CN211666827U - 一种用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统及其氢生成单元 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统。所述系统包括至少一个氢生成单元，其配置为从接收自连接到氢生成单元上的主水槽的水产生氢气。所述氢生成单元还连接到氢生成单元的电控制单元，所述电控制单元控制了来自于电源供应单元的电力供应以用于在氢生成单元电解水。所述氢生成单元还连接到小汽车电控制单元，由此通过连接到所述小汽车电控制单元上的氢生成单元的电控制单元的运行，使得所述系统能够控制所述氢生成单元的启动/停止、要产生的氢的输出速率，要通过位于所述主水槽和发动机系统之间的防回火单元供给到发动机系统的氢的量。

Description

一种用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统及其氢生成 单元
技术领域
本实用新型涉及机械工程，具体地它涉及一种用于产生氢气和供给氢气来作为内燃机的燃料补充的系统。
背景技术
常规的燃料例如燃油在全球的许多地方变得日益昂贵并因此已经进行了许多尝试来开发可再生的可替代能源，作为传统的燃料的替代品或者作为燃料源，用作传统燃料的补充和降低传统燃料的整体消耗。
氢能是作为可选择的燃料源的顶级候选品之一。已经提出了不同设计的氢气生成装置来开发氢能的潜力。氢驱动的车辆是已知的，包括小汽车和其他运输车辆。但是，使用较低成本和足够大量的氢能来与传统能源竞争在工业上仍然是一个大挑战。
US2005258049公开了一种电解器，用于将水电解成包括氢气和氧气的气态混合物。所述电解器适于将这种气态混合物传递到内燃机的燃料系统。所述电解器包括一种或多种补充电极，其至少部分地浸入到置于两个主电极之间的电解质水溶液中。所述气态混合物是通过在两个主电极之间施加电势来产生的。所述电解器进一步包括气藏区域用于收集所产生的气态混合物。还公开了一种将所述电解器与内燃机的燃料系统配合使用以改进内燃机的效率的方法。
但是，产生氢气并将氢气供给到内燃机的可选择的系统是令人期望的。
实用新型内容
本实用新型的一个目标是提供一种可选择的系统来产生氢气并将氢气供给到内燃机，其以较低成本产生氢气，并且具有足够的量补充主燃料源以及提高发动机的燃料效率。
在本实用新型的一种实施方案中，所述产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统包括至少一个氢生成单元、主水槽、机动泵、电源供应单元，所述氢生成单元的电控制单元和防回火单元，发动机电控制单元和内燃机，其全部配置来产生氢气和调节氢气到内燃机供给，来补充或者替代发动机的常规燃料消耗，以降低作为发动机主燃料源的常规燃料的整体消耗和提高所述发动机的燃料效率。
在一种实施方案中，所述系统进一步包括次级水槽，其能够保持所保留的电解剂(即水)，和机动泵，所述机动泵将所保留的水从所述次级水槽泵送到主水槽。
在所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(“所述系统”)的一种优选的实施方案的一个示例性的例子中，所述系统包括至少一个氢生成单元，所述氢生成单元接收来自于连接到所述氢生成单元的主水槽的供水作为电解剂。所述氢生成单元连接到电源供应单元，其供给电流来电解水来获得氢气或者氢气和氧气的混合物。所述主水槽进一步连接到装备有机动泵的次级水槽上，其配置来当主水槽的水消耗到低于预定水平时将所保留的水分配到主水槽。所述机动泵还连接到电池组上，其提供电力来运行所述机动泵，所述机动泵通过所述氢生成单元的电控制单元控制来接收来自于所述电源供应单元的电力，来启动和将保留的水从次级水槽泵送到主水槽。所述氢生成单元还连接到所述氢生成单元的电控制单元。所述氢生成单元的电控制单元也电连接到电源供应单元上，其将电力提供到所述发生器单元和次级水槽的机动泵二者。因此，通过所述氢生成单元的电控制单元的运行，所述系统能够根据需要启动或者停止所述氢生成单元和机动泵二者。将所获得的氢气或者氢气和氧气的混合物引导返回所述主水槽和随后通过位于主水槽和发动机系统之间的防回火单元供给到内燃机(“发动机系统”)的进气歧管。所述氢生成单元的电控制单元还连接到汽车或者车辆的电控制单元。因此，通过所述氢生成单元的电控制单元和所述汽车(包括不同的传感器)的电控制单元之间的通信，所述系统能够控制和调节所述氢生成单元的启动/停止、要产生的氢气的量或者输出速率；供给到发动机系统来提高所述发动机的燃料效率和性能的氢气的量。
附图说明
本实用新型的特性和优点将从下面的本实用新型的示例性实施方案的说明来理解，其中作为一个非限定性例子，参考附图描述了本实用新型原理的一些优选实施方案，其中：
图1显示了根据本实用新型一种实施方案的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统和它的不同的部件的图示；
图1A显示了根据本实用新型实施方案的另一实施方案的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机和它的不同部件的图示；
图2显示了根据本实用新型一种实施方案的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统的一种实施方案的氢生成单元的例子；
图3显示了图2的用于产生氢气和供给氢气到内燃机的系统的氢生成单元的一种实施方案的部分剖视图；
图4显示了根据本实用新型一种实施方案的所述用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统的氢生成单元的一种实施方案的分解图；
图5显示了根据本实用新型一种实施方案的所述用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统的氢生成单元的电池单元组件的特写视图；
图6显示了根据本实用新型一种实施方案的所述用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统的主水槽的一种实施方案的例子；
图7显示了根据本实用新型一种实施方案的所述用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统的次级水槽的一种实施方案的例子；
图8显示了根据本实用新型一种实施方案的所述用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统的防回火单元的例子；
图9显示了根据本实用新型一种实施方案的所述用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统的氢生成单元的盖子下侧构造的例子；
图10显示了根据本实用新型一种实施方案的所述用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统的连接到所述氢生成单元多个单元的主水槽的安装的例子；
图11显示了根据本实用新型一种实施方案的所述用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统的不同部件之间的电连接的图示；
图12显示了根据本实用新型原理的在所述氢生成单元的负电极和正电极处切换正电流和负电流的电路图示。
具体实施方式
本实用新型提供一种用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统20，其以较低成本产生了氢气，并且还具有足够的量来补充主燃料源以提高所述发动机的燃料效率。下面的说明书现在将参考附图的图1-图11来描述，其代表了所述的用于产生氢气并将所产生的氢气供给到内燃机20的系统的示例性实施方案以及它的不同部件的示例性实施方案。在下面的说明书中，术语“所述用于产生氢气并将所产生的氢气供给到内燃机的系统20”现在将与短术语“所述系统20”互换使用。
图1显示了所述的用于产生氢气和供给氢气到内燃机的进气歧管的系统的一种实施方案的图示，其现在将称作根据本实用新型一种实施方案的“发动机系统”32和它的不同的部件，其中所述系统20包括至少一个氢生成单元22。根据图1所示的实施方案，所述系统20包括氢生成单元22，其配置通过连接到所述氢生成单元22上的主水槽24提供的水电解来产生氢气。所述氢生成单元22还连接到电源供应单元26，其配置来供给电流到所述氢生成单元22来用于电解水。在一种优选的实施方案中，电源供应单元26是电池组，例如在所述系统20打算用于小汽车的情况中，现有的小汽车电池组将是理想的电源供应单元26。通过电解水，产生了氢气或者氢气与氧气的混合物氧或者氢气、氧气和水的混合物，并且将其导回主水槽24，在这里将所获得的氢气供给穿过位于主水槽24和发动机系统32之间的防回火单元30，其中所述氢气被用作补充燃料源，以用于燃料在发动机系统32的燃烧室中的燃烧。当氢气用燃料燃烧时，它不仅降低了发动机的燃料消耗率，而且改进了发动机的效率。通过所述氢生成单元22产生氢气是通过所述氢生成单元的电控制单元(ECU)来动力学调节的，其现在将称作“氢生成单元的 ECU”34，其电连接到所述氢生成单元22上。所述氢生成单元的ECU34电连接到车辆的电控制单元，例如小汽车的ECU，其经由发动机舱内的多个传感器28调节发动机系统32的功能和运行，包括要注入的燃料量、相对于氧气量的燃料量、流入发动机的空气量等，如内燃机和ECU运行领域公知的。为了解释本实用新型，本实用新型的车辆或者汽车的电控制单元或者车辆或者汽车的ECU36现在将称作小汽车ECU36，并且这些术语可以在本文献整个中互换使用。因此，在与小汽车ECU36以及电源供应单元26通信的同时，所述氢生成单元的ECU34响应与小汽车ECU36的通信，所述系统能够调节所述氢生成单元22的氢气产生，包括何时启动/停止所述氢生成单元22，响应内燃机32所用的氢气或者燃料的量来产生的氢气的量，或者打算供给到内燃机32来补充或者补偿或者替代供给到内燃机32的部分主常规燃料，来降低内燃机32的常规燃料消耗或者提高发动机的效率或者性能的氢气的量。
根据图1A所示的一种实施方案，所述系统20进一步包括连接到机动泵 40上的次级水槽38。主水槽24进一步连通到次级水槽38上，其配置为包括和随着和当主水槽24中的水消耗到低于预定值或者预定水平的水平时，供给保留的水到主水槽24，以便能够优化和持续运行所述系统20。虽然理想的是连续供水来产生足够量的氢气来覆盖合理的行进距离，但是对于某些种类或者某些型号的汽车或者车辆来说具有大体积或者过大的主水槽24会是不可能的，这归因于有限的可利用空间。因此，为了满足保持所述系统20 的紧凑设计，同时仍然提供足够和连续供水来产生足够的氢气来覆盖内燃机 32合理的行进距离或者工作小时的需要，所述系统20因此进一步装备有连接到主水槽24上的次级水槽38。次级水槽38配置为通过连接到次级水槽 38上的机动泵40的运行，来启动和停止保留的水向主水槽24中的分配。此外，机动泵40电连接到电源供应单元26上，其将电力提供到机动泵40。此外，机动泵40还连接到所述氢生成单元的ECU34，其如上所述也连接到电源供应单元26上。因此一旦存在着主水槽24中的水已经消耗到临界水平例如阈值水平的指示或者信号时，则所述氢生成单元的ECU34将如下来响应所述情形：经由继电器配置所述电源供应单元26，以将电力提供到机动泵40来启动机动泵40将水从次级水槽38泵送到主水槽24来连续供水到所述氢生成单元22。这样，次级水槽38借助于机动泵40和氢生成单元22的控制将水排入主水槽24，以确保水从主水槽24连续供给到氢生成单元22。同样，一旦主水槽24中的水位已经填充到预定水平，则通过所述氢生成单元的 ECU34的运行，与电源供应单元26将断开，来停止机动泵40和使得机动泵 40不能进一步将水泵入主水槽24中。因此，所述系统20通过调节所述氢生成单元的ECU34，能够根据需要启动或者停止所述氢生成单元20和机动泵 40二者，以确保连续供给氢气到内燃机32。同样，因为所述氢生成单元的 ECU34是与车辆的ECU(即小汽车ECU36)通信的，因此使得所述系统20能够调节要产生的氢气的量或者输出速率；和要供给到发动机系统32的氢气的量，以及能够控制启动/停止所述氢生成单元22的时间来实现发动机系统32 的最佳的燃料效率、燃料经济性和最佳性能，其细节在下面参考本实用新型实施方案进一步的例子和附图来进一步描述。
更详细地，图2-4显示了所述氢生成单元22和它不同部件的示例性构造的实施方案的例子。更具体地，根据一种实施方案，所述氢生成单元22 包括配置来包括水的氢生成槽60，其是由主水槽24供给的，来用作电解剂。优选所述氢生成槽60配置来包括多个隔室62，其中每个隔室62配置为容纳打算用于电解方法来产生氢气的水。作为一个例子，所述氢生成槽60可以包括两个或者更多个隔室62。所述氢生成槽60，包括每个隔室62，连通到供水管64，其接收来自于主水槽24的水和将所述水经由排列在位于所述氢生成槽60的下部上或者底部附近的供水管64上的各自的水入口63供给到每个隔室62。在槽盖子52与所述氢生成槽60结合时，所述的包括每个隔室 62的氢生成槽60配置为位于所述氢生成槽60轮缘和槽盖子52之间的橡胶密封条54的排列来真空密封所述氢生成槽60以及每个隔室62。优选所述氢生成单元22包括多个电池单元组件66，其中每个电池单元组件用桥连元件 89彼此连接来使得电流在所述氢生成单元22中和电池单元组件66排列在其中的每个隔室62中流动。电池单元组件66包括多个等间距的导电金属板68，其垂直排列在每个隔室62内。所述多个金属板68每个分配来携带或者连接到阳极或者阴极，其中具有阳极的金属板68A排列来与具有阴极的金属板 68B交替，其允许一旦电池单元组件66没入或者浸入隔室62内的水中时发生电解。图5显示了电池单元组件66的特写视图，其以更详细的方式显示了所述多个金属板68，特别是具有阳极的金属板68A和具有阴极的金属板 68B的方式。如图5所示，具有阳极的金属板68A共用共同的阳极桥69A，而具有阴极的金属板68B共用共同的阴极桥69B。每个阳极桥69A和阴极桥 69B连接到电池单元组件66各自的正和负电极71，73上，其每个连接到电源供应单元26各自的电极(未示出)上。
此外，根据本实用新型，使用小汽车ECU36的运行和相关继电器的配置，参见图12，可以交替或者切换所述氢生成单元22的正和负电极71，73的功能。例如以10分钟的间隔，它允许将电极71和73(包括所述金属板)从带正电切换变成带负电的作用。这种作用是在所述系统20的整个运行中在每个指定的时间间隔切换的。通过这种排列，它促进了具有阳极的金属板68A和具有阴极的金属板68B之间更平衡的磨损。此外，因为在所述氢生成单元22 运行过程中在正电极71处产生的热不等于在负电极73处产生的热，通过切换这些电极71，73的功能，它产生了平衡的热，由此降低了所述氢生成单元22所产生的整体的热和有利于水更好的电解。过热将引起水沸腾和产生蒸汽，而非电解产生氢。避免所述氢生成单元22过热因此允许所述氢生成单元22持续运行更长时间和所以可以获得连续供给的氢气。
此外在每个隔室62内，所述多个金属板68每个排列在每个单个狭缝70 中，其是在排列于每个隔室62中的金属板支座72上形成的。更详细地参见图4。如所示的，金属板支座72是由两个相对的具有凹槽的侧面板72A和 72B和底部面板72C形成的。所述两个相对的具有凹槽的侧面板72A和72B 因此产生了多个狭缝70，其允许每个金属板68坐落在每对相对的狭缝70 之间，以将电池单元组件66保持在隔室62内的合适位置上。此外，底部面板72C配置为包括多个间隔开的肋条74，其中每个肋条是用在它下侧的凹槽 76制备的。这些间隔的肋条74以及凹槽76允许水在隔室62内更好的循环。
此外，虽然所述氢生成单元22设计为通过氢生成单元22产生较小或者较少的热量，但是根据本实用新型的氢生成单元22仍然进一步包括温度传感器78。在所述氢生成单元22处，即在所述氢生成槽60处的温度传感器 78配置检测、读取或者收集在所述氢生成单元22处的温度或者温度数据，在此时，当所述温度已经达到高于设定值时，温度传感器78将发射或者发送信号到所述氢生成单元的ECU34，经由继电器促使所述氢生成单元的ECU34将从电源供应单元26到所述氢生成单元22的电源断开，这引起所述氢生成单元22停止来将温度降低到可接受的范围或者冷却所述氢生成单元22处的温度。一旦温度已经返回到可接受的范围，则通过温度传感器78与所述氢生成单元的ECU34的组合控制，可以重新开始或者再次启动所述氢生成单元 22的运行，其中通过继电器，所述氢生成单元的ECU34将重新将电源从电源供应单元26连接到所述氢生成单元22来重新开始运行。
此外，如上所述，所述氢生成单元22包括盖子52，其配置来组装到所述氢生成槽60上，来借助于橡胶密封条54来真空密封所述氢生成槽60，如上所述。盖子52可以用适当的紧固装置例如螺杆、螺母和螺栓等组装到所述氢生成槽60上。虽然所述氢生成单元22配置成是真空密封的，但是所述盖子52配置为包括在盖子52上整体形成的多个通道80，其使得所产生的氢气或者氢气和氧气的混合物或者气体和水的混合物从每个隔室逸出和传送到发动机系统32。同样参见图9，通道80排列以使得每个隔室62内所产生的氢气或者氢气和氧气的混合物或者气体和水的混合物从每个隔室62经由各自的通道80逸出进入互连的共用通道82，其导向排列在盖子52上的气体出口84，其中所述氢气或者氢气和氧气的混合物或者气体和水的混合物离开所述氢生成单元22和流入主水槽24，在这里所述氢气或者氢气和氧气的混合物将持续行进到发动机系统32。在产生所述氢过程中会产生水蒸气或者水滴的混合物，并且这样的水蒸气或者水滴可以与氢气或者氢气和氧气的混合物流一起携带到气体出口84。因此，通过允许所述氢气或者氢气和氧气的混合物转移回到主水槽24，它允许捕集所述水蒸气或者水滴，并且返回主水槽 24，仅仅留下所述氢气或者氢气和氧气的混合物继续行进穿过防回火单元30 和最终到发动机系统32。
此外，盖子52还包括多个开口86(参见图9)，其排列在对应于电池单元组件66的电极71，73位置的位置处，所述电极排列为突出穿过这样的开口86，来允许电连接到电源供应单元26各自的电极(未示出)上。所述的电池单元组件66的电极71，73可以排列在与盖子52整体形成的室88中。室 88可以具有隔板90，其配置为连接到室88上来隐蔽和保护电极71，73。
所述氢生成单元22具有紧固元件92以便于将所述氢生成单元22固定到车辆或者小汽车的结构上。在示例性实施方案中，紧固元件92排列在所述氢生成槽60下部或底部附近的侧面上。所述氢生成单元22因此可以使用适当的紧固装置固定到车辆结构上。当然，紧固元件92的其他形式和位置是可能的，只要它起到了相同的功能和目的。
如上所述，所述氢生成单元22接收了来自于主水槽24的水。理想地，在运行过程中，所述氢生成单元22中的水位应当保持总是高于金属板68来优化电解能力、降低金属板的磨损和增强所产生的氢气或者氢气和氧气的混合物朝着主水槽24更好的循环。
图6显示了根据本实用新型所述的产生氢气并将氢气供给到内燃机20 的主水槽24的一种实施方案的例子。主水槽24可以由任何不锈的、耐久性材料制成，包括不锈钢和铝。主水槽24配置为包括水作为电解剂，用于在所述氢生成单元22中产生氢气。所述水然后经由主水槽水出口99(其排列来优选位于主水槽24的下段附近)供给到氢生成单元22，所述主水槽连接到氢生成单元22的供水管64上。主水槽24供水到氢生成单元22的机理包括通过重力。因此在使用这种机理之处，主水槽24安装时必需高于氢生成单元 22来实现所述效果。主水槽24限定出一个腔室来保持水，并且包括开口94 来允许重新填充水。开口94配置为接收帽96的组件以密封所述开口94。此外，主水槽24还包括排水孔98以便于主水槽24排水来用于清洁或者其他维护目的。排水孔98可以用排水塞100密封。此外，主水槽24还包括一个或多个紧固臂102，其配置为接收适当的紧固装置以允许将主水槽24固定到结构上，这将主水槽24保持在合适的安装位置。在一种实施方案中，主水槽24包括水位指示窗104，其提供了水位的视觉观察和使得车辆控制者或者驾驶员知道何时必需加满水。在一种实施方案中，主水槽24包括最大-最小水位传感器106A，106B。最大水位传感器106A为车辆控制者或者驾驶员提供了在加水过程中知晓最大水位的指示，以便处于最大保持能力时，主水槽24内的水将不干扰或者阻止从所述氢生成单元22接收氢气或者氢气和氧气的混合物和朝着发动机系统32输送。最小水位传感器106B为车辆控制者或者驾驶员提供了指示或者通知，来让车辆控制者或者驾驶员知晓何时必需加水。这个特征在其中所述系统20没有次级水槽38和需要在主水槽24处手工加水的实施方案中是有用的。最大-最小水位传感器106A，106B的目的和功能还将在下面进一步讨论。
更重要地，主水槽24配置为从所述氢生成单元22接收所述氢气或者氢气和氧气的混合物或者气体和水的混合物和将所述氢气或者氢气和氧气的混合物送到发动机系统32。因此，主水槽24还包括主水槽气体入口108和主水槽气体出口110。主水槽气体入口108连接到所述氢生成单元22的气体出口84上以接收来自于所述氢生成单元22的氢气或者氢气和氧气的混合物或者气体和水的混合物。所接收的氢气或者氢气和氧气的混合物然后经由主水槽气体出口110送到发动机系统32。由此，主水槽气体出口110允许将由主水槽24接收的氢气或者氢气和氧气的混合物经由置于主水槽24和发动机系统32之间的防回火单元30送到发动机系统32。在一种其中所述系统20 进一步包括次级水槽38的实施方案中，主水槽24还将进一步包括主水槽水入口112，其将接收来自于次级水槽38的水。主水槽水入口112配置为接收经由位于主水槽24下段处的主水槽水出口99待供给到氢生成单元22的水的供应。
如上所述(还参见图1A)，在一种实施方案中，所述系统20进一步包括次级水槽38。图7显示了次级水槽38的一种实施方案，其用作容器，其含有在所述氢生成单元的ECU34检测到主水槽24中的水已经消耗到临界水平或者低于设定值时，打算分配到主水槽24中的保留的水。因此，次级水槽 38经由管线或者管等连接到主水槽24上，其中所述水从次级水槽38中借助于机动泵40从次级水槽水出口39经由主水槽水入口112排入主水槽24中。次级水槽水出口39优选位于次级水槽38的下部例如底部，其中所述次级水槽水出口39也可以用作排水孔。次级水槽38还包括水接收端口41以接收重新填充到次级水槽38中的水。提供盖子42，并且配置来结合到水接收端口41上，来密封次级水槽38。类似于主水槽24，所述次级水槽38也可以包括具有最大和最小水位指示标记的次级水槽水位透明窗43，其使得次级水槽38内的水位是可见的。次级水槽水位透明窗43可以伴随有测量刻度，其代表了任何时间留在次级水槽38中的水量和在重新填充过程中要补充来使得次级水槽38的水位达到最大水平的水量。同样，次级水槽38还包括紧固元件44用于将次级水槽38固定到合适的安装位置。在主水槽24的水位指示窗104和所述次级水槽水位透明窗43用于提供在各自的主水槽24和次级水槽38内水位的目视指示或者通知。因此，其他形式和构造的水位指示手段是可能的，只要它用于相同的目的和功能就行。
在运行中，机动泵40连接到次级水槽38，作为来自于所述氢生成单元的ECU34的命令或者信号的结果，通过接收电源供应单元26提供到机动泵 40的电力，将水从次级水槽38泵入主水槽24中。如上所述，机动泵40是电连接到所述氢生成单元的ECU34以及电源供应单元26上的，其中所述电源供应单元26本身也电连接到所述氢生成单元的ECU34上，其也电连接到所述氢生成单元22上。由此，当所述水位传感器例如在所述氢生成单元22 处，即在主水槽24处的最小水位传感器106B启动和将信号送到所述氢生成单元的ECU34时，所述氢生成单元的ECU34在处理所述信号后，允许将电力从电源供应单元26供给到机动泵40，这完成了机动泵40和电源供应单元 26之间的电连接，因此使得机动泵40能够将水从次级水槽38泵入主水槽 24。当主水槽24的水位达到最大水位或者达到预定值时，最大水位传感器106A将信号发送到所述氢生成单元的ECU34，促使它通过切断机动泵40和电源供应单元26之间的电连接来停止机动泵40。所述水位一旦达到预定的最大水平将触发最大水位传感器106A启动(因为水充当了介质来完成传感器电路，这允许它启动)。这将确保从主水槽24连续供水到所述氢生成单元22，由此保持了最佳的电解速率和确保了氢气连续供给到发动机系统32。从次级水槽38向主水槽24自动加水的能力允许所述小汽车或者车辆或者汽车运行更长时间或者行进更大距离或者在需要加水之前具有更高的英里数。
根据本实用新型，所产生的氢气或者氢气和氧气的混合物经由位于主水槽24和发动机系统32之间的防回火单元30供给到发动机系统32。防回火单元30用于防止发动机系统32可能的闪回导致的任何回火。图8所示的防回火单元30包括部分地填充了水的储水器31和具有排列在储水器31内的通路35的内杯33，并且它的通路35置于储水器31中所含的水下面。具有通路35的内杯33是与储水器盖37整体形成的，所述储水器盖37具有排列在储水器盖37上的储水器气体入口49和储水器气体出口29，所述储水器盖 37配置为连接到储水器31上和密封所述储水器31和内杯33二者，在内杯 33处接收来自于主水槽24的氢气或者氢气和氧气的混合物的储水器气体入口49与内杯33连通。所述储水器气体入口49位于储水器盖37上和与内杯 33连通来接收来自于主水槽24的氢气或者氢气和氧气的混合物。将所接收的氢气或者氢气和氧气的混合物导向内杯33的通路35，在其中所述氢气或者氢气和氧气的混合物然后允许穿过所述水从储水器31逸出和流入储水器气体出口29，其排列在储水器盖37上，并且连通到储水器31上，和随后送到发动机系统32进行燃烧。内杯33起到了非常重要的作用，因为如果在其中所述氢生成单元22停止，它将在所述氢生成单元22内产生真空效应，其中没有内杯33时，水将完全从储水器31出来进入所述氢生成单元22和一旦所述氢生成单元22重新启动时，储水器31中将没有留下的水来阻挡来自于发动机系统32的任何可能的回火，这会引起所述系统20的损坏。通过具有内杯33，在所述氢生成单元22停止时，水将代替地被推动和收集在内杯 33中，其中一旦所述氢生成单元22重新启动，则水将流回储水器31和准备阻挡发动机系统32的任何可能的回火。
此外，如上所述，根据本实用新型的系统20包括至少一个氢生成单元 22。因此在另一实施方案中，所述系统20可以包括大于一个氢生成单元22。例如在一种其中所述发动机系统32具有较大的燃料消耗速率的实施方案中，可以提供具有两个氢生成单元22的系统20，其可以供给更大量的氢气到发动机系统32，参见图10。在这个例子中，上述的本实用新型的整体部件和原理是相同的，唯一在于其中存在大于一个氢生成单元22的实施方案中，每个氢生成单元22可以简单地共用共同的管线，包括将主水槽24的主水槽水出口99连接到所述氢生成槽60的供水管64的管线，和将每个氢生成单元22的气体出口84连接到主水槽气体入口108的共用管线。
此外，如上所述，所述氢生成单元22、电源供应单元26和机动泵40 连接到所述氢生成单元的ECU34上，其与温度传感器78、水位传感器106A， 106B通信来控制所述氢生成单元22的启动/停止，包括启动/停止机动泵 40(通过电源供应单元26控制)。此外，所述氢生成单元的ECU34还连接到小汽车ECU36上。因此，通过所述氢生成单元的ECU34与小汽车ECU36(其包括发动机系统32的不同传感器)之间的通信，使得所述系统20能够控制和调节所述氢生成单元22的启动/停止，要产生的氢气的量或者输出速率；要供给到发动机系统32来提高发动机的燃料效率和性能的氢气的量。
图11显示了根据本实用新型原理的所述系统20之间的连接的例子，其包括氢生成单元22、电源供应单元26、机动泵40、氢生成单元的ECU34、发动机系统32和小汽车ECU36。如可以看到的，所述氢生成单元的ECU34 电连接到小汽车ECU36，其经由发动机舱内的多个传感器28(包括与燃料注入量、燃料相对于氧气量的量、流入发动机的空气量等相关的传感器28)来监视发动机系统32的运行和性能，因此这样的传感器28包括例如TPS，FRP， MAP，MAF，AUX，SVC，如发动机系统32的内燃机领域公知的。因此，通过所述氢生成单元的ECU34和小汽车ECU36之间的连接，可以配置所述系统20 根据需要或者根据对于发动机系统32的燃料消耗、运行或者运转模式的响应来产生氢气和供给氢气。这使得根据本实用新型的系统20能够适用于具有不同规格的发动机，或者所述发动机是否以不同种类的燃料运行，它是否是以汽油、柴油、生物柴油、LPG或者CNG运行的发动机或者它是否是单缸发动机或者2至8缸发动机。
此外，根据本实用新型，通过发动机系统32可以减少燃料注入和用氢气补偿减少的燃料量来不仅改进燃料经济性，而且改进燃料燃烧的效率。根据本实用新型，所述氢生成单元的ECU34是可编程的，来对应于发动机系统 32的燃料需要。在一个例子中，可以配置所述氢生成单元的ECU34来将较低或者较高安培的电流发送到所述氢生成单元22，以响应所测量的发动机系统 32的RPM。即，当RMP较低时，发送到所述氢生成单元22的电流也将降低，其最终导致产生较低量的氢气。但是，可以设计小汽车ECU36来让发动机系统32持续注入较低量的燃料用于燃烧，同时用氢气代替补充或者补偿所述较低量的燃料来节约燃料。这是通过编程或者调节所述氢生成单元的ECU34 来发送不同安培电流来实现的，其用通过小汽车ECU36和它的传感器28处理来调节通过氢生成单元22所产生和供给到发动机系统32的氢气的量，来改进所述发动机的燃料经济性和燃料效率。在优选的情形中，通过编程或者调节所述氢生成单元的ECU34，小汽车ECU36及其传感器28将检测到较少或者降低读数的氧气、空气流量等和注入较少/较低量的燃料，所述氢生成单元22然后将产生和供给较大量的氢到发动机系统来补偿以较低量注入的燃料的量，来保持所述发动机的性能，以节约燃料。在下面进一步描述的实施例1-4的调节的不同例子中也可以看到。此外，所述氢生成单元的ECU34也可以程序化或者调节来改变通过小汽车ECU36预设的发动机系统32的不同的传感器28的参数，以优化来自于所述氢生成单元22的氢气输出，来与发动机的运行或者运转模式一致，来实现最高的燃料经济性，改进的发动机效率。
此外，根据本实用新型的原理，当所述氢生成单元的ECU34电连接到小汽车ECU36时，可以通过所述氢生成单元22管理所产生的氢气，以与发动机系统32的燃料需要一致。所以根据本实用新型，所述系统20能够切换运行程序来产生氢气，以与小汽车的运转模式相一致，例如城市运转模式或者乡村运转模式。城市运转模式描述了这样的情形，其中所述小汽车是在城市街道上行驶，其中交通量预期是高的，并且所述小汽车是低速驾驶的。在这种情况中，发动机系统32的RPM是低的，并且所述小汽车消耗了较低的燃料和因此要减少来节约燃料的燃料是有限的。同样在这种城市运转模式中，重要的是氢生成单元22必须不产生大于需要的氢气，因为电解将消耗电源供应单元26的电力。换言之所述氢生成单元22产生了大量的氢气，同时发动机系统32的RPM是低的(或者当小汽车低速驾驶时)将产生较高的燃料消耗。不仅如此，当小汽车低速行驶时产生较高量的氢气还将增加所述氢生成单元过热的可能性。此外，产生较高的氢气需要较高量的电力，其最终将导致热，并且因为小汽车是低速行驶的，因此用空气散热没有小汽车高速行驶时那样有效。相反，乡村运转模式描述了这样的情形，其中所述小汽车是在乡村街道上驾驶的，其中交通量预期是低的，并且所述小汽车是高速驾驶的。在这种情况中，发动机系统32的RPM是高的，并且所述小汽车消耗了较大量的燃料。所以，可以通过降低燃料注入和供给更高量的氢气来补偿所减少的燃料来降低小汽车的燃料消耗，其最终提高了燃料经济性。在乡村运转模式中，将存在较少的过热问题，虽然更大量的电力送到了所述氢生成单元，因为较大的氢气输出被发动机系统32利用，并且同时高速行驶减少了热，并且空气变得更有效。所以，由于上面的，调节氢生成单元22产生的氢气的量来与小汽车运转模式或者燃料消耗速率一致的能力以及在小汽车的不同运转模式之间切换的能力是非常有益的。
下面是调节所述氢生成单元的ECU34来与小汽车ECU36中预设的发动机系统32的不同的传感器28的参数一致或者重新设置不同的传感器28的那些参数来优化所述氢生成单元的氢气输出以与发动机的运行或者运转模式一致来实现最高的燃料经济性，改进的发动机效率的例子。在这个例子中发动机系统32是小型卡车的柴油发动机2.5cc，“TOYOTAVIGO”；其中：
Figure DEST_PATH_GDA0002605894860000161
Figure DEST_PATH_GDA0002605894860000171
所述最小和最大值代表了发动机系统32所示的可接受的最大或者最小值，而不引起发动机系统32任何损坏。参见实施例：
实施例1：燃料轨压(FRP)传感器调节
FRP；城市运转模式
Figure DEST_PATH_GDA0002605894860000172
FRP：乡村运转模式
Figure DEST_PATH_GDA0002605894860000181
燃料轨压传感器指示了到小汽车ECU36的燃料轨道压力。通过将FRP输出设定到小于小汽车的实际FRP输入读数的大约10-20％，将增加轨道中的压力，产生较小的燃料液滴，这能够在注入燃烧室的燃料和氢气之间更好的混合，其将增强更好或者更完全的燃料燃烧。
实施例2：集管绝对压力(MAP)传感器或者空气流量传感器调节
MAP；城市运转模式
Figure DEST_PATH_GDA0002605894860000191
MAP；乡村运转模式
Figure DEST_PATH_GDA0002605894860000192
MAP是由小汽车ECU36用于测定优化发动机系统32的燃烧所需的燃料计量。通过调节MAP到低于(作为伏特测量)MAP传感器的实际读数，通过在它送到小汽车ECU36之前将所述信号重新导向所述氢生成单元的ECU34，所述较低的值将调节发动机系统32以注入比它应当注入更少量的燃料，由此所述氢生成单元的ECU34因此将促进所述氢生成单元22产生更多的氢气和供给更多的氢气来补偿所述较少量的燃料，这导致发动机系统32较低的燃料消耗。
实施例3：大空气流量(MAF)传感器调节
MAF；城市运转模式
Figure DEST_PATH_GDA0002605894860000201
MAF；乡村运转模式
Figure DEST_PATH_GDA0002605894860000211
可以用与MAP传感器相同的原理来调节大空气流量(MAF)传感器。通过调节MAF到低于(作为伏特测量)MAP传感器的实际读数，通过在它送到小汽车ECU36之前将所述信号重新导向所述氢生成单元的ECU34，所述较低的值将调节发动机系统32以注入比它应当注入更少量的燃料，由此所述氢生成单元的ECU34因此将促进所述氢生成单元22产生更多的氢气和供给更多的氢气来补偿所述较少量的燃料，这导致发动机系统32较低的燃料消耗。
实施例4：氧传感器(AUX)调节
AUX；标准
Figure DEST_PATH_GDA0002605894860000221
重要的是为了成功降低MAP和MAF，通过氧传感器或者λ所测量的氧气和燃料的比例必须调节，以使得Aux输入和Aux输出是相同的。即，如果氧气和燃料的比例不相同并且小汽车ECU36检测到存在较少量的燃料(作为降低MAP和MAF的结果)，则它将促使发动机系统32注入更多的燃料，其将使得降低燃料注入(通过降低MAP和MAF)的尝试失败。
从前述说明书中，很显然可以实现一种可选择的系统，用于产生氢气并将所产生的氢气供给到内燃机，其以较低成本产生氢气，并且具有足够的量来补充主燃料源以及提高发动机的燃料效率，和因此现在满足本实用新型的目标。

Claims (11)

1.一种用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，包括：
-车辆或者汽车的发动机系统(32)，所述发动机系统(32)电连接到车辆或者汽车的ECU(36)上；
-至少一个氢生成单元(22)，其配置为通过电解水而产生氢气或者气体混合物；
-主水槽(24)，其配置为保持一定量的水和将所述水供给到所述氢生成单元(22)；
-电源供应单元(26)，其配置为将电流供给到所述氢生成单元(22)以用于电解水；
-所述氢生成单元的ECU(34)；和
-置于所述主水槽(24)和所述发动机系统(32)之间的防回火单元(30)；其中
所述氢生成单元的ECU(34)电连接到所述氢生成单元(22)、电连接到所述电源供应单元(26)、并由此通过车辆或者汽车的ECU(36)与所述氢生成单元的ECU(34)之间的通信电连接到所述车辆或者汽车的ECU(36)上，所述系统(20)能够调节所述氢生成单元(22)中要产生和供给到所述发动机系统(32)的氢气的产生和供给。
2.根据权利要求1所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，进一步包括：
-次级水槽(38)，其连接到所述主水槽(24)上；和
-机动泵(40)，其连接到所述次级水槽(38)上，并电连接到所述电源供应单元(26)和所述氢生成单元的ECU(34)上；
其中，所述氢生成单元的ECU(34)当检测到所述主水槽(24)中的水损耗到阈值水平时允许将所述电源供应单元(26)的电力供给到所述机动泵(40)来启动所述机动泵(40)，以将水从所述次级水槽(38)泵入所述主水槽(24)中，并且一旦所述主水槽(24)中的水达到预定水平时使得所述电源与所述机动泵(40)断开，以停止所述机动泵(40)。
3.根据权利要求1或者2所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，所述氢生成单元(22)包括：
-氢生成槽(60)，其配置为紧固到车辆或者汽车的结构上，并且限定出多个隔室(62)，每个隔室配置为容纳一定量的水作为由所述主水槽(24)提供的电解剂；
-槽盖子(52)，其配置为真空密封所述氢生成槽(60)；和
-多个电池单元组件(66)，其彼此连接，并且其中排列在所述氢生成槽(60)的每个隔室(62)内的每个电池单元组件(66)配置为接收来自于所述电源供应单元(26)的电流，以允许电解水来产生氢气或者氢气和氧气的混合物。
4.根据权利要求3所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，每个电池单元组件(66)包括多个间隔开的导电金属板(68)，每个导电金属板分配为连接到各自的正电极或者负电极(71，73)，以使得每个金属板(68)是带负电或者带正电的，并且其中每个带负电或者带正电的金属板(68)彼此交替排列在位于每个隔室(62)内的金属板支座(72)上。
5.根据权利要求4所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，包括所述电池单元组件(66)的带负电或带正电的金属板(68)的所述正电极或者负电极(71，73)允许以预先规定的时间间隔在带负电和带正电之间切换功能。
6.根据权利要求5所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，所述主水槽(24)包括：
-一种或多种紧固臂(102)，其配置为接收紧固装置以允许将所述主水槽(24)固定到合适的地方；
-开口(94)或者主水槽水入口(112)，其配置为接收经由位于所述主水槽(24)下段处的主水槽水出口(99)待供给到所述氢生成单元(22)的水的供应；
-最大水位传感器(106A)和最小水位传感器(106B)；
-主水槽气体入口(108)，其接收来自于所述氢生成单元(22)的氢气或者氢气和氧气的混合物；和
-主水槽气体出口(110)，其允许将由所述主水槽(24)接收的氢气或者氢气和氧气的混合物经由置于所述主水槽(24)和所述发动机系统(32)之间的防回火单元(30)送到所述发动机系统(32)。
7.根据权利要求2或者6所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，所述次级水槽(38)包括：
-一种或多种紧固元件(44)，其配置为接收紧固装置来允许将所述次级水槽(38)固定到合适的地方；
-水接收端口(41)，其允许重新填充水；所述的水接收端口(41)具有盖子(42)；
-次级水槽水位透明窗(43)，其使得所述次级水槽(38)内的水位可见；和
-次级水槽水出口(39)，其位于所述次级水槽(38)的下部；
其中所述次级水槽(38)借助于所述机动泵(40)和所述氢生成单元(22)的控制将水排入所述主水槽(24)，以确保水从所述主水槽(24)连续供给到所述氢生成单元(22)。
8.根据权利要求7所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，所述氢生成单元(22)进一步包括温度传感器(78)，其配置为检测、读取或者收集所述氢生成单元(22)处的温度数据，并且将所述数据传送到所述氢生成单元的ECU(34)以引起所述氢生成单元的ECU(34)在所述氢生成单元(22)处的温度超过设定值时停止所述氢生成单元(34)和/或在所述氢生成单元(22)冷却到可接受的范围时启动所述氢生成单元(34)。
9.根据权利要求1或者8所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，所述防回火单元(30)用于防止由于所述发动机系统(32)可能的闪回引起的任何可能的回火；所述防回火单元(30)包括：
-部分地填充有水的储水器(31)；
-排列在所述储水器(31)内的内杯(33)，所述内杯(33)具有整体形成的通路(35)，并且所述通路(35)置于所述储水器(31)内所含的水的下面；和
-储水器盖(37)，其具有排列在所述的储水器盖(37)上的储水器气体入口(49)和储水器气体出口(29)；
其中所述内杯(33)是与所述储水器盖(37)整体形成的，并且所述储水器盖(37)配置为连接到所述储水器(31)上和密封所述储水器(31)和所述内杯(33)二者，在所述内杯(33)处接收来自于所述主水槽(24)的氢气或者氢气和氧气的混合物的所述储水器气体入口(49)与所述内杯(33)连通；并且与所述储水器(31)连通的所述储水器气体出口(29)允许穿过水从所述内杯(33)逸出的氢气或者氢气和氧气的混合物流到所述发动机系统(32)来燃烧。
10.根据权利要求1所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，电连接到所述车辆或者汽车的ECU(36)上的所述氢生成单元的ECU(34)是可编程的，以允许将所述氢生成单元的ECU(34)相对于所述车辆或者汽车的ECU(36)调节，以便能够调节所述氢生成单元(22)以产生氢气和供给氢气，以与所述发动机系统(32)的燃料消耗、运行或者运转模式相一致。
11.一种系统的氢生成单元(22)，所述系统是根据权利要求1-10中任一项所述的用于产生氢气并将氢气供给到内燃机的系统(20)，其特征在于，包括：
-氢生成槽(60)，其配置为紧固到车辆或者汽车的结构上，并且限定出多个隔室(62)，每个隔室配置为容纳一定量的水作为由所述主水槽(24)提供的电解剂；
-槽盖子(52)，其配置为真空密封所述氢生成槽(62)；和
-多个电池单元组件(66)，其彼此连接，并且其中排列在所述氢生成槽(60)的每个隔室(62)内的每个电池单元组件(66)配置为接收来自于所述电源供应单元(26)的电流，以允许电解水来产生氢气或者氢气和氧气的混合物；和
-所述氢生成单元的ECU(34)，其电连接到所述氢生成单元(22)；
其中，所述氢生成单元的ECU(34)与连接到发动机系统(32)上的车辆或者汽车的ECU(36)通信；并且其中所述氢生成单元的ECU(34)和所述车辆或者汽车的ECU(36)之间的通信允许调节所述氢生成单元(22)的氢气和供给氢气供给，以与所述发动机系统(32)的燃料消耗、运行或者运转模式对应。
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