CN114318363A - 一种基于海水的发电和制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学电源与氢能源技术领域，具体涉及一种基于海水的发电和制氢装置，包括：水箱、海水发电装置、液面控制器、捕雾器、水泵、氢气干燥纯化系统、储氢罐、出气口、正负极输出导线、和排水口；所述海水发电装置由单节或两节及以上海水电池经串联、并联或串并混联而成；氢气则由海水电池一侧的析氢阴极制得，依次经过捕雾器和氢气干燥纯化系统后进入储氢罐储存。本发明结构设计简单、易于推广，在产生电能的同时能够从海水中获取氢能，克服了传统海洋能源的不稳定性与使用限制，不仅能为沿海固定设施提供能源，还可以为船舶及海洋装备等移动设施提供能源，对面向远洋资源的探索和开发意义重大。
Description
技术领域
本发明属于化学电源与氢能源技术领域，具体涉及一种基于海水的发电和制氢装置。
背景技术
随着传统化石燃料的逐步枯竭，全球能源危机日益严峻，新能源的开发与利用迫在眉睫。浩瀚的海洋，占据地球表面积的71％和总水量的97％，不仅蕴藏着丰富的矿产资源，更有取之不尽，用之不竭的海洋能源。传统海洋能源主要包括潮汐能、波浪能、海流能、潮流能、温差能等等，尽管蕴藏量大，并且可以持续再生，但存在分布不均、密度低、能量多变和不稳定等问题。显然，传统海洋能源的实际应用受到很大限制，难以用于移动的船舶及海洋装备等设施上，不利于面向远洋的探索和开发。因此，开发一种基于海水的稳定新能源系统具有重要实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于海水的发电和制氢装置，其优势在于该装置不仅能够利用海水发电的同时获取氢能，而且能够作为船舶及海洋装备稳定的移动电源，进而有效解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供技术方案为一种基于海水的发电和制氢装置，其特征在于包括：水箱、海水发电装置、液面控制器、捕雾器、水泵、氢气干燥纯化系统、储氢罐、出气口和排水口。
所述海水发电装置由单节或两节及以上海水电池经串联、并联或串并混联而成，并置于水箱底部；所述海水电池由镁合金阳极、析氢阴极、隔膜和正负极输出导线组成；
所述液面控制器置于水箱内，与水泵连接；所述捕雾器位于水箱上部，与出气口相连；所述出气口连接氢气干燥纯化系统，右侧与储氢罐相连；所述排水口位于水箱底部。
所述海水发电装置以天然海水为电解质，海水在水箱中处于循环状态，通过水泵进入水箱，并由水箱底部的排水口排出。
氢气由海水电池一侧的析氢阴极制得，所得氢气经捕雾器除去小液滴，由出气口端进入氢气干燥纯化系统，进一步干燥提纯后进入储氢罐。
所述镁合金阳极为商用AZ31、AZ61和AZ91合金中的一种或两种；所述析氢阴极由泡沫镍和直接生长的析氢催化剂组成；所述析氢催化剂为金属硫化物、金属氧化物、金属磷化物中的一种或两种，所述隔膜为聚乙烯或聚丙烯材料中的一种。
所述排水口为常开状态，且单位时间内排水量小于水泵的进水量；所述液面控制器通过控制水泵启动和停止来实现储水箱内海水水位自动检测与控制，保证水箱内海水水位始终处于一定范围内。
与现有技术相比，本发明一种基于海水的发电和制氢装置的优势在于：
1、本发明结构设计简单、易于推广，有效利用了取之不尽的海水资源；
2、本发明在产生电能的同时能够从海水中获取氢能，是利用海水制氢的有效方案；
3、本发明克服了传统海洋能源的不稳定性与使用限制，不仅能为沿海固定设施提供电能，还可以为船舶及海洋装备等移动设施提供电能，对面向远洋资源的探索和开发意义重大；
4、本发明以天然海水作为一种流动电解质，有利于稳定pH值，并有效避免两极反应物的沉积，提升海水电池的发电功率与寿命。
附图说明
图1为本发明一种基于海水的发电和制氢装置的结构原理示意图，其中附图标记如下：1-水泵、2-储水箱、3-液面控制器、4-捕雾器、5-析氢阴极、6-隔膜、7-镁合金阳极、8-正负极输出导线、9-出气口、10-氢气干燥纯化系统、11-储氢罐、12-排水口。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明技术方案做进一步说明。需要强调的是，本实施例仅限于解释本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。
实施例
请参照图1，一种基于海水的发电和制氢装置包括水泵1、水箱2、液面控制器3、捕雾器4、析氢阴极5、隔膜6、镁合金阳极7、正负极输出导线8、出气口9、氢气干燥纯化系统10、储氢罐11、排水口12。
其中，析氢阴极5、镁合金阳极7、隔膜6和正负极输出导线8组成海水电池，经串联、并联或串并混联构成发电装置，并置于储水箱2底部；析氢阴极5可由泡沫镍和直接生长的金属硫化物、金属氧化物、金属磷化物中的一种或两种构成，隔膜6为聚乙烯或聚丙烯材料中的一种，镁合金阳极7为商用AZ31、AZ61和AZ91合金中的一种或两种，正负极输出线8与阴阳极连接；析氢阴极和镁合金阳极的面积大小和间距可根据实际需求设定，进而有效调整海水电池整体输出功率，以满足不同设备、设施的实际应用需求。
捕雾器4位于水箱2上部，与出气口9相连；所述出气口9连接氢气干燥纯化系统10，所述氢气干燥纯化系统10与储氢罐11相连。由析氢阴极5制得的氢气经捕雾器4除去小液滴，由出气口9端进入氢气干燥纯化系统10，最后进入储氢罐11，该过程能够有效干燥与提纯氢气，方便其储存与使用。
液面控制器3置于储水箱2内，与水泵1连接，海水由水泵1进入水箱2，并由排水口12排出水箱2；所述排水口12处于常开状态，位于水箱2底部，便于海水及时排出；所述排水口12单位时间内排水量小于水泵1的进水量，以保证水箱内海水水位高于海水电池阴/阳极高度；海水在水箱2中处于循环状态，所述液面控制器3通过控制水泵1启动和停止来实现水箱2内海水水位的自动检测与控制，保证水箱2内海水水位始终处于一定高度范围，进而防止海水进入捕雾器4和出气口9。
本发明的工作流程：(1)启动水泵1，此时海水进入水箱2内，部分海水同时由排水口12排出；(2)当水箱内海水水位高于警戒水位时，液面控制器3启动，使水泵1停止工作；当水箱内海水水位低于警戒水位时，液面控制器3启动，使水泵1开始工作；(3)当海水电解质水位高于阴阳极时，由析氢阴极5、镁合金阳极7、隔膜6和正负极输出导线8组成的海水电池即可产生电流，并由正负极输出导线8导出；(4)海水电池工作同时，析氢阴极5开始析出氢气，在重力作用下与海水分离，并富集于水箱2上部空腔；(5)随着海水电池持续工作，析氢阴极5持续产生氢气，当氢气压力达到一定程度，开始进入捕雾器4初步除去小液滴；(6)氢气经捕雾器4进入排气口9，再进入氢气干燥纯化系统10，经过进一步干燥提纯后进入储氢罐11储存。
以上所述仅为本发明较佳实施例，仅限于解释本发明，而不用于限定本发明的范围；基于本发明技术方案的任何修改或替换都应包含在本发明保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于海水的发电和制氢装置，其特征在于包括：水箱、海水发电装置、液面控制器、捕雾器、水泵、氢气干燥纯化系统、储氢罐、出气口、正负极输出导线、和排水口；
所述海水发电装置由单节或两节及以上海水电池经串联、并联或串并混联而成，并置于储水箱底部；所述海水电池由镁合金阳极、析氢阴极、隔膜和正负极输出导线组成；
所述液面控制器置于储水箱内，与水泵连接；所述捕雾器位于水箱上部，与出气口相连；所述出气口连接氢气干燥纯化系统，右侧与储氢罐相连；所述排水口位于水箱底部。
2.根据权利要求1所述的一种基于海水的发电和制氢装置，其特征在于：所述海水发电装置以天然海水为流动电解质，海水在水箱中处于循环状态，通过水泵进入水箱，并由水箱底部的排水口排出。
3.根据权利要求1所述的一种基于海水的发电和制氢装置，其特征在于：氢气由海水电池一侧的析氢阴极制得，所得氢气经捕雾器除去小液滴，由出气口端进入氢气干燥纯化系统，进一步干燥提纯后进入储氢罐。
4.根据权利要求1所述的一种基于海水的发电和制氢装置，其特征在于：所述镁合金阳极为商用AZ31、AZ61和AZ91合金中的一种或两种；所述析氢阴极由泡沫镍和直接生长的析氢催化剂组成；所述析氢催化剂为金属硫化物、金属氧化物、金属磷化物中的一种或两种，所述隔膜为聚乙烯或聚丙烯材料中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于海水的发电和制氢装置，其特征在于：所述排水口为常开状态，且单位时间内排水量小于水泵的进水量；所述液面控制器通过控制水泵启动和停止来实现储水箱内水位自动检测与控制。
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