技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬綠色能源領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在綠色能源領(lǐng)域，風(fēng)、光制氫占有重要地位。這類裝置一般都是將風(fēng)能等動能轉(zhuǎn)化為電能，再用電能電解堿或酸水溶液制氫。一種風(fēng)電-太陽能制氫裝置已經(jīng)提出^[1]，本發(fā)明對這一裝置中的電極結(jié)構(gòu)和采光部分做實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，從而使得光、電制氫效率提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
一種光電制氫裝置，其特征是，這種裝置同時利用電能與光能制氫，該裝置的電解槽由采光部分，電解電極部分，溫差發(fā)電部分，氫氣導(dǎo)出管，氧氣導(dǎo)出管，及補(bǔ)水管構(gòu)成；其中電解電極部分的正、負(fù)極是導(dǎo)電板，導(dǎo)電板上附加有與導(dǎo)電板絕緣的、與脈沖電源連接的導(dǎo)線網(wǎng)，電解正、負(fù)極上附加的導(dǎo)線網(wǎng)分別與脈沖電源的正、負(fù)電極連接；電解正、負(fù)電極相間放置，電解正、負(fù)電極之間有離子透膜；采光部分由透光板構(gòu)成，其中一個透光板平行于電解液的液面；溫差發(fā)電部分由并聯(lián)與串聯(lián)在一起的溫差發(fā)電片構(gòu)成，溫差發(fā)電片的熱端緊密固定在電解槽壁的外表面上，冷端固定在通有冷卻水或氣體的管壁上，溫差發(fā)電部分的正、負(fù)極分別連接到電解電極的正、負(fù)極上；在電解正電極的上部固定有氧氣導(dǎo)出管，在電解負(fù)電極的上部固定有氫氣導(dǎo)出管；在電解液中固定有補(bǔ)水管；將電解正、負(fù)電極分別與所需要電壓的直流電源的正、負(fù)極接通，將附加在電解正、負(fù)電極上的導(dǎo)線網(wǎng)與脈沖電源接通，將采光板迎著太陽光放置，通電、采光后，氫氣、氧氣導(dǎo)出管就將分別有氫氣、氧氣流出。

電解電極需由耐強(qiáng)堿或強(qiáng)酸腐蝕的材料制作。采光部分的透光板的透光率應(yīng)盡可能高，特別是紫外透光率也應(yīng)較高。這里光的一個作用是增加電解質(zhì)電離率，從而增加導(dǎo)電率；另一個作用是提高電解液溫度，有利于溫差發(fā)電和增大電解液導(dǎo)電率。離子透膜只允許正離子或負(fù)離子通過，而氣體分子不能通過，從而將電解產(chǎn)生的氫氣與氧氣隔離開。

這種光電制氫裝置的第二個特征是，其中的電解正、負(fù)電極都是有網(wǎng)孔的導(dǎo)電長條板，導(dǎo)電長條板上附加有與其絕緣的導(dǎo)線網(wǎng)，正、負(fù)電極上的導(dǎo)電網(wǎng)分別與脈沖電源的正、負(fù)極連接；電解正、負(fù)電極相間放置，電解正、負(fù)電極間有離子透膜，離子透膜固定在氣體隔膜的下邊；導(dǎo)電長條板的平面都平行于電解液的液面。

導(dǎo)電長條板的平面平行于電解液的液面有利于最大程度地利用太陽光；導(dǎo)電長條板的網(wǎng)孔有利于氣體逸出。這里，電解產(chǎn)生的氫氣與氧氣被離子透膜和氣體隔膜隔離開。

這種光電制氫裝置的第三個特征是，其中的采光部分是由真空玻璃透光板和普通透光板及保溫壁構(gòu)成的保溫室，真空玻璃透光板平面對著太陽光，普通透光板的平面平行于電解液的液面，其余部分是由保溫板制作的保溫壁；采光部分也可以只由平行于電解液液面的透光板構(gòu)成。

為了最有效地吸收太陽能，真空玻璃應(yīng)盡可能時刻垂直于太陽光。為此，真空玻璃與另一個透光板的夾角應(yīng)該能夠連續(xù)變化的，即。真空玻璃板應(yīng)能圍繞真空玻璃板與普通透光板的交線轉(zhuǎn)動。由于陽光入射，真空玻璃板、透光板及保溫壁圍成的真空室的溫度是較高的，從而提高了電解液的溫度。

溫差發(fā)電部分是由溫差發(fā)電片并聯(lián)與串聯(lián)構(gòu)成的溫差發(fā)電片組。應(yīng)選擇溫差在40度左右能正常發(fā)電的溫差發(fā)電片。例如，選擇能夠在高溫為50度左右，低溫為0-10度，或高溫為80-90度，低溫為20-30度能正常發(fā)電的溫差發(fā)電片。

附圖說明圖1是這種光電制氫裝置正面示意圖。圖中，1是有網(wǎng)孔、且附加有與脈沖電源負(fù)極連接的導(dǎo)線網(wǎng)的電解負(fù)極；2是有網(wǎng)孔、且附加有與脈沖電源正極連接的導(dǎo)線網(wǎng)的電解正極；3是氣體隔膜；4是離子透膜；5是電解液；6是真空玻璃；7是補(bǔ)水管；‘+’是電解電極的正極，也是氧氣出口和氧氣導(dǎo)出管位置；‘-’是電解電極的負(fù)極，也是氫氣出口和氫氣導(dǎo)出管位置。圖2是這種光電制氫裝置側(cè)面剖面圖示意圖。圖中，6是真空玻璃板；8是普通透光板；9是保溫壁；10是氧氣或氫氣導(dǎo)出管；11是電解電極側(cè)截面。圖3是電解電極俯視圖。圖中，1是有網(wǎng)孔、且附加有與脈沖電源負(fù)極連接的導(dǎo)線網(wǎng)的電解負(fù)極；2是有網(wǎng)孔、且附加有與脈沖電源正極連接的導(dǎo)線網(wǎng)的電解正極；4是離子透膜；12是與負(fù)極連接的導(dǎo)電板；13是與正極連接的導(dǎo)電板。

具體實(shí)施方式取一塊有銥鉭涂層、網(wǎng)孔為3x6的鈦板，切割成寬為1cm，長為102cm的網(wǎng)孔長條板，將這7條有網(wǎng)孔的長條板的一端對齊、等間隔為12mm、平行地焊接在一個導(dǎo)電板上，這個導(dǎo)電板與電解電源的正極連接。在這7條網(wǎng)孔長條板的孔中，緊密地編制與其絕緣的導(dǎo)線網(wǎng)，這個導(dǎo)電網(wǎng)與脈沖方波電源的正極連通。脈沖的占空比為1∶1，頻率為1赫芝。

按有銥鉭涂層的網(wǎng)孔導(dǎo)電長條板完全相同的方式，制作一塊有銥釕涂層的網(wǎng)孔導(dǎo)電長條板。將此長條板與電解電源的負(fù)極連通，將附加在這個導(dǎo)電長條板上、與其絕緣的導(dǎo)線網(wǎng)與脈沖方波電源的負(fù)極連通。共制作這樣的正極、負(fù)極板各11個。

制作一個長1.7m、寬1.2m、深0.1m的電解槽。在電解槽中，在寬度方向、距離每邊0.1m處，固定一個隔板。在隔板上距離底部4cm處開設(shè)能夠?qū)⒏鱾€寬1cm、高0.1cm、平行于底面的插孔，在對面隔板、與插孔對應(yīng)的位置開設(shè)寬1cm、高0.1cm、平行于底面的半插孔。透過這些插孔將正極、負(fù)極相間插入并固定。每一對這樣的正極和負(fù)極導(dǎo)電長條板構(gòu)成一組，共有11組。將這11組電極串聯(lián)起來。將正極與負(fù)極分別與電解電源的正極與負(fù)極連接，將附加在正、負(fù)導(dǎo)電長條板上、與其絕緣的導(dǎo)線網(wǎng)分別與脈沖方波電源的正極與負(fù)極連接；在正、負(fù)極導(dǎo)電長條板之間放置好離子隔膜，離子隔膜固定在上面的氣體隔膜上。這樣就做好了電解槽的電解電極部分。

在電解槽正極導(dǎo)電長條板上方開設(shè)氧氣出口，并連接有氧氣導(dǎo)出管；在電解槽負(fù)極導(dǎo)電長條板上方開設(shè)氫氣出口，并連接有氫氣導(dǎo)出管。將控制電解液水位的虹吸式補(bǔ)水管及相應(yīng)的補(bǔ)水裝置安裝好。

采光部分的普通透光板與電解槽尺度(1x1.7平方米)相同。將這樣透光板及相應(yīng)的真空玻璃和保溫壁構(gòu)成的采光部分安裝到電解槽的上部。

將80個溫差發(fā)電片的熱端緊密固定在電解槽的外壁，冷端固定在通有冷卻水的鋁管上。將每8個溫差發(fā)電片并聯(lián)在一起的，再將10組這樣的溫差發(fā)電片串聯(lián)。然后，將溫差發(fā)電片組的正極與負(fù)極分別與電解電極的正極與負(fù)極連接。

電解直流電壓可取為20v，脈沖方波電壓可取為500v，可根據(jù)需要連續(xù)調(diào)整。

這樣，接通電源或有陽光照設(shè)時，就可高效率地產(chǎn)生氫氣和氧氣。

參考文獻(xiàn)

[1]陳世浩一種風(fēng)電-太陽能制氫裝置，zl201320475068.6。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種光電制氫裝置，屬綠色能源領(lǐng)域。其特征是，這種裝置同時利用光能與電能制氫，該裝置的電解槽由采光部分，電解電極部分，溫差發(fā)電部分，氫氣導(dǎo)出管，氧氣導(dǎo)出管，及補(bǔ)水管構(gòu)成；其中電解電極部分的正、負(fù)極是導(dǎo)電板，導(dǎo)電板上附加有與其絕緣的、與脈沖電源連接的導(dǎo)線，電解正、負(fù)極上附加的導(dǎo)線分別與脈沖電源的正、負(fù)電極連接，電解正、負(fù)電極相間放置，電解正、負(fù)電極之間有離子透膜；采光部分由透光板構(gòu)成，其中一個透光板平行于電解液的液面；這種裝置能顯著提高光、電制氫的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：陳紫微;陳世浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陳世浩
技術(shù)研發(fā)日：2016.04.09
技術(shù)公布日：2017.10.20