CN205592037U - 一种水能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水能装置，包括：直流电源、脉冲发生电路和水能反应器，所述直流电源通过脉冲发生电路连接至所述水能反应器；所述水能反应器内设置有电极极片和水，所述电极极片放置于水中，所述电极极片的正极和负极相互绝缘；其中，所述脉冲发生电路发送脉冲信号至所述水能反应器的电极极片。本实用新型的结构简单易于实现，效率高，且不需对目前的动力设备进行较大改动，应用于发动机中，能够使得发动机气缸中的燃料充分反应和燃烧，提高燃油的效率，减少发动机的积碳；在此基础上，最后的氢粒子进行燃烧，即产生了第三次燃烧过程，能够进一步提升发动机等动力设备的动力输出，节省燃油，同时还降低了尾气排放。

Description

一种水能装置

技术领域

本实用新型涉及一种环保能源领域，尤其涉及一种水能装置。

背景技术

随着科技的进步和能源的消耗，现在人类越来越大力推崇清洁环保能源，比如汽车产业中，虽然汽车产业得到了迅猛发展，取得了令世人瞩目的辉煌成就，为社会的繁荣发展做出了巨大贡献，但同时也带来了一系列的社会问题。目前，汽车产业环境污染状况严重，汽车尾气排放已成为大气的主要污染源。随着我国汽车产业的高速发展、汽车保有量的急剧增加，环境污染将日趋严重，而且巨大的能源消耗和日益减少的石油资源也将成为最大的矛盾，因此，积极推动汽车产业的节能与环保势在必行。

根据美国能源信息署EIA发布的国际能源展望，世界能源市场消耗量2005年到2030年预计增加50％。随着能源消耗的逐年增加，二氧化碳的排放量也将增加，目前二氧化碳排放中，25％来自于汽车；至2030年，将由2005年的281亿吨增至423亿吨；在我国，汽车排放的污染已经成为城市大气污染的重要因素，我国的二氧化碳排放目前已居全球第二，减排二氧化碳的压力将越来越大。

近年来，我国的汽车行业发展迅速，已成为世界第四大汽车生产国和第三大汽车消费国。根据国务院发展研究中心估计，2010年，我国的汽车保有量将接近6千万辆，2020年将达到1.4亿辆，机动车的燃油需求分别为1.38亿吨和2.56亿吨，为当年全国石油总需求的43％和57％。我国的石油资源短缺，目前石油进口量以每年两位数字的百分比增长，预计到2010年进口依存度将接近50％。因此大力发展节能技术，是势在必行的。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种简单易于实现，效率高，且不需对目前的动力设备进行较大改动的水能装置。

对此，本实用新型提供一种水能装置，包括：直流电源、脉冲发生电路和水能反应器，所述直流电源通过脉冲发生电路连接至所述水能反应器；所述水能反应器内设置有电极极片和水，所述电极极片放置于水中，所述电极极片的正极和负极相互绝缘； 其中，所述脉冲发生电路发送脉冲信号至所述水能反应器的电极极片。

本实用新型的进一步改进在于，所述水能反应器为碱性水能反应器，所述碱性水能反应器中放置碱性水，所述电极极片放置于所述碱性水中。

本实用新型的进一步改进在于，还包括隔离保护装置，所述碱性水能反应器的输出口通过隔离保护装置连接至外部的动力设备。

本实用新型的进一步改进在于，所述隔离保护装置为水箱，所述水箱设置有进气口和出气口，所述进气口设置于所述水箱的腔体底部，所述出气口设置于所述水箱的腔体顶部。

本实用新型的进一步改进在于，所述碱性水能反应器内设置有多片电极极片，所述电极极片为导电金属片或惰性电极片，每两片电极极片之间设置有绝缘件。

本实用新型的进一步改进在于，所述多片电极极片之间的极片正极和极片负极交叉安装，并互相绝缘。

本实用新型的进一步改进在于，所述多片电极极片之间的极片正极串通连接，所述多片电极极片之间的极片负极串通连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述脉冲发生电路包括放大电路和至少两个多谐振荡电路；所述至少两个多谐振荡电路依次级联连接，所述多谐振荡电路通过放大电路输出宽频脉冲信号至所述电极极片。

本实用新型的进一步改进在于，所述两个多谐振荡电路包括第一振荡电路和第二振荡电路；所述第一振荡电路输出使能信号至所述第二振荡电路。

本实用新型的进一步改进在于，所述第二振荡电路包括电容C6、开关SW2、电容C7、电容C8、电容C9、二极管D3、二极管D4、可调电阻VR3、可调电阻VR4、计时芯片U2和电容C10；所述电容C6的一端通过上拉电阻连接至直流电源，所述电容C6的另一端和开关SW2的一端分别接地，所述开关SW2的另一端分别通过三个开关管脚连接至电容C7的一端、电容C8的一端和电容C9的一端；所述电容C7的另一端、电容C8的另一端、电容C9的另一端、二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接在一起，并连接至计时芯片U2的2管脚和6管脚；所述二极管D3的阴极连接至可调电阻VR3的一端，所述二极管D4的阳极分别与所述可调电阻VR3的另一端、可调电阻VR4的一端和计时芯片U2的7管脚相连接，所述可调电阻VR4的另一端连接至直流电源，所述计时芯片U2的5管脚通过电容C10接地；所述放大电路包括电阻R3、电阻R4、 场效应管Q1和二极管D5，所述计时芯片U2的3管脚连接至电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端分别与所述电阻R4的一端和场效应管Q1的栅极相连接，所述电阻R4的另一端和场效应管Q1的源极分别接地，所述场效应管Q1的漏极分别连接至电极极片和二极管D5的阳极，所述二极管D5的阴极连接至直流电源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过碱性水能够增强水的导电性，从而提高电解效率；并且，通过所述脉冲发生电路发送脉冲信号至所述碱性水能反应器的电极极片，通过脉冲发生电路所产生的宽频脉冲信号取代现有技术中一直通电的电解技术，使得水产生雾化，生成雾化状态的氢氧气，所述氢氧气与自然空气按比例混合进入发动机气缸等动力设备后，发动机气缸等动力设备中的燃料与自然空气优先发生一次燃烧，而后氧粒子进一步参与燃烧，产生二次燃烧效应，使得发动机气缸中的燃料充分反应，使得燃料能够充分燃烧，提高燃油的效率，减少发动机的积碳；在此基础上，最后的氢粒子进行燃烧，即产生了第三次燃烧过程，能够进一步提升发动机等动力设备的动力输出，节省燃油，同时还降低了尾气排放。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的系统结构示意图；

图2是本实用新型一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，本例提供一种水能装置，包括：直流电源、脉冲发生电路和水能反应器，所述直流电源通过脉冲发生电路连接至所述水能反应器；所述水能反应器内设置有电极极片和水，所述电极极片放置于水中，所述电极极片的正极和负极相互绝缘；其中，所述脉冲发生电路发送脉冲信号至所述水能反应器的电极极片。

所述脉冲发生电路用于产生宽频脉冲，所述宽频脉冲为非单一频率和非单一峰值的宽频脉冲信号，即在较大的特定频率范围内，所述脉冲发生电路生成各种不同频率、不同峰值的脉冲信号，通过这种不同频率、不同峰值的脉冲信号来冲击液态淡水，能够使得淡水发生雾化，产生特殊的雾化状态的氢粒子和氧粒子，即氢氧气；值得一提的是，本例通过各种不同频率、不同峰值的脉冲信号来实现电解，使得水产生雾化，能够生成非常稳定和均匀的雾化状态的氢氧气，在此基础上，通过碱性水代替普通淡 水，能够增强水的导电性，从而提高电解效率。

本例产生的氢氧气与自然空气按比例混合进入发动机气缸等动力设备后，发动机气缸等动力设备中的燃料与自然空气优先发生一次燃烧，而后氧粒子进一步参与燃烧，产生二次燃烧效应，使得发动机气缸中的燃料充分反应，使得燃料能够充分燃烧，提高燃油的效率，减少发动机的积碳；在此基础上，最后的氢粒子进行燃烧，即产生了第三次燃烧过程，能够进一步提升发动机等动力设备的动力输出，节省燃油，同时还降低了尾气排放。

本所所述脉冲发生电路生成各种不同频率、不同峰值的脉冲信号，该不同频率、不同峰值的具体数值可以是预先设定，也可以随机产生；经实验证明，通过金字塔形的脉冲信号来实现雾化，雾化效果更好，即，预先设定输出频率的频率峰值随时间逐步递增，直到达到预设峰值之后，其频率值随时间逐步递减，这种先增后减的金字塔形的脉冲信号对于实现碱性水的雾化效果尤其好，出乎工程师的意料；所述预设峰值根据实际需求进行自定义设置，预设的峰值越大，电解的速度也会相应增加；而逐步递增和逐步递减的速度和幅度，可以根据实际需求进行自定义设置，也可以匀速递增和匀速递减。

值得一提的是，所述水能反应器优选为碱性水能反应器，所述碱性水能反应器中放置碱性水，所述电极极片放置于所述碱性水中。本例所述碱性水，只需要在淡水、海水或自来水等水中加入添加剂即可，比如，加入氢氧化钾、氢氧化钠和硼氢化钠中任意一种使得水变成碱性水即可，这样做的目的在于，加入少量的添加剂能够使得水中的离子增加，增强导电性，从而在采用脉冲信号的基础上还能够进一步提高电解效率。

本例将所述碱性水能反应器产生的氢氧气与空气混合后输入至发动机中做了有效的实验，实验证明，带来了以下几个优势：一、由于产生了三次燃烧，使得发动机更加节省燃油，在提供相同动力的基础上，本例与现有技术相比能够有效降低油耗8％-35％；二、增加了动力，在消耗相同燃油的基础上，本例与现有技术相比可提升动力10％-35％，动力明显增强；三、降低了尾气排放，能够有效减少尾气中的一氧化碳和碳氢化合物的排放，同样行驶里程的基础上，本例与现有技术相比减少60％以上的一氧化碳和碳氢化合物的排放；四、能够降低汽车噪音，安装本例所述水能装置后，发动机的运行更加平稳、噪音明显降低；五、能够清除汽缸积碳和延长发动机的使用寿命， 发动机长期使用所述水能装置能够清除汽缸积碳，因为利用氢气与燃油瞬间爆燃效果，清除积炭，减少积碳生成，降低缸套活塞等运转部件磨损，减少机油杂质生成，延长发动机大修时间；六、安装简便，增加本例所述水能装置，无须破线，不改变车辆任何结构，只要将碱性水能反应器的输出口经过空气混合后输入至发动机即可；七、设计合理，完全能够实现全自动控制，发动机启动后助燃机自动开启，停止时自动关闭；当然，也可以设计为手动控制，操作更加方便、安全。

当然，在实际应用中，本例除了可用于发动机之外，还可以用于燃气炉等不同的动力设备。

本例的电源使用直流电源，本例的直流电源对于电压几乎没有要求，只对电流要求，比如通过一般车用版的电压都是12V的、电流一般是10A～15A，或是家里和工厂里所使用220V～380V都行；而电流的要求则主要是与脉冲发生电路相匹配。

本例还包括隔离保护装置，所述碱性水能反应器的输出口通过隔离保护装置连接至外部的动力设备；所述隔离保护装置优选为水箱，所述水箱设置有进气口和出气口，所述进气口设置于所述水箱的腔体底部，所述出气口设置于所述水箱的腔体顶部。

这样做的好处在于，在电解气体的出气管道中加装个防回火的隔离保护装置，比如，所述碱性水能反应器的输出口通过水箱连接至外部的动力设备，第一个作用在于，能够防止明火回燃产生危险，否则，由于氢气的火燃烧速度特别快，有可能会把碱性水能反应器炸毁，造成人员伤亡；所述防回火的水箱可以只装多半箱水，把碱性水能反应器用于出气的输出口设置于所述水箱的腔体底部，氢氧气通过水从设置于水箱的腔体顶部出气口输出至动力设备，进而隔离了明火和碱性水能反应器，在顺利引出氢氧气的同时，即便产生回火，因为有水隔断了明火也不会发生爆炸，安全性能很好。第二个作用在于，当碱性水能反应器内的碱性水不够时，所述水箱的水可以作为后备水源流至所述碱性水能反应器内，继续实现电解，比如，水箱的安装位置高于碱性水能反应器的腔体底部位置，这样，通过物理的高度差，当碱性水能反应器的腔体没有液体时，水会自动流入至碱性水能反应器内。

本例所述碱性水能反应器内设置有多片电极极片，所述电极极片为导电金属片或惰性电极片，每两片电极极片之间设置有绝缘件；所述多片电极极片之间的极片正极和极片负极交叉安装，并互相绝缘；所述多片电极极片之间的极片正极串通连接，所述多片电极极片之间的极片负极串通连接。

所述电极极片为导电金属片，比如铝、铁、铜、金和银等导电的金属片都可以；本例所述电极极片优选但不局限为不锈钢板，不锈钢板的厚度优选为1mm～4mm，电极极片的大小和数量根据使用要求而确定极片的大小，选用不锈钢片的原因在于，不锈钢片不生锈，非常适合于在碱性水内长期电解的环境；除此之外，使用碳棒和铂等惰性电极也可以。

所述电极极片与电极极片之间，用不超过1MM厚的绝缘的防水纸实现绝缘件，只要水能进去就可以，保证了电极极片与电极极片之间不会相互干扰；所述多片电极极片之间的正极优选通过不锈钢螺丝串通连接以实现紧固，所述多片电极极片之间的负极不锈钢螺丝串通连接以实现紧固，最后，通过有机玻璃或其他材料的盖体盖上碱性水能反应器，就完成了所述碱性水能反应器。

所述电极极片的数量越多则产生氢氧气越多，其所需求的电流就越大；所述电极极片与电极极片之间的距离越近，产生氢氧气也越多，其所需求的电流就越大；电极极片的与碱性水相接触的面积越大，产生氢氧气也越多，其所需求的电流就越大。

本例所述脉冲发生电路包括放大电路和至少两个多谐振荡电路；所述至少两个多谐振荡电路依次级联连接，所述多谐振荡电路通过放大电路输出宽频脉冲信号至所述电极极片。

本例所述多谐振荡电路的数量为至少两个，如图2所示，本例所述两个级联连接的多谐振荡电路包括第一振荡电路1和第二振荡电路2；所述第一振荡电路1输出使能信号至所述第二振荡电路2；所述第一振荡电路1和第二振荡电路2的电路结构一致，输出频率不同。

本例所述第一振荡电路1通过计时芯片U1及其外部电路组成一个低频率多谐振荡器电路，给第二振荡电路2发出一个使能信号，所述计时芯片U1和第二振荡电路2的计时芯片U2均优选采用NE555芯片；所述第二振荡电路2为主要的频率振荡电路，也为多谐振荡器；而后续与第二振荡电路2相连接的是放大电路，所述放大电路的场效应管Q1为推动级，用于将第二振荡电路2输出的脉冲信号进行放大后给电极极片提供一个高电流的脉冲信号。

如图2所示，所述第一振荡电路1和第二振荡电路2的电路原理一致，不同之处在于其输出频率不一样；本例主要通过第二振荡电路2来描述其工作原理。

如图2所示，本例所述第二振荡电路2包括电容C6、开关SW2、电容C7、电容 C8、电容C9、二极管D3、二极管D4、可调电阻VR3、可调电阻VR4、计时芯片U2和电容C10；所述电容C6的一端通过上拉电阻连接至直流电源，所述电容C6的另一端和开关SW2的一端分别接地，所述开关SW2的另一端分别通过三个开关管脚连接至电容C7的一端、电容C8的一端和电容C9的一端；所述电容C7的另一端、电容C8的另一端、电容C9的另一端、二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接在一起，并连接至计时芯片U2的2管脚和6管脚；所述二极管D3的阴极连接至可调电阻VR3的一端，所述二极管D4的阳极分别与所述可调电阻VR3的另一端、可调电阻VR4的一端和计时芯片U2的7管脚相连接，所述可调电阻VR4的另一端连接至直流电源，所述计时芯片U2的5管脚通过电容C10接地；所述放大电路包括电阻R3、电阻R4、场效应管Q1和二极管D5，所述计时芯片U2的3管脚连接至电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端分别与所述电阻R4的一端和场效应管Q1的栅极相连接，所述电阻R4的另一端和场效应管Q1的源极分别接地，所述场效应管Q1的漏极分别连接至电极极片和二极管D5的阳极，所述二极管D5的阴极连接至直流电源。

在NE555芯片中，8管脚为芯片脚，4管脚为使能脚，也就是说，在8管脚接直流电源，1管脚接地了以后，必须把4管脚接至高电平，NE555芯片才可以工作。为了描述方便，本例先省去第一振荡电路1的电路，将开关SW3打到OFF，这时，计时芯片U2的4管脚为高电平，所以，计时芯片U2将会一直工作。

第二振荡电路2的振荡频率由可调电阻VR3、电容C7、电容C8和电容C9进行调节，增加可调电阻VE3的电阻值及加大可调电阻VR4的频段这里的数值就可以减小所述第二振荡电路2的输出频率；反之则是加大第二振荡电路2的输出频率。所述可调电阻VR4、二极管D3和二极管D4用于调节占空比，同时这里也将影响到第二振荡电路2的输出频率，减小可调电阻VR4的电阻值，将增大高电平的输出时间，同时，第二振荡电路2的输出频率也会增高；反之，将减小高电平的输出时间，第二振荡电路2的输出频率也会随之减小。

其中，所述第二振荡电路2的输出频率与占空比的计算分别如下面的公式，第二振荡电路2的频率为占空比为 公式中，R1为可调电阻VR3的阻值，R2为可 调电阻VR4及二极管D3和二极管D4所带来的阻值，C为电容C7、电容C8和电容C9中的任意一个的电容值；其振荡周期为：T＝0.7(R1+2R2)C。

同上，第一振荡电路1的工作原理也是一样，所述第一振荡电路1的作用就是当开关SW3切换到ON位置时，第二振荡电路2的输出将会受到第一振荡电路1的影响。第一振荡电路1的输出要比第二振荡电路2要低，由频段处的电容C2、电容C3、电容C4、可调电阻VR1和可调电阻VR2决定所述第一振荡电路1输出频率及占空比。

整个电路最终的效果是，将开关SW3接到OFF位置，其他的切换开关按当前默认方式，当接通直流电源的开关时，电路开始工作，此时，因为计时芯片U2的第4脚接的是+12V，所以使能工作，计时芯片U2会一直输出一个高频率的脉冲信号，高压输出端输出的连续的高电压脉冲，如果第二振荡电路2是接的特斯拉线圈，看到的会是连续的电火花；调节可调电阻VR3，会调节第二振荡电路2的输出频率，调节可调电阻VR4，则会改变第二振荡电路2的高电平输出时间，也就是火花放电的时间。

这时，将开关SW3接到ON位置，这里，计时芯片U2的工作将受到计时芯片U1输出的影响，只有计时芯片U1的3脚输出高电平时，计时芯片U2才会工作，才能看到电火花。看到电火花的时间，受到可调电阻VR1、可调电阻VR2、电容C2、电容C3和电容C4的影响。

值得一提的是，本例所提出的脉冲发生电路的电路结构优选但并不局限于如图2所示的电路原理图；本例所述的电路结构是可以扩展的，可以有多个级联连接的多谐振荡电路，比如，本例可以包括相互级联的一个第一振荡电路1和多个第二振荡电路2；当然，本例还可以存在其他优选的电路结构。

本实施例中，所述脉冲发生电路中产生预先设定输出频率或随机频率的宽频脉冲，并将该宽频脉冲发送至所述碱性水能反应器中；本例所述预先设定输出频率的频率峰值优选随时间逐步递增，直到达到预设峰值之后，其频率值随时间逐步递减。

本例所述宽频脉冲为脉冲发生电路中所产生的不同频率、不同峰值的脉冲信号；本例对于碱性水的要求不高，只要在平时使用的淡水或自来水中加入添加剂使之变为碱性水即可，然后通电，使得脉冲发生电路产生脉冲信号，进而通过这种不同频率、不同峰值的脉冲信号来冲击碱性水能反应器的电极极片，能够使得碱性水发生雾化，产生特殊的雾化状态的氢粒子和氧粒子，即氢氧气，然后将氢氧气输入至发动机或燃气炉等动力设备即可。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水能装置，其特征在于，包括：直流电源、脉冲发生电路和水能反应器，所述直流电源通过脉冲发生电路连接至所述水能反应器；所述水能反应器内设置有电极极片和水，所述电极极片放置于水中，所述电极极片的正极和负极相互绝缘；其中，所述脉冲发生电路发送脉冲信号至所述水能反应器的电极极片。

2.根据权利要求1所述的水能装置，其特征在于，所述水能反应器为碱性水能反应器，所述碱性水能反应器中放置碱性水，所述电极极片放置于所述碱性水中。

3.根据权利要求2所述的水能装置，其特征在于，还包括隔离保护装置，所述碱性水能反应器的输出口通过隔离保护装置连接至外部的动力设备。

4.根据权利要求3所述的水能装置，其特征在于，所述隔离保护装置为水箱，所述水箱设置有进气口和出气口，所述进气口设置于所述水箱的腔体底部，所述出气口设置于所述水箱的腔体顶部。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的水能装置，其特征在于，所述碱性水能反应器内设置有多片电极极片，所述电极极片为导电金属片或惰性电极片，每两片电极极片之间设置有绝缘件。

6.根据权利要求5所述的水能装置，其特征在于，所述多片电极极片之间的极片正极和极片负极交叉安装，并互相绝缘。

7.根据权利要求5所述的水能装置，其特征在于，所述多片电极极片之间的极片正极串通连接，所述多片电极极片之间的极片负极串通连接。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的水能装置，其特征在于，所述脉冲发生电路包括放大电路和至少两个多谐振荡电路；所述至少两个多谐振荡电路依次级联连接，所述多谐振荡电路通过放大电路输出宽频脉冲信号至所述电极极片。

9.根据权利要求8所述的水能装置，其特征在于，所述两个多谐振荡电路包括第一振荡电路和第二振荡电路，所述第一振荡电路输出使能信号至所述第二振荡电路。

10.根据权利要求9所述的水能装置，其特征在于，所述第二振荡电路包括电容C6、开关SW2、电容C7、电容C8、电容C9、二极管D3、二极管D4、可调电阻VR3、可调电阻VR4、计时芯片U2和电容C10；所述电容C6的一端通过上拉电阻连接至直流电源，所述电容C6的另一端和开关SW2的一端分别接地，所述开关SW2的另一端分别通过三个开关管脚连接至电容C7的一端、电容C8的一端和电容C9的一端；所述电容C7的另一端、电容C8的另一端、电容C9的另一端、二极管D3的阳极和二极管D4的阴极连接在一起，并连接至计时芯片U2的2管脚和6管脚；所述二极管D3的阴极连接至可调电阻VR3的一端，所述二极管D4的阳极分别与所述可调电阻VR3的另一端、可调电阻VR4的一端和计时芯片U2的7管脚相连接，所述可调电阻VR4的另一端连接至直流电源，所述计时芯片U2的5管脚通过电容C10接地；所述放大电路包括电阻R3、电阻R4、场效应管Q1和二极管D5，所述计时芯片U2的3管脚连接至电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端分别与所述电阻R4的一端和场效应管Q1的栅极相连接，所述电阻R4的另一端和场效应管Q1的源极分别接地，所述场效应管Q1的漏极分别连接至电极极片和二极管D5的阳极，所述二极管D5的阴极连接至直流电源。