CN105089869A

CN105089869A - 一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置

Info

Publication number: CN105089869A
Application number: CN201510304200.0A
Authority: CN
Inventors: 刘钢铸; 龚翠红
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2035-06-04
Also published as: CN105089869B

Abstract

本发明属新能源与节能环保技术领域，特别涉及一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置,本发明用单独的阴极套筒收集氢气通过单向阀，增压泵输送到电喷器替代原来的汽油和柴油等燃料，用单独的阳极套筒收集氧气通过单向阀直接送入节气门前的进气管与空气一同被负压输送到节气门前与氢气混合送入气缸燃烧，变相的取代了百年来一直用燃油作燃料结构，这种发明原理可根据内燃机功率大（小）加装多个电解槽和多个同类电瓶并连输气或输入电流，满足各种汽车发动机基本结构不变的燃烧原理，开发出新结构可实用的新能源。

Description

一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置

技术领域

本发明属新能源与节能环保技术领域，特别涉及一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置。

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。1801年法国化学家菲利普·勒本采用煤干馏得到的煤气和氢作为燃料，制成了煤气和氢气与空气混合点燃产生膨胀力推动活塞的发动机，这项发明被誉为内燃机发展史上开拓性的一步。内燃机的发明始于对活塞式蒸汽机的研发，在它的发展史中特别是德国人奥托和狄塞尔，他们总结了前人无数次实践和创造，并加以继续发展总结提高，找出了规律性，为汽油机、柴油机的发展奠定基础，为内燃机发展做出了伟大的贡献，可谓第一次革命的开拓者。

我国从七十年代几千万辆内燃机至今已超过了3亿（套），每年按9%的速度迅猛发展，仅2013年产销在1900万（套），这还不包括飞机、摩托车、农用拖拉机、潜艇、坦克、舰船、发电机、农用柴油机、建筑机械等。内燃机工业是我国重要的基础产业和GDP的来源，它是家喻户晓爱不释手的运输工具，但很多人不知道我国是一个人均能源相当匮乏的国家。输入石油、原油天然气的70%~80%的安全线已在国外，这和粮食的安全线在国内形成鲜明对照。

我们自身的全部原油储量约占世界的1%，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。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，现在又进入暴雨模式，人为的自然灾害频发，损失超过千亿，按50年平均损失在万亿以上，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。当前主要矛盾是治理内燃机机动车污染。例如：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PM2.5的两种最主要的产前体物（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（C18H38）、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、NOX、SO2、CH等有毒物质，经光合作用生成复杂的化学物——雾霾，给当今环境气候造成严重的紊乱。

科学家预测全世界的化石级能源大概也就是40-50年，我国的大庆油田开采走入尾声也充分说明石油资源是有限的。

我国的石油，天然气化石级能源存储量仅占世界的1%左右，十四亿人平均占有量相当匮乏，我们的穿衣、喝水、行车、飞机、国防、化工、农用机械、医药等都伴随着石油化工，它所关联的有机链无孔不入，但它留给人类的可持续时间不会太长，“三十年弹指一挥间”，光阴似箭。中东战争此起彼伏险象环生都是为了能源利益而战，仅叙利亚在战争中死亡人数三年内超过20多万，大有愈演愈烈趋势，这也给世人敲响了能源枯竭前的警钟。

目前国家要求80％的粮食安全线在国内。但石油、天然气这些化石级源的80％安全线已在国外，它是GDP的源动力，工业的血液，直接影响国家安全战略。如果仍是口头上讲而在内燃机不完全燃烧浪费能源破坏环境，实际在内燃机系列工作和推广中一点不动真格，如果还被“油氧不能共混”“水火不可同源”的理论束缚仍然还会继续犯“人口论”的老错误，历史将会给出严肃的结论。为此我们武汉大学提出了内燃机的第三次革命,并提出了发明基本原理。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种取代了百年来一直用燃油作燃料结构，这种发明原理可根据内燃机功率大（小）加装多个电解槽和多个同类电瓶并连输气或输入电流，满足各种汽车发动机基本结构不变的燃烧原理，开发新结构可实用的新能源的一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置，其特征在于，包括:

一电解槽：用于将水电解分离出氧气和氢气，所述电解槽⑴内设有阴极电解组件、阳极电解组件、以及设置阴极电解组件和阳极电解组件之间的电解液进液组件；所述阴极电解组件以及阳极电解组件始终浸泡在电解槽⑴内的氢氧化钾电解液中；

一车载电瓶：用于给电解槽的阴极电解组件以及阳极电解组件供电，所述车载电瓶正极接阳极电解组件，负极接阴极电解组件；

两个输送管道：分别为氢气输送管和氧气输送管，所述氢气输送管将电解后产生的氢气输送入汽车电喷器；所述氧气输送管上是由一个氧气输送单向阀，并能够将电解后产生的氧气直接输送到前节气门前；

一个ECU：用于监控电解槽内的电解液液面高度，当电解液低于设定时中央控制器ECU及时通过报警器报警；也用于控制设置的氢气输送管上增压泵的增压值；

总启开关：与车载电瓶、阴极电解组件、阳极电解组件构成一控制回路，所述车载电瓶上有正极连接总启开关且并联一脚踏复合节气门式电流调节器，当电流调节器加大时节气门同样开大，产生的氧气和氢气也在增多，反之减少。

在上述的一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置，所述阴极电解组件包括阴极石墨电极，在阴极石墨电极上有阴极套筒，所述阴极套筒出口与氢气输送管的进口连通，并通过阴极套管螺帽固定在电解槽上；所述阳极电解组件包括阳极钛合金电极，所述阳极钛合金电极上有阳极套筒，并通过阳极套筒螺帽固定在电解槽部，所述阳极套筒出口与氧气输送管的进口连通。

在上述的一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置，所述电解液进液组件包括进液管，通过进液管上的进液螺帽把氢氧化钾电解液倒入电解槽，在进液管上上部开有一防止电解槽内漏气的小孔，进液螺帽上还套有一密封帽，所述密封帽上安装一单向排气孔防止电解槽带气压。

在上述的一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置，所述电解槽下部有电极安全隔板，在其隔板上有一电解液高度传杆器，当电解液低于电极安全隔板时中央控制器ECU⒁会及时通过报警器报警。

此结构最大的好处是安全，在氢气（高效燃料）与氧气分离输送在整个负压输送过程中输送的氢气燃料不可能在管路发生燃爆回火，阴极石墨电极和阳极钛合金电极总是浸泡在电解液中，不会发生闪爆，两极之间的安全隔板确保电解槽中的电解液“永不干枯”。在安全隔板边有一个水位传杆器通向ECU，在水位过低时电离停止报警需添加氢氧化钾等其它电介液；我们在电瓶正极加装了一个脚踏复合节气门式电流调节器，根据法拉弟定律电流增大时，电离所产生的氢气和氧气的速度加快，氢气的产量在同时间内是氧气的一倍，所以氢气的套筒要比氧气套筒要大些。一般每升水可电离出氧气500升，氢气1000升，消耗电能约4.5kw.h。为了氢气向气缸内输出更加均衡（虽然是负压抽吸），我们在输气管中增加了一个增压泵。这种发明原理可适用于不同于型号内燃机，根据功率大小可加装多个电瓶或多个同类装置的电解槽并连送气输入电流。

当电源开关打开时氢气即刻产生发动机同时起动，氧气即刻助燃，开关关闭整个电离即刻停止。如消耗KOH浓度为1.5%左右时液体20ML可产生氢气44升，氧气为22升，电压几乎不变，电机可随时充电，当内燃机发生顷斜碰翻车时ECU自动断电，整个发动机系统停止工作。

因此，本发明具有如下优点：冲出“油氧不能共混”禁区，利用“水火同源”的全新理念开拓出人类成本最低的用电解水作燃料的内燃机装置，为人类免遭战乱，环境污染，化石级能源枯竭后的替代储备留下空间。其基本发明原理可利用储灌运用到飞行器中,为人类可持续发展打下基础，今后几十年内方显出它的巨大价值，也是中华民族对人类当务之急的贡献。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，电解槽1、电解槽主盖1.1、阴极石墨电极2、阳极钛合金电极3、阴极套筒4、阳极套筒4.1、电解液高度传杆器5、进液管6、带排气小孔的进液管6.1、阴极套管螺帽6.2、阳极套筒螺帽6.3、带排气阀的密封帽6.4、单向排气孔（6.5）、氢氧化钾电解液7、电解槽保护罩8、氢气输气管9、氧气输送管9.1、电源起动开关10、车载电瓶11、阴极与电源负极连接螺钉12、阳极与正极电源连接螺钉13、中央控制器ECU14、倾倒断电传感器15、氢气输送单向阀16、氧气输送单向阀16.1、脚踏复合节气门式电流调节器17、密封垫18、氢燃料增压泵19、电极安全隔板20、节气门21、电喷器22、报警器23。

实施例：

首先，简介一下本发明的内容结构：包括电解槽1，总启开关10、脚踏复合节气门式电流调器17和控制传杆件；通过电解槽1内设有阴极石墨电极2，阳极钛合金电极3，在阴极石墨电极2上有阴极套筒4，通过氢气输送管9，其中有单向阀16和氢燃料增压泵19把氢气（H₂）送入汽车电喷器22；增压泵19的压力大小受控于ECU14，另在电解槽1右边有一阳极钛合金电极3上有阳极套筒4.1，用阳极套筒螺帽6.3固定在电解槽1上部电解槽主盖1.1，并连接氧气输送管9.1，

其中有氧气输送单向阀16.1可把产生的氧气直接输送到前节气门21前，电解槽1下部有电极安全隔板20，在其隔板上有一电解液高度传杆器5，当电解液低于电极安全隔板20时中央控制器ECU14会及时通过报警器23报警，可打开进液管6上带排气阀的密封冒6.4把氢氧化钾电解液7倒入电解槽1，为了防止电解槽1内漏气，在进液管上18上开有一小孔6.1，并在密封帽6.4上安装一单向排气孔6.5防止电解槽带气压。车载电瓶11上有正极连接总启开关10并连到脚踏复合节气门式电流调节器17当电流调节器加大时节气门21同样开大，此时根据法拉第定律电解出的物质和电流成正比，即产生的氧气和氢气也在增多，反之减少。

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、电解槽主盖1.1、阴极石墨电极2、阳极钛合金电极3、阴极套筒4、阳极套筒4.1、电解液高度传杆器5、进液管6、带排气小孔的进液管6.1、阴极套管螺帽6.2、阳极套筒螺帽6.3、带排气阀的密封帽6.4、单向排气孔6.5、氢氧化钾电解液7、电解槽保护罩8、氢气输气管9、氧气输送管9.1、电源起动开关10、车载电瓶11、阴极与电源负极连接螺钉12、阳极与正极电源连接螺钉13、中央控制器ECU14、倾倒断电传感器15、氢气输送单向阀16、氧气输送单向阀16.1、脚踏复合节气门式电流调节器17、密封垫18、氢燃料增压泵19、电极安全隔板20、节气门21、电喷器22、报警器23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

1.一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置，其特征在于，包括:

一电解槽⑴：用于将水电解分离出氧气和氢气，所述电解槽⑴内设有阴极电解组件、阳极电解组件、以及设置阴极电解组件和阳极电解组件之间的电解液进液组件；所述阴极电解组件以及阳极电解组件始终浸泡在电解槽⑴内的氢氧化钾电解液（7）中；

一车载电瓶（11）：用于给电解槽⑴的阴极电解组件以及阳极电解组件供电，所述车载电瓶（11）正极接阳极电解组件，负极接阴极电解组件；原内燃机被充电功能不变；

两个输送管道：分别为氢气输送管⑼和氧气输送管（9.1），所述氢气输送管⑼将电解后产生的氢气输送入汽车电喷器(22)；所述氧气输送管（9.1）上是由一个氧气输送单向阀（16.1），并能够将电解后产生的氧气直接输送到前节气门（21）前；

一个ECU：用于监控电解槽⑴内的电解液液面高度，当电解液低于设定时中央控制器ECU⒁及时通过报警器（23）报警；也用于控制设置的氢气输送管⑼上增压泵⒆的增压值；

一总启开关⑽：与车载电瓶（11）、阴极电解组件、阳极电解组件构成一控制回路，所述车载电瓶（11）上有正极连接总启开关（10）且并联一脚踏复合节气门式电流调节器（17），当电流调节器加大时节气门（21）同样开大，产生的氧气和氢气也在增多，反之减少。

2.根据权利要求1所述的一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置，其特征在于，所述阴极电解组件包括阴极石墨电极⑵，在阴极石墨电极⑵上有阴极套筒⑷，所述阴极套筒⑷出口与氢气输送管⑼的进口连通，并通过阴极套管螺帽（6.2）固定在电解槽（1）上；所述阳极电解组件包括阳极钛合金电极⑶，所述阳极钛合金电极⑶上有阳极套筒（4.1），并通过阳极套筒螺帽（6.3）固定在电解槽（1）上部，所述阳极套筒（4.1）出口与氧气输送管（9.1）的进口连通。

3.根据权利要求1所述的一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置，其特征在于，所述电解液进液组件包括进液管（6），通过进液管（6）上的进液密封帽（6.4）把氢氧化钾电解液（7）倒入电解槽（1），在进液管上（18）上开有一防止电解槽（1）内漏气的小孔（6.1），进液密封帽（6.4）上安装一单向排气孔（6.5）防止电解槽带气压。

4.根据权利要求1所述的一种双套筒式电极用水作燃料的内燃机装置，其特征在于，所述电解槽（1）下部有电极安全隔板（20），在其隔板上有一电解液高度传杆器（5），当电解液低于电极安全隔板（20）时中央控制器ECU⒁会及时通过报警器（23）报警。