本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種使用氫氣的方法和裝置。所述方法的特征在于，首先使用太陽(yáng)能預(yù)加熱來自海水或其它來源的水，接著進(jìn)行加熱步驟以便獲得蒸汽，其在低溫下轉(zhuǎn)換成水等離子體，隨后通過使用電極進(jìn)行水解來分解等離子體，并隨后分離所獲得的氫氣和氧氣。氫氣然后輸送到打算產(chǎn)生水的地點(diǎn)，氫氣經(jīng)歷氧化反應(yīng)并回收自此產(chǎn)生的能量，再生水以供直接使用。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)是經(jīng)設(shè)計(jì)用于公布一種使用氫氣的方法和其相應(yīng)裝置，這使得在期望地點(diǎn) 獲得氫氣并使用所述氫氣產(chǎn)生液態(tài)水變得可行，且本專利技術(shù)具有新穎性和獨(dú)創(chuàng)性步驟的顯著 特征。
技術(shù)介紹
眾所周知，當(dāng)前我們生活在一個(gè)沙化問題日趨嚴(yán)重的時(shí)代，并且這正影響著地中 海邊緣地區(qū)，包括例如西班牙、希臘和意大利等國(guó)家。此外，由于所謂的溫室效應(yīng)引起氣候 發(fā)生變化，因此沙漠蔓延進(jìn)程變得愈加嚴(yán)重。情況如此嚴(yán)峻，以至于學(xué)術(shù)界和意識(shí)到此問題的人們?cè)跀?shù)年前就警告說，如果我 們不尋求方案解決沙漠化問題，危險(xiǎn)馬上將會(huì)到來。為此，本項(xiàng)目的開發(fā)是為了防止這些問 題發(fā)生，并作為這些問題的戰(zhàn)略解決方案。本專利技術(shù)是經(jīng)設(shè)計(jì)用于提供一種經(jīng)濟(jì)上可行且技術(shù)上令人滿意的獲得氫氣的方案， 目的是允許隨后使用氫氣就地重構(gòu)水，且任選地也用于產(chǎn)生能量。現(xiàn)有技術(shù)中已知當(dāng)前可用于例如基于例如天然氣等有機(jī)物質(zhì)獲得氫氣的各種方 法。然而，天然氣作為來源顯然不足，因?yàn)槠鋬?chǔ)量不夠豐富并且還有其它應(yīng)用。只有在工業(yè) 部門需要非常純的氫氣的情況下才使用天然氣。發(fā)酵方法也能提供氫氣，但產(chǎn)量卻很小。為 此，本項(xiàng)目涉及最豐富的氫氣源，即海水。當(dāng)前用于獲得氫氣的方法是通過電解液體等離子體使其分解，換句話說，就是使 用電流裂解物理學(xué)上稱為等離子體(導(dǎo)電流體)的物質(zhì)，所述等離子體是使用碳酸鈉的鹽 水溶液制備而來。存在從蒸汽獲得等離子體的其它方法，例如基于放電形成電容等離子體，其中放 電會(huì)導(dǎo)致低密度氣體經(jīng)歷轉(zhuǎn)變過程，如此所述氣體轉(zhuǎn)化為極佳的導(dǎo)體。問題在于，如果水等 離子體發(fā)生分解且形成氫氣和氧氣，那么當(dāng)這兩種氣體以爆炸性方式重組后，裝置可能會(huì) 爆炸。也曾經(jīng)嘗試用熱蒸汽中的可溶性鹽產(chǎn)生水性等離子體，但產(chǎn)率很低。最終，有可能產(chǎn)生所謂的熱等離子體，其是通過聚集太陽(yáng)輻射或使用核電站釋放 的熱能將蒸汽加熱到非常高的溫度(3700°C )而獲得。所有這些方法都需要非常高的能量 消耗。第一種方法的成本低，但依賴于太陽(yáng)輻射的存在，而在核電站的情況下產(chǎn)率則很低， 因?yàn)榈入x子體的分解僅達(dá)到40%的值，除此之外還必需為此目的重新設(shè)計(jì)新的核電站。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)人已進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，以便改進(jìn)獲得氫氣的方法。具體來說，本專利技術(shù) 是經(jīng)設(shè)計(jì)用于從蒸汽獲得低溫等離子體，因?yàn)樵趯＠夹g(shù)人所開發(fā)的理論模型中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通 過施加具有正弦波形式(其頻率在微波范圍內(nèi))的標(biāo)量電場(chǎng)從蒸汽獲得低溫等離子體是可 行的，所述標(biāo)量電場(chǎng)與微波范圍內(nèi)的蒸汽波譜的吸收峰發(fā)生諧振作用。這意味著受到微波 強(qiáng)輻射的蒸汽經(jīng)歷轉(zhuǎn)變過程，且獲得等離子體(即具有極佳傳導(dǎo)性且吸收峰的值很低的抗4磁性流體)的性質(zhì)。選擇容器的幾何形狀通過諧振實(shí)現(xiàn)該目的。由專利技術(shù)人設(shè)計(jì)以實(shí)施所述 方法的裝置基本上包含具有二十面體結(jié)構(gòu)的電磁波加熱器和具有八面體結(jié)構(gòu)的等離子體 發(fā)生器，其中可改變蒸汽的壓力和溫度，從而將蒸汽轉(zhuǎn)化成等離子體，并且包含使用微波標(biāo) 量電場(chǎng)(或具有標(biāo)勢(shì)的場(chǎng))形式的電磁波以便最優(yōu)化所述方法。因此優(yōu)選存在多個(gè)(例如 3個(gè))并聯(lián)裝置，以便維持恒定的生產(chǎn)率。基于水等離子體，有可能通過電解來分解水并分離相應(yīng)氣體，其中在具有一定幾 何形式且類似于等離子體發(fā)生器起作用的裝置中使用兩個(gè)以直流電供電的電極。氫氣和氧 氣將獨(dú)立地分離到壓力罐中。在分離氣體之后，將其供應(yīng)到儲(chǔ)罐，在儲(chǔ)罐中壓縮，并準(zhǔn)備用最適當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行輸 送。對(duì)用于此過程的泵(以及整個(gè)設(shè)備的泵)所供應(yīng)的動(dòng)力是通過可再生能量或電力網(wǎng)的 夜間供電提供。如同等離子體發(fā)生器中那樣，提供三個(gè)與后者串聯(lián)并行排列的元件，以便維持恒 定的生產(chǎn)率。向每一等離子體發(fā)生器的電解器的供料，不發(fā)生任何交叉流動(dòng)。在獲得氫氣之后，根據(jù)本專利技術(shù)的使用氫氣的方法包括將氫氣輸送到所需地點(diǎn)，在 此處氫氣與空氣中的氧氣重組以便在所需地點(diǎn)再次獲得水。上述重組可用替代性熱機(jī)、渦 輪機(jī)或燃料電池進(jìn)行，這使得再次獲得可用于一般目的的水和能量成為可能。關(guān)于本專利技術(shù)， 必須考慮在八面體內(nèi)部獲得的標(biāo)量電場(chǎng)具有更大的效應(yīng)，因?yàn)椴牧蟽?nèi)的轉(zhuǎn)變會(huì)過大。實(shí)際 上，標(biāo)量電場(chǎng)的能量降低材料的內(nèi)部能量，但這種降低事實(shí)上是無限的，因?yàn)槠渲苯幼饔糜?材料的結(jié)構(gòu)，而不是用于產(chǎn)生電流。基于對(duì)水自身組分的作用，氫和氧之間的鍵變?nèi)酰益I 最終分離。標(biāo)量電場(chǎng)的一個(gè)特征是既不涉及電流也不涉及磁場(chǎng)，并且這是等離子體的整個(gè)分 解過程的基礎(chǔ)事實(shí)。實(shí)際上，如果打算分解通過組合兩種初始?xì)怏w而形成的水，必需作用于 等離子體，以便通過用標(biāo)量電場(chǎng)改變氫和氧之間的鍵來獲得這兩者的分離。然而，如果在等 離子體內(nèi)部出現(xiàn)熱梯度或任何類型的不穩(wěn)定性，那么這些矢量場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電流，電流又會(huì)產(chǎn) 生矢量磁場(chǎng)，包括標(biāo)量電場(chǎng)，其效應(yīng)與上述標(biāo)量電場(chǎng)相反，換句話說，存在使打算分離的水 的各組分的能量復(fù)原的趨勢(shì)。總而言之，由任何類型的不穩(wěn)定性誘導(dǎo)的電流促進(jìn)氣體的重 組和過程效率的損失。為此，優(yōu)先事項(xiàng)是選擇有助于提供具有穩(wěn)定性的等離子體的“穩(wěn)定” 幾何結(jié)構(gòu)。一般來說，任何類型的不穩(wěn)定性都會(huì)對(duì)等離子體以及任何中間過程提供能量，且 因此最大穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)將用作氫氣制造的不同階段所用的所有元件或裝置的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于為等離子體發(fā)生器和電解器選擇幾何結(jié)構(gòu)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)柏拉圖立體(十二面體 除外)具有穩(wěn)定的幾何性質(zhì)，但程度不同。如果我們用立方體開始分析，那么會(huì)發(fā)現(xiàn)此物體 具有最低的能級(jí)。此外，立方體幾何結(jié)構(gòu)不適用，且因此不適合于我們的目標(biāo)。然后用二十 面體，最后用八面體開始分析。因?yàn)檎舭l(fā)過程和等離子體產(chǎn)生過程中的任何類型的不穩(wěn)定 性都會(huì)促進(jìn)能量損失和所有過程的效率降低，所以選擇二十面體作為最適合于蒸發(fā)器的幾 何結(jié)構(gòu)，且選擇八面體作為最適合于電解器的幾何結(jié)構(gòu)。就材料的選擇而言，在蒸發(fā)器的二十面體中不存在重大問題，因?yàn)橛舭l(fā)的水在 高蒸汽壓力下不可能含有污染物，且因此足以用于選擇由鋼或鎳鋼組成的穩(wěn)定材料。然而， 二十面體的上表面不僅用作所述形狀的包圍面，而且打算用作天線，或用作發(fā)射微波輻射且加熱二十面體內(nèi)所容納的水的定向天線的載體。這些表面只有當(dāng)水是海水或不含污染物 時(shí)才與蒸汽接觸。必須考慮到，在八面體內(nèi)，與等離子體接觸的內(nèi)表面除了作為包圍面外，還用作與 發(fā)射與該微波頻率范圍內(nèi)的蒸汽波譜吸收峰諧振的微波場(chǎng)的天線，且可能會(huì)因影響發(fā)射器 天線并使材料迅速劣化的冷聚變過程而受損。為此，鑒于等離子體具有高水平的反應(yīng)性，這 些表面必須用耐久且穩(wěn)定的材料覆蓋。海水將經(jīng)由位于二十面體下部的管道進(jìn)入蒸發(fā)器，而鹽水將經(jīng)由所述管道排出。總的來說，將使用距海岸法定距離處收集的海水，且通過優(yōu)選在可再生能量裝置 中產(chǎn)生的能量或通過電力網(wǎng)的夜間供電將海水供應(yīng)到泵。然后使用用于生活熱水等的已知 技術(shù)，用太陽(yáng)能預(yù)加熱水，且使用熱能-太陽(yáng)能程序可能會(huì)直接產(chǎn)生蒸汽。當(dāng)水處于特定溫 度時(shí)，將其引入加熱器以便通過使用電磁波獲得適當(dāng)溫度和壓力，使得當(dāng)水蒸發(fā)時(shí)，其將留 下呈鹽水形式的殘余物，所述鹽水將送回到大海或能夠在特定條件下出售。為了更好地理解本專利技術(shù)，且經(jīng)由說明性而非限制性的實(shí)施例，附上解釋本專利技術(shù)的 示意圖。附圖說明圖1示意性地展示根據(jù)本專利技術(shù)用于產(chǎn)生氫氣的一組元件。圖2詳細(xì)展示水的捕集和預(yù)加熱。圖3以放大比例示意性地展示加熱器_蒸發(fā)器。圖4是等離子體發(fā)生器的透視圖。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)是基于豐富的水源，例如來源于大海或另一種本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種使用氫氣的方法，其特征在于所述氫氣是來源于海水或另一種類型的水的供應(yīng)源，其中使用太陽(yáng)能預(yù)加熱所述水，隨后是加熱所述水階段以便獲得蒸汽，所述蒸汽在低溫下轉(zhuǎn)換成水等離子體，所述等離子體接著通過用電極水解而發(fā)生分解，隨后分離所得的氫氣和氧氣，所述氫氣接著輸送到打算產(chǎn)生水的位置，氧化所述氫氣并回收能量，并再生水以供直接使用。
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】ES 2007-11-14 P200703012一種使用氫氣的方法，其特征在于所述氫氣是來源于海水或另一種類型的水的供應(yīng)源，其中使用太陽(yáng)能預(yù)加熱所述水，隨后是加熱所述水階段以便獲得蒸汽，所述蒸汽在低溫下轉(zhuǎn)換成水等離子體，所述等離子體接著通過用電極水解而發(fā)生分解，隨后分離所得的氫氣和氧氣，所述氫氣接著輸送到打算產(chǎn)生水的位置，氧化所述氫氣并回收能量，并再生水以供直接使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氫氣的方法，其特征在于用太陽(yáng)熱能預(yù)加熱所述水是通 過將所述水加熱到約40°C與60°C之間的溫度來進(jìn)行。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用氫氣的方法，其特征在于預(yù)加熱所述水是在約50°C下進(jìn)行。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氫氣的方法，其特征在于加熱所述水以形成蒸汽是用微 波矢量電場(chǎng)進(jìn)行，所述矢量電場(chǎng)與在所述波長(zhǎng)范圍內(nèi)的所述水的吸收峰處于諧振關(guān)系。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用氫氣的方法，其特征在于加熱所述水會(huì)形成壓力大約在 0.5巴與5巴之間的蒸汽。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用氫氣的方法，其特征在于所述蒸汽壓力是大約2巴。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用氫氣的方法，其特征在于從所述蒸汽形成所述等離子體 是用微波標(biāo)量電場(chǎng)進(jìn)行，所述標(biāo)量電場(chǎng)與在所述波長(zhǎng)范圍內(nèi)的所述蒸汽吸收峰處于諧振關(guān) 系。8.一種實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1到7所述的方法的裝置，其特征在于加熱以便產(chǎn)生所述蒸 汽是在具有二十面體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器中進(jìn)行，且產(chǎn)生所述等離子體和用電極電解所述等離子 體以使其分解是在具有八面體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器中進(jìn)行。9....
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：菲德爾佛朗科岡薩雷斯，亞歷山德拉米格爾桑切斯，阿爾佩托魯伊斯羅德里格斯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：菲德爾佛朗科岡薩雷斯，亞歷山德拉米格爾桑切斯，阿爾佩托魯伊斯羅德里格斯，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：ES[西班牙]
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