[实用新型]一种微重力下的电解水装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电解水装置，特别是一种微重力下的电解水装置。

背景技术

水是由氢、氧两种元素组成的。电解水是通过水在外加电压作用下，电能转化为化学能，从而分解产生氢气和氧气。通过电解水获取氢气和氧气是一种绿色清洁的制备方法。氢气和氧气是氢氧燃料电池工作的基本物料，氢气作为燃料，氧气作为氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转化为电能。氢是二次清洁能源，作为低碳能源正在脱颖而出。氢氧燃料电池是氢能源的一大重要用途，是很有发展前途的新动力电源。一般电池的活性物质是预先放入的，因而电池容量决定于储存的活性物质的量；而氢氧燃料电池的活性物质（氢气作燃料、氧气作氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，实际是一个能量转换装置，即化学能转化为电能的过程。氢氧燃料电池具有转换效率高、容量大、比能量高等优点，在飞船、潜艇、军事领域有较广用处。

现有电解水装置制取氢气和氧气技术中，由于受诸多因素影响，存在一定的缺陷和不足。如空间站微重力环境下的电解水过程，由于重力作用消失，气体在液体中浮力大大减小，几乎为零，氢气和氧气在电极表面和基体液相中形核生成后，主要由热毛细力和界面张力控制，气泡持续长大，难以脱附；吸附在电极表面的气泡导致电极与水隔离，不便及时收集作为氢氧燃料电池的物料，甚至导致电解水过程无法正常进行。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型的目的在于借助梯度磁场产生恒定磁化力以补偿重力，从而实现被电解水的微重力、低重力或超重力环境，进而提出一种微重力下的电解水装置。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种微重力下的电解水装置，包括正、负电极、梯度磁场装置和气体收集器；所述正电极、负电极分别插入相互连通的水槽中，梯度磁场装置分别围绕在正电极和负电极所电解水外部，气体收集器两端通过导管分别插入正、负电极所在的连通水槽中。

上述梯度磁场装置为超导梯度强磁场装置，能够在气泡脱附方向z上提供的梯度磁场                                               为-3000T²/m到+3000T²/m。通过调节电流，控制磁场梯度的大小，可以实现水的微重力、低重力或超重力环境。

本装置实现微重力下电解水过程的原理如下：

水为抗磁性物质，在梯度磁场作用下，会受到磁体积力的作用；沿着z方向，单位体积水所受磁化力可表示为：

                                   (1)

上式中，F_m为单位体积水所受磁化力，μ₀为真空磁导率，χ为水的体积磁化率，为梯度磁场在气泡脱附方向z上提供的磁场梯度。

利用梯度磁场产生的磁场梯度，可以抵消或部分补偿重力，也可以加载额外重力。在微重力环境下，气泡的脱附驱动力，即浮力，大大减弱；通过梯度磁场产生气泡脱附方向上的磁体积力，提供模拟重力场，产生气泡的脱附驱动力，实现微重力下的电解水过程。

本实用新型与现有装置相比，具有如下显而易见的突出性特点和优点：

相比于现有电解水装置，本实用新型的应用场合更为广泛，不仅在地面条件下，而且在太空微重力条件下也能够实现连续电解水过程，并产生稳定气流量。气泡浮力来源于重力，本实用新型通过磁重力补偿的方法模拟微重力、低重力或超重力环境，可以更加有效调控气泡生成后的长大和脱附，进而控制电解反应速度，满足不同气流量需求。

附图说明

图1是本实用新型微重力下的电解水装置示意图。

具体实施方式

本实用新型微重力下的电解水装置的优选实施方式结合附图说明如下：

如图1所示，一种微重力下的电解水装置，包括正电极1、负电极2、梯度磁场装置3和气体收集器4；所述正电极1、负电极2分别插入相互连通的水槽中，梯度磁场装置3分别围绕在正电极1和负电极2所电解水外部，气体收集器4两端通过导管分别插入正电极1、负电极2所在的连通水槽中。

在太空微重力环境下，连接好各实验设备，接通电源U，正电极1、负电极2电解水产生氢气和氧气。调整梯度磁场装置3，当磁场梯度达到1400T²/m时，水受到一个与所需气泡脱附方向相反的磁体积力，气泡在水的模拟重力场下，将会受到一个与磁体积力方向相反的脱附驱动力，即重力场下的浮力，气泡则会连续生成、长大及脱附；进而通过调节磁场梯度的大小，改变电解水速度，满足稳定的所需气流量，实现微重力环境下的连续电解水过程。