磁流体制氢系统的制作方法

本发明涉及一种磁流体制氢系统。

背景技术：

电解水制氢涉及两个重要的基本反应，即阴极水的还原和阳极水的氧化。然而，反应动力学的限制要求提供高于理论分解电压的过电压来加速两极反应，导致严重的电能损失。一些贵金属如铂、氧化钌、氧化铷等能有效降低反应活化能垒，提升反应速率，但是昂贵的价格限制其在电解水工业中的规模化使用。

如果将磁流体发电技术应用到电解水制氢中，充分利用电解水制氢时产生的气体膨胀的内能推动电解液自动循环流动，使电解液通过磁流体发电来补偿电解水所消耗的电能。只要加快电解液的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率，大幅降低电解水制氢的能耗和电解水设备的成本。

目前的磁流体发电机为了提高发电效率，主要采用高温等离子体作为工质，为了使工质具有足够的电导率，需要在高温和高速下加上钾、铯等作为种子，以利用非平衡电离原理来提高电离度。这就带来了工质种子回收的问题，并且工质的温度达到2000度到3000度，通道和电极的材料都要求耐高温、耐碱腐蚀、耐化学烧蚀，因而磁流体发电机不能长时间运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种磁流体制氢系统，能够充分利用电解水制氢时产生的气体膨胀的内能推动电解液循环流动，使富含oh-和k+离子的电解液通过磁流体发电来补偿电解水所消耗的电能。由于采用了常温的电解液作为工质，因此使磁流体发电机避免了耐高温和种子回收等问题，并且可以长时间稳定运行。

本发明的目的是这样实现的，一种磁流体制氢系统，包括磁流发电体以及与该发电体电流输出端相连的电解槽，磁流发电体内具有磁流体流道，夹在两块永磁体之间的，由两片相互绝缘的电极板所构成的螺旋形流道，螺旋形流道的进液端以及出液端均为拉法尔喷管结构；所述的两片相互绝缘的电极板由绝缘密封胶粘接在同一平面内，形成一个完整的螺旋形流道，所述的两片相互绝缘的电极板所构成的螺旋形流道两侧均贴有绝缘膜，分别与两侧的永磁体绝缘；所述的磁流发电体通过堆叠结构，将一组以上的磁流发电体的磁路和流道集成在一起；所述的磁流发电体出水口与电解槽进水口相连，电解槽的产气口通过气液混合导管与滤气瓶相连，滤气瓶的出液口与所述的磁流发电体进水口相连；利用电解水制氢时产生的气体上升膨胀的内能推动电解液自动循环流动，并通过所述的磁流发电体发电来补偿电解水所消耗的电能。

作为本发明的进一步改进，所述的磁流发电体各组单元的正负极板之间为并联或串联结构；由正负电极所构成的流道为齿梳形电极构成的‘s’形流道。

在实际应用中可以通过增加或减少磁流发电体的各组单元的数量或改变磁流发电体单元的尺寸大小，或改变磁体的大小和形状等办法来实现不同功率等级的输出；

本发明结构独特新颖，包含夹在两块永磁体之间的，由两片相互绝缘的电极板所构成的具有拉法尔喷管结构特点的喇叭口螺旋流道，极大加快了电解液的喷射速度，并增加了磁流体流道的长度，减小了流道的阻力，使每个磁流体单元都能经喇叭口螺旋流道再次加速电解液的流速；同时还可以采用堆叠结构，将若干组具有磁流体流道的磁路和流道最大限度地并列集成到一起，充分利用永磁体的静态磁能；并将电极板直接做成螺旋流道，极大增加了电极的横截面积和电流密度，降低磁流体的工作温度和磁流体发电机的内阻；并且使磁流体的生产工艺变的简单，方便组装和维护。本发明磁流体发电机产生的电能进入电解槽，电解产生和氧气，充分利用电解水制氢时产生的膨胀气体的内能再次推动电解液循环流动，使富含oh-和k+离子的电解液通过磁流体发电来补偿电解水所消耗的电能。由于采用了常温的电解液作为工质，因此使磁流体发电机避免了耐高温和种子回收等问题，并且可以长时间稳定运行。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步详细的描述。

附图1是磁流体零件装配爆炸图；

附图2是磁流体零件组装侧视图；

附图3是磁流体制氢系统原理图。

其包括：

1、进水口端盖板；2、一单元强磁体a；3、一单元绝缘膜a；4、一单元螺旋电极a；5、一单元螺旋电极b；6、一单元绝缘膜b；7、二单元磁体骨架；8、一单元强磁体b；9、二单元绝缘膜a；10、二单元螺旋电极a；11、二单元螺旋电极b；12、二单元绝缘膜b；13、二单元强磁体；14、三单元磁体骨架；15、三单元绝缘膜a；16、三单元螺旋电极a；17、三单元螺旋电极b；18、三单元绝缘膜b；19、三单元强磁体；20、出水口端盖板；21、出水口；22、三单元下导流孔；23/24/25、三单元上导流孔；26、一单元下导流孔；27/28、一单元上导流孔；29、进水口；30、磁体槽；31、正极螺栓；32、负极螺栓；33、禁锢绝缘螺栓；34、磁流体一单元电极板剖视图；35/36、密封绝缘胶；37、电解液导管；38、电解槽进水口；39、电解槽；40、电解槽产气口；41、电解槽正极端子；42、电解槽负极端子；43、补水指示灯；44、电控板；45、气/液混合导管；46、滤气瓶进气口；47、滤气瓶液位传感器；48、压力传感器；49、供气电磁阀；50、滤气瓶；51、电解液；52、滤气瓶补水口；53、氢气/氢氧混合气；54、滤气瓶密封盖；55、滤气瓶出气口；56、三通接头；57、补水泵；58、通气孔；59、水箱盖；60、水箱；61、水；62、水位传感器；63、滤气瓶出液口；64、循环泵。

具体实施方式

一种磁流体制氢系统，如图1、图2、图3所示，包括磁流发电体以及与该发电体电流输出端相连的电解槽，磁流发电体内具有磁流体流道，夹在两块永磁体之间的，由两片相互绝缘的电极板所构成的螺旋形流道，螺旋形流道的进液端以及出液端均为拉法尔喷管结构；所述的两片相互绝缘的电极板由绝缘密封胶粘接在同一平面内，形成一个完整的螺旋形流道，所述的两片相互绝缘的电极板所构成的螺旋形流道两侧均贴有绝缘膜，分别与两侧的永磁体绝缘；所述的磁流发电体通过堆叠结构，将一组以上的磁流发电体的磁路和流道集成在一起；所述的磁流发电体出水口与电解槽进水口相连，电解槽的产气口通过气液混合导管与滤气瓶相连，滤气瓶的出液口与所述的磁流发电体进水口相连；利用电解水制氢时产生的气体上升膨胀的内能推动电解液自动循环流动，并通过所述的磁流发电体发电来补偿电解水所消耗的电能；作为本发明的进一步改进，所述的磁流发电体各组单元的正负极板之间为并联或串联结构；由正负电极所构成的流道为齿梳形电极构成的‘s’形流道。

本发明磁流体制氢系统的结构和工作原理详述如下：如图1---图3所示，由进水口端盖板1、一单元强磁体a2、一单元绝缘膜a3、一单元螺旋电极a4、一单元螺旋电极b5、一单元绝缘膜b6、二单元磁体骨架7、一单元强磁体b8等8个零件按顺序堆叠组成第一单元磁流发电体；由二单元磁体骨架7、一单元强磁体b8、二单元绝缘膜a9、二单元螺旋电极a10、二单元螺旋电极b11、二单元绝缘膜b12、二单元强磁体13、三单元磁体骨架14等8个零件按顺序堆叠组成第二单元磁流发电体；由二单元强磁体13、三单元磁体骨架14、三单元绝缘膜a15、三单元螺旋电极a16、三单元螺旋电极b17、三单元绝缘膜b18、三单元强磁体19、出水口端盖板20等8个零件按顺序堆叠组成第三单元磁流发电体；三个单元的磁流发电体按顺序堆叠在一起，由禁锢绝缘螺栓33’紧紧的锁在一起，防止漏水；同时正极螺栓31分别与一单元螺旋电极b5、二单元螺旋电极b11、三单元螺旋电极b17紧密连接，将三个单元磁流发电体的正极并联在一起；另外负极螺栓32分别与一单元螺旋电极a4、二单元螺旋电极a10、三单元螺旋电极a16紧密连接，将三个单元磁流发电体的负极并联在一起。

在实际应用中可以通过增加或减少磁流发电体的单元数量或改变磁流发电体单元的尺寸大小，或改变磁体的大小和形状等办法来匹配不同功率等级的负载；同时，各单元磁流发电体的正负极板之间可以并联也可以串联；由正负电极所构成的流道也可以是除优化的螺旋形以外的其它形状，如一对齿梳形电极构成的‘s’形流道等等。

电解液经进水口端盖板1进入夹在一单元强磁体a2和一单元强磁体b8之间，由相互绝缘的一单元螺旋电极a4和一单元螺旋电极b5两块不导磁金属电极板组成的一单元螺旋流道中；同时一单元绝缘膜a3与一单元绝缘膜b6将一单元螺旋电极a4和一单元螺旋电极b5两块不导磁金属电极板分别与一单元强磁体a2和一单元强磁体b8绝缘隔离，以防电极短路；并且一单元螺旋电极a4和一单元螺旋电极b5两块不导磁金属电极板之间通过绝缘密封胶连接在一起，共同构成一片完整的一单元喇叭口螺旋流道。

第一单元螺旋流道中的电解液经一单元下导流孔26和二单元磁体骨架7进入夹在一单元强磁体b8和二单元强磁体13之间，由相互绝缘的二单元螺旋电极a10和二单元螺旋电极b11两块不导磁金属电极板组成的二单元螺旋流道中；同时二单元绝缘膜a9与二单元绝缘膜b12将二单元螺旋电极a10和二单元螺旋电极b11两块不导磁金属电极板分别与一单元强磁体b8和二单元强磁体13绝缘隔离，以防电极短路；并且二单元螺旋电极a10和二单元螺旋电极b11两块不导磁金属电极板之间通过绝缘密封胶连接在一起，共同构成一片完整的二单元喇叭口螺旋流道。

第二单元螺旋流道中的电解液经三单元上导流孔23、24、25进入夹在二单元强磁体13和三单元强磁体19之间，由相互绝缘的三单元螺旋电极a16和三单元螺旋电极b17两块不导磁金属电极板组成的三单元螺旋流道中；同时三单元绝缘膜a15与三单元绝缘膜b18将三单元螺旋电极a16和三单元螺旋电极b17两块不导磁金属电极板分别与二单元强磁体13和三单元强磁体19绝缘隔离，以防电极短路；并且三单元螺旋电极a16和三单元螺旋电极b17两块不导磁金属电极板之间通过绝缘密封胶连接在一起，共同构成一片完整的三单元喇叭口螺旋流道。

最后，第三单元螺旋流道中的电解液经三单元下导流孔22和出水口端盖板20的出水口21流出；电控板44的2脚接外接电源的负极，同时也是整个系统的零电位；当电控板44的4脚获得外部电源的b+电压后，立即从电控板44的3脚输出电解电压到电解槽正极端子41，电解槽39中的电解槽负极端子42接整个系统的零电位；此时，电解槽内的电解液中的水分子被分解成氢气和氧气，并夹带着电解液从电解槽产气口40喷出，经气/液混合导管45和滤气瓶进气口46进入滤气瓶50中的电解液51里，经气液分离后，氢气或氢氧气体（取决于电解槽的结构）汇聚在滤气瓶50的顶部；汇聚在滤气瓶50顶部的氢气通过滤气瓶出气口55和三通接头56送到供气电磁阀49；同时，旁接在三通接头56上的压力传感器48将感应到的氢气压力信号送到电控板44的6脚；当电控板44感应到6脚的气压信号偏低时，便通过电控板44的7脚关闭供气电磁阀49，以防回火；当电控板44感应到6脚的气压信号达到上限时，便通过电控板44的7脚打开供气电磁阀49，对外供气的同时，电控板44根据6脚的气压信号的高低，控制3脚的电源输出，从而控制产气量，使电解槽的压力维持在安全范围内；当电控板44的5脚感应到滤气瓶液位传感器47液位信号偏低时，电控板44便通过9脚打开补水泵57将水箱60中的水61通过滤气瓶补水口52泵入滤气瓶50中；当电控板的5脚感应到滤气瓶液位传感器47液位信号达到上限时，电控板便通过9脚关闭补水泵57并防止滤气瓶中的电解液反流入水箱60中；当电控板44的10脚感应到水位传感器62水位信号偏低时，电控板通过8脚打开补水指示灯43提示补水，此时需要打开水箱盖59给水箱补水；当水箱中的水加满后，电控板通过8脚关闭补水指示灯43；当滤气瓶50顶部的气体压力不断增大时，便将其内部的电解液的液面向下压，并通过滤气瓶出液口63和循环泵64压入磁流体一单元电极板的进水口29处，并通过一单元上导流孔28进入由一单元螺旋电极a4和一单元螺旋电极b5组成的喇叭口螺旋流道内；其中密封绝缘胶35和密封绝缘胶36将一单元螺旋电极a4和一单元螺旋电极b5联接成一片完整的喇叭口螺旋流道，并且使该流密闭不漏水的情况下保证一单元螺旋电极a和一单元螺旋电极b之间相互绝缘；此时进入一单元上导流孔28的电解液先通过拉法尔喷管，顺时针高速喷入螺旋型流道，并在螺旋流道的中心点逆时针旋出至一单元下导流孔22；同时紧贴在一单元螺旋电极a和一单元螺旋电极b两侧的一单元强磁体a2和一单元强磁体b8产生强磁场，使螺旋流道内高速流动的电解质中的oh-和k+受洛伦兹力的作用发生偏转，据左手定律可知：k+打在一单元螺旋电极b5上，oh-打在一单元螺旋电极a4上，从而在一单元螺旋电极b5和一单元螺旋电极a4之间形成电场，且电场越来越强，直到离子所受的电场力与洛伦兹力相等为止，此时一单元磁流发电体内部就形成了正交电、磁场，其余离子就继续顺螺旋流道向前运动至一单元下导流孔26并导入第二单元磁流发电体中，并最终从出水口21流出经电解液导管37送到电解槽进水口38，完成电解液的自动循环；同时负极螺栓32将磁流发电体的负极接到整个系统的零电位上，磁流发电体的正电通过正极螺栓31引出至电控板的1脚，在电控板的控制下用于补偿电解槽所消耗的电能。在系统中增加循环泵64，可以使系统启动初期立即提高电解液的流速，使磁流发电体迅速输出稳定的电压，并且在系统停止工作后，电控板44会定时启动循环泵64短暂工作，让电解液流动一会，以防电解液中的杂质产生结晶和沉淀堵塞磁流发电体的流道；在实际应用中，也可以将电解槽产气口40直接接到磁流发电体的进水口29上，并将磁流发电体的出水口21接在滤气瓶进气口46上，同时将滤气瓶出液口63接到电解槽进水口38上构成电解液的循环回路。

本发明不局限于制氢领域，以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的。仅是借由优选实施例详细说明本发明磁流体制氢系统，然而对于该实施例所做的任何等效、修改与变化，例如磁流发电体的单元数目、形状、尺寸大小、解离单元的实施方式等等的变化，均不脱离本发明的精神和范围。而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均因涵盖在本发明的权利要求范围中。