专利名称：利用太阳能电解水发生氢气和氧气并控制燃烧的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用氢气和氧气控制燃烧的装置，特别是涉及一 种利用太阳能电解水发生氢气和氧气并控制到发电厂的燃煤或燃油的燃烧 室中，促使发电厂节能减碳的装置。
背景技术：
火力发电已有一百多年历史，是利用煤、石油、天然气等燃料燃烧时 产生的热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。现有的火力 发电系统包括燃烧系统、汽水系统、发电系统以及控制系统。燃烧系统主 要包括锅炉的燃烧室、送风装置，送料(煤粉、油、天然气)装置以及灰
渣排放装置；主要是完成燃料的燃烧过程，将燃料所含能量以热能形式释 放出来，用于加热锅炉里的水。汽水系统是控制水及蒸汽的循环。发电系 统是利用高温高压蒸汽驱动发电机产生电及控制电的输送。控制系统是对 前述三个系统进行自动化的调节、控制以及协调。火力发电系统投资相对 较少。
但现有的火力发电对环境的污染严重，并且火力发电的燃烧室对燃料 特别是燃煤的质量要求较高。
另外，目前关于太阳能源的应用技术，是将太阳能经太阳能电池转化 成直流电，供加热水，或将太阳能源转化成太阳能电池用蓄电池储存电。 也有由太阳能直接发电，但目前尚未达到应用型技术。
现今世界各国，尚未有整合太阳能源产生氲气及氧气，并分别控制到 发电厂燃煤或燃油的燃烧室上。因此由太阳能促使发电厂节能减碳的整合 装置，尚未有此整合控制技术与设施。
发明内容
本实用新型的目的在于，克服现有的燃烧室存在的缺陷，而提供一种 新型结构的利用太阳能电解水发生氢气和氧气并控制燃烧的装置，所要解 决的技术问题是使其利用氢气及氧气，提高燃烧室的燃烧率，达到节能减 排功效。
本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。 依据本实用新型提出的一种利用太阳能电解水发生氢气和氧气并控制燃烧
的装置，包括电解水产生氢气及氧气的氢氧发生器，其中，该氢氧发生器的电源是太阳能电池；该氬气及氧气分别通过管道与燃煤或燃油的燃烧室 连通。
本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的利用氢气和氧气控制燃烧的装置，其中所述的该氬气通过管道 连通至该燃烧室的燃烧火焰扩散位置，该氧气通过管道连通至该燃烧室的 扰流燃烧火焰区域。
前述的利用氢气和氧气控制燃烧的装置，其中所述的太阳能电池提供4 伏以上的直流电。
前述的利用氢气和氧气控制燃烧的装置，其中所述的太阳能电池是单 晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池或至薄层太阳能电池。
前述的利用氢气和氧气控制燃烧的装置，其还包括气体储存装置，设 置在该氢氧发生器与该燃烧室之间的管道上，该气体储存装置包括压缩 储存该氢气的氢气储存装置；及压缩储存该氧气的氧气储存装置。
前述的利用氢气和氧气控制燃烧的装置，其中具有多组氢氧发生器。
前述的利用氢气和氧气控制燃烧的装置，其中所述的燃烧室是用于火 力发电的燃烧室。
前述的利用氢气和氧气控制燃烧的装置，其还包括有燃烧控制装置， 分别与设置在该管道上的流量阀、设置在该燃烧室的废气排出口处的感测 器电性藕接，该感测器量测二氧化碳、 一氧化碳、挥发性有机化合物及氧 化氮的浓度值并反馈信号，该燃烧控制装置根据反馈信号控制该流量阀调 整该氢气及该氧气的流量。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技 术方案，本实用新型利用太阳能电解水发生氢气和氧气并控制燃烧的装置 可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至 少具有下列优点
一、 本实用新型的利用氢气和氧气控制燃烧的装置所产生的氢气及氧 气，可以清净燃烧室内壁，达到不聚碳的功效。由于氢气的燃烧效率近100%， 故可以提高涡炉效率与使用寿命。
二、 本实用新型可控制氢气到最佳的燃烧火焰扩散位置，以利提升燃 烧火焰的温度及提高燃烧煤或石化油的燃烧效率，不但增加氢气燃烧提供 的热值也增加现时使用煤或燃油的燃烧热值，达到节省油煤的功效。另外 生成的氧气控制到扰流燃烧火焰区域，提高火焰扰流区氧的浓度，达到助 燃效果，将使火焰消失区中不能燃烧的可燃气体分子，由于氧气的助燃而 再燃，不但减少挥发性有机化合物(V0C)等可燃气体及黑烟粒子的排放， 并可使燃烧效率提升与减少二氧化碳的排放。本实用新型由于氢气的替代燃煤或煤油，且氢气燃烧生成水，将减少二氧化碳的排放量，达到减排的 目的。
四、本实用新型应用自然能源-太阳能转化成直流电能，当集中太阳能
电池达到4伏以上，即可电解水生成氢气与氧气。当太阳能转化电能增力口，
发生氢气及氧气供给率随着增加，经控制装置，则减少现用燃油或燃煤供 给率，达到节能减排的功能。若太阳能转化电能减少或没有，则火力发电 设备供油或燃煤全额供给，不会因为没有太阳、电解水、或是太阳能部份 失效而影响现有发电功能。因此，本实用新型将可利用太阳能的自然能源 对现有火力发电厂加装本实用新型装置，达到节能减排的目的。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实 用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用 新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施 例，并配合附图，详细说明如下。
图1是利用太阳能电解水发生氢气和氧气并控制燃烧的装置较佳实施 例的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及 功效，
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的利用氢气和氧 气控制燃烧的装置及方法其具体实施方式
、结构、特征及其功效进行详细 说明。
请参阅图1所示，是本实用新型利用太阳能电解水发生氢气和氧气并 控制燃烧的装置的较佳实施例的示意图。本实用新型较佳实施例的利用太
阳能电解水发生氢气和氧气并控制燃烧的装置10，提供氢气及氧气，并通 过管道与燃油或燃煤的燃烧室60连通，控制该氢气至该燃烧室60的燃烧 火焰扩散位置燃烧，控制该氧气至该燃烧室60的扰流燃烧火焰区域助燃。 所述的燃烧室是用于火力发电的燃烧室，或是现有火力发电厂的燃烧室。 本实用新型的利用氢气和氧气控制燃烧的装置可提高燃烧室的燃料燃烧 率，达到节能减排功效。
本实用新型较佳实施例的利用太阳能电解水发生氢气和氧气并控制燃 烧的装置，包括由太阳能电池20提供电源的氢氧发生器30、气体储存装 置40及燃烧控制装置50。
上述的太阳能电池20，提供4伏以上的直流电，本实施例中太阳能电 池20是提供10V直流电的单晶硅太阳能电池。在其他实施例中可以是多晶硅太阳能电池或至薄层太阳能电池。单晶硅太阳能电池，可转化18-20°/ 太 阳能源为电能，多晶硅太阳能电池约15-16%，至薄层太阳能电池可到10%。
上述的氢氧发生器30,具有电解用的水、氢气排出口及氧气排出口， 该太阳能电池20提供10V直流电至该氢氧发生器30中电解水产生氢气及 氧气。该氢气及该氧气可以直接供应至燃烧室60，该氢气在该燃烧室60的 燃烧火焰扩散位置燃烧；该氧气在该燃烧室60的扰流燃烧火焰区域，提高 燃烧室中的燃料、 一氧化碳及挥发性有机化合物的燃烧率。
上述的气体储存装置40，包括储存氬气的储存装置42、储存氧气的储 存装置44以及流量阀Ml、 M2。
该气体储存装置42、 44包括压缩泵及储存罐。该气体储存装置42、 44 分别设置在该氢氧发生器30与该燃烧室60之间的该管道46上，在管道46 上设置气体流量开关V1、 V2。该气体储存装置42、 44的储存罐，藉由管道 46分别与该燃烧室连通，并在此管道46上设置有流量阀Ml、 M2。
上述的燃烧控制装置50，分别与该气体流量控制阀Ml、 M2,与设置在 该燃烧室60的出口 61的量测气体浓度值的感测器C电性藕接。
该感测器C量测二氧化碳(C02)、 一氧化碳(CO)、挥发性有机化合物 (VOC)、氧化氮(NOx)的组成浓度值，并反馈一信号至该燃烧控制装置50; 该燃烧控制装置50依据该信号控制该流量阀Ml、 M2,以调整共给燃烧室 60燃烧的氢气及共给燃烧室60助燃的氧气的流量。
另外，本实用新型也可以由多组太阳能电池20和多组氢氧发生器30
产生氢气及氧气。
下面对上述实施例的利用氢气和氧气控制燃烧的装置的工作过程进行 说明
太阳能电池产生直流电源架建10VDC的太阳能电池，经串联并联达 到电解水发生氢气及氧气所需的电源，并在太阳能电池架设网面中提供实 时功能检测装置，自动监控太阳能池板的功能。
氢氧发生器电解水产生氢气及氧气氢氧发生器可以直接连接太阳能 电池，减少太阳电池输送电的损失。氢氧发生器所接受10VDC电源，直接 电解水产生氩气及氧气气体，并且该氢气及该氧气分别独立排出。
电解水的理论化学式简示如下
2H20----->2H++20H—
阴极2H++2e —H2
阳极20H— — H20+〗02+2e
故1]2/02发生器电解水理论式为本实用新型可以有多个氢氧发生器，所产生的氢气与氧气可以分开控 制输送，第n个氢氧发生器的氢气质流率流率为；i与氧气质流率为""。
最后整合控制各氢氧发生器的气体，则总的氬气质流率^町与总的氧气质 流率附。"表示如下
^ .....................(1)
^ ............ …….,(2) .
燃烧控制装置50控制？肝、；Or直接到燃烧室燃烧，也可将；HT经加压、
冷冻流至储存装置42及将附。7'加压、冷冻流至储存装置44。
燃烧控制装置50分别控制氬气、氧气喷入燃烧室燃烧燃烧控制装置 50依燃料燃烧条件经PLC计算，控制氬气、氧气分别注入燃烧室以提高原 燃烧效率，同时配合感测器M1的量测气体组成浓度，燃料燃烧进料率，发 电功率，经实时计算，控制燃料、空气、氢气及氧气的供应，达到节能减 排的功能。
更详言之，控制氢气及燃料以混合或分别单独喷入燃烧室60中燃烧； 控制氧气喷入到燃烧火焰末端处。
该氢气与空气燃烧，燃烧的理论式如下
4H2+(l+r) (02+3. 76N2) — 2H20+r02+3. 76rN+排出热量..............(4)
式(4)中r表示过量空气比值，燃烧氢气放出的热量约为10000Kcal/kg。 另外，氢气的燃烧时间与燃烧延迟时间是最短的；当与燃料(煤粉或燃油) 同时喷入燃烧室燃烧时，氢气首先燃烧很快地提升火焰初期范围的温度， 从而使得目前热值较低的燃料(特别是燃煤)较易燃烧而提高热效率。 该氧气在该燃烧室中助燃，氧气助燃理论式如下
(1) VOC的CiHj燃烧模式
/ Z CiHj+(i+7)02 — iC02+5H20+放出热量..............(5)
(2) C0燃烧模式
CO+5o2 — C02 +》文出热量..............................(6)
因此由(4) (5) (6)式的燃烧理论式，可知氢气及氧气有助于节省减排的 功能。
本实用新型具有以下优点
一、本实用新型的利用氬气及氧气，可以清净燃烧室内壁，达到不聚碳的功效。另外由于氢气的燃烧效率近100%，达99%以上，故可以提高燃 烧室效率与使用寿命。
二、 本实用新型，由太阳能电池的直流电电解水，生成氬气(H》及氧气 (02)。同时分别控制氢气及氧气到现有发电厂燃油或燃煤的燃烧室中。氢气 控制到最佳的燃烧火焰扩散位置，以利提升燃烧火焰的温度及提高燃烧煤 或石化油的燃烧效率，不但增加氬气燃烧提供的热值也增加现时使用煤或 燃油的燃烧热值，达到节省油煤的功效。另外生成的氧气控制到扰流燃烧 火焰区域，提高火焰扰流区氧的浓度，达到助燃效果，将使火焰消失区中 不能燃烧的可燃气体分子，由于氧气的助燃而再燃，不但减少挥发性有机 化合物(V0C)等可燃气体及黑烟粒子的排放，并可使燃烧效率提升与减少 二氧化碳的排放。本实用新型由于氢气的替代燃煤或煤油，且氢气燃烧生 成水，将减少二氧化碳C02的排放量，达到减排的目的。
三、 本实用新型应用自然能源-太阳能转化成直流电能，当集中太阳能 电池达到4Volt以上，即可电解水生成氬气与氧气。另外控制氢气与氧气 到现有的火力发电设备的燃油或燃煤的燃烧室中当辅助燃料用。当太阳能 转化电能增加，发生氢气及氧气供给率随着增加，经燃烧室供应燃料的控 制装置，减少现用燃油或燃煤供给率，达到节能减排的功能。若太阳能转 化电能减少或没有，则火力发电设备供油或燃煤全额供给，不会因为没有 太阳、电解水或是太阳能部份失效而影响现有发电功能。因此，本实用新 型将可利用太阳能的自然能源对现有火力发电厂加装本实用新型装置，达 到节能减排的目的。
四、 另外新建火力发电厂，可以架设本发明的利用太阳能电解水发生 氢氧并控制燃烧的装置，利用太阳能产生//2及02，并利用//2及02到现有燃 煤或燃油发电厂，可以减少燃煤或燃油的使用，若有足够的太阳能源使用， 节省现使用中的燃煤、燃油发电厂40°/ ~60°/。的煤、油，由太阳能取代，则
可利用自然能源(太阳能)40%以上。
五、 本实用新型10VDC太阳能电解水的效率，以现在工艺水平，可达 到60%的能源转换效率，实验型若加超音波震荡电解槽极板可达到80%以上 的能源转化效率。另外以H2能源使用热值计算，若氢完全燃烧可以释放 10000Kcal/kg的热能，取代发电厂燃煤或燃油产生的热能，则以太阳能 12VDC电解水产生&转化成热能源，可达到60%以上太阳能转化成&供燃烧 生热能的转化效率。另外电解同时产生02，为&的一半。
六、 本实用新型可以应用自然能源太阳能，可将小电压大于4VDC的直 流电，经电解水产生^及02，供应到现有发电厂当热源及提升燃烧效率使 用。可以将热值不足5000Kcal/kg的煤，配合^及02的燃烧控制，提升燃 烧效率及使用低热值的煤，使现有火力发电厂除了可以使用自生能源-太阳 能外，也可使用低热值煤延长现有发电厂使用。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作 任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非 用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技 术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同 变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用 新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均 仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1、一种利用太阳能电解水发生氢气和氧气并控制燃烧的装置，包括电解水产生氢气及氧气的氢氧发生器，其特征在于该氢氧发生器的电源是太阳能电池；该氢气及氧气分别通过管道与燃煤或燃油的燃烧室连通。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的该氢气通过管 道连通至该燃烧室的燃烧火焰扩散位置，该氧气通过管道连通至该燃烧室 的扰流燃烧火焰区域。
3、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的太阳能电池提 供4伏以上的直流电。
4、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的太阳能电池是 单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池或至薄层太阳能电池。
5、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于其还包括气体储存装置， 设置在该氢氧发生器与该燃烧室之间的管道上，该气体储存装置包括压 缩储存该氢气的氢气储存装置；及压缩储存该氧气的氧气储存装置。
6、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中具有多组氢氧发生器。
7、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述的燃烧室是用于 火力发电的燃烧室。
8、 根据权利要求1至7中任一权利要求所述的装置，其特征在于其还 包括有燃烧控制装置，分别与设置在该管道上的流量阀、设置在该燃烧室 的废气排出口处的感测器电性藕接，该感测器量测二氧化碳、 一氧化碳、 挥发性有机化合物及氧化氮的浓度值并反馈信号，该燃烧控制装置根据反 馈信号控制该流量阀调整该氢气及该氧气的流量。
专利摘要本实用新型是有关于一种利用太阳能电解水发生氢气和氧气并控制燃烧的装置，包括电解水产生氢气及氧气的氢氧发生器，其中，该氢氧发生器的电源是太阳能电池；该氢气及氧气分别通过管道与燃煤或燃油的燃烧室连通。本实用新型应用自然能源太阳能产生直流电并电解水发生氢气和氧气，利用氢气及氧气提高燃烧室的燃烧率，达到节能减排功效。
文档编号C25B9/00GK201411491SQ20092010658
公开日2010年2月24日 申请日期2009年3月19日 优先权日2009年3月19日
发明者郭春宝, 金亦石, 马毅红 申请人:金亦石;郭春宝;马毅红