CN110205643B - 一种利用风能降低电解水能耗的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用风能降低电解水能耗的装置，其特征在于：叶轮、曲柄连杆机构、导流管、电极、质子交换膜。该发明将自然风的能量转换为电极往复平移运动，能够使电极周围的电解液产生回流或者紊流，进而加快电极板周围的传质和加快气泡脱离电极板，到达通过对电极表面的促进来降低电解耗能的目的。本发明利用风能降低电解水的经济成本，减少环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及电解制氢的工程技术领域，具体是一种利用风能降低电解水能耗的装置。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，越来越多国家开始使用风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度(微风的程度)，便可以开始发电。但是目前风力发电仍然存在不稳定、成本高、影响鸟类和不能上国家电网的缺陷。
现如今氢能也在各个行业中广泛使用，氢气燃烧后排放的仅仅是水，而水是没有任何污染的，这也成为人们越来越关注氢能的重要原因。目前，有创新能力的一些汽车生产商对氢能源汽车开始了研发。在将来，如果以氢能源为动力的新能源汽车大量地进入人们的现实生活中，那么人类对氢能源的需求会极大地增加。
采用电解水制备氢气方法的原料是水，而恰好地球上储存着大量的水资源，因此电解水法制备氢气被认为是最有前途的技术路径和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，如何通过机械构件将自然风的能量利用到电解水制氢气中来降低电解水的能耗是应该考虑的方向。
发明内容
本发明的目的是通过机械构件将自然风的能量利用到电解水制氢气中，提供一种利用风能降低电解水能耗的装置。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种利用风能降低电解水能耗的装置，其特征在于：叶轮、曲柄连杆机构、导流管、电极、质子交换膜。
所述曲柄连杆机构是能将旋转运动变为往复平移运动的机构；所述曲柄连杆机构包括飞轮、固定套一、固定套二、连杆一、连杆二和连杆三；所述连杆一是固定套一相匹配的物体；所述连杆三是固定套二相匹配的物体；所述连杆一的运动被固定套一所限制；所述连杆三的运动被固定套二所限制；所述飞轮左端中心与连杆一固定相连；所述飞轮右端突出物与连杆二活动相连；所述连杆二与连杆三活动相连；所述固定套一和固定套二相对于地面静止不动；所述叶轮固定连接在连杆一的左端；
所述导流管与绝缘平板固定相连；所述导流管包括氢气导流管和氧气导流管；所述氧气导流管和氢气导流管相互平行且对称；
所述电极与绝缘平板固定相连，所述电极包括阴极和阳极；所述阴极在氢气导流管的左端，并和氢气导流管处于同一个腔室Ⅰ；所述阳极在氧气导流管的右端，并和氧气导流管处于同一个腔室Ⅱ；
所述质子交换膜与绝缘平板构成连接在一起的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ；所述腔室Ⅰ内包括阴极、氢气导流管的下端管口和电解液，所述腔室Ⅱ内包括阳极、氧气导流管的下端管口和电解液；进一步，所述叶轮接受自然风的推力产生旋转，所述叶轮中的叶片数范围为2～6个。
进一步，所述连杆一在固定套一中做旋转运动，所述连杆三在固定套二中做往复平移运动，所述连杆一、连杆二、连杆三和绝缘平板的材质坚硬且重量轻。
进一步，所述质子交换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内部的气体不能相互流通。
进一步，所述质子交换膜构成的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ内部安装有支撑骨架，所述骨架的材质为防腐蚀塑料或金属。
进一步，所述阴极和阳极分别置于腔室Ⅰ和腔室Ⅱ，所述阴极和阳极垂直布置，且相互平行。进一步，所述电极和质子交换膜始终位于电解液液面下方。
进一步，所述电解槽能提供腔室Ⅰ和腔室Ⅱ往复平移的运动空间，所述往复平移运动包括但不限于上下往复平移运动和左右往复平移运动。
值得说明的是，所述装置所使用的构件活动相接之间保持润滑。
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自然风的能量转换为电极往复平移运动的装置，能够使电极周围的电解液产生回流或者紊流，进而加快电极板周围的传质和加快气泡脱离电极板，到达通过对电极表面的促进来降低电解耗能的目的。本发明利用风能降低电解水的经济成本，减少环境污染。
附图说明
图1为装置结构的简要说明图；
图2为叶轮与曲柄连杆机构的放大图；
图3为电解槽的结构放大图。
图中：叶轮1、曲柄连杆机构2、导流管3、电极4、质子交换膜5、飞轮201、固定套一2021、固定套二2022、连杆一2031、连杆二2032和连杆三2033、氢气导流管301和氧气导流管302、阴极401和阳极402。
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1所示，一种利用风能降低电解水能耗的装置，其特征在于：叶轮1、曲柄连杆机构2、导流管3、电极4、质子交换膜5。
所述曲柄连杆机构2是能将旋转运动变为往复平移运动的机构；所述曲柄连杆机构2包括飞轮201、固定套一2021、固定套二2022、连杆一2031、连杆二2032和连杆三2033；所述连杆一2031是固定套一2021相匹配的物体；所述连杆三2033是固定套一2022相匹配的物体；所述连杆一2031的运动被固定套一2021所限制；所述连杆三2033的运动被固定套二2022所限制；所述飞轮201左端中心与连杆一2031固定相连；所述飞轮201右端突出物与连杆二2032活动相连；所述连杆二2032与连杆三2033活动相连；所述固定套一2021和固定套二2022相对于地面静止不动；
所述叶轮1固定连接在连杆一2031的左端；
所述导流管3与绝缘平板固定相连；所述导流管3包括氢气导流管301和氧气导流管302；所述氧气导流管301和氢气导流管302相互平行且对称；
所述电极4与绝缘平板固定相连，所述电极4包括阴极401和阳极402；所述阴极401在氢气导流管301的左端，并和氢气导流管301处于同一个腔室Ⅰ；所述阳极402在氧气导流管302的右端，并和氧气导流管302处于同一个腔室Ⅱ；
所述质子交换膜5与绝缘平板构成连接在一起的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ；所述腔室Ⅰ内包括阴极401、氢气导流管301的下端管口和电解液，所述腔室Ⅱ内包括阳极402、氧气导流管302的下端管口和电解液；
所述叶轮1接受自然风的推力产生旋转，所述叶轮1中的叶片数为3个。
所述连杆一2031在固定套一2021中做旋转运动，所述连杆三2033在固定套二2022中做上下往复平移运动，所述连杆一2031、连杆二2032、连杆三2033和绝缘平板的材质坚硬且重量轻。
所述质子交换膜5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内部的气体不能相互流通。
所述质子交换膜5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。
所述阴极401和阳极402分别置于腔室Ⅰ和腔室Ⅱ，所述阴极401和阳极402垂直布置，且相互平行。
所述电极4和质子交换膜5始终位于电解液液面下方。
所述电解槽的空间能提供腔室Ⅰ和腔室Ⅱ上下往复平移的运动空间。
在有自然风的条件下，叶轮1接受到自然风的推力产生规律性的旋转运动，曲柄连杆机构2接受到规律性的旋转运动，并将其转换为规律性的上下往复平移运动，电极4接受到规律性的上下往复平移运动后，与电解槽形成相对运动。电极4周围的电解液产生回流或者紊流，加快电极板周围的传质和加快气泡脱离电极板。质子交换膜5形成的腔室和导管3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 (2)
1.一种利用风能降低电解水能耗的装置，其特征在于：叶轮(1)、曲柄连杆机构(2)、导流管(3)、电极(4)、质子交换膜(5)；
所述曲柄连杆机构(2)是能将旋转运动变为往复平移运动的机构；所述曲柄连杆机构(2)包括飞轮(201)、固定套一(2021)、固定套二(2022)、连杆一(2031)、连杆二(2032)和连杆三(2033)；所述连杆一(2031)是固定套一(2021)相匹配的物体；所述连杆三(2033)是固定套二(2022)相匹配的物体；所述连杆一(2031)的运动被固定套一(2021)所限制；所述连杆三(2033)的运动被固定套二(2022)所限制；所述飞轮(201)左端中心与连杆一(2031)固定相连；所述飞轮(201)右端突出物与连杆二(2032)活动相连；所述连杆二(2032)与连杆三(2033)活动相连；所述固定套一(2021)和固定套二(2022)相对于地面静止不动；
所述叶轮(1)固定连接在连杆一(2031)的左端；
所述导流管(3)与绝缘平板固定相连；所述导流管(3)包括氢气导流管(301)和氧气导流管(302)；所述氧气导流管(302 )和氢气导流管(301 )相互平行且对称；
所述电极(4)与绝缘平板固定相连，所述电极(4)包括阴极(401)和阳极(402)；所述阴极(401)在氢气导流管(301)的左端，并和氢气导流管(301)处于同一个腔室Ⅰ；所述阳极(402)在氧气导流管(302)的右端，并和氧气导流管(302)处于同一个腔室Ⅱ；
所述质子交换膜(5)与绝缘平板构成连接在一起的密闭腔室Ⅰ和腔室Ⅱ；所述腔室Ⅰ内包括阴极(401)、氢气导流管(301)的下端管口和电解液，所述腔室Ⅱ内包括阳极(402)、氧气导流管(302)的下端管口和电解液。
2.根据权利要求1所述的一种利用风能降低电解水能耗的装置，其特征在于：所述利用风能降低电解水能耗的装置包括电解槽，所述电解槽能提供腔室Ⅰ和腔室Ⅱ往复平移的运动空间，所述往复平移运动为上下往复平移运动。
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