【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源领域中的海水直接电解制氢，尤其涉及一种用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置及控制方法。
技术介绍
1、电解制氢的基本原理是在电解槽中通过直流电的作用，促使水分解成氢气（h2）和氧气（o2）。具体而言，在电解槽的阴极和阳极之间施加电压，使得水电解产生氢气和氧气，氢气在阴极析出，氧气在阳极析出。
2、碱液电解槽电解制氢相比于其他电解制氢方法（如质子交换膜电解法和固体氧化物电解法等）具有显著的优势。首先，碱液电解槽的成本较低，设备结构较为简单，易于维护。其次，碱液电解槽的运行温度相对较低，一般在70℃至80℃之间，这意味着可以使用更为经济的材料来制造设备，降低了整体成本。此外，碱液电解槽在操作上也相对灵活，可以根据需求调整电流密度来调节产氢速率。
3、然而，碱液电解槽电解制氢在海水制氢领域具有局限性。海水中的盐分会影响电解槽中的碱性溶液浓度，进而影响电解效率。此外，海水中的盐分还可能导致电解槽内部结垢，进一步降低电解效率，增加维护成本。现有的海水淡化方法多采用热力或反渗透技术，能耗高且不易于集成到电解制氢系统中。因此，开发一种能够高效、节能地从海水中提取淡水，并且能够在电解制氢过程中自动调节碱液浓度的装置显得尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置及控制方法。本专利技术解决了海水制氢设备运行在不同功率下时由于水消耗量不同导致的碱液浓度不稳定的问题，提高了海水制氢设备整体的
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术实施例第一方面提供了一种用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，包括：
3、圆柱形金属内胆，整体形制为空心圆柱体，其内部盛放有碱液；所述圆柱形金属内胆的一半侧壁采用镂空栅格结构，所述圆柱形金属内胆的顶部设置有第一接口和传动安装部，所述圆柱形金属内胆的底部设置有两个第二接口；
4、选择透过性隔膜，贴附在所述镂空栅格结构的表面；
5、旋转式外壳，整体形制为空心半圆柱体，套设于所述圆柱形金属内胆的外部；
6、液位传感器，安装在所述第一接口处；
7、两个碱液循环管道，一端与所述第二接口相连，另一端与电解制氢设备的碱液电解槽连通；和
8、动力与传动机构，安装在所述传动安装部上，所述动力与传动机构用于控制并带动所述旋转式外壳旋转。
9、进一步地，所述圆柱形金属内胆采用耐腐蚀材料制成，其内部盛放的碱液为质量百分比浓度为30%的浓氢氧化钾溶液。
10、进一步地，所述选择透过性隔膜采用疏水性多孔聚四氟乙烯基膜制成，被用作气态水交换通道，外部海水和圆柱形金属内胆中的碱液间隔有疏水性多孔聚四氟乙烯基膜，利用外部海水和圆柱形金属内胆中碱液之间的跨膜水蒸气压差驱动水分子转移，以使海水自发气化，水蒸气透过选择透过性隔膜自由扩散到圆柱形金属内胆中并重新液化，补充了电解制氢设备消耗的水，实现圆柱形金属内胆中碱液的再生。
11、进一步地，所述旋转式外壳采用耐腐蚀材料制成，通过动力与传动机构带动所述旋转式外壳旋转，以改变圆柱形金属内胆中碱液与外部海水间透过选择透过性隔膜的有效交换迁移面积，实现对圆柱形金属内胆中碱液再生速度的控制。
12、进一步地，所述液位传感器通过采用超声波原理测距原理，实时测量并记录当前时刻圆柱形金属内胆中碱液的液位高度，并输出对应的4-20ma模电信号，用于动力与传动机构的控制。
13、进一步地，两个所述碱液循环管道的直径相同；所述碱液循环管道采用内部耐强碱腐蚀、外部耐海水腐蚀的制成。
14、进一步地，所述动力与传动机构采用逆变器与步进电机的组合结构，逆变器中的处理器采样液位传感器输出的4-20ma模电信号，并根据圆柱形金属内胆中碱液在当前时刻的液位高度变化量，控制逆变器驱动步进电机带动旋转式外壳旋转。
15、进一步地，所述步进电机的控制方法具体包括：
16、通过正向或逆向旋转指定角度θ，带动旋转式外壳旋转指定角度θ，以改变选择透过性隔膜与外部海水的接触面积，控制海水中的纯水渗透到圆柱形金属内胆中的速度，实现对圆柱形金属内胆中碱液浓度的控制；该步进电机的控制律表示为：
17、；
18、其中，θ的取值范围为[0, π]，kp为比例系数，ki为积分系数，s为拉普拉斯算子，δh为碱液的液位高度变化量。
19、本专利技术实施例第二方面提供了一种上述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置的控制方法，包括以下步骤：
20、（1）利用液位传感器测量当前时刻圆柱形金属内胆中碱液的液位高度hk；
21、（2）将当前时刻的液位高度hk减去上一时刻测量的液位高度值hk-1，得到液位高度变化量δh；
22、（3）将液位高度变化量δh输入到pi控制器，依据步进电机的控制律计算得到动力与传动机构中步进电机的旋转角度θ；
23、（4）动力与传动机构中的逆变器根据上述计算结果驱动步进电机旋转指定角度θ，步进电机带动旋转式外壳旋转指定角度θ，以调节选择透过性隔膜两侧的有效交换迁移面积，控制圆柱形金属内胆中碱液的再生速度。
24、本专利技术的有益效果为，本专利技术为海水制氢设备设计了一个可控式被动碱液再生装置，通过改变该装置表面贴附的疏水性多孔聚四氟乙烯基膜与海水的接触面积，控制海水中气态水迁移进入可控式被动碱液再生装置内部的速率，从而实现海水制氢设备中碱液浓度的可控，使得碱液能够维持在良好的导电率对应的浓度，进而提高海水制氢效率；通过增设本专利技术所述装置到海水制氢设备中，不仅没有额外的能量消耗，而且可以将现有的成熟电解制氢设备直接用于海水制氢领域中，既提高了海水制氢设备自身的工作效率，也减少了针对海水制氢领域设备的再次研发的资源浪费；本专利技术允许使用者根据电解制氢设备对水的消耗速率，动态调节海水淡化的速率，将电解制氢设备中的碱液维持在导电率最优的浓度，实现海水制氢设备效率的提高。
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1.一种用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，所述圆柱形金属内胆（1）采用耐腐蚀材料制成，其内部盛放的碱液为质量百分比浓度为30%的浓氢氧化钾溶液。
3.根据权利要求1所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，所述选择透过性隔膜（2）采用疏水性多孔聚四氟乙烯基膜制成，被用作气态水交换通道，外部海水和圆柱形金属内胆（1）中的碱液间隔有疏水性多孔聚四氟乙烯基膜，利用外部海水和圆柱形金属内胆（1）中碱液之间的跨膜水蒸气压差驱动水分子转移，以使海水自发气化，水蒸气透过选择透过性隔膜（2）自由扩散到圆柱形金属内胆（1）中并重新液化，补充了电解制氢设备消耗的水，实现圆柱形金属内胆（1）中碱液的再生。
4.根据权利要求1所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，所述旋转式外壳（3）采用耐腐蚀材料制成，通过动力与传动机构带动所述旋转式外壳（3）旋转，以改变圆柱形金属内胆（1）中碱液与外部海水间透过选择透过性隔膜（2）的有效交换迁移面积，实现
5.根据权利要求1所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，所述液位传感器通过采用超声波原理测距原理，实时测量并记录当前时刻圆柱形金属内胆（1）中碱液的液位高度，并输出对应的4-20mA模电信号，用于动力与传动机构的控制。
6.根据权利要求1所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，两个所述碱液循环管道的直径相同；所述碱液循环管道采用内部耐强碱腐蚀、外部耐海水腐蚀的制成。
7.根据权利要求1所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，所述动力与传动机构采用逆变器与步进电机的组合结构，逆变器中的处理器采样液位传感器输出的4-20mA模电信号，并根据圆柱形金属内胆（1）中碱液在当前时刻的液位高度变化量，控制逆变器驱动步进电机带动旋转式外壳（3）旋转。
8.根据权利要求7所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，所述步进电机的控制方法具体包括：
9.一种权利要求1-8中任一项所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，所述圆柱形金属内胆（1）采用耐腐蚀材料制成，其内部盛放的碱液为质量百分比浓度为30%的浓氢氧化钾溶液。
3.根据权利要求1所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，所述选择透过性隔膜（2）采用疏水性多孔聚四氟乙烯基膜制成，被用作气态水交换通道，外部海水和圆柱形金属内胆（1）中的碱液间隔有疏水性多孔聚四氟乙烯基膜，利用外部海水和圆柱形金属内胆（1）中碱液之间的跨膜水蒸气压差驱动水分子转移，以使海水自发气化，水蒸气透过选择透过性隔膜（2）自由扩散到圆柱形金属内胆（1）中并重新液化，补充了电解制氢设备消耗的水，实现圆柱形金属内胆（1）中碱液的再生。
4.根据权利要求1所述的用于海水制氢的可控低耗能碱液产生装置，其特征在于，所述旋转式外壳（3）采用耐腐蚀材料制成，通过动力与传动机构带动所述旋转式外壳（3）旋转，以改变圆柱形金属内胆（1）中碱液与外部海水间透过选择透过性隔膜（2）的有效交换迁移面积，实现对圆柱形金属内...
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