專利名稱：一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
鹽差，也稱濃差。鹽差能就是指咸水與淡水之間或者不同鹽濃度的水之間的化學(xué)差異能——化學(xué)電位差能。它以化學(xué)能的形式存在，是一種能量密度很大的可再生藍(lán)色海洋能源。全球各大河流的入?？谝嗉聪痰粎R處都有豐富的鹽差能，另外，淡水豐富地區(qū)的鹽湖和地下鹽礦也可以產(chǎn)生鹽差能。通常鹽度為3. 5%的海水與河水之間約有相當(dāng)于240m水頭差的能量密度。專家估計(jì)，世界各河流區(qū)域可供開發(fā)利用的鹽度差能量可達(dá)2. 6TW，我國可供利用的有0. 1TW。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國沿海江河每年的入海徑流量約為1.7X1012 1.8X1012m3， 其中主要江河的年入海徑流量約為I. 5X IO12 I. 6X1012m3，沿海鹽差能資源蘊(yùn)藏量約為3. 9X IO18J,理論功率約為1.25X10nW。其中長江口及以南的大江河口沿海的資源量占全國總量的92. 5%，理論功率估計(jì)為0. 86X 10nKW。特別是長江入?？诘牧髁?. 2X104m3/s,可以發(fā)電5.2X1(TW。另外，我國青海省等地也有不少內(nèi)陸鹽湖可以利用。利用鹽差能進(jìn)行發(fā)電，是將咸淡水交匯水域所擁有的巨大的鹽度差能利用起來轉(zhuǎn)換為有效電能，既不會(huì)破壞環(huán)境和海洋生態(tài)系統(tǒng)，也不用筑壩或在河床安置渦輪機(jī)，更不會(huì)妨礙船舶的正常運(yùn)營管理。如果這一技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)并廣泛應(yīng)用，將對全球的能源政策產(chǎn)生巨大的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，對環(huán)境零排放、零污染，蘊(yùn)藏范圍廣(河流入海口)，能量密度大，工作時(shí)間長。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，包括設(shè)置的多個(gè)獨(dú)立鹽水腔室和淡水腔室以及陽電極室和陰電極室，所述鹽水腔室和淡水腔室交替設(shè)置，所述發(fā)電裝置的兩端分別設(shè)置有陽電極室和陰電極室。所述鹽水腔室和淡水腔室之間通過交換膜(下文詳細(xì)介紹了交換膜的類型一所述交換膜包括陽離子交換膜和陰離子交換膜。這屬于專利撰寫的一種策略)隔離開來。所述鹽水腔室側(cè)面中下部設(shè)置有經(jīng)過濾器過濾的海水入口，所述淡水腔室側(cè)面中下部設(shè)置有經(jīng)過濾器過濾的淡水入口，所述陽電極室和陰電極室的側(cè)面中下部連通有電極水入口。所述交換膜包括陽離子交換膜和陰離子交換膜。所述發(fā)電裝置通過導(dǎo)線將陽離子交換膜與陽離子交換膜相連，陰離子交換膜與陰離子交換膜相連，電池的陰陽極再通過導(dǎo)線連接上蓄電裝置。所述腔室上還設(shè)置有電極水回收裝置和氣體回收裝置。[0013]所述陽極采用二氧化錳納米棒。通過上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是由于本專利中加入了淡海水過濾裝置、氣體回收裝置及電極水回收裝置，延長了膜的壽命，減少對環(huán)境的污染和加大排氣排水的再利用。

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，包括設(shè)置的多個(gè)獨(dú)立鹽水腔室和淡水腔室以及陽電極室和陰電極室，所述鹽水腔室和淡水腔室交替設(shè)置，所述發(fā)電裝置的兩端分別設(shè)置有陽電極室和陰電極室。所述鹽水腔室和淡水腔室之間通過交換膜隔離開來。所述鹽水腔室側(cè)面中下部設(shè)置有經(jīng)過濾器過濾的海水入口，所述淡水腔室側(cè)面中下部設(shè)置有經(jīng)過濾器過濾的淡水入口，所述陽電極室和陰電極室的側(cè)面中下部連通有電極水入口。所述交換膜包括陽離子交換膜和陰離子交換膜。所述發(fā)電裝置通過導(dǎo)線將陽離子交換膜與陽離子交換膜相連，陰離子交換膜與陰離子交換膜相連，電池的陰陽極再通過導(dǎo)線連接上蓄電裝置。所述腔室上還設(shè)置有電極水回收裝置和氣體回收裝置。所述陽極采用二氧化錳納米棒。本專利利用的是由帶電交換膜所分隔的海水與淡水之間的電位差。其中陽離子交換膜C只允許陽離子(主要是Na+)通過，陰離子交換膜A只允許陰離子(主要是CD通過。這兩種交換膜交替排列，交換膜與交換膜之間分別充以海水和淡水；水中的陽離子透過交換膜流向陰極，陰離子透過交換膜流向陽極。陽極電極室中的中性電極水通過陽極表面的氧化反應(yīng)維持，陰極電極室中的中性電極水通過陰極表面的還原反應(yīng)維持。為了濾掉水中的生物淤塞和泥沙等，設(shè)置了過濾器對淡水、海水進(jìn)行預(yù)處理，從而延長交換膜的工作壽命，提高交換膜的工作效率。膜技術(shù)是本專利的核心所在。陰陽離子交換膜材料要求對相應(yīng)的離子有高選擇透過性和高導(dǎo)電率。不過這種離子交換膜的使用壽命長(大約10年)，而且即使膜稍有破裂也不會(huì)給整個(gè)電池帶來嚴(yán)重影響，例如300個(gè)腔室組成的系統(tǒng)中有一個(gè)膜損壞，輸出電壓僅減少0. 3%。[0030]淡水和海水進(jìn)入交換膜腔室后，Na+通過陽離子交換膜，CF通過陰離子交換膜，使得交換膜腔室中海水的鹽濃度減小，而淡水的鹽濃度增大，海水、淡水變成一定鹽濃度的微咸水，微咸水經(jīng)管路排出。同時(shí)淡水、海水以一定的速度保持不間斷地排進(jìn)膜腔室，保證交換膜的工作效率達(dá)到最優(yōu)。裝置的兩端是電極室，陽極電極室中發(fā)生氧化反應(yīng)以維持電極水的中性，陰極電極室中發(fā)生還原反應(yīng)以維持電極水的中性。電極水經(jīng)過氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)后分別在陽極電極室中產(chǎn)生Cl2 (丨)、H2(丨)，這兩種氣體通過回收裝置予以回收利用。電極水長久使用后可以經(jīng)排出管路排至電極水回收裝置中并進(jìn)行相關(guān)處理，同時(shí)新的電極水也可通過排進(jìn)管路注入電極 室。有研究專家認(rèn)為，為使裝置產(chǎn)生最多的電流，在海水和淡水腔室設(shè)計(jì)時(shí)，交換膜腔室的長度和面積需要同時(shí)滿足以下關(guān)系Ic = Kc^-(1) A = I-+(2)
iPAE.v + Pcem c其中1。、Id別為海水、淡水膜腔室的長度I^kd分別為海水、淡水的電導(dǎo)率A為海水淡水膜腔室的使用面積、陰陽離子交換膜的使用面積PAEM、P-分別為陰、陽離子交換膜的面電阻由于Na+、Cl—的運(yùn)動(dòng)，陽極電極板上聚集了大量含負(fù)電離子，陰極電極板上聚集了大量含正電離子，用外導(dǎo)線將兩個(gè)電極板連接起來，兩個(gè)電極板間存在很大的電動(dòng)勢，導(dǎo)線中將形成電流。在導(dǎo)線上連接一個(gè)蓄電裝置，可以將產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來，或直接將此電能應(yīng)用于外部負(fù)載，如電燈、燈塔或船舶用電負(fù)載。本裝置的電動(dòng)勢大小決定于所選用的陰陽離子交換膜的選擇透過率、膜電位、試驗(yàn)中溶液的溫度及稀濃溶液的活度，而溶液的活度只取決于溶液的濃度、溫度以及溶液中溶劑的價(jià)態(tài)。因此確定了離子交換膜的型號、稀濃溶液的濃度和溫度，就可以確定反電滲析電池裝置的電動(dòng)勢。所以，本裝置產(chǎn)生的電動(dòng)勢與溶液腔室的大小無關(guān)，只與離子交換膜的型號、溶液濃度和溫度有關(guān)。由于電極對本裝置的效率影響甚大，為提高效率，我們可以選擇二氧化錳納米棒作為電池的正電極材料，因?yàn)榕c其他材料相比，這種材料與鈉離子作用的表面積會(huì)更大，而納米棒則使得鈉離子進(jìn)出電極更為方便。另外，還可增加更多的陰陽離子交換膜，并將陽離子交換膜與陽離子交換膜連接起來，陰離子交換膜與陰離子交換膜連接起來，從而可串聯(lián)多個(gè)電池，這樣不但可以使裝置產(chǎn)生更高的電壓，還可以減少電極的腐蝕。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。 ·
權(quán)利要求1.一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，其特征在于，包括設(shè)置的多個(gè)獨(dú)立鹽水腔室和淡水腔室以及陽電極室和陰電極室，所述鹽水腔室和淡水腔室交替設(shè)置，所述發(fā)電裝置的兩端分別設(shè)置有陽電極室和陰電極室。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，其特征在于，所述鹽水腔室和淡水腔室之間通過交換膜隔離開來。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，其特征在于，所述鹽水腔室側(cè)面中下部設(shè)置有經(jīng)過濾器過濾的海水入口，所述淡水腔室側(cè)面中下部設(shè)置有經(jīng)過濾器過濾的淡水入口，所述陽電極室和陰電極室的側(cè)面中下部連通有電極水入口。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電裝置通過導(dǎo)線將陽離子交換膜與陽離子交換膜相連，陰離子交換膜與陰離子交換膜相連，電池的陰陽極再通過導(dǎo)線連接上蓄電裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，其特征在于，所述交換膜包括陽離子交換膜和陰離子交換膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，其特征在于，所述腔室上還設(shè)置有電極水回收裝置和氣體回收裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，其特征在于，所述陽極采用二氧化錳納米棒。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，其特征在于，設(shè)計(jì)海水和淡水腔室時(shí)，腔室的長度和面積需要同時(shí)滿足以下關(guān)系
專利摘要一種利用鹽差能反電滲析的發(fā)電裝置，包括設(shè)置的多個(gè)獨(dú)立鹽水腔室和淡水腔室以及陽電極室和陰電極室，所述鹽水腔室和淡水腔室交替設(shè)置，所述發(fā)電裝置的兩端分別設(shè)置有陽電極室和陰電極室，所述鹽水腔室和淡水腔室之間通過交換膜隔離開來，所述鹽水腔室底部設(shè)置有經(jīng)過濾器過濾的海水入口，所述淡水腔室側(cè)面中下部設(shè)置有經(jīng)過濾器過濾的淡水入口，所述陽電極室和陰電極室的側(cè)面中下部連通有電極水入口，所述電池的陰陽極再通過導(dǎo)線連接上蓄電裝置，所述腔室上還設(shè)置有電極水回收裝置和氣體回收裝置，加入了淡海水過濾裝置、氣體回收裝置及電極水回收裝置，延長了膜的壽命，減少對環(huán)境的污染和加大排氣排水的再利用。
文檔編號H02N11/00GK202474102SQ20122010375
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者劉海峰, 楊捷, 沈福龍 申請人:上海海事大學(xué)