CN1902339A - 用于内燃机的氧/氢发生器 - Google Patents

Abstract

一种水解槽，包括由分隔件彼此密封的上腔室和下腔室，在分隔件中设有一个或多个用于使气体通过而进入上腔室的孔。通过气体可透过的过滤器、例如Hastelloy^TM金属过滤器防止液体进入上腔室。还公开了一种电极，包括安装在导电杆上的大致垂直堆叠并隔开的多孔盘或者诸如Hastelloy过滤器的多孔金属过滤器。公开了一种液位感测系统，包括光源和检测进入下腔室中的光的检测器，所述光被腔室内的反射器反射掉，从而可通过降低的光强检测在检测器高度处的液位。

Description

用于内燃机的氧/氢发生器

相关申请

本申请要求2003年11月14日提交的加拿大申请No.2,449,538的优先权。

技术领域

本发明涉及具体地用于将可燃气体输送至内燃机的电解氧/氢发生器。

背景技术

为了增加燃烧效率，已经提出将一定比例的氢和/或氧引入用于在内燃机中燃烧的燃料混合物中。预期结果是减少对环境的有害排放，减少发动机的维护并降低燃料成本。

为此至今已经提出了许多设备，但没有一种获得广泛应用。

现有技术

申请人知道以下与本主题相关的专利和公布申请：

授予Glynn等人的美国专利No.4,442,801；

授予Schmitt等人的美国专利No，4,392,937；

授予Giacopell的美国专利No.4,028,208；

授予Sanders等人的美国专利No.4,369,737；以及

授予Boulton的加拿大专利No.1,113,037。

发明内容

本发明提供了一种氧/氢发生器，其包括以新颖结构组合的改进部件。

在一个方面中，本发明提供了一种在用于产生氢气和氧气的水解槽中使用的电极，包括一叠彼此垂直间隔开的带孔导电晶片或多孔金属过滤器、以及用于各晶片与电路连接的连接器。优选地，该电极包括一阳极。

在另一方面中，提供了一种用于产生氢气和氧气的水解槽，其包括至少部分导电并具有第一电极的壳体，并在其中具有如上所述的第二电极装置。所述槽包括用水补充该槽及用于排出生成气体的装置。优选地，该壳体包括阳极并且封装的电极是阳极。补充槽的所述装置包括单独的贮水器和真空泵，它们都与槽连通以排空槽，从而将水抽入槽中。可通过将一束光投向槽内的探测器和一检测器检测槽内的液位，该检测器区分在探测器水平处存在液体的第一亮度级和不存在液体的第二亮度级。可设置上探测器和下探测器，且下探测器可选地包括加热器。水补充系统可包括四通球阀，在该球阀中的四个端口与排气管道和进水管道连接，通过真空泵和来自贮水器的进水管道使该阀对于两个排气管道同时打开或完全关闭。

本发明还包括在该专利说明书的权利要求中所描述的系统。

附图说明

通过阅读以下详细说明并参照附图，将清楚本发明的这些和其它优点，附图中：

图1是如在详细说明中所描述的氧/氢发生器的示意图；

图2是用于在发生器内较低位置中使用的电极晶片的平面图；

图3是用于在发生器内较高位置中使用的第二种电极晶片的平面图；

图4是穿过图1的电解槽的剖面图；

图5是装配好的电极组件，为了清楚而去掉了中心轴；

图6是用于安装在图4的槽的上和下腔室之间的分隔盘组件的分解立体图；

图7是图4的槽顶部的平面图；

图8A和8B表示发生器和壳体的一些部件的物理结构；

图9是用于在发生器中使用的液位感测装置的示意图；

图10是略微修改的发生器的示意图；

图11是用于气体喷射的喷嘴；

图12是用于将可燃气体导入车辆进气口的文丘里喷嘴的前视图；

图13是沿图12的线D-D截取的剖面图；

图14是本发明另一实施例的立体图；

图15是图14的实施例的部分立体图，具体地示出了电解槽；

图16是电解槽的另一立体图；

图17是电解槽的又一立体图；

图18是用于在图14的实施例中使用的电极部件和相关部件的立体图；

图19是根据图14的实施例的电极组件的另一立体图；

图20A和20B是根据图14的实施例的贮水器安装组件的立体图；

图21是图14的实施例的示意图；

图22是可选阀装置的示意图；

图23是表示系统的控制子系统的流程图；

图24a和24b提供控制子系统的操作的更详细的流程图。

虽然将结合所示实施例描述本发明，但应理解的是我们并非旨在将本发明的范围限于这些实施例。相反，本发明包括所有可能包含在本发明精神和范围内的替代、修改和等同物，本发明的精神和范围由整体上包括权利要求的说明书限定。

具体实施方式

在以下说明中，给予图中的相同特征以相同的附图标记。还应理解的是，此处涉及的尺寸等仅作为示例而不限制发明范围。附图不一定按比例绘制。

参照图1-9，示出了发生器10，为清楚起见删除了电连接，而应意识到这些连接都存在于该产品中。发生器10包括具有液体入口14和气体出口16的电解槽12。通过液体补充系统18向槽输送水以补充电解液。发生器10容纳在壳体150内，下面将更详细地描述，该壳体150包括闸门140以提供到使用者可更换的贮水器的通路。壳体150适于安装在诸如卡车驾驶室的车辆外部，或者可选地安装在车辆内部。

槽12包括下腔室20和上腔室22，它们由包括分隔盘24的隔离件分开，分隔盘24允许气体进入上腔室22中但不允许液体进入。上下腔室一起形成能够承受在此处所描述的电解系统内所产生的压力的压力容器。如在技术领域中理解的那样，对于槽的完整性，提供了重要的安全余量。下腔室20内产生的气体通过分隔盘24中的孔流入上腔室22，如下所述。

下腔室20包括密封在腔室壁上的底盘或底部26。

电解槽12的下腔室20包括阳极28，如图2-5详细所示。为清楚起见，在图1中去掉了部分阳极28。阳极28包括水平定向的导电晶片32和33(分别在图2和3中可见)的叠层30。晶片32和33在孔35处安装在连接器34上并通过导电垫片36在该连接器上垂直间隔开。连接器34的下端固定在电绝缘连接器40上，该连接器40安装在下腔室20的外壳44的底部26上。通过孔47处的支撑杆46使叠层30稳定，杆46固定在绝缘盘40和上板48上。各晶片32和33沿着支撑杆46通过导电垫片50与相邻晶片分开。

以非限制性示例的形式，电极28可包括总共大约160个晶片32和33，布置成大约250mm高的叠层，且各个晶片之间的间距大约为3mm。

叠层30分成上部52和下部54。上部52的每个晶片33都包括圆孔56，且这些孔对齐以容纳液位感测装置58。下部54的晶片32没有孔56。

晶片32和33优选包括具有不锈钢网或被发现特别合适的膨胀不锈钢的金属盘。任何合适的金属都可满足，包括镍和钛。该膨胀金属网可具有普通门帘和纱窗的外观。通常盘的厚度为大约或略小于1毫米。

外壳44通过连接器45电连接到电解电路(参见图4)。该连接到车辆的接地电路，从而使外壳44包括阴极。

如图6所示，分隔盘24包括分别容纳连接器34和液位感测装置58的孔60和62。连接器34和液位感测装置58在孔60和62处被密封以防止泄漏。

分隔盘24将下腔室20与上腔室22分开，并用作这两者之间的密封件。盘24在其上下表面内均包括环形槽以隐蔽地容纳上下腔室的外壳44和64的相应边缘。一垫圈(未示出)提供密封。外壳44和64相应的相对边缘包括向外伸出的凸缘45，该凸缘45相应地接触盘24的上下表面。凸缘45和盘24用适当的紧固件(例如隔开的一列螺母和穿过螺母延伸的螺栓)牢牢地紧固在一起。

图7还表示了在分隔盘24中使用过滤器以防止或减少水分和电解液从下腔室20流出。因此，在分隔盘24中设有孔66、68和70。如图所示，孔包含作为过滤器的多孔金属合金盘71。一个合适的孔隙范围是5至50微米。通常使用的材料是由Metal Supplies Online，Inc出售的标识为“Super Alloy HASTELLOY C276 alloy”^TM的材料。

上腔室22用作用于在电解过程中产生的气体的气体歧管。这样，用于排气的气体管道与上腔室连通，这将在下面描述。

在图7中可见，上腔室22的顶面72包含多个孔，不过可以看到这些孔可定位在上腔室22的壁上的任何便利位置。孔74提供对连接器34的上端76的密封和绝缘接合。

孔78提供对液位感测装置58的上端80的密封接合。

孔82通过排气阀84连接到气体出口16。

孔86通向压力调节器88。压力调节器88在适当的压力范围内(通常为10到225psi)可调。压力调节器88通过微处理器152控制排气阀84。虽然槽的操作和输出压力将随着具体应用而变化，但是用于涡轮增压柴油机的典型值为50psi。这超过了涡轮柴油机的正常操作压力并避免了由于故障而引起的任何背压问题。

如下所述，微处理器152提供对系统的中央控制。可以看到，中央控制器可包括任何适当的能够执行本说明书中描述的一些或全部的逻辑步骤的电子系统或机电系统。

孔92连接到真空泵94，稍后将描述真空泵94的操作。

最后，孔96连接到用作终端安全装置的破裂盘(rupture disc)98。通常，破裂盘将在适当地超过槽操作压力(例如70psi)、或者适当地在50到150psi的范围内的压力下爆裂。然而，对于特定应用，该选择的释放压力可在该范围之外。

全部的密封件和垫圈可包括Teflon^TM或其它在本系统中通常使用的温度、压力和腐蚀性电解液的条件下适用于形成密封件的材料。

对于气体出口16，管道17从在槽12的顶部72的出口16经过第一延伸段100通向从气流冷凝水分的水分收集器102。第二延伸段104从收集器102通向喷射器106(参见图11-13)，该喷射器106可安装在内燃机进气口内以向进气管输送氢和氧。水分收集器102设有电气操作的排放阀108以排放收集的水分。该阀可根据时序操作，从而使得该阀例如每半小时操作一段很短的时间。管路中的压力将排出收集的水分，但该时序足够短从而对系统压力不产生实质影响。通常操作时间可以是每半小时周期0.5秒。

管道17的第一延伸段100可从槽12的顶部沿朝着槽12底部的方向延伸，且水分收集器102位于该延伸段在发生器10底部附近的底部。接着第二延伸段104向回通向发生器10的上部并由此离开该发生器并通向发动机。因而两个延伸段100和104上的高度差使得在延伸段中冷凝的水分向下流到收集器102中。

管道17的第二延伸段104的下游包括附加的水分清除过滤器110。它可以是填充有硅胶的过滤器。

管道17还包括低压检测器112。

管道17在适宜的位置进入内燃机系统。该入口位置可以在发动机的进气口中，并且可以是涡轮增压器的下游。参照图11-13，注射喷嘴114包括双向折弯(dog-leg)的倾斜夹具，该夹具在适当位置进入发动机供气管路，并通过该管路沿平行于气流的方向排放。排放点可在供气管路116的中心线上。

喷嘴114包括文氏管，其有助于将流速大致恒定的可燃气体输送至发动机进气口。喷嘴114包括第一腿115(a)，其包括基本呈柱形的孔，孔的一端接收来自管道17的气体。第二腿115(b)与第一腿115(a)连通并与其成直角布置，且具有锥形内孔，根据文氏管原理，该锥形增加了流经气体的速度并降低其压力。以代表性示例的形式，该孔从0.437英寸(内径)的最大起始宽度逐渐减少至在喷嘴114的喉管115(c)处的0.188英寸的最小宽度。出口区115c包括内径大致不变的狭窄喉部区域。喷嘴114包括用于通过密封接合使该喷嘴与车辆供气管路夹紧的一般的传统螺纹螺母和垫圈。为此，垫圈优选是有弹性的，例如合成橡胶或聚四氟乙烯。喷嘴114位于车辆供气管路内，开口端指向下游方向。当这样布置时，尽管例如当发动机速度波动时在发动机进气口内的压力发生波动，然而，文丘里效应将趋于使系统能够输送大致恒定的气体流动。因此，尽管通常气体以其产生的速度输送至发动机，但快速的进气压力波动可能在短期内潜在地影响氢的输送速率。在输送喷嘴中使用文氏管有助于减少这些短期波动。

在槽12中的电解液可包括任何合适浓度的合适溶液，例如氢氧化钾(KOH)溶液。溶液的水部分将在氢和氧的生成中缓慢耗尽。因此，必须不时向电解液添加补充水以填满槽。

因此，图1还示出了用于槽12的液体补充系统18。该系统包括外壳120和底座122。外壳120包括用于可拆卸的供液瓶126的安装部124。瓶126通向底座122内部中的贮水器128。

液体入口管道15从底座122中的贮水器128通向槽入口14。管道15包括组合的加热器和温度传感器130、以及过滤器127。温度传感器131检测预设低温以接通加热器130。通常该预设低温为4℃。

在管路15中设有单向止回阀125以使得仅当贮水器126中的压力超过预设量时水才能流至槽12中。管路15还可包括例如大约60微米的滤水器127。

贮水器128包括检测贮水器128内液位的液位检测器134、温度传感器136和电阻加热器137。

可在外壳120内安装白炽灯泡138以用作辅助加热器。或者灯泡138可包括单独的热源。灯泡138安装在电插座139中，该插座139又可操作地连接到控制系统和电源。温度传感器136可在预定低温下启动以接通加热器137和/或灯泡138。该预设低温通常为4℃。

转到图8A和8B，外壳120上的门140可结合有切割器141，从而当门在瓶126上、优选在瓶顶部附近关闭时，其刺入瓶126以允许空气在排水时进入瓶中。为此，瓶优选包括相对薄、可刺穿的塑料，例如通常在苏打瓶中所使用类型的PET。瓶颈用诸如箔或塑料膜的可刺穿密封件密封。瓶126包括可替换的一次性容器，该容器通常在预填充有蒸馏水的情况下提供给使用者。

同样，底座122包括切割器123(在图22A中可见并在以下描述)，从而当瓶被安装到底座上时该刀具刺入瓶126上的密封件，例如覆盖瓶嘴的可刺穿的膜。

液体补充系统18通过真空系统142将水输送至槽，真空系统142将水从贮水器126抽入槽12中。真空系统包括从孔92经过螺线管阀146通向真空泵94的真空管道144。管道144还可包括可以是硅胶过滤器的过滤器148。真空泵144在被控制系统(下面将描述)启动时暂时抽空槽12。从真空泵排出的气体通过出口95排入大气。通常，槽在此时断电以防止进一步形成气体。然而，由于再填充周期的持续时间相对较短，所以该步骤为任选步骤。当槽12内的气压低于贮水器126内的气压预定量时，即槽12内的压力低于大气压时，止回阀125打开以允许水流入槽12。

在包括进气管路17的进水口14内保持压力平衡，进气管路17在T形接头17(a)处进入水管路14。空气管路17终止在三通阀132处。可通过将一个端口132(a)堵住而使用传统的四分阀，以允许阀132用作三通阀。第二端口132(b)包括进气口，而第三端口132(c)用于使空气流出三通阀而进入管路17内。阀132由螺线管133启动。当电解槽处于正常操作中时，阀132保持打开以使管14内的压力与大气压力平衡。然而，当用来自贮水器128的补充水重新填充电解槽12时，阀132关闭以允许水在真空下流经管路14。

转到图9和10，液位感测装置58还包括液体补充系统18的一部分，用于起动对槽12的补充，并且用于当再次填充水时重新启动槽。

在一个变型例中，液位感测装置58包括电容式浮子检测系统(其中各测量点组成浮子)和电容式感测系统。液位感测装置58包括具有四个开关点162的细长直立杆160。各开关点均包括嵌入杆160内的电容式感测系统164，该系统测量在杆160与槽12的接地壁44之间的溶液的电容。四个浮子166均具有中心孔以可滑动地接合杆160，并在由与各浮子166相关联的上下止动件167所限定的极限内垂直地自由移动。各浮子166在接近各电容式系统164时开启相应的系统以识别浮子的存在。然后将信号传输给微处理器152。在电解液表面，各浮子在其相应电容式系统的正上方和正下方的位置之间自由移动，并且仅在与其相关联的电容式系统直接相对的时候才被识别。

在一个实施例中，电容式系统包括能够区别泡沫和液体的灵敏放大器168。因此如果一浮子浮在泡沫层上，也不会接受错误读数。然而，通常选择这样的浮子，即，其不浮在泡沫上，而是浮在液体上。

如以下在槽的操作的说明中所描述的那样，感测到的液位优选包括约束正常操作范围的“满”液位和“低”液位(分别由液位3和2表示)；以及“高停机”液位和“低停机”液位(液位4和1)，假设它们由故障引起从而包括安全液位。

如图8A和8B所示，发生器10包括外壳150，并可设有冷却系统以将环境空气送入外壳150并将热空气排出该外壳。该冷却系统可包括一个或多个在壳体151内的冷却风扇149。

发生器10包括微处理器152，其电连接到至少一个电源154，并连接到各个上述传感器和阀以控制发生器。电源154还连接到阳极和阴极以给槽供电。电源154从内燃机的电气系统接收电能。电源154通常在12伏/20安至2.5伏/120安的范围内操作或可在该范围内调整。

在一个实施例中，电源154以120安的满功率操作。电源154将包括车辆电气系统的交流发电机，该发电机向微处理控制系统和包括直流-直流变换器的另一电源154(a)供应20安12伏的直流电，该直流-直流变换器将接收的输入(12伏/20安直流)变换为2.5伏/120安的直流输出。电源154(a)的输出连接到槽12的阴极/阳极。控制系统响应于从发动机RPM传感器接收到的负载需求，控制电源的切换级(两个最大输出为60安的级)。

在另一实施例中，电源由微处理器152控制从而响应于发动机负载而在上述指定范围内操作。

在操作中，首先用合适的电解液将槽12填充至“满”液位。通常，该操作可以通过向使用者提供容纳“起动”溶液(其包括电解溶液)的一次性瓶来完成。该瓶安装在贮水器安装部124上。接着使用者启动控制系统以抽空槽12，这将电解液从瓶抽入槽12中。通常，初始瓶含有足以将槽12填充至期望液位而在瓶中毫无剩余的量。这允许使用者安全丢弃该瓶。接着使用者在安装部124上安装一瓶蒸馏水，当槽内的液位降低至预定极限以下时，蒸馏水被抽入槽12中。

当点燃与发生器相连的内燃机时，微处理器152将启动电路，从而使得电流流经槽并在槽12的下腔室20中释放氢和氧。控制器通过“继电器电路”以12伏的直流信号检测发动机点火，使用来自该继电器电路的发动机启动信号启动继电器线圈，该线圈在点火开关旋至“开”时启动。接着，12伏的直流信号通过继电器辅助触点传递到处理子系统输入端口，从而确认车辆发动机在运转中。

一旦在压力调节器88中检测到槽中的压力达到操作压力，微处理器就向阀84发出信号以打开并允许氢和氧流向内燃机。

操作将与发动机的操作串联继续，并且随着液体在电解过程中分解而产生产品气体混合物，槽12中的电解液位将缓慢降低。当液位感测装置58检测到槽12中的电解液位到达“低”液位时，该信息将被传递给微处理器152，微处理器将通过切断槽的电源而停止槽的操作，并启动液体补充系统18。在操作期间，系统18通常一直包括补充液体(通常为蒸馏水)的瓶126。

接着将打开真空泵94并且螺线管阀146打开以降低槽12中的压力直到其低于大气压。然后液体入口管道14中的螺线管阀147打开以允许液体从瓶126流向槽12。一旦电解液的液位再次到达“满”液位，真空泵将关闭，并且螺线管阀147也关闭以防止补充液体进一步流入。止回阀125也防止电解液的回流，并选择为在1psi的压力下打开。阀125是允许液体流入槽12但不能反向流动的单向阀。通常，典型的真空泵可在每个填充周期运行少于20秒。接着微处理器将重启发生器。

可系统中建立各种安全系数，并由槽内的电解液位触发这些系数。因此，可包括高停机液位，从而使得如果液位感测装置58检测到电解液到达该液位则微处理器关闭发生器。相反，还可设置低停机液位。

底座128中的液位检测器134将告知微处理器从而告知车辆操作者贮水器中的液位较低，指示必须更换瓶126。

上述温度传感器将通过微处理器152工作以在需要时控制各个加热器。通常这仅在特定气候下的启动中发生。

图14-22示出了另一实施例。在该变型例中，气体发生器10包括用于在其中支撑各种部件的底座200。底座200形成壳体150的一部分，壳体150的其余部分没有示出以显示内部部件。电解槽12包括具有液体入口202和气体出口204的压力容器。安装在槽12外部的一组大致水平的金属片206包括用于冷却容器的散热器。片206优选围绕容器12的周边部分延伸，并且间隔开以提供一定程度的空气循环。设置一个或多个安装在垂直支撑件212上的风扇210，从而引导所述片处的气流以有助于冷却过程。槽包括同轴的下柱形腔室220和上柱形腔室222，每一个都在它们的相对边缘上具有向外伸出的配合凸缘224。

设有可拆卸的临时贮水器230，包括可拆卸并可替换的蒸馏水瓶。方便地，将其在贮水器支撑件234上安装在倒置位置中，即，其颈部和主开口232面向下，图20A和20B更清楚地示出。贮水器支撑件234包括由腿236支撑在底座200上的板。平整的环形盘238(a)和238(b)安装在支撑件234的上表面上。中央内螺纹孔240布置在支撑件234的中央以接收贮水器230的相应的螺纹颈部。较低的相对盘238(b)包括略小的中心孔，并支撑穿膜钉123，该穿膜钉123面向上以刺穿水瓶的密封膜244。钉123优选包括具有削尖直立顶端的锥形件，用于在瓶230向下拧入中心孔240时刺穿膜244。钉242在其中包括孔246以允许水经过该孔流入从钉242引出的相关管道250。中心孔240处的垫圈252确保当贮水器230紧密拧在其上时贮水器230的防漏密封。一管道使贮水器230与电解槽12接合。由控制系统152启动的螺线管控制双通阀253控制经过该管道的水流。本实施例中的贮水器支撑件234不包括其自身的贮水器，从而唯一的贮水器包括一次性瓶230。因此为了检测瓶230中的水面，设置了液位感测系统以在瓶较低以及其空和需要更换时向使用者发出信号。

当在槽12内检测到电解流体的液位较低时，真空泵94启动以在电解槽12内产生真空。当在槽12内产生真空时，水被抽入槽12直到检测到“满”液位，然后关闭真空泵。

优选地，贮水器230包括一次性(可回收)的PET塑料容器，该容器可在现场外预填充蒸馏水并作为预填充的密封容器提供给使用者。通常，瓶230将保存大约2升水，并对于通常的牵引拖车的卡车应用来说需要在每驾驶大约1000km就更换。该容器具有传统的螺纹颈部256，且容器开口由能够被穿膜部件123刺穿的密封膜258覆盖。该容器壁也适于由尖锐部件141刺穿，从而当安装在系统内时允许进入空气。单元10还包括用于部分地围绕和密闭贮水器230的封装件120。使可拆卸的贮水器230和封装件120的尺寸为这样，即，贮水器接触部分封装件120用于辅助支撑。

该系统还包括结合第一实施例描述的电源154。

在图16和17的外部视图中可见的电解槽12包括上腔室22和下腔室20，下腔室20的壳体形成阴极。下腔室20的壳体包括适当的金属，诸如不锈钢、镍或镀镍钢。壳体电接地。如图21可见，管状Teflon^TM防护网280布置在壳体内并对腔室壁内侧进行有效地装衬，其具有多孔侧壁以使包括阳极的反应器芯部282与形成阴极的下腔室20的壳体分开。反应器阳极282在图20中最佳可见。该阳极包括导电轴284，其大致垂直延伸槽的全部高度并从中向上伸出，如在第一实施例中所见。通过在杆上所有与槽壳体接触的点处设置电绝缘层，使轴284在与腔室接触的点处电绝缘。阳极282还包括一列堆叠的多孔金属盘290，该金属盘290包括诸如上述Hastelloy^TM过滤盘的金属过滤盘。轴284穿过各盘290内的中心孔292伸出。盘290由垫圈294隔开。盘290通过螺母295而保持在轴284上，螺母295拧在轴284上的配合螺纹上。一叠垫圈294设在螺母295与最上面的盘290之间。虽然Hastelloy^TM提供了特别合适的材料，但也可以考虑过滤盘可包括镍或钛，或者任何其它适用于电极环境中的金属。Hastelloy过滤盘包括由316号不锈钢压缩粉末制成的10微米的多孔过滤器。

阳极轴284的底座设在位于腔室20底板上的聚四氟乙烯盘304上，该盘使得轴284与容器壳体电绝缘。由O型环保持在轴284的上端的电隔离，该O型环还形成气密密封以防止气体从容器逸出。

如图21示意性地示出，上传感器300和下传感器302伸入下腔室20的内部。下传感器302检测容器内的液位和温度。上传感器300和下传感器302包括电光传感器，下传感器具有嵌入的RTD温度传感器以测量在-40℃和85℃之间范围的温度。电光传感器包括将一束光导入腔室的光源和检测来自光源的光的检测器，该检测器能区分不同的光强以指示在腔室内传感器的高度处存在或不存在液体。传感器的优选实施例包括作为光源的红外LED和形成整体探测器的光接收器。来自LED的光被导入形成探测器顶端的棱镜。当在传感器正前方没有液体时，来自LED的光在棱镜内被反射至接收器。当棱镜被浸入液体中时，光被折射进液体中，而只有少许或没有光到达接收器。在感测到该差别的情况下，接收器启动单元内的电子开关将信号传递给微处理器控制系统。RTD温度传感器连接到放大器和信号处理器，它们向CPU 152提供输出信号。

上传感器和下传感器都与CPU 152通信。

通过抵靠在下腔室20的环形上凸缘224上的分隔盘组件24使反应器的上腔室22与下腔室20之间保持隔离。组件24内的弹性O型环保持气密密封。一孔穿过分隔盘24延伸以使得阳极轴284在其间通过，并由附加O型环密封。分隔盘24包括一个或多个接收金属过滤盘71的附加孔66。这些过滤盘71隐蔽地装配在孔66中，并抵靠在肩部318上。所述盘通过从顶部的螺纹锁环以及盘下方的相对弹性O型环垫圈而保持在适当位置以提供防泄漏密封。过滤盘71使液体或泡沫从下反应器腔室20进入上腔室22的通道最小化或阻塞。过滤盘71如上所述与第一实施例相关。

上腔室22接收已经通过过滤器71的可燃气体。上腔室有效地用作气体歧管。气体出口孔204和泄压阀326都安装在上腔室22上并与其内部连通。泄压阀326是常规阀并可包括在第一实施例中所述的破裂盘。

加热器138设在贮水器壳体150的内部。方便地，它可包括电连接到控制系统152的照明灯泡。如下所述，该系统可设置成这样，即，当壳体150内的温度降到预设极限之下时通过手动代替装置启动加热器138，以避免在车辆静止的较长时间内过度消耗电池。另外，筒式加热器130设在水管内以在水进入电极之前升高水温，从而保持适当的性能水平。

气体通过气体管道330流出上反应器腔室，该管道通向处于CPU 152控制下的三向螺线管阀332。在正常工作模式下，气体通过阀332进入第二气体管道334，并以其第一实施例相关描述的方式排入发动机进气口，该管道包括优选设为大约50psi的止回阀336。

在另一方面，设有包括电阻加热器的外部反应器加热器380，该电阻加热器布置在部分覆盖下腔室20的弯曲板内并连接到系统电源。安装在液位传感器302中的温度传感器检测在单元壳体中低于预先设定点的温度，因而加热器由CPU 152启动。

优选地，单元10可安装在卡车驾驶室内，从而加热器380还用于在不使用卡车期间加热驾驶室内部。

在图22中示意性地示出了阀系统的替代实施例。在该变型例中，四向电动球阀360代替前述实施例的三向和双向螺线管阀。气体通过气体管路17流出上腔室22并通过止回阀和文丘里喷嘴114管道输送到车辆发动机内。第二气体管道440从上腔室引出并进入球阀360的第一端口360A。气体管道360B从球阀360引出并终止于真空泵94内，用于抽空槽12以将水抽入腔室20而补充电解液。水经过通向球阀360的端口360C内的管道440流出贮水器126。接着水可经过端口360D流出，通过管道442、止回阀444和喷嘴14流入下腔室20。该球阀包括内电机以启动未示出的内部球体，该内部球体以下述方式通过端口引导流动。球阀可操作地连接到CPU 152，用于以与上述类似的方式响应输入而操作。

在操作中，球阀360通常停留在第一位置，其中所有端口360A-D关闭并且气体通过管道17流出上腔室。当下腔室20准备好补充时，所有端口360A-D打开并且真空泵94启动。这样迅速抽空槽12，从而通过管道440和端口360C和360D将水抽入腔室20。当液位传感器300检测到腔室到达其满液位时，球阀360关闭所有端口并且关闭真空泵94，从而恢复系统的正常操作。

下面将参照图23、24A和24B描述信号处理单元152。CPU 152包括被进行编程以执行本文所述功能的微处理器。微处理器390接收如下从各种信号产生子系统输入的信号：反应器容器包括上下温度传感器，它们在作为上限和下限的诸如7℃和40℃的相应设定点处发送信号。当下腔室20内的液体分别到达设定的上限或下限从而启动上液位传感器300和下液位传感器302时，所述传感器向CPU 152发送相应信号。方便地，上限为距反应容器20底部大约230mm的范围内，而下限设为电解液仍然完全覆盖阳极盘290的液位。在容器内部设置低压传感器。该低压开关或传感器安装在反应器的顶部上并预设为大约10psi。一旦系统启动，允许10分钟的延迟时间，槽在该期间可加压至10psi。然而，如果内压在10分钟内未超过10psi，这就表示系统内存在泄漏，低压传感器就通过其触发该问题的识别的正常闭合的触点将信号传送到中央控制子系统。然而，如果该压力在10分钟后超过10psi，则开关就转为打开位置，系统认为ok而不向中央控制子系统发送任何信号。

开门传感器检测盖在什么时候打开。CPU 152将停止系统运转直到盖完全关闭。

CPU 152通过诸如USB 400的数据链路与储存在必要时可被检索的历史系统数据的计算机402通信。可替换地或附加地，可为系统监视器406提供无线通信404，该监视器向用户显示系统的操作参数并允许用户手动系统人工替换装置。

CPU 152控制电驱动部件，包括各个加热器130、137、138，冷却风扇210，螺线管阀和球阀，主电源和贮水器泵。微处理器包括逻辑系统，该系统根据形成图25、26A和26B的图表操作。图24A和24B形成详细单一图表的右半部分和左半部分。表1提供有助于理解图26的注释。图25代表指示CPU 152的输入和输出的简化流程图。图24A和24B描述CPU响应于各种输入的功能。

表1

输入

A＝G2＝点火

B＝G8＝单元低温

C＝G9＝贮水器低温

D＝G10＝供应管路低温

E＝B7＝贮水器低液位

F＝B8＝反应器低压

H＝B10＝系统高温

I＝G4＝门传感器

5个输出

R＝B6＝电源

S＝G5＝泵

T＝双通阀

W＝B1＝加热器(供应管路、加热器、和贮水器加热器)

X＝G6＝三向气阀

Y＝G5＝冷却风扇

Z＝G4＝灯泡(用作加热器并且在门打开时接通)

J2-1＝超低液位(LL)

J2-2＝低液位(L)

J2-3＝高(H)

J2-4＝超高(HH)

对表1的注释

注意到在LL、L、H、HH旁边标记的“1”和“0”表示达到该液位或未达到该液位。1表示达到，0表示未达到。如果浮子漂浮则底部两个浮子为“OK”，如果浮子下沉则顶部两个浮子为“OK”。

还注意到表示“如果超低&低”的菱形框。它表示在同一时间的两个状态。四个液位在该状态旁边表示，它们是：超低(LL)、低(L)、高(H)、超高(HH)。

商标：“Jet Fuel”是一个商标。它表示蒸馏水。“Jet Star”是电解系统的商标。

注释1：该系统中的具体动作是用水填充反应器。当反应器中不需要更多水时该过程停止，这由浮子确定。如果该过程停止花了超过30秒(曾经先出现)，该过程也可停止。

**诸如{(G-8)，(G-9)，(G-10)，(B-7)，(B-8)，(B-10)}的所有字段输入在激活任何接收错误之前必须延迟(2-秒)。

**诸如{(J2-1)，(J2-2)，(J2-3)，(J2-4)}的所有(J2)连接器输入在激活任何接收错误之前必须延迟5-秒。

微处理器功能

系统关闭：

确定输入(G-2)关闭并且(AND)诸如(G-5)，(G-6)，(B-1)，(B-4)，(B-5)，(B-6)的所有输出关闭，然后向接收器单元发送命令信号[熄火]

**如果输入(G-8)＝0(v)，那么接通输出(G-4)直到输入被清除。通过内部照明电路监控状态(G-4)。如果发现输出(G-4)损坏，就向接收器单元发送命令信号[更换照明灯泡]。

**如果输入(G-9)开启，就接通输出(B-1)并向接收器发送消息直到输入清除[E205](如果在3600(秒)后未关闭输出(B-1))。

系统开启：

确定输入(G-2)＝+12(v)，然后监控以下输入{(G-8)，(G-9)，(G-10)，(B-7)，(B-8)，(J2-4)}未接通并且(J2-1)，(J2-2)浮子为ok，接着接通输出(G-6)，(B-6)，然后向接收器单元发送命令信号[Jet Star运行]。

**如果输入(G-8)接通，则接通输出(G-4)直到输入被清除。而后通过内部照明电路监控输出(G-4)。如果发现输出(G-4)损坏，就向接收器单元发送命令信号[更换照明灯泡]。

否则关闭输出(G-4)

**如果输入(G-9)接通，则接通输出(B-1)直到输入清除，接着监控以下输入{(G-8)，(G-10)，(B-7)，(B-8)，(J2-4)，(J2-1)，(J2-2)}接通，如果发现任何前述输入未接通，则跳过并执行其指定的后续子程序，否则关闭(B-1)。如果输入(G-9)在3600秒后未被清除，则关闭输出(B-1)并向接收器发送消息[E205]。

**如果输入(G-10)接通，则双检验是否输入(G-9)也接通，如果是，则接通输出(B-1)。直到输入被清除，接着监控以下输入{(G-8)，(B-7)，(B-8)，(J2-4)，(J2-1)，(J2-2)}以检查它们是否接通。如果发现任何前述输入有故障，则跳过并执行其指定的后续子程序，否则关闭(B-1)。如果输入(G-10)在3600秒后未被清除，则关闭输出(B-1)。

**如果输入(B-7)接通，则关闭输出(G-6)，(B-6)和(B-5)，接着向接收器单元发送命令信号[添加(ADD)Jet Fuel]直到输入被清除，接着监控以下输入{(G-8)，(G-9)，(G-10)，(B-8)，(J2-4)(J2-1)，(J2-2)}，如果发现任何前述输入给出不需要的信号，则跳过并执行其指定的后续子程序，否则接通输出(G-6)和(B-6)。

**如果输入(B-8)在接通输出(G-6)和(B-6)600秒后接通，则关闭输出(G-6)和(B-6)5秒，接着监控以下输入{(G-8)，(G-9)，(G-10)，(B-8)，(J2-4)(J2-1)，(J2-2)}以确定它们接通，如果发现任何前述输入多余，则跳过并执行其指定的后续子程序，否则接通输出(G-6)和(B-6)。重复测试3025秒，如果发现输入(B-8)仍然接通，则关闭输出{(G-6)，(B-6)，(B-4)和(B-5)}，然后发送命令信号[E203]。

**如果输入(B-10)接通，则接通输出(G-5)直到输入被清除，接着通过内部电路监控输出(G-5)。如果发现输出(G-5)损坏，就向接收器单元发送命令信号[E206]，否则关闭输出(G-5)。

对于J2开关，以下所有输入{(J2-1)，(J2-2)，(J2-3)，(J2-4)}在激活任何错误之前需要延迟5(秒)。如果输入(J2-1)或(J2-2)未接通超过20秒，则关闭输出(G-6)，(B-6)，(B-4)和(B-5)，接着向接收器单元发送命令信号[E207]。

**如果输入(J2-1)未接通&(J2-2)接通并且(J2-3)接通，或者如果输入(J2-1)&(J2-2)都未接通，则关闭输出(G-6)，(B-6)，(B-4)和(B-5)，接着向接收器单元发送命令信号[E200]。

**如果输入(J2-2)未接通&输入(J2-1)接通&(J2-3)接通，则关闭输出(G-6)&(B-6)，接着在接通输出(B-4)5秒后接通输出(B-5)(而且通过内部电路查看B-5是否在工作，如果不是则向接收器发送[E202])，然后在25(秒)后或者(OR)当输入(J2-1)&(J2-2)&(J2-3)接通时，接通输出(G-6)&(B-6)，然后监控以下输入{(G-8)，(G-9)，(G-10)，(B-7)，(B-8)，(B-10)}以确定它们接通，如果发现任何前述输入多余，则跳过并执行其指定的后续子程序，接着如果输入(J2-2)&(J2-1)未接通或者(OR)如果(J2-1)未接通并且(J2-2)接通&(J2-3)接通，则关闭输出(G-6)，(B-6)，(B-4)和(B-5)，接着向接收器单元发送命令信号[E200]。

**如果输入(J2-4)未接通20(秒)，则关闭输出(G-6)，(B-6)，(B-4)和(B-5)，接着向接收器单元发送命令信号[E207]。

程序的错误信息一览

E200＝超低反应器液位

E201＝超高反应器液位

E202＝泵故障

E203＝低压

E205＝加热器运行时间

E206＝冷却风扇故障

E207＝液位控制故障

可以看到本文在详细说明书和列出的附图中描述了具体方面。该详细描述仅仅在于表示本发明的特定方面和实施例。它不用于限制本发明的全部范围和精神，本发明的范围和精神更完整地实现在以下权利要求中，包括权利要求中描述或提及的元件和特征的所有等同物。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种用于从水中产生氢和氧的水解槽，所述槽包括：

包括密封在一起的上腔室和下腔室的壳体，其中所述下部分导电并包括阴极；

用于将补充液体引入所述槽中的装置；

用于将生成的气体从所述槽排出的装置；

所述上腔室和下腔室由气液不能透过的分隔件分开，该分隔件形成在所述上下部分之间的密封，所述分隔件在其中具有至少一个允许气体从所述下部通向所述上部的孔，以及可透气但基本不透液体的金属过滤器，该过滤器保持在所述孔内以在允许气体通过的同时禁止液体通过。

2.如权利要求1所述的槽，其特征在于，所述金属过滤器包括压缩不锈钢粉。

3.一种用于在水解槽中使用的电极，包括导电轴和多个支承在所述轴上的间隔开的导电金属过滤盘。

4.如权利要求3所述的电极，其特征在于，所述过滤盘包括HastelloyTM过滤器。

5.如权利要求3所述的电极，其特征在于，所述过滤盘包括压缩不锈钢粉。

6.一种水解槽，包括：

如在权利要求3至5中的任一项中所限定的第一电极；

相对的第二电极；

与所述电极相关联的电连接装置；和

分别允许电解流体和气体进入和排出的入口和出口。

7.一种水解槽，包括：

用于电解流体的腔室；

阳极和阴极；

用于将所述阳极和阴极连接到电源和地的电连接；和

液位传感器，用于检测所述腔室内电解流体的液位，所述液位传感器包括：

光源，用于将一束光投向所述腔室；

接收器，用于接收来自所述光源的光，所述接收器能够区分指示液体在所述传感器高度处的第一亮度级和指示液体位于所述传感器高度下方的降低的第二亮度级。

8.如权利要求7所述的水解槽，其特征在于，所述光源包括红外LED。

9.如权利要求7或8所述的水解槽，其特征在于，在所述腔室内还包括一棱镜，该棱镜定位成这样，即，当没有液体与所述棱镜接触时所述光束在内部被朝向所述接收器反射，而当有液体与所述棱镜接触时所述光束基本不朝向所述接收器反射回去，从而允许所述接收器区分与所述棱镜接触的液位和在所述棱镜下方的液位。

10.如权利要求9所述的水解槽，其特征在于，所述光源、棱镜和接收器包括延伸到所述腔室内部的探测器。

11.如权利要求7至10中任一项所述的水解槽，其特征在于，包括多个所述液位传感器，所述传感器定位成检测所述腔室内的液位，这些液位指示所述腔室液体过满、液体高度正常、以及液位较低需要补充。

12.如权利要求11所述的水解槽，其特征在于，还包括：与所述腔室连通的贮水器，用于为所述腔室补充水；从所述贮水器重新填充所述腔室的装置；和电子控制器，其与所述多个液位传感器和当检测到预选的补充液位时用于从所述贮水器重新填充所述腔室的装置操作连通。

13.如权利要求12所述的水解槽，其特征在于，重新填充所述腔室的所述装置包括：与所述腔室操作连通的真空泵，用于抽空所述腔室以将液体从所述贮水器抽入所述腔室；和控制器，用于在检测到所述低液位时选择性地启动所述泵。

14.一种水解系统，包括：用于水的水解的电解槽；独立于所述槽的贮水器；真空泵，用于在需要补充的时候抽空所述槽从而将水从所述贮水器抽入所述槽中；气体管道，从所述槽引出用于在所述槽操作期间排出气体；电源；和控制子系统，用于检测低液位并响应于该检测启动所述真空泵，所述系统的特征在于：一球阀，用于控制水流入所述槽和气体从所述槽流出，该球阀包括第一、第二、第三和第四端口，用于控制经过所述端口的流动的球体，以及用于转动所述球体以选择性地阻塞经过所述端口的流动的球阀启动器；

第一管道，用于将液体从所述贮水器传导到所述第一端口；

第二管道，用于将液体从所述第二端口传导到所述槽；

第三管道，用于将气体从所述腔室传导到所述第三端口；

第四管道，用于将气体从所述第四端口传导到所述真空泵；

所述球阀启动装置用于使所述球体在第一位置与第二位置之间转动，所述球阀在第一位置阻塞经过所有所述端口的通路，从而阻碍液体流入所述槽，同时阻碍气体通过所述第三管道流出，在第二位置所有所述端口均打开以补充所述槽。

Claims (22)

1.一种用于在水解槽中使用的电极，包括：一系列非垂直定向的带孔导电晶片，所述晶片以合适的叠层彼此垂直间隔开；连接器，用于将所述系列的各所述晶片连接到电路。

2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，各个所述晶片包括膨胀网。

3.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述晶片基本水平地定向。

4.如权利要求3所述的电极，其特征在于，所述连接器包括基本垂直定向的导电连接器杆，所述晶片安装在该连接器杆上。

5.如权利要求4所述的电极，其特征在于，还包括至少一个与所述连接器杆横向间隔开的导电支撑杆，并且所述晶片支撑在该支撑杆上，且通过导电垫圈彼此间隔开。

6.一种用于从水中产生氢和氧的水解槽，所述槽包括：

包括密封在一起的上腔室和下腔室的壳体，其中所述下部分导电并包括阴极；

用于将补充液体引入所述槽中的装置；

用于将生成的气体从所述槽排出的装置；

所述上腔室和下腔室由气液不能透过的分隔件分开，该分隔件形成在所述上下部分之间的密封，所述分隔件在其中具有至少一个允许气体从所述下部通向所述上部的孔，以及可透气但基本不透液体的过滤器，该过滤器保持在所述孔内以在允许气体通过的同时禁止液体通过。

7.如权利要求6所述的槽，其特征在于，所述过滤器包括金属过滤器。

8.如权利要求7所述的槽，其特征在于，所述金属过滤器包括压缩不锈钢粉。

9.如权利要求6所述的槽，其特征在于，还包括根据权利要求1至5中任一项所述的电极。

10.一种用于在水解槽中使用的电极，包括导电轴和多个支撑在所述轴上的间隔开的导电金属过滤盘。

11.如权利要求10所述的电极，其特征在于，所述过滤盘包括Hastelloy^TM过滤器。

12.如权利要求10所述的电极，其特征在于，所述过滤盘包括压缩不锈钢粉。

13.一种水解槽，包括：

如在权利要求10至12的任一项中所限定的第一电极；

相对的第二电极；

与所述电极相关联的电连接装置；和

分别允许电解流体和气体进入和排出的入口和出口。

14.一种水解槽，包括：

用于电解流体的腔室；

阳极和阴极；

用于将所述阳极和阴极连接到电源和地的电连接；和

液位传感器，用于检测在所述腔室内的电解流体的液位，所述液位传感器包括：

光源，用于将一束光投向所述腔室；

接收器，用于接收来自所述光源的光，所述接收器能够区分指示液体在所述传感器高度处的第一亮度级和指示液体位于所述传感器高度下方的降低的第二亮度级。

15.如权利要求14所述的水解槽，其特征在于，所述光源包括红外LED。

16.如权利要求14或15所述的水解槽，其特征在于，在所述腔室内还包括一棱镜，该棱镜被定位成这样，即，当没有液体与所述棱镜接触时所述光束在内部被朝向所述接收器反射回去，而当有液体与所述棱镜接触时所述光束基本不向所述接收器反射，从而允许所述接收器区分与所述棱镜接触的液位和在所述棱镜下方的液位。

17.如权利要求16所述的水解槽，其特征在于，所述光源、棱镜和接收器包括伸入所述腔室内部的探测器。

18.如权利要求14至17中任一项所述的水解槽，其特征在于，包括多个所述液位传感器，所述传感器定位成检测所述腔室内的液位，这些液位表示所述腔室液体过满、液体高度正常、以及液位较低需要补充。

19.如权利要求18所述的水解槽，其特征在于，还包括：与所述腔室连通的贮水器，用于为所述腔室补充水；从所述贮水器重新填充所述腔室的装置；和电子控制器，与所述多个液位传感器和当检测到预选的补充液位时用于从所述贮水器重新填充所述腔室的装置操作连通。

20.如权利要求19所述的水解槽，其特征在于，重新填充所述腔室的所述装置包括：与所述腔室操作连通的真空泵，用于抽空所述腔室以将液体从所述贮水器抽入所述腔室中；和控制器，用于在检测到所述低液位时选择性地启动所述泵。

21.一种水解系统，包括：用于水的水解的电解槽；独立于所述槽的贮水器；真空泵，用于在需要补充时抽空所述槽从而将水从所述贮水器抽入所述槽中；气体管道，从所述槽引出用于在所述槽的操作期间排出气体；电源；和控制子系统，用于检测低液位并响应于该检测而启动所述真空泵，所述系统的特征在于：一球阀，用于控制水流入所述槽中和气体从所述槽流出，该球阀包括第一、第二、第三和第四端口、用于控制经过所述端口的流动的球体，以及用于转动所述球体以选择性地阻塞经过所述端口的流动的球阀启动器；

第一管道，用于将液体从所述贮水器传导到所述第一端口；

第二管道，用于将液体从所述第二端口传导到所述槽；

第三管道，用于将气体从所述腔室传导到所述第三端口；

第四管道，用于将气体从所述第四端口传导到所述真空泵；

所述球阀启动装置用于使所述球体在第一位置与第二位置之间转动，所述球阀在第一位置阻塞经过所有所述端口的通路，从而阻碍液体流入所述槽，同时阻碍气体通过所述第三管道流出，在第二位置所有所述端口均打开以补充所述槽。

22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，还包括权利要求1-5或10-12所述的电极，或者权利要求6-9或13-20所述的水解槽。

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