[发明专利]太阳能制氢热水器

说明书

技术领域  本发明太阳能制氢热水器属于能源领域。

背景技术  太阳能的利用无疑是极其重要的。迄今为止，主要应用的是太阳能电池发电和太阳能热水器热水。太阳能电池的优点是，结构简单，使用方便。不足是太阳能利用率低，价格较高。太阳能热水器的优点是，价格低廉，太阳能利用率较高。但当不需要热水时，太阳能就不能被利用。鉴于这些不足，研究开发太阳能新的利用形式还是很必要的。

美国科学家利用催化剂，使得甲醇和水反应，产生氢气，效率可达95％。这是利用太阳能的一个很好方式。但迄今未能推广。另一方面，甲醇也是一种很好的燃料。用一种燃料产生另一种燃料，其成本很难降下来。因此，开发利用太阳能的新方式仍是很必要的。

本发明的目的是，利用价廉易得的材料构造一个装置，既能产生氢气，也能加热水，大幅提高太阳能的利用率。

发明内容  本发明提出三种太阳能制氢热水器设计方案。其主要差别在于，吸收太阳能的介质不同。分别为碱性水溶液，酸性水溶液，及可溶解于水的金属盐水溶液。共同之处在于，这些溶液中都可以含有多种溶解于或悬浮于其中的吸收太阳能的物质，如碳与碱、酸或金属盐的反应产物或悬浮的碳黑微粒；与直流电源负极相连的负极板有黑色导电涂层；都是通过直流低压电解方式产生氢气；三种太阳能制氢热水器在产生氢气、氧气和热水的整个过程中消耗的只是水、少量电能及太阳能。

负极板上的黑色导电涂层应有极大的光吸收系数，而且耐强碱、强酸或金属盐的腐蚀。现在太阳能热水器用的太阳能吸收涂层已很成熟，有许多种。例如，黑铬、黑镍或渐变铝-氮-铝涂层。因此可以按如下方式制作黑色导电涂层：用当前已成熟的技术制作平板太阳能吸收涂层，在此涂层上附加一层透明、耐腐蚀的导电膜，或涂敷碳黑薄膜，或粘附碳纤维。当然，最好的方式是改造现有太阳能吸收涂层，使其导电且耐腐蚀。

可溶于水的碱有多种，如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡；可溶于水的酸也有多种，例如盐酸、硫酸、硝酸；可溶于水的盐有许多种。如氯盐(不包括氯化银)，硝酸盐，硫酸盐(不包括硫酸钡、硫酸钙、硫酸银)，钾盐和钠盐。这些是可用的。

一种太阳能制氢热水器，其特征是，这种太阳能制氢热水器由盛装碱性、酸性或金属盐水溶液的溶液箱，热水箱，冷水箱，A、B导气管，保温层，直流电源、储氢气罐及储氧气罐构成，溶液箱和热水箱有共用的壁板，称之为中板，在溶液箱一侧的中板表面有黑色导电涂层并连接电源负极，在热水箱一侧的中板表面上有绝缘膜层，在溶液箱和热水箱的顶上安装有冷水箱，在冷水箱里面安装有A、B导气管。

上述太阳能制氢热水器，其特征是，吸收太阳能的物质是碱性水溶液、酸性水溶液、金属盐水溶液这三种水溶液之中的任一种，和中板上的黑色导电涂层。

上述太阳能制氢热水器，中板表面上的黑色导电涂层的特征是，在现在已有太阳能吸收涂层表面上附加一层透明导电薄膜，或碳黑薄膜，或粘附碳纤维。

在上述三种溶液中，可根据需要溶解多种吸收太阳能的物质或悬浮多种吸收太阳能的微粒，以便更多地吸收光能。例如，前述太阳能制氢热水器，其溶液的特征是，在碱性水溶液中溶解有碳与碱的化合物，在酸性水溶液中溶解有碳与酸的化合物，在金属盐水溶液中溶解有碳与金属盐的化合物，在这三种溶液中，都悬浮有碳的纳米级微粒。

碱溶液的浓度可以是饱和浓度。而酸性水溶液和金属盐水溶液不必取饱和浓度。

前述太阳能制氢热水器，其溶液箱的特征在于，溶液箱由前板、中板、顶板、底板及两个侧面板构成，前板是透明的真空玻璃绝热板，接触水溶液的前板表面连接直流电源的正极，在前板和中板上方的中间有隔气板，前板上方是B导气管的进气口，中板上方是A导气管的进气口。

制作真空绝热板玻璃是由透光率尽可能高的玻璃制作。这些玻璃还必须耐强碱、强酸的腐蚀。存在这样的玻璃，例如，有硅酸钙(CaSiO₃)保护膜、表面光滑的玻璃有此功能。

正、负极板直接接触碱、酸或盐的水溶液。因此，当用碱性或金属盐水溶液时，正、负极板接触溶液的表面必须耐强碱或金属盐的腐蚀。当用酸性水溶液时，正、负极板接触酸溶液的表面必须耐强酸腐蚀。正极板(前板)可用耐强碱、强酸、或金属盐腐蚀的、并联的、透明导电膜条或碳纤维条制作。

隔气板的作用是使从正极、负极(即，前板、中板)上方逸出的气体分隔开。隔板由耐腐蚀的薄板制作，例如，可用聚四氟乙烯的塑料薄板制作。

前述太阳能制氢热水器，其热水箱的特征在于，热水箱由中板、后板、上板、下板及两个侧板构成，在上板安装有连接冷水箱的进水管、进水阀门和压力阀，在下板安装有放水管和放水阀门。