CN201810426U - 用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，该装置包括电解池、水供给系统、气体洗涤净化系统和控制系统，电解池的电极通过控制系统与汽车发电机连接，汽车发电机产生的电流经过控制系统调节后送入电解池，电解池电解产生氢气和氧气的混合气体；混合气体经过气体洗涤净化系统后送入汽车发动机的空气吸入口与油料混合燃烧。电极材料采用廉价金属上涂敷活性催化剂物质的方法制得，采用液体自动循环工艺解决了液体的补给问题，采用外置散热翅片，外加一个小风扇的低成本方式有效解决了电解池散热问题；采用高效净化装置解决了气体的净化问题。本实用新型具有效率高、成本低、耗能少、稳定性高、寿命长等优点。

Description

用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置 

技术领域

本实用新型涉及一种电化学装置，具体涉及用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置。 

背景技术

汽车是人类文明的重要象征，汽车的出现和发展快速促进了社会的发展和人民生活水平的提高, 但是汽车也给人类带来了严重的能源和环境问题,目前的汽车大量消耗石油资源,并且排放大量的温室气体、一氧化碳、氮氧化物、燃烧不完全物质、以及颗粒污染物；开发新型的电动汽车无疑是解决目前的燃油汽车存在问题的根本途径，然而，电动汽车目前还存在着许多的经济和技术上的难题需要解决。因此，开发可以减少汽车燃油消耗或者降低汽车排放污染的技术对于保障汽车的健康发展、对于保护环境、保障人们的身体健康具有十分重要的意义。 

将少量氢气掺入燃油可以显著降低汽车的油耗、同时还可有效降低汽车的污染物排放，为了解决车上高效稳定供氢问题，人们进行了很多的努力。 

目前市场上销售的电解水器存在体积庞大、电解效率低、热量大且散热复杂、缺乏自动化管理、不能长时间连续运行等缺点；由于汽车上可安装空间狭小、汽车电源供电能力有限等原因，商品的电解水器不适合用于汽车节能和减排用途的氢氧混合气发生装置； 

WO2009072838.A2公开了一种用于汽车节油和减排的氢氧混合气发生装置，该装置使用含有价格昂贵的质子交换膜和贵金属催化剂的固体电解质电极；同时其散热问题未能达到很好的解决，还存在整体体积过于庞大的问题；

CN200820024147.4也公开了一种车用氢燃料能源发生装置，该装置包括有蓄电瓶、氢氧发生器，氢气出口和氧气出口分别与燃烧气缸相连通，所述的氢氧发生器也是采用了固体电解质电极，而在其他方面，该专利几乎没有提及；是电解纯水的SPE技术氢氧发生器。相同申请人在CN200820024098.4中提出了保温和加热，保障装置在低温条件下的正常启动的申请。

中国专利申请2008102419334 公开了一种车用氢氧混合气发生装置，该装置使用不锈钢片做为电极，而不锈钢片是无法抵抗电解条件下的电化学腐蚀的。 

CN200810243883.3则公开了一种车载制氢系统的设计思路，不涉及电极、电解池等关键技术，同时所设计的路线过于复杂。难以推广使用； 

综上所述，目前尚没有能够较好地利用汽车上有限富余电源产生足够量氢气和氧气的车载系统，也没有实际获得良好效果的报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服目前车载电化学装置的缺点，提供一种用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置。本实用新型结构紧凑、电解效率高、供水及散热机构简单，能完全自动化自封闭管理，能够适合汽车狭小空间安装，能够利用汽车有限富余电力产生足够气体，从而有效节油和减排。 

本实用新型通过如下技术方案实现。 

用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，包括电解池、水供给系统、气体洗涤净化系统和控制系统，电解池的电极通过控制系统与汽车发电机连接，汽车发电机产生的电流经过控制系统调节后送入电解池，电解池电解产生氢气和氧气的混合气体；混合气体经过气体洗涤净化系统后送入汽车发动机的空气吸入口与油料混合燃烧；所述气体洗涤净化系统对混合气体进行气液分离、水洗和干燥；电解池中电解所需要的水由与其连接的所述水供给系统供给。 

上述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，所述水供给系统包括水箱和水泵；所述气体洗涤净化系统包括气液分离器、干燥净化器和所述水箱；气液分离器和水箱均各自设有与控制系统连接的液位计；电解池的上端气体出口与气液分离器上端的气液入口连接，气液分离器的底部设有分离器液体出口，分离器液体出口与电解池底部液体进口相连接，气液分离器还设有与水泵出水口连接的水入口；水泵的入水口与水箱底部的水出口连接，水箱的顶部设有与干燥净化器连接的混合气体出口；干燥净化器的出气口与汽车发动机的空气吸入管道连接。 

上述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，电解池的电极外露散热部分安装散热翅片和散热风扇，散热风扇与控制系统连接，电解过程产生的热量由所述散热翅片和散热风散除；电解池的端板或靠近端板的电极板上设有温度传感器，温度传感器与控制系统连接。 

上述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，所述水泵还与所述控制系统连接。 

上述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，所述电解池中的电极为复合电极，该复合电极由主电极板、辅助阳极、辅助阴极组成；所述主电极板的两侧面分别为阳极和阴极，辅助阳极、辅助阴极分别位于主电极板的两侧。 

上述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，所述复合电极表面镀上一层厚度为10－100微米的镍或者镍的合金层，所述镍的合金包括镍钴合金或镍磷合金，复合电极的电解活性表面还镀有一层厚度为0.01－0.1微米的催化活性金属层, 所述催化活性金属为铂、钯、铱中的一种以上与镍或钴的合金或者金属黑层。 

上述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，所述辅助电极为铁、镍或不锈钢的丝网，采用点焊安装在主电极板两侧，与主电极板之间的距离为0－1毫米；主电极板的散热部分为沟槽状。所述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，其特征在于控制系统包括单片机。 

上述装置可以通过如下制造方法制得： 

（1）带散热功能的高效复合电极的制备：铁、镍、不锈钢等金属板，机械加工成为所需形状，安装上辅助电极后，经过洗涤、表面活化处理，然后在其表面镀上一层厚度为10－100微米的结合紧密的镍或者镍的合金层（包括镍钴合金，镍磷合金等），开孔及凹槽等部位采用刷镀技术处理；然后再在其电解活性表面镀上一层厚度为0.01－0.1微米的催化活性金属层, 催化活性金属为铂、钯、铱或者这些金属之间以及与其他金属（如：镍、钴）的合金或者金属黑层，辅助电极为铁、镍、不锈钢等的丝网，采用点焊技术安装在主电极两侧，与主电极之间的距离为0－1毫米；电极的散热部分加工成为沟槽状，增大了其散热能力；

（2）电解池的组装：根据不同车辆产气量要求的不同，使用4－10片电极组装成为电解池，直接使用两端极板作为导电板，槽框采用耐热耐碱塑料制成，采用耐热耐碱密封圈实现密封；将端板、端部电极板、电极板依次排列好后，用紧固螺栓紧固集装即可；

电池组装好后，在电极的外露散热部分加装散热翅片和散热风扇。具有散热功能的高效电解池即组装完成；

（3）水自动补给系统的设计及制造：采用两级水箱实现了水的自动补给，大水箱的容积为1L左右，同时实现气体的洗涤功能，缓冲水箱的体积为300ML左右，利用电解气体的压力及高度差实现对电解池的水的自动补给，缓冲水箱的液位设有自动控制系统，可实现从水位的自动控制；保证电解池水的及时供给；

（4）气体净化系统，包括使用水箱洗涤气体，采用干燥净化管净化气体，净化管填充物包括：分子筛、硅胶、氧化锌等混合物质。目的是有效消除气体的碱及其他有害物质；

（5）自动控制系统：本系统具有如下功能，电解电流电压控制，温度控制及报警，水位控制及报警，电解电流随汽车油门自动调整功能等。

汽车上的使用是通过如下方式实现的： 

将几个部分分别安装在汽车中的合适位置，将电源连接到汽车的发电机的输出接头上，混合氢氧气体通过管道送入汽车吸气管的接近空气滤清器的部位。发生装置与汽车发电机同步工作，避免使用蓄电池电流造成蓄电池的衰竭。电解电流随油门的大小而自动调整。重要信息可在汽车驾驶面板显示。

相对于现有技术，本实用新型具有如下优点： 

（1）该装置在使用汽车发动机富余电力的情况下，可以高效和稳定地产生氢气和氧气的混合气体，将混合气体通过汽车的空气吸入口送入内燃机与油料混合燃烧，在城市道路正常行驶时，节油率可达10－30％，污染物排放可降低15-35％，其中二氧化碳排放降低10-20%、碳氢排放降低30-50%、氮氧化物减低20%-40%；

（2）该装置由结构紧凑的氢氧混合气体产生装置、水供给系统、气体洗涤净化系统、控制系统所组成；特别适合于安装在汽车发动机舱室；

（3）采用了一种水自动循环补给的方法实现了水的自动补给；采用高效净化方式实现了气体的高纯度净化；采用外置翅片和分散的方式实现了有效散热；

（4）该装置所用电极采用廉价金属表面涂敷活性催化剂的方式制得，具有成本低、稳定性高、寿命长等重要优点；

（５）高效复合电极的使用大大提高了电解效率，有效减小了电解器的体积，使其更加容易安装的汽车狭小空间；同时，由于使用普通金属板，复合电极的成本远远低于固体电解质电极；

（６）电极板同时作为散热板的设计大大简化了系统，将复杂的热量管理问题通过电极设计、安装若干散热翅片、风扇得到了有效的解决；

（７）本实用新型利用汽车上的有限富余电源实现了汽车的有效节油和减排。

附图说明

图1 为系统的构成示意图和工作原理图。 

图2本实用新型制作的四槽电解池的外观图。 

具体实施方式

下面结合附图和实例对实用新型作进一步的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。 

如图1所示，用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，包括电解池14、水供给系统、气体洗涤净化系统和控制系统21。 

通过控制系统21通入一定电压的直流电（来自汽车发电机）时，电解池14中的水发生分解产生氢气和氧气的混合气体，混合气体现在气液分离器中实现气体与碱液的分离，分离碱液后的气体通入水箱12进一步洗去残碱，再经过干燥净化器11干燥净化后送入汽车发动机16的空气吸入口与油料混合燃烧；所述气体洗涤净化系统对混合气体进行气液分离、水洗和干燥；电解池14中电解所需要的水由所述水供给系统供给。所述水供给系统包括水箱12、和水泵13；电解池14产生的热量的移除由温度控制系统来实现，所述温度控制系统包括装在电解池14上的散热片以及由控制系统21控制的散热风扇20；所述气体洗涤净化系统包括气液分离器15、干燥净化器和所述水箱；气液分离器15和水箱均各自设有与控制系统21连接的液位计（17、18）；电解池的上端气体出口1与气液分离器15上端的气液入口连接，气液分离器15的底部设有分离器液体出口，分离器液体出口与电解池底部液体进口6相连接，气液分离器15还设有与水泵13出水口连接的水入口；水泵13的入水口与水箱底部的水出口连接，水箱的顶部设有与干燥净化器连接的混合气体出口；干燥净化器的出气口与汽车发动机16的空气吸入管道连接。 

如图2所示为四槽电解池的构成示意图，端板上设置有液体进口6和气体出口1，温度传感器5设靠近端板的电极板上，连接电解电源的两个电源接线端子（8和9）分别设置在最靠近两块端板的两电极板上，散热片7直接通过螺丝安装在电极板3上，两块端板（2和4）中间放置5排电极板3，通过4只固定螺丝10紧固而形成电解池。 

电解池中的电极为复合电极，该复合电极由主电极板、辅助阳极、辅助阴极组成；所述主电极板的两面分别为阳极和阴极，主电极板的池外部分同时具有散热功能。 

上述用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置的制造方法，包括： 

（1）带散热功能的复合电极的制备：采用铁、镍或不锈钢金属板机械加工成为主电极板所需形状，安装上辅助电极后，经过洗涤、表面活化处理，然后在其表面镀上一层厚度为10－100微米的镍或者镍的合金层，所述镍的合金包括镍钴合金或镍磷合金等，开孔及凹槽部位采用刷镀处理，然后再在其电解活性表面镀上一层厚度为0.01－0.1微米的催化活性金属层, 催化活性金属为铂、钯、铱中的一种以上与镍或钴的合金或者金属黑层；所述辅助电极为铁、镍或不锈钢的丝网，采用点焊安装在主电极板两侧，与主电极板之间的距离为0－1毫米；主电极板的散热部分加工成为沟槽状；

（2）电解池的组装：根据不同车辆产气量要求的不同，使用4－10片复合电极组装成为电解池，直接使用两端极板作为导电板；电解池的槽框采用耐热耐碱塑料制成，槽框采用耐热耐碱密封圈实现密封；将端板、电极板、端板依次排列好后，用紧固螺栓紧固集装；电解池组装好后，在电极的外露散热部分加装散热翅片和散热风扇20；

（3）水自动补给系统的制备：电解池采用充满电解质溶液的模式运行，电解池通过低位的水入口和高位的气体出口实现水的自动补给和气液的自动分离，水的自动补给系统包括水箱、气液分离器15、液位计（17、18）和水泵13；利用电解气体的压力及高度差实现对电解池的水的自动补给，气液分离器15及水箱均设有与控制系统21连接的液位计，可实现水位的自动控制，保证电解池水的及时供给；

（4）气体净化系统采用干燥净化管净化气体，并与水自动补给系统共用水箱和气液分离器15，燥净化管中填充有分子筛、硅胶、氧化锌混合物质；

（5）控制系统21：控制系统21采用控制芯片（如单片机），使用CAN总线技术实现对电解电流电压控制，温度控制及报警，水位控制及报警，电解电流随汽车油门自动调整。

实施例: 

取5mm铁板，加工好孔道、密封槽和散热沟槽；采用点焊焊接好辅助电极，然后电镀10微米厚度的镍镀层，孔道及沟槽部分采用刷镀技术进行强化；

上述电镀好镍的电极板采用不干胶覆盖非电极活化区域，然后对其电极活化区域进行贵金属铂电镀，镀层厚度位 0.01微米；活化区域面积约为48cm²。 

将制作好的电极板、槽框、密封圈依次连接，然后用紧固螺栓紧固，安装好散热翅片及风扇， 连接好液体入口、气体出口； 

按照附图2的方式连接好各部分，在电解池中注入200ml 20%-30％的KOH溶液，水箱中注入1000ml水。

实验室电源运行数据如下：启动2秒后即可达到满负荷状态，11.1V时，电流可达23A，氢氧混合气产量达到  1.8 L/MIN; 电解效率达到45％； 

将系统安装在本田CRV汽车上，将电源连接到汽车的发电机输出端子，气体输出管道通过空气吸入管道延伸至空气滤清器前端。在高速公路进行了1000公里的运行测试，百公里油耗 7.5升，不加装本实用新型的装置时，油耗为11，节油率达到25％；

使用汽车尾气测定仪对尾气检测的结果发现：CO排放降低了50%, CO2排放降低20%，燃烧不完全碳氢化合物排放降低了50%, 氮氧化物排放降低了 36%。

Claims (8)

1.用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，其特征在于包括电解池、水供给系统、气体洗涤净化系统和控制系统，电解池的电极通过控制系统与汽车发电机连接，汽车发电机产生的电流经过控制系统调节后送入电解池，电解池电解产生氢气和氧气的混合气体；混合气体经过气体洗涤净化系统后送入汽车发动机的空气吸入口与油料混合燃烧；所述气体洗涤净化系统对混合气体进行气液分离、水洗和干燥；电解池中电解所需要的水由与其连接的所述水供给系统供给。

2.根据权利要求1所述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，其特征在于所述水供给系统包括水箱和水泵；所述气体洗涤净化系统包括气液分离器、干燥净化器和所述水箱；气液分离器和水箱均各自设有与控制系统连接的液位计；电解池的上端气体出口与气液分离器上端的气液入口连接，气液分离器的底部设有分离器液体出口，分离器液体出口与电解池底部液体进口相连接，气液分离器还设有与水泵出水口连接的水入口；水泵的入水口与水箱底部的水出口连接，水箱的顶部设有与干燥净化器连接的混合气体出口；干燥净化器的出气口与汽车发动机的空气吸入管道连接。

3.根据权利要求2所述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，其特征在于电解池的电极外露散热部分安装散热翅片和散热风扇，散热风扇与控制系统连接；电解池的端板或靠近端板的电极板上设有温度传感器，温度传感器与控制系统连接。

4.根据权利要求2所述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，其特征在于所述水泵还与所述控制系统连接。

5.根据权利要求1所述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，其特征在于所述电解池中的电极为复合电极，该复合电极由主电极板、辅助阳极、辅助阴极组成；所述主电极板的两侧面分别为阳极和阴极，辅助阳极、辅助阴极分别位于主电极板的两侧。

6.根据权利要求5所述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，其特征在于所述复合电极表面镀上一层厚度为10－100微米的镍或者镍的合金层，复合电极的电解活性表面还镀有一层厚度为0.01－0.1微米的催化活性金属层。

7.根据权利要求5所述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，其特征在于所述辅助电极为铁、镍或不锈钢的丝网，采用点焊安装在主电极板两侧，与主电极板之间的距离为0－1毫米；主电极板的散热部分为沟槽状。

8.根据权利要求1～7任一项所述的用于汽车内燃机节能和减排的电化学装置，其特征在于控制系统包括单片机。

Images