CN111995011A - 一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无隔板的反向电渗析盐差能发电装置，该装置以离子交换膜装置为轴，两侧由内向外分别依次设置有第二衬垫、减流装置、第一衬垫、第一阳离子交换膜、垫片、电极，两个电极之间连接有电流表，两个减流装置之间连接有电压表。本发明提出的技术方案，通过将改进RED装置的结构和优化离子交换膜性能相结合以提高系统的功率密度以及发电效率，加快反向电渗析发电商业化应用的进程。

Description

一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置

技术领域

本发明属于盐差能发电设备技术领域，涉及一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置。

背景技术

盐差能是两种离子浓度不同的溶液之间所存在的势能，是一种物理化学能，主要存在于河流入海口及内陆盐湖、盐矿中。反电渗析法即利用离子交换膜把两种不同浓度的溶液隔离开，离子会从浓度高的地方向浓度低的地方定向移动，结合离子交换膜的特性如选择透过性可以有效的透过离子，以达到利用盐差能发电的目的。

在众多形式的海洋能中，盐差能发电可利用性最大。通常淡、海水(盐度为3.5％)之间的电位差可相当于230m至250m的水头，我国海岸线狭长，海域广阔，入海口极多，流量大，在各入海口均蕴藏着巨大的能量。据数据统计，我国河流每年入海的流量大概为1.7×10¹²～1.8×10¹²m³，盐差能的储存约为3.89×10¹⁸J，理论功率约为26×10¹¹W。因此，在能源体系迫切需要多元化的今天，我国发展海洋盐差能发电具有极大的发展潜能和战略意义。

国际上利用不同浓度溶液所具有的能量的方法大致有三种，即渗透压能法(PRO)、蒸气压能法以及反向电渗析法(RED)。其中渗透压能法发电装置规模过大、发电成本大，蒸汽压能法则需要耗费大量的淡水资源，因此目前最具有研究潜力及前景的是反电渗析法盐差能发电。

而反向电渗析盐差能发电，由于溶液间的浓度差有限、发电过程中微观过程机理尚未阐明以及存在浓差极化等现象，使得反向电渗析系统发电的功率密度及发电效率较低。因此，本发明提出了一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，解决了现有技术中存在的发电功率密度小以及发电效率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种无隔板的反向电渗析盐差能发电装置，以离子交换膜装置为轴，两侧由内向外分别依次设置有第二衬垫、减流装置、第一衬垫、第一阳离子交换膜、垫片、电极，两个电极之间连接有电流表，两个减流装置之间连接有电压表。

本发明的特点还在于：

离子交换膜装置包括离子交换膜堆，离子交换膜堆上连接有第二循环泵。

离子交换膜堆上还连接有电对准装置，电对准装置包括纯铂丝，纯铂丝上串联有皮安表和交流电源。

离子交换膜堆包括多个离子交换膜对，离子交换膜对包括第二阳离子交换膜和阴离子交换膜，第二阳离子交换膜和阴离子交换膜之间均匀粘连有圆柱形颗粒，多个离子交换膜对之间均匀粘连有圆柱形颗粒。

圆柱形颗粒是用与第一阳离子交换膜、第二阳离子交换膜和阴离子交换膜相同的材料制成。

第一阳离子交换膜、第二阳离子交换膜和阴离子交换膜为均相膜。

第一阳离子交换膜、第二阳离子交换膜和阴离子交换膜均采用聚氯乙烯为骨架，第一阳离子交换膜和第二阳离子交换膜采用磺酸基作为交换基团，阴离子交换膜采用季铵基作为交换基团。

减流装置上连接有第一循环泵，减流装置包括鲁金毛细管，鲁金毛细管是一端为细端的玻璃管。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的无隔板反向电渗析盐差能发电装置发电的密度大、发电功率高；

(2)本发明提供的无隔板反向电渗析盐差能发电装置中的减流装置可以减小极化电流和溶液电阻的欧姆电位降，使得电压的测量更加精确。

(3)本发明提供的无隔板反向电渗析盐差能发电装置中粘连第二阳离子交换膜和阴离子交换膜中间的圆柱形颗粒，增大离子的导通面积，减小装置的内阻，进而增大反向电渗析装置的功率密度。

附图说明

图1是本发明一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置的结构示意图；

图2是本发明一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置中离子交换膜装置结构示意图；

图3是本发明一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置中电对准装置结构示意图；

图中，1.离子交换膜装置，2.减流装置，3.电极，4.垫片，5-a.第一阳离子交换膜，5-b.第二阳离子交换膜，6-a.第一衬垫，6-b.第二衬垫，7.电压表，8.电流表，9-a.第一循环泵，9-b.第二循环泵10.交流电源，11.皮安表，12.纯铂丝，13.阴离子交换膜

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，如图1所示，以离子交换膜装置1为轴，两侧由内向外分别依次设置有第二衬垫6-b、减流装置2、第一衬垫6-a、第一阳离子交换膜5-a、垫片4、电极3，两个电极3均为无毒铁氰化铜电极，两个电极3之间连接有电流表8形成测量电流的电路，两个减流装置2之间连接有电压表7以精确测量装置的输出电压；

如图2所示，离子交换膜装置1包括离子交换膜堆，离子交换膜堆上连接有第二循环泵9-b，离子交换膜堆包括多个离子交换膜对，离子交换膜对包括第二阳离子交换膜5-b和阴离子交换膜13，第一阳离子交换膜5-a、第二阳离子交换膜5-b和阴离子交换膜13为均相膜，第一阳离子交换膜5-a、第二阳离子交换膜5-b和阴离子交换膜13均采用聚氯乙烯为骨架，第一阳离子交换膜5-a和第二阳离子交换膜5-b采用磺酸基作为交换基团，阴离子交换膜13采用季铵基作为交换基团。

第二阳离子交换膜5-b和阴离子交换膜13之间均匀粘连有圆柱形颗粒，离子交换膜对之间均匀粘连有圆柱形颗粒，圆柱形颗粒是在离子交换膜的制膜模具上制成的，圆柱形颗粒的材料与阳离子交换膜和阴离子交换膜的材料相同，增大离子的导通面积，减小装置的内阻，进而增大反向电渗析装置的功率密度

如图3所示，电对准装置通过铂丝将离子交换膜堆与皮安表11、交流电压源10相连接，在进行发电前，离子交换膜堆接入电对准装置中，在交流电压大小为50V的情况下操作120s。在电对准过程中，通过交流电源的交流电脉冲，使离子交换膜的交换基团极化，形成更多的传离子交换膜通道，减小膜电阻，优化离子交换膜性能。

本发明一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，具体工作过程如下：发电开始前离子交换膜堆通过电对准部分来优化离子交换膜的选择透过性和防污性能，以防止溶液中的杂质离子影响装置产电性能。在将所使用的盐溶液采用自下而上的并流进料方式泵入发电装置中后，由于离子交换膜两侧浓度差的存在以及膜本身的选择透过性，溶液中的阴阳离子便会从浓度高的地方向浓度低的地方发生定向移动，形成内电流，电极室内的阴阳电极上便会发生氧化还原反应，此时接通负载电路，溶液中的内电流便会转化为电路中的外电流，达到盐差能发电的目的。

Claims (8)

1.一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，其特征在于，包括离子交换膜装置(1)，以所述离子交换膜装置(1)为轴、两侧由内向外分别依次设置有第二衬垫(6-b)、减流装置(2)、第一衬垫(6-a)、第一阳离子交换膜(5-a)、垫片(4)、电极(3)，两个所述电极(3)之间连接有电流表(8)，两个所述减流装置(2)之间连接有电压表(7)。

2.一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，其特征在于，离子交换膜装置(1)包括离子交换膜堆，所述离子交换膜堆上连接有第二循环泵(9-b)。

3.根据权利要求2所述的一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，其特征在于，所述离子交换膜堆上还连接有电对准装置，所述电对准装置包括纯铂丝(12)，所述纯铂丝(12)上串联有皮安表(11)和交流电源(10)。

4.根据权利要求2所述的一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，其特征在于，所述离子交换膜堆包括多个离子交换膜对，所述离子交换膜对包括第二阳离子交换膜(5-b)和阴离子交换膜(13)，所述第二阳离子交换膜(5-b)和阴离子交换膜(13)之间均匀粘连有圆柱形颗粒，多个所述离子交换膜对之间均匀粘连有圆柱形颗粒。

5.根据权利要求4所述的一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，其特征在于，所述圆柱形颗粒是用与第一阳离子交换膜(5-a)、第二阳离子交换膜(5-b)和阴离子交换膜(13)相同的材料制成。

6.根据权利要求1及权利要求4所述的一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，其特征在于，所述第一阳离子交换膜(5-a)、第二阳离子交换膜(5-b)和阴离子交换膜(13)为均相膜。

7.根据权利要求6所述的一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，其特征在于，所述第一阳离子交换膜(5-a)、第二阳离子交换膜(5-b)和阴离子交换膜(13)均采用聚氯乙烯为骨架，第一阳离子交换膜(5-a)和第二阳离子交换膜(5-b)采用磺酸基作为交换基团，阴离子交换膜(13)采用季铵基作为交换基团。

8.根据权利要求1所述的一种无隔板反向电渗析盐差能发电装置，其特征在于，所述减流装置(2)上连接有第一循环泵(9-a)，所述减流装置(2)包括鲁金毛细管，所述鲁金毛细管是一端为细端的玻璃管。

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