CN106460205A - 氢氧发生器和用于产生氢氧气体的方法 - Google Patents

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Abstract

氢氧发生器包括由被气密密封的壳体覆盖的多个电解池(1)组成的电解槽。每个电解池(1)包括室(2)，形成其中容纳多个交替的阳极(4.2)和阴极(4.1)的电解浴，金属筛网(5)安装在电极(4)之间。电极(4)串联连接到DC源，并且室(2)的电解浴经由溢流道(6)互连。在壳体的上端中，形成连接到电解质储存器(8)的用于为电解池(1)充入电解质的入口(7)，以及用于从电解池(1)排出生成的氢氧气体的至少一个出口(12.1)。氢氧发生器具有用于控制和管理电解过程的参数的微处理器模块(9)。

Description

氢氧发生器和用于产生氢氧气体的方法
技术领域
本发明涉及用来提高内燃机，尤其是使用汽油、柴油和天然气的引擎，以及固定燃烧设施的效率的氢氧发生器和用于产生氢氧气体的方法。
背景技术
已知在内燃机中燃烧烃燃料时废气包含有害的排放物，诸如一氧化碳、未燃烧的烃、氮氧化物、硫氧化物和炭黑。努力的目的在于更完全的燃烧，从而导致减少的有害排放物和燃料消耗，其结果是提高的内燃机的效率。
上述问题的解决方案之一是使用氢氧发生器，其中通过电解水产生氢和氧，并且生成的氢氧气体(HHO气体)被添加到内燃机的燃料中。氢和氧的进一步添加导致基于烃的燃料的更完全燃烧，其结果是减少的有害排放物和提高的内燃机的效率。
已知有描述氢氧发生器的各种专利出版物。例如，BG 1515 U1公开了一种包括电解槽的氢氧发生器，该电解槽包括至少三个电解池，每个电解池由室组成，电极位于室中并连接到直流电流源，金属筛网被安装在电极之间。在每个电解池中，形成用于充入电解质的入口和用于排出生成的氢氧气体的出口，电解池经由溢流道彼此连接。
这种已知的发生器没有提供对电解池中的电压的控制和稳定。
WO 2007/133174A1公开了一种用于通过电解水来生成氢和氧的可变输出以补充内燃机中的烃燃料的系统，该系统包括：在电解质连通中的多个电解反应器，每个反应器包括：(i)部分地填充有电解质溶液的密封阴极室；和(ii)至少部分地浸在溶液中并与室电隔离的阳极；与其中至少一个反应器电解质连通的储存器；用于维持反应器中的溶液液位的液位控制装置；用于将氧和氢产物从反应器引导到引擎的导管；用于转移来自反应器的热量的冷却系统；以及用于响应于引擎需求而激励一个或多个反应器的电势源。
在WO 2007/133174A1中描述的系统没有提供在电解池的电极之间流动的寄生电流的消除。在电解过程中，电解质温度升高，因为被阴极和阳极覆盖的工作表面相对于馈送的电流流较小，这导致更大的功率消耗。而且，这种已知的发生器没有提供对各个电解池中的电压的控制和稳定，从而导致生成的氢氧气体的量的减少。这些缺陷降低了发生器的效率。
发明内容
本发明的目标是提供氢氧发生器和用于产生氢氧气体的方法，借此避免寄生电流在电解池中的电极之间出现。
本发明的另一个目标是提供对电解池中的电压的控制和稳定，同时产生更大量的氢氧气体。
根据本发明的氢氧发生器包括由被气密密封的壳体覆盖的多个电解池组成的电解槽。每个电解池由室组成，从而形成其中容纳多个交替的阳极和阴极的电解浴，在这些阳极和阴极之间，金属筛网安装在电极旁边。电解池中的电极与直流电流源串联连接。室的电解浴通过由绝缘材料制成的溢流道互连，溢流道水平地布置在室中的阴极和阳极的液位上方。在壳体的上部中形成与电解质储存器连接的用于充入电解质的开口，以及至少一个用于从电解池中排出生成的氢氧气体的出口。氢氧发生器配备有用于监视电解池中电解质液位的传感器和用于监视电解质温度的传感器。还提供了从电解池去除热量的冷却系统。氢氧发生器具有微处理器模块，用于控制和管理室中的电解质液位、电压的稳定性、电解质温度、电解池的换向、电解质从储存器到室的供应、所产生的氢氧气体的量、气体向引擎或燃烧室的供应的调节，以及在超过预设参数的情况下自动停止氢氧发生器。
金属筛网是矩形金属板，在其上端和下端形成开口，以分别使生成的氢氧气体和电解质通过金属筛网。
在本发明的一个实施例中，电极的工作表面是8cm2至12cm2。
在本发明的另一个实施例中，用于从电解池中排出生成的氢氧气体的出口具有2至3mm的直径。
本发明的目标还通过应用通过在氢氧发生器中水的电化学分解产生氢氧气体的方法来实现，氢氧发生器包括：包括多个电解池的电解槽，每个电解池由室组成，从而形成其中容纳有多个交替的阳极和阴极的电解浴，在阳极和阴极之间安装有金属筛网；电解池的电解浴填充有电解质并通过溢流道彼此连接，以便形成在所有电解池中具有相同液位的共用电解浴；电解池的电极与直流电流源串联连接；氢氧发生器具有微处理器模块；该方法包括：
以45mA/cm2至55mA/cm2的电流密度执行水的电化学分解；
通过在电解槽的上部中形成的至少一个出口抽吸生成的氧和氢的气体混合物；
在电解过程中冷却电解池；
通过微处理器模块执行以下操作：
(a)在达到预设电压值时起动氢氧发生器；
(b)控制电解池中的电压并通过改变供给电解池的电压的频率占空比来稳定电压；
(c)当电压下降时中断氢氧发生器的操作；
(d)控制系统中的电流，并且在达到预设值时中断向电解池供应电压；自动调节跨系统的电流，稳定是通过供给其中一个电解池的电压的脉冲和宽度调制并且通过跨系统的电流流的持续监视执行的；
(e)对于将跨电解池的电流增加超过预设值生成报警信号；
(f)通过传感器控制电解池中的电解质的温度，并且在达到预设值时中断对电解池的电力供应；对于高温生成报警信号；
(g)控制和管理电解池的换向；
(h)通过传感器控制电解质液位，并且在达到预设的最小液位时中断对电解池的电力供应；对于低液位生成报警信号；
(i)控制电解质充入，以便在达到预设液位时补充电解浴；
(j)控制所产生的氢氧气体的量，并且调节氢氧气体向引擎或燃烧室的供应；
(k)读取氢氧发生器的工作时间，将这个值存储在非易失性存储器中，并且在达到预设值时发出进行电解质更换的信号。
根据本发明的氢氧发生器和用于产生氢氧气体的方法的优点如下：金属筛网在每个电解池中的使用防止寄生电流在电极之间的流动，这允许使用多个电解池并在每个电解池中使用多个电极并且增加电力供应，而没有升高电解质的温度的风险。电极工作表面相对于所供应的功率较大，这一方面导致更低的功率消耗，另一方面导致所产生的氢氧气体的量的增加。单个电解池中的电压和功率的控制和稳定采用氢氧发生器的最佳有效模式，而不影响和抑制内燃机的板供应(board supply)。结果是，与已知的发生器相比，根据本发明的氢氧发生器的提高的效率。
附图说明
图1是前视图中根据本发明的氢氧发生器的示意图。
图2是俯视图中氢氧发生器的12个电解池的示意图。
具体实施方式
在图1和图2中示意性示出的氢氧发生器是由12个电解池1组成的电解槽，其被分组为两个模块3.A和3.B，在它们之间放置绝缘板17。3.A和3.B模块中的每一个由六个电解池1组成，布置成一行在另一行后面–每行中有三个电解池。所有电解池1都被气密密封的壳体(图中未示出)紧密地覆盖。每个电解池1包括一个室2，形成其中容纳十三个电极4的电解浴–七个阳极4.2和六个阴极4.1，不锈钢的金属筛网5安装在电极4之间。电解池1的电极4是由不锈钢或镍或镍合金制成的板，并且每个电极具有10cm2的工作表面。电极4通过供电点16串联连接到具有12V电源的DC源。每个室2的电解浴通过溢流道6连接到相邻室的电解浴，溢流道6由绝缘材料制成，水平地布置在室2中的阴极和阳极的液位上方。在绝缘板17中，溢流道(图中未示出)还被设计为连接到模块3.A和3.B的电解池1。在气密密封壳体的上壁中，形成用于给电解池充入电解质的入口7，并且入口7经由泵10和管道11连接到储存器8。提供了由绝缘材料制成的用于将生成的氢氧气体从一个室传递到另一个室的柔性管状元件13，用于从电解池排出生成的氢氧气体的出口12.2和共用出口12.1。氢氧发生器配备有风扇(未示出)，以从电解池1去除热量，它放在氢氧发生器主体下方，并且具有用于读取电解质液位的传感器14，以及监视电解质的温度的传感器15。电解池容纳在由绝缘材料制成的盒子19中。
在另一个实施例中(图中未示出)，意欲用于具有26.7V电源电池的重型卡车的根据本发明的氢氧发生器由24个电解池组成，并且电极的总数为312。
氢氧发生器具有微处理器模块9，用于控制和管理室2中的电解质液位、电压和电流强度的稳定性、电解质温度、电解池1的换向、用于将电解质从储存器8供应到室的泵、所生成的氢氧气体的量以及电力供应到引擎或具有其的燃烧室的调节，以及在超过预设参数的情况下发生器运行的自动中断。
在这个实施例中，微处理器模块9是具有两个独立退出口的数字控制PWM发生器，向两个模块3.A和3.B提供电力，并且配备有四行字母数字LCD显示器。
氢氧发生器运行如下。在启动之前，发生器的电解池1用电解质填充到既定的液位。电解质包括含有2-10％氢氧化钾(KOH)的水。取决于内燃机的供电电池和55A的电流强度，电解在12.8V或26.7V的电源电压下执行。由于阴极4.1上的水分解，释放出氧，在阳极4.2上是释放出氢。这些气体进入电解质上方的空间，并且生成的氢氧气体混合物(HHO气体)通过出口12.1被抽吸并与供应给内燃机的进气混合。退出口出口12.1的尺寸小于3mm，以防止寄生电流流过其。
除了PWM信号的操作之外，微处理器模块9还执行以下软件设置的功能：
-在达到预设值(12.8V或26.7V，取决于内燃机电池)时控制电压并起动氢氧发生器的操作。这种启动以可以设置在1秒和5分钟之间的范围内的延迟来执行。通过供给电解池的电压的频率占空比的交替，执行电压的稳定。
-当电压降至低于预设值(12.6V或26.4V)时，中断氢氧发生器的操作。在两个值之间引入差异(滞后)，从而提供稳定的操作和值交替的可能性。
-控制系统中的电流流，并且在达到预设值(80A)时中断对电解池1的电力供应；流经过电解池1的电流的增加时生成报警信号；测量流经电解池1的电流并计算由系统消耗的平均功率。这个信息将永久显示。自动调节和稳定系统中的电流流，稳定是通过对供给其中一个电解池的电压的宽度和脉冲调制以及通过整个系统中的电流的连续监视来执行的。稳定的精度低于5％；最大稳定电流为80A；将跨电解池的电流增加超过预设值时生成报警信号；
-经由传感器15控制电解池1中的电解质的温度，并且在达到预设值(55℃)时中断对电解池的电力供应；高温时生成报警信号；
-通过传感器14控制电解质液位，并且在达到预设的最低液位时中断对电解池1的电力供应；低液位时生成报警信号。
-在达到预设液位时运行泵10，以便给电解池1补充电解质。在达到最大液位时关闭泵10；两个液位都由浸在电解质中的传感器14的位置确定。
-读取发生器的工作时间并将这个值存储在非易失性存储器中。这个信息只能在服务模式下被读取。在达到预设值时，显示关于电解质更换的信息。这个消息仅在服务模式下被去除。
-作为时间的函数保存在非易失性存储器中的数据库存储以下信息：读取的日期和时间；供给系统的电压；流经电解池的电流；电解质温度。
-瞬时操作模式、测量值、报警事件和其它参数在显示器上被可视化。
多个电解池以及每个电解池中多个电极的采用允许氢氧发生器在更高的电压下操作，同时防止电极之间寄生电流的流动。这导致生成的氢氧气体的量的增加并且提高了氢氧发生器的效率。
向在内燃机中使用的燃料添加氢氧气体导致燃料的更完全燃烧，从而显著减少有害排放物的量并提高用汽油、柴油或天然气作为燃料的引擎的效率。
根据本发明的氢氧发生器可以应用在工业中使用的各种燃烧设施中。上面的实施例不限制本发明。本领域技术人员将认识到，在权利要求的范围内，可以存在根据本发明的氢氧发生器和用于获得氢氧气体的方法的其它实施例。

Claims (5)

1.一种氢氧发生器，其特征在于，所述发生器包括由被气密密封的壳体覆盖的多个电解池(1)组成的电解槽，每个电解池(1)包括室(2)，从而形成其中容纳多个交替的阳极(4.2)和阴极(4.1)的电解浴，金属筛网(5)安装在电极(4)之间并与电极(4)并排，其中电解池(1)中的电极(4)与直流电流源串联连接，并且室(2)的电解浴通过由绝缘材料制成的溢流道(6)互连，溢流道(6)水平地布置在阴极(4.1)和阳极(4.2)的液位上方；在壳体的上部形成与电解质储存器(8)连接的用于给电解池(1)充入电解质的开口(7)以及用于从电解池(1)排出生成的氢氧气体的至少一个出口(12.1)；氢氧发生器配备有用于监视电解池中的电解质液位的传感器和用于监视电解质温度的传感器，以及用于从电解池(1)去除热量的冷却系统，并且氢氧发生器具有微处理器模块(9)，用于控制和管理室中的电解质液位、电压的稳定性、电解质温度、电解池的换向、电解质从储存器到室的供应、所产生的氢氧气体的量和氢氧气体向引擎或燃烧室的供应的调节，以及在超过预设参数时发生器运行的自动停止。
2.如权利要求1所述的氢氧发生器，其特征在于，金属筛网(5)是矩形金属板，在其上端和下端形成开口，以便分别让生成的氢氧气体和电解质通过金属筛网。
3.如权利要求1所述的氢氧发生器，其特征在于，电极(4)的工作表面是8cm2至12cm2。
4.如权利要求1所述的氢氧发生器，其特征在于，用于从电解池(1)排出生成的氢氧气体的出口具有2mm至3mm的直径。
5.一种用于通过水的电化学分解产生氢氧气体的方法，其特征在于，水的电化学分解在氢氧发生器中执行，氢氧发生器包括电解槽，电解槽包括多个电解池，每个电解池(1)由室(2)组成，从而形成其中容纳多个交替的阳极(4.2)和阴极(4.1)的电解浴，在阳极和阴极之间安装金属筛网(5)，在那里电解池(1)的电解浴用电解质填充并且通过溢流道(6)彼此连接，以便形成在所有电解池(1)中具有相同液位的共用电解浴，电解池(1)的电极(4)与直流电流源串联连接，并且微处理器模块(9)安装到氢氧发生器，该方法包括：
以45mA/cm2至55mA/cm2的电流密度执行水的电化学分解，
通过在电解槽的上部中形成的至少一个出口(12.1)抽吸生成的的氧和氢的气体混合物，
在电解过程中冷却电解池，
通过微处理器模块(9)执行以下操作：
(a)在达到预设电压值时起动氢氧发生器；
(b)控制电解池(1)中的电压并通过改变供给电解池的电压的频率占空比来稳定电压；
(c)当电压下降时中断氢氧发生器的操作；
(d)控制系统中的电流，并且在达到预设值时中断向电解池供应电压；自动调节跨系统的电流，稳定是通过供给其中一个电解池的电压的脉冲和宽度调制并且通过跨系统的电流的持续监视执行的；
(e)用于跨电解池的电流增加超过预设值时生成报警信号；
(f)通过传感器控制电解池中的电解质的温度，并且在达到预设值时中断对电解池的电力供应；高温时生成报警信号；
(g)控制和管理电解池的换向；
(h)通过传感器控制电解质液位，并且在达到预设的最小液位时中断对电解池的电力供应；低液位时生成报警信号；
(i)控制电解质的电量，以便在达到预设液位时补充电解浴；
(j)控制所产生的氢氧气体的量，并且调节氢氧气体向引擎或燃烧室的供应；
(k)读取氢氧发生器的工作时间，将这个值存储在非易失性存储器中，并且在达到预设值时发出进行电解质更换的信号。
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