CN107268015A - 一种光电制氢装置 - Google Patents

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Abstract

一种光电制氢装置，属绿色能源领域。其特征是，这种装置同时利用光能与电能制氢，该装置的电解槽由采光部分，电解电极部分，温差发电部分，氢气导出管，氧气导出管，及补水管构成；其中电解电极部分的正、负极是导电板，导电板上附加有与其绝缘的、与脉冲电源连接的导线，电解正、负极上附加的导线分别与脉冲电源的正、负电极连接，电解正、负电极相间放置，电解正、负电极之间有离子透膜；采光部分由透光板构成，其中一个透光板平行于电解液的液面；这种装置能显著提高光、电制氢的效率。

Description

一种光电制氢装置
技术领域 本发明属绿色能源领域。
背景技术 在绿色能源领域，风、光制氢占有重要地位。这类装置一般都是将风能等动能转化为电能，再用电能电解碱或酸水溶液制氢。一种风电-太阳能制氢装置已经提出[1]，本发明对这一装置中的电极结构和采光部分做实质性的改进，从而使得光、电制氢效率提高。
发明内容 一种光电制氢装置，其特征是，这种装置同时利用电能与光能制氢，该装置的电解槽由采光部分，电解电极部分，温差发电部分，氢气导出管，氧气导出管，及补水管构成；其中电解电极部分的正、负极是导电板，导电板上附加有与导电板绝缘的、与脉冲电源连接的导线网，电解正、负极上附加的导线网分别与脉冲电源的正、负电极连接；电解正、负电极相间放置，电解正、负电极之间有离子透膜；采光部分由透光板构成，其中一个透光板平行于电解液的液面；温差发电部分由并联与串联在一起的温差发电片构成，温差发电片的热端紧密固定在电解槽壁的外表面上，冷端固定在通有冷却水或气体的管壁上，温差发电部分的正、负极分别连接到电解电极的正、负极上；在电解正电极的上部固定有氧气导出管，在电解负电极的上部固定有氢气导出管；在电解液中固定有补水管；将电解正、负电极分别与所需要电压的直流电源的正、负极接通，将附加在电解正、负电极上的导线网与脉冲电源接通，将采光板迎着太阳光放置，通电、采光后，氢气、氧气导出管就将分别有氢气、氧气流出。
电解电极需由耐强碱或强酸腐蚀的材料制作。采光部分的透光板的透光率应尽可能高，特别是紫外透光率也应较高。这里光的一个作用是增加电解质电离率，从而增加导电率；另一个作用是提高电解液温度，有利于温差发电和增大电解液导电率。离子透膜只允许正离子或负离子通过，而气体分子不能通过，从而将电解产生的氢气与氧气隔离开。
这种光电制氢装置的第二个特征是，其中的电解正、负电极都是有网孔的导电长条板，导电长条板上附加有与其绝缘的导线网，正、负电极上的导电网分别与脉冲电源的正、负极连接；电解正、负电极相间放置，电解正、负电极间有离子透膜，离子透膜固定在气体隔膜的下边；导电长条板的平面都平行于电解液的液面。
导电长条板的平面平行于电解液的液面有利于最大程度地利用太阳光；导电长条板的网孔有利于气体逸出。这里，电解产生的氢气与氧气被离子透膜和气体隔膜隔离开。
这种光电制氢装置的第三个特征是，其中的采光部分是由真空玻璃透光板和普通透光板及保温壁构成的保温室，真空玻璃透光板平面对着太阳光，普通透光板的平面平行于电解液的液面，其余部分是由保温板制作的保温壁；采光部分也可以只由平行于电解液液面的透光 板构成。
为了最有效地吸收太阳能，真空玻璃应尽可能时刻垂直于太阳光。为此，真空玻璃与另一个透光板的夹角应该能够连续变化的，即。真空玻璃板应能围绕真空玻璃板与普通透光板的交线转动。由于阳光入射，真空玻璃板、透光板及保温壁围成的真空室的温度是较高的，从而提高了电解液的温度。
温差发电部分是由温差发电片并联与串联构成的温差发电片组。应选择温差在40度左右能正常发电的温差发电片。例如，选择能够在高温为50度左右，低温为0-10度，或高温为80-90度，低温为20-30度能正常发电的温差发电片。
附图说明 图1是这种光电制氢装置正面示意图。图中，1是有网孔、且附加有与脉冲电源负极连接的导线网的电解负极；2是有网孔、且附加有与脉冲电源正极连接的导线网的电解正极；3是气体隔膜；4是离子透膜；5是电解液；6是真空玻璃；7是补水管；‘+’是电解电极的正极，也是氧气出口和氧气导出管位置；‘-’是电解电极的负极，也是氢气出口和氢气导出管位置。图2是这种光电制氢装置侧面剖面图示意图。图中，6是真空玻璃板；8是普通透光板；9是保温壁；10是氧气或氢气导出管；11是电解电极侧截面。图3是电解电极俯视图。图中，1是有网孔、且附加有与脉冲电源负极连接的导线网的电解负极；2是有网孔、且附加有与脉冲电源正极连接的导线网的电解正极；4是离子透膜；12是与负极连接的导电板；13是与正极连接的导电板。
具体实施方式 取一块有铱钽涂层、网孔为3x6的钛板，切割成宽为1cm，长为102cm的网孔长条板，将这7条有网孔的长条板的一端对齐、等间隔为12mm、平行地焊接在一个导电板上，这个导电板与电解电源的正极连接。在这7条网孔长条板的孔中，紧密地编制与其绝缘的导线网，这个导电网与脉冲方波电源的正极连通。脉冲的占空比为1∶1，频率为1赫芝。
按有铱钽涂层的网孔导电长条板完全相同的方式，制作一块有铱钌涂层的网孔导电长条板。将此长条板与电解电源的负极连通，将附加在这个导电长条板上、与其绝缘的导线网与脉冲方波电源的负极连通。共制作这样的正极、负极板各11个。
制作一个长1.7m、宽1.2m、深0.1m的电解槽。在电解槽中，在宽度方向、距离每边0.1m处，固定一个隔板。在隔板上距离底部4cm处开设能够将各个宽1cm、高0.1cm、平行于底面的插孔，在对面隔板、与插孔对应的位置开设宽1cm、高0.1cm、平行于底面的半插孔。透过这些插孔将正极、负极相间插入并固定。每一对这样的正极和负极导电长条板构成一组，共有11组。将这11组电极串联起来。将正极与负极分别与电解电源的正极与负极连接，将附加在正、负导电长条板上、与其绝缘的导线网分别与脉冲方波电源的正极与负极连接；在 正、负极导电长条板之间放置好离子隔膜，离子隔膜固定在上面的气体隔膜上。这样就做好了电解槽的电解电极部分。
在电解槽正极导电长条板上方开设氧气出口，并连接有氧气导出管；在电解槽负极导电长条板上方开设氢气出口，并连接有氢气导出管。将控制电解液水位的虹吸式补水管及相应的补水装置安装好。
采光部分的普通透光板与电解槽尺度(1x1.7平方米)相同。将这样透光板及相应的真空玻璃和保温壁构成的采光部分安装到电解槽的上部。
将80个温差发电片的热端紧密固定在电解槽的外壁，冷端固定在通有冷却水的铝管上。将每8个温差发电片并联在一起的，再将10组这样的温差发电片串联。然后，将温差发电片组的正极与负极分别与电解电极的正极与负极连接。
电解直流电压可取为20V，脉冲方波电压可取为500V，可根据需要连续调整。
这样，接通电源或有阳光照设时，就可高效率地产生氢气和氧气。
参考文献
[1]陈世浩 一种风电-太阳能制氢装置，ZL 2013 2 0475068.6。

Claims (3)

1.一种光电制氢装置，其特征是，这种装置同时利用电能与光能制氢，该装置的电解槽由采光部分，电解电极部分，温差发电部分，氢气导出管，氧气导出管，及补水管构成；其中电解电极部分的正、负极是导电板，导电板上附加有与导电板绝缘的、与脉冲电源连接的导线网，电解正、负极上附加的导线网分别与脉冲电源的正、负电极连接；电解正、负电极相间放置，电解正、负电极之间有离子透膜；采光部分由透光板构成，其中一个透光板平行于电解液的液面；温差发电部分由并联与串联在一起的温差发电片构成，温差发电片的热端紧密固定在电解槽壁的外表面上，冷端固定在通有冷却水或气体的管壁上，温差发电部分的正、负极分别连接到电解电极的正、负极上；在电解正电极的上部固定有氧气导出管，在电解负电极的上部固定有氢气导出管；在电解液中固定有补水管；将电解正、负电极分别与所需要电压的直流电源的正、负极接通，将附加在电解正、负电极上的导线网与脉冲电源接通，将采光板迎着太阳光放置，通电、采光后，氢气、氧气导出管就将分别有氢气、氧气流出。
2.权利要求1所述的一种光电制氢装置，其特征是，其中的电解正、负电极都是有网孔的导电长条板，导电长条板上附加有与其绝缘的导线网，正、负电极上的导电网分别与脉冲电源的正、负极连接；电解正、负电极相间放置，电解正、负电极间有离子透膜，离子透膜固定在气体隔膜的下边；导电长条板的平面都平行于电解液的液面。
3.权利要求1所述的一种光电制氢装置，其特征是，其中的采光部分是由真空玻璃透光板和普通透光板及保温壁构成的保温室，真空玻璃透光板平面对着太阳光，普通透光板的平面平行于电解液的液面，其余部分是由保温板制作的保温壁；采光部分也可以只由平行于电解液液面的透光板构成。
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