CN103789785A

CN103789785A - 一种内燃机用氢氧电解装置

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Publication number: CN103789785A
Application number: CN201410068208.7A
Authority: CN
Inventors: 刘钢铸; 龚翠红
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: CN103789785B

Abstract

本发明提供一种内燃机用氢氧电解装置，包括电解槽（1），总启开关（10）和控制传感组件。本发明消除汽车内燃机尾气中的HC、CO、NO_X可分别达到96%、99%、35%达到节能25-50%的效果，本发明中电解液可以不停机添加；氢氧输出时有单向阀控制；电流的大小可根据内燃机大小用电压控器辅助控制；汽车内燃机整体结构不变，因为电解装置每小时仅消耗20ml左右浓度为1-1.5%的氢氧化钾电解液，所以整个电解装置实际体积较小，可以把它放在电瓶位或者后备箱中，确保安全、实用、廉价、节能环保。

Description

一种内燃机用氢氧电解装置

技术领域

本发明涉及一种电解装置，尤其涉及一种内燃机用氢氧电解装置。

背景技术

内燃机发展至今已有150多年的历史，它为人类的文明和发展立下了丰功伟绩，随着人民生活的不断提高，汽车已经如同自行车一样走入平常百姓人家，我国从七十年代几千万辆（台）内燃机至今已超过了3亿台（套），每年汽车生产按9%速度迅猛发展，仅2013年产销超过1900万台（套），这还不包括摩托、农用拖拉机、舰船、农用柴油机、建筑机械、飞机、坦克、发电机等等。按中国内燃机协会2013公布我国内燃机产量在5000万台（套）以上，内燃机是我国重要的基础产业和GDP的主要来源，也是家喻户晓爱不释手的运载工具，但是很多人不知道我国是一个人均能源相当匮乏的国家，输入的石油、原油、天然气的70-80%是依赖国外，这和我国粮食的安全线80%在国内形成鲜明对照。

具国外能源专业机构勘察，我国自身的全部原油仅约占世界的1.5%，中国的人口每年按2千万增长不久就会突破15亿人口，顶峰时在16亿左右，节约能源刻不容缓科技创新势在必行。2013年经卫星摇杆测试除海南省、西藏自治区外大部份城镇污染、主要城市雾霾天气全年过半，并发生了十几省市烧烤模式，有的城市可谓百年一遇的高温天气，人为的自然灾害频发，损失超过千亿，北京环科院长潘涛说：机动车排放是大气污染主要来源毋庸置疑。总体来说，目前大气污染较为严重，仍呈现复合型特征，也就是说污染的来源非常复杂，既有电厂工业、居民燃煤燃气排放污染，也有汽车尾气挥发性有机物，扬尘的污染排放，目前发达国家燃煤污染的问题已经基本解决，主要矛盾是治理内燃机机动车污染。例如：我国当前处于燃煤和机动车污染并存阶段，北京在2012总数已突破550万辆按10%年率增长，可能已超过600万辆，这还不包括摩托车、农用车、工程机械、发电机每日几百次的飞机起落。虽然在限号购车，但根本无法阻挡人们购车的热情。内燃机仍是GDP除房地产外高速增长点。

从2007年污染源普查开始，首都环科院一直致力于北京大气污染源排放清单的编制，更新工作，具统计北京生成PM 2.5的两种最主要产的产前体物（通过反应能够生成PM2.5的气态物质）氮氧化物和挥发性有机物，机动车排放所占比重分别高达42%和32%，这更加直接印证了机动车尾气是首都大气污染的主要元凶。从汽车制造业看内燃机工业已超过150年历史，它们燃烧的最大特点是利用空气一次混氧燃烧，根据汽油的主要燃料辛烷燃烧方程式看：

C ₈ H ₁₈ +12.5O ₂ =8CO ₂ +9H ₂ O

一份辛烷（C₈H₁₈）汽油完全燃烧需要12.5份氧气才能完全燃烧，然而空气中78%的氮气不可燃烧，仅有20%的氧气（环境已经污染）可以助燃，氮气有显著的阻氧化，阻燃烧功能，按内燃机压缩比1：10计算一份辛烷在自然界燃烧时仅有0.168份辛烷汽油被燃烧，用理论值1—0.168=0.832份大约83.2%的辛烷汽油没有完全燃烧,导致汽车尾气中产生大量氮氧化物,一氧化碳、碳氢化合物。柴油（C₁₈H₂₄）、航空汽油、煤油碳分子链长的石油化合物更是无法完全燃烧。

内燃机利用普通燃料一次混氧持续燃烧温度在500℃左右，然而普通燃料经过三次混氧燃烧后，温度可达3400℃，几秒钟临界温度为1535℃钢板烧化，这一事实证明，普通燃料有70~80%没有完全燃烧白白浪费了，造成能源浪费全世界性的雾霾气候，生态环境遭受立体破坏，如果燃料辛烷是完全燃烧，它产生的CO₂和H₂O可以被植物、河水、海水、沙石完全吸收，达到生态平衡。科学实验证明植物不吸收内燃机排放出不完全燃烧的CO、NO_X、SO₂、CH等有毒物质，它们经光合作用生成复杂的化学物——雾霾。

我们2013年9月在百度文库发表题为：“治理内燃机万亿黑色GDP的方法”一文提到：“一百多年来利用空气混合燃烧八成的燃料没有被利用，世界已由不完全燃烧导致海、陆、空立体生态环境破坏的局面，每年（按50年平均计算）的经济损失都会突破千亿至万亿元。美国、欧洲、日本都不会幸免”。今年初明尼苏欧洲达到零下37℃，去年末美国发生的20年一遇极地寒流造成数以亿计的美国公民受灾，去年四季度日本南面的菲律宾遭受热浪强风暴死伤惨重，有时候生命是不能用金钱衡量的，生命是不可轮回的。近期日本东京又遇40年一遇的暴风雪，英国同样也不例外，这说明我们的预见基本属实。

如果我们人类都把此事当作与已无关，除了战争在几十年内会继续暴发外，类似叙利亚13.5万人生灵涂碳会成倍增加，各国在中东地区的争夺战每天都在上演，自然界环境仍会风沙滚滚，雾霾重重、极冷极热，地动山摇，不均衡的狂风暴雨大水围域，这些因环境及生态条件被破坏的场面会经常出现在人民的痛苦记忆中，千万不要忘记地球是个楕圆的，地球资源不是无限的。二千年前的孔子曾说道：如果得罪了天那就没有什么可以祷告了，我们为了生存应该尽快从温水煮青蛙中跳出来。

为此我们提议开展“百年内燃机的第三次革命”它的内容核心理论是“油氧共混”燃油燃气活度可调把不完全燃烧改变为相对完全燃烧，二次三次混氧燃烧实施依据“水火同源”满足燃烧方程，它是世界上唯一可以解决内燃机不完燃烧造成八成能源浪费，环境破坏造成雾霾的治本方法。人大政协会议有人提议用电动车逐步替代中国的3-4亿台（套）内燃机，五大洲有多少内燃机呢？不现实、不科学，不治本，人类几十年内一定会“水中取火”同时阴阳极可通过套管单独收集氢气和氧气，找到取之不竭、廉价、安全无污染的能源宝库。

英国科学家1945年诺贝尔获得者青霉素发明人亚历山大·弗莱明1928年提出以毒攻毒治疗人体一般性病毒细菌，他把青霉素菌制成药丸因在肠胃中不能顿化，终达不到良好效果。美国科学家诺贝尔奖获得者钱恩特，佛洛里在十年后把青霉素菌注入人体血液终获成功，并获得美国政府大力支持，在二战中拯救无数生命，他的发明原理76年来给现代人受益多多。可想而知在当时把青霉毒素注入人体血液需要多大的勇气和智慧，我们可以把发明家的思维方式运用到当今内燃机节能环保治理雾霾之中，理论上和实践中彻底突破“油氧不能共混”的禁区，为内燃机可持续发展打拼一番新天地。

从1901年来世界上已有600多位科学家的创新发明获得诺贝尔奖，他们想前人不敢想，做后人不敢做的事，结合实际努力实验，为人类创造辉煌，我们不要总盯着四大发明，也可为人类实实在在的搞出新发明新创造，不要论资排辈或亦步亦趋跟在别人后面打“小算盘”（据统计600年内最重要的发明），要搞向哥伦比亚大学1958年创造互联网那样的“大算盘”。

发明内容

为了内燃机彻底消除因不完全燃烧产生的环境污染造成雾霾和80%能源浪费，我们在“油氧共混”“水火同源”的基础上提出了本专利，它可以成为内燃机二次混氧燃烧的一种基本方法和模式，其具体技术方案如下：

一种内燃机用氢氧电解装置，包括电解槽（1），总启开关（10）和控制传感组件；所述电解槽（1）内设置有阴极石墨电极（2）、阳极钛合金电极（3）、位于阴极石墨电极（2）和阳极钛合金电极（3）之间垂直放置的隔板（4）、分别与阴极石墨电极（2）和阳极钛合金电极（3）连接并位于电解槽（1）底部的阴极连接螺杆（12）及阳极连接螺杆（13），所述电解槽（1）顶端设置有出气管（9）和进液孔（6）；所述出气管（9）上设置有安全单向阀（16）、进液孔（6）下方设置有和电解槽相通的加液插管（18）；所述控制传感组件与电解槽（1）连接；所述总启开关（10）分别与电解槽（1）的阴极连接螺杆（12）和阳极连接螺杆（13）连接，总启开关（10）与阴极连接螺杆（12）之间设置有车载电瓶（11），总启开关（10）与阳极连接螺杆（13）之间设置有电压调解器17。

所述控制传感组件包括一个液面传感器（5），液面传感器5的一端传感头通过电解槽（1）的侧面伸入到电解槽（1）内，液面传感器5的输出端与一个中央控制器ECU1(4)连接。

所述中央控制器ECU14上还连接有一个倾倒传感器（15）。

所述液面传感器（5）的一端传感头伸入到电解槽（1）内的垂直高度与隔板（4）的垂直高度相同。

所述电解槽（1）的外壁设置有安全罩（8）。

该电解装置特点之一是两极石墨阳极和钛合金阴极永远浸泡在电解液中，不发生闪爆确保安全。第二是电离出的H₂气和O₂气的电解液有微量的KOH，根据内燃机排量不同浓度可调，电解装置中的总电压可以用调压器调解。第三是当总启动开关打开时，即刻H₂气和O₂气以2：1的量瞬时产生，它的产生速度是H₂O的产氢，氧速度的60倍/每小时，在电压为10V时电离一小时，仅消耗KOH浓度为1%时的电解液20ML，换算成氢气为44升，氧气为22升电压不变，成本几分钱，发电机仍有充电功能。第四当总开启发动机开关停止时产氧和氢即刻停止电离。第五是氢氧气产生后通过单向阀门进入节气门，确保燃气不回火。第六是内燃机发生顷斜碰撞，翻车时ECU自动断电，也可根据车速的大小调解电流大小，直接控制产氧气和氢气的量，当电解液面低于隔板时ECU报警器指示人为添加电解液。第七原单位的喷油量减少1/3~1/2内燃机功率不变，节省燃料25~50%，由于富氢氧能量燃烧中新鲜氢气氧气的活度是空气的3倍以上，燃烧产生的几乎全是H₂O气和CO₂气用点燃式发动机汽车稳态工况法排气污染物测试HC、CO和NO_X使用欧洲Ⅲ标准。参见部份测验数据见表一

减少HC（碳氢化合物）99%，减少CO（一氧化碳）96%，减少NO_X（氮氧化物）35%。

厂牌：NISSANX-TRAIL 排气量：2.0L 年份2005 行驶里程788088公里（表一）

第八电解装置外有一个坚固的保护层，防止池漏。整个电解装置在几百元，成本相当廉价，安装时旧车可在原电瓶位（电瓶后移）或把电解装置固定在后备箱对现有内燃机改造的整体结构不动，也无影响，电解液是纯净水加微量KOH和负压空气配合。

本发明中电解液可以不停机添加；氢氧输出时有单向阀控制；电流的大小可根据内燃机大小用电压控器辅助控制；汽车内燃机整体结构不变，因为电解装置每小时仅消耗20ml左右浓度为1-1.5%的氢氧化钾电解液，所以整个电解装置实际体积较小，可以把它放在电瓶位或者后备箱中，确保安全、实用、廉价、节能环保。

本发明的目的为解决100多年来内燃机利用空气一次混氧燃烧不完全造成80%的燃料白白浪费，不完全燃烧造成全世界性的雾霾等极端气候频频发生，加速化石级的石油枯竭，给子孙后代留下不良影响。我国人口众多不久将突破15亿，平均能源匮乏，80%的原油靠从国外输入，内燃机为了GDP每年都在几千万辆的高速发展。现在全国已统一思想，内燃机不完全燃烧是节能环保面临的主要“敌人”，针对这一主要矛盾我们在世界上首先提出“油氧共混”打破“油氧共混”不安全概念，具体实施燃烧方式中的二次、三次混氧燃烧方法，根据“水火同源”的理论，最终找到安全、清洁、廉价，取之不竭的动力源，逐步纵身发展。在世界化石级能源枯竭之前，摸索出新的一条生存之路，廉价的水取之不尽。

本发明消除汽车内燃机尾气中的HC、CO、NO_X可分别达到96%、99%、35%当我们断掉HC（废气排出在光合作用下雾霾就不易生成），能达到节能25-50%和彻底消除雾霾的效果。

世界上不可能再有比此更廉价的改性电解装置，“油氧共混”原理可解决当今100年都未解决的内燃机不完全燃烧的顶尖难题。其中之一利用电化学方法达到油氧共混原理是内燃机改进的方法之基础。一旦产学研成功，可为人类带去巨大的财富。十到十五年可消除雾霾对人类环境的影响，把人类的化石级能源延长使用十到十五年，为新能源打下坚实基础。证明中国人也能为世界的能源环保做出新的贡献。

附图说明

图1为本发明的主视结构；

其中电解槽-1，阴极石墨电极-2，阳极钛合金电极-3，隔板-4，液面传感器-5，进液孔-6，电解液-7，安全罩-8，出气管-9，总启开关-10，车载电瓶-11，阴极连接螺杆-12，阳极的连接螺杆-13，中央控制器ECU-14，倾倒传感器-15、安全单向阀-16、电压调解器-17、加液插管-18。

具体实施方式

现在通过实施例，并结合附图，对本发明的技设计方案作进上步的具体介绍。

首先，介绍一下本发明的内部结构：包括电解槽（1），总启开关（10）和控制传感组件；所述电解槽（1）内设置有阴极石墨电极（2）、阳极钛合金电极（3）、位于阴极石墨电极（2）和阳极钛合金电极（3）之间垂直放置的隔板（4）、分别与阴极石墨电极（2）和阳极钛合金电极（3）连接并位于电解槽（1）底部的阴极连接螺杆（12）及阳极连接螺杆（13），所述电解槽（1）顶端设置有出气管（9）和进液孔（6）；所述出气管（9）上设置有安全单向阀（16）、进液孔（6）下方设置有和电解槽相通的加液插管（18）；所述控制传感组件与电解槽（1）连接；所述总启开关（10）分别与电解槽（1）的阴极连接螺杆（12）和阳极连接螺杆（13）连接，总启开关（10）与阴极连接螺杆（12）之间设置有车载电瓶（11），总启开关（10）与阳极连接螺杆（13）之间设置有电压调解器17。

所述中央控制器ECU14上还连接有一个倾倒传感器（15）。

所述电解槽（1）的外壁设置有安全罩（8）。

工作时，氢氧化钾电解液7是小于30%碱性电解液，它的产氧速度比普通水产氧速度快60倍；电解液中的隔板4可保证阴极石墨电极2、阳极钛合金电极3永远浸泡在电解液7中，防止闪爆及不安全短路等现象，当电解液7低于隔板4时，液面传杆器5通过中央控制器ECU传递到驾驶室报警，此时可通过进液孔6通过加液插管18直接把电解液加入液相，它的最大特点气液分离，起到安全防范保护作用。电解槽1的外部有金属外壳的安全罩8起强力保护作用，电解槽1下部阴极石墨电极2、阳极钛合金电极3分别与阴极连接螺杆12、阳极连接螺杆13固定连接同时利用车载电瓶11并与其负极和正极通过总启开关10相互连接，当总启开关10把发动机起动的同时电解槽1开始通电产O₂与H₂被发动机负压给吸走并通过安全单向阀16与空气混合富氧化燃烧，可使燃烧更完全，节约能源25-50%，配合二次混氧燃烧基本消除内燃机对环境的污染。如果汽车意外翻倒、碰撞车载倾倒传杆器15通过指示ECU指令停止断电安全保护。安全罩8也能对电解槽1起到安全保护作用，多项措施确保整车安全。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电解槽1、阴极石墨电极2、阳极钛合金电极3、隔板4、液面传感器5、进液孔6、电解液7、安全罩8、出气管9、总启开关10、车载电瓶11、阴极连接螺杆12、阳极连接螺杆13、中央控制器ECU14、倾倒传感器15安全单向阀16、电压调解器17、加液插管18等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种内燃机用氢氧电解装置，其特征在于：包括电解槽（1），总启开关（10）和控制传感组件；所述电解槽（1）内设置有阴极石墨电极（2）、阳极钛合金电极（3）、位于阴极石墨电极（2）和阳极钛合金电极（3）之间垂直放置的隔板（4）、分别与阴极石墨电极（2）和阳极钛合金电极（3）连接并位于电解槽（1）底部的阴极连接螺杆（12）及阳极连接螺杆（13），所述电解槽（1）顶端设置有出气管（9）和进液孔（6）；所述出气管（9）上设置有安全单向阀（16）、进液孔（6）下方设置有和电解槽相通的加液插管（18）；所述控制传感组件与电解槽（1）连接；所述总启开关（10）分别与电解槽（1）的阴极连接螺杆（12）和阳极连接螺杆（13）连接，总启开关（10）与阴极连接螺杆（12）之间设置有车载电瓶（11），总启开关（10）与阳极连接螺杆（13）之间设置有电压调解器（17）。

2.如权利要求1所述的一种内燃机用氢氧电解装置，其特征在于：所述控制传感组件包括一个液面传感器（5），液面传感器（5）的一端传感头通过电解槽（1）的侧面伸入到电解槽（1）内，液面传感器（5）的输出端与一个中央控制器ECU (14)连接。

3.如权利要求2所述的一种内燃机用氢氧电解装置，其特征在于：所述中央控制器ECU（14）上还连接有一个倾倒传感器（15）。

4.如权利要求1所述的一种内燃机用氢氧电解装置，其特征在于：所述液面传感器（5）的一端传感头伸入到电解槽（1）内的垂直高度与隔板（4）的垂直高度相同。

5.如权利要求1-4任一所述的一种内燃机用氢氧电解装置，其特征在于：所述电解槽（1）的外壁设置有安全罩（8）。