[实用新型]喷雾法机电联合制氢的设备

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种制氢设备，特别涉及到一种用水为原料制氢设备。

背景技术

当前，能源紧张，环保形势严峻，人们在积极开发新的清洁能源，氢能受到人们的关注。氢能是一种理想的新能源，氢能的发热值高，燃烧1公斤氢气可放出142120kj的热量，是汽油的三倍，而且氢燃烧后生成的是水，不污染环境，是一种非常洁净的燃料；氢气可通过燃料电池直接发电，理论上有100％的转换效率，目前的技术达到了80％左右的转换效率，氢气用于燃料电池发电时没有噪声污染也没有热污染，排放的是水，氢能发电是属于环境友好的发电项目；氢能可用于现在所有消耗燃料的燃烧工艺过程，用能设备无需作很大的改动就可适用，可以取代绝大部分化石能源。当前，氢能还不能实现大规模的商业化应用，还有待解决以下关键问题：a.廉价的制氢技术。因为氢是一种二次能源，现有技术的制氢技术不但需要消耗大量的能量，而且制氢效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关心的问题；b.安全可靠的贮氢和输氢方法，由于氢易气化、着火、爆炸，因此开发储氢容量高、价廉的固态储氢材料成为开发氢能的关键。目前虽然已有储氢合金问世，氢气可以充入储氢合金以固体形态进行储存，需要使用时再放出来，但目前的储氢合金的成本及储氢容量均不能达到普及应用的程度。

水是一种含有氢元素最丰富的物质，每一个水分子由二个氢原子和一个氧原子结合而成，水又是地球上最普遍最易得到的一种物质，地球上70％的面积是水，把水开发成一种能源来应用，不但可解决能源紧张的局面，而且燃烧时不产生二氧化碳，生成物只有水，可反复使用，环保效果突出，对改善大气酸雨环境，减少大气中二氧化碳含量，从而减轻温室效应都有极大的好处。每M³水中含有111公斤多的氢气，其质量容量大于11.1％，是国际能源署提出的体积储氢容量大于50Kg(H₂)/M³、质量储氢容量大于5％目标的二倍多，因此，水不但是一种理想的廉价制氢原料，而且还是一种非常理想的廉价储氢材料，其储氢容量是目前任何储氢材料都望尘莫及的。然而，水分子里的氢原子和氧原子结合得非常牢固，用高温加热的方法也很难把水分子进行分解，用电流容易把水分子进行分解，用电流来分解水的方法称为电解法，当前，工业上用水制造氢气用的就是电解法，这种方法耗能很大，得不偿失，而且分解速度慢、效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的是要克服现有技术和设备的缺点，提供一种耗能低、效率高、分解速度快的用水为原料的制氢工艺及设备，解决廉价的制氢技术问题，把水作为储氢材料来使用，从而实现氢能的大规模商业化应用。

为了达到上述的实用新型目的，本实用新型采用喷雾法机电联合的措施来分解水分子，实现低成本制氢的目的。其工作原理是把水通过水泵加压后由雾化喷嘴向机电联合制氢装置内的喷雾分解室喷发水雾，当水非常猛烈地从喷嘴喷出时，喷嘴的固体表面与水的表面之间及气体与水的表面之间的相对运动而使水分裂成细小水滴带电，同时喷雾分解室内的电场中还将形成低温等离子体，对极性水分子进行活化、电离和分解，这样，就实现了用机械力和电场力联合来使水分子电离，生成氢H⁺和OH^-；H⁺被捕氢电极捕获而反应成氢气，OH^-被捕氧电极捕获而反应成氧气和氢气；氢气由装置的顶部出口输出，作为燃料使用或通过净化处理作为化工原料；氧气及未反应的水雾由装置的下部输出，经分离，获得副产品氧气，分离出的水送回水箱循环使用；装置内的余水由装置的底部输出，返回水箱循环使用。所述的水为淡水或中水，中水包括经过处理后的工业废水或经过处理后的海水。向装置内提供的工作电源为20000V以上的直流电源。

上述的工作原理中，用机械力和电场力联合进行反应的方程式是：

H₂O→H⁺+OH^-……机械力电离及电场力电离

2H⁺+2e→H₂……捕氢电极反应

4OH^--4e→2H₂+2O₂  ……捕氧电极反应

在装置内的电场中还有下列反应：

e^*+H₂O→H₂O^*+e或e^*+H₂O→H₂O⁺+2e