盐差薄膜发电装置

1.本发明属于新能源发电设备技术领域，涉及盐差薄膜发电装置。


背景技术：

2.盐差能是存在海水与淡水之间的一种新型可再生、可持续绿色清洁能源。盐差能的提取技术主要包括渗透压能法、蒸汽压能法、盐差薄膜法。其中，功率密度高和可操作性强的盐差薄膜发电前景广阔。盐差薄膜发电利用离子交换膜分隔淡水与海水，海水中的阴阳离子在浓度差的驱动下透过离子交换膜向淡水迁移形成内电流，通过电极的氧化还原反应将内电流转化为外电流，由此实现盐差能向电能的转换。
3.传统盐差薄膜发电装置主要由隔板、离子交换薄膜、电极板等部件组成。隔板用于保持膜间距，提供溶液流道，通常由不导通离子的聚四氟乙烯材料制成。浓淡溶液在隔板流通时，网丝会遮挡部分膜面积，阻挡离子在膜与溶液界面传输，产生阴影效应，使得装置电阻增大，输出功率减小。电极液在电极隔板流动时，网丝会遮盖电极板表面，减小氧化还原区域，导致离子迁移形成的内电流转化为外电流的效率降低，如此使得盐差薄膜发电的功率密度较低。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供盐差薄膜发电装置，解决了现有技术中盐差发电过程中存在的功率密度低的问题。
5.本发明所采用的技术方案是，盐差薄膜发电装置，包括两个相对设置的夹板，两个夹板之间夹设有阴极板和阳极板，阴极板和阳极板之间夹设有若干一体膜，靠近阴极板设置的夹板内连接有磁动力混流器，磁动力混流器通过导线与阴极板和阳极板连接，阴极板和阳极板还通过导线连接有逆变器；
6.还包括靠近阳极板的夹板外侧设置的海水存储池、河水存储池和电极液存储罐，海水存储池、河水存储池和电极液存储罐分别通过导管与海水输送泵、河水输送泵和电极液循环泵连接。
7.本发明的特点还在于：
8.磁动力混流器包括直流电机，直流电机设置于夹板内，直流电机通过导线与阴极板和阳极板连接，直流电机的输出端连接有永磁铁。
9.一体膜的底端和顶端分别开设有两个并排的进水孔和两个并排的排水孔，一体膜的一侧中部设置有波浪编网，一体膜的另一侧中部设置有旋转卡座，旋转卡座上连接有有混流转子。
10.混流转子包括转子基体，转子基体内嵌有磁力受体，转子基体的中部与旋转卡座连接。
11.阴极板和阳极板均采用复合电极，复合电极包括石墨板和钛涂钌依编网，石墨板的一侧板面与夹板的板面粘贴，石墨板的另一侧板面固接有支柱，钛涂钌依编网连接于支
柱的顶端，石墨板固接有支柱的板面均匀设置有若干圆锥块，每个圆锥块的尖端对应设置于钛涂钌依编网网孔的中心。
12.转子基体的材料选用离子交换树脂，磁力受体的材料选用铝镍钴合金。
13.永磁铁选用钕铁硼永磁磁铁。
14.本发明的有益效果是：
15.(1)本发明提供的盐差薄膜发电装置的一体膜使得离子交换膜、隔板集成一体。波浪编网不仅能够减弱膜附近溶液的浓差极化效应，减小装置的非欧姆电阻，同时还能够消除传统装置隔板产生的阴影效应，不额外引入欧姆电阻；
16.(2)本发明提供的盐差薄膜发电装置的磁动力混流器能够减弱浓差极化效应，减小装置的非欧姆电阻，并助力泵推动溶液流通，减小输送泵的能量消耗，可导通离子的混流转子不额外增加装置欧姆电阻。
17.(3)本发明提供的盐差薄膜发电装置的平板-圆锥-编网结构复合电极可使氧化还原反应更加充分，加快电子转移速度，同时增大氧化还原反应区域，提高电子转移效率。
附图说明
18.图1是本发明盐差薄膜发电装置的结构示意图；
19.图2是本发明盐差薄膜发电装置中磁动力混流器的结构示意图；
20.图3是本发明盐差薄膜发电装置中一体膜的结构示意图；
21.图4是本发明盐差薄膜发电装置中一体膜的剖视图；
22.图5是本发明盐差薄膜发电装置中混流转子的结构示意图；
23.图6是本发明盐差薄膜发电装置中复合电极的结构示意图。
24.图中，1.夹板，2.一体膜，201.波浪编网，202.旋转卡座，203.进水孔，204.排水孔，501.钛涂钌依编网，502.圆锥块，503.石墨板，504.支柱，6.阴极板，7.阳极板，8.磁动力混流器，801.直流电机，802.永磁铁，803.混流转子，8031.转子基体，8032.磁力受体，9.河水存储池，10.海水存储池，11.电极液存储罐，12.河水输送泵，13.海水输送泵，14.电极液循环泵，15.逆变器。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
26.本发明盐差薄膜发电装置，如图1所示，包括两个相对设置的夹板1，两个夹板1之间夹设有阴极板6和阳极板7，阴极板6和阳极板7之间夹设有若干一体膜2，靠近阴极板6设置的夹板1内连接有磁动力混流器8，磁动力混流器8通过导线与阴极板6和阳极板7连接，阴极板6和阳极板7还通过导线连接有逆变器15，逆变器15将直流电变换为交流电向负载供电；
27.还包括靠近阳极板7的夹板1外侧设置的海水存储池10、河水存储池9和电极液存储罐11，海水存储池10、河水存储池9和电极液存储罐11分别通过导管与海水输送泵13、河水输送泵12和电极液循环泵14连接。若干一体膜2为互相交替设置的阴型一体膜和阳型一体膜，阴型一体膜和阳型一体膜分别由阴离子交换膜材料和阳离子交换膜材料制成，靠近阳极板7一侧的夹板1板面底端开设两个进水贯穿孔，板面顶端开设两个排水贯穿孔，海水
输送泵13和河水输送泵12分别通过导管与两个进水贯穿孔连接。海水和河水作为装置的发电原溶液，分别通过海水输送泵13和河水输送泵12从海水存储池10和河水存储池9经两个进水贯穿孔通入装置，再分别经两个排水贯穿孔排出装置。
28.电极液循环泵14通过导管与靠近阳极板7一侧夹板1底部的贯穿孔连接，靠近阳极板7一侧夹板1顶部的贯穿孔通过导管与靠近阴极板6一侧的夹板1底部的贯穿孔连接，靠近阴极板6一侧的夹板1顶部的贯穿孔再通过导管与电极液存储罐11连接。电极液通过电极液循环泵14从电极液存储罐11经靠近阳极板7一侧的夹板1底部的贯穿孔通入阳极板7的电极隔室，并经靠近阳极板7一侧的夹板1顶部的贯穿孔排出，随即通过导管经靠近阴极板6一侧的夹板1底部的贯穿孔通入阴极板6的电极隔室，最后经靠近阴极板6一侧的夹板1顶部的贯穿孔排出，并返回电极液存储罐11，完成电极液的循环输送。
29.如图2所示，磁动力混流器8包括直流电机801，直流电机801设置于夹板1内，直流电机801通过导线与阴极板6和阳极板7连接，直流电机801的输出端连接有永磁铁802。永磁铁802选用钕铁硼永磁磁铁，直流电机801带动永磁铁802旋转形成磁场。
30.如图3-4所示，一体膜2的底端和顶端分别开设有两个并排的进水孔203和两个并排的排水孔204，一体膜2的一侧中部设置有波浪编网201，一体膜2另一侧中部设置有旋转卡座202，旋转卡座202上连接有混流转子803。排水孔204与进水孔203分别与夹板1上的进水贯穿孔和排水贯穿孔对齐，混流转子803在磁场的作用下以旋转卡座202为圆心旋转，波浪编网201为发电原溶液提供隔室。海水与河水经进水孔203分别通入浓、淡隔室，层流状态的溶液在波浪编网201的空隙中曲折流动，不断交错分流、碰撞合流，相邻流层间发生混合，溶液流动转变为湍流状态，减弱膜附近溶液的浓差极化效应，使得装置的非欧姆电阻减小。同时，波浪编网201能够导通离子，增加膜的有效导通面积，消除传统装置隔板产生的阴影效应，不额外引入欧姆电阻。
31.如图5所示，混流转子803包括转子基体8031，转子基体8031内嵌有磁力受体8032，转子基体8031的中部与旋转卡座202连接。转子基体8031的材料选用离子交换树脂，磁力受体8032的材料选用铝镍钴合金。直流电机801带动永磁铁802转动，混流转子803在永磁铁802的磁场作用下，以旋转卡座202为中心做旋转运动，混流转子803高速旋转搅拌隔室内溶液，增强溶液的湍流效应，减弱浓差极化效应，混流转子803的旋转方向与溶液流向相同，进而助力泵推动溶液流通，减小河水输送泵12与海水输送泵13的能量消耗。转子基体8031能够导通离子，避免引入由混流转子803产生的阴影效应，不额外增加装置欧姆电阻。
32.如图6所示，阴极板6和阳极板7均采用复合电极，复合电极包括石墨板503和钛涂钌依编网501，石墨板503的一侧板面与夹板1的板面粘贴，石墨板503的另一侧板面固接有支柱504，钛涂钌依编网501连接于支柱504的顶部。石墨板503固接有支柱504的板面均匀设置有若干圆锥块502，每个圆锥块502的尖端对应设置于钛涂钌依编网501网孔的中心。石墨板503和圆锥块502由石墨材料雕刻制成，钛涂钌依编网501由表面涂敷有钌铱的钛丝编织而成。圆锥块502高为1mm，底面直径为1mm，钛涂钌依编网501的钛丝直径为0.25mm，网孔大小为0.75mm
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0.75mm，钛涂钌依编网501与石墨板503的间距为1mm。电极液由电极液循环泵14送入电极隔室，在平板-圆锥-编网耦合的复合电极5结构的空隙中曲折、交错流动，电极液自身不断混合，有效促进电极液的湍流流动，使电极表面的氧化还原反应更加充分，电子转移速度加快，复合电极表面的凸起圆锥与交织编网有效增加了电极与电极液的接触面
积，使氧化还原反应区域增大，电子转移的效率提高。
33.本发明盐差薄膜发电装置，具体工作原理如下：
34.海水与河水经泵送入装置内，交替流通的海水与河水使得相邻隔室间存在浓度差，一体膜所带离子交换基团与透过离子电荷完全相反，因此，浓室中的阴阳离子在溶液浓度差的驱动下，分别透过阴型一体膜和阳型一体膜进入淡室，在海水与河水持续补给下，充足的阴阳离子发生迁移形成连续的内电流，循环通入的电极液在电极表面发生氧化还原反应，最终内电流通过两侧电极转化为外电流，通过逆变器向负载供电。
35.本发明盐差薄膜发电装置，一体膜表面的波浪编网为发电原溶液提供隔室，使得离子交换膜、隔板集成一体，波浪编网能够导通离子，增加膜的有效导通面积，消除传统装置隔板产生的阴影效应，不额外引入欧姆电阻；波浪编网的混合作用与磁动力混流器的搅拌作用，增强了隔室内溶液的湍流效应，减弱膜附近溶液的浓差极化效应，使得装置的非欧姆电阻减小；混流转子旋转方向与溶液流向相同，进而助力泵推动溶液流通，减小输送泵的能量消耗；可导通离子的混流转子不额外增加装置欧姆电阻；平板-圆锥-编网耦合的复合电极结构促进电极液的湍流流动，使电极表面的氧化还原反应更加充分，加快电子转移速度，还增加电极与电极液的接触面积，使氧化还原反应区域增大，提高了电子转移的效率，实现了内电流向外电流的高效转化。使得盐差薄膜发电装置的产电功率得到进一步提升，解决了现有技术中存在的功率密度较低的问题。

技术特征：
1.盐差薄膜发电装置，其特征在于，包括两个相对设置的夹板(1)，两个所述夹板(1)之间夹设有阴极板(6)和阳极板(7)，所述阴极板(6)和阳极板(7)之间夹设有若干一体膜(2)，靠近阴极板(6)设置的夹板(1)内连接有磁动力混流器(8)，所述磁动力混流器(8)通过导线与阴极板(6)和阳极板(7)连接，所述阴极板(6)和阳极板(7)还通过导线连接有逆变器(15)；还包括靠近所述阳极板(7)的夹板(1)外侧设置的海水存储池(10)、河水存储池(9)和电极液存储罐(11)，所述海水存储池(10)、河水存储池(9)和电极液存储罐(11)分别通过导管与海水输送泵(13)、河水输送泵(12)和电极液循环泵(14)连接。2.根据权利要求1所述的盐差薄膜发电装置，其特征在于，所述磁动力混流器(8)包括直流电机(801)，所述直流电机(801)设置于夹板(1)内，所述直流电机(801)通过导线与阴极板(6)和阳极板(7)连接，所述直流电机(801)的输出端连接有永磁铁(802)。3.根据权利要求1所述的盐差薄膜发电装置，其特征在于，所述一体膜(2)的底端和顶端分别开设有两个并排的进水孔(203)和两个并排的排水孔(204)，所述一体膜(2)的一侧中部设置有波浪编网(201)，所述一体膜(2)的另一侧中部设置有旋转卡座(202)，所述旋转卡座(202)上连接有混流转子(803)。4.根据权利要求3所述的盐差薄膜发电装置，其特征在于，所述混流转子(803)包括转子基体(8031)，所述转子基体(8031)内嵌有磁力受体(8032)，所述转子基体(8031)的中部与旋转卡座(202)连接。5.根据权利要求1所述的盐差薄膜发电装置，其特征在于，所述阴极板(6)和阳极板(7)均采用复合电极，所述复合电极包括石墨板(503)和钛涂钌依编网(501)，所述石墨板(503)的一侧板面与夹板(1)的板面粘贴，所述石墨板(503)的另一侧板面固接有支柱(504)，所述钛涂钌依编网(501)连接于支柱(504)的顶端，所述石墨板(503)固接有支柱(504)的板面均匀设置有若干圆锥块(502)，每个所述圆锥块(502)的尖端对应设置于钛涂钌依编网(501)网孔的中心。6.根据权利要求4所述的盐差薄膜发电装置，其特征在于，所述转子基体(8031)的材料选用离子交换树脂，所述磁力受体(8032)的材料选用铝镍钴合金。7.根据权利要求2所述的盐差薄膜发电装置，其特征在于，所述永磁铁(802)选用钕铁硼永磁磁铁。

技术总结
本发明公开了盐差薄膜发电装置，包括两个相对设置的夹板，两个夹板之间夹设有阴极板和阳极板，阴极板和阳极板之间夹设有若干一体膜，靠近阴极板设置的夹板内连接有磁动力混流器，磁动力混流器通过导线与阴极板和阳极板连接，阴极板和阳极板还通过导线连接有逆变器；还包括靠近阳极板的夹板外侧设置的海水存储池、河水存储池和电极液存储罐，海水存储池、河水存储池和电极液存储罐分别通过导管与海水输送泵、河水输送泵和电极液循环泵连接。本发明解决了盐差发电过程中存在的功率密度低的问题。问题。问题。


技术研发人员：李美 张年春 郭家斌 郑洪博 龙新扬
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/7/27