CN106591875A - 利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，属于次氯酸钠制取装置、光能利用技术领域。电解池为封闭容器，阴极、阳极均分别固定设置在电解池内，阴极位于电解池的上部，阳极位于电解池的下部，隔膜横向设置在阴极与阳极之间。本发明设计了光伏发电电解海水制取次氯酸钠的装置以实现节能减排并电解海水制取次氯酸钠；依靠太阳能板发电提供电解池所耗电能，充分利用大自然能源，清洁无污染，保护了周边环境；由电解所得氢气为燃料燃烧提供海水蒸发浓缩所需的能量，充分利用资源，设计巧妙；经过蒸发浓缩后的海水所含离子浓度提高导电性达到使氯化钠充分电解的目的，提高了电解效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，属于次氯酸钠制取装置、光能利用技术领域。
背景技术
随着社会工业发展及人口激增，以化石燃料为主的能源结构亟需改善，人类的生存发展所需的资源将会依靠海洋提供，但海洋尚未被人类充分利用。
现有相似的一种装置电解海水制次氯酸钠，其原理为由电缆及电机设备提供交流电，通过整流器转换成千伏高压直流电分别连至垂直放置的两电级进行电解海水生成氯气、氢气和氢氧化钠，此过程会放出大量热量。然后利用增压设备将氢气与氯气的混合气体循环通入冷却后的电解池中，使氯气与氢氧化钠发生反应生成次氯酸钠。此装置不仅没有分离出氢气，存在着巨大的安全隐患，同时存在着过度的能源消耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，能够将电解生成的氯气、氢气分开，同时浓缩过程所消耗的能源由电解所得的氢气燃烧提供；通过分离出的氢气减少能源消耗，有效解降低安全隐患。
为达到上述目的，本发明提供利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，包括电解池、阴极、阳极和隔膜；所述电解池为封闭容器，所述阴极、所述阳极均分别固定设置在所述电解池内，所述阴极位于所述电解池的上部，所述阳极位于所述电解池的下部，所述隔膜横向设置在所述阴极与所述阳极之间。
优先地，包括蒸发浓缩设备、金属端、管道和过滤器，所述电解池的上部连通所述过滤器的一端，所述过滤器的另一端通过所述管道连通所述金属端；所述蒸发浓缩设备上开设有沉淀槽、进水口、出水口，所述出水口连通所述电解池的下部左端，所述沉淀槽开设在所述蒸发浓缩设备底部；还包括防护盖，所述蒸发浓缩设备顶部开设有一敞口，所述防护盖卡合连接所述敞口，所述防护盖上开设一水蒸气出口；所述金属端包括氧气进气口、金属环和漏斗，所述金属环上围绕圆心开设有多个等间距分布的孔，所述金属环固定设置在所述漏斗顶部，所述漏斗底部分别密封连通氧气进气口和所述管道。
优先地，包括若干个填充料，若干个所述填充料等间距固定设置在所述过滤器内，所述填充料包括NaOH粉末和纱网，所述NaOH粉末填充在所述纱网中。
优先地，包括光伏发电系统，所述光伏发电系统包括太阳能板、充放电控制器、蓄电池、正弦波输出逆变器和整流桥；所述太阳能板电连接所述充放电控制器，所述充放电控制器电连接所述蓄电池，所述蓄电池电连接所述正弦波输出逆变器，所述正弦波输出逆变器与所述整流桥串联。
优先地，包括储存容器，所述电解池的下部右端连通所述储存容器。
优先地，所述阴极材质为铁，所述阳极材质为钛，所述阴极、所述阳极上均开设有等间距分布的多个网孔；所述阳极上覆盖钛氧化物或钌氧化物，阴极上覆盖镍涂层。。
优先地，所述隔膜为无机-有机杂化离子交换膜。
优先地，包括YWK自动控温系统和散热器，所述YWK自动控温系统包括温度传感器，所述温度传感器位于所述电解池内，所述YWK自动控温系统电连接所述散热器。
优先地，包括PH检测器，所述PH检测器固定设置在所述过滤器的出口处。
优先地，所述金属端材质为铜。
本发明所达到的有益效果：
（1）本发明针对现有技术中传统工艺存在的安全隐患，能源短缺及海水利用等问题，设计了光伏发电电解海水制取次氯酸钠的装置以实现节能减排并电解海水制取次氯酸钠；依靠太阳能板发电提供电解池所耗电能，充分利用大自然能源，清洁无污染，保护了周边环境；由电解所得氢气为燃料燃烧提供海水蒸发浓缩所需的能量，充分利用资源，设计巧妙；经过蒸发浓缩后的海水所含离子浓度提高导电性达到使氯化钠充分电解的目的，提高了电解效率；
由海水电解生成的氢氧化钠和氯气在电解池中直接发生化学反应生成次氯酸钠，本装置具有非常广阔的发展前景，结构简单，节能环保，经济效益高，安全可靠，发展前景广阔；
（2）隔膜阻止了气态氯通过却允许氢氧根离子等通过，有效保证氯气停留在电解液中与氢氧根离子反应，使得氯气与电解池中溶液充分混合提高了电解效率；
（3）充放电控制器智能调节太阳能发电板的工作电压，使太阳能板始终工作在V-A特性曲线的最大功率点；对太阳能板发电功率的利用率提高了10-30%，防止蓄电池过度充电和夜间蓄电池向太阳能板反向放电，还有过载保护，短路保护，电池防反等有益效果。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明中金属端的结构图；
图3是本发明中蒸发浓缩设备的结构图；
图4是本发明中光伏发电系统的原理框图；
图5是本发明中过滤器的结构图。
附图中标记含义，1-太阳能板；2-充放电控制器；3-电解池；4-蓄电池；5-正弦波输出逆变器；6-电线；7-整流桥；8-阴极；9-隔膜；10-阳极；11-过滤器；12-储存容器；13-管道；14-蒸发浓缩设备；15-金属端；16-PH检测器；17-沉淀槽；18-氧气进气口；19-进水口；20-水蒸气出口；21-出水口；22-填充料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，包括电解池3、阴极8、阳极10和隔膜9；所述电解池3为封闭容器，所述阴极8、所述阳极10均分别固定设置在所述电解池3内，所述阴极8位于所述电解池3的上部，所述阳极10位于所述电解池3的下部，所述隔膜9横向设置在所述阴极8与所述阳极10之间。
进一步地，本发明包括包括蒸发浓缩设备14、金属端15、管道13和过滤器11，所述电解池3的上部连通所述过滤器11的一端，所述过滤器11的另一端通过所述管道13连通所述金属端15；所述蒸发浓缩设备14上开设有沉淀槽17、进水口19、出水口21，所述出水口21连通所述电解池3的下部左端，所述沉淀槽17开设在所述蒸发浓缩设备14底部；还包括防护盖，所述蒸发浓缩设备14顶部开设有一敞口，所述防护盖卡合连接所述敞口，所述防护盖上开设一水蒸气出口20，夏季时打开防护盖便于本发明散热，冬季时关上防护盖打开水蒸气出口20便于利用水蒸气取暖；
所述金属端15包括氧气进气口18、金属环和漏斗，所述金属环上围绕圆心开设有多个等间距分布的孔，所述金属环固定设置在所述漏斗顶部，所述漏斗底部分别密封连通氧气进气口18和所述管道13，所述沉淀槽17用于储存海水中沉淀下的硫酸钙等杂质。
进一步地，本发明包括若干个填充料，若干个所述填充料等间距固定设置在所述过滤器11内，所述填充料本发明包括NaOH粉末和纱网，所述NaOH粉末填充在所述纱网中。随水蒸气体积浓度的增大，氢气燃烧最高温度下降，水蒸气含量变化对氢气燃烧峰值压力和燃尽率无明显影响，水蒸气浓度小于10%时对氢气燃烧火焰传播速度无明显影响，当水蒸气浓度超过20%，氢气火焰传播速度明显降低，所以需要过滤器11除去氢气中附带的水蒸气，同时过滤器11防止因隔膜上出现针孔导致有氯气混入氢气的情况发生。
进一步地，本发明包括光伏发电系统，所述光伏发电系统本发明包括太阳能板1、充放电控制器2、蓄电池4、正弦波输出逆变器5和整流桥7；所述太阳能板1电连接所述充放电控制器2，所述充放电控制器2电连接所述蓄电池4，所述蓄电池4电连接所述正弦波输出逆变器5，所述正弦波输出逆变器5与所述整流桥7串联。低压直流电经过正弦波输出逆变器5及整流桥7转换成高压直流电为电解池提供电能。
充放电控制器智能调节太阳能发电板的工作电压，使太阳能板始终工作在V-A特性曲线的最大功率点；比较普通太阳能控制器，对太阳能板发电功率的利用率提高了10-30%，防止蓄电池过度充电和夜间蓄电池向太阳能板反向放电，还有过载保护，短路保护，电池防反等有益效果。
进一步地，本发明包括储存容器12，所述电解池3的下部右端连通所述储存容器12。
进一步地，所述阴极8材质为铁，所述阳极10材质为钛，所述阴极8、所述阳极10上均开设有等间距分布的多个网孔，增大与电解液接触面积；所述阳极10上覆盖钛氧化物或钌氧化物，阴极8上覆盖镍涂层，延长了电极使用寿命和提高了电解效率。
进一步地，所述隔膜9为无机-有机杂化离子交换膜，隔膜9韧性强且耐酸碱，阻止了气态氯通过却允许氢氧根离子等通过，有效保证氯气停留在电解液中与氢氧根离子反应。
进一步地，本发明包括YWK自动控温系统和散热器，所述YWK自动控温系统本发明包括温度传感器，所述温度传感器位于所述电解池3内，所述YWK自动控温系统电连接所述散热器。YWK-2温度控制系统是用于监测和控制水温的仪表，当水温的温度高于设置值时，系统输出开关信号，启动风扇或其它散热器件给被监测系统降温。当水温降到要求温度时，系统自动退出控制状态，关闭风扇或其它散热器件，停止降温。
进一步地，本发明包括PH检测器16，所述PH检测器固定设置在所述过滤器11的出口处。
进一步地，所述金属端15材质为铜。
本发明针对现有技术中传统工艺存在的安全隐患，能源短缺及海水利用等问题，设计了光伏发电电解海水制取次氯酸钠的装置以实现节能减排并电解海水制取次氯酸钠。该装置主要包括光伏发电系统、电解池系统和蒸发浓缩系统，依靠太阳能板发电提供电解池所耗电能，由电解所得氢气为燃料燃烧提供海水蒸发浓缩所需的内能。经过浓缩后的海水所含离子浓度提高导电性达到使氯化钠充分电解的目的，同时由海水电解生成的氢氧化钠和氯气在电解池中直接发生化学反应生成次氯酸钠。本装置利用太阳能发电电解资源丰富的海水制取次氯酸钠，涉及海水的蒸发浓缩技术、光伏发电技术、氯碱工业和氢气燃烧，皆是处于起步亦或已广泛应用于生活生产的先进技术，太阳能与氢能皆为清洁能源，其清洁无污染的特点将会代替化石燃料作为能源，本装置具有非常广阔的发展前景。该装置结构简单，节能环保，经济效益高，安全可靠，发展前景广阔。
白天通过太阳能发电蓄电，为电解池提供能源电解浓缩后的海水生成氢气、氢氧化钠和氯气。经过过滤器11过滤掉残余的氯气、水蒸气的氢气作为燃料为蒸发浓缩海水供能。由于存在隔膜9，在阳极生成的氯气无法通过，避免了与氢气混合发生爆炸。晚上利用白天所蓄电能继续工作，最终实现整个次氯酸钠的制取过程。
本发明将电极设置为上下两层，阳极10在电解池下部生成氯气，阴极8在电解池上部生成氢气，通过隔膜9避免了氢气循环通入氯气的环节，同时阴极8生成的氢气从过滤器11直接分离出来。本装置以太阳能供能，在海水进入电解池之前先对其进行浓缩处理提升离子浓度增强导电性，降低了电解所需电压。同时浓缩过程所消耗的能源由电解所得的氢气燃烧提供，实现对资源的充分利用。同时，通过隔膜9、过滤器11分离出氢气，有效解降低安全隐患。
反应过程：氯化钠和水电解生成氢氧化钠、氯气和氢气；氢氧化钠和氯气反应生成氯化钠、次氯酸钠和水。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，包括电解池（3）、阴极（8）、阳极（10）和隔膜（9）；所述电解池（3）为封闭容器，所述阴极（8）、所述阳极（10）均分别固定设置在所述电解池（3）内，所述阴极（8）位于所述电解池（3）的上部，所述阳极（10）位于所述电解池（3）的下部，所述隔膜（9）横向设置在所述阴极（8）与所述阳极（10）之间。
2.根据权利要求1所述的利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，包括蒸发浓缩设备（14）、金属端（15）、管道（13）和过滤器（11），所述电解池（3）的上部连通所述过滤器（11）的一端，所述过滤器（11）的另一端通过所述管道（13）连通所述金属端（15）；所述蒸发浓缩设备（14）上开设有沉淀槽（17）、进水口（19）、出水口（21），所述出水口（21）连通所述电解池（3）的下部左端，所述沉淀槽（17）开设在所述蒸发浓缩设备（14）底部；还包括防护盖，所述蒸发浓缩设备（14）顶部开设有一敞口，所述防护盖卡合连接所述敞口，所述防护盖上开设一水蒸气出口（20）；所述金属端（15）包括氧气进气口（18）、金属环和漏斗，所述金属环上围绕圆心开设有多个等间距分布的孔，所述金属环固定设置在所述漏斗顶部，所述漏斗底部分别密封连通氧气进气口（18）和所述管道（13）。
3.根据权利要求2所述的利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，包括若干个填充料，若干个所述填充料等间距固定设置在所述过滤器（11）内，所述填充料包括NaOH粉末和纱网，所述NaOH粉末填充在所述纱网中。
4.根据权利要求1所述的利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，包括光伏发电系统，所述光伏发电系统包括太阳能板（1）、充放电控制器（2）、蓄电池（4）、正弦波输出逆变器（5）和整流桥（7）；所述太阳能板（1）电连接所述充放电控制器（2），所述充放电控制器（2）电连接所述蓄电池（4），所述蓄电池（4）电连接所述正弦波输出逆变器（5），所述正弦波输出逆变器（5）与所述整流桥（7）串联。
5.根据权利要求1所述的利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，包括储存容器（12），所述电解池（3）的下部右端连通所述储存容器（12）。
6.根据权利要求1所述的利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，所述阴极（8）材质为铁，所述阳极（10）材质为钛，所述阴极（8）、所述阳极（10）上均开设有等间距分布的多个网孔；所述阳极（10）上覆盖钛氧化物或钌氧化物，阴极（8）上覆盖镍涂层。
7.根据权利要求1所述的利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，所述隔膜（9）为无机-有机杂化离子交换膜。
8.根据权利要求1所述的利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，包括YWK自动控温系统和散热器，所述YWK自动控温系统包括温度传感器，所述温度传感器位于所述电解池（3）内，所述YWK自动控温系统电连接所述散热器。
9.根据权利要求1所述的利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，包括PH检测器（16），所述PH检测器固定设置在所述过滤器（11）的出口处。
10.根据权利要求2所述的利用光能电解海水制取次氯酸钠的装置，其特征在于，所述金属端（15）材质为铜。
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