CN107044363A - 一种汽车氢氧节油器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车氢氧节油器及其控制方法，其结构包括：壳体、反应壶及过滤壶，其中所述壳体结构包括下壳、中框及顶盖，其中中框扣合在下壳的顶部，顶盖通过铰链安装在中框的顶部，同时壳体内设置有保护控制装置电器部分的密封盖；所述反应壶安装在下壳的内部，过滤壶安装至中框的顶部。本发明提出了一种适合车载使用的制氢、制氧系统，实现了氢气、氧气的随车制取，氢气、氧气通入发动机后，改善缸内燃烧，提高发动机功率，降低燃油消耗率，达到了节油的效果，同时减少尾气中有害气体。该系统还具有体积小，重量轻，效率高、成本低、易操控的优点。

Description

一种汽车氢氧节油器及其控制方法

技术领域

本发明涉及车载制氢制氧节油环保装置技术领域，具体涉及一种汽车氢氧节油器及其控制方法。

背景技术

随着世界石油资源日益枯竭和汽车尾气污染问题日益严重，提高内燃机热效率、降低有害气体排放，使内燃机燃料高效清洁的燃烧成为了当今内燃机发展所需解决的重要问题之一；清洁能源的研究使用成为一种新的发展趋势。氢气的快速燃烧和大量放热会导致燃烧室温度较之汽油大幅提高，可以改善CH, CO的排放。氢气宽广的燃烧界限和较低的点火能量也使得混氢内燃机可以在稀薄燃烧模式下运行，从而进一步改善内燃机经济与排放性能。而氧气又是其最为理想的助燃剂之一，在内燃机上采用富氧空气可以有效促进燃料充分、快速的燃烧，进而降低内燃机油耗率及有害排放。由于目前制氢、制氧、储氢、储氧的成本较高和相关基础设施较少，使氢及氢内燃机汽车难以短时间内大面积推广。

目前对于氢气的制取方式主要有化石能源制氢、生物质制氢及电解水制氢三种方式；其中化石能源制氢应用最为很广，但其工艺复杂、设备庞大、化石能源储备有限，且制氢过程会产生CO、CO2及其他有害物，污染环境；生物质制氢在美国、瑞典、奥地利等发达国家已经是非常成熟的技术，但其设备庞大、制氢速度缓慢，生产过程难以控制，同样不适于车载设备使用；电解水制氢，是通过利用太阳能、风能、水能等可再生能源发电电解水，同时制取氢气与氧气，制取过程实现零排放无污染，对于电解水制氢在车载设备中的应用，可利用汽车发电机产生的多余电量，最大程度发挥电池性能，非常适合车载设备使用。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供提供一种低排放环保车载制氢制氧装置，其设备的体积小，耗电相对较低，适合在车辆上安装，而以车载蓄电池为电源实现了氢气、氧气的随车制取，随制随用。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种汽车氢氧节油器，其结构包括：壳体、反应壶及过滤壶，其中所述壳体结构包括下壳、中框及顶盖，其中中框扣合在下壳的顶部，顶盖通过铰链安装在中框的顶部，同时壳体内设置有保护控制装置电器部分的密封盖；所述反应壶安装在下壳的内部，过滤壶安装至中框的顶部。

所述反应壶，结构包括：壶体与壶盖，所述壶盖上设有电解液加入口，盖扣合在壶体的顶部；其中壶盖上设有出气孔，出气孔通过气动管路与过滤壶相连，出气孔底部设有防止水进入出气孔的过滤器；所述壶盖上设有液位传感器和压力传感器，通过线路与可编程逻辑控制器相连；所述壶体内设有极板组，所述极板组包括依次平行排列的六个极板和五个夹在各个所述极板之间的隔板；所述壶体内设有四个平行排列的壶内隔板，通过壶内隔板将壶体和极板组分为相互独立的五个反应室；所述极板组通过接线柱、接线柱与可编程控制器的正负极分别相连。此技术方案的反应壶内的极板组由依次平行排列的六个极板和五个隔板组成，主要是为了解决在汽车自有的低压电源下反应壶内极板与电解液接触不充分、电解能力弱的问题。这种结构的极板组具有易于加工安装，能耗低，电解效率高，工作寿命长，工作状态稳定的优点。

所述过滤壶，包括一级过滤壶、二级过滤壶及三级过滤壶，各级过滤壶中壶盖与壶体上下对应，且通过螺纹旋合在一起；其中，一级壶盖、二级壶盖、三级壶盖的顶部由顶连板依次固定；所述二级壶盖下方的壶体内装有过滤水；所述一级壶盖顶部设有进气孔，侧面设有出气孔；所述二级壶盖侧面设有进气孔，顶部设有出气孔；所述三级壶盖顶部设有进气孔，侧面设有出气孔；一级壶盖的进气孔上部通过气动管路与反应壶相连，一级壶盖的出气孔外部通过直通管与二级壶盖的进气孔外部相连，二级壶盖的出气孔上部通过弯通管与三级壶盖的进气孔上部相连，三级壶盖的出气孔外部通过气动管路与发动机进气口相连；所述气动管路与发动机进气口相连处设有防止回火的回火阀；所述一级壶盖的进气孔下部设有控制倒吸水位的过滤直管，出气孔内部设有排出倒吸水的内直管；所述二级壶盖的进气孔内部设有内直管，所述内直管下部低于过滤水液面，用于过滤经过的气体；所述三级壶盖进气孔下部设有用于倒吸水的过滤直管，出气孔内部设有过滤水蒸气的过滤器。

此外，一种汽车氢氧节油器，还包括控制装置，所述控制装置包括：可编程逻辑控制器、显示控制器、液位传感器、压力传感器、温度传感器、电源开关及蜂鸣器；所述可编程逻辑控制器通过线路与车载蓄电池相连，用于汽车氢氧节油器供电，可编程逻辑控制器通过线路与点火开关相连，用于控制汽车氢氧节油器启停；所述可编程逻辑控制器通过线路与极板组相连，控制汽车氢氧节油器的产气速度；所述液位传感器安装在反应壶顶部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，用于检测反应壶内液位高低；所述压力传感器安装在反应壶顶部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，用于检测反应壶内压力大小；所述温度传感器安装在反应壶底部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，用于检测反应壶的温度；所述蜂鸣器安装在下壳内部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，用于汽车氢氧节油器工作异常时发出蜂鸣声报警；所述显示控制器独立安装于驾驶室仪表盘上，通过线路与可编程逻辑控制器、油门踏板总成连接，用于控制汽车氢氧节油器的工作参数，显示汽车氢氧节油器的工作状态，控制油门踏板总成的工作状态；所述电源开关安装在中框顶部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，是用于控制汽车氢氧节油器工作的总开关。此技术方案中，当汽车氢氧节油器处于以下任意一种工况：工作温度达到60℃、工作压力达到130kPa、反应壶内电解水少于1.5L时，可编程逻辑控制器控制接线柱断开输入电源，停止向汽车氢氧节油器供电，汽车氢氧节油器立即停止产气，同时可编程逻辑控制器发出指令，蜂鸣器发出警报声，显示控制器的显示屏上显示相应警报界面。此技术方案实现了汽车氢氧节油器的自动运行，自动控制，自动报，进一步提高了汽车氢氧节油器的自动化程度和安全度。

一种低排放环保车载制氢制氧装置的控制方法，具体步骤如下：首次使用汽车氢氧节油器时，通过显示控制器对可编程逻辑控制器输入基本工作参数，针对不同车型调试汽车氢氧节油器的基本工作参数可最大程度发挥汽车氢氧节油器的功用，提升车辆经济与排放性能。车辆启动时，可编程逻辑控制器收到点火开关的启动信号，车载蓄电池向汽车氢氧节油器供电；电流经过可编程逻辑控制器调节之后输入到反应壶内极板组上，极板组与电解水发生电解反应，电解出氢气氧气的混合气；混合气经过过滤器进入过滤壶，通过过滤壶内的过滤水和过滤器除去杂质后，混合气通过管路进入内燃机，参与内燃机燃烧做功过程；反应壶上的温度传感器、压力传感器、液位传感器实时向可编程逻辑控制器反馈信号，可编程逻辑控制器通过安装在驾驶室内的显示控制器向驾驶员实时显示汽车氢氧节油器的工作状态；显示控制器根据可编程控制器的反馈参数，控制油门踏板总成的工作状态，调整内燃机喷油量，使内燃机与汽车氢氧节油器协同工作在最佳状态，提升车辆经济与排放性能，显示控制器同时还有包括运动模式、舒适模式等多种行车模式供驾驶员选择，最大程度满足驾驶员的用车要求；当车辆熄火时，可编程逻辑控制器收到点火开关的停止信号，车载蓄电池停止供电，汽车氢氧节油器停止工作。汽车氢氧节油器工作过程中，当温度传感器、压力传感器、液位传感器检测到汽车氢氧节油器工作状态异常时，可编程逻辑控制器发出指令，汽车氢氧节油器停止产气，蜂鸣器发出警报声，显示控制器的显示屏上显示相应警报界面。汽车氢氧节油器还设有电源开关，在不使用或需要紧急停止汽车氢氧节油器时关闭开关即可，通常电源开关为常开状态。本控制方法使汽车氢氧节油器与不同型号的车辆实现了高度的匹配性、智能性和安全性。

此技术方案，一方面利用过滤水过滤气体，另一方面采用过滤器过滤气体，所产生的气体杂质少。同时由于反应壶内极板组工作时放热，反应壶内液体和气体温度相对较高，会加速反应壶内水的蒸发，蒸发的水蒸气进入过滤壶中冷却，导致过滤壶内有冷凝水产生，而停止工作一段时间后反应壶内液体气体冷却，由于热胀冷缩的原理，反应壶内压力减小，会造成过滤壶内的过滤水吸入反应壶。此技术方案中一级壶盖中的过滤直管、二级壶盖中内直管、三级壶盖中的过滤直管在反应壶发生倒吸时，起到回收冷凝水的作用，而倒吸发生时，过滤壶中的过滤水也会发生倒吸，一级壶盖中的过滤直管下表面距离其下的壶体底部留有空位，此空位使水不会完全吸入反应壶，在下次反应壶开始工作时，反应壶内气压升高，留在一级壶盖下壶体中的水被压入二级壶盖下壶体中，保证了过滤水的水位。故此技术方案保证了过滤壶中冷凝水的回收，防止了过滤壶中过滤水的倒吸，使过滤壶中的水量维持在一个较为稳定合理的范围，提高了电解水的利用率，延长了使用时间。此技术方案，气动管路与发动机进气口相连处设有的回火阀，有效防止回火至反应壶，提高了设备的安全性。

本发明的有益效果是：提出了一种适合车载使用的制氢、制氧系统，该车载制氢制氧系统利用车载蓄电池的电能实现了氢气、氧气的随车制取，氢气、氧气通入发动机后，改善缸内燃烧，提高发动机功率，降低燃油消耗率，达到了节油的效果，同时减少尾气中有害气体。该系统还具有体积小，重量轻，效率高、成本低、易操控的优点。

附图说明

图1是本发明汽车氢氧节油器的结构示意图。

图2是本发明汽车氢氧节油器的外形示意图。

图3是本发明汽车氢氧节油器的反应壶结构示意图。

图4是本发明汽车氢氧节油器的过滤壶结构示意图。

其中：1、壳体；2、下壳；3、中框；4、顶盖；5、反应壶；6、壶盖；7、壶体；8、壶口盖；9、极板组；10、接线柱；11、接线柱；12、极板；13、极板；14、极板；15、隔板；16、壶内隔板；17、液位传感器；18、过滤器；19、压力传感器；20、过滤壶；21、顶连板；22、一级壶盖；23、二级壶盖；24、三级壶盖；25、内直管；26、壶体；27、直通管；28、弯通管；29、过滤器；30、过滤直管；31、过滤直管；32、密封盖；33、蜂鸣器；34、可编程逻辑控制器；35、气动管路；36、气动管路；37、电源开关；38、温度传感器；39、显示控制器。

具体实施方案

一种汽车氢氧节油器，包括壳体1、反应壶5、过滤壶20，所述壳体1包括下壳2和扣合在所述下壳2顶部的中框3和通过铰链安装在所述中框3顶部的顶盖4；所述壳体1内设有保护控制装置电器部分的密封盖32；所述反应壶5安装在下壳2内部；所述过滤壶20安装在中框3顶部。

所述反应壶5包括壶体7和扣合在所述壶体7顶部的壶盖6；所述壶盖6上设有电解液加入口，电解液加入口上设有壶口盖8；所述电解液为10-30%的氢氧化钾水溶液；所述壶盖6上设有出气孔，出气孔通过气动管路35与过滤壶20相连，出气孔底部设有防止水进入出气孔的过滤器18；所述壶盖6上设有液位传感器17和压力传感器19，通过线路与可编程逻辑控制器34相连；所述壶体7内设有极板组9，所述极板组9包括依次平行排列的极板14、四个极板12、极板13和五个夹在各个所述极板14、极板12、极板13之间的隔板15；所述壶体7内设有四个平行排列的壶内隔板16，通过壶内隔板16将壶体7和极板组9分为相互独立的五个反应室；所述极板组9通过接线柱10、接线柱11与可编程控制器34的正负极分别相连。在一般情况下，在使用车载蓄电池电源12V-24V标准电压情况下，反应壶的运行温度在30℃-50℃时，极板之间的距离在2mm时电解效果最好。

所述过滤壶20包括：一级壶盖22、二级壶盖23、三级壶盖24和通过螺纹旋合在所述一级壶盖22、二级壶盖23、三级壶盖24下方的三个壶体26；所述一级壶盖22、二级壶盖23、三级壶盖24顶部由顶连板21依次固定；所述二级壶盖23下方的壶体26内装有过滤水；所述一级壶盖22顶部设有进气孔，侧面设有出气孔；所述二级壶盖23侧面设有进气孔，顶部设有出气孔；所述三级壶盖24顶部设有进气孔，侧面设有出气孔；一级壶盖22的进气孔上部通过气动管路35与反应壶5相连，一级壶盖22的出气孔外部通过直通管27与二级壶盖23的进气孔外部相连，二级壶盖23的出气孔上部通过弯通管28与三级壶盖24的进气孔上部相连，三级壶盖24的出气孔外部通过气动管路36与发动机进气口相连；所述气动管路36与发动机进气口相连处设有防止回火的回火阀；所述一级壶盖22的进气孔下部设有控制倒吸水位的过滤直管31，出气孔内部设有排出倒吸水的内直管25；所述二级壶盖23的进气孔内部设有内直管25，所述内直管25下部低于过滤水液面，用于过滤经过的气体；所述三级壶盖24进气孔下部设有用于倒吸水的过滤直管30，出气孔内部设有过滤水蒸气的过滤器29。

所述一种汽车氢氧节油器还包括控制装置，所述控制装置包括可编程逻辑控制器34、显示控制器39、液位传感器17、压力传感器19、温度传感器38、电源开关37、蜂鸣器33；所述可编程逻辑控制器34通过线路与车载蓄电池相连，用于汽车氢氧节油器供电，可编程逻辑控制器34通过线路与点火开关相连，用于控制汽车氢氧节油器启停；所述可编程逻辑控制器34通过线路与极板组9相连，控制汽车氢氧节油器的产气速度；所述液位传感器17安装在反应壶5顶部，通过线路与可编程逻辑控制器34相连，用于检测反应壶5内液位高低；所述压力传感器19安装在反应壶5顶部，通过线路与可编程逻辑控34制器相连，用于检测反应壶5内压力大小；所述温度传感器38安装在反应壶5底部，通过线路与可编程逻辑控制器34相连，用于检测反应壶5的温度；所述蜂鸣器33安装在下壳2内部，通过线路与可编程逻辑控制器34相连，用于汽车氢氧节油器工作异常时发出蜂鸣声报警；所述显示控制器39独立安装于驾驶室仪表盘上，通过线路与可编程逻辑控制器34、油门踏板总成连接，用于控制汽车氢氧节油器的工作参数，显示汽车氢氧节油器的工作状态，控制油门踏板总成的工作状态；所述电源开关37安装在中框3顶部，通过线路与可编程逻辑控制器34相连，是用于控制汽车氢氧节油器工作的总开关。

Claims (4)

1.一种汽车氢氧节油器，结构包括：壳体、反应壶及过滤壶，其中所述壳体结构包括下壳、中框及顶盖，其中中框扣合在下壳的顶部，顶盖通过铰链安装在中框的顶部，同时壳体内设置有保护控制装置电器部分的密封盖；所述反应壶安装在下壳的内部，过滤壶安装至中框的顶部；其特征在于：

所述反应壶结构包括：壶体与壶盖；所述壶盖上设有电解液加入口，扣合在壶体的顶部；其中壶盖上设有出气孔，出气孔通过气动管路与过滤壶相连，出气孔底部设有防止水进入出气孔的过滤器；所述壶体内设有极板组，所述极板组包括依次平行排列的六个极板和五个夹在各个所述极板之间的隔板；所述壶体内设有四个平行排列的壶内隔板，通过壶内隔板将壶体和极板组分为相互独立的五个反应室；

所述过滤壶，包括一级过滤壶、二级过滤壶及三级过滤壶，各级过滤壶中壶盖与壶体上下对应，且通过螺纹旋合在一起；其中，一级壶盖、二级壶盖、三级壶盖的顶部由顶连板依次固定；所述二级壶盖下方的壶体内装有过滤水；所述一级壶盖顶部设有进气孔，侧面设有出气孔；所述二级壶盖侧面设有进气孔，顶部设有出气孔；所述三级壶盖顶部设有进气孔，侧面设有出气孔；一级壶盖的进气孔上部通过气动管路与反应壶相连，一级壶盖的出气孔外部通过直通管与二级壶盖的进气孔外部相连，二级壶盖的出气孔上部通过弯通管与三级壶盖的进气孔上部相连，三级壶盖的出气孔外部通过气动管路与发动机进气口相连；所述气动管路与发动机进气口相连处设有防止回火的回火阀；所述一级壶盖的进气孔下部设有控制倒吸水位的过滤直管，出气孔内部设有排出倒吸水的内直管；所述二级壶盖的进气孔内部设有内直管，所述内直管下部低于过滤水液面，用于过滤经过的气体；所述三级壶盖进气孔下部设有用于倒吸水的过滤直管，出气孔内部设有过滤水蒸气的过滤器。

2.根据权利要求1所述的一种汽车氢氧节油器，其特征在于：还包括控制装置，其结构包括：可编程逻辑控制器、显示控制器、液位传感器、压力传感器、温度传感器、电源开关及蜂鸣器；所述可编程逻辑控制器通过线路与车载蓄电池相连，用于汽车氢氧节油器供电，可编程逻辑控制器通过线路与点火开关相连，用于控制汽车氢氧节油器启停；所述可编程逻辑控制器通过线路与极板组相连，控制汽车氢氧节油器的产气速度；所述液位传感器安装在反应壶顶部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，用于检测反应壶内液位高低；所述压力传感器安装在反应壶顶部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，用于检测反应壶内压力大小；

所述温度传感器安装在反应壶底部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，用于检测反应壶的温度；

所述蜂鸣器安装在下壳内部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，用于汽车氢氧节油器工作异常时发出蜂鸣声报警；

所述显示控制器独立安装于驾驶室仪表盘上，通过线路与可编程逻辑控制器、油门踏板总成连接，用于控制汽车氢氧节油器的工作参数，显示汽车氢氧节油器的工作状态，控制油门踏板总成的工作状态；

所述电源开关安装在中框顶部，通过线路与可编程逻辑控制器相连，是用于控制汽车氢氧节油器工作的总开关。

3.根据权利要求1所述的一种汽车氢氧节油器，其特征在于：工作温度达到60℃、工作压力达到130kPa、反应壶内电解水少于1.5L时，可编程逻辑控制器控制接线柱断开输入电源，停止向汽车氢氧节油器供电，汽车氢氧节油器立即停止产气，同时可编程逻辑控制器发出指令，蜂鸣器发出警报声，显示控制器的显示屏上显示相应警报界面。

4.一种汽车氢氧节油器，其特征在于：具体步骤如下：

（1）首次使用汽车氢氧节油器时，通过显示控制器对可编程逻辑控制器输入基本工作参数，针对不同车型调试汽车氢氧节油器的基本工作参数；

（2）车辆启动时，可编程逻辑控制器收到点火开关的启动信号，车载蓄电池向汽车氢氧节油器供电；电流经过可编程逻辑控制器调节之后输入到反应壶内极板组上，极板组与电解水发生电解反应，电解出氢气氧气的混合气；混合气经过过滤器进入过滤壶，通过过滤壶内的过滤水和过滤器除去杂质后，混合气通过管路进入内燃机，参与内燃机燃烧做功过程；反应壶上的温度传感器、压力传感器、液位传感器实时向可编程逻辑控制器反馈信号，可编程逻辑控制器通过安装在驾驶室内的显示控制器向驾驶员实时显示汽车氢氧节油器的工作状态；显示控制器根据可编程控制器的反馈参数，控制油门踏板总成的工作状态，调整内燃机喷油量；

（3）当车辆熄火时，可编程逻辑控制器收到点火开关的停止信号，车载蓄电池停止供电，汽车氢氧节油器停止工作；

（4）汽车氢氧节油器工作过程中，当温度传感器、压力传感器、液位传感器检测到汽车氢氧节油器工作状态异常时，可编程逻辑控制器发出指令，汽车氢氧节油器停止产气，蜂鸣器发出警报声，显示控制器的显示屏上显示相应警报界面；

汽车氢氧节油器还设有电源开关，在不使用或需要紧急停止汽车氢氧节油器时关闭开关即可，通常电源开关为常开状态。