CN106757121A - 车载氢氧发生装置 - Google Patents
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Abstract
一种车载氢氧发生装置，用于安装在汽车上向内燃机提供氢氧混合气体，包括不锈钢压力容器、电解槽、一级汽水分离器、二级汽水分离器、蓄电池和控制器。其中的电解槽以纯水为电解液电解产生氢氧混合气体。采用本发明的装置，进入发动机的气体是氢氧混合气体，无需氢氧气体分离；电解槽导水框中间有导电网实现了无隔膜无间极，即电解槽极距几乎是零，降低了能耗，提高了电解效率，可高效电解纯水，电解过程无碱性物质的蒸发，对内燃机无碱性腐蚀，同时电解槽无隔膜大大提高了电解槽的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电解技术，特别涉及一种车载氢氧发生装置。
背景技术
近年以来，我国的天气污染情况非常严重，特别是我国大部分地区雾霾天气的时间增加，民众对空气质量的关注，特别是国家对PM2.5指标的公布以后，引起全国上下的高度重视，根据官方的统计数字，PM2.5的排放总量分配，其中汽车的尾气排放占据25％，
我国是汽车生产和使用大国，汽车保有量是世界第一，而且我国的汽车发动机的总体水平和发达国家相比，其排放指标还有差距，能够达到国4标准的车不到30％，要达到国5标准，需要各方面的如提高油品标准，解决发动机的燃烧效率等综合技术问题，
目前对汽车节能减排有以下几个方面的研究：
1：纯电动汽车；
2：燃料电池汽车；
3：油电混合动力汽车；
4：提高内燃机的燃烧效率，(高效内燃机技术)；
目前纯电动汽车由于续行能力有限和蓄电池，基础实施的技术限制，普及使用技术尚未成熟。燃料电池汽车由于成本太高，技术尚未成熟，油电混合汽车在目前的状况下只能作为过度技术，它只能节约能源减少部分排放，因为内燃机技术没有大的改进。
众所周知，所有内燃机的工作过程有四个冲程，作功过程是一个爆炸燃烧过程，燃烧过程需要合适的混合气比例，低于标准混合比例，发动机动力增加，浪费燃料同时污染严重，高于标准混合比例，发动机动力输出不足，氮氧化物增加，不管是任何形式的发动机都是有以上的矛盾，为了减少排放，每辆车上都装了三元催化，其目的是减少排放，但是三元催化并不作功，只是把没有燃烧的可以燃烧的混合气体进行第二次燃烧，因此我们要解决的是燃烧充分的问题，燃烧充分了排放自然少了。
目前所有的内燃机其燃烧不充分，按标准热值和燃烧做功来计算，其效率只有达到35％。有好多燃料被浪费，在发动机工作过程中，不完全燃烧被排放是效率不高和污染的主要原因，其次是冷却过程，其他的如机械摩擦损失等都是占的比例相对要少一些。
所以如何在不改变原来内燃机的基础上，提高内燃机的燃烧效率，达到节约能源，减少尾气排放是迫切需要解决的问题。
专利申请号为201010121679.1的专利申请公开了一种车载氢氧发生器辅助燃烧系统，该技术的特点是利用脉冲电源提高氢氧混合气体发生器的电解效率，对氢氧混合气体发生器的形式没有过多的描述。
专利申请号为201410564858.0的专利申请公开了一种小型便携化车载氢氧发生器。该技术的电解槽采用隔膜电解方式，采用循环水泵循环电解液。
专利申请号为201410135063.8的专利申请公开了一种节能助燃车载氢氧发生系统，该技术采用的是隔膜电解技术，纯水电解需要比较高的槽电压，一般生活车辆发电机电压只有12-14V，需要升压电源，该技术中也提出可以用电解碱性电解液。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种车载氢氧发生装置及镀膜方法。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种车载氢氧发生装置，用于安装在汽车上向内燃机提供氢氧混合气体，其包括：
不锈钢压力容器，该不锈钢压力容器设有阳极接口、阴极接口、进水口和回水口，不锈钢压力容器内放置纯水作为电解液；
电解槽，安装在不锈钢压力容器内并浸泡于纯水中，该电解槽以纯水为电解液电解产生氢氧混合气体；电解槽设有阳极接线柱和阴极接线柱，分别与不锈钢压力容器的阳极接口、阴极接口相连；
一级汽水分离器，安装在不锈钢压力容器的上部并位于纯水的水位线以上；
二级汽水分离器，安装在不锈钢压力容器外，其进口连接一级汽水分离器的出口，其气体出口输出氢氧混合气体至内燃机，其水分离口连接不锈钢压力容器的回水口；
蓄电池和控制器，控制器的输入连接蓄电池的正极，控制器的输出连接电解槽的正极，蓄电池的负极连接电解槽的负极，控制器的控制电源与车辆启动电路连接。
所述电解槽包括至少一组电解室，所述一组电解室由紧密相连的阳极框、导水框和阴极框构成，在阳极框内嵌有阳极板，在导水框内嵌有导电网，在阴极框内嵌有阴极板，相邻组电解室之间共用阳极框或阴极框。
所述导电网由高分子材料接枝磺酸基团或羧酸基团制作而成。
所述不锈钢压力容器上设有温度传感器、液位传感器、压力传感器、防爆膜、安全阀和排废阀。
所述液位传感器包括高水位传感器、中水位传感器和低水位传感器。
所述一级汽水分离器和二级汽水分离器内设有微米级孔径的滤芯。
电流控制方式采用PWM控制，小型车辆12V电压控制输出电流20-25安培。大型车辆24V电压控制输出电流40-60安培。
所述控制器通过液位传感器检测水箱水位，当到达低水位时，控制器切断输出电流，同时输出缺水声光报警信号；通过温度传感器检测电解槽温度，当温度达到70C°时，控制器切断电解槽电流,同时输出高温声光报警信号；通过无线数据传输电解槽的温度、水位和电压，当无线传输中遇到非正常值时，发出声光报警；并通过无线设备对电解槽的温度、电流限值进行设定。
所述电解槽设有自动加热系统，由控制器控制，当环境温度低于0℃时，车辆启动时加热系统会自动延时，加热到设定工况要求以后电解槽自动启动。
本发明由于采用了以上技术方案，具有以下的优点和特点：
1、增加燃烧速度，现在矿物燃料的混合气体的燃烧速度在2.5米/秒，发动机在高速运转时，燃料混合气在汽缸内部的时间只有零点几毫秒，显然现在的矿物燃料燃烧是不充分，造成能源浪费和排放污染。
利用氢氧混合气体的燃烧速度(燃烧速度在14米/秒)和矿物燃料混合气混合在汽缸内，提高混合气体在汽缸内部的燃烧速度。
2、对矿物燃料有催化作用，一般的有机物在一定的压力和600℃以上的温度会产生裂解，而氢气在高温高压下对矿物燃料有催化作用会加速裂解，同时会产生大量自由基，产生连锁反应，把矿物燃料的分子裂解成小分子物质，使矿物燃料燃烧更加充分。
3、减少热损失，加入了氢氧气，可以减少进风量，减少进风量就减少了排放热量，提高发动机的做功效率。整体的热损失减少，达到节约能源减少排放的目的。
4、可以根据各种内燃机的排量不同，设计不同要求和产气量的电解槽，设计成能够满足内燃机汽缸燃烧所需要的催化剂的量。在高温、高压条件下，氢气的加入量在千分之0.5-5就有很好的催化效果。
5、能够安装在大部分轿车的发动机仓内，电解液为纯水，氢氧混合气体出气量在80-150升/小时，解决了循环，散热，水气分离、控制及声光报警等各项技术问题。按不同排量发动机控制氢氧混凝合汽体的混合比，实现了对柴、汽油内燃机的节能减排及清除积碳的目的。
6、进入发动机的气体是氢氧混合气体，无需氢氧气体分离；电解槽导水框中间有导电网实现了无隔膜无间极，即电解槽极距几乎是零，降低了能耗，提高了电解效率，可高效电解纯水，电解过程无碱性物质的蒸发，对内燃机无碱性腐蚀，同时电解槽无隔膜大大提高了电解槽的使用寿命。
本发明可应用于汽车除碳、汽油内燃机节能减排及柴油内燃机节能减排。
附图说明
图1是本发明车载氢氧发生装置的基本结构示意图。
图2本发明中的电解槽的分解结构示意图。
图3是本发明的系统连接图。
具体实施方式
参见图1，配合参见图2、图3，本发明的车载氢氧发生装置，用于安装在汽车上向内燃机提供氢氧混合气体，包括不锈钢压力容器1、电解槽2、一级汽水分离器3、二级汽水分离器4、蓄电池5和控制器6。
不锈钢压力容器1设有阳极接口11、阴极接口12、进水口13和回水口14，不锈钢压力容器内放置纯水15作为电解液。在不锈钢压力容器1上设有温度传感器7、液位传感器8、压力传感器9、防爆膜10、安全阀17和排废阀16。液位传感器8包括高水位传感器81、中水位传感器82和低水位传感器83。
电解槽2安装在不锈钢压力容器内并浸泡于纯水中，该电解槽以纯水为电解液电解产生氢氧混合气体；电解槽设有阳极接线柱和阴极接线柱，分别与不锈钢压力容器的阳极接口、阴极接口相连。电解槽2的基本结构如图2所示，包括左端板21、右端板22和边框23，左右端板和边框围合成一个腔体，腔体内设有由至少一组电解室组成的电解槽，一组电解室由紧密相连的阳极框24、导水框25和阴极框26构成，在阳极框24内嵌有阳极板241，在导水框25内嵌有导电网251，在阴极框26内嵌有阴极板261。
一级汽水分离器3安装在不锈钢压力容器1的上部并位于纯水的水位线以上；在一级汽水分离器内设有微米级孔径的滤芯31。
二级汽水分离器4安装在不锈钢压力容器外，其进口连接一级汽水分离器的出口，其气体出口42输出氢氧混合气体至内燃机，其水分离口连接不锈钢压力容器的回水口14。在二级汽水分离器内设有微米级孔径的滤芯41。
控制器6的输入连接蓄电池5的正极，控制器的输出连接电解槽的正极，蓄电池的负极连接电解槽的负极，控制器的控制电源与车辆启动电路连接。
本发明中的导电网由高分子材料接枝磺酸基团或羧酸基团制作而成。
本发明电流控制方式采用PWM控制，小型车辆12V电压控制输出电流20-25安培。大型车辆24V电压控制输出电流40-60安培。
本发明中的控制器通过液位传感器检测水箱水位，当到达低水位时，控制器切断输出电流，同时输出缺水声光报警信号；通过温度传感器检测电解槽温度，当温度达到70C°时，控制器切断电解槽电流,同时输出高温声光报警信号；通过无线数据传输电解槽的温度、水位和电压，当无线传输中遇到非正常值时，发出声光报警；并通过无线设备对电解槽的温度、电流限值进行设定。
发电机电压14V，控制器电压11.5-45V；发动机检测电压>＝13V，并且震动传感器工作，控制器给电解槽提供20--30A的输出电流。
本发明中的电解槽设有自动加热系统，由控制器控制，当环境温度低于0℃时，车辆启动时加热系统会自动延时，加热到设定工况要求以后电解槽自动启动。
实施例1
设计了一套车载氢氧发生装置，运行电压12-13.5V，电流20A，槽电压2V，电解槽产气80-150升/H，与2.0发动机匹配，发生装置安装于轿车的发动机仓内部空间，利用汽车发电机的电能，利用发动机前端的散热风扇散热，通过电解纯水产生的氢氧气体供发动机进行混合催化燃烧，以2003年的2.0排量的本田轿车做实验为例，怠速状态氢氧混合的加入量和排量的比例在1/1000左右，正常行使(发动机转速2000-3000转/分钟)氢氧混合的加入量和排量的比例在0.5/1000左右，在这种比例的条件下，油耗从13升/百公里下降到10升/百公里以下，可以节约15-30％的燃料，减少尾气排放70-80％，2014年12月，经过两年的试用，经过环保部门采用工况法检测，此2003年的本田轿车尾气排放达到欧五以上排放标准。
实施例2
设计了一套针对柴油发动的车载氢氧发生装置，运行电压20～30V，电流为30～50A时，电解槽产气量300～450升/H，安装在公交车上，用尾气分析仪分别测试发动机在怠速和加速时两种工况，在以下三种状态时汽车排放尾气中NOx的含量如下，测试结果为加入混合氢氧气其NOx排放远优于现SCR技术，通过2015年4月至今实际使用，发现除减少NOx颗粒排外，在日常行驶过程中节油及动力的增加尤其明显。结果如表1所示。
表1
| PM颗粒 | 怠速 | 加速 | |
| 直接排放尾气 | Nox | 284ppm | 134ppm |
| 加SCR装置排放尾气 | Nox | 215ppm | 109ppm |
| 加入氢氧混合气排放尾气 | Nox | 97ppm | 77ppm |
Claims (9)
1.一种车载氢氧发生装置，用于安装在汽车上向内燃机提供氢氧混合气体，其特征在于，包括：
不锈钢压力容器，该不锈钢压力容器设有阳极接口、阴极接口、进水口和回水口，不锈钢压力容器内放置纯水作为电解液；
电解槽，安装在不锈钢压力容器内并浸泡于纯水中，该电解槽以纯水为电解液电解产生氢氧混合气体；电解槽设有阳极接线柱和阴极接线柱，分别与不锈钢压力容器的阳极接口、阴极接口相连；
一级汽水分离器，安装在不锈钢压力容器的上部并位于纯水的水位线以上；
二级汽水分离器，安装在不锈钢压力容器外，其进口连接一级汽水分离器的出口，其气体出口输出氢氧混合气体至内燃机，其水分离口连接不锈钢压力容器的回水口；
蓄电池和控制器，控制器的输入连接蓄电池的正极，控制器的输出连接电解槽的正极，蓄电池的负极连接电解槽的负极，控制器的控制电源与车辆启动电路连接。
2.如权利要求1所述的车载氢氧发生装置，其特征在于：所述电解槽包括至少一组电解室，所述一组电解室由紧密相连的阳极框、导水框和阴极框构成，在阳极框内嵌有阳极板，在导水框内嵌有导电网，在阴极框内嵌有阴极板，相邻组电解室之间共用阳极框或阴极框。
3.如权利要求2所述的车载氢氧发生装置，其特征在于：所述导电网由高分子材料接枝磺酸基团或羧酸基团制作而成。
4.如权利要求1所述的车载氢氧发生装置，其特征在于：所述不锈钢压力容器上设有温度传感器、液位传感器、压力传感器、防爆膜、安全阀和排废阀。
5.如权利要求4所述的车载氢氧发生装置，其特征在于：所述液位传感器包括高水位传感器、中水位传感器和低水位传感器。
6.如权利要求1所述的车载氢氧发生装置，其特征在于：所述一级汽水分离器和二级汽水分离器内设有微米级孔径的滤芯。
7.如权利要求1所述的车载氢氧发生装置，其特征在于：采用PWM控制，输出电流20A-60A。
8.如权利要求1所述的车载氢氧发生装置，其特征在于：所述控制器通过液位传感器检测水箱水位，当到达低水位时，控制器切断输出电流，同时输出缺水声光报警信号；通过温度传感器检测电解槽温度，当温度达到70C°时，控制器切断电解槽电流,同时输出高温声光报警信号；通过无线数据传输电解槽的温度、水位和电压，当无线传输中遇到非正常值时，发出声光报警；并通过无线设备对电解槽的温度、电流限值进行设定。
9.如权利要求1所述的车载氢氧发生装置，其特征在于：所述电解槽设有自动加热系统，由控制器控制，当环境温度低于0℃时，车辆启动时加热系统会自动延时，加热到设定工况要求以后电解槽自动启动。
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