专利名称：太阳能发电制氢热水器的制作方法
技术领域：
本发明属能源领域。
背景技术：
:太阳能的有效利用无疑是极其重要的。太阳能制氢热水器已经提出(本人专利:申请号201110272252.5，201120344649.7)。这种太阳能制氢热水器能够用太阳能制取氢气和加热水，因而更有效地利用了太阳能。但有一个不足，就是需外接电源。对于实际应用，这是一个不可忽视的缺点。本发明提出太阳能发电制氢热水器，不必外接电源，就能发电、制取氢气和加热水，从而能更有效地利用太阳能。不同于太阳能电池板等装置，太阳能制氢热水器及制造太阳能制氢热水器的整个过程都没有任何污染，是一个真正的清洁能源，因此有必要进一步完善。发明内容:太阳能发电制氢热水器是在太阳能制氢热水器的基础上研制而成。太阳能制氢热水器的主要部件是:1.迎着阳光的是真空玻璃板；2.在真空玻璃板后面是溶液箱；3.在溶液箱的后面是热水箱；4.在溶液箱和热水箱的上面安装有冷水箱。只要有阳光，就能制氢和加热水，冷水箱中的水就将流动。太阳能发电制氢热水器的特征是，太阳能发电制氢热水器由发电、制氢和热水这三部分组成，发电部分输出端的正、负极分别连接到制氢部分溶液箱中两个不连通的导体上。当太阳能制氢热水器溶液箱的中板与真空玻璃板相对表面上固定有导电膜时，发电装置的正、负极就分别与真空玻璃板上的导电膜与中板上的导电膜相连接。制氢和热水这两部分与太阳能制氢热水器的主要部分相同。制氢部分由真空玻璃板、溶液箱、冷水箱及其中的导气管A和B、储氢气罐、储氧气罐和电极组成；热水部分由溶液箱的中板和热水箱组成。两者差别在于，太阳能发电制氢热水器，其特征是，太阳能发电制氢热水器的部件中有热水箱、热水箱上部的冷水箱、导气管A和B，在这个冷水箱和热水箱的交界处及导气管A和B的水塞处，分别设有浮力塞。太阳能发电制氢热水器的发电部分有四种实现方案。第一、第二个方案是利用温差电效应(塞贝克效应)发电；第三个方案是利用氢氧燃料电池发电；第四个方案是利用太阳能电池发电。按第一、三、四个方案，太阳能制氢热水器部分的结构没有很大改变。不同于太阳能制氢热水器，按第一、第二个方案，太阳能发电制氢热水器有两个冷水箱，分别称为第一、第二冷水箱。第二冷水箱就是太阳能制氢热水器的冷水箱。自来水首先进入第一冷水箱，流过第一冷水箱后，进入第二冷水箱，最后流入热水箱。第一个方案的发电部分的特征是，发电部分由真空玻璃板、高温箱、温差发电装置和第一冷水箱组成，在真空玻璃板后面，固定有高温箱，温差发电装置的热端固定在高温箱上，温差发电装置的冷端固定在第一冷水箱上。第一冷水箱的入口上安装有自来水阀门，第一冷水箱的出口与第二冷水箱入口连通。温差发电装置的冷端被第一冷水箱中冷水冷却。第一个方案中所说的高温箱的特征是，高温箱里有液体或胶体，高温箱由前板、后板、顶板、底板及两个侧板构成，高温箱的前板就是真空玻璃板，高温箱的后板上固定有温差发电装置的热端，高温箱的后板、底板及两个侧板的内表面镀有膜层，高温箱的顶板上有二个开口，这两个开口由一个管道连通，这个管道通过第二个冷水箱，有U型部分，U型部分底部有液体塞。高温箱里的液体或胶体有多种选择，电解质、非电解质，及它们的溶液，胶体与非胶体等，都可以填充到高温箱中。只要这些液体或胶体能很好地吸收光能就是好的填充物。例如，当第一冷水箱中的水温很低时，黑色墨水(胶体，非电解质)就可以作为高温箱里的填充物。本发明中，高温箱里液体的特征是，这些液体是离子液体，或以离子液体作为溶剂的溶液，或电解质溶液。高温箱的后板、底板及两个侧板上的膜层的特征是，这些膜层不能被高温箱里的液体腐蚀，并能吸收光能。例如，镀有四氟化碳及黑铬薄膜的金属板，或耐腐蚀的塑料板可作为高温箱的壁板用。由于高温箱里液体对光能的吸收，太阳光透过真空玻璃板，将高温箱里液体加热，从而使得温差发电装置的热端温度升高。有时高温箱里液体温度可能会接近或超过液体沸点，部分液体汽化。这时蒸汽通过连通顶板上的两个开口的管道被第二冷水箱的水冷却为液体，又流回到高温箱里。在这个管道底部有高温箱中的液体，这些液体与第二冷水箱中的水有同样低的温度，从而能俘获从高温箱出来的蒸汽。高温箱里的液体应选用热容量大、沸点高(例如170°C以上)、吸收光能强、无毒的液体。有些离子液体、电解质溶液或高分子液体能满足这个要求。按第二个方案，太阳能发电制氢热水器，其发电部分特征是，发电部分可以只由温差发电装置和第一冷水箱组成，温差发电装置的热端固定在制氢部分的溶液箱上，温差发电装置的冷端固定在第一冷水箱上。具体结构是，在溶液箱的上面安装有温差发电装置，在温差发电装置的上面安装有第一冷水箱，温差发电装置的热端紧密固定在溶液箱的上表面，温差发电装置的冷端紧密固定在第一冷水箱的下表面，在第一冷水箱的上面安装有第二冷水箱，第一冷水箱的进水口与自来水管连通，第一冷水箱与第二冷水箱由一个管道连通，这个管道的出口在第二冷水箱的顶部。这样，水只能由第一冷水箱流到第二冷水箱。第二冷水箱的出水口就是热水箱的进水口，在这个进、出口处有一个浮力塞。浮力塞的作用是，当热水箱中充满水时，浮力塞堵塞这个进、出口，使热水箱里的水不能进入冷水箱；当热水箱中没有充满水时，浮力塞下沉，第二冷水箱里的水自动补充到热水箱。这样，热水箱中的热水在任何时候都不能进入第二冷水箱。导气管A、B中浮力塞的作用与此相同。当自来水温度很低(例如低于10°C )时，第二种方案是可行的。因为溶液的温度容易达到70°C以上。按第三个方案，太阳能发电制氢热水器发电部分的特征是，发电部分也可以是氢氧燃料电池，所用氢气与氧气分别由制氢部分通过输氢管和输氧管提供。按这一方案，制氢和热水部分与太阳能制氢热水器可以是相同的。这里只是增加了氢氧燃料电池。在初始阶段，起动电池是必要的。在起动电池作用下，氢氧产生后，就不再需要起动电池了。氢氧燃料电池也会有余热放出，这部分余热当然也可以用来加热水。为了简洁，这里没有画出相应装置。第四个方案的特征是，太阳能制氢热水器附设有太阳能电池。适当的太阳能电池能为太阳能发电制氢热水器提供产生氢气必要的电能。太阳能发电制氢热水器消耗的是水和太阳能，产出的是氢气，电能和热水。也可以只产生氢气，只加热水，或只用来发电(此时蓄电池是必要的)。由以上所述可知，太阳能发电制氢热水器及其制造过程没有任何污染。因此，这是一个纯绿色能源。
:太阳能发电制氢热水器制氢与加热水部分与本人专利太阳能制氢热水器(专利201110272252.5，201120344649.7)相同，所以制氢与加热水这部分用图与201110272252.5，201120344649.7也相近。为说明本发明的结构，将制氢与加热水这部分用图也一起画出。图1-3是实现太阳能发电制氢热水器第一种方案示意图。图1是实现太阳能发电制氢热水器第1、3、4种方案，A、B导气管与溶液箱连通处(即溶液箱出气孔处)的侧面纵向剖面图。图中，I是溶液箱及碱性、酸性或金属盐的水溶液；2是热水箱及其中的水；3是连接电源正极的前板，即真空玻璃板；4是连接电源负极的中板；5是后板与不透明的真空绝热板；6是第二冷水箱及其中的水；7是B导气管；8是A导气管；9是热水箱放水管及阀门；10是第二冷水箱进水管及阀门；11是热水箱的自动减压阀；12是将从正极与负极逸出的气体分隔开的隔板；13是储氢气罐；14是储氧气罐；15是浮力塞。图2是第一种太阳能发电制氢热水器A导气管处的正面纵向剖面图。图中，16是不透明的真空绝热板；17是A导气管的水塞；18是浮力塞；19是高温箱及其中吸光液体或胶体；20是连通高温箱上面两个开口的管道，其底部是液体塞；21是气体干燥剂。其余标号的意义与图1相同。图3是第一种太阳能发电制氢热水器进水管处的侧面纵向剖面图。图中，22是连通自来水管的第一冷水箱的进水管及阀门；23是第一冷水管的出水口，连通到第二冷水管的进水管10 ;24是温差发电装置的冷端；25是温差发电装置的热端；26是第一冷水箱及其中的水；其余标号的意义与图1、2相同。图4-5是实现太阳能发电制氢热水器第二种方案示意图。图4是第二种太阳能发电制氢热水器A导气管处的正面纵向剖面图。图中，27是第二种太阳能发电制氢热水器的第一冷水箱及其中冷水；28是连通自来水管的第一冷水箱进水管；29是连通第一冷水箱和第二冷水箱的水管。30是第二种太阳能发电制氢热水器的第二冷水箱及其中冷水。其余标号的意义与图1、2、3相同。图5是第二种太阳能发电制氢热水器溶液箱出气孔处侧面纵向剖面图。图中各标号的意义与以上相同。图6是第三种太阳能发电制氢热水器A导气管处的正面纵向剖面图。图中，31是燃料电池；32是连接是燃料电池正极与真空玻璃板3上导体39的导线；33是连接是燃料电池负极与中板4上导体的导线；34是输氧气管；35是输氢气管。
图7是第三种太阳能发电制氢热水器A导气管处的正面纵向剖面图。图中36是太阳能电池。其余部分的意义与以上相同。图8是第一、三、四种太阳能发电制氢热水器制氢部分B导气管处的正面纵向剖面图。图中7是B导气管；37是B导气管浮力塞；38是B导气管的水塞。其余部分的意义与以上相同。图9是真空玻璃板上透明导电膜条正面示意图。图中，3是连接电源正极的前板(真空玻璃板)；39是透明导电膜条。
具体实施方式
太阳能发电制氢热水器的制氢与加热水部分与太阳能制氢热水器相同，所以这里不再说明制氢与加热水的实施方式。下面仅说明发电部分的实施方式。实施例1:选取温差发电装置，使得在冷热端温差为70°C时，也能输出5伏左右的电压；取一块0.5 X 1.5m2、厚1.2cm的真空玻璃板作为前板3。这块真空玻璃板的外表面有硅酸钙保护膜，表面光滑，耐酸、碱腐蚀。取一块0.5 X 1.5m2、厚2mm的铜板，在这个铜板的一面镀上耐高温箱中液体腐蚀并吸光的四氟化碳和黑铬膜层，在另一面上将多个温差发电装置的热端25紧密固定在这个铜板上。用这个铜板与真空玻璃板及周边材料(橡胶及塑料)制作箱内部高度为2.5cm的密封高温箱19，在高温箱顶部开设两个开口，向高温箱中注满离子液体[PrMPy]-35 [N(CN)2]或[EHIM] [N(CN) 2]，然后安装连通这两个开口的密闭管道20，在管道中注入与高温箱中同样的离子液体，使得这个U型管道底部刚好不透气。制作一个铜质、壁厚2mm、安装有进水管22与出水管23、外部体积为0.03X0.5X1.5m3的第一冷水箱26。将多个温差发电装置的冷端24紧密固定在第一冷水箱26的外表面上。按专利201110272252.5或201120344649.7方式制作一个太阳能制氢热水器。相应的修正是按图1，5，8装上浮力塞15、18、37。将密闭管道20安装到太阳能制氢热水器的冷水箱(S卩，第二冷水箱6)中，将第一冷水箱的出水管23与第二冷水管的进水管10连通。将温差发电装置的正极连接到真空绝热板3的导电膜39上，将温差发电装置的负极连接到溶液箱的后板，即中板的导电膜上。将储氢气罐13和储氧气罐14分别连通到导气管A(即8)和导气管B(即7)上。将第一冷水管的进水管与自来水管连通,加满水。将真空玻璃板及第一冷水箱以外的部分用真空绝热板密封。制作一个支架，将整个装置放到支架上，就做好了第一种太阳能发电制氢热水器。实施例2:选取温差发电装置，使得在冷热端温差为70°C时，也能输出5伏左右的电压；按第二种方案制作太阳能发电制氢热水器的过程与制作太阳能制氢热水器的过程相似。将真空玻璃板3、溶液箱1、热水箱2按制作太阳能制氢热水器的方式安装好。将温差发电装置的热端25紧密固定在溶液箱I上面，冷端紧密固定在第一冷水箱27的下面，在第一冷水箱上面固定第二冷水箱30。在第二冷水箱里安装A、B导气管8、7，A、B导气管穿过第一冷水箱及温差发电装置，连通到溶液箱。第一冷水箱27和第二冷水箱30之间安装一个连通水管29，水管29的出水口在第二冷水箱的顶部。在第一冷水箱27上安装与自来水管连通的进水管28。在第二冷水箱和热水箱交界及A、B导气管的水塞处分别安装浮力塞15,18 及 37。将温差发电装置的正极25连接到真空绝热板3的导电膜39上，将温差发电装置的负极24连接到溶液箱的中板4的导电膜上。将真空玻璃板以外的部分用真空绝热板密封。制作一个支架，将整个装置放到支架上，就做好了第二种太阳能发电制氢热水器。显然，高温箱、温差发电装置、冷水箱及热水箱也可组合为一个太阳能发电热水装置。实施例3:第三种太阳能发电制氢热水器的制作。首先按专利201110272252.5或201120344649.7方式制作一个太阳能制氢热水器，准备好一个起动电源，连接到太阳能制氢热水器上。将燃料电池的正极32和负极33分别连接到真空玻璃板3和中板4的导电膜上。将储氢气和储氧气罐连通到燃料电池上，以氢气和氧气作为燃料电池所用燃料，适当选择燃料电池及氢气和氧气的输出量使输出电压在5伏左右。将真空玻璃板以外的部分用真空绝热板密封，就做好了第三种太阳能发电制氢热水器。实施例4:第四种太阳能发电制氢热水器的制作。首先按专利201110272252.5或201120344649.7方式制作一个太阳能制氢热水器。选择输出电压5伏，电流I安培的太阳能电池板。连接好电源，就做好了第四种太阳能发电制氢热水器。
权利要求
1.一种太阳能发电制氢热水器，其特征是，太阳能发电制氢热水器由发电、制氢和热水这三部分组成，发电部分输出端的正、负极分别连接到制氢部分溶液箱中两个不连通的导体上。
2.权利要求1所述的太阳能发电制氢热水器，其发电部分特征是，发电部分由真空玻璃板、高温箱、温差发电装置和第一冷水箱组成，在真空玻璃板后面，固定有高温箱，温差发电装置的热端固定在高温箱上，温差发电装置的冷端固定在第一冷水箱上。
3.权利要求1所述的太阳能发电制氢热水器，其发电部分特征是，发电部分可以只由温差发电装置和第一冷水箱组成，温差发电装置的热端固定在制氢部分的溶液箱上，温差发电装置的冷端固定在第一冷水箱上。
4.权利要求1所述的太阳能发电制氢热水器，其发电部分特征是，发电部分也可以是氢氧燃料电池，所用氢气与氧气分别由制氢部分通过输氢管和输氧管提供。
5.根据权利要求1所述的太阳能发电制氢热水器和权利要求2所述的高温箱，其特征是，高温箱里有液体或胶体，高温箱由前板、后板、顶板、底板及两个侧板构成，高温箱的前板就是真空玻璃板，高温箱的后板上固定有温差发电装置的热端，高温箱的后板、底板及两个侧板的内表面镀有膜层，高温箱的顶板上有二个开口，这两个开口由一个管道连通，这个管道通过第二个冷水箱，有U型部分，U型部分底部有液体塞。
6.根据权利要求1所述的太阳能发电制氢热水器和权利要求5所述的高温箱中的液体，其特征是，这些液体是离子液体，或以离子液体作为溶剂的溶液，或电解质溶液。
7.权利要求1所述的太阳能发电制氢热水器，其特征是，太阳能发电制氢热水器的部件中有热水箱、热水箱上部的冷水箱、导气管A和B，在这个冷水箱和热水箱的交界处及导气管A和B的水塞处,分别设有浮力塞。
全文摘要
一种太阳能发电制氢热水器，属能源领域。其特征是，太阳能发电制氢热水器由发电、制氢和热水这三部分组成，发电部分输出端的正、负极分别连接到制氢部分溶液箱中两个不连通的导体上。发电部分可由真空玻璃板、高温箱、温差发电装置和第一冷水箱组成，温差发电装置的热端固定在高温箱上，温差发电装置的冷端固定在第一冷水箱上。发电部分也可以是氢氧燃料电池，所用氢气与氧气分别由制氢部分通过输氢管和输氧管提供。高温箱的特征是，高温箱里有液体或胶体。这些液体可以是离子液体，或以离子液体作为溶剂的溶液，或电解质溶液。这一装置利用太阳能可以产生氢气、发电和加热水。从而使太阳能利用率提高。
文档编号C25B1/04GK103206790SQ20121001280
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者陈紫微 申请人:陈紫微