利用循環水制氫技術的製作方法

2023-06-05 01:27:31

專利名稱：利用循環水制氫技術的製作方法
技術領域：
本發明屬水分解制氫技術，是一種新的制氫技術。
背景技術：
氫氣是一種公認的可再生的清潔能源，但由於現有的制氫技術，製取氫氣所需的 成本較高，使氫氣沒能得到廣泛的應用。

發明內容
本發明的目的在於降低製取氫氣的成本，使氫氣得到廣泛的應用。本發明的目的是這樣實現的，一種利用循環水制氫技術，主要包括水分解槽，分別 設立在水分解槽兩端的氫分離器和氧分離器以及水泵，通過在水分解槽中設立帶電金屬 板——帶正電的正極板和帶負電的負極板，使水分解槽中產生勻強電場，在勻強電場中設 立與帶電金屬板平行的電極板，使水分解槽中鹼性水溶液中的電離子在受勻強電場作用而 定向移動的過程中，在電極板上得失電子，生成氫氣和氧氣，使水被分解，利用循環水將吸 附在帶電金屬板附近的電離子不斷帶往電極板的另一側，使水分解槽中，不斷有電離子受 勻強電場作用而定向移動，並在電極板上得失電子生成氫氣和氧氣，使水不斷被分解。所述的水分解槽中，每一塊帶電金屬板大小相等，形狀相同，相互間平行排列，相 鄰兩塊帶電金屬板的正對面積為最大值，所帶電荷為異種電荷，每一塊帶電金屬板都被具 有耐腐蝕性的絕緣材料所包裹，只在帶電金屬板的上方或下方設一個活動絕緣封口。所述的水分解槽中，包裹帶電金屬板的絕緣材料，除了帶電金屬板與溶液之間的 區域較薄外，其它各方向都較厚，且絕緣材料與溶液的接觸面製作得非常光滑。所述的水分解槽中，電極板是由金屬材料製成的，表面鍍有耐腐蝕的保護層，兩側 設有凸起的小塊，電極板設在靠負極板一側，將相鄰兩塊帶電金屬板之間的區域分為正極 室和負極室，使正極室具有一定的容積，使負極室容積較小。所述的水分解槽中，正極室和負極室的兩端都設有一個狹窄的循環水通道，頂部 都設有一個氣體出口，正極循環水通道沿正極室中正極板一側設立，與正極板等高，負極循 環水通道沿負極室中負極板一側設立，與負極板等高，與負極室的最大寬度等寬；正極室 的氣體出口——正極室氫氣出口，設在靠氫分離器一端，通過管道與氫分離器頂部的氫氣 出口連通，並通往氫氣總出口，負極室的氣體出口——負極室氧氣出口，設在靠氧分離器一 端，通過管道與氧分離器頂部的氧氣出口連通，並通往氧氣總出口。所述的水分解槽靠氫分離器一端的正極循環水通道與氫分離器的中上部連通，負 極循環水通道與氫分離器底部出口連通；水分解槽靠氧分離器一端的正極循環水通道與水 泵的出水口連通，負極循環水通道與氧分離器的中上部連通；氧分離器底部出口與水泵的 入水口連通。所述的氫分離器底部出口下方設有一塊帶正電的金屬板一正極板，正極板被具 有耐腐蝕性的絕緣材料所包裹，在正極板的側面設有一個活動絕緣封口。
所述的水分解槽中每一個正極室靠氫分離器一端的端絕緣材料，靠正極板一側都 作成向內凸起狀。所述的氫分離器的側壁上和氧分離器的底部分別設有一個鹼液入口，氧分離器的 側壁上設有一個純水入口。本發明的利用循環水制氫技術具有如下特點1、結構簡單、操作方便；2、氣體純度高；3、可在常溫下運行；4、制氫過程中能量損失少；5、適用範圍廣。


附圖為水解槽中帶電金屬板為一塊正極板和兩塊負極板的制氫裝置結構示意圖。 以下以該裝置為例，結合附圖具體說明本發明。圖1是制氫裝置主視圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1的B-B剖視圖。圖中，1水分解槽、2氫分離器、3氧分離器、4水泵、5正極板、6負極板、7電極板、8 正極室、9負極室、10絕緣材料、11端絕緣材料、12活動絕緣封口、13正極循環水通道、14負 極循環水通道、15氫氣出口、16氧氣出口、17氫氣總出口、18氧氣總出口、19純水入口、20 鹼液入口、21氫分離器底部出口、22氧分離器底部出口、23正極室氫氣出口、24負極室氧氣 出口。
具體實施例方式以下以水分解槽中帶電金屬板為一塊正極板和兩塊負極板的制氫裝置為例，結合 附圖對本發明的實施方式作進一步的描述。參照附圖1利用循環水制氫技術的制氫裝置，主要包括水分解槽1，分別設立在水 分解槽ι兩端的氫分離器2和氧分離器3，以及水泵4。參照附圖2、3水分解槽1中，每一塊帶電金屬板——正極板5和負極板6，大小相 等，形狀相同，相互間平行排列，相鄰兩塊帶電金屬板的正對面積為最大值，所帶電荷為異 種電荷，每一塊帶電金屬板都被具有耐腐蝕性的絕緣材料10所包裹，只在帶電金屬板的上 方設一個活動絕緣封口 12。包裹帶電金屬板的絕緣材料10，除了帶電金屬板與溶液之間的 區域較薄外，其它各方向都較厚，從而使靜電場集中在水分解槽內。此外絕緣材料10與溶 液的接觸面製作得非常光滑，以減小對循環水的阻力，使吸附在帶電金屬板附近的電離子， 更容易被循環水帶走，水分解槽1中電極板7是由金屬材料製成的，表面鍍有耐腐蝕的保護 層，兩側設有凸起的小塊，使電極板7與溶液的接觸面積增大，並使沿電極板表面流動的溶 液減速，電極板7設在靠負極板6 —側，將相鄰兩塊帶電金屬板之間的區域分為正極室8和 負極室9，使正極室8具有一定的容積，使負極室9容積較小。在正極室8和負極室9的兩 端都設有一個狹窄的循環水通道，正極循環水通道13沿正極室8中正極板5 —側設立，與
5正極板5等高，負極循環水通道14沿負極室9中負極板6 —側設立，與負極板6等高，與負 極室9的最大寬度等寬。正極室8靠氫分離器2 —端的端絕緣材料11，靠正極板5 —側作 成向內凸起狀，使鹼性水溶液中的正離子更好的被囚禁在正極室8中，使負離子更好的被 循環水帶走。參照附圖1、2水分解槽1靠氫分離器2 —端頂部的正極室氫氣出口 23是從水分 解1中的正極室8引出的，通過管道與氫分離器頂部的氫氣出口 15連通，並通往氫氣總出 口 17，水分解槽1靠氧分離器3 —端頂部的負極室氧氣出口 24是從水分解槽1中的負極室 9引出的，通過管道與氧分離器頂部的氧氣出口 16連通，並通往氧氣總出口 18，水分解槽1 靠氫分離器2 —端的正極循環水通道13與氫分離器2的中上部連通，負極循環水通道14 與氫分離器底部出口 21連通；水分解槽1靠氧分離器3 —端的正極循環水通道13與水泵 4的出水口連通，負極循環水通道14與氧分離器3的中上部連通；氧分離器底部出口 22與 水泵4的入水口連通。參照附圖1氫分離器底部出口 21下方設有一塊帶正電的金屬板——正極板5，正 極板5被具有耐腐蝕性的絕緣材料10所包裹，在正極板5的側面設有一個活動絕緣封口 12。氫分離器2的側壁上和氧分離器3的底部分別設有一個鹼液入口 20，氧分離器3的側 壁上設有一個純水入口 19。通過純水入口 19，可向制氫裝置注水，並使裝置中的液位維持
在一定的高度。參照附圖1、2循環水從氧分離器3底部流出經水泵4，然後分流到水分解槽1中的 兩個正極室8，再從正極室8流向氫分離器2，從氫分離器底部出口 21流出，然後分流到水 分解槽1中的兩個負極室9，再從負極室9流回氧分離器3。參照附圖1、2、3本發明的利用循環水制氫技術的制氫裝置，首次工作的操作流程 為①向裝置中注入純水，排去裝置中的空氣；②取下活動絕緣封口 12，用電容器或其它方 式給金屬板充電，使每一塊金屬板帶上額定的電荷，再封好活動絕緣封口 12 ；③向氫分離 器2中注入一定量的氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液(以下以氫氧化鈉溶液為例)，使氫分離 器2中的溶液具有良好的導電性；④在開動水泵4的同時，向氧分離器3中注入一定量的氫 氧化鈉溶液。由於氧分離器3的鹼液入口 20設在氧分離器3的底部，所以注入到氧分離器 3中的氫氧化鈉溶液會馬上被循環水帶到水分解槽1中的兩個正極室8，在正極室8中氫氧 化鈉溶液中的鈉離子受勻強電場作用移向電極板7 —側，氫氧根離子則移向正極板5 —側， 由於循環水在正極室8中沿正極板5 —側流動，所以移向正極板5 —側的氫氧根離子會被 循環水帶到氫分離器2中，同時循環水也把吸附在氫分離器底部出口 21下方的正極板5附 近的氫氧根離子帶到水分解槽1中的兩個負極室9，在負極室9中氫氧根離子受勻強電場作 用移向電極板7，並在電極板7上失去電子生成氧氣，相應的在正極室8中，由於水溶液中的 氫離子比鈉離子更容易得到電子，因而在正極室8中有氫氣產生，在這一過程中由於氫離 子來源於水，所以在氫離子得到電子的同時，正極室8中會產生與氫離子等量的氫氧根離 子。氫氧根離子又會受勻強電場作用而移向正極板5—側，並被循環水帶走，如此反覆，在 正極室8中會不斷有氫氣產生，在負極室9中會不斷有氧氣產生。在整個過程中，由於勻強 電場的存在及裝置的特殊結構，由氧分離器3流向正極室8的鹼性水溶液中的正離子將被 囚禁在正極室8中，氫分離器2中的正離子也將被囚禁在氫分離器2中。 當關閉水泵4後，裝置中的水溶液不再循環流動，水溶液中的電離子只受勻強電場作用而定向移動，並最終達到平衡而停止移動。在下一次制氫時，只需開動水泵即可。
本發明的利用循環水制氫技術的制氫裝置中，水分解槽中帶電金屬板的數量可根 據實際需要而定。
權利要求
一種利用循環水制氫技術，主要包括水分解槽(1)，分別設立在水分解槽(1)兩端的氫分離器(2)和氧分離器(3)以及水泵(4)，其特徵是通過在水分解槽(1)中設立帶電金屬板——帶正電的正極板(5)和帶負電的負極板(6)，使水分解槽(1)中產生勻強電場，在勻強電場中設立與帶電金屬板平行的電極板(7)，使水分解槽(1)中鹼性水溶液中的電離子在受勻強電場作用而定向移動的過程中，在電極板(7)上得失電子，生成氫氣和氧氣，使水被分解，利用循環水將吸附在帶電金屬板附近的電離子不斷帶往電極板(7)的另一側，使水分解槽(1)中，不斷有電離子受勻強電場作用而定向移動，並在電極板(7)上得失電子生成氫氣和氧氣，使水不斷被分解。
2.根據權利要求1所述的一種利用循環水制氫技術，其特徵是水分解槽(1)中，每 一塊帶電金屬板大小相等，形狀相同，相互間平行排列，相鄰兩塊帶電金屬板的正對面積為 最大值，所帶電荷為異種電荷，每一塊帶電金屬板都被具有耐腐蝕性的絕緣材料(10)所包 裹，只在帶電金屬板的上方或下方設一個活動絕緣封口(12)。
3.根據權利要求1所述的一種利用循環水制氫技術，其特徵是水分解槽(1)中，包裹 帶電金屬板的絕緣材料(10)，除了帶電金屬板與溶液之間的區域較薄外，其它各方向都較 厚，且絕緣材料(10)與溶液的接觸面製作得非常光滑。
4.根據權利要求1所述的一種利用循環水制氫技術，其特徵是水分解槽(1)中，電極 板(7)是由金屬材料製成的，表面鍍有耐腐蝕的保護層，兩側設有凸起的小塊，電極板(7) 設在靠負極板(6) —側，將相鄰兩塊帶電金屬板之間的區域分為正極室(8)和負極室(9)， 使正極室(8)具有一定的容積，使負極室(9)容積較小。
5.根據權利要求1所述的一種利用循環水制氫技術，其特徵是水分解槽(1)中，正極 室(8)和負極室(9)的兩端都設有一個狹窄的循環水通道，頂部都設有一個氣體出口，正極 循環水通道(13)沿正極室⑶中正極板(5) —側設立，與正極板(5)等高，負極循環水通 道(14)沿負極室(9)中負極板(6) —側設立，與負極板(6)等高，與負極室(9)的最大寬 度等寬；正極室(8)的氣體出口——正極室氫氣出口(23)，設在靠氫分離器(2) —端，通過 管道與氫分離器⑵頂部的氫氣出口(15)連通，並通往氫氣總出口(17)，負極室(9)的氣 體出口一負極室氧氣出口(24)，設在靠氧分離器(3) —端，通過管道與氧分離器(3)頂部 的氧氣出口(16)連通，並通往氧氣總出口(18)。
6.根據權利要求1所述的一種利用循環水制氫技術，其特徵是水分解槽(1)靠氫分 離器(2) —端的正極循環水通道(13)與氫分離器(2)的中上部連通，負極循環水通道(14) 與氫分離器底部出口(21)連通；水分解槽(1)靠氧分離器(3) —端的正極循環水通道(13) 與水泵(4)的出水口連通，負極循環水通道(14)與氧分離器(3)的中上部連通；氧分離器 底部出口(22)與水泵(4)的入水口連通。
7.根據權利要求1所述的一種利用循環水制氫技術，其特徵是氫分離器底部出口 (21)下方設有一塊帶正電的金屬板一一正極板(5)，正極板(5)被具有耐腐蝕性的絕緣材 料(10)所包裹，在正極板(5)的側面設有一個活動絕緣封口(12)。
8.根據權利要求1所述的一種利用循環水制氫技術，其特徵是水分解槽(1)中每一 個正極室(8)靠氫分離器(2) —端的端絕緣材料(11)，靠正極板(5) —側都作成向內凸起 狀。
9.根據權利要求1所述的一種利用循環水制氫技術，其特徵是氫分離器(2)的側壁上和氧分離器(3)的底部分別設有一個鹼液入口(20)，氧分離器(3)的側壁上設有一個純 水入口(19)。
全文摘要
本發明屬水分解制氫技術，是一種新的制氫技術，通過在水分解槽(1)中設立帶電金屬板——帶正電的正極板(5)和帶負電的負極板(6)，使水分解槽中產生勻強電場，在勻強電場中設立與帶電金屬板平行的電極板(7)，使水分解槽中鹼性水溶液中的電離子在受勻強電場作用而定向移動的過程中在電極板(7)上得失電子，生成氫氣和氧氣，使水被分解，利用循環水把吸附在帶電金屬板附近的電離子不斷帶往電極板(7)的另一側，使水分解槽中不斷有電離子受勻強電場作用而定向移動，並在電極板(7)上得失電子生成氫氣和氧氣，使水不斷被分解。具有結構簡單、操作方便、生成的氣體純度高、可在常溫下運行、制氫過程中能量損失少、適用範圍廣等特點。
文檔編號C25B1/04GK101906639SQ200910143690
公開日2010年12月8日 申請日期2009年6月2日 優先權日2009年6月2日
發明者陳庭德 申請人:陳庭德