CN106086926A - 一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置 - Google Patents

一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置；其特征在于：包括接受物、限制轨道、轻杆、铰接点、电极、弹簧、PEM膜和导流管。其中接受物、限制轨道构成接受装置，轻杆、铰接点电极、弹簧、PEM膜和导流管构成传递装置。所述接受装置在海洋摇摆条件下将海浪运动造成的惯性力传递给电极，使得电极与电解液形成相对运动，并对电极表面的电解过程造成影响，加快气泡脱离频率。

Description

一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置
技术领域
本发明涉及电解制氢的工程技术领域，具体是一种电解制氢的工程技术领域。
背景技术
清洁可再生能源供应指在能源的生产和消费过程中，保持环境友好，排放小，污染少，同时要求能源利用形式本身具有高效、系统化的应用技术体系。
目前可以归类为清洁可再生能源的有多种，主要包括风能、水能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和氢能等二次能源。其中大多数清洁可再生能源供应都具有地域性、时域性和间歇性等缺点。所以对于发展清洁可再生能源供应体系，需要一种作为媒介作用的二次能源形式作为载体。氢能以其独有的诸多优良特性，被认为是二十一世纪最具有潜力的清洁能源供应方式。
水电解制氢是目前制取高纯度氢的最简单的方法，与一次可再生能源应用的结合，电解水制氢容易实现大规模应用，且制氢过程对环境无污染，几乎可以做到零排放。
但是在实际工业应用中，电解制氢需的耗能是其最大的问题，需要通过技术手段降低电解水制氢的耗能，能够使得电解制氢的运用更加的实际可行。因此，摇摆条件对电极的影响是我们首先考虑的方向。
在海洋摇摆条件下的电解制氢的过程中，海洋摇摆产生一种规律性的运动，这个周期性运动的能量的产生是由海浪造成的，其中的能量并没有进行充分运用。
而在海洋摇摆条件下电解制氢的过程中，当电解槽和电极都处于固定阶段的时候，会因为摇摆造成一定的电解液运动，并在电极表面形成回流或者紊流，这些不稳定流动的存在都会对电极表面的气泡生成造成影响，并刺激其脱落。更重要的是，在这个过程中并没有将海浪传递给电解装置的能量更好的利用。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中，没有处理好海浪给电解过程造成的不利影响、没有利用好海浪传递给电解装置的能量等问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：包括接受物、限制轨道、轻杆、铰接点、电极、弹簧、PEM膜和导流管。
所述限制轨道为一段弧形轨道，所述弧形的弧度范围是0～30°。所述接受物是与限制轨道相匹配的物体，所述接受物在限制轨道上自由滑动。
所述限制轨道的表面上加入高强度防护层和机油。
所述接受物连接在轻杆的右端。所述轻杆的重心位置上设有铰接点。所述铰接点为轻杆的支点，所述支点位置不变，所述轻杆相对于支点上下摆动。
所述轻杆与弹簧的中间位置焊接在一起，所述轻杆上相连处为铰接点和接受物之间的中点位置。所述弹簧垂直于轻杆，所述弹簧的两端被固定。
所述轻杆的左端与导流管的上端固定相连。所述导流管包括氧气导流管和氢气导流管，所述氧气导流管和氢气导流管相互平行且对称。
所述导流管的下端与电极相连，所述电极包括阳极和阴极。所述氧气导流管的下端与阳极相连，所述氢气导流管的下端与阴极相连。
所述导流管的下端处于电解液环境中，所述导流管的上端处于空气环境中。
所述PEM膜构成连接在一起的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ。所述腔室Ⅰ内包括阳极、氧气导流管的下端管口和电解液，所述腔室Ⅱ内包括阴极、氢气导流管的下端管口和电解液。
在起始位置时，所述接受物位于限制轨道的中点处，所述限制轨道关于轻杆对称，所述轻杆平行于电解槽底面，所述弹簧不受力。
进一步，所述接受物在限制轨道中接受海浪的惯性力产生运动，与接受物相连的轻杆绕铰接点转动，带动导流管和电极转动，所述电极产生相位运动。运动过程中弹簧限制轻杆的位移。
进一步，与所述轻杆相连的物体除弹簧外，还包括海绵、盛装有液体的容器或磁铁。
进一步，所述轻杆为中空或镂空结构，所述轻杆的材质坚硬且重量轻，所述轻杆内部安装导气管或导线。所述轻杆的表面覆盖涂装的特氟龙的绝缘漆。
进一步，所述PEM膜构成连接在一起的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部的电解液和电解槽中的电解液相互流通，所述腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部的气体不能流通。
进一步，所述PEM膜构成的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部安装有支撑骨架，所述骨架的材质为轻质防腐蚀塑料或金属。
进一步，所述装置中采用的材料均通过绝缘处理、防水锈蚀处理和防腐蚀处理。
进一步，在摆动条件下，所述轻杆的位置相对于初始位置的夹角范围为0～30°。
值得说明的是，所述装置所使用的材料连接之间保持润滑，所述弹簧保持稳定并且无轴向位移，弹簧的长度应控制在能够限制轻杆的位移的范围内。所述装置中的接受物和限制轨道可以替换成齿轮、凹槽、齿轮、弹簧、连杆机构或曲柄滑杆机构。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明提供了一种能够将海洋摇摆条件下海浪运动转换为电极运动的装置，能够提高接受摇摆的效率。本发明的整个装置没有任何外加的能量，将浪费的海浪的能量转换为电极运动的能量，并通过对电极表面的促进降低了电解的耗能。
附图说明
图1为装置结构的能量转换图；
图2为装置结构的简要说明图；
图3为电极附近的结构放大图。
图中：接受物1、限制轨道2、轻杆3、铰接点4、电极5、阳极501、阴极502、弹簧6、PEM膜7、导流管8、氧气导流管801和氢气导流管802。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
如图2所示，一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：包括接受物1、限制轨道2、轻杆3、铰接点4、电极5、弹簧6、PEM膜7和导流管8。
所述限制轨道2为一段弧形轨道，所述弧形的弧度为180°。所述接受物1是与限制轨道2相匹配的物体，所述接受物1在限制轨道2上自由滑动。
所述接受物1连接在轻杆3的右端。所述轻杆3的中间位置上设有铰接点4。所述铰接点4为轻杆3的支点，所述支点位置不变，所述轻杆3相对于支点上下摆动。
所述接受物1和限制轨道2可以替换成齿轮、凹槽、齿轮、弹簧、连杆机构或曲柄滑杆机构。
所述轻杆3与弹簧6的中间位置焊接在一起，所述轻杆3上相连处为铰接点4和接受物1之间的中点位置。所述弹簧6垂直于轻杆3，所述弹簧6的两端被固定。
所述轻杆3的左端与导流管8的上端固定相连。所述导流管8包括氧气导流管801和氢气导流管802，所述氧气导流管801和氢气导流管802相互平行且对称。
所述轻杆3为中空或镂空结构，所述轻杆3内部安装导气管和导线。所述轻杆3的表面覆盖涂装的特氟龙的绝缘漆。
所述导流管8的下端与电极5相连，所述电极5包括阳极501和阴极502。所述氧气导流管801的下端与阳极501相连，所述氢气导流管802的下端与阴极502相连。
所述导流管8的下端处于电解液环境中，所述导流管8的上端处于空气环境中。
所述PEM膜7构成连接在一起的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ。所述腔室Ⅰ内包括阳极501、氧气导流管801的下端管口和电解液，所述腔室Ⅱ内包括阴极502、氢气导流管802的下端管口和电解液。
所述PEM膜7构成连接在一起的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部的电解液和电解槽中的电解液相互流通，所述腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部的气体不能流通。
所述PEM膜7构成的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部安装有支撑骨架，所述骨架的材质为防腐蚀塑料或金属。
在起始位置时，所述接受物1位于限制轨道2的中点处，所述限制轨道2关于轻杆3对称，所述轻杆3平行于电解槽底面，所述弹簧6不受力。
在非起始位置时，即所述接受物1在限制轨道2中接受海浪的惯性力产生运动，与接受物1相连的轻杆3绕铰接点4转动，带动导流管8和电极5转动，所述电极6产生相位运动。运动过程中弹簧6限制轻杆3的位移。
如图1所示，即为装置结构的能量转换图；从图1中可以看出，所述装置包括接受装置和连接装置；其中，所述接受物1、限制轨道2为接受装置；所述轻杆3、铰接点4、电极5、弹簧6、PEM膜7和导流管8为连接装置；所述连接装置即为传递装置。
在摇摆过程中，固定的电解槽与摇摆具有相同的运动规律，然而装置右端的接受物1在运动限制中因为惯性的原因存在一个摇摆的相位差，这个运动迟滞通过被弹簧6限制的传递装置传递给电极5并与电解槽形成相对运动，弹簧6能够保护接收器在运动过程中的两极不会产生巨大的加速度，保护电极5不受伤害。最后电极5外部的PEM膜7形成的腔室和导管8限制气体的运动，并通过导孔将电解出的气体通过导管引导出电解槽。

Claims (8)

1.一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：包括接受物(1)、限制轨道(2)、轻杆(3)、铰接点(4)、电极(5)、弹簧(6)、PEM膜(7)和导流管(8)；
所述限制轨道(2)为一段弧形轨道，所述弧形的弧度范围是0～30°；所述接受物(1)是与限制轨道(2)相匹配的物体，所述接受物(1)在限制轨道(2)上自由滑动；
所述接受物(1)连接在轻杆(3)的右端；所述轻杆(3)的重心位置上设有铰接点(4)；所述铰接点(4)为轻杆(3)的支点，所述支点位置不变，所述轻杆(3)相对于支点上下摆动；
所述轻杆(3)与弹簧(6)的中间位置焊接在一起，所述轻杆(3)上相连处为铰接点(4)和接受物(1)之间的中点位置；所述弹簧(6)垂直于轻杆(3)，所述弹簧(6)的两端被固定；
所述轻杆(3)的左端与导流管(8)的上端固定相连；所述导流管(8)包括氧气导流管(801)和氢气导流管(802)，所述氧气导流管(801)和氢气导流管(802)相互平行且对称；
所述导流管(8)的下端与电极(5)相连，所述电极(5)包括阳极(501)和阴极(502)；所述氧气导流管(801)的下端与阳极(501)相连，所述氢气导流管(802)的下端与阴极(502)相连；
所述导流管(8)的下端处于电解液环境中，所述导流管(8)的上端处于空气环境中；
所述PEM膜(7)构成连接在一起的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ；所述腔室Ⅰ内包括阳极(501)、氧气导流管(801)的下端管口和电解液，所述腔室Ⅱ内包括阴极(502)、氢气导流管(802)的下端管口和电解液；
在起始位置时，所述接受物(1)位于限制轨道(2)的中点处，所述限制轨道(2)关于轻杆(3)对称，所述轻杆(3)平行于电解槽底面，所述弹簧(6)不受力。
2.根据权利要求1所述的一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：所述接受物(1)在限制轨道(2)中接受海浪的惯性力产生运动，与接受物(1)相连的轻杆(3)绕铰接点(4)转动，带动导流管(8)和电极(5)转动，所述电极(6)产生相位运动；运动过程中弹簧(6)限制轻杆(3)的位移。
3.根据权利要求1所述的一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：与所述轻杆(3)相连的物体除弹簧(6)外，还包括海绵、盛装有液体的容器或磁铁。
4.根据权利要求1所述的一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：所述轻杆(3)为中空或镂空结构，所述轻杆(3)的材质坚硬且重量轻，所述轻杆(3)内部安装导气管或导线；所述轻杆(3)的表面覆盖涂装的特氟龙的绝缘漆。
5.根据权利要求1所述的一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：所述PEM膜(7)构成连接在一起的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部的电解液和电解槽中的电解液相互流通，所述腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部的气体不能流通。
6.根据权利要求1所述的一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：所述PEM膜(7)构成的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部安装有支撑骨架，所述骨架的材质为防腐蚀塑料或金属。
7.根据权利要求1所述的一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：所述装置中采用的材料均通过绝缘处理、防水锈蚀处理和防腐蚀处理。
8.根据权利要求1所述的一种利用海洋摇摆条件降低电解水能耗的装置，其特征在于：在摆动条件下，所述轻杆(3)的位置相对于初始位置的夹角范围为0～30°。
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