一种风电-太阳能制氢装置制造方法及图纸

一种风电-太阳能制氢装置，属能源领域。其特征是，本装置由电动势起伏的直流电源，起伏直流电压分配器，阳光电解箱方阵，温差发电箱，补水箱及保温层构成；直流电压分配器根据直流电压的大小使导体滚轴连接到电解箱方阵中相应的导电片上，这样就能保证在直流电压随机变化情况下，电解箱仍然在允许的范围内正常工作；温差发电箱中温差发电片的热端固定在电解箱的后璧上，冷端固定在冷却板上；补水箱与电解箱由虹吸管连通；温差发电箱可作为电解水电源；电解箱的侧壁，温差发电箱的侧壁，及补水箱覆盖有保温层。这种装置能显著提高风能、光能利用效率。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属能源领域。 
技术介绍
：风力发电无疑是风能利用的一种重要方式，但其储存与输送并不容易。特高压输电尽管在技术上看似可行，然而其风险(自然灾难及战争)极大，而且造价极高。因此，国内外并未普遍实行。 风能、太阳能的根本特征在于，两者皆是分布式能源。‘集中’不符合其‘分布式’的本性。因此，将随机、起伏的风能、太阳能就地转化为易于保存运输的燃料是必要的，也是可行的。 充分有效地利用、储存风能、太阳能、海浪能这些永不衰竭的绿色能源毫无疑问是极其重要的。特别是对于我国的城镇化，更有重要意义。电力与燃料是城镇生活的重要条件。我国对城乡普遍供电已经实现，而燃料问题却远未解决、也难以解决。 氢气是重要的工业原料；氢气本身就是很好的燃料，汽、柴油加氢可提高石油的燃烧值；氢气与二氧化碳可合成甲烷等气体或液体燃料，毫无疑问，这样的廉价绿色能源装置的市场必然是十分广阔的。因此，用风能、太阳能制作氢气、进而制作安全、易于储存运输的甲烷等燃料是很必要的。 本专利技术提出了一种风电一太阳能制氢装置，有机结合风能、太阳能，将风电场变为氢气厂，从而部分解决城镇化的燃料问题。 
技术实现思路
：1.本装置由电动势随机、起伏的直流电源，起伏直流电压分配器(简称直流电压分配器)，阳光电解箱(简称电解箱)方阵，温差发电箱，补水箱及保温层构成；直流电源与直流电压分配器连通，直流电压分配器上的导体滚轴与电解箱方阵上的导电片连通，直流电压分配器根据直流电压的大小使导体滚轴连接到电解箱方阵中相应的导电片上；温差发电箱中温差发电片的热端固定在电解箱的后璧、也是温差发电箱的前壁上，温差发电片的冷端固定在冷却板、即温差发电箱的后壁上；冷却板上固定有冷却水管，当电解箱温度高于电解适宜温度T0时，冷却水管中自动流过冷却水，流过冷却水管的水进入补水箱中；补水箱与电解箱由虹吸管连通；温差发电箱可作为电解水电源；电解箱的侧壁，温差发电箱的侧壁，及补水箱覆盖有保温层。 由于电动势是随机发生、起伏变化的，所以输出的直流电压也是随机、起伏变化的。直流电压分配器就是针对这种起伏变化的直流电压设计的，使得无论直流电压怎样升降，都有相应数目的电解箱正常工作。 不同于传统电解池，这里的阳光电解箱既能用于电解，也能吸收阳光，从而使得电能与光能得到充分利用。 这里的温差发电箱的作用是为了充分利用电解箱的余热，而余热的利用有多种方式，因此温差发电箱不是完全必要的。例如，可以直接将冷却水管固定在电解箱的壁上，然后直接利用被加热的冷却水；也可以将被加热的冷却水继续加热到适宜的温度，再用于温差发电。 这里的直流电源可以由风力或任何一种起伏不定的动力(如波浪)带动。 2.上述的电解箱方阵是由N2个、电阻为R0的电解箱按图2中的电路图并连及串联成的电解箱组，第n个电解箱方阵由n2电解箱组成，n＝1，…N，并依次连接有(n-1)个开关k2…kn和n个导电片L1、L2…Ln，对于第N个电解箱方阵，LN替换为滑动电阻RM；当第n个导电片Ln与电源连通时，其它导电片与直流电压分配器断开，开关k2…kn都自动闭合，而开关km，m≥n+1，都断开，第n个电解箱方阵的总电阻是 R0=nR0·(R0+R0n-1)nR+(R0-R0n-1)=R0,]]>R0是电源内阻；每个电解箱的适宜工作电压是V0，能够在2V0以下电压正常工作，当直流电压超过额定电压VM＝NV0时，导体滚轴将滚动到滑动电阻RM上，随电压继续升高，连接到回路中的滑动电阻RM增加。 3.前述的直流电压分配器的一种实现方式是图1所示，由串联有电阻R1的电磁铁，及固定在弹簧上、并固定有导体滚轴的永久磁铁构成；电磁铁回路与电解箱方阵回路并连到电源上；当电压(n+1)V0＞V≥nV0时，滑动导体滚轴与电解箱方阵中的导电片Ln连接。 随着直流电压V增加或减少，导体滚轴依次与导电片L1、L2…Ln连通，连通到回路中的电解箱的个数正比于V2增加或减少。 由以上分析可见，尽管连通到回路中的电解箱个数变化，但总电阻不变。只有当电压超过VM时，电解箱回路总电阻才随电压升高而增加。这样，容易保持外 电路总电阻与电源的内电阻匹配，从而任何情况下都有最大输出功率，也保证在电源直流电压随机起伏变化情况下，每个电解箱的工作电压V0和工作电流I0仍然在安全、高效率的范围内。 当溶液浓度与催化剂都不变时，R0实际上还要随电解箱的光照与温度而变化。由于一个电解箱实际上能够允许电解电流I与电压V在一定的范围内变化(随着电压在这个范围内的增减，这个电解箱的产氢量也随之增减)，所以把R0看作不变时，不显著影响所得结果。 4.前述的电压自动分配器的另一种实现方式是图3及图4所示，这里N＝4，直流电压经保护开关FA引入，由启动器Q1-Q4控制其开或关；启动器Q1-Q4由光电继电器J1-J4对应控制其开或关；光电继电器J1-J4受控于电压变化光电信号输出器PV；光电继电器J1-J4工作状态由Z1-Z4对应显示。 这里仅仅以N＝4说明其结构，对于任意N，结构也都与此相似。 工作过程是：当输入电压为3伏时，PV指针偏转，并挡断光孔1，由此J1工作，同时Z1亮，接着Q1(Q1-1，Q1-2)动作、接通电解箱D1；当电压继续升高，挡断光孔2时，J2工作，同时Z2亮，接着Q2(Q2-1，Q2-2，Q2-3)动作、接通电解箱D1-D4，并断开J1，Z1，Q1；依此类推。 当电压下降时，过程与上述情况相反。 5.前述的阳光电解箱由电解板、前壁、后壁及周边围成，电解箱填充有碱、或酸、或盐的水溶液；电解板由负极导电板、正极导电板及位于正、负极导电板中间的离子透膜构成，负极导电板是透光导电膜或均匀分布有许多穿透孔的导电板，负极导电板可以是石墨板，正极导电板可以是钛合金电极板，负、正极导电板分别与电源的负、正极连通；前壁是透光的真空绝热板，可以是高透光率的石英玻璃或普通玻璃制作的真空玻璃；正极导电板可以作为后壁，在后壁不对着负极导电板的表面上可以镀有红外线吸收膜层；与碱、或酸、或盐的水溶液接触的表面都是由耐碱、或酸、或盐的水溶液腐蚀的材料制作或涂有耐碱、或酸、或盐的水溶液腐蚀的膜层；在电解箱的顶板上、在离子透膜与前壁之间有氢气出口，在电解箱的顶板上、离子透膜与后壁之间有氧气或其它气体出口，氢气出口上固定有氢气滤气管，氧气或其它气体出口上固定有氧气或其它气体滤气管，在电解 箱的顶部有补水口，连通补水箱与电解箱的虹吸管连通到补水口；在电解箱的底板上安装有放水阀门；电解箱的周边可以覆盖有保温层。 离子透膜是离子能自由通过，而气体分子不能通过膜层。这种膜层有多种，适合于本装置需要的膜层是其导致的电压降尽可能小的膜层。 6.前述的阳光电解箱也可以是，电解板的正、负极导电板都是均匀分布有穿透孔的导电板，在负极导电板与前壁之间有导电栅网，后壁也是导电版，后壁与导电栅网由导体连通，电解箱的其余特征与5相同。 阳光透过透明真空绝热板照射到电解箱的溶液中，使得溶液中络合水离子变为裸离子，从而减小电阻，提高风电制氢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电-太阳能制氢装置，其特征是，这种装置由电动势随机、起伏的直流电源，
起伏直流电压分配器，阳光电解箱方阵，温差发电箱，补水箱及保温层构成；直流电源与直
流电压分配器连通，直流电压分配器上的导体滚轴与电解箱方阵上的导电片连通，直流电压
分配器根据直流电压的大小使导体滚轴连接到电解箱方阵中相应的导电片上；温差发电箱中
温差发电片的热端固定在电解箱的后璧、也是温差发电箱的前壁上，温差发电片的冷端固定
在冷却板、即温差发电箱的后壁上；冷却板上固定有冷却水管，当电解箱温度高于电解适宜
温度T0时，冷却水管中自动流过冷却水，流过冷却水管的水进入补水箱中；补水箱与电解箱
由虹吸管连通；温差发电箱可作为电解水电源；电解箱的侧壁，温差发电箱的侧壁，及补水
箱覆盖有保温层。
2.根据权利要求1所述的风能、太阳能制氢装置，其特征是，其中电解箱方阵是由N2个、电阻为R0的电解箱按图2中的电路图并连及串联成的电解箱组，第n个电解箱方阵由n2电解箱组成，n＝1，…N，并依次连接有(n-1)个开关k2…kn和n个导电片L1、L2…Ln，对
于第N个电解箱方阵，LN替换为滑动电阻RM；当第n个导电片Ln与电源连通时，其它导电
片与直流电压分配器断开，开关k2…kn都自动闭合，而开关km，m≥n+1，都断开，第n个
电解箱方阵的总电阻是
R0=nR0·(R0+R0n-1)nR+(R0-R0n-1)=R0,]]>R0是电源内阻；每个电解箱的适宜工作电压是V0，能够在2V0以下电压正常工作，当直流电
压超过额定电压VM＝NV0时，导体滚轴将滚动到滑动电阻RM上，随电压继续升高，连接到
回路中的滑动电阻RM增加。
3.根据权利要求1所述的风能、太阳能制氢装置，其特征是，其中的直流电压分配器
由串联有电阻R1的电磁铁，及固定在弹簧上、并固定有导体滚轴的永久磁铁构成，图1是
其结构图；电磁铁回路与电解箱方阵回路并连到电源上；当电压(n+1)V0＞V≥nV0时，滑动
导体滚轴与电解箱方阵中的导电片Ln连接。
4.根据权利要求1所述的风能、太阳能制氢装置，其特征是，其中的电压自动分配器
的第二种实现方式、对于N＝4电解箱方阵的电路图是图3及图4，直流电压经保护开关FA

\t引入，由启动器Q1-Q4控制其开或关；启动器Q1-Q4由光电继电器J1-J4对应控制其开或
关；光电继电器J1-J4受控于电压变化光电信号输出器PV；光电继电器J1-J4工作状态由
Z1-Z4对应显示；对于任意N，其结构依此类推。
5.根据权利要求1所述的风能、太阳能制氢装置，其特征是，其中的阳光电解箱由电
解板、前壁、后壁及周边围成，电解箱填充有碱、或酸、或盐的水溶液；电解板由负极导电
板、正极导电板及位于正、负极导电板中间的离子透膜构成，负极导电板是透光导电膜或均
匀分布有许...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇星，陈紫微，陈世浩，
申请(专利权)人：陈世浩，
类型：发明
国别省市：