CN107429637A - 车辆减排系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于降低来自发动机排放物中氮氧化物和/或颗粒物质的水平的减排系统。该系统包括蓄水池、能够将水转化为高纯度的氢、氧和水蒸汽的电解电池。气体鼓泡器设置为以防止氢气的聚积并作为发动机的阻火器使用。由电解电池产生的氢气通过气体鼓泡器送入内燃机。

Description

车辆减排系统
技术领域
本发明涉及一种车辆减排系统。
更具体地讲，本发明涉及一种氢气在其中产生以供内燃机中使用的车辆减排系统，目的是减少氮氧化物排放和/或颗粒物质排放。
背景技术
已知的是机动车辆发动机产生废气是由于燃料在车辆发动机内的燃烧。这些废气主要包含相对而言无害的氮气、水蒸气和二氧化碳，但是该废气还包含某些少量诸如一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的有害气体以及烟尘颗粒。这些有害气体是空气污染的主要原因。
为了减少废气的有害部分，现代车辆设置有旨在通过促进氧化或还原化学反应使有害气体转化为低危害气体的催化转化器。然而，催化转化器的使用具有一些缺陷。它们由于其中使用了诸如铂、钯和铑的各种贵金属而相对昂贵。这导致了转化器被盗的可能性增加。而且，转化器在车辆发动机初始启动时不是完全有效的，因为它们需要加热至其必要的操作温度。此外，现代的三效催化剂需要必须达到或接近化学计量的精确燃料-空气比才能有效。当发动机在狭窄的比率窗口之外操作时，转化器的有效性大大降低。
虽然通过使用替代性的燃料和能源来避免有害气体的形成是可能的，但是这通常需要发动机的大范围重新设计。因此，无法对数百万已经被使用的车辆进行改造。
本发明涉及一种车辆减排系统，其通过减少氮氧化物排放和颗粒物质排放的水平而将有助于至少部分地克服这些问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆的减排系统，包括：
蓄水池，用于包含一定量的供给水；
至少一个电解电池，用于将供给水转化成氢气，以及氧气与残余水的混合物；
水泵，用于使供给水从蓄水池流动到所述电解电池或各个电解电池；
气体鼓泡器，包括第二蓄水池；
氢流体流动路径，允许氢气从所述电解电池或各个电解电池流动到气体鼓泡器并随后到发动机；
氧气和水蒸气流体回流路径，从所述电解电池或各个电解电池通向所述蓄水池。
流体流动路径可以通过位于发动机的涡轮增压器之前的进入口通入到发动机，由此氢气在发动机内与燃料和空气一起燃烧。
流体流动路径可以通入到发动机的排气系统，以在其中燃烧而在排气系统中产生更多热量，由此减少来自于排气系统的排放。
供给水可以是蒸馏水。
电解电池可以是聚合物电解质膜电池。
电解电池可以布置为将供给水分解为氢气、氧气和残余水。
电解电池可以包括用于接收供给水的进口、至少一个用于氢气的出口和用于氧气和残余水的另一出口。
氢气可以至少为99.9％的纯度。
设备可以包括用于氧气和残余水返回蓄水池的回流路径。
设备可以包括在回流管路中的至少一个换热器，用于在残余水返回蓄水池之前控制残余水的温度。
设备可以包括附着到蓄水池的至少一个加热元件。
换热器可以包括风扇，其将冷空气引导到形成部分回流管路的一段盘绕管道，其中，根据材料的热导率来选择管道的材料。
供给水的温度可以保持在36℃到47℃之间，其冷却通过换热器的使用实现，并且加热通过加热元件的使用实现。
气体鼓泡器可以由来自蓄水器的供给水进行补充。
气体鼓泡器可以由已知防止水电离的材料构成。
设备可以包括布置为监测和调整电解电池和蓄水池内的温度并控制水泵的控制单元。
控制单元可以从发动机接收信息，以在发动机不运转时允许系统被关闭。
控制单元可以从电解电池接收信息以在系统关闭之后防止电解电池保留残余电压。
电解电池控制单元还可以在电解电池中保留残余电压时防止系统启动，并在重启系统之前允许电压降低至可接受的水平。
附图说明
现在本发明将通过示例的方式参照附图进行描述，其中：
图1是根据本发明的实施例的车辆减排系统的示意图。
具体实施方式
参照图1，示出了按照本发明的用于车辆的减排系统，其包括用于产生氢气的设备，一般由附图标记10表示。该系统具有从设备10通向机动车的发动机（未示出）的流体流动路径12，允许氢气从装置10流动到发动机。
在使用中，氢气可以布置为通过位于涡轮增压器之前的进入口通入到发动机内以改善其中燃烧的燃料和空气的完全燃烧。此外，氢气也可以通入到发动机的排气系统以在其中产生更多热量并进一步减少排放。
设备10包括用于包含一定量的供给水16的蓄水池14，其布置为由水泵18通过给水管道20泵送至电解电池22的进口。给水管道20连接到蓄水池14的底部使得供给水16在重力下流入到给水管道20。
优选地，供给水16为蒸馏水，并且蓄水池14由已知不会引起水电离的材料构成，例如尼龙或不锈钢。
电解电池22可以是常规的聚合物电解质膜电池，在其中供给水16的电解产生氢气、氧气和残余水的产物。在示例性实施例中，电解电池22可以具有100mm的直径和50mm的宽度并且可以包含多个钛板和一块膜。电解电池22接收来自水泵18压力下的供给水16。电解电池22也可以具有应用为能够使供给水16电解的可变的5-12伏直流电压。在本发明的另一个实施例中，可以使用多个电解电池22，其在组合使用时可以能够接收可变的5-12伏直流电压。
可以通过12伏或24伏连接器向系统供电。
优选地，产生的氢气具有大于99％的高纯度，更优选地大于99.9％，并且其布置为通过第一个出口离开电解电池22并进入氢气管道24。氢气随后送入气体鼓泡器26中，氢气在离开气体鼓泡器26并进入流体流动路径12之前在其中通过水进行鼓泡。
气体鼓泡器26具有阻火器的功能以保护设备10免于任何燃烧着的氢气沿着流体流动路径12回流。如果必要，气体鼓泡器26中的水通过气体鼓泡器管道28从蓄水池14获得和补充。
气体鼓泡器26构造为容许穿过水的氢气的通行，同时还具有足够小的截面以防止气体体积的显著聚积。
氧气在电解电池22中产生，其也可以包含与残余水一起通过后面的出口离开电解电池22并可以通过包括残余水管道32的回流路径循环回到蓄水池14的少量水蒸气。氧气随后可以通过常规方式排放到环境中或者可以提取用于其他用途。
至少一个换热器34设置在残余水管道32上用于控制残余水在返回到蓄水池14之前的温度。这是必要的，因为电解电池22在使用过程中会产生热量。通过这种方式，供给水16的温度能够保持在用于电解电池22的最佳操作的期望水平。
换热器34可以采用风扇的形式，管道32可以缠绕跨过风扇的出口。
在本发明另一个实施例中，换热器34可以采用两个珀尔帖（Peltier）热泵连接到常规散热片的形式，其中，第一个热泵布置为降低残余水的温度并且第二个热泵布置为提高残余水的温度。
优选地，残余水的温度保持在36℃至47℃之间。
设备10还包括控制单元40，其具有通过电线30有效地连接到蓄水池14、水泵18和电解电池22用于监测它们的温度和压力的多种传感器，从而能够实现对水泵18和/或热泵34的有效调整。控制单元40具有电源42和用于显示信息和接收输入的操作参数的界面模块44。
控制单元40可以接收来自发动机的输入，以防止电解电池在发动机未运转时的运行。
控制单元40还可以接收来自电解电池22的输入，以允许电解电池在激活之前充分地放电。电解电池中的残余电压会导致损坏，降低性能和寿命。通过使用控制单元40来保证残余电压的消散，能够提高电解电池22的性能和寿命。
对于本领域技术人员而言，显而易见的修改和变化被视为在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种用于车辆的减排系统，包括：
蓄水池，用于包含一定量的供给水；
至少一个电解电池，用于将供给水转化成氢气，以及氧气与残余水的混合物；
水泵，用于使供给水从蓄水池流动到所述电解电池或各个电解电池；
气体鼓泡器，包括第二蓄水池；
氢流体流动路径，允许氢气从所述电解电池或各个电解电池流动到气体鼓泡器并随后到发动机；
氧气和水蒸气流体回流路径，从所述电解电池或各个电解电池通向所述蓄水池。
2.根据权利要求1所述的减排系统，其特征在于，氢流体流动路径通过位于发动机的涡轮增压器之前的进入口从气体鼓泡器通入到发动机，由此氢气在发动机内与燃料和空气一起燃烧。
3.根据权利要求1所述的减排系统，其特征在于，氢流体流动路径从气体鼓泡器通入到发动机的排气系统，以在其中燃烧而在排气系统中产生更多热量，由此减少来自于排气系统的排放。
4.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，供给水是蒸馏水。
5.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，蓄水池和/或气体鼓泡器由防止所述供给水电离的材料构成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，所述电解电池或各个电解电池包括用于接收供给水的进口、至少一个用于氢气的出口和用于氧气和残余水的另一出口。
7.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，氢气为至少99％的纯度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，回流管路包括换热器。
9.根据权利要求8所述的减排系统，其特征在于，换热器包括一段连接到风扇组件的管道。
10.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，残余水的温度保持在36℃到47℃之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，气体鼓泡器构造为容许阻止火焰，同时防止氢气的显著聚积。
12.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，气体鼓泡器可以通过来自蓄水池的供给水进行补充。
13.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，所述系统包括布置为监测和调整所述电解电池或各个电解电池内的温度、蓄水池内的温度和水泵的操作的控制单元。
14.根据前述权利要求中任一项所述的减排系统，其特征在于，蓄水池包括加热元件。
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