CN114000978B - 一种制氢储能设备及建筑物微风发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电设备领域，尤其是涉及一种制氢储能设备及建筑物微风发电系统。制氢储能设备包括水解制氢装置，通过发电设备向水解制氢装置供电，制备氢气和氧气，利用发电设备发出多余电量，相对于现有技术中，通过停机的方式避免电量过剩，提高了能源的利用率。将发电系统与建筑物结合，利用不同高度温差，以及烟囱原理，使风道里产生上升气流，通过气流的流动带动发电设备进行发电。此发电方式使用范围很广，可以与住宅、写字楼、厂房等进行结合。其只利用建筑物的高度，不需要独立的安装空间，避免对生态环境的影响。最主要的是，发电系统与建筑物结合，发电系统可以直接为建筑物进行供电，或者可以并网供电，解决了远距离输电成本高的问题。

Description

一种制氢储能设备及建筑物微风发电系统
技术领域
本发明涉及发电设备领域，尤其是涉及一种制氢储能设备及建筑物微风发电系统。
背景技术
能源与人类的生存密切相关，它是提高人民生活水平，发展世界文明的物质基础。现有的能源结构存在化石能源供应压力大、碳排放量大等问题。为了缓解环境压力，满足日益增长的能源需求，实现可持续发展，发展可再生能源就显得尤为重要；用可再生能源和原料全面取代化石资源是解决能源危机的重要出路。
风能是地球上分布最广，以及最清洁的能源之一，同时也是取之不尽用之不竭的可再生能源，风力资源比较丰富，能够产生较大的电量，虽然风力发电有诸多有点，但是其受外界环境影响较大，如有的风力较大，有时风力较小，同时还存在用电量波动的问题。现有技术中针对此问题大部分是在用电量少时，停用部分机组，虽然，能够解决用电量波动的问题，但是无法实现能源充分利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制氢储能设备，该制氢储能设备能够解决现有技术中无法实现能源充分利用；
本发明的另一个目的在于提供一种建筑物微风发电系统，其包括如以上所述的制氢储能设备。
本发明提供一种制氢储能设备，其包括水解制氢装置、提纯装置、储氢罐和储氧罐；
水解制氢装置与发电设备电连接，水解制氢装置与提纯装置的进口连接，提纯装置与储氢罐和储氧罐连通。
优选的，所述水解制氢装置包括电解槽、双极膜、阳极和阴极；
双极膜设置在电解槽内，并将电解槽分割成阳极室和阴极室；
阳极设置在阳极室内，并且阳极与发电设备的正极相连，阴极设置在阴极室内，并且阴极与发电设备的负极相连。
优选的，所述阳极室和阴极室分别与氧气缓冲罐和氢气缓冲罐连通。
优选的，所述提纯装置包括氢气冷凝罐、氢气干燥罐、氧气冷凝罐和氧气干燥罐；
氢气缓冲罐、氢气冷凝罐和氢气干燥罐依次通过管路连接；
氧气缓冲罐、氧气冷凝罐和氧气干燥罐依次通过管路连接。
优选的，所述氢气冷凝罐和氧气冷凝罐均包括罐体、气体管路和冷凝管路；
气体管路包括竖直管和水平管；
竖直管设置在罐体内，且竖直管的一端延伸至罐体的外侧，竖直管的另一端位于罐体内，且竖直管的下端与罐体底部之间存在间距；
水平管与一端与竖直管连通，另一端延伸至罐体的外侧，罐体底部还设置有排水口；
冷凝管路缠绕在竖直管上。
优选的，所述氢气干燥罐和氧气干燥罐均从上到下依次设置有多层干燥层，干燥层内填充有吸附材料。
优选的，所述吸附材料包括活性炭、污水氯化钙和硅胶颗粒。
一种建筑物微风发电系统，其包括如以上所述的制氢储能设备。
优选的，建筑物微风发电系统还包括风道、发电设备、进风腔和加热设备；
所述风道沿建筑物的高度方向设置，所述发电设备设置在建筑物的顶部，进风腔设置在建筑物的底部，加热设备设置在进风腔内；
所述风道的一端与发电设备连通，另一端与进风腔连通。
优选的，包括多个风道，多个风道分为主风道和侧风道；
所述侧风道上设置有多个进风口，且在进风口上设置有多个可开闭的风门。
有益效果：
在发电装置发电过量时，通过发电设备向水解制氢装置供电，制备氢气和氧气，利用发电设备发出多余电量，相对于现有技术中，通过停机的方式避免电量过剩，提高了能源的利用率。
将发电系统与建筑物结合，利用不同高度温差，以及烟囱原理，使风道里产生上升气流，通过气流的流动带动发电设备进行发电。此发电方式使用范围很广，可以与住宅、写字楼、厂房等进行结合。其只利用建筑物的高度，不需要独立的安装空间，避免对生态环境的影响。最主要的是，发电系统与建筑物结合，发电系统可以直接为建筑物进行供电，或者可以并网供电，解决了远距离输电成本高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式提供的建筑物微风发电系统的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式提供的散热器的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式提供的散热器的俯视图；
图4为本发明具体实施方式提供的加热设备的结构示意图；
图5为本发明具体实施方式提供的制氢储能设备的结构示意图；
图6为本发明具体实施方式提供的冷凝罐的结构示意图。
附图标记说明：
1：风道、2：发电设备、3：进风腔、4：加热设备、5：集风罩、6：消声器；7：制氢储能设备；
11：主风道、12：侧风道、13：风门；
41：散热器；42：加热器；43：储水罐；
411：散热管；412：翅片；413：供水管；414：排水管；415：主供水管路；416：主排水管路；
71：电解槽；72：双极膜；73：阳极；74：阴极；
75：氢气缓冲罐；76：氧气缓冲罐；77：氢气冷凝罐；78：氢气干燥罐；79：氧气冷凝罐；70：氧气干燥罐；
701：罐体；702：气体管路；703：冷凝管路；704：竖直管；705：水平管。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图5至图6所示，在本实施方式中提供了一种制氢储能设备，其包括水解制氢装置、提纯装置、储氢罐和储氧罐；
水解制氢装置与发电设备电连接，水解制氢装置与提纯装置的进口连接，提纯装置与储氢罐和储氧罐连通。
水解制氢装置与发电设备2电连接。在发电装置发电过量时，通过发电设备2向水解制氢装置供电，制备氢气和氧气，利用发电设备发出多余电量，相对于现有技术中，通过停机的方式避免电量过剩，提高了能源的利用率。
具体的，制氢储能设备包括电解槽71、双极膜72、阳极73和阴极74；双极膜72设置在电解槽71内，并将电解槽71分割成阳极室和阴极室。阳极73设置在阳极室内，并且阳极73与发电设备的正极相连，阴极74设置在阴极室内，并且阴极74与发电设备的负极相连。
需要说明的是：由于发电设备发出的电，可能是交流电或者直接电，当发电设备所发的电为交流电时，发电设备向阳极73、阴极74供电时，还需要设置交流-直流转换器。还可以理解的是，在发电设备向负载供电时，还可以根据需要设置滤波器等电器元件。需要进一步说明的是：本实施方式不涉及电路上的改进，发电设备向制氢储能设备供电所利用的电路均为现有电路。
制氢储能设备7在直流电的作用下，氢离子正在阴极74发生还原反应制得氢气，氢氧根离子在阳极73发生氧化反应制得氧气。
制氢储能设备还包括氢气缓冲罐75和氧气缓冲罐76；
阴极室和阳极室均为密闭腔室，氢气缓冲罐75通过氢气管路与阴极室连通，氧气缓冲罐76与阳极室连通。
制得的氢气和氧气中会含有水等杂质，故此，需要进一步提纯。制氢储能设备还包括提纯装置，通过提纯装置的设置能够去除氢气和氧气中的杂质。
提纯装置包括氢气冷凝罐77、氢气干燥罐78、氧气冷凝罐79和氧气干燥罐70。
氢气缓冲罐75、氢气冷凝罐77和氢气干燥罐78依次通过管路连接。
氧气缓冲罐、氧气冷凝罐和氧气干燥罐依次通过管路连接。
氢气冷凝罐77和氧气冷凝罐79均包括罐体701、气体管路702和冷凝管路703，气体管路702设置在罐体701内。
气体管路702包括竖直管704和水平管705，竖直管704设置在罐体701内，且竖直管704的一端延伸至罐体701的外侧，竖直管704的另一端位于罐体701内，且竖直管704的下端与罐体701底部之间存在间距，水平管705与一端与竖直管704连通，另一端延伸至罐体701的外侧，罐体701底部还设置有排水口。
冷凝管路703缠绕在竖直管704上。
水平管705位于罐体701外侧的一端为进气口，竖直管704位于罐体701外侧的一端为排气口，竖直管704位于罐体701内侧的一端为冷凝水出口。
由氢气缓冲罐75和氧气缓冲罐76排出的氢气、氧气分别进入对应的氢气冷凝罐77和氧气冷凝罐79，氢气和氧气分别在氢气冷凝罐77和氧气冷凝罐79中，利用冷凝的原理进行排水，两者原理一样，在本实施方式中，以氢气冷凝排水为例进行说明。此过程利用的氢气和水蒸气的沸点不同。待提纯的氢气由进气口进入水平管705，然后由水平管705进入竖直管704，气体在竖直管704中传输过程中，由于冷凝管路703内循环有冷却介质，水蒸气预冷后液化成冷凝水，冷凝水流入罐体701底部，气体会沿竖直管704的排气口排出。为了防止气体从竖直管704下端排出，竖直管704下端的设置位置低于罐体701内液体的液面。
氢气干燥罐78和氧气干燥罐70均从上到下依次设置有多层干燥层，干燥层内填充有吸附材料，吸附材料为活性炭、污水氯化钙和硅胶颗粒等，吸附材料可以根据需要设定。
氢气干燥罐78和氧气干燥罐70均包括进气口和排气口，氢气干燥罐78的进气口与氢气冷凝罐77的排气口连通，氧气干燥罐70的进气口与氧气冷凝罐79的排气口连通。氢气干燥罐78的排气口与储氢罐连通，氧气干燥罐70的排气口与储氧罐连通。
氢气和氧气在氢气干燥罐78和氧气干燥罐70中的利用的是吸附原理进行除水，两者的工作原理一致，在此以氢气为例进行说明，由氢气冷凝罐77排出的氢气通过氢气干燥罐78的进气口进入干燥罐，然后依次经过多层干燥层，经干燥层干燥后由氢气干燥罐78的排气口排出，最终存储在储氢罐中，相应的氧气存储在储氧罐内。
制氢储能设备还包括燃烧器和水循环管路，燃烧器的进气口与储氢罐和储氧罐向连通，并且在储氢罐、储氧罐与燃烧器的连接管路上设置有控制阀，控制阀用于控制供应氧气和氢气的供应比例。氢气和氧气在燃烧器处进行燃烧。水循环管路与加热罐连通，并通过水循环向加热罐内输送热水。
如图1至图6所示，本实施方式提供了一种建筑物微风发电系统，其包括风道1、发电设备2、进风腔3和加热设备4。
风道1沿建筑物的高度方向设置，发电设备2设置在建筑物的顶部，进风腔3设置在建筑物的底部，加热设备4设置在进风腔3内。
风道1的一端与发电设备2连通，另一端与进风腔3连通。
在本实施方式中，将发电系统与建筑物结合，利用不同高度温差，以及烟囱原理，使风道1里产生上升气流，通过气流的流动带动发电设备2进行发电。此发电方式使用范围很广，可以与住宅、写字楼、厂房等进行结合。其只利用建筑物的高度，不需要独立的安装空间，避免对生态环境的影响。最主要的是，发电系统与建筑物结合，发电系统可以直接为建筑物进行供电，或者可以并网供电，解决了远距离输电成本高的问题。
另外，建筑物微风发电系统还包括制氢储能设备，制氢储能设备可以利用发电系统所发出的多余电量，生产氢气和氧气，在风力不足时，通过氢气和氧气的燃烧为加热设备提供热量，增加风道底部和上部的温差，增大空气流动。即发电设备2为制氢储能设备进行供电，也是一种储能的手段，利用多余的电量制取氢气和氧气，氢气和氧气可以通过燃烧进行供热，如，氢气和氧气可以通过燃烧加热散热器内的循环水。
发电系统在工作过程中，在进风腔3和建筑物顶部气体温度差能够实现气体流动的情况下，不需要开启加热设备4。否则，开启加热设备4对进风腔3内的气体进行加热，气体受热后沿风道1上升，实现气体流动，气体流动带动发电设备2进行发电。可以理解的是，此处的发电设备2是风力发电设备2。
发电设备2包括多个风道1，多个风道1分为主风道11和侧风道12。
侧风道12上设置有多个进风口，且在进风口上设置有多个可开闭的风门13。
通过侧风道12的设置，能够将外界水平流动的自然风引入风道1内，增加风道1内风力大小。
主风道11和侧风道12的出口轴线交叉设置，通过两者排出的风，由于出风角度不同，会在出口处汇聚，在不同方向风的作用下形成螺旋风，形成类似龙卷风的效果。
另外，主风道11和侧风道12置于建筑物内，为建筑物融为一体，不改变建筑楼盘的外观结构，相互不干扰，不会产生噪音问题。
此处可开闭的风门13除了打开和关闭进风口的功能外，还具有调节进风口开度的功能，如在风门13上设置电动铰链，通过对电动铰链的控制，能够实现控制进风口的开度。由此，可以根据风力的大小实现调节进风口开度。
建筑物微风发电系统还包括集风罩5，风道1通过集风罩5与发电设备2连通。
集风罩5是下大上小的筒状结构，通过集风罩5的设置能够实现对风道1排出的风进行导向，对气流汇集后使气流进入发电设备2。由此，能够增大发电效率。
具体的，多个风道1并排设置。
且多个风道1的出口端均与同一集风罩5的进口连通，集风罩5的出口与发电设备2的进口连通。
多个风道1通过此种设置形式，能够使所有风道1内的气流均汇集到发电设备2。
发电设备2包括外壳、风叶和发电机。
外壳围绕形成的气流通道，风叶设置在气流通道内，并且风叶与发电机的电机轴连接。
风道1与气流通道连通。
具体的，外壳是筒状结构，筒状结构的进口与集风罩5的出口相对接。故此，由风道1内排出的气流，由集风罩5汇集后进入筒状外壳内，然后带动风叶转动，风叶带动发电机进行发电。
风叶采用的轴流式风叶，气流沿进风口轴向进入风叶(叶轮)。
电机轴上设置有飞轮。通过飞轮的设置，可以利用飞轮的惯性进行储能，如在建筑物的屋顶设备有设备层，电机和飞轮设置在设备层中。
另外，在发电设备的外壳上部还设置有消声器6，消声器6采用的是常规的管道消声器。通过消声器6的设置可以减少噪音污染。
参照图2至图4所示，加热设备4包括散热器41和加热器42。
加热器42包括加热管和加热罐，加热管设置在加热罐内，加热管与发电设备2连接。
加热罐和散热器41连通，并且加热罐和散热器41之间形成水循环系统。
需要说明的是，加热设备4是发电系统的一个辅助设备，发电设备2的空气流动主要依靠温差，以及烟囱效应产生的空气流动，以及侧风道12进入的自然风进行的发电。进风腔3设置在地下室内，在冬季地下室与楼层顶部的温差较大，此时，不需要加热设备4进行辅助加热进风腔3内的空气。当进风腔3和楼层底部温差较小时，需要开启加热设备4。
加热罐和散热器41之间设置有储水罐43。
储水罐43和加热罐连通，并且储水罐43和加热罐之间形成水循环系统。
储水罐43与散热器41连通，并且储水罐43与散热器41之间形成水循环系统。
储水罐43中的热水可以提供生活用水。
散热器41包括散热管411、翅片412、供水管413和排水管414。
供水管413和排水管414成对设置，每对供水管413和排水管414之间均设置有多个并排设置的散热管411，散热管411上设置有多个均匀分布的翅片412。散热器41包括多对供水管413和排水管414。
多个供水管413与同一主供水管路415连通，多个排水管414与同一主排水管路416连通。
主供水管路415与储水罐43的排水口连通，主排水管路416与储水罐43的进水口连通。储水罐43中的水通过主供水管路415流入每根供水管413，在由供水管413流入散热管411，经散热管411散热后的水流入排水管414，排水管414中水经主排水管路416汇集后经储水罐43的进水口返回储水罐43。
散热管411沿竖直方向设置，通过散热管411沿竖直方向的设置，能够增加散热管411与空气之间的接触面积，便于对空气的加热。另外，供水管413设置在上部，排水管414设置在下部，这样有利用水循环。另外，可以理解的是，涉及到水循环的循环泵、阀门等结构，本实施方式均采用的常规结构。
发电量和用电量是有波动的。以用电量有波动为例，如夜晚用电量较低，白天用电量较高，夜晚用电量较低时，可以利用发电系统产生的电量对储水罐内的水进行加热，将热水储存在储水罐内。在白天用电量高时，关闭加热管，以及停止加热罐与储水罐之间的水循环。此时，利用储水罐和散热器之间水循环，对散热器进行加热，实现散热器对进风腔3内的空气进行加热。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种建筑物微风发电系统，其特征在于，包括制氢储能设备、风道、发电设备、进风腔和加热设备；
制氢储能设备包括水解制氢装置、提纯装置、储氢罐和储氧罐；
水解制氢装置与发电设备电连接，水解制氢装置与提纯装置的进口连接，提纯装置与储氢罐和储氧罐连通；
所述风道沿建筑物的高度方向设置，所述发电设备设置在建筑物的顶部，进风腔设置在建筑物的底部，加热设备设置在进风腔内；
所述风道的一端与发电设备连通，另一端与进风腔连通；
发电设备包括多个风道，多个风道分为主风道和侧风道；
所述侧风道上设置有多个进风口，且在进风口上设置有多个可开闭的风门；
主风道和侧风道的出口轴线交叉设置。
2.根据权利要求1所述的建筑物微风发电系统，其特征在于，所述水解制氢装置包括电解槽、双极膜、阳极和阴极；
双极膜设置在电解槽内，并将电解槽分割成阳极室和阴极室；
阳极设置在阳极室内，并且阳极与发电设备的正极相连，阴极设置在阴极室内，并且阴极与发电设备的负极相连。
3.根据权利要求2所述的建筑物微风发电系统，其特征在于，所述阳极室和阴极室分别与氧气缓冲罐和氢气缓冲罐连通。
4.根据权利要求3所述的建筑物微风发电系统，其特征在于，所述提纯装置包括氢气冷凝罐、氢气干燥罐、氧气冷凝罐和氧气干燥罐；
氢气缓冲罐、氢气冷凝罐和氢气干燥罐依次通过管路连接；
氧气缓冲罐、氧气冷凝罐和氧气干燥罐依次通过管路连接。
5.根据权利要求4所述的建筑物微风发电系统，其特征在于，所述氢气冷凝罐和氧气冷凝罐均包括罐体、气体管路和冷凝管路；
气体管路包括竖直管和水平管；
竖直管设置在罐体内，且竖直管的一端延伸至罐体的外侧，竖直管的另一端位于罐体内，且竖直管的下端与罐体底部之间存在间距；
水平管与一端与竖直管连通，另一端延伸至罐体的外侧，罐体底部还设置有排水口；
冷凝管路缠绕在竖直管上。
6.根据权利要求4所述的建筑物微风发电系统，其特征在于，所述氢气干燥罐和氧气干燥罐均从上到下依次设置有多层干燥层，干燥层内填充有吸附材料。
7.根据权利要求6所述的建筑物微风发电系统，其特征在于，所述吸附材料包括活性炭、污水氯化钙和硅胶颗粒。
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