一種制氫制氧系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種制氫制氧系統，包括支撐裝置和在支撐裝置上設的相連的制氫制氧器和供電裝置，制氫制氧器包括控制裝置以及由其控制的相連接的輸入輸出裝置和電解裝置；其中，供電裝置為太陽能電池板和風力發電機中的一種或者兩種，制氫制氧器還包括殼體，控制裝置設置在殼體的內部，輸入輸出裝置穿過殼體設置，電解裝置設置在殼體內；輸入輸出裝置和電解裝置由上至下依次相連接；輸入輸出裝置與供電裝置分別相連接。本實用新型以簡單優化的結構使光能、風能可再生能源得到充分利用，降低了系統設備成本的同時也大量節約了能源，大幅提高了氫與氧的綠色生產的安全穩定性，實現了高效節約的綠色環保生產，適于在相關生產領域工業化推廣應用。
【專利說明】一種制氫制氧系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氫氣與氧氣的制備【技術領域】，尤其涉及一種制氫制氧系統。
【背景技術】
[0002]目前，隨著環保意識的提高以及環境保護法的加強，綠色化工成為化工發展的首要途徑。在氫與氧的制備領域，電解水的方法因其無副產物而倍受青睞，在電解采用的裝置和電能的來源分別進行了探索性的研究開發。
[0003]現有技術中，發明專利ZL200810013507.5公開了一種光電化學復合或耦合制氫制氧裝置及方法，裝置包括上部的太陽能電池和下部的光電化學池；上部的太陽能電池裝置包括電極基板、光陽極、電解液和對電極；上部的太陽能電池為硅太陽能電池、染料敏化太陽能電池、有機太陽能電池、化合物半導體太陽能電池或聚合物太陽能電池等；下部的光電化學池包括光陽極、電解液和對電極。使用該裝置時，在太陽光或模擬太陽光照射下，上部的太陽能電池發電，產生外加偏壓，光電化學池的光陽極產生電勢或能量。外加偏壓與光電化學池光陽極所產生的電勢或能量一起達到光電化學池中水的裂解能量，兩個電極上分別產生氫氣和氧氣。該發明應用了綠色能源太陽能提供水電解的能源，操作也得到了優化，使用比較簡單方便，但是在太陽能至電能的轉換效率偏低，且易造成能源浪費，額外增加成本，不適于工業化推廣應用。
[0004]實用新型專利ZL201120544683.9公開了一種風光互補海水制氫制氧系統，包括發電系統和電解系統，所述發電系統包括風力發電機、風力發電控制器、系統控制中心、太陽能電池板、太陽能發電控制器、蓄電池組和直流變換器，所述系統控制中心通過風力發電控制器連接風力發電機，所述系統控制中心通過太陽能發電控制器連接太陽能電池板，所述蓄電池組和所述直流變換器都與所述系統控制中心電連接，所述直流變換器與電解系統電連接。系統控制中心通過太陽能發電控制器控制太陽能電池板，還通過分離發電控制器控制風力發電機。該發電系統將光能和風能轉化為電能為電解系統供電，降低了成本，減小了給市電系統帶來的負擔；但是，該發明的系統裝置結構龐雜，生產效率不高。
[0005]發明專利ZL201010219892.6本提供了一種鏈式制氫制氧一體化方法，CuFe2O4與固體含碳物質作還原反應，得到還原產物Cu、Fe、FeO，其中Fe、FeO與水蒸氣進行氧化反應，生成H2和Fe3O4,剩下的Cu再與Fe3O4、空氣進行氧化反應，氧化生成CuFe204。CuFe2O4加熱分解得到O2和CuFeO2Jf CuFeO2與空氣進行氧化反應，再生形成CuFe2O4 ;實現上述方法的裝置，以鼓泡流化床反應器、旋風分離器、密封閥和快速流化床為主要組件。該發明沿用傳統的化學方法，通過鏈式連續制備得到H2和02，能獲得較高純度的H2和02，但是，其采用的材料較多，成本較高，不利于后續處理。
[0006]發明專利ZL201210050368.X提供了 一種發動機自動制氫制氧方法及其節能裝置:采用化學催化和高溫氣體電解裂化制氫制氧的綜合方法，在參與燃燒的水中添加總重量1-5%的催化劑和3-8%的消煙劑，利用發動機排氣余熱加熱水分子，使蒸汽態的水分子變成高能氣態，把高能氣態的水分子在電解裂化器內電解裂化為富含氫、氧原子的可燃氣體，再把可燃氣體和燃油混合氣或空氣混合后一同送入汽缸燃燒作功。在裝置方面的改進是在發動機的排氣管上安裝水分蒸發器和電解裂化器，在水分蒸發器上安裝熱電傳感器，在供水箱上安裝小水泵，在發動機進氣歧管節氣門的后方安裝噴射喉管，電子控制器和節氣門聯動。該發明對于采用油料作為電解能源來源的制備領域來說，節油減排效果較好，但是，其不可避免地存在耗能耗材，以及環境污染問題。
[0007]因此，亟待研究開發出綠色高效能的制氫制氧設備，能夠達到環保節能效果好、經濟成本低、結構簡單優化、適于大規模工業實踐推廣應用。
實用新型內容
[0008]本實用新型的目的是，針對現有技術存在的問題，提供一種制氫制氧系統，充分利用可再生能源，實現氫與氧的綠色生產，從而有效降低成本，利于實現高效節約的環保的工業化生產。
[0009]本實用新型解決問題的技術方案是:提供一種制氫制氧系統，包括支撐裝置和在所述支撐裝置上固定設置的相連接的制氫制氧器和供電裝置，所述制氫制氧器包括控制裝置以及由控制裝置控制的相連接的輸入輸出裝置和電解裝置；其中，所述供電裝置為太陽能電池板和風力發電機中的一種或者兩種，所述制氫制氧器還包括殼體，所述控制裝置設置在所述殼體的內部，所述輸入輸出裝置穿過所述殼體設置，所述電解裝置設置在所述殼體內；所述輸入輸出裝置和電解裝置由上至下依次相連接；所述輸入輸出裝置與所述供電裝置和控制裝置分別相連接。
[0010]進一步地，在所述殼體內還設置有與所述電解裝置相連接的光催化裝置，所述光催化裝置的設置使光能的利用更加充分，使水在電解的同時也能夠進行光催化反應，從而使氫氣與氧氣的制備效率大幅提升。
[0011]進一步地，在所述殼體內還設置有加熱裝置，所述加熱裝置能夠加熱殼體內部的水，從而加速水的電解，進而提高氫氣和氧氣的產出效率。
[0012]進一步地，所述輸入輸出裝置包括穿過所述殼體設置的負極接線端子、正極接線端子、信號接線端子、氧氣輸出口和氫氣輸出口 ；在所述電解裝置與輸入輸出裝置相對的一端設置有底座，所述底座上焊有三通管，所述三通管上安裝有供水電磁閥和泄壓排污閥；所述電解裝置包括在所述殼體內設置的陰極管和陽極管，所述陽極管包裹在所述陰極管的外部，所述陰極管與所述底座相連接，在所述陰極管內部的空腔為氫氣腔，所述陽極管與殼體之間的空腔為氧氣腔；所述陰極管包括由上至下依次相連接的陰極導體和電解陰極，所述陽極管包括由上至下依次相連接的陽極導體和電解陽極；在所述電解陰極和電解陽極之間的空腔為儲水腔，在所述電解陰極和電解陽極上均設有多個孔；所述儲水腔與所述氫氣腔的下部和氧氣腔的下部相連通；所述氧氣輸出口與所述氧氣腔相通；所述氫氣輸出口與所述氫氣腔相通；所述三通管與所述儲水腔相通；所述負極接線端子與所述正極接線端子分別與所述供電裝置相連接；所述信號接線端子與所述控制裝置相連接。其中，在所述電解陰極和電解陽極上多個小孔的設置，使所述儲水腔與所述氫氣腔的下部和氧氣腔的下部達到有效連通，從而利于制得的氫氣和氧氣均勻而快速地進入氫氣腔和氧氣腔，也使得電解水用量得到保障，并方便電解水用量的控制。再者，所述底座設置，能夠有效支撐保護電解裝置，尤其是對電極管的保護得到有效增強，從而利于增強系統整體運行的安全穩定性；而所述底座上供水電磁閥和泄壓排污閥的設置，則大大方便了電解用水的輸送和排出，同時也便于及時泄壓和排除電解水中的雜質沉淀以及其他污垢，從而進一步保障系統整體運行的安全穩定性。此外，所述陰極管和陽極管的管狀結構設置，使電解陰極和電解陽極的電極面積增加，利于提聞電解的效率。
[0013]優選地，所述陽極導體和陰極導體通過隔電密封體相連接；所述輸入輸出裝置和所述陰極管、陽極管、殼體之間的連接處通過隔電密封體密封連接；在所述陰極導體和陽極導體的外圍均包裹有絕緣層。通過上述設置能夠有效地使所述氫氣腔和氧氣腔達到隔電密封的相隔離效果；通過上述各絕緣和密封設置能夠更好地保障所述制氫制氧器的電解裝置運行安全穩定，其中，所述隔電密封體優選為耐腐蝕的絕緣塑料制品，質輕，便于安裝設置。
[0014]優選地，在所述電解陰極和電解陽極之間設置有陰陽極隔離膜，所述陰陽極隔離膜為氫離子交換樹脂膜。所述氫離子交換樹脂膜只允許氫離子通過，其設置確保了氫氣的純度，而且，由于氫離子交換樹脂膜很薄，電極與膜氫離子交換樹脂之間的距離接近零，有效降低了內部阻抗，也減少了電能損失，使制氫制氧的效率大幅提高。
[0015]優選地，所述電解陽極上還設有能接收到陽光的光催化部，在所述陽極管外的殼體上設有透光管，所述光催化部與所述透光管的組合即為所述光催化裝置，通過所述透光管透射的光照射所述光催化部，從而發生光催化作用，促使水電解的速率得到進一步的提高。較佳地，對于所述光催化部的設計，在本實用新型中，優選的方式為，所述光催化部的電解陽極的基層為鎳片，在所述鎳片的表面纏繞有鎳絲網，所述鎳絲網表面組裝有氧化鋅納米棒陣列，在所述氧化鋅納米棒表面組裝有二氧化鈦納米管陣列。
[0016]優選地，在所述陽極管外的殼體上設有透光管，在所述陽極管外部還設有與所述透光管相配合的吸熱層，所述透光管與所述底座相連接，即所述透光管和所述吸熱層組合成所述加熱裝置，所述吸熱層吸收光產生的熱能加熱殼體內部的水，從而加速水的電解，進而提高氫氣和氧氣的產出效率。
[0017]進一步地，所述控制裝置包括控制主板，所述陰極導體與所述控制主板相連接，所述陽極導體與所述控制主板相連接；在所述陰極管的頂部還設有通過信號線與所述控制主板相連接的超聲波液位傳感器；在所述儲水腔的壁上設有分別通過信號線與所述控制主板相連接的水位上觸點、水位刻度線、水位下觸點、壓強傳感器和溫度傳感器。
[0018]優選地，在所述陰極管的頂端，所述陰極導體和負極接線端子通過銅堵頭連接；所述超聲波液位傳感器設置在所述銅堵頭內，用于測量陰極管內的水位，從而更加高效準確地控制電解水的量。
[0019]進一步地，所述制氫制氧器為管狀結構，從而與陰極管和陽極管的管狀結構設置相有效配合，整體的管狀結構設置不僅結構緊湊、便于安裝、節省空間，而且能合理分隔內部腔室。
[0020]進一步地，根據氫氣和氧氣的實際生產需要，所述供電裝置能夠根據實際需要進行設置，如在所述支撐裝置上設置多個太陽能電池板和/或多個風力發電機，從而為制氫制氧器提供電力來源；所述支撐裝置根據實際需要能夠為固定立桿等支撐固定制氫制氧器和供電裝置的裝置。優選地，所述制氫制氧器能夠無需任何轉換(包括調壓、變頻、蓄電)即零距離地與各太陽能電池板和/或風力發電機相連接，從而利于提高風力發電機、太陽能電池板所產生的電能利用效率。在具體實際生產應用中，所述制氫制氧器的具體位置與安裝方式能夠根據實際需要靈活確定，其中，所述太陽能電池板、風力發電機能夠直接采用目前成熟的產品；所述支撐裝置如固定立桿等能夠采用機械強度相當的鋼管等材料來制作。
[0021]應用本實用新型制氫制氧系統時，通過所述控制裝置向所述電解裝置輸送電解用的水，控制供電裝置通過輸入輸出裝置向所述電解裝置供電，電解裝置電解水制取氫氣和氧氣，通過輸入輸出裝置輸出，再進行收集存儲或利用。所述電解裝置設置在所述殼體內，保護電解裝置的同時，利于保障電解的安全穩定運行；所述輸入輸出裝置和電解裝置由上至下依次相連接設置，利于提高氣體和電解水的輸送效率；本實用新型中，優化了太陽能電池板和風力發電機與電解裝置之間傳輸設置，減少了如電能轉換(包括升壓，調頻，直流變交流等)以及用蓄電池存儲電能等轉換環節，有效降低了電能損失，從而充分提高了太陽能、風能利用效率。
[0022]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:設計新穎合理，結構緊湊優化，使光能、風能可再生能源得到充分利用，降低了系統設備成本的同時也大量節約了能源，而且，大幅提高了氫與氧的綠色生產的安全穩定性，從而有效提高了經濟效益，實現了高效節約的綠色環保生產，適于在相關生產領域工業化推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型制氫制氧系統的結構示意圖；
[0024]圖2為本實用新型制氫制氧系統的制氫制氧器的主視圖；
[0025]圖3為本實用新型制氫制氧系統的輸入輸出裝置的主視圖；
[0026]圖4為本實用新型制氫制氧系統的內部管狀結構的示意圖；
[0027]圖5為本實用新型制氫制氧系統的輸入輸出裝置和電解裝置的部分剖視圖；
[0028]圖6本實用新型氫制氧系統中制氫制氧器的下部剖視圖；
[0029]圖7本實用新型氫制氧系統中電解裝置的的斷面圖；
[0030]圖8為本實用新型制氫制氧系統中制氫制氧器的外部視圖；
[0031]圖9為本實用新型制氫制氧系統中制氫制氧器的外部管線連接示意圖；
[0032]圖10為本實用新型制氫制氧系統中與控制裝置相關部件的原理結構框圖。
[0033]圖中所示:1-制氫制氧器；2_太陽能電池板；3_風力發電機；4_支撐裝置；5-輸入輸出裝置；6-電解裝置；7-底座；8-殼體；9_負極接線端子；10_正極接線端子；11_信號接線端子；12_三通管；13_氧氣輸出口 ；14_氫氣輸出口 ；15_隔電密封體；16_陰極引出端子；17_陽引出端子；18_銅堵頭；19_絕緣層；20_透光管；21_陰極導體；22_陽極導體；23_氫氣腔；24_氧氣腔；25_壓力傳感器；26_水位上觸點；27_吸熱層；28_溫度傳感器；29_水位下觸點；30_陰陽極隔離膜；31_電解陰極；32_電解陽極；33_鎳絲網；34_水位刻度線；35_密封膠墊；36_儲水腔；37_泄壓排污閥；38_供水電磁閥；39_工作狀態指示燈；40_控制主板；41_有機玻璃罩；42_供水管道；43_輸送氧氣管道；44_輸送氫氣管道；45-氫氣止回組合閥；46_氧氣止回組合閥；47_外部連接導線；48_孔；49_氫氣通過孔；50-密封膠體；51_超聲波液位傳感器；52_電解電源控制器；53_人工控制輸入裝置；54_工作狀況輸出裝置；55_上水位；56_下水位。
【具體實施方式】[0034]實施例1
[0035]如圖1和圖2所示，本實用新型制氫制氧系統，包括支撐裝置4和在所述支撐裝置4上固定設置的相連接的制氫制氧器I和供電裝置，所述制氫制氧器I包括控制裝置以及由控制裝置控制的相連接的輸入輸出裝置5和電解裝置6 ;其中，所述供電裝置為太陽能電池板2和風力發電機3 ;所述制氫制氧器I還包括殼體8，所述控制裝置設置在殼體8的內部，輸入輸出裝置5穿過殼體8設置，電解裝置6設置在殼體8內；輸入輸出裝置5和電解裝置6由上至下依次相連接；輸入輸出裝置5與所述供電裝置和控制裝置分別相連接。
[0036]上述實施例中，根據氫氣和氧氣的實際生產需要，所述供電裝置作為制氫制氧器的供電來源，能夠根據實際需要進行設置，如只安裝太陽能電池板2或風力發電機3，或者，在支撐裝置4上設置多個太陽能電池板2和/或多個風力發電機3 ;所述支撐裝置4根據實際需要能夠為固定立桿等支撐固定制氫制氧器I和供電裝置的裝置，如采用固定鋼管立桿等機械強度相當的材料來制作；在實際應用中，所述制氫制氧器I的具體位置與安裝方式能夠根據實際需要靈活確定，所述制氫制氧器I能夠無需任何轉換(包括調壓、變頻、蓄電)即零距離地與各太陽能電池板2和/或風力發電機3相連接，從而利于提高風力發電機3、太陽能電池板2所產生的電能利用效率；所述太陽能電池板2、風力發電機3能夠直接采用目前成熟的產品；為便于安裝和節省空間，所述制氫制氧器I優選設置為管狀結構。
[0037]應用本實用新型制氫制氧系統時，通過所述控制裝置向電解裝置6輸送電解用的水，控制供電裝置通過輸入輸出裝置5向電解裝置6供電，電解裝置6電解水制取氫氣和氧氣，通過輸入輸出裝置5輸出，再進行收集存儲或利用。在上述應用過程中，因所述電解裝置6設置在殼體8內，使電解裝置6得到保護的同時，利于保障電解的安全穩定運行；所述輸入輸出裝置5和電解裝置6由上至下依次相連接設置，能夠利于提高氣體和電解水的輸送效率；太陽能電池板2和風力發電機3與電解裝置6之間的優化傳輸設置，減少了如電能轉換(包括升壓，調頻，直流變交流等)以及用蓄電池存儲電能等轉換環節，有效降低了電能損失，從而充分提高了太陽能、風能利用效率。
[0038]實施例2
[0039]如圖1和圖2所示，一種制氫制氧系統的設置及分布同實施例1，還包括如下設置:
[0040]在所述殼體8內還設置有與所述電解裝置相連接的光催化裝置，所述光催化裝置的設置使光能的利用更加充分，使水在電解的同時也能夠進行光催化反應，從而使氫氣與氧氣的制備效率大幅提升。
[0041]實施例3
[0042]如圖1和圖2所示，一種制氫制氧系統的設置及分布同實施例1，還包括如下設置:
[0043]在所述殼體8內還設置有加熱裝置，所述加熱裝置能夠加熱殼體內部的水，從而加速水的電解，進而提高氫氣和氧氣的產出效率。
[0044]在上述實施例中，也能夠結合實施例2的光催化裝置進行組合設置，從而更有效地提高氫氣與氧氣的制備效率。
[0045]實施例4
[0046]如圖1和圖2所示，一種制氫制氧系統的設置及分布同實施例1，還包括如下設置:
[0047]如圖3至圖9所示，所述輸入輸出裝置5包括穿過所述殼體8設置的負極接線端子9、正極接線端子10、信號接線端子11、氧氣輸出口 13和氫氣輸出口 14以及氫氣通過孔49 ；
[0048]在所述電解裝置6與輸入輸出裝置5相對的一端設置有底座7，底座7上焊有三通管12，所述三通管12上安裝有供水電磁閥38和泄壓排污閥37 ；
[0049]所述電解裝置6包括在所述殼體8內設置的陰極管和陽極管，所述陽極管包裹在所述陰極管的外部，所述陰極管與所述底座7相連接，在所述陰極管內部的空腔為氫氣腔23，所述陽極管與殼體8之間的空腔為氧氣腔24 ；
[0050]所述陰極管包括由上至下依次相連接的陰極導體21和電解陰極31，所述陽極管包括由上至下依次相連接的陽極導體22和電解陽極32 ；
[0051]在所述電解陰極31和電解陽極32之間的空腔為儲水腔36，在所述電解陰極31和電解陽極32上均設有多個孔48 ;所述儲水腔36與所述氫氣腔23的下部和氧氣腔24的下部相連通；
[0052]所述氧氣輸出口 13與所述氧氣腔24相通；
[0053]所述氫氣輸出口 14與所述氫氣腔23相通；
[0054]所述三通管12與所述儲水腔36相通；
[0055]所述負極接線端子9與所述正極接線端子10分別與所述供電裝置相連接；
[0056]所述信號接線端子11與所述控制裝置相連接。
[0057]上述實施例中:
[0058]所述底座I優選為不銹鋼底座，所述底座I的設置能夠有效支撐保護電解裝置，尤其是對電極管的保護得到有效增強，從而利于增強系統整體運行的安全穩定性；而供水電磁閥38和泄壓排污閥37的設置，則大大方便了電解用水的輸送和排出，同時也便于及時泄壓和排除電解水中的雜質沉淀以及其他污垢，從而進一步保障系統整體運行的安全穩定性；
[0059]所述三通管12作為水管接入口，對于三通管12的設置，較佳地，所述三通管12為不銹鋼三通管，三通管12的上口與不銹鋼底座7焊接在一起，三通管12的中口與供水電磁閥38相連，三通管12的下口接泄壓排污閥37，能夠自動泄壓并兼做排水排污；
[0060]所述陽極導體21和陰極導體21通過隔電密封體15相連接；所述輸入輸出裝置5和所述陰極管、陽極管、殼體8之間的連接處通過隔電密封體15和密封膠體50密封連接；在所述陰極導體21和陽極導體22的外圍均包裹有絕緣層19，在所述陰極管和陽極管與殼體8及其他易產生漏電聯電安全隱患處設密封膠墊35、隔電密封體15和密封膠體50進行隔離；通過上述設置能夠有效地使所述氫氣腔23和氧氣腔24達到隔電密封的相隔離效果；并且通過隔電密封體15、密封膠墊35和絕緣層19等絕緣密封設置能夠更好地保障所述制氫制氧器的電解裝置運行安全穩定，其中，所述隔電密封體15優選為耐腐蝕的絕緣塑料制品，質輕，便于安裝設置；
[0061]為進一步保障氫氣與氧氣的制備效果，在所述電解陰極31和電解陽極32之間設置有陰陽極隔離膜30，所述陰陽極隔離膜30為氫離子交換樹脂膜；所述陰陽極隔離膜30只允許氫離子通過，其設置確保了分別進入氫氣腔23和氧氣腔24中的氫氣和氧氣的純度，而且，由于氫離子交換樹脂膜很薄，電極與膜氫離子交換樹脂之間的距離接近零，有效降低了內部阻抗，也減少了電能損失，使制氫制氧的效率大幅提高；
[0062]在所述電解陰極31和電解陽極32上多個小孔48孔的設置，使所述儲水腔36與氫氣腔23的下部和氧氣腔24的下部達到有效連通，從而利于制得的氫氣和氧氣均勻而快速地進入氫氣腔23和氧氣腔24，也使得電解水用量得到保障，并方便電解水用量的控制；對于孔48的孔徑以通過的氣流能夠保持整個裝置內的壓力穩定為基準進行設計；
[0063]此外，所述陰極管和陽極管的管狀結構設置，使電解陰極31和電解陽極32的電極面積增加，利于提聞電解的效率。
[0064]本實用新型制氫制氧系統的應用同實施例1，其中，所述供電裝置通過外部連接導線47、負極接線端子9和正極接線端子10與控制主板相連，再通過控制主板上的電解電源控制器與陰極引出端子16、銅堵頭18、陰極導體21、電解陰極31，以及陽極引出端子17、陽極導體22，電解陽極32形成供電回路，對所述儲水腔36內的水進行電解，氫離子穿過陰陽極隔離膜30在電解陰極31處被還原生成氫氣，所得氫氣穿過電解陰極31上的孔進入氫氣腔23，氫氧根離子在電解陽極32處被氧化成氧氣，所得氧氣穿過電解陽極32上的孔進入氧氣腔24，氫氣腔23中的氫氣經氫氣輸出口 14輸出，氧氣腔24中的氧氣經氧氣輸出口 13輸出，整個過程中，氫氣和氧氣均由下而上輸出。基于本實用新型的優化結構設置，在保障提高效率的同時也使系統的安全運行得到了充分保障。需要說明的是，在本實施例中的各結構設置也適用于實施例2和實施例3。
[0065]實施例5
[0066]如圖1至圖9所示，一種制氫制氧系統的設置及分布同實施例3，還包括如下設置:
[0067]所述電解陽極32上還設有能接收到陽光的光催化部，在所述陽極管外的殼體8上設有透光管20，所述光催化部與透光管20的組合即為光催化裝置，其中，所述光催化部的設計如下:所述光催化部的電解陽極32的基層為鎳片，在所述鎳片的表面纏繞有鎳絲網33，所述鎳絲網33表面組裝有氧化鋅納米棒陣列，在所述氧化鋅納米棒表面組裝有二氧化鈦納米管陣列。
[0068]在上述實施例中，在所述陽極管外部還設有與透光管20相配合的吸熱層27，所述透光管20與所述底座7相連接，具體地，透光管20的上下端通過絲牙分別與輸入輸出裝置5和不銹鋼底座7相固定連接；透光管20和吸熱層27組合成加熱裝置，吸熱層27吸收光產生的熱能加熱殼體8內部的水，從而加速水的電解，進而提高氫氣和氧氣的產出效率。
[0069]本實用新型制氫制氧系統的應用同實施例3，其中，所述光催化裝置的設置能夠使光能的利用更加充分，通過透光管20透射的光照射所述光催化部，從而發生光催化作用，使水在電解的同時也能夠進行光催化反應，促使水電解的速率得到進一步的提高，從而使氫氣與氧氣的制備效率大幅提升，具體的光催化部的設計也能夠采用現有的其他的光催化材料進行設置，但是在本實施中所述的光催化部的設置能夠有效避免副作用的產生，具有較好的效果，其中，氧化鋅、二氧化鈦的禁帶寬度都比較寬，當光輻照能量足夠時，經紫外光照射激發，半導體價帶上的電子就會躍到導帶，從而便會在導帶和價帶的相應位置上產生電子和空穴(光生載流子)；同時，在電解陰極31和電解陽極32間電壓的作用下，電子和空穴會加速分離；在光生電子和空穴分離后，具有氧化性的空穴會把水中的OH-氧化成氧氣；具有還原性的電子會把水中的H+還原成氫氣。在上述制氫制氧系統的運行過程中，太陽輻射透過透光管20，被吸熱層27吸收，還能加熱儲水腔36內的水，從而減小制氫制氧的電能消耗。
[0070]所以，在本實用新型中，不僅能夠實現將光催化與電解水相結合，而且，還能夠實現風光電熱協同作用水解制氫制氧，使氫氣與氧氣的制備效率得到高效提升；此外，本實用新型中制氫制氧器I的管狀結構設計，體積小，安裝方便，其中，在保證透過管20能獲得陽光的前提下，制氫制氧器I的安裝位置和方式能夠根據實際空間等需要進行靈活確定，能夠最大限度地靠近供電裝置，利于實現電能的接近零距離的傳輸，從而充分提高能源的利用效率。
[0071]實施例6
[0072]如圖1至圖10所示，一種制氫制氧系統的設置分布及應用同實施例3，還包括如下
設置:
[0073]所述控制裝置包括控制主板40，所述陰極導體21通過陰極引出端子16與控制主板40相連接，所述陽極導體22通過陽極引出端子17與控制主板40相連接；在所述陰極管的頂部還設有通過信號線與控制主板40相連接的超聲波液位傳感器51 ;在所述儲水腔36的壁上設有分別通過信號線經由信號接線端子11與控制主板40相連接的水位上觸點26、水位下觸點29、水位刻度線34、壓強傳感器25、溫度傳感器28、電解電源控制器52、工作狀態指示燈39 ;其中，在所述制氫制氧器I內還設置有供水管道42、輸送氧氣管道43和氧氣止回組合閥46、輸送氫氣管道44和氫氣止組合回閥45，供水電磁閥38通過供水管道42與所述儲水腔36相連接，所述氫氣止回組合閥45通過輸送氫氣管道44與氫氣輸出口 14相連接，所述氧氣止回組合閥46通過所述輸送氧氣管道43與氧氣輸出口 13相連接；所述控制主板40通過負極接線端子9與所述正極接線端子10與所述外部供電裝置相連接，并通過信號接線端子11與外部控制線路相連；為更進一步地保障運行的安全穩定，在所述陰極管的頂端即所述陰極導體21的頂部設有通過絲牙緊密連接的銅堵頭18，所述銅堵頭18的周圍均有絕緣密封膠保護，銅堵頭18與陰極引出端子16相連接，所述超聲波液位傳感器51設置在所述銅堵頭18內。用于測量陰極管內的水位，從而更加高效準確地控制電解水的量；為進一步加強對整個制氫制氧器I的保護，控制主板上的指示燈39能通過不同顏色的燈光透過機玻璃罩41顯示系統的工作狀況；為更加方便控制，尤其在擁有多臺本實用新型的制氫制氧器的地方，還能利用控制主板上的人工控制輸入裝置53和工作狀況輸出裝置54組建網絡，進行遠程監控。
[0074]上述實施例中:
[0075]通過控制主板40能夠有效地控制儲水腔36內的水位變化，使水位變化控制在水位上觸點26和水位下觸點29之間；在水位的控制中，控制主板40能根據水位上觸點26和水位下觸點29之間的電阻變化以及超聲波液位傳感器的數據，控制所述供水電磁閥38的開啟和關閉；當上水位55高于水位上觸點26時，控制主板40控制供水電磁閥38自動斷電、關閉；當下水位56低于水位下觸點29時，兩個水位觸點之間的電阻增大，控制主板40控制供水電磁閥38的開啟，通過供水管道42加水至水位刻度線34 ;此過程的水位控制不僅能保證制氫制氧的用水需要，也能利用水位充分隔斷氫氣腔23與氧氣腔24 ;而且，超聲波液位傳感器51用于測量陰極管內的水位，從而更加高效準確地控制電解水的量，從而為系統運行的安全穩定性進一步提供了保障；
[0076]泄壓排污閥37不僅能夠手動開啟以排出內部的沉淀物，而且還能夠根據實際生產需要開啟作為自動泄壓裝置，以防止制氫制氧器I因內部壓力過大而損壞；所述壓力傳感器25和溫度傳感器28能把制氫制氧器I的內部溫度和壓力傳給控制主板40進行信息處理，從而對制氫制氧工序進行相應控制，為系統的安全運行提供保障；所述氫氣止回組合閥45和氧氣止回組合閥46能有效防止氣體回流，氫氣腔23和氧氣腔24內的氣壓達到設定值后會自動輸出至輸氣管道；所述控制主板40通過電解電源控制器52對電解裝置的供電；所述控制主板40上裝有工作狀態指示燈39，將整個系統各部件的運行狀態進行顯示；所述控制主板40還能通過外部線路(包括無線網)將工作狀況傳至其他控制系統，并接受外部的控制指令，在實際生產中，還能夠根據實際需要加設其他裝置，通過控制主板40進行有效控制。
[0077]本實用新型不限于上述實施方式，本領域技術人員所做出的對上述實施方式任何顯而易見的改進或變更，都不會超出本實用新型的構思和所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種制氫制氧系統，包括支撐裝置和在所述支撐裝置上固定設置的相連接的制氫制氧器和供電裝置，所述制氫制氧器包括控制裝置以及由控制裝置控制的相連接的輸入輸出裝置和電解裝置；其特征在于:所述供電裝置為太陽能電池板和風力發電機中的一種或者兩種，所述制氫制氧器還包括殼體，所述控制裝置設置在所述殼體的內部，所述輸入輸出裝置穿過所述殼體設置，所述電解裝置設置在所述殼體內；所述輸入輸出裝置和電解裝置由上至下依次相連接；所述輸入輸出裝置與所述供電裝置和控制裝置分別相連接。
2.根據權利要求1所述的制氫制氧系統，其特征在于:在所述殼體內還設置有與所述電解裝置相連接的光催化裝置。
3.根據權利要求1所述的制氫制氧系統，其特征在于:在所述殼體內還設置有加熱裝置。
4.根據權利要求1、2或3所述的制氫制氧系統，其特征在于:所述輸入輸出裝置包括穿過所述殼體設置的負極接線端子、正極接線端子、信號接線端子、氧氣輸出口和氫氣輸出n ； 在所述電解裝置與輸入輸出裝置相對的一端設置有底座，所述底座上焊有三通管，所述三通管上安裝有供水電磁閥和泄壓排污閥； 所述電解裝置包括在所述殼體內設置的陰極管和陽極管，所述陽極管包裹在所述陰極管的外部，所述陰極管與所述底 座相連接，在所述陰極管內部的空腔為氫氣腔，所述陽極管與殼體之間的空腔為氧氣腔； 所述陰極管包括由上至下依次相連接的陰極導體和電解陰極，所述陽極管包括由上至下依次相連接的陽極導體和電解陽極； 在所述電解陰極和電解陽極之間的空腔為儲水腔，在所述電解陰極和電解陽極上均設有多個孔；所述儲水腔與所述氫氣腔的下部和氧氣腔的下部相連通； 所述氧氣輸出口與所述氧氣腔相通； 所述氫氣輸出口與所述氫氣腔相通； 所述三通管與所述儲水腔相通； 所述負極接線端子與所述正極接線端子分別與所述供電裝置相連接； 所述信號接線端子與所述控制裝置相連接。
5.根據權利要求4所述的制氫制氧系統，其特征在于:所述陽極導體和陰極導體通過隔電密封體相連接；所述輸入輸出裝置和所述陰極管、陽極管、殼體之間的連接處通過隔電密封體密封連接；在所述陰極導體和陽極導體的外圍均包裹有絕緣層。
6.根據權利要求4所述的制氫制氧系統，其特征在于:在所述電解陰極和電解陽極之間設置有陰陽極隔離膜，所述陰陽極隔離膜為氫離子交換樹脂膜。
7.根據權利要求4所述的制氫制氧系統，其特征在于:所述陽極上還設有能接收到陽光的光催化部；在所述陽極管外的殼體上設有透光管。
8.根據權利要求7所述的制氫制氧系統，其特征在于:所述光催化部的陽極的基層為鎳片，在所述鎳片的表面纏繞有鎳絲網，所述鎳絲網表面組裝有氧化鋅納米棒陣列，在所述氧化鋅納米棒表面組裝有二氧化鈦納米管陣列。
9.根據權利要求4所述的制氫制氧系統，其特征在于:在所述陽極管外的殼體上設有透光管，在所述陽極管外部還設有與所述透光管相配合的吸熱層，所述透光管與所述底座相連接。
10.根據權利要求4中任一項所述的制氫制氧系統，其特征在于:所述控制裝置包括控制主板，所述陰極導體與所述控制主板相連接，所述陽極導體與所述控制主板相連接； 在所述陰極管的頂部還設有與所述控制主板相連接的超聲波液位傳感器； 在所述儲水腔的壁上設有分別與所述控制主板相連接的水位上觸點、水位刻度線、水位下觸點、壓強傳感 器和溫度傳感器。
【文檔編號】C25B9/04GK203474901SQ201320461075
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】孫譽寧, 孫王虎 申請人:孫譽寧, 孫王虎