專利名稱：高效低能耗電解水制氫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高效低能耗電解水制氫裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，人類在進(jìn)入21世紀(jì)后，世界石油資源越來越緊張，世界各國對新能源的尋找和開發(fā)都加快了步伐，投入了更多的人力和財力。但是能永久代替石油的新能源，當(dāng)屬氫。氫氣單質(zhì)在自然界中存在很少，絕大多數(shù)存在于水中，現(xiàn)在制氫的方法大致有以下幾種用石油制氫、用煤制氫、用生物制氫、電解水制氧，前三種屬于大型制氫企業(yè)，不可移動， 而電解水制氫，卻是小型裝置，可移動，并可方便的安裝在加氫站中，減去了大型企業(yè)制氫裝瓶運(yùn)輸?shù)炔豢扇鄙俚沫h(huán)節(jié)。在新能源汽車方面，先進(jìn)國家早已試制成功，但在氫能供應(yīng)上卻出現(xiàn)了問題，一旦瓶裝氫用完后中途沒有補(bǔ)給的加氫站，氫汽車就得拋錨，而大型制氫企業(yè)又不能分設(shè)來制氫，必需裝瓶外運(yùn)到加氫站才能滿足氫汽車的需要，這一環(huán)節(jié)費(fèi)用極高的問題很難解決，使得氫汽車一直處在無米之炊的局面。電解水制氫裝置雖可移動，又可方便的設(shè)在加氫站中生產(chǎn)氫氣，世界各國投入大量人力財力開發(fā)，但至今在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上還是負(fù)值，即投入大于產(chǎn)出。歐美國家電解水制出每立方米氫氣需用4. 5 — 5. 5kwh電能，我國電解水制氫需用5. 5 — 6. 5kwh/m3電能。這種指標(biāo)在市場經(jīng)濟(jì)中是沒有競爭力的，故難以實現(xiàn)市場化。為解決這一問題，讓氫汽車實現(xiàn)普遍使用，就必須研發(fā)出一種高效低能耗的電解水制氫裝置。所述電解槽是盛電解液之用，電極由正負(fù)極組成，在通電的情況下，電解液中的H+ 便可向負(fù)極移動，在負(fù)極上得一電子形成氫氣而析出?，F(xiàn)有理論計算電壓為1.2 伏，實際實用為6V左右，形成電場極小，只靠電子與負(fù)極的引力來使H+向負(fù)極運(yùn)動，所以運(yùn)動很慢，析出氫很少。為加快氫的電解速度，各國都在采用稀有金屬作電解電極，如選用鎳、鉬、 鈦、銥、釕、鉭等，同時還進(jìn)行高效催化劑的研究，以提高氫的產(chǎn)量，但效果不佳，分析其原因，皆是H+只在電解電極的作用力下而移動緩慢所至。又因電解液是導(dǎo)電的，如為提高電解電極的作用力而提升電壓過高，就會使電解液溫度升高，甚至造成短路而不能工作。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于改進(jìn)現(xiàn)在電解水制氫裝置在理論與技術(shù)上的不足，提供一種高效低耗能的電解水制氫裝置。本電解水制氫裝置在原有的電解理論基礎(chǔ)上，給予擴(kuò)充，首次選用了在電解過程中施加外力，促進(jìn)電解液中的氫離子加速向負(fù)極移動，從而提高氫氣的生產(chǎn)效率。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下設(shè)計方案一種高效低耗能的電解水制氫裝置，其包括一個電解槽，在該電解槽中設(shè)置有成對的電解電極，其特點(diǎn)是，在所述電解槽的外面還設(shè)有成對的外電場電極，在靠近電解電極的負(fù)極一側(cè)設(shè)置外電場負(fù)極，在靠近電解電極的正極一側(cè)設(shè)置外電場正極。[0010]進(jìn)一步地，在所述電解槽上還可以設(shè)有電解液循環(huán)系統(tǒng)，即在相對于兩個所述電解電極所在處的電解槽的槽壁上設(shè)有穿孔，在該電解槽外的該兩側(cè)的所述穿孔上連接一電解液外循環(huán)管路，在該電解液外循環(huán)管路上設(shè)置泵和閥門。在電解液循環(huán)系統(tǒng)中，在所述電解槽的相對于所述電解電極所在的兩側(cè)壁自上而下均布至少兩個所述穿孔，每個穿孔上連接一根外循環(huán)支管，同側(cè)的各所述外循環(huán)支管連接在所述電解液外循環(huán)管路的一端上。這樣的外循環(huán)管結(jié)構(gòu)，可以使得電解槽中的電解液從上到下都能夠同步地流動起來，使得電解電極在整個液體深度上都能夠高效率的制氫。所述電解液外循環(huán)管路上設(shè)置電解液箱。為了使得通過電解電極的液體在整個液體深度上的流動更加均勻，還可以在所述電解電極中負(fù)極和具有所述穿孔的槽側(cè)壁之間設(shè)置一輔助隔板，該輔助隔板為其上均布孔眼的多孔板。所述電解電極中，所述負(fù)極的橫截面大于正極的橫截面；和/或，所述電解電極中，所述負(fù)極優(yōu)選為網(wǎng)狀電極。在所述電解電極上連接導(dǎo)線構(gòu)成回路，在該回路中設(shè)有變壓器，通過該變壓器連接電源。所述電解電極由整流變壓器供電。在所述外電場電極上連接導(dǎo)線構(gòu)成回路，在該回路中設(shè)有變壓器，通過該變壓器連接電源。外加電場電極由整流變壓器供電。外電場電極的回路和電解電極的回路連接在一主電路上，在主電路上設(shè)置一總開關(guān)，所有電器部分都由設(shè)置在主電路上的該總開關(guān)控制。電解電極的電壓較低，一般在IOV —下，通常為6V左右，外電場電極的電壓較高， 太那個過需要幾百伏。但是，外電場并不耗費(fèi)電能。外電場意在加大對氫離子的推動力和打破電解液的電離度的約束，使氫離子獲得更大的自由性，增大電解液中氫離子濃度。本實用新型提供的高效低耗能的電解水制氫裝置，其可以包括若干個所述電解槽，各個所述電解槽上的所述電解液外循環(huán)管路連接一總電解液箱。各個所述電解槽外設(shè)置的外電場電極的導(dǎo)線并聯(lián)，并與一變壓器連接，通過該變壓器與電源連接。 各個所述電解槽可以是設(shè)置在一機(jī)架上。本實用新型通過用所述的外電場對電解液中H+施加作用力，使得在成對的電解電極之間的H+加速向電解電極的負(fù)極移動，由此，可以提高電解制氫的效率。進(jìn)一步地，增加使電解液強(qiáng)制流動的電解液循環(huán)系統(tǒng)，采用讓電解液在電解槽中定向流動的措施，在電解液流動中，帶動H+向負(fù)極移動，更加速氫的析出。本實用新型為提高產(chǎn)氫的效率，加快H+在電解液中向負(fù)極移動，提高氫的產(chǎn)出量，特設(shè)計一種外電場裝置，設(shè)在電解槽外，不與電解液接觸，使電解液中的H+受電場力作用快速向負(fù)極運(yùn)動，同時還設(shè)計了電解液循環(huán)系統(tǒng)，也可使電解液在電泵作用下，向負(fù)極方向流動，帶動H+加速與負(fù)極接觸快速析出氫氣來提高效率。所產(chǎn)氫氣經(jīng)電解槽，電解槽上蓋和管路輸入貯氣罐中。本實用新型提供的高效低耗能的電解水制氫裝置，其可以包括若干個所述電解槽，各個所述電解槽設(shè)置在一機(jī)架上，各個所述電解槽上的所述電解液外循環(huán)管路上連接一總電解液箱。[0025]若干個所述電解槽外設(shè)置的外電場電極的導(dǎo)線并聯(lián)，并與一變壓器連接，通過該變壓器與電源連接；和/或，各個所述電解電極上的導(dǎo)線并聯(lián)，并與一變壓器連接，通過該變壓器連接電源。所述電解液循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)在電解槽外面，當(dāng)加入電解液后，便可接通所述泵的電源，這時電解液便可沿管路運(yùn)行，帶動電解液中的H+向負(fù)極運(yùn)動來提高制氫效率，同時這一系統(tǒng)還具有給電解液散熱的作用。由于該裝置體積不大，可制成撬式和微型，可方便的安裝在未來加氫站中供應(yīng)氫汽車使用。本實用新型提供的高效低能耗電解水制氫裝置，理論新穎，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便， 采用電解電極、外電場電極和流動系統(tǒng)提供的三種作用力對H+進(jìn)行推動，從而可大幅提高制氫效率。充分保證電耗從4. 5 — 5. 5kwh/m3降至4. 3kwh/m3以下(國家863計劃指標(biāo))。同時采用電解液閉路循環(huán)、防止污染環(huán)境。為各加氫站提供良好的制氫設(shè)備，為實現(xiàn)制氫工業(yè)進(jìn)入市場經(jīng)營打下良好基礎(chǔ)。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。

圖1為本實用新型提供的由多個電解槽構(gòu)成的高效低耗能的電解水制氫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為電解水制氫裝置中電解電極和外電場電極與電源連接的變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本實用新型提供的一種單組電解槽的高效低耗能的電解水制氫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型提供的另一種單組電解槽的高效低耗能的電解水制氫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例1 如圖3所示，本實用新型提供的單組電解槽的高效低耗能的電解水制氫裝置包括有電解槽1、電解電極的負(fù)極3和正極4。該電解電極的這組電極聯(lián)接在變壓器14上。如圖2所示，在該變壓器連接的回路中設(shè)電源開關(guān)15。如圖3所示，在電解槽1的外面還設(shè)有成對的外電場電極，在靠近電解電極的負(fù)極 3 一側(cè)設(shè)置外電場負(fù)極5，在靠近電解電極的正極4 一側(cè)設(shè)置外電場正極6。該外電場的這組電極連接在變壓器16上。在該變壓器連接的回路中設(shè)電源開關(guān)17。當(dāng)在電解槽中加入電解液后，接通電源就可進(jìn)行低效電解產(chǎn)出氫氣。為增加氫的產(chǎn)量使H+受力快速向負(fù)極移動，增加的外電場負(fù)電極5和正電極6，這組電極與變壓器16聯(lián)接，變壓器16調(diào)節(jié)電壓尋找使H+受力最隹值。為減小電解液升溫，加快H+向負(fù)極3移動特增設(shè)了電解液循環(huán)系統(tǒng)，它們由電解槽1、管路10、電泵11、閥門12和電解液箱9組成，在相對于兩個電解電極的負(fù)極3和正極 6所在處的電解槽的槽壁上設(shè)有穿孔，在該電解槽外的該兩側(cè)的所述穿孔上連接一電解液外循環(huán)管路，在該電解液外循環(huán)管路上設(shè)置泵11和閥門12。如圖3所示的電解液循環(huán)系統(tǒng)中，在所述電解槽1的相對于電解電極的負(fù)極3和正極6所在的兩側(cè)壁自上而下均布兩個穿孔，每個穿孔上連接一根所述外循環(huán)支管，同側(cè)的各外循環(huán)支管連接所述電解液外循環(huán)管路10的一端。這樣的外循環(huán)管結(jié)構(gòu)，可以使得電解槽中的電解液從上到下都能夠同步地流動起來，使得電解電極在整個液體深度上都能夠高效率的制氫。在外循環(huán)管路10上連接有電解液箱9。在電解槽的上蓋4上，靠近電解電極的負(fù)極處開孔，連接排氣支管8，供產(chǎn)生的氫氣排出，在靠近電解電極的正極處開孔，連接排氣支管18，供產(chǎn)生的氧氣排出。當(dāng)開動泵11時，電解液就可在電解槽中進(jìn)行從正極4向負(fù)極3方向的流動，達(dá)到帶動H+向電解電極負(fù)極3移動和使電解液降溫這兩目的。上述的電解槽可以是若干個，如圖1所示，都集中裝配在機(jī)架19上，成一整體。各個電解槽的電解液循環(huán)系統(tǒng)中的電解液箱9可以是一個。各個電解槽的氫氣排出管可以連接一氫氣總管20，該氫氣總管20連接一氫氣儲罐13。根據(jù)產(chǎn)氫量的需要，可選擇一定數(shù)量的單體電解槽組成一個較大的電解水制氫裝置，以便運(yùn)輸?shù)轿桓鞴湔臼褂?。實施? 如圖4所示本實用新型包括有電解電極負(fù)極3可以為網(wǎng)狀電極，這樣的電極可以增大對H+捕捉量和使電解液順利流過。為了使得通過電解電極的液體在整個液體深度上的流動更加均勻，還可以在所述電解電極中負(fù)極和具有所述穿孔的槽側(cè)壁之間設(shè)置一輔助隔板2，該輔助隔板2為其上均布孔眼的多孔板。其作用是使電解液流動時能較均勻通過電解電極負(fù)極3，從而提高氫的產(chǎn)出。變壓器14、電源開關(guān)15與電解電極3、4聯(lián)接，變壓器 16、電源開關(guān)17與外電場電極5、6聯(lián)接，為保證安全這些設(shè)備都設(shè)在電氣室內(nèi)，經(jīng)電纜與兩組電極聯(lián)接。如圖3、4所示，為了使得電解電極的負(fù)極制氫氣速度更快，可以通過提高負(fù)極3與電解液的接觸面積來實現(xiàn)。其中一個措施是，使得負(fù)極4的橫截面大于正極的橫截面。
權(quán)利要求1.一種高效低耗能的電解水制氫裝置，其包括一個電解槽，在該電解槽中設(shè)置有成對的電解電極，其特征在于在所述電解槽的外面還設(shè)有成對的外電場電極，在靠近電解電極的負(fù)極一側(cè)設(shè)置外電場負(fù)極，在靠近電解電極的正極一側(cè)設(shè)置外電場正極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效低耗能的電解水制氫裝置，其特征在于在所述電解槽上還設(shè)有電解液循環(huán)系統(tǒng)，即在相對于兩個所述電解電極所在處的電解槽的槽壁上設(shè)有穿孔，在該電解槽外的該兩側(cè)的所述穿孔上連接一電解液外循環(huán)管路，在該電解液外循環(huán)管路上設(shè)置泵和閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效低耗能的電解水制氫裝置，其特征在于在所述電解液循環(huán)系統(tǒng)中，在所述電解槽的相對于所述電解電極所在的兩側(cè)壁自上而下均布至少兩個所述穿孔，每個穿孔上連接一根所述外循環(huán)支管，同側(cè)的各所述外循環(huán)支管連接在所述電解液外循環(huán)管路的一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高效低耗能的電解水制氫裝置，其特征在于所述電解液外循環(huán)管路上設(shè)置電解液箱。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效低耗能的電解水制氫裝置，其特征在于在所述電解電極中負(fù)極和具有所述穿孔的槽側(cè)壁之間設(shè)置一輔助隔板，該輔助隔板為其上均布孔眼的多孔板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效低耗能的電解水制氫裝置，其特征在于所述電解電極中，所述負(fù)極的橫截面大于正極的橫截面；和/或，所述電解電極中，所述負(fù)極為網(wǎng)狀電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效低耗能的電解水制氫裝置，其特征在于在所述外電場電極上連接導(dǎo)線構(gòu)成回路，在該回路中設(shè)有變壓器，通過該調(diào)壓變壓器連接電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效低耗能的電解水制氫裝置，其特征在于在所述電解電極上連接導(dǎo)線構(gòu)成回路，在該回路中設(shè)有變壓器，通過該變壓器連接電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3或5至8之一所述的高效低耗能的電解水制氫裝置，其特征在于其包括若干個所述電解槽，各個所述電解槽上的所述電解液外循環(huán)管路上連接一總電解液箱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5至8之一所述的高效低耗能的電解水制氫裝置，其特征在于其包括若干個所述電解槽，各個所述電解槽上外設(shè)置的外電場電極的導(dǎo)線并聯(lián)，并與一變壓器連接，通過該變壓器與電源連接；和/或，各個所述電解電極上的導(dǎo)線并聯(lián)，并與一變壓器連接，通過該變壓器連接電源。
專利摘要一種高效節(jié)低能耗電解水制氫裝置，其包括一個電解槽，在該電解槽中設(shè)置有成對的電解電極，其特征在于在所述電解槽的外面還設(shè)有成對的外電場電極，在靠近電解電極的負(fù)極一側(cè)設(shè)置外電場負(fù)極，在靠近電解電極的正極一側(cè)設(shè)置外電場正極。還可以在電解槽上設(shè)置電解液外循環(huán)系統(tǒng)。本實用新型采用外加電場和電解液循環(huán)兩種措施來驅(qū)趕H+向負(fù)極快速運(yùn)動，可以大幅提高制氫效率，降低電耗，同時具有安裝方便保護(hù)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，為將來的氫汽車加氫站和車用氫能源提供了實用保證。
文檔編號C25B1/04GK202152368SQ20112026579
公開日2012年2月29日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者宋昊, 宋樹魁 申請人:宋昊, 宋樹魁