CN114667368B - 一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，包括支撑架3、旋转部1和控制部2，支撑架3固定安装在地面上以支撑旋转部1和控制部2，旋转部1设置为转轮状，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，电解模块110与发电模块10串联设置，为旋转部1提供旋转时的离心力；控制部2设置在旋转部1的轴向侧，以控制旋转部1的旋转和向电解模块110供水。本发明所提供的技术，利用离心力具有自发电的功能，可在电解水制氢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外部电力供应，因此，本发明能够创新性地降低制氢成本。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置。
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水制氢装置，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。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置，目的在于通过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，从而能够创新地降低制氢所需的成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案包括支撑架、旋转部和控制部，其中，支撑架固定安装在地面上以支撑旋转部和控制部，旋转部设置为转轮状，可旋转地安装在支撑架上，包含多个发电模块和多个电解模块，发电模块与电解模块串联，并沿旋转部的圆周方向设置，以增大旋转部的旋转半径为其提供旋转时的离心力；控制部设置在旋转部的轴向侧，以控制旋转部的旋转和向电解模块供水。
所述旋转部还包括主轴、管道部、固定架和固定轨道，主轴可旋转地设置在支撑架上，作为向电解模块提供水和从电解模块排出氢气、氧气和水的通道；管道部设置在主轴与电解模块之间，以将外部的水提供给电解模块，以及将电解模块排出的氢气、水和氧气通过主轴排放到外部；多个固定架在主轴的外周面沿径向设置，以固定发电模块和电解模块；固定轨道的中心固定设置在支撑架的上端，由中心沿径向呈放射状设置为环形并保持不旋转的固定状态，以支撑发电模块的旋转。
所述主轴具有中空形状，在其轴向端部设有氢气排放部、注水部和水/氧排放部，分别与设置在其内部的氢气排放管连接部、供水管连接部和水/氧排放管连接部相连，作为向电解模块提供水、将电解模块产生的氢气、水和氧气排放到外部的通道。
所述管道部包括供水管、氢气排放管和水/氧排放管，供水管与供水管连接部相连，以将经过主轴的水传输给电解模块，氢气排放管与所述氢气排放管连接部相连，以将电解模块中生成的氢气传输到主轴，水/氧排放管与所述水/氧排放管连接部相连，以将电解模块中排出的水和氧气传输到主轴。
在所述固定架的外端垂直设有环状安装架，与主轴同轴心设置；安装架的外侧固定设有多个电解模块，安装架的内侧设有电解模块的进水口、氢气排放口、水/氧排放口以及第一和第二电极连接部；进水口与所述供水管相连，以将外部提供的水经主轴传输给电解模块，氢气排放口和水/氧排放口分别与所述氢气排放管和所述水/氧排放管相连，以将电解模块生成的氢气和水/氧气分别经主轴排出，第一电极连接部和第二电极连接部分别与发电模块相连以向电解模块提供(+)电极和(-)电极。
所述发电模块设置在距旋转部中心一定距离的固定架上，包括滚轮、滚轮辅助装置、发电机和电子装置，滚轮紧贴固定轨道外侧端的径向内侧旋转，以产生用于发电的动能，滚轮辅助装置设置在滚轮的底部并加压使滚轮紧贴固定轨道，以提高滚轮的转速；发电机与滚轮的旋转轴相连，以将滚轮的旋转力转换为电能；电子装置设置在固定架上并与发电机相连以进行充电并控制发电机的驱动。
所述电解模块由多个内部设置有膜的单元模块串联而成；在单元模块的上端分别设有单元模块进水口、第一接地部和第二接地部，侧端设有单元模块氢气排放口，下端设有单元模块水/氧排放口；多个单元模块通过与进水口、氢气排放口、水/氧排放口、第一电极连接部和第二电极连接部一体成型的紧固件固定；电解模块的外围还设有覆盖构件，以防止受到外部冲击而损坏。
所述控制部包括发动机、电源部、皮带和水泵；皮带设置在发动机和主轴之间，以将发动机的旋转力传递给主轴使旋转部旋转；水泵与主轴相连，以将外部的水提供给电解模块。
发明效果
根据本发明，利用具有离心力自发电的功能，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。
附图1～图11中标注：
1-旋转部 2-控制部 3-支撑架 4-紧固装置 5-主轴
6-固定轨道 7-固定架 8-安装架 9-覆盖构件 10-发电模块
11-发电机 12-滚轮 13-滚轮辅助装置 14-电子装置
21-氢气排放部 22-电源部 23-发动机 24-水泵 26-皮带
30-轴承 51-注水部 52-水/氧排放部 110-电解模块 111-进水口
112-氢气排放口 113-水/氧排放口 114-第一电极连接部
115-第二电极连接部 120-管道部 121-氢气排放管 122-供水管
123-水/氧排放管 1101-单元模块 1102-单元模块进水口
1103-单元模块氢气排放口 1104-单元模块水/氧排放口
1105-第一接地部 1106-第二接地部
1211-供水管连接部 1221-氢气排放管连接部 1231-水/氧排放管连接部
具体实施方式
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。
本发明实施例提供一种利用离心力具有自发电功能的制氢装置(以下简称“制氢装置”)，可以创新地降低制氢成本，参考图1至图3，其结构主要包括旋转部1、控制部2和支撑架3。
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。
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。
旋转部1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的径向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。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。参考图4和图9，在主轴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。
注水部51和水/氧排放部52设置在主轴5的轴向后端，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的轴向前端，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。
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。
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。
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。
参考图5和图6，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，安装架8与在沿径向设置在主轴5外周面上的多个固定架7的外端垂直连接，设置成环状以与主轴5同轴心设置。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。
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分别用于与发电模块10的电子装置14连接为电解模块110提供(+)(-)电极，以将电子装置14产生的电力提供给电解模块110。
如图2和图5所示，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。
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，在由中心沿径向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外侧端的径向内侧，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。
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的径向内侧紧贴进而产生用于发电的动能。
当所述发电模块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。
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。
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。
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。
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。
所述电解模块110串联设置在发电模块10的径向外侧，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。
如图11所示，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。
所述单元模块1101的内部设有分离氢气的膜(未示出)，单元模块1101的上端分别设有(+)极和(-)极接地的第一和第二接地部1105、1106。
在单元模块1101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1101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1101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1101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。
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。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。
所述控制部2设置在旋转部1的轴向侧，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，包括发动机23、电源部22、皮带26、水泵24。
更详细地说明，所述发动机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。
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，电源部22可向发动机23供给气压，在使用电动发动机时，电源部22可向发动机23供给电力。
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。
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，但是通过所述控制部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实施例进行了说明，但并不仅局限于上述特点的实施例，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。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
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，本发明能够创新地降低制氢所需的成本。
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，包括支撑架(3)、旋转部(1)和控制部(2)；其中，支撑架(3)固定安装在地面上以支撑旋转部(1)和控制部(2)；旋转部(1)设置为转轮状，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)，发电模块(10)与电解模块(110)串联，并沿旋转部(1)的圆周方向设置，以为旋转部(1)提供旋转时的离心力；控制部(2)设置在旋转部(1)的轴向侧，以控制旋转部(1)的旋转和向电解模块(110)供水。
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(1)还包括主轴(5)、管道部(120)、固定架(7)和固定轨道(6)；主轴(5)可旋转地设置在所述支撑架(3)上；管道部(120)设置在主轴(5)与所述电解模块(110)之间；多个固定架(7)在主轴(5)的外周面沿径向设置，以固定所述发电模块(10)和电解模块(110)；固定轨道(6)的中心固定设置在支撑架(3)的上端，由中心沿径向呈放射状设置为环形并保持不旋转的固定状态，以支撑发电模块(10)的旋转。
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，在所述主轴(5)的轴向端部设有氢气排放部(21)、注水部(51)和水/氧排放部(52)，分别与设置在主轴(5)内部的氢气排放管连接部(1221)、供水管连接部(1211)和水/氧排放管连接部(1231)相连，作为向所述电解模块(110)提供水、将电解模块(110)产生的氢气、水和氧气排放到外部的通道。
4.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(120)包括供水管(122)、氢气排放管(121)和水/氧排放管(123)，供水管(122)与所述供水管连接部(1211)相连，氢气排放管(121)与所述氢气排放管连接部(1221)相连，水/氧排放管(123)与所述水/氧排放管连接部(1231)相连。
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，在所述固定架(7)的外端垂直设有环状安装架(8)，与所述主轴(5)同轴心设置；安装架(8)的外侧固定设有多个电解模块(110)，安装架(8)的内侧设有电解模块(110)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)，进水口(111)与所述供水管(122)相连，以将外部提供的水经主轴(5)传输给电解模块(110)，氢气排放口(112)和水/氧排放口(113)分别与所述氢气排放管(121)和所述水/氧排放管(123)相连，以将电解模块(110)生成的氢气和水/氧气分别经主轴(5)排出，第一电极连接部(114)和第二电极连接部(115)分别与发电模块(10)相连以向电解模块(110)提供(+)和(-)电极。
6.根据权利要求1或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(10)设置在距旋转部(1)中心一定距离的固定架(7)上，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)紧贴所述固定轨道(6)外侧端的径向内侧旋转，以产生用于发电的动能；滚轮辅助装置(13)设置在滚轮(12)的底部并加压使滚轮(12)紧贴固定轨道(6)，以提高滚轮(12)的转速；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；电子装置(14)设置在固定架(7)上并与发电机(11)相连以进行充电并控制发电机(11)的驱动。
7.根据权利要求1或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(110)由多个内部设置有膜的单元模块(1101)串联而成；单元模块(110)的上端分别设有单元模块进水口(1102)、第一接地部(1105)和第二接地部(1106)，侧端设有单元模块氢气排放口(1103)，下端设有单元模块水/氧排放口(1104)；多个单元模块(1101)通过与进水口(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)一体成型的紧固件固定；电解模块(110)的外围还设有覆盖构件(9)，以防止受到外部冲击而损坏。
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(2)包括发动机(23)、电源部(22)、皮带(26)和水泵(24)；皮带(26)设置在发动机(23)和所述主轴(5)之间，以将发动机(23)的旋转力传递给主轴(5)使所述旋转部(1)进行旋转；水泵(24)与主轴(5)相连，以将外部的水提供给电解模块(110)。
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