generation from Liquid Water Microjets", 《J. PHYS. CHEM. C》 * |
| ANDREW M. DUFFIN 等: "Electrokinetic Power Generation from Liquid Water Microjets", 《J. PHYS. CHEM. C 》 * |
| ROYCE K. LAM等: "Thermally driven electrokinetic energy conversion with liquid water microjets", 《CHEMICAL PHYSICS LETTERS》 * |
| 刘抗 等: "毛细驱动纳米通道双电层发电的风能转换特性", 《工程热物理学报》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106115620A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-16 | 武汉大学 | 一种水力驱动氢电联产系统 |
| CN106115620B (zh) * | 2016-06-20 | 2018-03-13 | 武汉大学 | 一种水力驱动氢电联产系统 |
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