一种热喷射电和氢气联产装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及能源技术领域尤其设及一种利用双电层效应收集环境热能进行发电 和制作氨气的装置。
【背景技术】
[0002] 随着世界经济和人类文明的不断发展，能源供需矛盾和环境污染问题日益突出， 运给社会的可持续发展和人类的生存带来了严重问题。目前许多国家正在加紧太阳能、风 能、生物能、氨能、海洋能和地热能等新能源的开发和利用。其中，氨气作为一种绿色能源， 具有能量密度高、资源丰富、对环境无污染等优点，在未来能源结构中占有重要的地位。在 过去几十年，人们为氨能的开发和利用一直进行着不懈的努力，到现在为止已经有将近90 种制作氨气的方法。总体来看，各种矿物燃料制氨仍然是目前制氨的主要方法，但其储量有 限，且制氨过程会造成环境污染。从长远来看，W水作为原料制取氨气是最有前途的方法， 原料取之不尽，而且氨燃烧放出能量后又生成产物水，不造成环境污染。电解水制氨是目前 比较常用的方法，但是由于消耗大量电能，制氨成本非常昂贵。因此，开发清洁高效的制氨 方法十分重要。
[0003] 环境中存在大量的低品位热能（<100°C)，如工业生产过程中排放的废热、微生物 代谢释放的热量，W及太阳福射热能和地热能等。如何将运部分能量转化成可W方便利用 的能源一直是个难题。利用热电技术将运部分热能转化成电能是一种可行的方法，虽然近 年来在热电优值狂T)提高方面取得了一定的进展，但是在低溫环境下，固体材料的ZT值仍 然受到了极大限制，当溫度低于100°c时，ZT值只能达到1. 5。而且先进的热电材料制造困 难，价格昂贵，热电技术要普遍使用还有待更先进的技术突破。
[0004] 随着纳米技术的不断发展，利用微纳米通道来进行能量转换的方法引起了大家的 关注。其主要原理是利用材料纳米尺度上特有的物理化学性质，当使用外部压力将电解质 流体强行推动流过微纳米孔道时，微纳米孔道只允许一种电性的离子通过，从而产生电能。 基于运种发电原理的能量转换装置最常见的是：利用具有微纳米孔道的材料将液体隔开， 采用压力对其中一侧的液体进行加压来发电。但是随着运种发电装置的不断运行，会在微 纳米孔道的两侧会形成离子聚集区，从而产生附加电场，造成离子回流，导致发电效率非常 低。采用微喷射的方法可W将液体回流隔断，从而大大提高发电效率，同时还能产生氨气。 但是由于需要较高的压力来驱动，在实际应用中受到一定的限制。由于水具有巨大的热膨 胀系数，利用环境热能就可W产生巨大的压力来进行发电，同时制作氨气。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种热喷射电和氨气联产装置，可W利用电厂 余热、太阳能和地热能等环境热能，直接将水分解制作氨气，同时产生电能。
[0006] 本发明所采用的技术方案如下：
[0007] 一种热喷射电和氨气联产装置，其特征在于：包括储液池化）、喷嘴（2)和金属板 (1)，所述喷嘴（2)和储液池（6)通过喷管（3)连接；所述金属板（1)位于喷嘴（2)下方；所 述储液池化）的侧壁上或喷管（3)上设置有加热单元（4);所述喷嘴（2)具备导电性能；工 作时，储液池（6)和喷管（3)中充满电解质溶液巧）。
[0008] 所述喷嘴（2)为具备微米或纳米级别的单孔结构或多孔微纳米膜。
[0009] 所述加热单元（4)为可W收集环境热能的加热装置，如太阳能、电厂余热等。
[0010] 所述喷嘴（2)的材料为导电材料或其表面设置有导电涂层。
[0011] 所述金属板（1)的材料为铜或不诱钢或银。
[0012] 所述导电材料或导电涂层的材料可W为铜或不诱钢或银。
[0013] 所述电解质溶液（5)为水或带有氨离子的酸或带有氨离子的盐溶液。
[0014] 所述金属板（1)和喷嘴似之间的距离为3mm-lcm。
[0015] 更优选的所述金属板（1)和喷嘴0)之间的距离为3mm-5mm。
[0016] 所述电解质溶液可W为水，也可W为带有氨离子的酸或者是盐溶液；工作时，储液 池和喷管中充满电解质溶液，环境中的热能通过调节间歇作用于加热单元上；加热时，加热 单元附近的液体在短时间内成核形成小气泡，小气泡急速膨胀并破裂，将喷管内的液体挤 出喷嘴，形成射流；停止加热时，气泡消失，喷管内液体收缩，由于毛细作用，液体将再次充 满喷管，完成一次循环，从而保持持续运行。微纳米尺度的喷嘴具有很强的双电层效应，只 允许电解质溶液中的氨离子通过，当射流到达金属板后，氨离子得到电子生成氨气；而相反 电荷的离子会在喷嘴内侧积累，喷嘴作为电源负极，金属板作为电源正极，可W供给外界电 能。
[0017] 喷嘴可W是微米或者纳米级别的单个孔，也可W是多孔微纳米膜。
[0018] 加热单元可W布置在喷管中，也可W布置在储液池内壁。
[0019] 与传统的技术相比，本发明的优越性在于：
[0020] (1)本发明装置结构简单，无转动部件，性能稳定，对环境十分友好。
[0021] 似采用喷射的方式隔断离子的回流，大大提高了装置的产氨和发电效率。
[0022] (3)利用环境中的热能进行发电，装置在运行过程中不消耗高品位压力能，制氨过 程不需要电能还能发电，并且可W达到零排放。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的结构示意图。
[0024] 其中：1 -金属板、2 -喷嘴、3 -喷管、4 -加热单元、5 -电解质溶液、6 -储液池。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[00%] -种热喷射电和氨气联产装置，其特征在于：包括储液池化）、喷嘴（2)和金属板 (1)，所述喷嘴（2)和储液池（6)通过喷管（3)连接；所述金属板（1)位于喷嘴（2)下方；所 述储液池化）的侧壁上或喷管（3)上设置有加热单元（4);所述喷嘴（2)具备导电性能；工 作时，储液池（6)和喷管（3)中充满电解质溶液巧）。
[0027] 所述喷嘴（2)为具备微米或纳米级别的单孔结构或多孔微纳米膜。
[0028] 所述加热单元（4)为可W收集环境热能的加热装置，例如太阳能、电厂余热等。
[0029] 所述喷嘴（2)的材料为导电材料或其表面设置有导电涂层。
[0030] 所述金属板（1)的材料为铜或不诱钢或银。
[0031] 所述导电材料或导电涂层的材料可W为铜或不诱钢或银。
[0032] 所述电解质溶液（5)为水或带有氨离子的酸或带有氨离子的盐溶液。
[0033] 所述金属板（1)和喷嘴似之间的距离为3mm-lcm。
[0034] 更优选的所述金属板（1)和喷嘴似之间的距离为3mm-5mm。
[0035] 工作时，储液池和喷管中充满电解质溶液，环境热能通过调节间歇作用于加热单 元上；加热时，加热单元附近的液体在短时间内成核形成小气泡，小气泡急速膨胀并破裂， 将喷管内的液体挤出喷嘴，形成射流；停止加热时，气泡消失，喷管内液体收缩，由于毛细作 用，液体将再次充满喷管，完成一次循环，从而保持持续运行。微纳米尺度的喷嘴具有很强 的双电层效应，只允许电解质溶液中的氨离子通过，当射流到达金属板后，氨离子得到电子 生成氨气；相反电荷的离子会在喷嘴内侧积累，运时，喷嘴作为电源负极，金属板作为电源 正极，可W供给外界电能。
[0036] 参见图1，所述喷嘴为单孔结构，孔口直径为10μπι，孔口采用超快高功率激光在 0. 2mm厚的不诱钢片上加工而成。环境热能为脉冲激光加热，激光波长为1064nm，激光能量 为llOmJ，脉冲时间为化S，频率为10化，激光直接聚焦在喷管的加热单元上，加热单元附近 的液体在短时间内成核形成小气泡并急速膨胀并破裂，将喷管内的液体挤出喷嘴而形成射 流。
[0037] 电解质溶液采用水溶液，水在自然条件下会发生微弱电离：11 ;〇台ii' +01Γ，而 生产(氨离子）和OH(氨氧根离子），不诱钢喷嘴由于本身的化学特性会吸附带负电的 离子而显负电性，在双电层效应下只允许大部分的Η+通过，当喷射流到达金属板时，会在金 属板上发生W下反应：2Η+巧e-Η2,而产生&(氨气）放出，喷嘴附近则发生另一个反应： 20H-2e- 0. 50 2+&0,金属板和喷嘴上得失的电子通过与正负电极的连接输出电能，通过 计算得到，此条件下装置的输出电流为57nA。
[003引本发明提供了一种利用环境热能来发电并且制作氨气的新方法，本发明的保护范 围并不限于上述的实施例，通过改变喷嘴的特性和尺寸或者使用高浓度氨离子的电解质溶 液可W提高发电量和产氨量，显然，本领域的技术人员可W对本发明进行各种改动和变形 而不脱离本发明的精神，则本发明的意图也包含运些改动和变形在内。
【主权项】
1. 一种热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：包括储液池（6)、喷嘴（2)和金属板 (1) ，所述喷嘴（2)和储液池（6)通过喷管（3)连接；所述金属板（1)位于喷嘴（2)下方；所 述储液池（6)的侧壁上或喷管（3)上设置有加热单元（4);所述喷嘴（2)具备导电性能；工 作时，储液池（6 )和喷管（3 )中充满电解质溶液（5 )。2. 如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述喷嘴（2)为具备微 米或纳米级别的单孔结构或多孔微纳米膜。3. 如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述加热单元（4)为可 以收集环境热能的加热装置。4. 如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述喷嘴（2)的材料为 导电材料或其表面设置有导电涂层。5. 如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述金属板（1)的材料 为铜或不锈钢或银。6. 如权利要求4所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述导电材料或导电 涂层的材料为铜或不锈钢或银。7. 如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述电解质溶液（5)为 水或带有氢离子的酸或带有氢离子的盐溶液。8. 如权利要求1所述的热喷射电和氢气联产装置，其特征在于：所述金属板（1)和喷嘴 (2) 之间的距离为3mm-lcm。
【专利摘要】本发明提供一种热喷射电和氢气联产装置，包括储液池（6）、喷嘴（2）和金属板（1），所述喷嘴（2）和储液池（6）通过喷管（3）连接；所述金属板（1）位于喷嘴（2）下方；所述储液池（6）的侧壁上或喷管（3）上设置有加热单元（4）；所述喷嘴（2）具备导电性能；工作时，储液池（6）和喷管（3）中充满电解质溶液（5）。本发明装置结构简单，无转动部件，性能稳定，对环境十分友好；采用喷射的方式隔断离子的回流，大大提高了装置的产氢和发电效率；利用环境中的热能进行发电，装置在运行过程中不消耗高品位压力能，制氢过程不需要电能还能发电，并且可以达到零排放。
【IPC分类】C25B1/02
【公开号】CN105369284
【申请号】CN201510798983
【发明人】胡雪蛟, 李昌铮, 王琪, 刘辉东
【申请人】武汉大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月18日