CN102369313A - 电解方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于特别是用于内燃机例如活塞或涡轮发动机的燃烧用电解气体的电解方法、电解电极、电解容器、电解装置和系统,其中,通过振动频率人工振动电解电极,并且所述电解电极的所述电压以所述振动频率的低谐波频率振荡。
Description
技术领域
本发明涉及用于特别是用于内燃机例如活塞或涡轮发动机的燃烧用电解气体的电解方法、电解装置和系统。
背景技术
已知有时通过电解从水获得氢气或氧气或者它们的化学计量混合物(以下,称为Brown气体或爆炸性气体)。有时还提出了使用来自该电解中的再生能源的电力以由此能够使用通过电解获得的氢气作为再生燃料。迄今为止,主要由于现有电解装置的低效率,因此这些提议的成功是有限的。
在中国专利申请CN 1363726A中提出,为了提高用于在至少一个电解电极上在电压下使气体与电解液分离的电解方法的效率,以振动频率人工振动所述电解电极。
在电解电极的表面上形成的气泡在该人工振动下更迅速地逃逸。由此电极的有效表面没有由于气泡而减少太多,并且,能够在电极的表面和电解液之间保持最佳的电子交换。
发明内容
本发明的目的是,进一步提高所述效率。根据本发明的至少一个实施例,由于所述电解电极的所述电压以共振频率的低谐波频率振荡而实现这一点。
电极电压的谐波振荡与振动交互作用,以进一步提高电解效率。振动还表现为对于液体分子本身具有影响,并且通过分子之间的碰撞意想不到地提高电解的效率。
优选地,所述电解电极在共振频率下振动。结果是,两种效果被进一步放大,并且电解的效率甚至更高。
优选地,所述电解液包含水,使得所述分离的气体是可燃烧的含氢气体。结果是,能够高效地从水获得有效的燃料。
优选地,可燃烧的含氢气体被燃烧,并且源自该燃烧的热的排出气体预热液体水和/或可燃烧的含氢气体。通过使用再生热,能够提高电解和燃烧的效率。
本发明还涉及一种电解装置,该电解装置包括:
a)电解容器,所述电解容器具有至少一对基本上类似的电极,每个电极分别包含导电材料和压电元件,所述导电材料具有用于与电解电路连接的电气触点,所述压电元件具有用于与单独的振动电路连接的两个电气触点;
b)与所述电极连接的电解电路,其中,电极对的两个电极中的每个电极以相反极性与电路连接;和
c)与所述压电元件连接的振动电路,
其中,所述振动电路具有用于以振动频率控制输出电压的调节器,并且,所述电解电路也与所述调节器连接,以便以所述振动频率的低谐波频率控制电解电路的输出电压。
优选地,所述调节器可以是脉冲宽度调节器。
优选地,所述振动频率可以是共振频率。
优选地,为了减少化石燃料的消耗和相关的温室效应,所述电解装置配有来自再生能源的电力供给。
本发明还涉及一种包括所述电解装置、燃烧装置以及在电解装置和燃烧装置之间的用于向燃烧装置供给可燃烧的电解气体的气体管线的燃烧系统。结果是,在一些情况下电力能够以有用的方式被转换成热能。
优选地,所述气体管线包含安全鼓泡器。这防止来自燃烧装置的回冲使电解容器受损。
优选地,所述气体管线还包含在安全鼓泡器之前连接的止回阀。这在电解容器中的负压力的情况下防止流体从安全鼓泡器被拉回到电解容器。
优选地,燃烧系统还具有与所述气体管线连接的电解气体存储槽。结果是,电解气体能够被存储,以便在燃烧装置上的高负载过程中被使用。
优选地,燃烧系统还具有排气管,该排气管通过至少一个热交换器与燃烧系统连接,该至少一个热交换器与气体管线和/或电解槽连接。结果是,可燃烧的电解气体和/或电解容器能够通过燃烧气体被再生地预热。
优选地,所述燃烧装置是内燃机,优选为活塞或涡轮发动机。结果是,在一些情况下,能够把电力以有用的方式转换成机械能。
附图说明
下面,参照以下的附图描述与本发明有关的细节。
图1是根据本发明的一个实施例的电解电极的示图。
图2是根据本发明的一个实施例的具有诸如图1中的一对电解电极的电解装置的示意图。
图3是根据本发明的实施例的包含诸如图1中的电解装置和内燃机的燃烧系统的示意图。
具体实施方式
图1所示的电解电极1是具有电气触点2和通过绝缘粘接剂连接到电极表面上的压电元件3的不锈钢的薄板状电极。该压电元件3包含具有定位在中心的第一电气触点5的压电陶瓷盘4和环绕陶瓷盘4的、具有第二电气触点7的黄铜的外环6。因此,能够通过在触点5和7之间的交变电压激起压电元件3的振动,该振动作用于整个电极1上,如果电压的频率是电极的共振频率尤其如此。
在图2所示的电解装置中,包含在这种情况下为盐水的电解液9的、封闭的电解容器8具有图1所示类型的一对或更多对的基本上类似的电极1。因此,各电极1因此配有附接到其上的压电元件3。
为了以共振频率激励所述压电元件3,压电元件3的触点5和7通过耐化学稳定电缆与控制模块11中的振动电路10连接。在本发明的优选实施例中,该振动电路10包含用于设定频率的晶体、用于在不用手动调整的情况下保持最佳共振频率的PLL电路和用于驱动脉动输出电压的自感应线圈。
电极1的触点2又与控制模块11的电解电路12连接。为了在每个电极对的各电极1之间施加脉冲宽度调节电压,电解电路12自身与振动电路10连接,其中,该脉冲宽度调节电压的频率是与振动电路的共振频率同步的低谐波频率。
在使用中,通过压电元件3,电极1上的共振频率被设定为,使得通过这些电极1,该频率被传送到水分子。通过向电极1施加脉冲宽度调节电压来支持水的电解。
表1表示具有130mm的直径和1mm的厚度的盘状电极的该电解装置的试验例子的参数:
表1:电解参数
图3表示在电解容器8中处理的电解气体能够被用作燃烧装置的燃料的燃烧系统,该燃烧装置在这种情况下为内燃机13。本发明的本实施例的电解容器8出于安全的原因还包含压力传感器14、过压阀15和电解液液位传感器16。压力传感器14监测电解容器8的内部压力并且通过电动机控制模块26与控制模块12连接,以便在内部压力变得太高时停止电解。过压阀15也被设定为防止内部压力升高到危险的水平以上。为了在电解液液位低于特定的水平时通过供给线路17激活电解液的供给,电解液液位传感器16还与电动机控制模块26连接。该供给线路17能够如所示的那样连接电解容器8与电解液槽18,并且具有与控制模块26连接的泵19以及止回阀,使得在使用中电解容器8中的电解液液位保持高于电极1。
电解容器8通过气体管线20与内燃机13连接,使得电解气体能够被供给到内燃机13。与气体管线21连接的是止回阀21、电子控制阀22、由无碳刷电动机驱动的真空泵24和安全鼓泡器(safety bubbler)23以及水分离器25。包括安全鼓泡器23是为了保留/挡住来自燃烧的任何回冲,使得电解容器8不会受损。真空泵24的电动机也与电动机控制模块26连接,使得其旋转速度能够被电动机控制模块26调节。在水分离器25的下游,气体管线20分支成三个管线20a、20b和20c。在管线20a中,控制阀27与电动机控制模块26连接以调节通过该气体管线20a的气流。管线20b包含也与电动机控制模块26和气体存储槽29连接的三通阀28。该气体存储槽29被弹性隔膜30分成与三通阀28连接的气体部分29a和通过低压管线31与发动机13的入口32连接的真空部分29b,并且还配有通过电磁阀/螺线管(操作)阀23由电动机控制模块26调节的空气入口33。低压管线31配有单向阀41。具有单向阀35的管线20c桥接管线20b。三个管线20a、20b和20c通向发动机13的入口32,在这里,空气和燃料供给由也与电动机控制模块26连接的油门踏板(gas pedal)36调节。发动机排气37经过两个热交换器38、39。第一热交换器38与管线20a连接以预热可燃烧电解气体。通过由电动机控制模块26控制的控制阀40调节的第二热交换器39预热电解容器8。
在使用中,在电解容器8中产生的可燃烧电解气体通过管线20和止回阀21以及(电磁)螺线管(操作)阀22被引入安全鼓泡器23中。可燃烧电解气体通过真空泵24被抽出到安全鼓泡器23外面。可燃烧电解气体然后通过水分离器25以在可燃烧电解气体进入发动机13之前分离出被携带到气体管线20中(汽车震颤或者类似)的任何水滴。分别通过管线20a和20b,可燃烧电解气体被送到电动的控制阀27和电气控制的三通阀28。这些阀由电动机控制模块26根据发动机13上的负载进行控制。在阀27的下游,可燃烧电解气体在被供给到发动机13之前被热交换器38预热。管线20b的桥接在恒定的发动机负载下是起作用的。可燃烧电解气体然后通过管线20c被供给到发动机13。
当发动机13需要加速时,为了能够使可燃烧电解气体从气体存储槽29通过管线20b流向发动机13,切换三通阀28。当发动机13执行速度降低时,气体存储槽29自动迅速地重新填充,并且由于在入口32中产生的真空,隔膜30通过低压管线31被吸引,使得气体存储槽29吸入发动机13在减速时不需要的少量的可燃烧电解气体。
本发明不限于以上概述的例子,并且只要落入以下的权利要求的框架内,各种变化都是可能的。例如,虽然在示出的实施例中压电元件通过使用绝缘粘接剂被连接到电极上,但是,也可替代性地使用导电粘接剂。出于这些原因,本申请的说明书和附图只是单纯地用作解释。
Claims (14)
1.用于通过至少一个电解电极在电压下使电解气体与电解液分离的电解方法,其特征在于,以振动频率人工振动所述电解电极,并且所述电解电极的所述电压以所述振动频率的低谐波频率振荡。
2.根据权利要求1所述的电解方法,其中,所述振动频率是共振频率。
3.根据权利要求1或2之一所述的电解方法,其中,所述电解液包含水,使得所述分离的电解气体包含可燃烧的含氢气体。
4.根据权利要求3所述的电解方法,其中,所述可燃烧的含氢气体被燃烧,并且源自该燃烧的热的排出气体预热液体水和/或可燃烧的含氢气体。
5.电解装置,包括:
a)电解容器,所述电解容器具有至少一对基本上类似的电极,每个电极包含导电材料和压电元件,所述导电材料具有用于与电解电路连接的电气触点,所述压电元件具有用于与单独的振动电路连接的两个电气触点;
b)与所述电极连接的电解电路,其中,电极对的两个电极中的每个电极以相反极性与电解电路连接;和
c)与所述压电元件连接的振动电路,
其特征在于,所述振动电路具有用于以振动频率控制输出电压的调节器,并且所述电解电路也与所述调节器连接,以便以所述振动频率的低谐波频率控制电解电路的输出电压。
6.根据权利要求5所述的电解装置,其中,所述调节器是脉冲宽度调节器。
7.根据权利要求5或6之一所述的电解装置,其中,所述振动频率是电极的共振频率。
8.根据权利要求5~7中任一项所述的电解装置,具有来自再生能源的电力供给。
9.包括根据权利要求5~8中任一项所述的电解装置、燃烧装置以及在电解装置和燃烧装置之间的用于向燃烧装置供应可燃烧电解气体的气体管线的燃烧系统。
10.根据权利要求9所述的燃烧系统,其中,所述气体管线包含安全鼓泡器。
11.根据权利要求10所述的燃烧系统,其中,所述气体管线还包含在安全鼓泡器之前连接的止回阀。
12.根据权利要求8~11中任一项所述的燃烧系统,具有电解气体存储槽,所述电解气体存储槽也与所述气体管线连接。
13.根据权利要求8~12中任一项所述的燃烧系统,具有排气管,所述排气管通过至少一个热交换器也与燃烧装置连接,所述至少一个热交换器与气体管线和/或电解槽连接。
14.根据权利要求8~13中任一项所述的燃烧系统,其中,所述燃烧装置是内燃机。
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