CN114667368A - 利用离心力具有自发电功能的制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，更具体地，它具有利用离心力产生电能的自发电功能，因此在电解水制氢的过程中可以利用自发电产生的电能，从而最大限度地减少电解水的外部电力供应，因此，本发明涉及一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，可以创新性地降低制氢成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，更具体地，它具有利用离心力的自发电功能，因此在电解水的过程中可利用自发电产生的电能来生产氢气，从而最大限度地减少电解水的外部电力供应。因此，本发明涉及一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，能够创新性地降低制氢成本。
背景技术
氢气易燃，燃烧热值高，不产生污染物，因此被认为是用于普通燃料、氢能汽车、氢动力飞机、燃料电池、核能等的清洁能源。
这种制氢的常规方法是通过对石油、天然气、煤等烃化合物的重整反应生成。
然而，这种传统方法存在产生污染物的问题，因为在制氢过程中产生的碳会生成二氧化碳，而二氧化碳是全球变暖的原因。
为解决这个问题，目前正在开发利用电解制氢装置，这是一种向含有电解质等的水中施加电能，随着水分子的分解在阳极侧产生氧气阴极侧产生氢气的装置。
也就是说，所述的制氢装置通常是由一对外壳构成，其上具有进水和出水的入口和出口，外壳内设有阳极板和阴极板，在阳极板和阴极板之间设有离子膜，当水通过基于离子膜、阳极板和阴极板形成的外壳两侧的空间时，水分子被电解生成氢气和氧气。
虽然使用电解法的制氢装置具有不产生污染物的优点，但因制氢所获得的销售额中约有20％以上是用于电解所需的电费，因此制氢成本非常高。
发明详述
技术性课题
本发明是为了解决上述现有技术中存在的问题而设计的，本发明的目的在于在水的电解过程中使用自身发电所产生的电能从而最大限度地减少电解水所需的外部电力供应，因此，本发明提供一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，能够创新地降低制氢所需的成本。
技术方案
为达到上述目的，本发明
其特征在于，包括固定在地面上的支撑架，可旋转地连接到支撑架上并包含多个发电模块和多个电解模块的旋转部，以及与旋转部连接以控制旋转部的旋转和控制向电解模块供水的控制部。
此时，旋转部其特征在于，包括可旋转地设置到支撑架的主轴、连接并设置在主轴和电解模块之间的管道部、固定发电模块和电解模块的固定架，以及设置在支撑架上以支撑发电模块旋转的环形固定轨道。
另外，所述管路部其特征在于，包括从主轴向电解模块供水的供水管，将电解模块中产生的氢气通过主轴排出的氢气排放管以及将电解模块中的水和氧气从通过主轴排出的水/氧排放管。
并且，在所述固定架的外侧端设有一个几何环状安装架，其特征在于，在该安装架的外侧固定安装有多个电解模块，安装架的内侧设有与供水管相连的进水口、与氢气排放管相连的氢气排放口、与水/氧排放管连接的水/氧排放口，以及与发电模块相连的向电解模块分别提供(+)电极和(-)电极的第一和第二电极连接部。
此外，所述发电模块其特征在于，包括紧贴固定轨道内侧的滚轮，设置在滚轮下方以对滚轮施压使其紧贴固定轨道的滚轮辅助装置，将滚轮的旋转力转化为电能的发电机，以及固定设置在固定架上用于对发电机产生的电能进行充电并控制发电机驱动的电子装置。
然后，所述电解模块其特征在于，是由内部有膜的一对单元体组成的多个单元体串联而成，在这些单元体的上端分别设有(+)极和(-)极接地的第一和第二接地部以及向内部供水的单元体进水口，在单元体的一侧设有将内部生成的氢气排出的单元体氢气排放口，单位体的下端设有将内部的水和氧气排出的单元体水/氧排放口。
另外，所述主轴其特征在于，在其后方的端部设有向电解模块供水的注水部和将电解模块中的水和氧气排放到外部的水/氧排放部。
此外，所述控制部其特征在于，包括驱动主轴旋转的发动机、驱动上述发动机的电源、连接在发动机和主轴之间的皮带以及将外部的水供给到电解模块的泵。
发明效果
根据本发明，利用离心力具有自发电的功能，在电解水的过程中可以利用自发电产生的电能来产生氢气，从而最大限度地减少了电解水的外部电力供应，因此，具有创新性地降低制氢成本的显著效果。
附图说明
图1所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置的前面立体图。
图2所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置备的后面立体图。
图3是图2所示的本发明安装在旋转部上的电解模块的示意图。
图4是图2所示的本发明与支撑架连接的主轴后端部详细结构图。
图5是图2所示的本发明安装在旋转部上的发电模块详细结构图。
图6是图2所示的本发明电解模块的详细结构图。
图7所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置管道部的详细结构图。
图8所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置主轴内部详细结构图。
图9和图10所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置控制部的详细结构图。
图11所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置电解模块的内部结构图。
本发明的最佳实施方式
在下文中，将参照附图详细说明本发明利用离心力具有自发电功能的制氢设备的优选实施例。
图1所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置的正面立体图，图2所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置备的背面立体图，图3是图2所示的本发明安装在旋转部上的电解模块的示意图，图4是图2所示的本发明中与支撑架连接的主轴后端部的详细结构图，图5是图2所示的本发明安装在旋转部上的发电模块的详细结构图，图6是图2所示的本发明电解模块的详细结构图，图7所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置管道部的详细结构图，图8所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置主轴内部详细结构图，图9和图10所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置控制部的详细结构图，图11所示的是本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置电解模块的内部结构图。
本发明利用离心力具有自发电功能，使自发电产生的电能可在电解水的过程中用于产生氢气，从而最大限度地减少电解水的外部电力供应，因此，本发明涉及一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置(以下称为“制氢装置”)，可以创新地降低制氢成本，其结构如图1和图2所示，主要包括旋转部(1)、控制部(2)和支撑架(3)。
首先，所述支撑架(3)用于支撑本发明制氢装置，使其可固定安装在地面等的上面，与地面广泛接触的支撑部件和从支撑部件的上面凸出的一对固定部件可以一体成型。
然后，所述旋转部(1)可旋转地安装在支撑架(3)上，包含多个发电模块(10)和多个电解模块(110)，支撑架(3)和旋转部(1)整体上可设置成与游乐园等的摩天轮一样的形状。
也就是说,旋转部(1)其特征在于，包括发电模块(10)和电解模块(110)，发电模块(10)将旋转部(1)旋转产生的动能转化为电能从而产生电力，电解模块(110)利用发电模块(10)产生的电力通过电解水产生氢气，多个重型发电模块(10)设置在距旋转部(1)中心一定距离或更大距离处。在所述发电模块(10)的外侧同样设置了多个重型电解模块(110)，通过增加整体重量和旋转半径使发电效率最大化。
更详细而言，旋转部(1)包括主轴(5)、管道部(120)、固定架(7)、固定轨道(6)、发电模块(10)和电解模块(110)。首先，主轴(5)可旋转地设置在支撑架(3)上，具有中空形状，可作为向电解模块(110)提供水和从电解模块(110)排出氢气、氧气和水的通道。
即，主轴(5)设置在支撑架(3)的固定部件之间，由所述控制部(2)的发动机(23)驱动旋转。在所述主轴(5)的前端设有氢气排放部(21)，可将电解模块(110)生成的氢气排到外部，在主轴(5)的后端设有从外部向电解模块(110)供水的注水部(51)和将电解模块(110)排出的水和氧气排放到外部的水/氧排放部(52)。
此时，在图4和图9中，注水部(51)和水/氧排放部(52)设置在主轴(5)的后端，即本发明所述的制氢装置的后面，氢气排放部(21)设置在主轴(5)的前端，即本发明所述的制氢装置的前面，但根据需要，也可以选择性地将注水部(51)、水/氧排放部(52)和氢气排放部(21)设置在制氢装置的前面或后面。
此外，如图8所示，在主轴(5)的内部，分别单独设有向电解模块(110)供应水、从电解模块(110)排出氢气、水和氧气的通道，即分别设有与注水部(51)、氢气排放部(21)和水/氧排放部(52)相连的供水管连接部(1211)、氢气排放管连接部(1221)和水/氧排放管连接部(1231)。
而且，可在上述支撑架(3)和主轴(5)之间的联接部位设置轴承(30)，以使主轴(5)平稳地旋转。
然后，如图7和图8所示，管道部(120)设置在主轴(5)和电解模块(110)之间，包括供水管(122)、氢气排放管(121)和水/氧排放管(123)，以将外部的水提供给电解模块(110)，以及将电解模块(110)排出的氢气、水和氧气通过主轴(5)排放到外部。
也就是说，氢气排放管(121)设置在所述电解模块(110)的氢气排放口(112)与主轴(5)之间，以将电解模块(110)中电解水生成的氢气经氢气排放口(112)排出后传输到主轴(5)。供水管(122)设置在电解模块(110)的进水口(111)和主轴(5)之间，以将外部提供的水通过主轴(5)经进水口(111)传输到电解模块(110)内。水/氧排放管(123)设置在电解模块(110)的水/氧排放口(113)和主轴(5)之间，以将电解模块(110)中排出的水和氧气经水/氧排放口(113)传输到主轴(5)。
然后，在主轴(5)的外周面沿径向设有固定架(7)，用于固定发电模块(10)和电解模块(110)，固定架(7)的外端设有几何环状安装架(8)，安装架(8)的外侧可固定设置多个电解模块(110)。
更详细地说明，如图6所示，安装架(8)与沿径向设置在主轴(5)外周面上的多个固定架(7)的外端垂直连接，设置成几何环状以与主轴(5)同圆心设置。在安装架(8)的内侧分别安装有与供水管(122)相连的进水口(111)、与氢气排放管(121)相连的氢气排放口(112)、以及与水/氧排放管(123)相连的水/氧排放口(113)，使通过供水管(122)供应的水经进水口(111)提供给电解模块(110)，从电解模块(110)排出的氢气和水/氧气分别经氢气排放口(112)和水/氧排放口(113)通过氢气排放管(121)和水/氧排放管(123)排出。
此外，安装架(8)的内侧还设置有第一和第二电极连接部(114,115)，第一和第二电极连接部(114，115)分别用于将电解模块(110)的(+)(-)电极与发电模块(10)的电子装置(14)连接，以将电子装置(14)产生的电力提供给电解模块(110)。
然后，固定轨道(6)呈环形，并与支撑架(3)相连，用于支撑发电模块(10)的旋转。
如图2所示，固定轨道(6)的中心通过螺栓等紧固装置(4)设置在支撑架(3)的上端，在由中心朝向外侧形成放射状的多个连接构件的外侧端，包括由
形组成的环形加固构件，发电模块(10)的滚轮(12)紧贴固定轨道(6)的内侧，即环形加固构件的内侧，固定轨道(6)可支撑滚轮(12)旋转。
也就是说，与转动的旋转部(1)不同，固定轨道(6)固定在支撑架(3)上以保持其不旋转的固定状态，当旋转部(1)随主轴(5)旋转时，发电模块(10)的滚轮(12)紧贴固定轨道(6)会产生旋转力，此时发电模块(10)被设置为通过此时产生的旋转力产生电力，稍后将对其进行更详细的描述。
此外，所述发电模块(10)设置在距离旋转部(1)的中心一定距离的固定架(7)上，将旋转部(1)旋转所产生的动能转化为电能进行储存，所述旋转部(1)中可设置10个以上的发电模块(10)。
更具体地说，如图5所示，所述发电模块(10)包括滚轮(12)、滚轮辅助装置(13)、发电机(11)和电子装置(14)，滚轮(12)在旋转部(1)旋转时，通过与固定设置的环形固定轨道(6)的内侧紧贴进而产生用于发电的动能。
也就是说，当上述发电模块(10)和电解模块(110)分别为500kg，分别设置10个发电模块(10)和电解模块(110)时，旋转部(1)的总重量在10吨以上，发电模块(10)和电解模块(110)的串联设置也增大了旋转部(1)的旋转半径，使旋转部(1)的旋转力最大化。
此外，由固定轨道(6)支撑的旋转滚轮(12)，转速与旋转部(1)相比可增加数十倍以上，可提高发电模块(10)的发电效率，从而将电解模块(110)制氢所使用的外部电力最小化。
接着，滚轮辅助装置(13)设置在滚轮(12)的底部，起到压住滚轮(12)使其与固定轨道(6)紧贴的作用，滚轮(12)与固定轨道(6)之间的摩擦力因滚轮辅助装置(13)的加压而增大，从而提高滚轮(12)的转速。
此时，若在固定轨道(6)的内侧设置齿轮，将滚轮(12)设置为与该齿轮连接的小齿轮，那么在高速旋转期间会产生严重的摩擦和噪音，磨损会导致耐久性降低，因此该方法不可取。
其次，发电机(11)与滚轮(12)的旋转轴相连，以将滚轮(12)的旋转力转换为电能，由于可使用现有的发电机装置，所以省略详细的结构说明。
另外，虽然图中未示出，但在滚轮(12)的旋转轴上设有齿轮结构的减速器，以根据旋转部(1)的转速按一定比例调整滚轮(12)传递给发电机(11)的转速。
接下来，将电子装置(14)固定设置在固定架(7)上，并与发电机(11)相连，可用发电机(11)产生的电能进行充电，同时还可控制发电机(11)的驱动。
然后，上述电解模块(110)串联设置在发电模块(10)的外侧，利用发电模块(10)提供的电力将外部提供的水电解生成氢气，并将其排放到外部。
更具体地，如图11所示，上述电解模块(110)是由多个具有可容纳水的空间的单元模块(1101)串联而成的固定结构。
此时，所述单元模块的内部设有分离氢气的膜(未示出)，单元模块的上端分别设有(+)极和(-)极接地的第一和第二接地部(1105，1106)。
此外，在单元模块的上端还设有向内部供水的单元模块进水口(1102)，在单元模块的侧端设有单元模块氢气排放口(1103)，以将内部产生的氢气排出，在单元模块的下端设有单元模块水/氧排放口(1104)，以将内部的水和氧气排出。
所述单元模块的数量可根据需要调整，可通过与设置在安装架(8)上的进水口(111)、氢气排放口(112)、水/氧排放口(113)、第一电极连接部(114)和第二电极连接部(115)一体成型的紧固件来牢固地固定多个单元模块。
此时，如图2所示，为防止电解模块(110)受到外部冲击而损坏，可在电解模块(110)的外围设置覆盖构件(9)。上述电解模块(110)也可使用现有的各种形式的电解模块，虽然未示出。
然后，上述控制部(2)设置在旋转部(1)的前方或后方，用于控制旋转部(1)的旋转驱动以及向电解模块供水等，如图9和图10所示，可包括发动机(23)、电源部(22)、皮带(26)、水泵(24)。
更详细地说明，首先，上述发动机(23)用于提供使旋转部(1)的主轴(5)旋转的动力，例如可使用气动发动机或电动发动机等。
其次，所述电源部(22)为发动机(23)提供驱动电源，发动机(23)在使用气动发动机时，可向发动机(23)供给气压，在使用电动发动机时，可向发动机(23)供给电力。
再次，所述皮带(26)连接在发动机(23)和旋转部(1)的主轴(5)之间，将发动机(23)的旋转力传递给主轴(5)，使主轴(5)开始旋转。
也就是说，当发动机(23)驱动旋转部(1)旋转时，发动机(23)的旋转力通过皮带(26)传递给主轴(5)，旋转部(1)开始旋转，当旋转部(1)开始旋转后，旋转部(1)在重型发电模块(10)和电解模块(110)的离心力作用下旋转加速，从而使旋转部(1)即使在很小力的作用下也能连续旋转。
另外，所述水泵(24)与主轴(5)连接，将外部提供的水供给到电解模块(110)，在水泵(24)的驱动下，由注水部(51)供到主轴(5)的水通过供水管(122)和进水口(111)供到电解模块(110)的内部。
另一方面，虽然图中未示出，但是通过上述控制部(2)，可实时确认并控制旋转部(1)的旋转速度、电解模块(110)的供水速度、发电模块(10)向电解模块(110)供电的大小等等。
因此，根据上述本发明利用离心力具有自发电功能的制氢装置，利用离心力具有自发电的功能，可在电解水的过程中利用自身发的电来生产氢气，从而最大限度地减少电解水的外部电力供应，因此它具有创新性地降低制氢成本等各种优点。
上述实施例尽管已对本发明最优选的示例进行了说明，但并不仅局限于上述实施例，在不超出本发明技术思想的范围内可进行各种修改，这对本领域的技术人员是显而易见的。
工业适用性
本发明涉及一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，更具体地，它利用离心力具有自发电的功能，可在电解水的过程中利用自身发的电来生产氢气，从而最大限度地减少电解水的外部电力供应，因此，本发明涉及一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，能够创新地降低生产氢气所需的成本。
Claims (8)
1.一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，其特征在于，包括固定安装在地面上的支撑架，可旋转地安装在支撑架上并包含多个发电模块和多个电解模块的旋转部，以及与旋转部连接以控制旋转部的旋转驱动和向电解模块供水的控制部。
2.根据权利要求1所述的利用离心力具有自发电功能的制氢装置，其特征在于，所述旋转部包括可旋转地设置在所述支撑架上的主轴，设置在主轴与所述电解模块之间的管道部，固定发电模块和电解模块的固定架，以及设置在支撑架上以支撑发电模块旋转的环形固定轨道。
3.根据权利要求2所述的利用离心力具有自发电功能的制氢装置，其特征在于，所述管道部包括从所述主轴向所述电解模块供水的供水管，通过主轴将电解模块中生成的氢气排出的氢气排放管，以及通过主轴将电解模块中的水和氧气排出的水/氧排放管。
4.根据权利要求3所述的利用离心力具有自发电功能的制氢装置，其特征在于，在所述固定架的外端设有几何环状安装架，在安装架的外侧固定设有多个电解模块，安装架的内侧设有与供水管相连的进水口，与氢气排放管相连的氢气排放口，与水/氧排放管相连的水/氧排放口，以及与发电模块连接并分别为电解模块提供(+)和(-)电极的第一和第二电极连接部。
5.根据权利要求2所述的利用离心力具有自发电功能的制氢装置，其特征在于，所述发电模块包括紧贴所述固定轨道内侧旋转的滚轮，设置在滚轮底部并加压使滚轮紧贴固定轨道的滚轮辅助装置，将滚轮的旋转力转换为电能的发电机，以及固定设置在所述固定架上用发电机产生的电能进行充电并控制所述发电机的电子装置。
6.根据权利要求2所述的利用离心力具有自发电功能的制氢装置，其特征在于，所述电解模块由内部设置有膜的一对单元模块组成的多个单元模块串联而成，在单元模块的上端分别设有(+)极和(-)极接地的第一和第二接地部，以及向内部供水的单元模块进水口，在单元模块的一侧设有单元模块氢气排放口，以将内部生成的氢气排出，在单元模块的下端设有单元模块水/氧排放口，以排出内部的水和氧气。
7.根据权利要求2所述的利用离心力具有自发电功能的制氢装置，其特征在于，在所述主轴的后端设有用于向所述电解模块供应水的注水部和用于将电解模块排放的水和氧气排放到外部的水/氧排放部。
8.根据权利要求2所述的利用离心力具有自发电功能的制氢装置，其特征在于，所述控制部包括发动机，为主轴旋动提供动力，电源部，为发动机提供电源，设置在发动机和主轴之间的皮带，以及一个水泵，用于将外部的水供应到电解模块。
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