專利名稱：一種電解水的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解裝置和方法，尤其涉及的是一種通過電解水實(shí)現(xiàn)能量存儲和轉(zhuǎn)換的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，通過電解，將水電解出兩份氫氣和一份氧氣是已知的技術(shù)原理。如果能利用電解的氫氣和氧氣進(jìn)行反應(yīng)，作為能源，其釋放的能量不僅較高，而且最終的產(chǎn)物是水，其最終的環(huán)保性能是不言而喻的。但由于水分子中氫原子與氧原子的結(jié)合鍵拆解所需要的能量極高，根本無法作為一種實(shí)用的技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際中。此外，現(xiàn)有技術(shù)中對太陽能的利用通常是需要將電能通過蓄電設(shè)備進(jìn)行儲存，蓄電設(shè)備的成本很高，與實(shí)際所儲存能量的性價(jià)比極低。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改變和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)λM(jìn)行實(shí)用化的電解并且電解后的氫氣和氧氣儲存再利用的裝置和方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種電解水的裝置，其中，設(shè)置包括至少一個電解單元，該電解單元設(shè)置為一具有導(dǎo)氣孔的密閉腔體，所述導(dǎo)氣孔通過管道連接到一儲氣罐；所述電解單元內(nèi)設(shè)置有至少一電極組，所述電極組包括設(shè)置在中心的第一電極，以及，圍繞該第一電極設(shè)置的三個第二電極， 該第二電極設(shè)置具有圍繞第一電極的弧形壁部，且與第一電極的間距小于2毫米；圍繞同一第一電極的三個第二電極之間設(shè)置有絕緣的塑膠條，并且第二電極和塑膠條圍合所述第一電極設(shè)置；所述第一電極和所述第二電極分別連通正極和負(fù)極。所述的電解水的裝置，其中，所述電極組以陣列方式設(shè)置為多個，并且相鄰的第二電極一體設(shè)置，形成截面帶有三個支腳的柱體。所述的電解水的裝置，其中，所述外部電源為太陽能電池板。所述的電解水的裝置，其中，所述電解單元設(shè)置為多個，且諸電解單元之間設(shè)置為電路串聯(lián)或并聯(lián)。所述的電解水的裝置，其中，所述電解單元設(shè)置為8個；且，每一所述電解單元包括設(shè)置為3行、每行設(shè)置為8個第一電極的電極組。一種應(yīng)用所述電解水裝置的方法，其設(shè)置一用于控制的電子系統(tǒng)，并包括以下步驟
對三個第二電極順次接通電源，通過在依順時針或逆時針的順序之第二電極上的連續(xù)脈沖，對第一電極和第二電極之間的水進(jìn)行分解。所述的方法，其中，所述電極組以陣列方式設(shè)置為多個，并且相鄰的第二電極一體設(shè)置，形成截面帶有三個支腳的柱體。
本發(fā)明所提供的一種電解水的裝置及方法，由于采用了上述弧形壁部的第二電極，而且三個第二電極圍繞第一電極間距小于2毫米的設(shè)置方式，實(shí)現(xiàn)了微小電流下的高效電解水工作，提供了可實(shí)用化的電解水裝置和方法。


圖la、圖Ib和圖Ic分別為本發(fā)明的電解水裝置不同較佳實(shí)施例示意圖。圖加和圖2b分別為本發(fā)明電極結(jié)構(gòu)的不同角度示意圖。圖3為本發(fā)明電解水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明電解水裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示為本發(fā)明電解水系統(tǒng)的太陽能電池陣列實(shí)施例示意圖。圖6所示為本發(fā)明電解水系統(tǒng)的太陽能電池陣列的另一較佳實(shí)施例示意圖。圖7為本發(fā)明電解水系統(tǒng)的電子系統(tǒng)功能原理示意圖。
具體實(shí)施例方式以下對本發(fā)明的較佳實(shí)施例加以詳細(xì)說明。本發(fā)明的電解水裝置(GWG F.)，如圖la、圖Ib和圖Ic所示，其設(shè)置包括至少一個電解單元110，該電解單元110設(shè)置為一具有導(dǎo)氣孔111的密閉腔體112，如圖3所示，其底部設(shè)置有導(dǎo)入水的入水孔113，所述導(dǎo)氣孔111通過管道114可連接到一儲氣罐115中， 如圖4所示。如圖加和圖2b所示，所述電解單元110內(nèi)設(shè)置有至少一電極組116，所述電極組 116包括設(shè)置在中心的第一電極117，以及，圍繞該第一電極117設(shè)置的三個第二電極118， 該第二電極118設(shè)置具有圍繞第一電極117的弧形壁部119，且該弧形壁部119與第一電極 117的間距小于2毫米；圍繞同一第一電極的三個第二電極之間設(shè)置有絕緣的塑膠條120， 并且第二電極118和塑膠條120圍合所述第一電極117設(shè)置，其底部可以連通其他圍合區(qū)域，當(dāng)?shù)谝浑姌O117設(shè)置為圓柱形時，可圍合形成同心圓間隙，在間隙中設(shè)置有水，并可以通過外部電路的控制，實(shí)現(xiàn)在第一電極和三個第二電極之間的順序脈沖，保證電場依順時針方向或逆時針方向旋轉(zhuǎn)；所述第一電極117和所述第二電極118分別連通正極和負(fù)極， 例如第一電極117連通正極時，第二電極118連通負(fù)極。本發(fā)明電解水裝置由于其間隙較小，且施加一定的脈沖控制，其電解水的效率高于實(shí)驗(yàn)中的電解反應(yīng)過程，這是因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)中的電解反應(yīng)通常是設(shè)置兩個電極在較大間距上，更多的能量被損耗到熱量發(fā)生過程中而不是用來進(jìn)行拆分水分子的電子鍵。本發(fā)明所述電解水的裝置中，其較佳的實(shí)施例中，所述電極組116以陣列方式設(shè)置為多個，并且其陣列方式是使相鄰的第二電極一體設(shè)置，形成截面帶有三個支腳的柱體 121作為第二電極。上述第一電極和第二電極都由石墨制成，由于石墨具有較長的使用壽命，比采用其他電極材料，如金、銀、銅等金屬更具有實(shí)用化。本發(fā)明電解水裝置中，更佳的實(shí)施例是采用太陽能電池板作為外部電源，如此就可以將太陽能轉(zhuǎn)化為氣體進(jìn)行存儲，相當(dāng)于通過不同能源形式進(jìn)行能源的轉(zhuǎn)換和利用。如圖4所示的利用系統(tǒng)，本發(fā)明電解水裝置100，其通過太陽能電池板101進(jìn)行供電，通過電子系統(tǒng)102進(jìn)行脈沖控制，電解后的氣體通過層級控制，逐層向更大儲氣罐中收集和儲存，如圖4中所示的儲氣罐151、152和153，為防止儲氣罐中氣體反應(yīng)，本發(fā)明氣罐中應(yīng)考慮設(shè)置阻燃和防火防爆技術(shù)。本發(fā)明電解水裝置與現(xiàn)有技術(shù)的太陽能蓄電利用方式不同，是通過太陽能進(jìn)行水電解，轉(zhuǎn)化為氣體的能量進(jìn)行存儲，其整個設(shè)備的成本大大降低，而且能夠?qū)崿F(xiàn)很環(huán)保地利用太陽能。本發(fā)明所述電解水的裝置中的所述電解單元可以設(shè)置為任意多個，且諸電解單元之間設(shè)置為電路串聯(lián)或并聯(lián)，在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，所述電解單元可設(shè)置為8個， 且，每一所述電解單元包括設(shè)置為3行、每行設(shè)置為8個第一電極的電極組。如此，能夠?qū)崿F(xiàn)較佳的電解供氣方案。如圖5和圖6所示是本發(fā)明所述電解水裝置中所采用的太陽能電池板，可以采用多片太陽能電池板101，對應(yīng)設(shè)置電解水裝置100，再通過管道與外部儲氣罐115(151、152、 153)相連通，將其中的分解氣體進(jìn)行導(dǎo)出；所述太陽能電池板101和電解水裝置100的對應(yīng)成組設(shè)置，可以形成陣列。本發(fā)明應(yīng)用上述電解水裝置的技術(shù)方法，如前所述，其設(shè)置一用于控制的電子系統(tǒng)，連接在如圖4所示的系統(tǒng)中，并設(shè)置實(shí)現(xiàn)以下控制步驟
對三個第二電極順次接通電源，通過在依順時針或逆時針的順序之第二電極上的連續(xù)脈沖，如圖7所示，L1、L2和L3依次連接三個第二電極，對第一電極和第二電極之間的水進(jìn)行分解，由于連續(xù)脈沖依據(jù)一定的方向的旋轉(zhuǎn)形成電場，實(shí)現(xiàn)了在較小的電流情況下對水的電解作用。本發(fā)明所述電解水裝置設(shè)備(GWG F.)的成功運(yùn)行取決于兩大基本原理
第一、通過將用于電解水的電池彼此隔離，使電解作業(yè)的區(qū)域僅集中在能量場的有效范圍內(nèi)，眾所周知，當(dāng)電流作業(yè)在細(xì)薄的水分子上時，分解效率更高。本發(fā)明電解單元設(shè)置了隔離結(jié)構(gòu)，并且兩個電極之間的間距小于2毫米，電流在作業(yè)時可作業(yè)在小間距的水中， 可以減小電流在水中擴(kuò)散的阻力，同時也減少了電流通過水中電荷的損耗。這樣，就可以減少電流在電解水過程中的損耗。另外，相互隔離的電池模塊可以防止電流泄露設(shè)備電池內(nèi)的無效區(qū)域。鑒于導(dǎo)電表現(xiàn)為閉合回路，本發(fā)明電解單元可通過高頻電流脈沖實(shí)現(xiàn)通電。由此，水對此類電波擴(kuò)散和電流擴(kuò)散的阻力就大大減弱，這反過來又能大大提升電解單元的性能和功效。第二、就是通過環(huán)形的三面式電極組使水分子穿過能量場，電極組的兩極之間由內(nèi)壁形成具有一定間距的間隙，由電流產(chǎn)生連續(xù)的脈沖供能。該過程可以形成一個以第一電極為中心的旋轉(zhuǎn)電場，這樣能防止電極組達(dá)到電能平衡的狀態(tài)，在電極組內(nèi)部的水分子則可以始終保持不停分解的狀態(tài)。此外，在高速電場內(nèi)的水分子反過來又可以加速分解水分子中各個電子鍵(紐帶)的過程。該過程的現(xiàn)實(shí)依據(jù)是電極組內(nèi)存在電阻，因而電極組內(nèi)壁之間電流的旋轉(zhuǎn)速度要大于水分子的速度；與此同時，由于電阻的存在，電流在電極組空間內(nèi)的傳播與在導(dǎo)體內(nèi)的傳播大不相同。由于電阻會造成電流損耗，所以，減少電阻就能減少分解過程中的電流損耗，并由此大幅提升電極組相對于輸出功率的功效。本發(fā)明電極組內(nèi)的旋轉(zhuǎn)電場還可以加速水分子的軌道內(nèi)電子運(yùn)動，其原因就是水分子快速穿過了三個連續(xù)的環(huán)形石墨電池壁電場。水分子受到第一個電場的作用，形成了一個120度的運(yùn)動軌跡(初始為0度，結(jié)束為120度)，該扇形區(qū)域即為第一個有效場的范圍。 然后水分子進(jìn)入一個次場，在這里水分子的電子鍵結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。電流隨之在集中的有效場內(nèi)啟動，目的在于破壞水分子的電子鍵。其后進(jìn)入第三個階段，期間水分子會做好準(zhǔn)備進(jìn)入下一個有效場。電池內(nèi)電場的旋轉(zhuǎn)速度非常關(guān)鍵，如果電池內(nèi)電場的旋轉(zhuǎn)速度等同于水分子中電子的旋轉(zhuǎn)速度，水分子的各電子鍵就會在旋轉(zhuǎn)電場能量的作用下斷裂并輕易脫離軌道，原因是旋轉(zhuǎn)電場范圍內(nèi)的速度與其軌道內(nèi)電子的速度相同。然而，由于這兩個場的電流強(qiáng)度不同，因此能量也不一樣。本發(fā)明電解水的裝置，其由一個電子系統(tǒng)和一個機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)成，機(jī)械系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)可分為電極組、獨(dú)立水槽和外殼。其電子系統(tǒng)包括頻率發(fā)生器(50HZ-3MHZ)、正計(jì)時器、 輸出放大器和水位控制裝置等。電子系統(tǒng)運(yùn)行原理通過產(chǎn)生方形脈沖的頻率發(fā)生器產(chǎn)生50HZ-3MHZ的頻率脈沖波，然后這些脈沖進(jìn)入正計(jì)時器形成連續(xù)脈沖。當(dāng)然，也可以通過任何程序和系統(tǒng)獲得此類連續(xù)脈沖，本發(fā)明此處使用正計(jì)時器是為了降低成本，因?yàn)檫@些設(shè)備不僅便宜，而且易于安裝，前三個階段通過正計(jì)時器的輸出為三條電線(利用連續(xù)脈沖通過電流為石墨電極組的內(nèi)壁供能，以使該電場實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn))上的輸出放大器供電，如圖7所示，依次在三個第二電極上接續(xù)時間Tl、T2和T3生成脈沖，對第二電極通過順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)的順序反復(fù)通電，以形成旋轉(zhuǎn)的電場。本發(fā)明所述電子系統(tǒng)可以通過芯片或電路實(shí)現(xiàn)，其具體電路原理在此不再贅述。本發(fā)明所述機(jī)械系統(tǒng)包含由多層聚烯烴塑料外殼構(gòu)成的電解水裝置，每個電解水裝置包含八個電解單元，這些電解單元分別位于水槽內(nèi)，各自獨(dú)立，每個水槽又包含32塊石墨電極組，所述電極組分四列陣列放置，每列八個，用塑料材料隔開形成多個電極組間隙空間。所述電解水裝置中之所以包含八個各自獨(dú)立的水槽，其目的是旨在減少電流在水中隨機(jī)傳播造成的損耗，原因是水槽的面積是按石墨電極組的型號按比例確定的，石墨電極組內(nèi)壁之間的水也可以使電解單元內(nèi)即電極組間隙內(nèi)的有效面積更為集中。在電解水裝置內(nèi)水槽之上一般設(shè)置有對應(yīng)的電極引線和出氣孔，所述電極引線與第一電極及第二電極的位置分布相適應(yīng)，用來向所述第一電極及第二電極之間接入脈沖， 從而形成電場。所述石墨電極組分四列放置，每列八個，每塊電極組沿直徑方向被分為三部分，各部分之間用塑料材料隔開。本發(fā)明每個電極組中，第一電極為圓柱形，面對三面環(huán)形壁的第二電極，而每一個第二電極的各面又與三個鄰近圍繞的第一電極相對，第一電極與第二電極之間的間隙小于2毫米。這一幾何結(jié)構(gòu)可降低電解水裝置設(shè)備中的連接點(diǎn)數(shù)且便于設(shè)備安裝。所述電極組的中心就是石墨制成的第一電極，可作為正電極供電。本發(fā)明電極組通過電子系統(tǒng)的控制，通過周期的連續(xù)脈沖可形成一個360度的環(huán)形電場，使用高頻脈沖對石墨電極的益處頗多，因?yàn)槭幱诟哳l電流環(huán)境時很難被分解， 而在使用連續(xù)電流時則會快速分解。為延長石墨電極的使用壽命，可選擇使用高頻電脈沖 (50Hz-3MHz，具體可以設(shè)置2MHz-3MHz)，因?yàn)樵摰阮l率最有利于水的分解且該等頻率最接近反射回來的表面波。該頻率下，電波不能被水吸收，但水分子處于環(huán)形電場內(nèi)的此類頻率中時，其電子鍵會在旋轉(zhuǎn)電場和其自身轉(zhuǎn)速的作用下斷裂，從而分解形成氫氣和氧氣。按照本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)測算，每塊石墨電解單元需要耗用41-75 MA的電流，水槽中所有32塊石墨電極組的總耗電量約為990-1800 MA，這兩個數(shù)據(jù)分別是電極組輸出能量的最小和最大值，石墨電極組的電壓約為12-18伏。水槽在自然環(huán)境中的耐熔極限為12伏，水槽溫度在最高運(yùn)行電壓即18伏時會從55度上升至60度，而12伏的電壓則可以避免高溫造成的電流損耗。在正常運(yùn)行范圍內(nèi)使用時，本發(fā)明電解水裝置設(shè)備的總電流消耗量約為8安；然而，若設(shè)備運(yùn)行處于最高極限狀態(tài)，其耗電量則升至16安。以規(guī)格為100W或200W類型的太陽能電池即可用于為本發(fā)明電解水裝置設(shè)備提供電流。在本發(fā)明較佳實(shí)施例設(shè)備的正常運(yùn)行期間，可使用兩塊此類型的太陽能電池供電；然而，最高極限運(yùn)行狀態(tài)下，則需要四塊此類型的電池為設(shè)備供電，設(shè)備利用水作為燃料，其水管安裝于設(shè)備下部，產(chǎn)生的氣體可通過設(shè)備上端的出氣孔收集。綜上，本發(fā)明所提供的一種電解水的裝置及方法，可以通過設(shè)置電極組的結(jié)構(gòu)以方便實(shí)現(xiàn)對電解水的實(shí)用化功能實(shí)現(xiàn)，方便了太陽能的利用，且能夠形成一種更為清潔(其燃燒產(chǎn)物無害且有益的水)的能源，是能源再生利用的必然選擇。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電解水的裝置，其特征在于，設(shè)置包括至少一個電解單元，該電解單元設(shè)置為一具有導(dǎo)氣孔的密閉腔體，所述導(dǎo)氣孔通過管道連接到一儲氣罐；所述電解單元內(nèi)設(shè)置有至少一電極組，所述電極組包括設(shè)置在中心的第一電極，以及，圍繞該第一電極設(shè)置的三個第二電極，該第二電極設(shè)置具有圍繞第一電極的弧形壁部，且與第一電極的間距小于2毫米; 圍繞同一第一電極的三個第二電極之間設(shè)置有絕緣的塑膠條，并且第二電極和塑膠條圍合所述第一電極設(shè)置；所述第一電極和所述第二電極分別連通正極和負(fù)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水的裝置，其特征在于，所述電極組以陣列方式設(shè)置為多個，并且相鄰的第二電極一體設(shè)置，形成截面帶有三個支腳的柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解水的裝置，其特征在于，所述外部電源為太陽能電池板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解水的裝置，其特征在于，所述電解單元設(shè)置為多個， 且諸電解單元之間設(shè)置為電路串聯(lián)或并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解水的裝置，其特征在于，所述電解單元設(shè)置為8個；且， 每一所述電解單元包括設(shè)置為3行、每行設(shè)置為8個第一電極的電極組。
6.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述電解水裝置的方法，其設(shè)置一用于控制的電子系統(tǒng)，并包括以下步驟對三個第二電極順次接通電源，通過在依順時針或逆時針的順序之第二電極上的連續(xù)脈沖，對第一電極和第二電極之間的水進(jìn)行分解。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電極組以陣列方式設(shè)置為多個，并且相鄰的第二電極一體設(shè)置，形成截面帶有三個支腳的柱體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電解水的裝置及方法，其裝置包括至少一個電解單元，該電解單元設(shè)置為一具有導(dǎo)氣孔的密閉腔體，所述導(dǎo)氣孔通過管道連接到一儲氣罐；所述電解單元內(nèi)設(shè)置有至少一電極組，所述電極組包括設(shè)置在中心的第一電極，以及，圍繞該第一電極設(shè)置的三個第二電極，該第二電極設(shè)置具有圍繞第一電極的弧形壁部，且與第一電極的間距小于2毫米；圍繞同一第一電極的三個第二電極之間設(shè)置有絕緣的塑膠條，并且第二電極和塑膠條圍合所述第一電極設(shè)置。本發(fā)明電解水的裝置及方法由于采用了上述弧形壁部的第二電極，而且三個第二電極圍繞第一電極間距小于2毫米的設(shè)置方式，實(shí)現(xiàn)了微小電流下的高效電解水工作，提供了可實(shí)用化的電解水裝置和方法。
文檔編號C25B1/04GK102400170SQ20111036344
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者艾德爾·華叔福 申請人:艾德爾·華叔福