風光制氫及提煉重水的方法與設備的製作方法

2023-06-30 02:53:11 2

專利名稱：風光制氫及提煉重水的方法與設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能、風能互補轉換氫能提煉重水的方法與設備，特別涉及一種多功能、高效率、高質量、能大規模用風能、太陽能將水分解，製成高壓超純氫和提煉重水的方法與設備。
背景技術：
由於石化燃料的大量開採利用，造成能源的危機，且石化燃料的燃燒會給環境帶來很大汙染，從能源危機與環境汙染這兩方面來看，開發利用清潔的可再生能源是人們觀注的熱點也是必由之路。
人們在地球上生存需要友好的環境和豐富的能源，由此可見開發利用可再生能源是必由之路。我們要合理利用自然，利用科學技術竅門，把自然現象轉化成現實強大的物質財富，給人們生存提供永恆的生產力。
太陽能和風能都是古老的可再生的自然能源，可利用它們去發電，在開發利用的過程中都不汙染環境，不破壞生態，這兩種能源都是自然現象，取之不盡、用之不竭，是兩種有開發潛力的自然能源。雖然它們都可再生，但在開發時都有一定的缺陷。太陽能的缺陷是在晚上或陰天時不能發電，風能的缺陷是在無風時不能發電。因為風能和太陽能的無法貯存和流動利用，這給太陽能與風能的開發利用帶來了一定的困難。
由於以往沒有探索出合理的開發方案，因此讓這兩大能源就白白流失了，為了利用能源不讓其流失，人們設法解決貯能問題。對貯能採取的辦法是用蓄電池貯存的方法，將其太陽能和風能發出來的電進行貯存。
蓄電池貯存電的缺陷是由於蓄電池貯存的電能是有限的，不能適應較大的電量的需要。蓄電池的電用完後需要及時充電，如果不及時充電，電池就會暴廢，因太陽能與風能都有不經常的缺陷，所以不能及時給電池充電，還有廢舊的蓄電池也會給環境造成很大汙染，又由於蓄電池的容量小，因此使用蓄電池存能量不能滿足高生產力發展的實際要求。
目前，人們認為太陽能與風能的常規開發辦法在本領域已經無法進展了，特別是在蓄存方面，所以要想合理的開發清潔的可再生能源(太陽能與風能)我們必須跳出常規找到新的起點。在1994年5月11日第10卷第19號(總第426號)發明專利申請號92113039.2，發明名稱《風能換成氫能的方法與設備》已經從風能領域躍到了氫能領域，這個方案也是本人設計的。早在1992年11月3號由本人向專利局提交了專利申請，該方案是把風能發出來的電，通過電解水製備出氫氣和氧氣，用貯存氫的辦法代替了貯存電的方法。採用了風能和氫能互補開發利利用的科學原理，把風能換成氫能再貯存，解決了風能無法貯存的難題，這給風能開發利用指明了前進的方向，為風能的開發利用打下了良好的基礎。
以上公開的發明，技術缺陷是它是利用普通電解水的方法，水電解的效率低，輸出的氫氣壓力小，壓力只有3.0MPa，純度只達到99％，無法提煉重水，所以存在著缺陷。

發明內容
國家科研部產權報在2005年9月7日公開的發明專利說明書，公開號CN1664169A，申請號200410008339.2，發明名稱《風光制氫的方法及其轉置》其方法及裝置只是在1994年5月11日第10卷第19號，總第426號發明專利申請號92113039.2發明名稱《風能換成氫能的方法與設備》的基礎上，增加了太陽能發電裝置，採用了太陽能與風能互補制氫功法，擴大了綜合利用可再生能源的範圍，制氫部分缺陷已然存在，存在的缺陷是由於採用小裝置，不能適應大規模生產，它又只能生產普氫而不能生產出高壓超純氫產品，它沒有高效水電解裝置，所以它不能適應大規模生產，效率低，產品質量低不能收集氧氣，無法提煉重水。
為了提高效率和質量，本發明提供一種能適應大規模、多功能、高效率、高質量的將太陽能、風能轉換成氫能和提煉重水的方去與設備。


設備流程如圖1框圖圖中1為太陽能發電系統；圖中2為風力發電系統；圖中3為降壓器；圖中4為水電解氫氧系統；圖中5為氫、氧臨時貯存系統；圖中6為制高壓超純氫系統；圖中7為產品貯存系統。
圖2-1是邁尼爾太陽能發電形式，它包括太陽能集熱板組成的集熱器組1；集熱迴路2；循環泵3；熱交換器4；蒸氣迴路5；氣輪機6；發電機7；冷卻器8等。
圖2-2為立軸式萬向活門風力發電機組，它包括立軸9；變速輪10；力臂11；活動風門12；地輪13；軌道14；發電機15等。
圖2-3為直流脈衝電源供電式水電解氫氧部分，它包括變電降壓器16；直流脈衝電源器17；電解槽18；氣水分離器19；冷卻乾燥器20；循環泵21；電動機22；供水池23；重水集水池24；重水輸出管25；氫氣出口A、氧氣出口B等。
圖2-4為軟膽式容器，它但括鋼製外殼26；氧氣出口27；氫氣出口28；可調接容量大小的活動壓板29；膠製貯氫軟膽30；膠製貯氧欺膽31；閥門32；氫氣進口A′、氧氣進口B′等。
圖2-5為高壓超純氫設備，它包括催化脫氧乾燥淨化器33、33′；金屬氫化物終端壓縮器34、34′；產品貯存鋼瓶35、35′；閥門K1-K6、K1′-K6′以及連接管道等。
實施方式下面結合附圖對本發明的實施方式做進一步的說明圖2-1的太陽能發電系統是利用邁尼爾太陽能發電系統，也可用太陽能電池也發電型式，以邁尼爾發電型式為例。圖2-1的左半部分1是一排太陽能集熱板組成的集熱器組，這些集熱板能將陽光聚集在裝有液態金屬(如鈉)的管子上，集熱迴路中可產生560℃的熱量，把集熱迴路獲得熱量傳遞到一個熱交換器中，這個熱交換器又將熱量轉入蒸氣迴路圖2-1的5，這個蒸氣可產生540℃的高溫高壓蒸氣，來驅動氣輪發電機發出強大電能，作為水電解氫氧系統的電源。
圖2-2是萬向活門風力發電系統，以萬向活門風力發電系統為例，也可用各種類型的風力發電型式發電，作為太陽能發電互補電源。圖2-2的結構是圖2-2的9為主軸；11為力臂；12為活動風門，以上是萬向風力發動機三部分結構，其風力發動機能接收萬向風力，圖中12風門的設計在左關，右開，全部由外向中關閉，由中向外打開90度，本風力發電機是水平轉動型式，做功原理是當有風力發動機迎面衝擊時左邊風門自動關閉，右邊風門自動打開，左右力不等，產生了壓強差，風力發動機發生順時針方向轉動帶動發電機發電。給水電解氫氧系統提供電源，發電量跟發動機的規格與風速成正比例變化。
由圖2-1和圖2-2產生的電能經圖2-3變電降壓器16降壓後，再經直流脈衝電路17整製成高頻直流脈衝電流後，供給圖2-3的電解槽18，將電解槽內的電解液分解成氫氣和氧氣。電解液的濃度為25-28％(電解液的成份是氫氧化鉀)鉀起催化分解作用是催化劑，氫氣再經氣水分離器19分離後，再經圖2-3部分乾燥器20的幹噪，乾燥後的氫氣、氧氣分別經A、B、圖2-4 A′、B′送至圖2-4暫時貯存，並經輸出段C送至圖2-5的輸入段C′。圖2-4貯氫前先將閥門32打開放出貯氫軟膽內的雜質氣體，雜質氣體放出後，將閥門32關閉，用導管將圖2-4貯存的普氫純度為99％，工作壓力為0.8-1.5KPa普氫的純度質量差，工作壓力小，不附合實用要求。
氫是一種重要的工業原料，按其純度可為99％的普氫，99.99％的純氫，99.999％的高純氫和純度為99.9999％的超純氫。
市售的各種高壓氫均經過機械式壓縮或膜壓機壓縮，這種壓縮方式存在耗能高，安全性差，以及產生噪聲，洩漏油汙染等缺陷，且不適合用壓縮純度為99.9999％的超純氫。
圖2-4的普氫，經過圖2-5的催化脫氧乾燥淨化器33、33′交替催化脫氧乾燥淨化，再經過金屬氫化物終端淨化壓縮器34、34′交替進行吸氫淨化和加熱解吸，增壓壓縮可得到純度為99.9999％，壓為為15MPa的高壓超純氫產品，產品氫可用高壓鋼瓶貯存，也可鋼瓶內裝貯氫合金固態貯存和經液化液態貯存。
實施方式圖2-5中催化脫氧於燥淨化器33、33′採用不鏽鋼容器，內裝5kg鈀分子篩和35kg5A分子篩；金屬氫化物終端淨化壓縮器34、34′是一個用19根直徑38mm；長1200mm不鏽鋼管焊接成列管式熱交換器，內裝Mm0.75Ca、0.2Cu、0.05Ni、4.95Al、0.05氫化物。貯氫合金75kg催化脫氧乾燥淨化器33、33′內裝有脫氧催化劑和吸附乾燥劑。前者鈀分子篩，鈀氧化鋁，鈀碳纖維等，後者如分子篩矽膠活性碳等。
金屬氧化物終端壓縮淨化壓縮器內裝有貯氫合金，進行通水冷卻或加熱用的熱交換器。有貯氫合金解吸增壓壓縮階段採用熱水對合金氧化物終端淨化壓縮器34、34′，加熱97℃-100℃。
其內容公開的發明方法產生的有益效果是本結構特徵帶來的，特別是效率高，質量高，功能多，能大規模生產氫、氧和重水。產量根據風能、太陽能系統的發電量，產量與發電量成正比。風能與太陽能發電設備的設計規模在140kw/小時，分解1噸普通水，可生產高壓超純氫101.2kg產氧氣896kg能提煉重水0.15kg，效率達80％，工作壓力13-15MPa，純度可達99.9999％，氫的能量高，是石化燃料的2.8倍，能以氣態、液態和固態貯存。氫可用作氣割、氣焊、貴金熔煉；衛星、飛船的發射和燃料電池的發電；是高級燃料。在燃燒過程中，反應產物基本是水，不會汙染環境。
重水的提煉來源於普通水，重水在普通水裡的含量大約為每50噸普通水含重水7.5kg，由於電流分解水時普通的水的分子很容易被電流「拆開」成氫氣與氧氣，而重水幾乎不被電流分解，根據這一原理，當用電流分解電解液時，由於普通水在電解液中大量減少，重水的濃度便越來越大，最後把電解槽中含重水濃度大的電解液，從重水輸出管23，輸入重水集水池24中集存，再經蒸餾就可製得很純的重水。重水是現代原子能反應堆裡的減速劑，也可製成重氫。重氫是熱核反應堆的重要燃料。為了應對能源與環境挑戰實現可持續發展。本技術就能顯現明顯的效果。
本發明方案在該技術領域中取得了突破性的進展，把本學科向前推進了一大步，從此太陽能與風能可得到無限的開發利用。要實現合理利用自然，把自然轉換成現實強大的物質財富，給人們生存提供永恆的生產力。
經濟除購買設備外能源和原料不需投資，因能源是太陽和風，在轉化氫的過程中能得到很多的氧和貴重的重水，而重水是用於國防原子能製造的工業原料。
環保太陽能、風能和氫能全是清潔的安全且無公害的可再生能源，氫燃燒後的產物基本是水，不汙染環境，全設備在運轉過程中振動小，噪聲小，無汙染。
權利要求
1.一種高效風、光制氫及提煉重水的方法與設備，它有太陽能發電結構；風力發電結構；水電解制氫氣、氫氣結構；普氫和氧氣臨時貯存結構；制高壓超純氫結構等組合而成。其特徵在於它的太陽能發電結構採用了邁尼爾太陽能發電原理，也可採用太陽能電池型式。邁尼爾太陽能發電結構有太陽能集熱板組成的集熱器組1、集熱迴路 2、循環泵了 3、熱交換器 4、蒸氣迴路 5、汽輪機 6、發電機 7、冷卻器8；構成風力發電機採用立軸萬向話門式(也可採其它型式)。萬向話門風力發電機有立軸9、變速輪10、力臂11、話動風門12、地輪13、軌道14、發電機15等構成；水電解氫氧機有變電降玉器16、直流脈衝電源17、電解槽18、氣水分離器19、冷卻器20、循環泵21、電動機22、供水池23、重水集水池24、重水出水管25、氫氣出口A氧氣出口B等組成；普氫臨時貯存系統有鋼製外殼26、氧氣出口27、氫氣出口28、活動壓板29、膠製貯氫軟膽30、膠製貯氧軟膽31、閥門32、氫氣進口A′，氧氣進口B′等構成；制高壓超純氫結構有催化脫氧乾燥淨化器33、33′，金屬氫化物終端壓縮器34、34′，以及產品貯存鋼瓶35、35′，閥門K1-K6、K1′-K6′等，組合而成。
2.本發明所述的方法是通過太陽能發電系統將太陽轉化成電能，再通過風能發電系統將風能轉化電能，由風能、太陽能互補發電供給高效水電解氫氧系統。將電解槽中有催化劑的水電解成氫氣與氧氣，電解液組份氫氧化鉀，濃度為25-28％(重量百分比)，添加劑氯鉑酸含量和硝酸鑽的含量均為60-70ppm，一般在20-240ppm之間，含量太高效果不明顯，濃度太高成本上升，溶液用量1200升，每小時可分解氫氣101.2kg，分角氧氣896kg，提煉重水0.15kg，耗水2000kg，耗電140KW，氫氣的純度低，壓力低，純度只有99％，質量低，不符合實用要求，再製成高壓超純氫99.9999％，壓力15Mpa再經過制高壓超純氫系統加工成高壓超純氫產品，用高壓瓶貯存。
3.重水的提煉，重水來源於普水，大約每50噸普通水含重水7.5kg，根據這一原理，由於電解槽內普水不斷被大量電解，重水的濃度越來越大，把電解槽內含重濃度的電解液放出，經蒸餾就可製得很純的重水產品。
全文摘要
本發明涉及一種風、光制氫及提煉重水的方法與設備。它共有5大部分構成1.太陽能發電部分、2.風力發電部分、3.水電解氫氧部分、4.普氫貯存部分、5.制高壓超純氫部分等；圖2第一部分由太陽能集熱板組成的集熱器組1、集熱迴路2、循環泵3、熱交換器4、蒸氣迴路5、汽輪發動機6、發電機7、冷卻器8構成；圖2第二部分中由立軸9、變速輪10、力臂11、活動風門12、地輪13、軌道14、發電機15等構成。圖2第二部分中由變電降壓器16、直流脈衝電源器17、電解槽18、氣水分離器19、冷卻乾燥氣20、循環泵21、電動機22、供水池23、重水集水池24、重水輸出管25、氫氣出口A、氧氣出口B構成；圖2中第四部分中由鋼製外殼26、氧氣出口27、氫氣出口28、活動壓板29、膠製貯氫軟膽30、膠製貯氧軟膽31、閥門32、氫氣進口A′、氧氣進口B′構成；圖2第五部分中由催化脫氧乾燥淨化器33、33′、金屬氫化物終端淨化壓縮器34、34′；產品貯存鋼瓶35、35′以及連接管道；閥門K1～K6、K1′～K6′等構成。本設備以140KW規格每小時可產高壓超純氫101.2kg；產氧氣896kg；提煉重水0.15kg；耗水2000kg；效率90％；壓力13－15MPa；純度可達99.9999％。
文檔編號F03D9/00GK101024883SQ20071000256
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月29日 優先權日2007年1月29日
發明者劉書亭, 劉萌 申請人:劉書亭, 劉萌