TW201008801A - Hydrogen-from-water on-demand supplemental vehicle fuel electrolyzer system - Google Patents

Description

201008801 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 知本發明涉及車輛配件領域，尤其涉及用於產生和注入由水電解而來之 亂氣和氧氣之混合物的方法和裝置，氫氣和氧氣之混合物進入以石油為動 力之内燃機的空氣進氣歧管系統（扯manif〇ldSyStem)作為隨選^助 燃料源’用於增加動力和節省燃料並伴隨進一步之清潔的環保要求，包括 能夠在所要求之例如美國加利福尼亞州現行的車輛排放規則下之“煙霧，，測 試的結果中達到顯著提高的標準。 0 【先前技術】 急劇增加的車輛石油燃料成本及伴隨其世界性消耗的增加，不僅已經 激發對混合（hybrid)和替代能源車輛的興趣，更激發對輔助燃料系統的興 趣，輔助燃料系統能夠增加到現有以石油為動力之車輛以增加性能和里程 的經濟性。 在現有燃燒石油車辅中，能源的主要來源係自大氣中自由獲得的氧， 透過空氣過滤器引入到進氣歧管中。無論在化油器（Cgj^yjetoj·)中與石油 預混合或在圓筒燃燒室中與注入的液態燃料混合，氧氣形成爆炸混合物的 主要部分，當由火星塞點燃或在柴油中以預熱塞（gl〇w plug)開始後，爆 炸混合物暴露於高過臨界溫度的熱中就會爆炸，壓縮以及高壓程序注入所 〇 產生的熱超過臨界溫度’釋放機械能以驅動活塞並推進車輛。 實驗工作顯示内燃機可以氫作為基本燃料，然而無論係液體、固體或 氣體形式’尚需解決成本的問題和關於儲存安全與氫之公共散佈的疑慮。 羅兹（Rhodes)等人之美國專利第3,262,872號之安全消耗氫與氧的 電解產物之裝置（APPARATUS FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION OF HYDROGEN AND OXYGEN FOR THE SAFE CONSUMPTION THEREOF)中教示，藉由在一對浸於導電水的電極之間通入電流而電解地 生產氫和氧’並導向於利用所產生的氫/氧混合物以氣炬焊接。 約爾布朗（YullBrown)的美國專利第4,081,656號之電弧辅助富氧/ 氫焊（ARC-ASSISTED OXY/HYDROGENWELDING)教示，在電解槽中 201008801 藉由水的鱗，以《化學計4_產生氫和氧舰合物。咖⑽描述雖 =以前認域氣和氧氣的齡物具高度祕性，但他在其個巾發現若 守某種安全防禦’例如使用回火捕捉器（flash_back議时），則可安全且 有益地產生此兩種氣體並用作燃料。扮麵指出現場（〇nsite)例如隨選 ―)生產氣體的許多優點，引述現有實務上氣體的贿、傳輸和 利，圓筒或瓶以鱗接目的之諸多缺點。由電解所產生的氫氣和氧氣之化 學計量混合物，有時被稱為布朗氣體（Brown，sgas)。 坦格立（Tangri)的美國專利第4,085,709號之車輛的氫燃料系統 (HYDROGEN FUEL SYSTEM FOR A VEHICLE) t揭露了 車輛中使用氫 用作為嶋機的主要祕的祕。該祕安裝在車輛，主要可於當車輛處 〇於靜止狀態時運轉’電性源自於交流《，在電解槽巾產生氫氣，並在車 輛上餘存氣體。

萊因哈特（Reinhardt)的美國專利第4,368,696號之用於車輛之電解 性辅助燃料之產生（ELECTROLYTIC SUPPLEMENTAL FUEL CHNERA™NF〇RMOimVEHICLES)中揭露一内燃機和電解槽之組 合，用以於車上從水中生產車輛所需的氫，以輔助提供給引擎之石油燃料， 進一步包括熱啟動引擎，如史特靈引擎，直接由主引擎的熱啟動，以提供 所需的電流用以分解水。由兩電解槽中水的電解所形成的氫和氧由通道傳 輸至在化油器進氣口的一共同位置，能夠使用更為精簡的石油對空氣混合 Q 物以驅動引擎’從而增加石油里程和減少空氣污染物。 伯模特（Baaurmert)等人在美國專利第6,516,905號之具有燃料電池 系統的車輛及其操作方法（VEHICLE WITH A FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME)中揭 示’至少一個輔助電力，包括燃料電池系統和能夠產生氫和氧的電解槽。 爾道（Erdle)等人在美國專利第6,833,206號之用於具有内燃機之車 輛的輔助供應電源及操作方法（AUXILIARYPOWER SUPPLY FORA VEHICLE WITH A COMBUSTION ENGINE AND METHOD OF OPERATING SAME)中揭露一裝置，其包括一燃料電池，此燃料電池包括 氫輪入、氧輸入、排氣輸出以及能夠由水產生氫和氧的電解槽。 5 201008801 【發明内容】 和降的係藉由提高現有車輛之内燃機的效率和鱗經濟性 和降低有害減物’叫聽世界輯的改進。 内燃機的在於提供，麟在主要石難料的現有具有 磁β*裝—翻對簡單的電觸祕，其生產麟注入作為一 “'、料的氫和氧，以改善車輛性能和整體燃料經濟性’在所要求之車 排放規則下之顺的絲巾達卿著提高的標準。 本發明的進-步目的是由車輛電池操作賴槽系統。 本發明的進—步目的是’電解齡統最大化地利㈣擎進氣系統不同 區域的真空條件的變化。

❹ 發明的進-步目的是’提供—賴化實施例，其提供輔助隨選燃料， 因而無需輔助燃料儲存瓶或圓筒。 上述目的，已在電解槽系統中完成，該電解槽系統可以很容易地安裝 於包括船隻的大多數車㈣。絲佳實施丨种，—對她的電解槽安裝於 車輛的引擎艙中’並由開關連接至車輛的蓄電池。在電極產生的氫氧氣 (oxy-hydrogengas)係由兩傳輸管線所引導，每一槽具一傳輸管線，導引 至車輛之進氣系統令不同位置之兩個相應之策略性選擇之輸入埠：一埠位 於進氣歧管而另一埠位於導引至該進氣歧管的主進氣道。位於每一傳輸管 線之止回閥斷路柄合器（check valve disconnect coupling )，有利於用於排 放之維護並作為一回火捕捉器以策安全。初始之“煙霧，，前後測試已顯示有 害排放物的顯著降低，包括二氧化碳的零排放數值。 以下將以實施例之方式配合圖式詳細解說本發明的原則和優點。 【實施方式】 第1圖為根據本發明較佳實施例的功能圖，其顯示一包括一對安裝於 一車輛引擎的第一電解槽12’與第二電解槽12”之系統以便獨立地提供氧氣 /氫氣至兩埠36A與38B ’每一埠位於該車輛引擎進氣系統中不同之策略性 選擇之位置。 每一電解槽12’與12”通常包含在一個玻璃瓶中，並在内部配置了浸 入電解液16的一對電極14、一般具有如碳酸氫鈉（小蘇打，又名碳酸氫鈉 6 201008801 重鹼）之催化劑的蒸餾水、通常半茶匙至一夸特的水，以增加電導性至所 欲程度，因為純蒸餾水是不導電的。 在一個較佳的電極結構中，每個電極14由數束004”（004吋）不銹 鋼線纏成-繩狀或電纖狀’然後形成一螺旋。兩股職係以交錯圖形設置 於絕緣線圈架上’以避免兩股螺旋之間電性接觸。該線圈架可由兩個適於 絕緣^料驗利娜成’如娜、尼龍絲四氟㈣。電解液填入該瓶 至-高度’以在頂部留下大約i英忖，一可充滿形成氣體的泡珠和氣泡的 充足空間。 每一電極係連接在絕緣頂蓋12Λ中之一電力端子。該等二槽12，與12” 顯不，其之該等電極與車輛電池18、一開關20和一調節器22串聯。隨著 © =關20打開’氫氣和氧氣的氣泡在鮮電極14上產生。氣體量取決於電 流，而電流係取決於施加於電極的電壓和電解質的導電度。 在$-槽12’和12”的密封蓋12八酉己置了由蓋12C所封閉的填充管12β 和傳，導管’通常，-管24連接到止回閥斷路耦合器26，並從該處透過傳 輪導官在兩個氫注人通道分別通至車輛的兩個不同的真空區域，所 導管通常係撓性傳輸管28和30。 在第一氫注入通道中，傳輸管28導向至埠36A，若尚未見於車輛的 進氣道36’則其可由鑽孔和刻螺紋而得，該進氣道％由車輛空氣過遽器（圖 中未不）將進氣（圖中之箭頭）導入至該進氣道36所連接的進氣歧管％。 ❹即刻，位於進氣歧管38内之蝶型控制閥片3SA作為一節流閥，隨時調節經 過進氣歧S 38的卩丨擎的魏，讀姆於歧”的仏度縛進氣道 内的真空度。 在第二氫注人通道中，—Tg£#32安裝在縣線的兩部分34，和Μ” 之間，導向至通常已見於車輛進氣歧管38之埠38B。 、在此實施例中’第一和第二電解槽12，和12，，獨立運作，於各自的注 入通道和真冑輯嶋供麟魏^氣聽物，f求㈣㉔相可能會有 所=同’由諸如5丨擎轉速、加速度、貞載等操作情況而定。當引擎空轉時， 進氣歧管38高度真空’將氣體燃料自第二電解槽12，，經傳輸管％、部份处， 及經埠38B抽吸。當弓丨擎加速至較高轉速（R〇tate per施咖，醜 ， 進氣歧管38的真空度下降。隨即，在進氣道％可得較高的真空度，將氣 7 201008801 體燃料自第-轉槽職傳輸管28及鱗36A抽^這種雙喷 (dualliyectlonsystem)完成兩進氣真空區域的總體平衡的作用。、' 插入於接近進氣歧管38位置的車輛真空線部分34，與34，，τ ^， 統（即，傳輸f 3G)之分支連接至車輛真妹统的歧管

St 輯細真”親供伽真雜力，轉動如擋 風玻璃雨刷、刹車輔助、氣動鎖等車輛配件。 兮造f ’傳輸管3〇可直接透過如谭3怨的單獨埠連接到進氣歧管％， f埠可驗财車輛進氣歧管賴或加至現有車輛贼歧管結構。同

垃夕伟已配有連接至進氣道％的輔助管線’本發明可以經T配件所連 接之傳輸管28而實施，例如於現有配件管線上安裝的τ配件幻。在進一步 =替代方案巾’傳輸管28可導向附於域道％的空氣麵器箱的配 1午0 人哭能夠方便_電解槽12,與12，，以自車輛排氣，斷_ 二 *自財作為回域㈣安铸單向止_，敎錢進入電 解槽12，與12，，的任何可能性，例如在5丨_火事件中。避以焰進入電 ，心φ或者電解槽12,與12”可以電性並聯連接。主要目的是保持由電池18 14的直流電雜幅合理雜定在—紋值，例如5安培，此為典 =單=音機或音樂播放器的—般範圍。並聯將需要調節器22以提供雙 電流調節器，每一電解槽12,、12”一個。

調節器22是-個較佳的選擇：可如電阻或變阻器般簡單，用於限制 ^大電流至-安全值。本發明甚至可去除調節器22而實施即赌路直接 冬電池18連接至電解槽而取代，不過，不建議此運作模式，因在電解槽系 統中短路或其。他高電流狀況的驗，可能超載並舰車輛保險絲。 =於簡單的實際系統，調節器22的較佳形式是電子電流調節器，其 ^動調節電壓以保持如圖中所示之串連的兩電解槽12，與12中電極電流恨 =。$例來說’若該系統最初為設置有電驗16以具有導電性峨接近額 疋電流’例如在6伏特為5安培，（即12伏特電池電壓的一半，則調節器 將藉由依所需自動降低電壓以維持標稱電流⑶^nt)而對電解 質„導電度的增加提供充分的電流靖。減’對科電度的降低， 調節器22於導電度低至5〇%的情形中將依所需自動增加電壓，以維持標稱 8 …201008801 電流，其中 ’調節器將提供全部的12伏特電池電廢。導電度的任何進-步 === 範圍。調節器22將繼__，但電解槽 ^電解液16 _度下降， 14的浸人部分亦減少趨於降低導電 有-個偏移因素··-紐少消耗錢無雜催化劑，從嘯化劑的 =持相對獻’伽_歧升高，趨於增加導電度。關於水的消耗： ^以1夸特的電池電容而論，f解液16的高度可在行駛約_英里被預 期消耗到50%。推薦使用注射器或其他填充裝置為每罐石油或雜以雜 水充填電解槽12,與12”至約離槽蓋丨英寸的高度。 ❹ 〇 在功能圖第2圖中，顯示第丨圖中之系統的_版本，其中主要區別為 於兩電解槽12’與12”間透過位於填充管12B上的斷路耗合器4QA增加了互 連管線40。此設置使兩電解槽12，與12”以一單一電解槽方式操作，與第丄 圖中之系統之獨立槽模式操作相反。 第3圖為僅使用-單-電解槽12之本發明之簡易替代實施例的功能 圖。以功能而論，此系統相當於第2圖所示的系統，特別是若第3圖中之 的單一電解槽12的電解電容等於第2圖中之兩電解槽12，與12，，的組合。 在第2圖和第3圖中，兩傳輸管28和30以如同於第1圖所示之方式 而導向車輛進氣系統的兩個不同之指定位置。 本發明的基本雙注入電解槽的原則可以有關之電解槽、容器、電極和 其材料之替代的配置與材料而實施。例如電解槽容器可由塑膠、金屬或其 他材料做為所示之玻璃容器的替代方案，和/或電極可以替代的配置或由替 代的導電材料而製成，但於說明性實施例中之上述說明偏離了教義和與圖 式不應在不考慮保持性能和可靠性和避免腐蝕或污染而嘗試。 前文係針對本發明之較佳實施例為本發明之技術特徵進行具體之說 明’唯熟悉此項技術之人士當可在不脫離本發明之精神與原則下對本發明 進行變更與修改，而該等變更與修改，皆應涵蓋於如下申請專利範圍所界 定之範嘴中。 9 201008801 【圖式簡單說明】 第1圖為根據本發明較佳實施例顯示一包括一對安裝於一車輛引擎的電解 槽之系統以便獨立地提供氧氣/氫氣至位於該車輛引擎進氣系統中不同位置 的兩部分之功能圖； 第2圖為顯示做為替代實施例的第1圖的系統的一版本包括增加互連該等 二電解槽之一通道之功能圖；以及 第3圖為根據本發明替代實施例利用裝有如第1圖所示之引導至該車輛引 擎空氣進氣系統不同位置之該等二埠的二氣體石油燃料管線的一單一電解 槽之功能圖。

【主要元件符號說明】 12, 第一電解槽 12” 第二電解槽 12A 絕緣頂蓋/密封蓋 12B 填充管 12C 蓋 14 電極 16 電解液 18 車輛電池 20 開關 22 調節器 24 管 26 斷路耦合器 28、30 傳輸管 32 T配件 34’、34’ ’部分 36 進氣道 36A 琿 38 進氣歧管 38A 蝶型控制閥片 201008801 38B 埠 40 互連管線 40A 斷路耦合器

❹

Claims (1)

1. 201008801 七、申請專利範圍： h 一種用於車輛的輔助動能燃料源，該車輛配備有一蓄電池和一具有進氣道 之進氣歧管的内燃機’該輔助動能燃料源包括： 一電解槽系統，其包括複數個浸入液體電解質中之電極，接收來自 車輛電池的電流，並產生氫氣和氧氣的氣體混合物； 一第一傳輸導管系統，設置並安排為將該氣體混合物的一第一部分 導至該進氣歧管的一區域；以及 一第二傳輸導管系統，設置並安排為將該氣體混合物的一第二部分 導至該進氣道的一區域❶ 〇刀

   2·如申睛專概鮮丨麵述的獅雛燃料源’其中該電觸系統包括： 一第一電解槽； ” . 一第一電解槽’其與該第一電解槽相似； 電解槽的 電解槽的 ^該第一傳輸導管系統設置並安排為接收來自獨立於該第二 該第一電解槽的該氣體混合物的該第一部分；以及 ^ °亥第—傳輪導管系統設置並安排為接收來自獨立於該第一 該第二電解槽的該氣體混合物的該第二部分。 ’如申明專利範圍第i項所述的輔助動能燃料源，其中該電解槽系統包 —第—電解槽； . =第二電解槽，其與該第一電解槽相似；以及 於電解槽和第二電解槽崎體交流之方式相互連接以便以等同 和第二部J解槽功能之形式共同作用’產生該氣體混合物的該第一部分 12 ，201008801 的該電解槽系統包括： 一非導電抗腐蝕容器； 一些位於該容器中之水性電解液； 一些所選組成之催化成份，其溶解於該水性電解液中，以提高該水 性電解液之導電度； 一對電極’其浸入該水性電解液中，由一對端子連接以接收來自該 車輛電池的電流；以及 一充滿區域’其位於該水性電解液上，設置並安排為容納所產生之 乳體之泡珠和氣泡。 〇 6.如申請專利範圍第5項所述的輔助動能燃料源，其中： 該容器由玻璃形成； 該水性電解液是水；以及 該催化成分是碳酸氫納。 7·如申請專利範圍第4項所述的輔助動能燃料源，其中，該等電極之每一個 係配置為一由複數股不銹鋼線纏繞為一繩狀或電纜狀所形成之螺旋，兩 股螺旋係交錯在-起並被支撐在-絕緣線圈架上，以避免兩股螺旋之間 電性接觸。 8·如申請專利範圍第1項所述的輔助動能燃料源，進—步在每—個該第 輸導管系統和第二傳輸導管系統中、且位於—相應電 之間’包括-具有-單向止回閥之斷路輕合器，用作回火捕捉器特性， 防止在引擎回火時火焰進入該等電解槽的可能性。 6英 9·如丨申請專利範圍第8項所述的輔助動能燃料源，其中，該指定距離為 13