一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置,包括給水泵、蝶式太陽能熱利用子系統、DC/DC變換器、光伏陣列、蓄電池、氧氣儲存器、氧氣分離器、電解池反應堆、氫氣儲存器、氫氣分離器。給水泵將水泵入蝶式太陽能熱利用子系統，將水加熱為高溫水蒸氣，得到高溫水蒸氣送至電解池反應堆，電解池反應堆的電解池和輔助加熱器所需要的電能來自于光伏陣列或蓄電池。利用蝶式聚光太陽能將水加熱成高溫水蒸氣，再利用太陽能光伏發電，電解高溫水蒸氣，得到氫氣和氧氣。
【專利說明】
一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置，具體說是利用蝶式太陽能產生高溫水蒸氣、光伏發電的電能電解高溫水蒸氣，屬于新能源利用技術領域。
【背景技術】
[0002]氫氣清潔的能源，一種通過高溫電解水蒸氣制取氫的系統，氫生成率超過90%，這套低能耗、高性能制氫系統有望降低制氫成本，為工業用氫和氫能源生產開辟新道路。氫可以通過甲烷重整、電解水等方式制取。甲烷重整制氫雖然成本低，但工藝復雜，對化石能源消耗量大，并會產生大量二氧化碳;而電解水制氫盡管過程簡便，造價卻十分高昂。
[0003]法國原子能委員會下屬的新能源技術創新實驗室設計出一個高溫電解系統，在700攝氏度的工作溫度下，電解溫度為150攝氏度的水蒸氣來制取氫氣，生成率超過90%。系統還能將生產過程中排出氣體的熱量進行回收，用于系統加熱。這一成果證明，通過最大化利用系統內的熱能，低溫熱能也能用來制取氫氣，并實現令人滿意的高生成率。據介紹，該系統外形緊湊，整體體積近似于一臺冰箱，每小時可制取I至2.5標準立方米的氫氣。不僅系統本身造價不高，且操作成本也十分有限，每制取I標準立方米的氫氣僅消耗3.9度電。氫是重要的工業原料，被廣泛應用于鋼鐵冶金、玻璃加工、農業食品加工等諸多領域;同時，作為一種燃料，氫具有無污染、可再生、能量密度高、方便儲存和運輸的特點，被視為最理想的清潔能源之一。
[0004]電解水制氫所需要的總能量可分為熱能和電能，熱能越高，所需要的電能越低。蝶式太陽能可將水加熱成高溫水蒸氣，固體氧化物電解池運行的溫度與蝶式太陽能加熱的水蒸氣的溫度具有高的匹配性。電解高溫水蒸氣，可有效降低電解所需要的電能，同時效率大大提尚O
【實用新型內容】
[0005]實用新型目的:針對上述現有制氫技術的問題和不足，本實用新型的目的是提供了一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置，利用太陽能，可將H20高效地轉化為02和H2o
[0006]技術方案:一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置，包括給水栗(1)、蝶式太陽能熱利用子系統(2)、DC/DC變換器(3)、光伏陣列(4)、蓄電池(5)、氧氣儲存器(6)、氧氣分離器(7)、電解池反應堆(8)、氫氣儲存器(9)、氫氣分離器(10)。其中蝶式太陽能熱利用子系統(2)包括聚光鏡(2-1)、接收器(2-2)、支撐機構(2-3)、驅動跟蹤機構(2-4)、接收器支架(2-5)，電解池反應堆(8)包括電解堆(8-1)、輔助加熱(8-2)。
[0007]所述給水栗(I)將水栗入蝶式太陽能熱利用子系統(2)的接收器(2-2)進口端，接收器(2-2 )出口端的高溫水蒸氣與電解池反應堆(8 )的進氣端口連接.
[0008]電解池反應堆(8)的陰極側:電解池反應堆(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)有兩個輸出口，氫氣分離器(10)輸出口一為氫氣輸出口，與氫氣儲存器(9)的輸入連接，氫氣分離器(10)輸出口二為水蒸氣輸出口，與接收器(2-2)的輸入連接。
[0009 ]電解池反應堆(8)的陽極側: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，與氧氣儲存器(6 )的輸入連接，輸出二為空氣輸出，與空氣輸入口連接。
[00?0]所述光伏陣列(4)發電輸出分別與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。
[0011]—種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置，其特征在于電解池反應堆(8)包括電解池(8-1)和輔助加熱器(8-2);輔助加熱器(8-2)的電能來源于光伏陣列(4)，電解池(8-1)的電能同樣來源于光伏陣列(4)，電解池(8-1)所需要的熱能一方面來自高溫混合氣體，一方面來自輔助加熱器(8-2)。
[0012]所述給水栗(I)將水栗入蝶式太陽能熱利用子系統(2)，冷水在太陽能熱利用子系統(2)中加熱后轉換為高溫水蒸氣。
[0013]所述蝶式太陽能熱利用子系統(2)是將太陽能聚光后加熱水，包括聚光鏡(2-1)、接收器(2-2)、支撐機構(2-3)、驅動跟蹤機構(2-4)/接收器支架(2-5)，聚光鏡(2-1)是由拋物面狀的鏡面構成，用于反射太陽光，焦點在接收器(2-2)處，接收器(2-2)用于吸收太陽能，支撐機構(2-3)支撐聚光鏡(2-1)與接收器(2-2)，驅動跟蹤機構(2-4)主要用于太陽能跟蹤，主要有液壓驅動和傳動結構構成。
[0014]所述DC/DC變換器(3)用于將光伏陣列(4)產生的電能變換為系統所需要的直流電能，包括電解池(8-1)和輔助加熱器(8-2)所需要的電能。
[0015]所述光伏陣列(4)用于將太陽能直接轉換為電能，由單晶硅或者多晶硅光伏電池構成，輸出的電能直接送給DC/DC變換器(3)或者蓄電池(5)。
[0016]所述蓄電池(5)是由鉛酸蓄電池或者免維護蓄電池等構成，用于儲存光伏陣列(4)的剩余電能，或者在陽光不充足的情況下，給電解池反應堆(8)。
[0017]所述氧氣儲存器(6)是由高壓氧氣儲存裝置構成，用于儲存系統產生的氧氣。
[0018]所述氧氣分離器(7)用于分離空氣和氧氣，得到純氧，存入氧氣儲存器(6)中。
[0019]所述電解池反應堆(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，本實用新型的一種基于槽式太陽能的電解水蒸汽裝置的工作溫度為500度。
[0020]所述氫氣儲存器(9)由高壓氫氣儲存裝置構成，用于儲存系統產生的氫氣。
[0021 ]所述氫氣分離器(10)是用于分離氫氣和水蒸氣，因為有部分高溫水蒸氣沒有參加電解反應，與氫氣混合排除。
[0022]有益效果:與現有技術相比，本實用新型具有以下優點。
[0023](I)利用蝶式太陽能熱利用系統和太陽能光伏發電系統，實現氫氣的高效生產，具有很大的產業化前景。
[0024](2)將H20高效地轉換為02和H2，制得氫氣的同時，還獲得了高純度的氧氣。
[0025](3)電解池運行溫度低，約為500度，制作材料成本低、運行可靠，并且此運行溫度與蝶式太陽能的水蒸氣溫度非常溫和，系統匹配很好，而傳統的高溫固體氧化電解池運行溫度為900度。
[0026](4)采用納米復合技術制得低溫固體氧化電解池，并結合我國稀土資源，可發展我國自主高新技術產業。
[0027](5)蝶式太陽能熱利用裝置，很容易實現模塊化設計，根據不同的用戶，可設計不同的裝機容量。
[0028]【附圖說明】.
[0029]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0030]圖中:I是給水栗、2是蝶式太陽能熱利用子系統、3是DC/DC變換器、4是光伏陣列、5是蓄電池、6是氧氣儲存器、7是氧氣分離器、8是電解池反應堆、9是氫氣儲存器、10是氫氣分離器。
[0031]圖2為蝶式太陽能熱利用子系統示意圖
[0032]圖中:2_1是聚光鏡、2_2是真空集熱管、2_3是支撐機構、2_4是驅動跟蹤機構、2_5是接收器支架。
[0033]圖3為電解池反應堆結構圖。
[0034]圖中:8-1是電解池、8-2是輔助加熱器。
【具體實施方式】
[0035]參照圖1、圖2和圖3，一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置，包括給水栗
(1)、蝶式太陽能熱利用子系統(2)、DC/DC變換器(3)、光伏陣列(4)、蓄電池(5)、氧氣儲存器
(6)、氧氣分離器(7)、電解池反應堆(8)、氫氣儲存器(9)、氫氣分離器(10);
[0036]其中蝶式太陽能熱利用子系統(2)包括聚光鏡(2-1)、接收器(2-2)、支撐機構(2-
3)、驅動跟蹤機構(2-4)、接收器支架(2-5)，電解池反應堆(8)包括電解堆(8-1)、輔助加熱(8-2)；
[0037]所述給水栗(I)將水栗入蝶式太陽能熱利用子系統(2)的接收器(2-2)進口端，接收器(2-2 )出口端的高溫水蒸氣與電解池反應堆(8 )的進氣端口連接。
[0038]電解池反應堆(8)的陰極側:電解池反應堆(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)有兩個輸出口，氫氣分離器(10)輸出口一為氫氣輸出口，與氫氣儲存器(9)的輸入連接，氫氣分離器(10)輸出口二為水蒸氣輸出口，與接收器(2-2)的輸入連接。
[0039 ]電解池反應堆(8)的陽極側: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，與氧氣儲存器(6 )的輸入連接，輸出二為空氣輸出，與空氣輸入口連接。
[0040]所述光伏陣列(4)發電輸出分別與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。
[0041]一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置，其特征在于電解池反應堆(8)包括電解池(8-1)和輔助加熱器(8-2);輔助加熱器(8-2)的電能來源于光伏陣列(4)，電解池(8-1)的電能同樣來源于光伏陣列(4)，電解池(8-1)所需要的熱能一方面來自高溫混合氣體，一方面來自輔助加熱器(8-2)。
[0042]工作原理:采用上述技術方案，當有陽光時，啟動該裝置，給水栗(I)將水栗入蝶式太陽能熱利用子系統(2)，利用太陽能將水加熱為高溫水蒸氣，得到高溫水蒸氣送至電解池反應堆(8)，電解池反應堆(8)的電解池(8-1)和輔助加熱器(8-2)所需要的電能來自于DC/DC變換器(3)，DC/DC變換器(3)的電能來自于光伏陣列(4)或蓄電池(5)，這樣在電解池反應堆(8)的陰極和陽極將發生化學反應，并得到相應的氣體。
[0043]電解池反應堆(8)的陰極側:得到H2和沒有參加反應的水蒸氣，經過氫氣儲存器
(10)將氫氣分離后，存儲與氫氣儲存器(9)中，沒有參加的高溫水蒸氣返回蝶式太陽能熱利用子系統(2)中。
[0044]電解池反應堆(8)的陽極側可以直接得到氧氣和沒有參加反應的空氣，混合排放氣體進入氧氣分離器(7)后，氧氣被分離，并存儲與氧氣儲存器(6)中，空氣返回空氣進口。
[0045]這樣利用槽式聚光太陽能將H20加熱成高溫水蒸氣，再利用太陽能光伏發電，電解高溫水蒸氣，得到H2和02。
[0046]以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本實用新型所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置，包括給水栗(1)、蝶式太陽能熱利用子系統(2)、DC/DC變換器(3)、光伏陣列(4)、蓄電池(5)、氧氣儲存器(6)、氧氣分離器(7)、電解池反應堆(8)、氫氣儲存器(9)、氫氣分離器(10); 其中蝶式太陽能熱利用子系統(2)包括聚光鏡(2-1)、接收器(2-2)、支撐機構(2-3)、驅動跟蹤機構(2-4)、接收器支架(2-5)，電解池反應堆(8)包括電解堆(8-1)、輔助加熱(8-2); 所述給水栗(I)將水栗入蝶式太陽能熱利用子系統(2)的接收器(2-2)進口端，接收器(2-2 )出口端的高溫水蒸氣與電解池反應堆(8 )的進氣端口連接； 電解池反應堆(8)的陰極側: 電解池反應堆(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)有兩個輸出口，氫氣分離器(10)輸出口一為氫氣輸出口，與氫氣儲存器(9)的輸入連接，氫氣分離器(10)輸出口二為水蒸氣輸出口，與接收器(2-2)的輸入連接； 電解池反應堆(8)的陽極側: 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。2.根據權利I所述的一種基于蝶式太陽能與固體氧化物電解池裝置，其特征在于電解池反應堆(8)包括電解池(8-1)和輔助加熱器(8-2); 輔助加熱器(8-2)的電能來源于光伏陣列(4)，電解池(8-1)的電能同樣來源于光伏陣列(4)，電解池(8-1)所需要的熱能一方面來自高溫混合氣體，一方面來自輔助加熱器(8-2)0
【文檔編號】C25B1/04GK205474010SQ201521045620
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月16日
【發明人】陸玉正, 朱斌, 仇秋玲
【申請人】南京蘊納納米科技有限公司