專利名稱：一種電解水的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種電解裝置和方法，尤其涉及的是一種通過電解水實現能量存儲和轉換的裝置和方法。
背景技術：
在現有技術中，通過電解，將水電解出兩份氫氣和一份氧氣是已知的技術原理。如果能利用電解的氫氣和氧氣進行反應，作為能源，其釋放的能量不僅較高，而且最終的產物是水，其最終的環保性能是不言而喻的。但由于水分子中氫原子與氧原子的結合鍵拆解所需要的能量極高，根本無法作為一種實用的技術應用到實際中。此外，現有技術中對太陽能的利用通常是需要將電能通過蓄電設備進行儲存，蓄電設備的成本很高，與實際所儲存能量的性價比極低。因此，現有技術還有待于改變和發展。

發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠對水進行實用化的電解并且電解后的氫氣和氧氣儲存再利用的裝置和方法。本發明的技術方案如下
一種電解水的裝置，其中，設置包括至少一個電解單元，該電解單元設置為一具有導氣孔的密閉腔體，所述導氣孔通過管道連接到一儲氣罐；所述電解單元內設置有至少一電極組，所述電極組包括設置在中心的第一電極，以及，圍繞該第一電極設置的三個第二電極， 該第二電極設置具有圍繞第一電極的弧形壁部，且與第一電極的間距小于2毫米；圍繞同一第一電極的三個第二電極之間設置有絕緣的塑膠條，并且第二電極和塑膠條圍合所述第一電極設置；所述第一電極和所述第二電極分別連通正極和負極。所述的電解水的裝置，其中，所述電極組以陣列方式設置為多個，并且相鄰的第二電極一體設置，形成截面帶有三個支腳的柱體。所述的電解水的裝置，其中，所述外部電源為太陽能電池板。所述的電解水的裝置，其中，所述電解單元設置為多個，且諸電解單元之間設置為電路串聯或并聯。所述的電解水的裝置，其中，所述電解單元設置為8個；且，每一所述電解單元包括設置為3行、每行設置為8個第一電極的電極組。一種應用所述電解水裝置的方法，其設置一用于控制的電子系統，并包括以下步驟
對三個第二電極順次接通電源，通過在依順時針或逆時針的順序之第二電極上的連續脈沖，對第一電極和第二電極之間的水進行分解。所述的方法，其中，所述電極組以陣列方式設置為多個，并且相鄰的第二電極一體設置，形成截面帶有三個支腳的柱體。
本發明所提供的一種電解水的裝置及方法，由于采用了上述弧形壁部的第二電極，而且三個第二電極圍繞第一電極間距小于2毫米的設置方式，實現了微小電流下的高效電解水工作，提供了可實用化的電解水裝置和方法。


圖la、圖Ib和圖Ic分別為本發明的電解水裝置不同較佳實施例示意圖。圖加和圖2b分別為本發明電極結構的不同角度示意圖。圖3為本發明電解水裝置的結構示意圖。圖4為本發明電解水裝置的系統結構示意圖。圖5所示為本發明電解水系統的太陽能電池陣列實施例示意圖。圖6所示為本發明電解水系統的太陽能電池陣列的另一較佳實施例示意圖。圖7為本發明電解水系統的電子系統功能原理示意圖。
具體實施例方式以下對本發明的較佳實施例加以詳細說明。本發明的電解水裝置(GWG F.)，如圖la、圖Ib和圖Ic所示，其設置包括至少一個電解單元110，該電解單元110設置為一具有導氣孔111的密閉腔體112，如圖3所示，其底部設置有導入水的入水孔113，所述導氣孔111通過管道114可連接到一儲氣罐115中， 如圖4所示。如圖加和圖2b所示，所述電解單元110內設置有至少一電極組116，所述電極組 116包括設置在中心的第一電極117，以及，圍繞該第一電極117設置的三個第二電極118， 該第二電極118設置具有圍繞第一電極117的弧形壁部119，且該弧形壁部119與第一電極 117的間距小于2毫米；圍繞同一第一電極的三個第二電極之間設置有絕緣的塑膠條120， 并且第二電極118和塑膠條120圍合所述第一電極117設置，其底部可以連通其他圍合區域，當第一電極117設置為圓柱形時，可圍合形成同心圓間隙，在間隙中設置有水，并可以通過外部電路的控制，實現在第一電極和三個第二電極之間的順序脈沖，保證電場依順時針方向或逆時針方向旋轉；所述第一電極117和所述第二電極118分別連通正極和負極， 例如第一電極117連通正極時，第二電極118連通負極。本發明電解水裝置由于其間隙較小，且施加一定的脈沖控制，其電解水的效率高于實驗中的電解反應過程，這是因為現有技術中的電解反應通常是設置兩個電極在較大間距上，更多的能量被損耗到熱量發生過程中而不是用來進行拆分水分子的電子鍵。本發明所述電解水的裝置中，其較佳的實施例中，所述電極組116以陣列方式設置為多個，并且其陣列方式是使相鄰的第二電極一體設置，形成截面帶有三個支腳的柱體 121作為第二電極。上述第一電極和第二電極都由石墨制成，由于石墨具有較長的使用壽命，比采用其他電極材料，如金、銀、銅等金屬更具有實用化。本發明電解水裝置中，更佳的實施例是采用太陽能電池板作為外部電源，如此就可以將太陽能轉化為氣體進行存儲，相當于通過不同能源形式進行能源的轉換和利用。如圖4所示的利用系統，本發明電解水裝置100，其通過太陽能電池板101進行供電，通過電子系統102進行脈沖控制，電解后的氣體通過層級控制，逐層向更大儲氣罐中收集和儲存，如圖4中所示的儲氣罐151、152和153，為防止儲氣罐中氣體反應，本發明氣罐中應考慮設置阻燃和防火防爆技術。本發明電解水裝置與現有技術的太陽能蓄電利用方式不同，是通過太陽能進行水電解，轉化為氣體的能量進行存儲，其整個設備的成本大大降低，而且能夠實現很環保地利用太陽能。本發明所述電解水的裝置中的所述電解單元可以設置為任意多個，且諸電解單元之間設置為電路串聯或并聯，在本發明的一較佳實施例中，所述電解單元可設置為8個， 且，每一所述電解單元包括設置為3行、每行設置為8個第一電極的電極組。如此，能夠實現較佳的電解供氣方案。如圖5和圖6所示是本發明所述電解水裝置中所采用的太陽能電池板，可以采用多片太陽能電池板101，對應設置電解水裝置100，再通過管道與外部儲氣罐115(151、152、 153)相連通，將其中的分解氣體進行導出；所述太陽能電池板101和電解水裝置100的對應成組設置，可以形成陣列。本發明應用上述電解水裝置的技術方法，如前所述，其設置一用于控制的電子系統，連接在如圖4所示的系統中，并設置實現以下控制步驟
對三個第二電極順次接通電源，通過在依順時針或逆時針的順序之第二電極上的連續脈沖，如圖7所示，L1、L2和L3依次連接三個第二電極，對第一電極和第二電極之間的水進行分解，由于連續脈沖依據一定的方向的旋轉形成電場，實現了在較小的電流情況下對水的電解作用。本發明所述電解水裝置設備(GWG F.)的成功運行取決于兩大基本原理
第一、通過將用于電解水的電池彼此隔離，使電解作業的區域僅集中在能量場的有效范圍內，眾所周知，當電流作業在細薄的水分子上時，分解效率更高。本發明電解單元設置了隔離結構，并且兩個電極之間的間距小于2毫米，電流在作業時可作業在小間距的水中， 可以減小電流在水中擴散的阻力，同時也減少了電流通過水中電荷的損耗。這樣，就可以減少電流在電解水過程中的損耗。另外，相互隔離的電池模塊可以防止電流泄露設備電池內的無效區域。鑒于導電表現為閉合回路，本發明電解單元可通過高頻電流脈沖實現通電。由此，水對此類電波擴散和電流擴散的阻力就大大減弱，這反過來又能大大提升電解單元的性能和功效。第二、就是通過環形的三面式電極組使水分子穿過能量場，電極組的兩極之間由內壁形成具有一定間距的間隙，由電流產生連續的脈沖供能。該過程可以形成一個以第一電極為中心的旋轉電場，這樣能防止電極組達到電能平衡的狀態，在電極組內部的水分子則可以始終保持不停分解的狀態。此外，在高速電場內的水分子反過來又可以加速分解水分子中各個電子鍵(紐帶)的過程。該過程的現實依據是電極組內存在電阻，因而電極組內壁之間電流的旋轉速度要大于水分子的速度；與此同時，由于電阻的存在，電流在電極組空間內的傳播與在導體內的傳播大不相同。由于電阻會造成電流損耗，所以，減少電阻就能減少分解過程中的電流損耗，并由此大幅提升電極組相對于輸出功率的功效。本發明電極組內的旋轉電場還可以加速水分子的軌道內電子運動，其原因就是水分子快速穿過了三個連續的環形石墨電池壁電場。水分子受到第一個電場的作用，形成了一個120度的運動軌跡(初始為0度，結束為120度)，該扇形區域即為第一個有效場的范圍。 然后水分子進入一個次場，在這里水分子的電子鍵結構將發生變化。電流隨之在集中的有效場內啟動，目的在于破壞水分子的電子鍵。其后進入第三個階段，期間水分子會做好準備進入下一個有效場。電池內電場的旋轉速度非常關鍵，如果電池內電場的旋轉速度等同于水分子中電子的旋轉速度，水分子的各電子鍵就會在旋轉電場能量的作用下斷裂并輕易脫離軌道，原因是旋轉電場范圍內的速度與其軌道內電子的速度相同。然而，由于這兩個場的電流強度不同，因此能量也不一樣。本發明電解水的裝置，其由一個電子系統和一個機械系統構成，機械系統的整體結構可分為電極組、獨立水槽和外殼。其電子系統包括頻率發生器(50HZ-3MHZ)、正計時器、 輸出放大器和水位控制裝置等。電子系統運行原理通過產生方形脈沖的頻率發生器產生50HZ-3MHZ的頻率脈沖波，然后這些脈沖進入正計時器形成連續脈沖。當然，也可以通過任何程序和系統獲得此類連續脈沖，本發明此處使用正計時器是為了降低成本，因為這些設備不僅便宜，而且易于安裝，前三個階段通過正計時器的輸出為三條電線(利用連續脈沖通過電流為石墨電極組的內壁供能，以使該電場實現360度旋轉)上的輸出放大器供電，如圖7所示，依次在三個第二電極上接續時間Tl、T2和T3生成脈沖，對第二電極通過順時針或逆時針方向旋轉的順序反復通電，以形成旋轉的電場。本發明所述電子系統可以通過芯片或電路實現，其具體電路原理在此不再贅述。本發明所述機械系統包含由多層聚烯烴塑料外殼構成的電解水裝置，每個電解水裝置包含八個電解單元，這些電解單元分別位于水槽內，各自獨立，每個水槽又包含32塊石墨電極組，所述電極組分四列陣列放置，每列八個，用塑料材料隔開形成多個電極組間隙空間。所述電解水裝置中之所以包含八個各自獨立的水槽，其目的是旨在減少電流在水中隨機傳播造成的損耗，原因是水槽的面積是按石墨電極組的型號按比例確定的，石墨電極組內壁之間的水也可以使電解單元內即電極組間隙內的有效面積更為集中。在電解水裝置內水槽之上一般設置有對應的電極引線和出氣孔，所述電極引線與第一電極及第二電極的位置分布相適應，用來向所述第一電極及第二電極之間接入脈沖， 從而形成電場。所述石墨電極組分四列放置，每列八個，每塊電極組沿直徑方向被分為三部分，各部分之間用塑料材料隔開。本發明每個電極組中，第一電極為圓柱形，面對三面環形壁的第二電極，而每一個第二電極的各面又與三個鄰近圍繞的第一電極相對，第一電極與第二電極之間的間隙小于2毫米。這一幾何結構可降低電解水裝置設備中的連接點數且便于設備安裝。所述電極組的中心就是石墨制成的第一電極，可作為正電極供電。本發明電極組通過電子系統的控制，通過周期的連續脈沖可形成一個360度的環形電場，使用高頻脈沖對石墨電極的益處頗多，因為石墨處于高頻電流環境時很難被分解， 而在使用連續電流時則會快速分解。為延長石墨電極的使用壽命，可選擇使用高頻電脈沖 (50Hz-3MHz，具體可以設置2MHz-3MHz)，因為該等頻率最有利于水的分解且該等頻率最接近反射回來的表面波。該頻率下，電波不能被水吸收，但水分子處于環形電場內的此類頻率中時，其電子鍵會在旋轉電場和其自身轉速的作用下斷裂，從而分解形成氫氣和氧氣。按照本發明的實驗測算，每塊石墨電解單元需要耗用41-75 MA的電流，水槽中所有32塊石墨電極組的總耗電量約為990-1800 MA，這兩個數據分別是電極組輸出能量的最小和最大值，石墨電極組的電壓約為12-18伏。水槽在自然環境中的耐熔極限為12伏，水槽溫度在最高運行電壓即18伏時會從55度上升至60度，而12伏的電壓則可以避免高溫造成的電流損耗。在正常運行范圍內使用時，本發明電解水裝置設備的總電流消耗量約為8安；然而，若設備運行處于最高極限狀態，其耗電量則升至16安。以規格為100W或200W類型的太陽能電池即可用于為本發明電解水裝置設備提供電流。在本發明較佳實施例設備的正常運行期間，可使用兩塊此類型的太陽能電池供電；然而，最高極限運行狀態下，則需要四塊此類型的電池為設備供電，設備利用水作為燃料，其水管安裝于設備下部，產生的氣體可通過設備上端的出氣孔收集。綜上，本發明所提供的一種電解水的裝置及方法，可以通過設置電極組的結構以方便實現對電解水的實用化功能實現，方便了太陽能的利用，且能夠形成一種更為清潔(其燃燒產物無害且有益的水)的能源，是能源再生利用的必然選擇。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種電解水的裝置，其特征在于，設置包括至少一個電解單元，該電解單元設置為一具有導氣孔的密閉腔體，所述導氣孔通過管道連接到一儲氣罐；所述電解單元內設置有至少一電極組，所述電極組包括設置在中心的第一電極，以及，圍繞該第一電極設置的三個第二電極，該第二電極設置具有圍繞第一電極的弧形壁部，且與第一電極的間距小于2毫米; 圍繞同一第一電極的三個第二電極之間設置有絕緣的塑膠條，并且第二電極和塑膠條圍合所述第一電極設置；所述第一電極和所述第二電極分別連通正極和負極。
2.根據權利要求1所述的電解水的裝置，其特征在于，所述電極組以陣列方式設置為多個，并且相鄰的第二電極一體設置，形成截面帶有三個支腳的柱體。
3.根據權利要求1或2所述的電解水的裝置，其特征在于，所述外部電源為太陽能電池板。
4.根據權利要求1或2所述的電解水的裝置，其特征在于，所述電解單元設置為多個， 且諸電解單元之間設置為電路串聯或并聯。
5.根據權利要求4所述的電解水的裝置，其特征在于，所述電解單元設置為8個；且， 每一所述電解單元包括設置為3行、每行設置為8個第一電極的電極組。
6.一種應用如權利要求1所述電解水裝置的方法，其設置一用于控制的電子系統，并包括以下步驟對三個第二電極順次接通電源，通過在依順時針或逆時針的順序之第二電極上的連續脈沖，對第一電極和第二電極之間的水進行分解。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電極組以陣列方式設置為多個，并且相鄰的第二電極一體設置，形成截面帶有三個支腳的柱體。
全文摘要
本發明公開了一種電解水的裝置及方法，其裝置包括至少一個電解單元，該電解單元設置為一具有導氣孔的密閉腔體，所述導氣孔通過管道連接到一儲氣罐；所述電解單元內設置有至少一電極組，所述電極組包括設置在中心的第一電極，以及，圍繞該第一電極設置的三個第二電極，該第二電極設置具有圍繞第一電極的弧形壁部，且與第一電極的間距小于2毫米；圍繞同一第一電極的三個第二電極之間設置有絕緣的塑膠條，并且第二電極和塑膠條圍合所述第一電極設置。本發明電解水的裝置及方法由于采用了上述弧形壁部的第二電極，而且三個第二電極圍繞第一電極間距小于2毫米的設置方式，實現了微小電流下的高效電解水工作，提供了可實用化的電解水裝置和方法。
文檔編號C25B1/04GK102400170SQ20111036344
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者艾德爾·華叔福 申請人:艾德爾·華叔福