一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置,包括給水泵、槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)、DC/DC變換器、光伏陣列、蓄電池、氧氣儲(chǔ)存器、氧氣分離器、電解池反應(yīng)堆、氫氣儲(chǔ)存器、氫氣分離器。給水泵將水泵入槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)，將水加熱為高溫水蒸氣，得到高溫水蒸氣送至電解池反應(yīng)堆，電解池反應(yīng)堆的電解池和輔助加熱器所需要的電能來(lái)自于光伏陣列或蓄電池。電解池反應(yīng)堆的陰極側(cè)得到氫氣和沒有參加反應(yīng)的水蒸氣，經(jīng)過(guò)氫氣儲(chǔ)存器將氫氣分離后，存儲(chǔ)與氫氣儲(chǔ)存器中，沒有參加的高溫水蒸氣返回槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)中。電解池反應(yīng)堆陽(yáng)極側(cè)得到氧氣和沒有參加反應(yīng)的空氣，混合排放氣體進(jìn)入氧氣分離器后，氧氣被分離，并存儲(chǔ)與氧氣儲(chǔ)存器中，空氣返回空氣進(jìn)口。利用槽式聚光太陽(yáng)能將水加熱成高溫水蒸氣，再利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電，電解高溫水蒸氣，得到氫氣和氧氣。

Electrolytic water vapor device based on trough type solar energy

The invention discloses a water electrolysis device based on solar energy steam tank, including water supply pump, trough solar thermal subsystem, DC/DC converter, PV array, battery, oxygen storage, oxygen separator, electrolytic cell reactor, hydrogen storage, hydrogen separation device. The water pump to pump water into the trough solar thermal system, heating water for high temperature steam, high temperature water vapor to the electrolytic cell reactor, electrolysis and electrolysis pool reactor auxiliary heater needed for electricity from photovoltaic array or battery. The cathode side electrolysis pool reactor to obtain hydrogen and did not participate in the reaction of water vapor, hydrogen storage, hydrogen after separation, hydrogen storage and storage, no high temperature water vapor in return trough solar thermal system. The anode side of the electrolytic pool reactor receives oxygen and does not participate in the reaction of the air, and the mixture discharges the gas into the oxygen separator after the oxygen is separated and stored in the oxygen reservoir and the air is returned to the air inlet. Trough trough concentrating solar energy, water is heated into high temperature water vapor, and then solar energy photovoltaic power generation, electrolysis of high temperature water vapor, hydrogen and oxygen are obtained.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置
本專利技術(shù)涉及一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置，具體說(shuō)是利用槽式太陽(yáng)能產(chǎn)生高溫水蒸氣、光伏發(fā)電的電能電解高溫水蒸氣，屬于新能源利用

技術(shù)介紹
氫氣清潔的能源，一種通過(guò)高溫電解水蒸氣制取氫的系統(tǒng)，氫生成率超過(guò)90％，這套低能耗、高性能制氫系統(tǒng)有望降低制氫成本，為工業(yè)用氫和氫能源生產(chǎn)開辟新道路。氫可以通過(guò)甲烷重整、電解水等方式制取。甲烷重整制氫雖然成本低，但工藝復(fù)雜，對(duì)化石能源消耗量大，并會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳；而電解水制氫盡管過(guò)程簡(jiǎn)便，造價(jià)卻十分高昂。法國(guó)原子能委員會(huì)下屬的新能源技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出一個(gè)高溫電解系統(tǒng)，在700攝氏度的工作溫度下，電解溫度為150攝氏度的水蒸氣來(lái)制取氫氣，生成率超過(guò)90％。系統(tǒng)還能將生產(chǎn)過(guò)程中排出氣體的熱量進(jìn)行回收，用于系統(tǒng)加熱。這一成果證明，通過(guò)最大化利用系統(tǒng)內(nèi)的熱能，低溫?zé)崮芤材苡脕?lái)制取氫氣，并實(shí)現(xiàn)令人滿意的高生成率。據(jù)介紹，該系統(tǒng)外形緊湊，整體體積近似于一臺(tái)冰箱，每小時(shí)可制取1至2.5標(biāo)準(zhǔn)立方米的氫氣。不僅系統(tǒng)本身造價(jià)不高，且操作成本也十分有限，每制取1標(biāo)準(zhǔn)立方米的氫氣僅消耗3.9度電。氫是重要的工業(yè)原料，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶金、玻璃加工、農(nóng)業(yè)食品加工等諸多領(lǐng)域；同時(shí)，作為一種燃料，氫具有無(wú)污染、可再生、能量密度高、方便儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，被視為最理想的清潔能源之一。太陽(yáng)能非常豐富，而且容易得到，無(wú)污染。目前太陽(yáng)能利用技術(shù)主要有太陽(yáng)能熱利用技術(shù)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。但是由于太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性，目前大規(guī)模的太陽(yáng)能應(yīng)用還存在著許多問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的：針對(duì)上述現(xiàn)有制氫技術(shù)的問(wèn)題和不足，本專利技術(shù)的目的是提供了一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置，利用太陽(yáng)能，可將H2O高效地轉(zhuǎn)化為O2和H2。技術(shù)方案：一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置，包括給水泵（1）、槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）、DC/DC變換器（3）、光伏陣列（4）、蓄電池（5）、氧氣儲(chǔ)存器（6）、氧氣分離器（7）、電解池反應(yīng)堆（8）、氫氣儲(chǔ)存器（9）、氫氣分離器（10）。其中，槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）包括聚光鏡（2-1）、真空集熱管（2-2）、支撐機(jī)構(gòu)（2-3）、驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)（2-4），電解池反應(yīng)堆（8）包括電解堆（8-1）、輔助加熱（8-2）。所述給水泵（1）將水泵入太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）的真空集熱管（2-2）進(jìn)口端，真空集熱管（2-2）出口端的高溫水蒸氣與電解池反應(yīng)堆（7）的進(jìn)氣端口連接。電解池反應(yīng)堆（8）的陰極側(cè)：電解池反應(yīng)堆（8）的出氣端口與氫氣分離器（10）的輸入端口連接，氫氣分離器（10）有兩個(gè)輸出口，氫氣分離器（10）輸出口一為氫氣輸出口，與氫氣儲(chǔ)存器（9）的輸入連接，氫氣分離器（10）輸出口二為水蒸氣輸出口，與真空集熱管（2-2）的輸入連接。電解池反應(yīng)堆（8）的陽(yáng)極側(cè)：輸入為空氣，輸出與氧氣分離器（7）的輸入連接，氧氣分離器（7）的輸出分兩路，輸出一為氧氣輸出，與氧氣儲(chǔ)存器（6）的輸入連接，輸出二為空氣輸出，與空氣輸入口連接。所述光伏陣列（4）發(fā)電輸出分別與DC/DC變換器（3）和蓄電池（5）的輸入連接，蓄電池（5）的輸出與DC/DC變換器（3）的輸入連接，DC/DC變換器（3）與蓄電池（5）呈并聯(lián)形式，DC/DC變換器（3）有兩路輸出，DC/DC變換器（3）輸出一與電解池（7-1）供電端口連接，DC/DC變換器（3）的輸出二與輔助加熱器（7-2）的供電端口連接。一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置，其特征在于電解池反應(yīng)堆（8）包括電解池（8-1）和輔助加熱器（8-2）。輔助加熱器（8-2）的電能來(lái)源于光伏陣列（4），電解池（8-1）的電能同樣來(lái)源于光伏陣列（4），電解池（8-1）所需要的熱能一方面來(lái)自高溫混合氣體，一方面來(lái)自輔助加熱器（8-2）。所述給水泵（1）將水泵入槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）中，冷水在太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）中加熱后轉(zhuǎn)換為高溫水蒸氣。所述槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）是將太陽(yáng)能聚光后加熱水，包括聚光鏡（2-1）、真空集熱管（2-2）、支撐機(jī)構(gòu)（2-3）、驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)（2-4），聚光鏡（2-1）是由拋物面狀的鏡面構(gòu)成，用于反射太陽(yáng)光，焦線在真空集熱管（2-2）處，真空集熱管（2-2）用于吸收太陽(yáng)能，支撐機(jī)構(gòu)（2-3）支撐聚光鏡（2-1）與真空集熱管（2-2），驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)（2-4）主要用于太陽(yáng)能跟蹤，主要有液壓驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。所述DC/DC變換器（3）用于將光伏陣列（4）產(chǎn)生的電能變換為系統(tǒng)所需要的直流電能，包括電解池（8-1）和輔助加熱器（8-2）所需要的電能。所述光伏陣列（4）用于將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，由單晶硅或者多晶硅光伏電池構(gòu)成，輸出的電能直接送給DC/DC變換器（3）或者蓄電池（5）。所述蓄電池（5）是由鉛酸蓄電池或者免維護(hù)蓄電池等構(gòu)成，用于儲(chǔ)存光伏陣列（4）的剩余電能，或者在陽(yáng)光不充足的情況下，給電解池反應(yīng)堆（8）。所述氧氣儲(chǔ)存器（6）是由高壓氧氣儲(chǔ)存裝置構(gòu)成，用于儲(chǔ)存系統(tǒng)產(chǎn)生的氧氣。所述氧氣分離器（7）用于分離空氣和氧氣，得到純氧，存入氧氣儲(chǔ)存器（6）中。所述電解池反應(yīng)堆（8）包括電解池（8-1）和輔助加熱器（8-2）。電解池（8-1）用于電解高溫水蒸氣，產(chǎn)生氫氣和氧氣。輔助加熱器（8-2）用于將電解池（8-1）加熱至工作溫度，并維持在此溫度，本專利技術(shù)的一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置的工作溫度為500度。所述氫氣儲(chǔ)存器（9）由高壓氫氣儲(chǔ)存裝置構(gòu)成，用于儲(chǔ)存系統(tǒng)產(chǎn)生的氫氣。所述氫氣分離器（10）是用于分離氫氣和水蒸氣，因?yàn)橛胁糠指邷厮魵鉀]有參加電解反應(yīng)，與氫氣混合排除。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）利用太陽(yáng)能提供熱能和電能，清潔運(yùn)行。（2）將H2O高效地轉(zhuǎn)換為O2和H2，解決氫能問(wèn)題。（3）運(yùn)行溫度低，約為500度，制作材料成本低、運(yùn)行可靠，而傳統(tǒng)的高溫固體氧化電解池運(yùn)行溫度為900度。（4）采用納米復(fù)合技術(shù)制得低溫固體氧化電解池，并結(jié)合我國(guó)稀土資源，可發(fā)展我國(guó)自主高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。（5）可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的用戶，可設(shè)計(jì)不同的裝機(jī)容量。附圖說(shuō)明，圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖圖中：1是給水泵、2是槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)、3是DC/DC變換器、4是光伏陣列、5是蓄電池、6是氧氣儲(chǔ)存器、7是氧氣分離器、8是電解池反應(yīng)堆、9是氫氣儲(chǔ)存器、10是氫氣分離器。圖2為槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)示意圖.圖中：2-1是聚光鏡、2-2是真空集熱管、2-3是支撐機(jī)構(gòu)、2-4是驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)。圖3為電解池反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)圖。圖中：8-1是電解池、8-2是輔助加熱器。具體實(shí)施方式，參照?qǐng)D1、圖2和圖3，一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置，包括給水泵（1）、槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）、DC/DC變換器（3）、光伏陣列（4）、蓄電池（5）、氧氣儲(chǔ)存器（6）、氧氣分離器（7）、電解池反應(yīng)堆（8）、氫氣儲(chǔ)存器（9）、氫氣分離器（10）。其中，槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）包括聚光鏡（2-1）、真空集熱管（2-2）、支撐機(jī)構(gòu)（2-3）、驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)（2-4），電解池反應(yīng)堆（8）包括電解堆（8-1）、輔助加熱（8-2）；所述給水泵（1）將水泵入太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）的真空集熱管（2-2）進(jìn)口端，真空集熱管（2-2）出口端的高溫水蒸氣本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置，包括給水泵（1）、槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）、DC/DC變換器（3）、光伏陣列（4）、蓄電池（5）、氧氣儲(chǔ)存器（6）、氧氣分離器（7）、電解池反應(yīng)堆（8）、氫氣儲(chǔ)存器（9）、氫氣分離器（10）；其中，槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）包括聚光鏡（2?1）、真空集熱管（2?2）、支撐機(jī)構(gòu)（2?3）、驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)（2?4），電解池反應(yīng)堆（8）包括電解堆（8?1）、輔助加熱（8?2）；所述給水泵（1）將水泵入槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）的真空集熱管（2?2）進(jìn)口端，真空集熱管（2?2）出口端的高溫水蒸氣與電解池反應(yīng)堆（8）的進(jìn)氣端口連接；電解池反應(yīng)堆（8）的陰極側(cè)：電解池反應(yīng)堆（8）的出氣端口與氫氣分離器（10）的輸入端口連接，氫氣分離器（10）有兩個(gè)輸出口，氫氣分離器（10）輸出口一為氫氣輸出口，與氫氣儲(chǔ)存器（9）的輸入連接，氫氣分離器（10）輸出口二為水蒸氣輸出口，與真空集熱管（2?2）的輸入連接；電解池反應(yīng)堆（8）的陽(yáng)極側(cè)：輸入為空氣，輸出與氧氣分離器（7）的輸入連接，氧氣分離器（7）的輸出分兩路，輸出一為氧氣輸出，與氧氣儲(chǔ)存器（6）的輸入連接，輸出二為空氣輸出，與空氣輸入口連接；所述光伏陣列（4）發(fā)電輸出分別與DC/DC變換器（3）和蓄電池（5）的輸入連接，蓄電池（5）的輸出與DC/DC變換器（3）的輸入連接，DC/DC變換器（3）與蓄電池（5）呈并聯(lián)形式，DC/DC變換器（3）有兩路輸出，DC/DC變換器（3）輸出一與電解池（7?1）供電端口連接，DC/DC變換器（3）的輸出二與輔助加熱器（7?2）的供電端口連接。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于槽式太陽(yáng)能的電解水蒸汽裝置，包括給水泵（1）、槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）、DC/DC變換器（3）、光伏陣列（4）、蓄電池（5）、氧氣儲(chǔ)存器（6）、氧氣分離器（7）、電解池反應(yīng)堆（8）、氫氣儲(chǔ)存器（9）、氫氣分離器（10）；其中，槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）包括聚光鏡（2-1）、真空集熱管（2-2）、支撐機(jī)構(gòu)（2-3）、驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)（2-4），電解池反應(yīng)堆（8）包括電解堆（8-1）、輔助加熱（8-2）；所述給水泵（1）將水泵入槽式太陽(yáng)能熱利用子系統(tǒng)（2）的真空集熱管（2-2）進(jìn)口端，真空集熱管（2-2）出口端的高溫水蒸氣與電解池反應(yīng)堆（8）的進(jìn)氣端口連接；電解池反應(yīng)堆（8）的陰極側(cè)：電解池反應(yīng)堆（8）的出氣端口與氫氣分離器（10）的輸入端口連接，氫氣分離器（10）有兩個(gè)輸出口，氫氣分離器（10）輸出口一為氫氣輸出口，與氫氣儲(chǔ)存器（9）的輸入連接，氫氣分離器（10）輸出口二為水蒸氣輸出口，與真空集熱管（2-2）的輸入連接...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王娟，仇秋玲，朱斌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京蘊(yùn)納納米科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32