CN202586809U

CN202586809U - 一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置

Info

Publication number: CN202586809U
Application number: CN 201220251217
Authority: CN
Inventors: 胡以怀; 杨捷; 葛伟波; 高方方
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-30

Abstract

本实用新型公开了一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置，它包括由阴、阳离子交换膜分隔而成的膜隔室组，设置于膜隔室组两侧的阳极电极室和阴极电极室，以及两端分别连接阳极电极室和阴极电极室的外部负载。本实用新型的有益效果在于：能充分利用淡海水中的盐差能，提高离子交换膜的工作效率，提高发电效率。

Description

一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置

技术领域

本实用新型涉及海水发电领域，具体的说，特别涉及到一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置。

背景技术

现今，由于矿物燃料的使用存在这许多的缺点，比如产生温室气体、资源匮乏、排放出有害物质等，使得对清洁的可持续利用的能源的需求变得越来越迫切。如今可持续的能源的来源包括太阳能、风能、生物质能和水能、潮汐能、海浪能、地热能和海洋热能等。其中盐差能是一种新型的很有研发潜力的清洁能源。

盐差能是不同盐浓度的水混合产生的一种化学电位差能。在全球各大河流的入海口亦即咸淡水交汇处都有丰富的盐差能资源。专家估计，全球潜在的的盐差能资源有大约2.8TW，完全能满足全球电力需求（2TW），这也相当于目前全球能源总需求的20％，其中我国可供利用的约有0.125TW。据统计，我国沿海江河每年的入海径流量约为1.7×10¹²～1.8×10¹²m³，其中主要江河的年入海径流量约为1.5×10¹²～1.6×10¹²m³，沿海盐差能资源蕴藏量约为3.9×10¹⁸J，理论功率约为1.25×10¹¹W。其中长江口及以南的大江河口沿海的资源量占全国总量的92.5%，理论功率估计为0.86×10¹¹KW。盐差能资源可无限利用，不会产生NO_x和CO₂等污染气体，无热污染和放射性污染，是一种可再生的蓝色海洋能源。

传统仅有的少数几种反电渗析发电装置盐差能利用率低、膜工作效率低、装置发电效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置，采用横向并行进水方式，向每个淡、海水腔室源源不断地提供淡、海水，保证总流量大；膜结构由离子交换膜通过一定的深度、形状受压形成，进水通道与出水通道之间的膜设置成凹槽状，使得河、海水能够接连不断均匀地到达进水通道与出水通道的各个角落，与离子交换膜得到充分的接触，并增加了河水、海水与膜的接触面积，提高了发电单元的工作效率。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置，其特征在于，它包括由阴、阳离子交换膜分隔而成的膜隔室组，设置于膜隔室组两侧的阳极电极室和阴极电极室，以及两端分别连接阳极电极室和阴极电极室的外部负载。

在本实用新型的一个实施例中，所述膜隔室组包括支架和膜结构，膜隔室组包含的室体间隔设置为淡水腔室和海水腔室。

在本实用新型的一个实施例中，所述淡水腔室和海水腔室包括进水口、出水口、与进水口连通的进水通道、与出水口连通的出水通道、以及位于进水通道和出水通道之间的通水槽。

在本实用新型的一个实施例中，所述阳极电极室包括最外层的阴离子交换膜、支架和阳极，阴极电极室包括最外层的阳离子交换膜、支架和阴极。

在本实用新型的一个实施例中，所述外部负载通过外导线连接阳极电极室和阴极电极室。

本实用新型的有益效果在于：能充分利用淡海水中的盐差能，提高离子交换膜的工作效率，提高发电效率。

附图说明

图1为本实用新型所述的海水发电装置的结构示意图。

图2为本实用新型所述的淡水腔室的结构示意图。

图3为本实用新型所述的海水腔室的结构示意图。

图4为本实用新型所述的海水发电装置的原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型所述的一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置，它包括由阴、阳离子交换膜分隔而成的膜隔室组100，设置于膜隔室组两侧的阳极电极室200和阴极电极室300，以及两端分别连接阳极电极室和阴极电极室的外部负载400；所述膜隔室组包括支架和膜结构，膜隔室组包含的室体间隔设置为淡水腔室和海水腔室；所述阳极电极室包括最外层的阴离子交换膜、支架和阳极，阴极电极室包括最外层的阳离子交换膜、支架和阴极；所述外部负载通过外导线连接阳极电极室和阴极电极室。

如图2和图3所示，所述淡水腔室和海水腔室包括进水口110、出水口120、与进水口连通的进水通道111、与出水口连通的出水通道122、以及位于进水通道和出水通道之间的通水槽130。

如图4所示，所述横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置中的阳离子交换膜C本身含有负电荷，允许阳离子朝着阴极的方向渗透，阴离子交换膜A本身含有正电荷，允许阴离子朝着阳极的方向渗透。膜与膜之间分割成的空间是淡、海水腔室。淡水腔是用以流经盐浓度低的水，如河水、湖水、淡化水等。海水腔是用以流经盐浓度高的水，如海水、浓缩水等。淡水和海水进入膜腔室后，两种溶液之间的化学电位差使得水中的阳离子（主要是Na⁺）透过膜流向阴极，阴离子（主要是Cl^-）透过膜流向阳极，使得膜隔室中海水的盐浓度减小，而淡水的盐浓度增大，海水、淡水变成一定盐浓度的微咸水，微咸水经管路排出。同时淡水、海水以一定的速度保持不间断地排进膜隔室，保证膜的工作效率达到最优。最外层离子交换膜与电极构成了电极室。电极水在阴阳电极室中循环流动，阳极电极室中阳极表面发生氧化反应，阴极电极室中阴极表面发生还原反应，从而实现电子的转移。阴阳离子的移动使阴阳两极之间形成了电势差，用外导线连接阴阳两极，就可以产生电能。

膜技术是反电渗析法的核心所在。反电渗析法中的阴阳离子交换膜材料要求对相应的离子有高选择透过性和高导电率。不过这种离子交换膜的使用寿命长（大约10年），而且即使膜破裂了也不会给整个电池带来严重影响，例如300个隔室组成的系统中有一个膜损坏，输出电压仅减少0.3%。欧盟Wetsus研究所也通过对几种不同浓度的溶液试验研究认为，装置发电的有效膜面积是总膜面积的80%。

该膜腔室由支架和膜结构两部分组成。膜结构包括进水通道、出水通道及通水槽，它们均是由离子交换膜通过一定的深度、形状受压形成。支架为膜结构提供了稳固的作用。在膜腔室的两端设有进出水孔，进水通道与出水通道之间的膜设置成凹槽状，这些凹槽称为通水槽。河水、海水进入进水孔后，由于通水槽的高度限制，迫使河水、海水从进水通道四周的通水槽流过到达出水通道，然后流经出水孔排出膜腔室。通水槽的设置使河水、海水必须流经流水槽才能从进水通道到达出水通道，这样河、海水能够接连不断均匀地到达进水通道与出水通道的各个角落，与离子交换膜得到充分的接触。另外，通水槽的设置增加了河水、海水与膜的接触面积，提高了发电单元的工作效率。将多个发电单元串联起来可以得到更高的发电效率。

假如海水密度为30gNaCl/L，河水密度为1gNaCl/L，膜面积为10×10cm²，每个单元之间的电位差达到140-160mV，最大发电功率密度可达到0.93W/m²。如果将多个发电单元串联起来，将得到很高的电能。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征以及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置，其特征在于，它包括由阴、阳离子交换膜分隔而成的膜隔室组，设置于膜隔室组两侧的阳极电极室和阴极电极室，以及两端分别连接阳极电极室和阴极电极室的外部负载。

2.根据权利要求1所述的一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置，其特征在于，所述膜隔室组包括支架和膜结构，膜隔室组包含的室体间隔设置为淡水腔室和海水腔室。

3.根据权利要求2所述的一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置，其特征在于，所述淡水腔室和海水腔室包括进水口、出水口、与进水口连通的进水通道、与出水口连通的出水通道、以及位于进水通道和出水通道之间的通水槽。

4.根据权利要求1所述的一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置，其特征在于，所述阳极电极室包括最外层的阴离子交换膜、支架和阳极，阴极电极室包括最外层的阳离子交换膜、支架和阴极。

5.根据权利要求1所述的一种横向进水叠加式盐差能反电渗析发电装置，其特征在于，所述外部负载通过外导线连接阳极和阴极。