EA009567B1 - Электролизер и содержащий его комплект для двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Система для получения одного или нескольких газов для улучшения сгорания в двигателе внутреннего сгорания, причем указанный двигатель имеет впускной канал, а система включает электролизер для выработки одного или нескольких улучшающих сгорание газов под давлением; газопровод для соединения электролизера с впускным каналом двигателя внутреннего сгорания и регулятор расхода, функционально подключенный между электролизером и впускным каналом двигателя и предназначенный для регулирования потока улучшающих сгорание газов в двигатель.

Description

Данное изобретение относится, в целом, к двигателям сгорания и, в частности, к электролизеру, предназначенному для подачи газообразных присадок к топливу, улучшающих сгорание в таком двигателе.

Предпосылки изобретения

Современные бензиновые и дизельные двигатели имеют более высокий КПД и меньше загрязняют окружающую среду по сравнению с аналогами, существовавшими всего лишь несколько лет тому назад. Тем не менее, увеличение общего числа эксплуатируемых автомобилей приводит к тому, что уровень загрязнения воздуха продолжает расти, несмотря на то, что автомобили стали более эффективными и экологически чистыми. Поэтому все острей становится проблема разработки транспортных средств с еще меньшими уровнями выбросов, а, следовательно, и меньшим загрязнением окружающей среды, чем это обеспечивает современный уровень автомобильной техники. Указанная проблема подтолкнула развитие техники с использованием альтернативных видов топлива, такой как электромобили и электроавтофургоны, автомобили с двигателями, работающими на природном газе и пропане, машины с установленными электролизерами для получения водорода и т.д. Хотя многие из перечисленных направлений являются перспективными, некоторым еще предстоит пройти долгий путь до коммерческого применения, а другие, похоже, исчерпали существующие на сегодняшний день проектные возможности, так и не дав потребителю приемлемого для него продукта. Поэтому центр внимания переместился на обычные бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания, пути их совершенствования с целью снижения создаваемого ими загрязнения окружающей среды и повышение их КПД.

Из уровня техники хорошо известно, что газообразные водород и кислород, используемые в качестве топлива, значительно увеличивают эффективность работы двигателя внутреннего сгорания и уменьшают выброс вредных веществ. Оба преимущества являются следствием большей скорости распространения пламени (которая в девять раз превышает аналогичное значение для бензина), благодаря чему достигается более полное сгорание топлива в камере сгорания. Соответственно уменьшается и содержание сажи (неполностью сгоревших углеводородов), закиси азота, угарного газа и других вредных веществ в выхлопе, а вырабатываемая энергия - увеличивается. Таким образом, двигатель экономней расходует топливо и в то же время развивает большую мощность.

Одним из возможных решений проблемы использования водорода и кислорода в качестве присадок к топливу является хранение указанных газов в емкостях, установленных в автомобиле, и соединение данных резервуаров с двигателем посредством шлангов. Однако хранение этих летучих газов в резервуарах представляет собой постоянную опасность, связанную с риском утечки газа и взрыва. Кроме того, подобная система требует регулярного посещения станции техобслуживания для пополнения запаса газов, а это неудобно для потребителя. А еще существующую сеть СТО придется модернизировать (с вложением значительных средств) для того, чтобы станции могли заправлять резервуары газами. Это, в свою очередь, потребует масштабной координации стандартов, что неизбежно вызовет чрезмерную задержку с практическим внедрением данной техники. С учетом перечисленных проблем, связанных с хранением газов в резервуарах, предпринимались попытки разработать системы, в которых газы получались бы в самом автомобиле с применением хорошо известных технологий, таких как электролиз, и расходовались бы по мере необходимости.

Пример такой системы описан в патенте США № 3939806, выданном Вгаб1еу. Эта система достаточно сложна, поскольку она включает механизм, используемый для генерирования постоянного тока, питающего электролизер. В ней применяется рабочая жидкость, такая как вода или фреон, предусмотрена соответствующая система циркуляции, турбина и генератор постоянного тока, имеется карбюратор для формирования воздушно-водородной смеси и емкость для хранения водорода, а также несколько насосов для рабочей жидкости, воды и водорода. Практическая реализация столь сложной системы требует значительных затрат, усилий, направленных на интеграцию с существующими двигателями. Вполне возможно, она также потребует дополнительного технического обслуживания ввиду появления множества дополнительных компонентов. Кроме того, Вгаб1еу даже не рассматривает риск взрыва, исходящий, в частности, от емкости для хранения водорода, и не предлагает каких-либо средств для поддержания работоспособности системы в холодную погоду, когда вода, поступающая в электролизер, замерзнет.

Патент США № 5231954 на имя 81о^е описывает попытку построения более простой системы с использованием электролиза для получения водорода и кислорода прямо в автомобиле. Устройство представляет собой электролизер с одной камерой, запитываемый непосредственно от аккумуляторной батареи автомобиля, и линию отвода газов, соединенную с системой вентиляции картера (РСУ) двигателя. При работе двигателя в линии РСУ создается вакуум, обеспечивающий выход газов из электролизера и затягивание их в двигатель. Имеется также клапан регулировки забора воздуха, который постоянно открыт для поступления воздуха из атмосферы. Этот клапан устанавливается таким образом, чтобы получить требуемую смесь воздуха и полученных газов, которая обеспечит выполнение установленных требований касательно выхлопа. Пользователь заливает концентрат электролита в воду в камере электролизера до тех пор, пока амперметр не покажет 1,5-3,0 А. Затем приблизительно через каждые 1000 миль пробега необходимо доливать (вручную) воду в электролизер. Электролизер снабжен фрикционной

- 1 009567 крышкой, которая плотно закрывается под действием вакуума, создаваемого в линии РСУ, и освобождается при выключении двигателя и, следовательно, сбросе вакуума. Такая крышка открывается под действием давления, тем самым, предотвращая его возрастание в камере электролизера при неработающем двигателе.

Поскольку устройство 81о\\с запитывается непосредственно от аккумуляторной батареи, величина тока регулируется концентрацией электролита. В результате получается электролитический элемент, обладающий высоким сопротивлением, малым током и выделяющий значительное количество тепловой энергии, которая создает дополнительные проблемы. Проблема тепловыделения усугубляется тем, что в предпочтительном варианте реализации изобретения предлагается использовать пластмассовые стенки, которые не обладают хорошей теплопроводностью. Кроме того, в патенте не предлагается никакой системы охлаждения.

Хотя предложенное устройство должно было бы быть простым в установке и использовании, предварительная подготовка смеси и зарядка электролизера представляют собой определенное неудобство, особенно для обычного потребителя. Сложности системе добавляет и необходимость регулировки воздухозаборного клапана посредством механизмов контроля выхлопа. Кроме того, поскольку этот клапан постоянно открыт для поступления атмосферного воздуха, существует вероятность засасывания в электролизер загрязненного воздуха. 81о\\с также утверждает, что указанный клапан служит двоякой цели: в случае повышения давления в электролизере он функционирует и как предохранительный стравливающий клапан. Однако, не совсем ясно, как отверстие, размер которого установлен, исходя из выполнения требований относительно выхлопа (скорее всего, размер отверстия должен быть малым), может эффективно использоваться для совершенно иной цели - в качестве отверстия для сброса давления. Поэтому устройство 8Ю\\'С. возможно, не обладает достаточными защитными функциями по сбросу давления, которые бы могли предотвратить взрыв в случае повышения давления.

Еще один момент состоит в том, что вакуумная линия РСУ, необходимая для работы устройства, предлагается только для бензиновых двигателей внутреннего сгорания, т. е. не предлагается для дизельных двигателей. Дополнительно следует отметить необходимость в доливании воды через каждые 1000 миль пробега. В то время, как это может быть приемлемым для владельцев частных машин, водителям грузовых автомобилей придется столкнуться с определенным неудобством слишком частой доливки воды, так как их машины проходят указанное расстояние буквально за несколько дней. Поэтому предложенное 81о\\с устройство не подойдет для применения в большинстве автомобилей коммерческого применения, в частности - в больших грузовых автомобилях с дизельными двигателями, на которые приходится значительная часть загрязнения окружающей среды.

Еще один электролизер предложен в патенте США № 4271793, выданном УаИезршо. В его описании указывается, что аккумуляторные батареи, используемые в сочетании с большинством автомобильных двигателей, не обеспечивают ток достаточной силы, который бы позволил получить разумные количества водорода и кислорода. Поэтому необходимо устанавливать более мощный или второй генератор. Однако подобная система повышает количество выделяемого тепла, что обуславливает необходимость применения отдельной водяной рубашки, питаемой от системы охлаждения автомобиля. Эти дополнительные компоненты удорожают конструкцию и усложняют ее интеграцию в обычные двигатели.

Высокий уровень выделяющейся тепловой энергии создает риск выкипания электролита. Для решения этой проблемы УаИезршо предлагает установить клапан в линии вывода газа, который бы позволил поддерживать высокое давление внутри электролизера. Предпочтительным диапазоном давления является 50-150 фунт/дюйм², как правило - 100 фунт/дюйм². Однако поддержание столь высокого внутреннего давления, как правило, повышает риск взрыва и усложняет процедуру доливки электролита, которая теперь оказывается сопряженной с опасностью. Кроме того, стенки электролизера в таком случае должны быть более толстыми, что увеличивает массу конструкции. Газ, выходящий из электролизера, проходит через аккумулятор, а оттуда - всасывается под действием вакуума во впускной трубопровод двигателя.

При условии решения перечисленных и других практических проблем, связанных с данной техникой, можно будет воспользоваться преимуществами более высокого кпд и меньшего выброса вредных веществ от применения водорода и кислорода в качестве присадок к топливу, что пока не удалось реализовать.

Краткое описание изобретения

Предлагается электролизер и комплект для двигателя внутреннего сгорания, призванные преодолеть проблемы, существующие в устройствах согласно уровню техники, применяемых для получения газов водорода и кислорода и их использования в качестве присадок к топливу для двигателей сгорания.

Более конкретно, данное устройство должно производить водород и кислород в количестве, достаточном для улучшения эффективности сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, к которому устройство присоединено. Устройство должно эффективно и постоянно подавать получаемые газы в двигатель с тем, чтобы реализовать преимущества от их использования в качестве присадок к топливу. Предпочтительным является то, чтобы устройство работало с различными типами двигателей и, в частности, с дизельными двигателями с турбонаддувом, которые обычно устанавливаются на грузовые авто

- 2 009567 мобили, являющиеся крупнейшими потребителями топлива. Полезным было бы обеспечивать непрерывную подачу газа на протяжении всей поездки и при любых погодных условиях, в которых может оказаться автомобиль: как морозной зимой, так и жарким летом.

Данное устройство должно быть простым в эксплуатации, требовать минимум внимания со стороны пользователя и технического обслуживания. В предпочтительном случае объем обслуживания устройства должен лишь немного выходить за рамки периодической доливки воды. Также было бы выгодным, чтобы устройство состояло из относительно простых и надежных компонентов, таким образом, чтобы сбои в работе были нечастыми, а ремонт - простым. Еще одним преимуществом для устройства будет простота его установки в автомобиль без необходимости в значительной модификации двигателя.

В любом газовом устройстве неизбежен риск блокировки в системе циркуляции газа, приводящей к повышению давления и взрыву. Поскольку устройство согласно данному изобретению используется на автомобильных двигателях, работающих на легковоспламеняющемся углеводородном топливе, в непосредственной близости от которых практически постоянно находится один или несколько человек, взрыв газа может обернуться страшными последствиями, лишая приемлемости эту предлагающую ряд других преимуществ технику. Соответственно, очень важно чтобы конструкция устройства в максимальной степени устраняла этот риск. Поэтому в нем необходимо предусмотреть средства выпуска газа, способные сбрасывать его давление до того, как оно возрастет до опасного уровня. Кроме того, особым преимуществом была бы такая конструкция устройства, которая в маловероятном случае отказа средства выпуска газа или появления искры, смогла бы выдержать взрыв, тем самым значительно снижая риск травмирования водителя и пассажиров автомобиля.

В электролизере согласно настоящему изобретению используются электроды из тянутого никеля для получения газов, и имеется область так называемого электролитического тумана. Вентилятор и конденсатор обеспечивают снижение температуры газа и уменьшение влажности. Протекание процесса электролиза дополнительно улучшается путем регулировки электропитания электролизера. Таким образом, устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает получение необходимого количества газа и его подачу для улучшения сгорания топлива. Устройство подает газ в двигатель под давлением, таким образом, поддерживая постоянным поток даже в случае, если давление в воздухозаборе высокое ввиду действия турбонаддува. Газы имеются в наличии постоянно, благодаря и отдельной, установленной в автомобиле системе подачи воды, которая при необходимости автоматически пополняет ее в электролизере. Устройство включает средства нагревания и охлаждения, позволяющие получать газ при самых различных погодных условиях. Единственный вид обслуживания, который требуется от оператора это время от времени пополнять запас воды. Даже при коммерческой эксплуатации автомобиля одной заправки должно хватать приблизительно на 3-4 недели. Электролизер и комплект состоят из простых и надежных компонентов, не содержат движущихся частей или сложных электронных систем, поэтому отказы будут нечастыми, а стоимость технического обслуживания - минимальной. Кроме того, устройство может без проблем подключаться к существующим двигателям. Электропитание осуществляется от аккумуляторной батареи, а шланг, в который поступают из электролизера газы, просто подсоединяется ко впускному воздухопроводу. В устройстве предусмотрены дублирующие друг друга средства безопасности для выпуска воздуха, которые сбрасывают внутреннее давление газа в случае повышения его выше стандартного рабочего уровня. Кроме того, устройство сконструировано в соответствии со стандартами, применимыми к камерам давления, поэтому в маловероятном случае взрыва оно сможет выдержать его и предотвратить значительный ущерб.

Соответственно, обеспечивается система для получения одного или нескольких газов для улучшения сгорания в двигателе внутреннего сгорания, имеющем впускной канал, которая включает электролизер для получения одного или нескольких улучшающих сгорание газов под давлением; газопровод, соединяющий электролизер с двигателем внутреннего сгорания; и регулятор расхода, функционально подключенный между электролизером и впускным каналом двигателя и предназначенный для регулирования потока указанных улучшающих сгорание газов в указанный двигатель.

Краткое описание чертежей

Теперь будут описаны, исключительно в качестве примеров, предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 представлен в частичном разрезе вид спереди электролизера и комплекта для двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению;

на фиг. 2 - вид спереди электролизера и комплекта для двигателя внутреннего сгорания, изображенных на фиг. 1;

фиг. 3 - изображение в перспективе электролизера согласно фиг. 1 и 2, где показаны и невидимые элементы;

фиг. 4 - схематическое изображение комплекта для двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению, установленного в автомобиле;

фиг. 5 - типичный график изменения давления во впускном воздухопроводе двигателя внутреннего сгорания во времени;

- 3 009567 на фиг. 6 - вид спереди в перспективе электролизера и комплекта для двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению, включая и корпус; и на фиг. 7 представлен схематический вид внешних соединений комплекта для двигателя внутреннего сгорания согласно данному изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Настоящее изобретение предлагает систему, включающую электролизер и соответствующий комплект, обеспечивающий получение и подачу газа, играющего роль присадки к топливу для двигателя внутреннего сгорания. Электролиз - хорошо известный процесс, при котором электрический ток пропускают через водный раствор. Под действием тока молекулы воды расщепляются с выделением газообразных водорода и кислорода, которые могут подаваться в двигатель. Газы вводятся через впускной воздухопровод в двигатель, где улучшают горение углеводородного топлива, используемого для работы двигателя.

Изобретение находит применение, в частности, в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания. Изобретение может использоваться в различных автомобилях, работающих на разных видах топлива, включая обычные легковые автомобили с бензиновыми двигателями, грузовые автомобили с дизельными двигателями и системами турбонаддува, а также специальные машины, такие как вилочные автопогрузчики или тракторы, которые могут работать на менее распространенных видах топлива, таких как пропан, метан или природный газ. Описанный здесь предпочтительный вариант осуществления приспособлен специально для крупный автомобилей, таких как грузовые машины с прицепами с дизельными двигателями и турбонаддувом, которыми обычно перевозят товары на большие расстояния. Специалистам в данной области техники будет понятно, что принципы этого изобретения могут быть применены в других типах автомобилей и других двигателях внутреннего сгорания, не отходя от сущности изобретения.

Общий вид аппарата или устройства согласно данному изобретению изображен на фиг. 6. Аппарат обозначен позицией 10 и состоит, в общем, из электролизера или электролизного элемента 12, резервуара с запасом воды 14, конденсатора 15, электрического контроллера или электрического блока 16, которые находятся внутри корпуса 18. Корпус 18 имеет дверцу 17, которая открывается и обеспечивает доступ к различным компонентам. Резервуар для воды 14 включает трубку для заливания воды 19, которая проходит через верхнюю часть корпуса 18 для облегчения доступа. Вентилятор 20 установлен непосредственно под электролизером 12 на внешней нижней стороне корпуса 18. Электрический блок 16 включает переключатель ВКЛ./ВЫКЛ. 21, вспомогательный выключатель 23, светодиод 25, сигнализирующий о работе системы, и светодиод 27, сигнализирующий о малом количестве оставшейся воды. В предпочтительном варианте осуществления изобретения эти два светодиода имеют, соответственно, зеленый и красный цвет, хотя следует понимать, что можно применять и светодиоды других цветов.

Корпус 18 предпочтительно изготовлен из листового металла, однако следует понимать, что для этой цели подойдет любой легкий, прочный и, предпочтительно, недорогой материал. Как было определено для случая крупного грузового автомобиля - тягача с прицепом - или аналогичного автомобиля, предмет изобретения может разместиться в корпусе 18 шириной около 12 дюймов, высотой около 24 дюймов и глубиной около 12 дюймов. Корпус такого размера может удобным образом устанавливаться с наружной стороны автомобиля, например сбоку у топливного бака. Следует понимать, что для указанного типа автомобилей корпус 18 должен быть достаточно надежным и хорошо герметизированным для обеспечения надлежащего уровня защиты. Также следует понимать, что в случае автомобилей меньшего размера, таких как легковые автомобили или малые грузовые машины, предмет изобретения может быть размещен в корпусе 18 меньших габаритов. А такой корпус можно установить где-нибудь внутри автомобиля, например, в багажнике или в отделении двигателя.

Фиг. 7 - схематическое изображение настоящего изобретения 10, на котором показаны внешние соединения для линий, подходящих к корпусу 18 и выходящих из него. Здесь имеется положительный ввод 22 и отрицательный ввод 24, которые непосредственно электрически соединяются с положительной и отрицательной клеммами аккумуляторной батареи (не показана). Аналогично, ввод 26 давления масла непосредственно подключен к реле давления масла, являющимся стандартным элементом в двигателях внутреннего сгорания. Вывод соленоида 28 представляет собой электрический выход, сигнал которого активирует внешний соленоид 30, установленный вне корпуса 18. Различные электрические входы 22, 24 и 26 и электрический выход 28 подсоединены к электрическому блоку 16 внутри корпуса 18. Другие внешние подключения устройства 10 включают трубку для заливки воды 19 и газопровод или шланг выпуска газа 31, который соединяет электролизер 12 и внешний соленоид 30. Другой газопровод или шланг выпуска газа 32 далее соединяет внешний соленоид 30 с двигателем. Шланги вывода газа 31 и 32 вместе представляют собой газопровод, который подает улучшающий сгорание газ из электролизера 12 в двигатель внутреннего сгорания. Другой шланг выпуска газа 35 соединяет внешний соленоид 30 с атмосферой.

На фиг. 4 изображен предмет изобретения 10, установленный снаружи автомобиля типа тягачприцеп 11 с двигателем внутреннего сгорания 13. Очевидно, что внешний соленоид 30 можно удобным образом установить на раме автомобиля 11. Двигатель 13 имеет впускное устройство или впускной воз

- 4 009567 духопровод, через который проходит воздух, необходимый для протекания процесса сгорания. Шланг вывода газа 32 может удобным образом подсоединяться ко впускному воздухопроводу двигателя 13 у стандартного входного, закрытого крышкой отверстия, предназначенного для дополнительных шлангов.

Теперь стало понятным, как электролизер и комплект согласно данному изобретению могут без проблем устанавливаться в автомобиле.

Требуется только установить корпус 18 и внешний соленоид 30 в удобном месте снаружи автомобиля или внутри него, в зависимости от типа и размера машины. Шланг проходит от корпуса 18 ко внешнему соленоиду 30, а затем от внешнего соленоида 30 к впускному устройству двигателя автомобиля 13. Электрические провода проходят к устройству от аккумуляторной батареи и реле давления масла и от устройства - к внешнему соленоиду 30. Не требуется никакой модификации двигателя автомобиля. В отличие от некоторых решений предшествующего уровня техники, не требуется никаких дополнительных источников питания или систем охлаждения.

На фиг. 1 представлен в частичном разрезе вид спереди предмета изобретения 10 с указанием основных компонентов. В частности, здесь показано относительное расположение воды и газа внутри системы. Можно видеть, что резервуар для воды 14 содержит воду 33 в нижней части, а газ 34 - в верхней, над уровнем воды 33. Аналогично, электролизер 12 содержит жидкий раствор или раствор электролита 36 в нижней части, а газ 34 - в верхней, над уровнем раствора электролита 36. Вода 33, предпочтительно, дистиллированная, поскольку присутствие в ней минеральных веществ может повлиять на процесс электролиза. Газ 34 является одним или несколькими улучшающими сгорание газами, получаемыми в результате электролиза. В предпочтительном варианте осуществления предлагается смесь водорода и кислорода, которая может содержать как связанные пары молекул водорода и кислорода, так и отдельные молекулы газов.

В нижней части устройства 10 имеется нижний блок 38, являющийся основой, несущей резервуар для воды 14 и электролизер 12. Предпочтительным является изготовление нижнего блока 38 из сплошного куска материала, обладающего теплоизолирующими свойствами и не пропускающего воду 33, газ 34 и раствор электролита 36. Хотя материал должен быть прочным и надежным, он предпочтительно должен поддаваться обработке поверхности травлением и просверливанию в нем отверстий. Таким образом, обработка поверхности травлением может выполняться для улучшения установки рядом с соседними компонентами, а в самой массе материала могут выполняться внутренние каналы, по которым будет циркулировать жидкость или газ.

Нам удалось определить, что подходящим материалом является полиэтилен со сверхбольшой молекулярной массой. Данный тип полиэтилена не абсорбирует жидкости или газы, очень плотен и прочен, способен выдерживать без растрескивания очень низкие температуры, как, например, -40°С. Очевидно, что могут применяться и другие материалы с аналогичными характеристиками, если они дадут требуемые результаты.

Для того, чтобы нести на себе резервуар для воды 14 и электролизер 12, нижний блок 38, изображенный на фиг. 1, должен предпочтительно иметь два круглых канала, вытравленных на его верхней поверхности и обеспечивающих скользящую посадку для нижних краев резервуара для воды 14 и электролизера 12. Оба они имеют цилиндрическую форму и круглые нижние края. На чертеже показано, что в нижнем блоке 38 имеются еще три внутренних канала. Канал 40 соединяет резервуар для воды 14 с внешним сливным приспособлением 42, проходя через внешний вентиль или кран 44. Очевидно, что вода 33, которая хранится в резервуаре 14, заполняет канал 40 и, если кран 44 закрыт, останавливается у него. Если кран 44 открыт, вода 33 из резервуара 14 стекает из устройства через сливное приспособление 42. Аналогичный канал 46 проходит от электролизера до пробки 48. Для облегчения обслуживания устройства раствор электролита 36 можно легко слить из электролизера 12, удалив пробку 48.

Впускной или водный канал 50 проходит от нижней части резервуара для воды 14 до нижней части электролизера 12 через обратный клапан 52. Обратный клапан 52 представляет собой распространенный гидравлический компонент, пропускающий жидкость в одном направлении и препятствующий ее потоку в обратном направлении. В этом случае обратный клапан 52 установлен таким образом, чтобы пропускать воду из резервуара 14 в электролизер 12 и препятствовать обратному току раствора электролита 36 из электролизера 12 в резервуар для воды 14. Обратный клапан имеет также предварительную установку по давлению такую, что жидкость может протекать в прямом направлении только, если давление на клапане превышает заданную величину. Исходя из более подробного рассмотрения этого вопроса, приведенного ниже, предпочтительной установкой для обратного клапана 52 является 6 фунтов. Поэтому вода 33 будет протекать из резервуара 14 в электролизер 12, если давление воды 33 и газа 34 в резервуаре 14 превысит давление раствора электролита 36 и газа 34 в электролизере 12 более, чем на шесть фунтов.

Очевидно, что может использоваться и другой вид вытравливания или внутренних каналов при условии, что нижний блок 38 или аналогичное устройство выполняет функцию крепления электролизера 12 и резервуара для воды 14 и обеспечения требуемого потока воды 33 и раствора электролита 36.

Резервуар для воды 14 в предпочтительном варианте осуществления изобретения представляет собой цилиндр из нержавеющей стали приблизительно 14 1/2 в высоту и 4 1/8 в диаметре, емкостью около 3,25 л. Предпочтительным является изготовление резервуара для воды 14 из прочного и теплопрово

- 5 009567 дящего материала. Соответственно, кроме нержавеющей стали могут применяться и другие материалы, обладающие такими характеристиками. Следует понимать, что размеры, форма и емкость резервуара для воды 14 могут изменяться в зависимости от конкретных, различных и применимых в том или ином случае конРисураций предмета изобретения. В частности, увеличение или уменьшение объема или емкости резервуара для воды 14 приведет, соответственно, к увеличению или уменьшению временного промежутка, в течение которого устройство 10 может работать между пополнениями пользователем запаса воды в резервуаре 14.

Резервуар для воды 14 ограничен сверху верхним блоком 54, который, предпочтительно, выполнен из того же материала и обладает такими же характеристиками, что и описанный ранее нижний блок 38. Соответственно, в верхнем блоке 54 может быть круглый канал, вытравленный на его нижней поверхности, для обеспечения скользящей посадки верхнего круглого края резервуара для воды 14. На чертеже показано, что в верхнем блоке 54 имеются еще три внутренних канала. Имеется канал 56, соединяющий резервуар для воды 14 с трубкой для заливки воды 19. Съемная крышка 29, установленная в верхней части заливочной трубки 19, предотвращает уход газа 34 в атмосферу. Крышка 29 предпочтительно выполнена из нержавеющей стали, снабжена резиновым уплотнением и может извлекаться для заливки воды в трубку 19 с целью пополнения ее запаса в резервуаре 14. Для предотвращения внешних воздействий предпочтительным является наличие фиксирующего механизма (не показан) на крышке 29, или иным образом установленного на открытом верхнем краю трубки для заливки воды 19.

Канал 58 дает возможность газу 34 проходить к разрываемому диску 60, установленному в боковой стенке верхнего блока 54. Разрываемый диск 60 представляет собой механический элемент, реагирующий на давление газа 34 и имеющий такую конструкцию, что он физически разрывается или разламывается при повышении давления газа 34 выше предварительно заданной величины или предварительно установленного уровня давления для инициирования его сброса. В случае разрыва газ 34 выходит из внутренней части резервуара для воды 14 через отверстие в разрываемом диске 60 в атмосферу, благодаря чему давление внутри резервуара для воды 14 быстро падает до уровня атмосферного. В предпочтительном варианте осуществления изобретения разрываемый диск 60 выбирается таким, чтобы его разрыв наступал при уровне давления 60 фунтов. Предпочтительно установить геркон (не изображен) на разрываемый диск 60. Такой геркон выработает сигнал в случае разрыва разрываемого диска 60 и направит его в электрический блок 16, там самым предупреждая систему о сбросе давления в устройстве.

Другой канал 61 в верхнем блоке 54 обеспечивает подачу газа 34 в шланг 62, ведущий в трубопровод 64, изображенный пунктирной линией на фиг. 1.

Внутри резервуара для воды 14 имеется датчик уровня жидкости 66, прикрепленный своим верхним концом к нижней поверхности верхнего блока 54. Датчик уровня жидкости 66 состоит из вала 68, упора 70 и поплавка 72, скользящего по валу 68. Имеется также геркон (не изображен), расположенный внутри вала 68 в положении, соответствующем максимальному уровню заполнения, который на чертеже показан пунктирной линией 74. При заливке воды через трубку 19 уровень воды 33 поднимется выше упора 70 и заставит поплавок 72 подниматься из его положения покоя на упоре 70. Когда поплавок 72 достигнет максимального уровня заполнения 74, поплавок 72 вызовет срабатывание геркона, который направит сигнал для включения зуммера (не изображен). Его звуковой сигнал предупредит пользователя о том, что необходимо прекратить заливку воды в резервуар 14. Уровень максимального заполнения 74 намеренно выбран несколько ниже верхнего блока 54 так, чтобы осталось некоторое пространство для расширения воды 33 при ее замерзании и превращении в лед, которое может произойти, если устройство не используется длительное время при температуре ниже нуля. В предпочтительном варианте осуществления это расстояние составляет около 1,5 дюйма от верхнего края. Следует понимать, что можно применять и другие средства, кроме датчика уровня воды, при условии, что они обеспечивают функцию предупреждения пользователя о необходимости прекращения заполнения резервуара для воды 14 по достижении максимального уровня заполнения 74.

Теперь рассмотрим электролизер 12. Над электролизером 12 находится разделительный блок 76, конденсатор 15 и верхний блок 78. В целом, высота от основания электролизера 12 до верхней части конденсатора 15 составляет около 14 1/2, примерно столько же, сколько и высота резервуара для воды 14. Электролизер 12 и конденсатор 15 представляют собой цилиндры диаметром примерно 4 1/4, примерно таким же, что и диаметр резервуара для воды 14. Высота самого электролизера 12, предпочтительно, составляет от 8 до 12 дюймов, а в более предпочтительном варианте - 10 дюймов. Следует понимать, что эти размеры могут изменяться в зависимости от применяемых в том или ином случае конфигураций предмета изобретения.

Электролизер 12 включает два электрода, посредством которых и осуществляется процесс электролиза: отрицательный электрод или катод 80 и положительный электрод или анод 82. На чертеже также изображен натяжитель 84. Ниже будет более подробно объяснено, что натяжитель 84 используется для поддержания электрического соединения между двумя частями катода 80.

Внутри электролизера 12 имеется поплавковый датчик или датчик уровня жидкости 88, который определяет уровень раствора электролита 36 в электролизере 12. Этот элемент прикреплен своим верхним концом к нижней поверхности разделительного блока 76. Датчик уровня жидкости 88 имеет три по

- 6 009567 плавка - верхний или предохранительный поплавок 90, средний поплавок или поплавок заполнения 92 и нижний поплавок или поплавок пополнения 94. Между предохранительным поплавком 90 и поплавком заполнения 92 имеется упор 96, между поплавком заполнения 92 и нижним поплавком 94 - упор 98, а также предусмотрен упор 99 на нижнем краю вала датчика уровня 88. Каждый из поплавков может скользить по отрезку вала датчика уровня 88, определяемому ближайшим верхним и нижним упорами. Имеются также четыре геркона (не показаны) внутри вала датчика уровня жидкости 88: первый геркон установлен у верхнего края вала на предварительно заданной высоте и активируется предохранительным поплавком 90, второй геркон расположен под упором 96 на предварительно заданной высоте заполнения и активируется поплавком заполнения 92, третий геркон расположен под упором 96 на предварительно заданном уровне пополнения, а четвертый геркон установлен ближе к упору 99 на предварительно заданном низком уровне, и оба они активируются нижним поплавком или поплавком пополнения 94.

Корпус или цилиндр электролизера 12 имеет внутреннее пространство, в котором, в основном, находится раствор электролита 36, а над ним - газ 34. Жидкий раствор или раствор электролита 36, предпочтительно, представляет собой жидкую смесь гидроксида калия (КОН) в дистиллированной воде. Предпочтительная концентрация КОН составляет 33% по объему, хотя следует понимать, что могут применяться и другие концентрации, если они дадут требуемые результаты. Предпочтительно, чтобы раствор электролита 36 не содержал каких-либо антипенный веществ, так как они могут поступать к электродам и влиять на процесс электролиза.

После приготовления раствора электролита 36 необходимо регулярно пополнять водный компонент смеси, а КОН пополнять, как правило, требуется только после порядка 3 лет обычной работы. Предпочтительным является то, чтобы раствор электролита 36 первоначально поставлялся вместе с комплектом согласно данному изобретения, а затем КОН пополнялся только квалифицированным персоналом на станции техобслуживания. Желательно также ограничить доступ к КОН так, чтобы его мог получать только квалифицированный персонал станции техобслуживания, поскольку КОН - едкое вещество и может стать причиной травмы в руках пользователей, не знакомых с правилами его применения, а также потому, что соблюдение пропорции КОН в смеси очень важно для обеспечения требуемого процесса электролиза. Далее будет более подробно рассказано о том, что водный компонент раствора электролита 36 пополняется регулярно и автоматически из резервуара для воды 14.

На фиг. 3 представлено более подробное изображение катода 80 и анода 82. На этом виде показано, что катод 80 состоит из двух частей: внешней оболочки 100 и внутренней сетки 102. Из чертежа видно, что внешняя оболочка 100, внутренняя сетка 102 и анод 82 имеют цилиндрическую форму, одинаковую или примерно одинаковую высоту и приблизительно одинаковую ширину. Высота каждого электрода составляет около 10 дюймов. Внешняя оболочка 100 имеет в диаметре приблизительно 4 1/4 дюймов, а внутренняя сетка 102 и анод 82, в свою очередь, имеют несколько меньший диаметр для того, чтобы поместиться внутри внешней оболочки 100. Анод 82 физически отделен и электрически изолирован от катода 80 или, более конкретно, от внутренней сетки 102, разделителями 104, показанными на фиг. 3 пунктирной линией. В предпочтительном варианте разделители 104 представляют собой два кольца, окружающих анод 82. Толщина каждого кольца составляет порядка 1/16 дюйма. Разделители 104 держат анод 82 и катод 80 на безопасном расстоянии друг от друга, но в то же время достаточно близко один к другому, чтобы процесс электролиза протекал эффективно. Предпочтительным материалом для изготовления разделителей 104 является пластмасса, поскольку она обеспечивает электрическую изоляцию, прочна и стойка к разрушающему воздействию КОН. Однако следует понимать, что приемлемыми могут быть и другие материалы со сходными характеристиками. Таким же образом, разделители 104 могут состоять из другого числа колец или иметь иную структуру, отличную от кольца, при условии, что они безопасным образом разделяют в пространстве катод 80 и анод 82.

Ввиду схожести диаметров внешняя цилиндрическая поверхность внутренней сетки 102 по существу контактирует по всей поверхности с внутренней цилиндрической поверхностью внешней оболочки 100, практически формируя катод 80 как единый физический компонент. Кроме того, для обеспечения электрического контакта предусмотрен натяжитель 84, который располагается внутри анода 82 как раз за одним из разделителей 104. В этом положении натяжитель 84 создает направленное кнаружи давление на анод 82 и разделитель 104, благодаря чему разделитель 104 прочно прижимает внутреннюю сетку 102 к внешней оболочке 100 в двух точках контакта 105. Натяжитель 84 предпочтительно представляет собой никелевый стержень с резьбой, снабженный нейлоновыми втулками с обеих сторон. Втулки могут накручиваться (по резьбе) на стержень, достигая положения, обеспечивающего требуемое давление, направленное изнутри наружу.

И катод 80, и анод 82 должны быть проводниками или должны быть изготовлены из электропроводного материала, такого как металл, поскольку электропроводность этих элементов необходима для осуществления процесса электролиза. Поскольку катод 80 состоит из двух частей, варианты осуществления, в которых внутренняя сетка 102 является проводником, а внешняя оболочка 100 - нет, также могут быть приемлемыми. Предпочтительно, чтобы электроды были изготовлены из чистой формы благородного металла, такого как никель, платина, палладий, родий или титан. Благородные металлы обладают тем преимуществом, что они не вступают в реакцию с КОН, а также способствуют электролизу тем, что

- 7 009567 отдают электроны и, тем самым, усиливают ток через раствор электролита 36. Чистый благородный металл лучше амальгамы с неблагородным металлом, поскольку неблагородный металл может вступать в реакцию с КОН и покрывать электроды пленкой или вызывать их коррозию. В предпочтительном варианте осуществления изобретения было определено, что никель со степенью чистоты, обозначенной как никель 200, дает требуемые результаты. Еще одно преимущество никеля состоит в том, что он обладает гранецентрированной кубической молекулярной решеткой, обладающей множеством отражающих граней. Хорошо известно, что получение газа в процессе электролиза растет пропорционально числу граней электродов. Другими преимуществами никеля является его собственная прочность, благодаря которой катод и анод будут жесткими и долговечными. Кроме того, стоимость никеля меньше по сравнению со стоимостью некоторых других благородных металлов. Следует понимать, что могут применяться и другие благородные металлы или другие металлы, обеспечивающие получение водорода в приемлемом количестве.

В предпочтительном варианте осуществления внешняя оболочка 100 изготовлена из бесшовной никелевой трубы типоразмера 10. И, наоборот, по меньшей мере один, а предпочтительней - оба: и внутренняя сетка 102, и анод 82 изготовлены из тянутого металла, предпочтительно никеля. На поверхность такого металла наносят ряд надрезов, а затем растягивают или вытягивают, прилагая усилие с противоположных краев, так что металл утончается, а на поверхности образуется упорядоченная группа отверстий 103. Противоположные края вытянутого куска металла затем можно соединить или сложить вдоль края для формирования цилиндра. Как видно на фиг. 3, отверстия 103 имеют тенденцию принимать ромбовидную форму и создавать множество дополнительных граней.

Степень растяжения или вытягивания тянутого металла выражают как процент площади открытой поверхности к общей площади поверхности. Таким образом, растянутый на 50% металл будет содержать отверстия или дыры на 50% своей поверхности, в то время как остальные 50% поверхности будут представлены металлом. Обычно следует искать компромисс между большей степенью растяжения, которая означает больше граней (что желательно), и более тонким металлом, который оказывается менее прочным и приводит к более сильному тепловыделению. В предпочтительном варианте осуществления изобретения было обнаружено, что никель со степенью растяжения, максимум, 50% дает требуемые результаты. Следует понимать, что по мере разработки новых металлургических технологий, требуемые результаты могут быть получены при использовании никеля или других металлов со степенью растяжения свыше 50%.

Теперь рассмотрим преимущества конструкции катода 80, состоящего из двух частей. Внешняя оболочка 100 формирует корпус электролизера 12. Желательно, чтобы это была бесшовная сплошная труба, которая бы предотвращала утечку раствора электролита 36 из электролизера 12 и попадание загрязнений извне внутрь электролизера. В то же время внутренняя сетка 102 образует внутреннюю поверхность катода 80 и обеспечивает преимущества для проведения электролиза в виде множества граней, существующих благодаря структуре тянутого металла. Как уже отмечалось, анод 82 предпочтительно также выполняется из тянутого металла. Поэтому следует понимать, что в электролизере 12 согласно данному изобретению имеется множество граней, благодаря конструкции обоих электродов, выполненных из тянутого металла, а также использованию благородного металла, такого как никель, имеющего гранецентрированную кубическую молекулярную решетку.

Следует также понимать, что катод 80 и анод 82 можно поменять местами, так что анод 82 станет внешним электродом, состоящим из внешней оболочки 100 и внутренней сетки 10, а катод 80 - станет внутренним электродом. Такая замена не окажет никакого влияния на эффективность работы электролизера 12. Практически, это может быть осуществлено просто, поменяв местами провода, подключенные к электрическим входам. Аналогично, могут использоваться иные конструкции электродов (отличные от двух цилиндров) при условии, что они обеспечивают адекватный результат.

Возвращаясь к фиг. 1, можно видеть, что катод 80 и анод 82 проходят на всю высоту электролизера 12, которая в предпочтительном варианте осуществления составляет 10 дюймов. Следует понимать, что при необходимости электроды могут иметь меньшую высоту, чем полная высота электролизера 12. Раствор электролита 36 заполняет нижнюю часть электролизера 12 до уровня ниже высоты электродов, а газ 34 заполняет верхнюю часть пространства над раствором электролита 36. Ту часть электролизера 12, которую занимает газ 34, над раствором электролита 36 называют газовой областью или электролитическим туманом 106. В предпочтительном варианте уровень раствора электролита 36 составляет около 36 дюймов, поэтому газовая область 106 имеет высоту примерно 2 дюйма. Как можно будет видеть, в процессе работы электролизера 12 эти уровни могут изменяться до примерно 6 дюймов и 4 дюймов, соответственно, при снижении уровня раствора электролита 36 и последующей доливке воды 33. В общем случае желательным считается то, чтобы для газа оставалось пространство, как минимум, от 1/2 дюйма до 3 дюймов, предпочтительно по меньшей мере 1 дюйм и наиболее предпочтительно - 2 дюйма над раствором электролита 36.

Эта газовая область 106 обеспечивает пространство или зазор для плещущихся перемещений раствора электролита 36, происходящих при движении автомобиля на подъем или попадании в неровности дороги. При этом плескающий раствор не вызовет подачу аварийного сигнала слишком высокого уров

- 8 009567 ня, который будет рассмотрен ниже. Также удалось выяснить, что конструкция электролизера 12, при которой катод 80 и анод 82 проходят над уровнем раствора электролита 36 и формируют газовую область 106, обеспечивает требуемые результаты. Следует понимать, что газовая область или электролитический туман 106 согласно настоящему изобретению весьма отличается от большинства решений предшествующего уровня техники, в которых электроды, как правило, полностью погружены в жидкий раствор.

Поплавки и герконы в датчике уровня жидкости 88 предоставляют информацию об уровне раствора электролита 36 в электролизере. По мере того, как раствор электролита 36 заполняет электролизер 12, нижний поплавок 94 поднимается до упора 98, а поплавок заполнения 92 поднимается до упора 96. По мере поднятия поплавок заполнения 92 активирует второй геркон, выдающий системе предупреждающий сигнал о прекращении заливки воды в электролизер 12. Это положение наполнения электролизера 12 и условие, представленное на фиг. 1, где нижний поплавок 94 и поплавок заполнения 92 расположены в верхней части диапазона своего перемещения, а предохранительный поплавок 90 находится в нижней части диапазона своего перемещения, располагаясь на упоре 96. В данном положении заполнения пространство для газа 106 имеет высоту примерно 2 дюйма, поэтому высота раствора электролита 36 составляет около 8 дюймов.

Если вода будет продолжать заполнять электролизер 12, поднимется предохранительный клапан 90. Если предохранительный поплавок 90 будет продолжать подниматься до точки, где он вызовет срабатывание первого геркона, в электрический блок 16 будет подан аварийный сигнал или сигнал слишком высокого уровня, что приведет к отключению устройства. Данная защитная функция предусмотрена для того, чтобы свести к минимуму риск повышения уровня раствора электролита 36 и возможного попадания его в двигатель 13, поскольку КОН может стать причиной повреждения двигателя 13.

Можно также представить, когда автомобиль 11 движется на подъем или едет по неровной дороге, раствор электролита 36 плескается в емкости, что может привести к поднятию предохранительного поплавка 90. Поскольку в этой ситуации подача аварийного сигнала слишком высокого уровня неуместна, датчик уровня жидкости 88 желательно закрепить в центре верхней поверхности электролизера 12. Такая конструкция поможет исключить ошибочные срабатывания защиты, так как при движении автомобиля на подъем повышение уровня жидкости, вероятней всего, будет наблюдаться по краям электролизера 12, а не в его центре.

В процессе работы электролизера 12 уровень раствора электролита 36 падает, в результате чего поплавок заполнения 92 опускается до упора 98, а затем опускается нижний поплавок 94, пока не вызовет срабатывание третьего геркона. После этого будет подан сигнал о необходимости пополнения. Далее будет более подробно объяснено, что пополнение означает, что вода 33 из резервуара для воды 14 поступает в электролизер 12 через впускное отверстие или водный канал 50, пока поплавок заполнения 92 не поднимется и не вызовет срабатывание второго геркона.

Если пополнение не произойдет, уровень раствора электролита 36 будет продолжать снижаться, пока нижний поплавок 94 не активирует четвертый геркон, который обеспечит подачу сигнала низкого уровня воды, приводящего к отключению устройства. В этом случае включается светодиод 27 низкого уровня воды в электрическом блоке 16, передавая визуальное сообщение пользователю машины, что устройство 10 прекратило работу из-за возникновения условия низкого уровня воды. В данной ситуации устройство отключается, поскольку при слишком низком уровне концентрация КОН в растворе электролита 36 становится непропорционально высокой, что может привести к выделению слишком большого количества тепловой энергии. Как описано ниже, при данных условиях устройство может вернуть к работе пользователь путем доливки вручную.

Следует понимать, что датчик уровня жидкости 88 обеспечивает необходимую обратную связь для того, чтобы поддерживать уровень раствора электролита 36 в рамках эффективного и безопасного рабочего диапазона, а также отключать систему в случае, если уровень становится слишком высоким или слишком низким.

Разделительный блок 76 устанавливается на верхнюю часть электролизера 12 и выполняется, предпочтительно, из полиэтилена, как и описанный ранее нижний блок 38. Соответственно, круглые каналы, предпочтительно, вытравлены на верхней и нижней поверхностях разделительного блока 76 для обеспечения скользящей посадки цилиндрических краев конденсатора 15 и электролизера 12. Разделительный блок 76 имеет внутренний канал 108, играющий роль выпускного канала, через который выходит газ 34, образующийся в электролизере 12. Газ 34 поднимается из электролитического тумана 106 в конденсатор 15. Канал 108 должен быть достаточно широким, чтобы газ 34 мог беспрепятственно через него проходить, но и достаточно узким, чтобы разделительный блок 76 выполнял функцию как теплоизоляции между электролизером 12 и конденсатором 15. В предпочтительном варианте осуществления изобретения адекватные результаты удалось получить при использовании канала 108 с диаметром около 1/2 дюйма.

Конденсатор 15 представляет собой бесшовный цилиндр из нержавеющей стали высотой около 3 1/2 дюйма и диаметром 4 дюйма. Благодаря физическому разделению, обеспечиваемому разделительным блоком 76, конденсатор 15 создает термоизоляцию газа 34, находящегося внутри него, поддерживая его температуру примерно на 10°С ниже, чем у газа 34 в электролитическом тумане 106 в электролизере 12.

- 9 009567

В результате данной разницы в температуре большая часть влаги, приносимой газом 34, будет конденсироваться с образованием капель воды на внутренних стенках конденсатора 15. Эти капли будут стремиться стекать через канал 108 назад в раствор электролита 36 в электролизере 12. Следует понимать, что для изготовления конденсатора 15 может применяться и другой материал, при условии, что его поверхность способствует конденсации водяного пара, а сам материал, желательно, является теплопроводным.

На верхней части электролизера 12 установлен верхний блок 78 - еще один блок из полиэтилена подобно описанным ранее. Подобно изложенному выше, на нижней поверхности верхнего блока 78, предпочтительно, вытравлен круглый канал для обеспечения скользящей посадки верхнего цилиндрического края конденсатора 15. В верхнем блоке 78 имеется канал 110, ведущий к реле давления 112, которое представляет собой чувствительный к давлению элемент, срабатывающий при достижении давлением предварительно заданного уровня для инициирования его сброса. В предпочтительном варианте осуществления данная предварительная установка равна 35 фунтам. Имеется также вывод анода 114, имеющий вид сплошного никелевого стержня с резьбой. Как показано на фиг. 1, вывод анода 114 возвышается над верхней поверхностью верхнего блока 78 и проходит вниз через конденсатор 15 и разделительный блок 76 к аноду 82, с которым имеет контакт. Кроме того, в верхнем блоке 78 имеется канал 116, соединенный со шлангом 118, через который газ 34 поступает непосредственно в трубопровод 64. Имеется также канал 120, по которому газ 34 поступает в трубопровод 64 через шланг 122 и регулятор расхода 124. Регулятор расхода 124 функционально подключен между электролизером 12 и впускным каналом двигателя 13 и регулирует поток газа 34 из электролизера 12 в двигатель 13 в соответствии с давлением во впускном канале двигателя 13. В предпочтительном варианте осуществления изобретения регулятор расхода представляет собой клапан, срабатывающий на выпуск при определенном давлении, в виде обратного клапана 124 с установкой давления 20 фунтов. Как показано на фиг. 1, обратный клапан 124 предпочтительно устанавливается на внешней стороне трубопровода 64 на входе шланга 122.

Обратный клапан 124 отрегулирован таким образом, чтобы пропускать газ 34 в двигатель 13, как только давление газа 34 достигнет или несколько превысит уровень давления выпускания, который в предпочтительном варианте осуществления равен 20 фунтам. Далее будет пояснено, что данное давление выбрано из верхней части рабочего диапазона давлений во впускном канале двигателя 13. Следует понимать, что могут использоваться не только клапаны, срабатывающие на выпуск при определенном давлении, но и другие типы регуляторов расхода, при условии, что они обеспечивают надлежащую регулировку потока газа 34 в двигатель 13.

Рассмотрим теперь трубопровод 64. Изображенный здесь внутренний канал 126 дает функциональное представление о прохождении газа 34 через трубопровод 64. Внутренний канал 126 соединяется со шлангом 62, подходящим из резервуара для воды 14, шлангом 118, выходящим из электролизера 12, шлангом 122, выходящим из электролизера 12 через обратный клапан 124, и шлангом выпуска газа 35, проходящим ко внешнему соленоиду 30. Следует отметить, что внутренний канал 126 обеспечивает канал для прохождения газа, соединяющий газ 34 в электролизере 12 с резервуаром для воды 14 через отверстия 118 и 62.

В трубопроводе 64 также имеется предохранительный стравливающий клапан или предохранительный соленоид 128 и соленоид заполнения 130, работающие независимо и установленные в параллель. Они открывают или перекрывают сообщение между внутренним каналом 126 и шлангом выпуска газа 31. Аналогично, установлен соленоид резервуара для воды 132, который открывает или перекрывает сообщение между шлангом 62, выходящим из резервуара для воды 14 и шлангом 118, ведущим в электролизер 12. На фиг. 1 соленоиды 128, 130 и 132 изображены в целях наглядности как клапаны, поскольку их функция состоит в открытии или перекрытии канала для потока газа 34 по внутреннему каналу 126. На чертеже видно, что в трубопроводе 64 имеется реле давления 134, срабатывающее при 11 фунтах, и реле давления 136, которое представляет собой чувствительный к давлению элемент, срабатывающий при достижении давлением предварительно заданного уровня для инициирования его сброса - 40 фунтов.

На фиг. 1 показано, что реле давления 134 и 136 непосредственно сообщаются со шлангом 62, по которому газ 34 выходит из резервуара для воды 14. Поэтому, хотя в предпочтительном варианте осуществления изобретения эти реле давления для удобства установлены на трубопроводе 64, функционально они реагируют на давление газа 34 в резервуаре для воды 14, и на них не влияет положение соленоида резервуара для воды 132. Аналогично, в то время как, согласно изображенному на фиг. 1, по шлангу 122 проходит газ из электролизера 12 через обратный клапан 124 в трубопровод 64, выходной участок после обратного клапана 124 иным образом сообщается непосредственно со шлангом выпуска газа 31, и на него не влияет установка выпускного соленоида 128 или соленоида заполнения 130.

На фиг. 1 внутренняя конфигурация трубопровода 64 изображена с функциональной точки зрения для простоты и наглядности. Поэтому она не обязательно точно отображает внутреннее строение трубопровода 64. Следует понимать, что специалист в данной области техники сможет без труда сконструировать эквивалентный в функциональном смысле трубопровод, исходя из описанных здесь компонентов и функций. В предпочтительном варианте осуществления изобретения было обнаружено, что соленоиды специальной конструкции, предназначенные для управления потоком водорода, производства Вшкей

- 10 009567

Сотрапу (Германия), дают требуемые результаты.

На фиг. 1 также изображен шланг выпуска газа 31, соединенный с внешним соленоидом 30. Внешний соленоид 30 представляет собой переключаемый клапан в виде трехходового клапана с электромагнитным управлением, предполагающим по меньшей мере два положения. Внешний соленоид 30 может устанавливаться таким образом, чтобы в одном положении соединять шланг выпуска газа 31 с двигателем 13 через шланг выпуска газа 32 и обратный клапан 138, а в другом положении - открывать шланг выпуска газа 31 в атмосферу через шланг выпуска газа 35 и обратный клапан 139. Обратные клапаны 138 и 139 установлены на 1/10 фунта каждый и служат в основном для предотвращения попадания воздуха извне и загрязнения электролизера 12. Сигнал требуемой установки для внешнего соленоида 30 поступает из электрического блока 16 через вывод соленоида 28. Как правило, внешний соленоид 30 устанавливается в положение формирования сообщения с двигателем 13 через шланг выпуска газа 32, когда устройство 10 согласно данному изобретению функционирует и вырабатывает газ 34, и устанавливается в положение сообщения с атмосферой через шланг выпуска газа 35, когда устройство 10 отключено и следует выпускать газ из системы. Как уже отмечалось, шланг вывода газа 32 может удобным образом подсоединяться ко впускному воздухопроводу двигателя 13 у стандартного входного, закрытого крышкой отверстия, предназначенного для дополнительных шлангов.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения шланг выпуска газа 31 и шланг выпуска газа 32 имеют диаметр приблизительно 3/8 дюйма. Предпочтительным является то, чтобы диаметры всех других шлангов в системе, таких как шланги 62, 118 и 122, а также различных внутренних каналов равнялись примерно 3/8 дюйма. Это необходимо для обеспечения удобного соединения между компонентами. Следует понимать, что в других вариантах осуществления данного изобретения могут использоваться шланги другого диаметра, которые лучше подойдут для систем, работающих с другими давлениями газа или объемами его выработки.

На фиг. 2 изображены элементы устройства 10 согласно настоящему изобретению в том же виде спереди, как и изображенный на фиг. 1 вид с частичными вырезами для отображения функциональных элементов. Здесь показаны описанные выше резервуар для воды 14, электролизер 12, полиэтиленовые блоки 38, 54, 76 и 78, трубопровод 64 и различные шланги, подключенные к трубопроводу 64. На фиг. 2 также изображены корпусной фиксатор 143, прикрепленный к резервуару для воды 14, и корпусные фиксаторы 145 и 147, прикрепленные к электролизеру 12. Эти три корпусных фиксатора прочно удерживают резервуар для воды 14 или электролизер 12, к которому они прикреплены, внутри корпуса 18. Электрически соединение катода 80 через корпусные фиксаторы 145 и 147 с корпусом 18, который в свою очередь, соединен с корпусом автомобиля, означает, что катод 80 представляет собой отрицательную землю. Это является стандартом для большинства автомобилей.

На фиг. 2 также изображены два блока регулирования мощности или источника питания 144, прикрепленные корпусным фиксатором 143 к боковой части резервуара для воды 14. Источники питания 144 представляют собой стандартные 10-16 В преобразователи постоянного тока в постоянный с повышением тока и понижением напряжения. Каждый источник электропитания 144 получает примерно 6,9 А ток при напряжении 11,1 В от электрического блока 16 и выдает на выходе больший ток приблизительно 23,9 А при уменьшенном напряжении 2,4 В на электроды электролизера 12. Электрический ввод для катода 80 выполнен на корпусном фиксаторе 145, а для анода 82 - на выводе анода 114. Поскольку корпусной фиксатор 145 и, следовательно, катод 80 находится на уровне электрической земли автомобиля, электропитание на электроды подается по существу на аноде 82. Следует понимать, что хотя ток и напряжение, подаваемые на выход источников питание 144, обеспечивают необходимые результаты, в других вариантах осуществления изобретения могут быть получены необходимые результаты с применением других конфигураций подачи тока и напряжения.

Как уже отмечалось, предпочтительным является изготовление резервуара для воды 14 из прочного и теплопроводящего материала, такого как нержавеющая сталь. В предпочтительном варианте осуществления резервуар для воды 14 покрывается двумя слоями изолирующего спрея керамического вещества, такого, как изготовляемый компанией ΕηνίΓοίτοΙ, 1пс. (Калифорния, США). Спрей формирует слой изоляции толщиной примерно 26/1000 дюйма на внешней поверхности резервуара для воды 14. Создаваемая данным материалом изоляция обеспечивает требуемую степень удержания тепла. Спреем покрывается вся поверхность резервуара для воды 14, кроме вертикальной полосы шириной около 1/2 дюйма, которую оставляют как полосу оголенного металла.

Помимо подачи электропитания для работы электролизера 12 источники электропитания 144 также выполняют вторую функцию - нагревателя резервуара для воды 14. Это осуществляется путем установки двух источников электропитания 144 на резервуар для воды 14 таким образом, что их металлическая поверхность контактирует с полосой оголенного металла 142. Таким образом, тепло, выделяющееся от источников электропитания 144, передается на поверхность из нержавеющей стали резервуара для воды 14. Изоляция, покрывающая остальную поверхность резервуара для воды 14, помогает удержать полученное тепло внутри резервуара для воды 14.

Преимущество такой структуры источников питания 144 состоит в том, что она обеспечивает подачу тепла, способного растопить лед, который может образоваться внутри резервуара для воды 14, когда

- 11 009567 автомобиль стоит некоторое время на улице в холодную погоду. Лед необходимо растопить для того, чтобы получить воду 33, которая будет необходима для пополнения раствора электролита 36 в электролизере 12.

Тепло, выделяемое источниками питания 144, обеспечивает требуемые результаты. В самом крайнем случае, когда уровень воды в резервуаре для воды 14 находится на максимальном уровне заполнения 74, и вода замерзает, образуя сплошную глыбу льда, было выяснено, что тепло от источников питания 144 согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения растапливает глыбу льда и переводит воду 33 в жидкое состояние в резервуаре приблизительно за два часа.

На фиг. 2 также изображена металлическая рубашка или термослой 146 на внешней поверхности катода 80 электролизера 12. Термослой 146 представляет собой лист из нержавеющей стали со внутренними линиями из проводящей проволоки. При пропускании тока через проволоку тепло от провода передается металлической рубашке, которая распространяет тепло по более обширной области. Термослой 146 предусмотрен для нагревания электролизера 12 в условиях очень холодной погоды. Хотя температура замерзания раствора электролита 36 ниже, чем у воды, и в холодную погоду он не замерзает до твердого состояния, но все же определенным образом загустевает. Удалось выяснить, что для проведения электролиза в этих условиях потребуется значительно больший ток. Такая потребность в токе представляет значительную нагрузку для электросистемы автомобиля и может привести к повреждению регулятора в генераторе.

Во избежание опасности повреждения генератора в предпочтительном варианте осуществления изобретения, если на момент пуска температура электролизера 12 меньше -10°С (предварительно определенное значение), выходная мощность электрического блока 16 подается не на источники питания 144, а на термослой 146. Конструкция термослоя 146 обуславливает потребление им такой же мощности, что и электролизером 12, поэтому электрическая система автомобиля не испытает чрезмерной нагрузки. После того, как устройство поработает некоторое время, и температура электролизера 12 поднимется выше -10°С, ток из электрического блока 16 перенаправляется в источники электропитания 144, и может начаться процесс электролиза. Для предпочтительного варианта осуществления изобретения было определено, что в случае пуска при -40°С потребуется приблизительно 45 мин, чтобы достигнуть температуры -10°С. Поскольку электролиз является экзотермической реакцией, в результате которой в раствор электролита 36 выделяется тепло, в течение времени движения автомобиля 11 и работы устройства 10 температура электролизера 12 будет продолжать расти и не опустится ниже -10°С. Поэтому, если и будет необходимость в использовании термослоя 146, то лишь в начале поездки и в течение ограниченного времени.

Определение температуры в отдельных местах осуществляется с помощью температурных датчиков, предпочтительно, в виде термодисков. Данные устройства представляют собой биметаллический диск мгновенного действия, который разрывает или устанавливает электрическое соединение при достижении предварительно заданной температуры. Они возвращаются в исходное состояние, т.е. замыкают контакт, если, срабатывая, разомкнули его, или размыкают контакт, если, срабатывая, замкнули его, посте того, как температура перестанет соответствовать предварительно заданному значению. Нами выяснено, что датчики производства Е1тетоок §еи80Г8 (Род-Айленд, США) обеспечивают получение необходимых результатов.

Термодиски устанавливают в тех местах, где требуется определять температуру, и электрически подключают к схеме устройства, за работой которого осуществляется контроль. В предпочтительном варианте осуществления изобретения на фиг. 2 изображены три термодиска. Термодиск 148 установлен на нижнем блоке 38 для контроля за температурой вокруг вентилятора 20 и, соответственно, электрически соединен с той же цепью, что и вентилятор 20. Для термодиска установлена температура 15°С. Если измеряемая температура падает ниже 15°С, термодиск разрывает контур привода вентилятора 20, вызывая его остановку. В прохладную погоду, как правило, нет необходимости в дополнительном охлаждении вентилятором 20.

Термодиск 150 прикреплен к внешней оболочке 100 для того, чтобы контролировать температуру электролизера 12, и подключен к схеме термослоя 146. Установка температуры для него составляет -10°С. Соответственно, если измеряемая температура падает ниже -10°С, термодиск 150 замыкает цепь, направляя тем самым ток к термослою 146. Когда температура поднимается выше заданного уровня, термодиск 150 размыкает цепь, и ток перенаправляется в источники электропитания 144 электродов электролизера 12.

Термодиск 152 установлен на разделительном блоке 76 для контроля за температурой окружающей устройство среды и электрически соединен с основной схемой, включающей ввод давления масла 26. Для термодиска установлена температура 80°С. Если температура внутри корпуса 18 поднимается выше 80°С, термодиск разрывает контур и, таким образом, отключает устройство. Температура 80°С выбрана для отключения системы, поскольку при высокой температуре электрические компоненты могут начать функционировать неправильно, а полиэтиленовые элементы могут даже деформироваться.

На фиг. 2 также изображены резьбовые стержни 154 и гайки 156, соединяющие нижний блок 38 с верхними блоками 54 и 78, а также с разделительным блоком 76 электролизера 12. Поскольку на фиг. 2 изображена только одна сторона устройства 10, следует понимать, что в резервуаре для воды 14 и элек

- 12 009567 тролизере 12 имеются четыре резьбовых стержня 154 - по два с каждой стороны. Резьбовые стержни 154, гайки 156 и другие не изображенные, связанные с ними элементы, такие как плоские шайбы и фланцы, используются для надежного и прочного крепления между собой элементов резервуара для воды 14 и электролизера 12. В предпочтительном варианте осуществления изобретения спецификации резьбовых стержней 154 и других аналогичных элементов разработаны в соответствии со стандартом № В31.1 Американского общества инженеров-механиков, применимым к камерам давления. Устройство 10 согласно настоящему изобретению представляет собой камеру давления, поскольку он содержит в себе газ под давлением.

Данный специальный технический стандарт определяет ряд конструктивных параметров, обуславливающих способность камеры давления или емкости выдерживать накапливающееся внутри нее давление и взрыв. Они предусматривают и применение резьбовых стержней 154 из нержавеющей стали и их расположение по углам камеры, использование плоских шайб под каждой гайкой 156, стопорных шайб, выдерживающих вибрацию, а также другие параметры, такие как тип и количество компонентов, их предел прочности на разрыв и целостность сварного соединения. Это достаточно строгий стандарт. Он, как правило, применяется к камерам давления более 6 дюймов в диаметре, функционирующим при давлении порядка 30 фунтов. Так как сосуд согласно настоящему изобретения имеет диаметр около 4 дюймов и функционирует при давлении менее 30 фунтов, следует понимать, что применение данного стандарта камер давления представляет собой дополнительную меру обеспечения безопасности. В соответствии с данным стандартом резьбовые стержни 154 способны выдержать давление 14000 фунтов до разрыва.

Для сравнения, как уже отмечалось выше, устройство согласно данному изобретению уже имеет функции сброса давления при достижении им намного меньших значений: 35, 40 и 60 фунтов. Кроме того, отдельные компоненты изобретения 10 также функционируют в соответствии с определенными установками номинального давления. Шланги, такие как шланги выпуска газа 31 и 32, шланги 62 и 118 имеют номинальное давление около 120 фунтов, полиэтиленовые блоки 38, 54, 76 и 78 - около 6 000 фунтов, цилиндры из нержавеющей стали конденсатора 15 и резервуара для воды 14 - около 14 000 фунтов, никелевый электролизер 12 - около 10 000 фунтов.

В устройстве 10 может произойти взрыв при попадании внутрь его искры или вследствие воздействия изнутри, если давление внутри электролизера 12 каким-либо образом повысится до нескольких сот фунтов. С учетом того, что номинальное давление для материалов значительно выше, и применены стандарты конструкции камеры давления, подобный взрыв, скорее всего, будет ограничен во внутреннем пространстве и не приведет к ущербу или травмам снаружи.

Как было отмечено, электрический блок 16 соединен с положительным вводом 22 и отрицательным вводом 24 непосредственно от аккумуляторной батареи автомобиля, вводом давления масла 26 непосредственно от реле давления масла и имеет электрический вывод 28 ко внешнему соленоиду 30. Имеются и другие, не изображенные на чертеже, электрические соединения между электрическим блоком 16 и электролизером 12, такие, как выход электропитания, через который питание подается на источники питания 144, а также линии соединений с различными реле давления, датчиками уровня жидкости и разрываемым диском 60.

Электропитание, получаемое от аккумуляторной батареи по положительному вводу 22 и отрицательному вводу 24, составляет приблизительно 12-13 В при 15 А или 195 Вт. Через выход электропитания протекает около 6,9 А при 11,1В или 76 Вт к каждому из источников питания 144, а вместе - порядка 152 Вт. На выход каждого из источников питания 144 подается 2,4 В при 23,9 А, т.е. около 57 Вт, а вместе - порядка 114 Вт. Следует понимать, что данные электрические показатели могут быть другими в иных вариантах осуществления настоящего изобретения.

Внутренние компоненты электрического блока 16 включают один большой соленоид, используемый для пуска электролизера 12, а также несколько реле и плавких предохранителей, работающих при стандартном для автомобиля напряжении 12 В. Когда двигатель автомобиля начинает работать, ввод давления масла 26 вызывает срабатывание реле, активирующего большой соленоид, подключающий мощность от аккумулятора к выходной линии, ведущей к источникам питания 144. Для удобства пользователя на внешней стороне электрического блока 16 имеется переключатель ВКЛ/ВЫКЛ 21, вспомогательный выключатель 23, зеленый светодиод 25, сигнализирующий о работе системы, и красный светодиод 27, сигнализирующий о малом количестве оставшейся воды. Электрический блок 16 в предпочтительном варианте осуществления изобретения также включает хронометр, регистрирующий длительность работы устройства 10.

Таким образом, следует понимать, что устройство 10 согласно данному изобретению имеет очень простой и понятный для пользователя автомобиля интерфейс. Устройство работает автоматически и не требует активного вмешательства со стороны пользователя в то время, как он/она управляет автомобилем. Соответственно, нет необходимости в установке панели управления этим устройством внутри автомобиля. Пользователь может включить или выключить устройство 10 переключателем 21 или воспользоваться вспомогательным переключателем 23 для пополнения запаса жидкости вручную, как описано ниже. Светящийся зеленый светодиод 25 сообщает пользователю о том, что устройство 10 работает правильно. И наоборот, если этот светодиод не светится, это означает, что устройство 10 не работает, а элек

- 13 009567 тролиз не происходит. Светящийся красный светодиод 27 указывает на то, что воды осталось мало, и пользователю следует пополнить резервуар для воды 14 вручную.

Также следует понимать, что надежность устройства 10 повышается благодаря изготовлению его из таких прочных материалов, как никель, нержавеющая сталь и блоки из полиэтилена со сверхбольшой молекулярной массой. Электрические компоненты - простые и надежные аналоговые приборы, такие как соленоиды, реле и плавкие предохранители, работающие при стандартном напряжении 12 В. В устройстве согласно данному изобретению отсутствуют цифровые или программируемые компоненты, поскольку они усложнили бы конструкцию и сделали бы ее дороже. Возможно также, что они чаще отказывали бы ввиду большей чувствительности к температуре или из-за ошибок программы. Кроме того, электролизер 12 и комплект согласно настоящему изобретению не содержат движущихся частей. Соответственно, следует понимать, что предмет данного изобретения хорошо подходит для надежной работы в течение длительных периодов времени, в частности, при сложных дорожных условиях, где часто отсутствуют СТО и технические специалисты. Если же возникнет необходимость в сервисном обслуживании, простая конструкция устройства 10 должна максимально упростить ремонт и техническое обслуживание.

Теперь будет приведено описание работы предмета настоящего изобретения. Первоначально, когда автомобиль 11 припаркован, а двигатель 13 не работает, питание на электролизер 12 не подается, электролиз не происходит, газ 34 отсутствует, и давления газа в системе нет. Когда водитель автомобиля поворачивает ключ в замке стартера для пуска двигателя, реле давления масла активируется, как правило, как сигнал 12 В. Одновременно повышается уровень сигнала во вводе давления масла 26 от нуля до 12 В, в результате чего срабатывает реле низкого тока и, в свою очередь, - замыкается контур большого соленоида в электрическом блоке 16.

При пуске, прежде чем подать питание на источники питания 144, схемы внутри электрического блока 16 автоматически проверяют соблюдение различных предусловий, необходимых для безопасной работы устройства 10. Поскольку электронные компоненты аналоговые, данная предварительная проверка происходит по существу мгновенно и состоит в обнаружении наличия или отсутствия сигналов, соответствующих тем или иным предусловиям. Таким образом, проверка касается сигналов, связанных с: термодиском 152 на разделительном блоке 76 (подтверждение того, что устройство не оказалось в условиях высокой температуры свыше 80°С), первым герконом, активируемым предохранительным поплавком 90, и четвертым герконом, активируемым нижним поплавком 94 в электролизере 12 (подтверждение того, что уровень раствора электролита 36 не слишком высок и не слишком низок, соответственно), реле давления 136 (подтверждение того, что давление в системе не превысило 40 фунтов) и герконом, связанным с разрываемым диском 60 (подтверждение того, что разрываемый диск 60 не разорван). Если в системе обнаруживается несоблюдение любого из перечисленных условий, пуск системы и процесс электролиза не происходят.

Следующая проверка при пуске касается термодиска 148 на нижнем блоке 38. В случае срабатывания данного термодиска, свидетельствующего о том, что температура ниже 15°С, вентилятор 20 не включается. Если же температура составляет -10°С или ниже, срабатывает термодиск 150 на электролизере 12, выдавая системе команду включить термослой 146, а не источники питания 144.

При отсутствии блокирующих условий электрический блок 16 устанавливает внешний соленоид 30 в положение, соответствующее выводу через шланг выпуска газа 32 в двигатель 13. Электрический блок 16 также подает питание на источники питания 144, которые регулируют ток и напряжение и подают питание на электроды через вывод анода 114 и катод 80. Если термодиск 150 активирован, термослой 146 будет получать питание от электрического блока 16, пока температура не поднимется выше -10°С. В этот момент термодиск 150 вернется в исходное положение, а питание начнет подаваться на источники питания 144. После того, как в источники питания 144 подано электропитание, начинается процесс электролиза в электролизере 12 и выработка водорода и кислорода как газа 34. Следует понимать, что тепло, выделяемое в результате работы источников питания 144, автоматически передается воде 33 в резервуаре для воды 14 для растапливания льда, если в него превратилась вода 33. Таким образом, настоящее изобретения эффективно использует тепло от источников питания 144, которое в противном случае было бы рассеяно без выгоды для функционирования системы.

Теперь вернемся к конструкции трубопровода 64. При обычных условиях предохранительный соленоид 128 и соленоид заполнения 130 перекрывают каналы и, таким образом, препятствуют попаданию газа 34, находящегося во внутреннем канале 126 и электролизере 12, в шланг выпуска газа 31. Соленоид резервуара для воды 132 держит канал открытым, таким образом, что имеется прямое сообщение от электролизера 12 к резервуару для воды 14 через шланг 118, внутренний канал 126 и шланг 62. По мере того, как электролизер 12 будет вырабатывать газ 34, этот газ 34 будет заполнять верхние части электролизера 12 и резервуара для воды 14, создавая давление газа внутри устройства 10, возрастающее от начального нулевого уровня. Поскольку пространство, ограниченное электролизером 12 и резервуаром для воды 14, имеет постоянный или предварительно определенный объем, следует понимать, что чем больше газа 34 будет вырабатываться, тем большим будет со временем давление. Когда давление газа 34 немного превысит уровень давления выпуска - 20 фунтов - газ 34 будет выпущен регулятором расхода или 20фунтовым обратным клапаном 124 через шланг 122 в шланг выпуска газа 31 и шланг выпуска газа 32 в

- 14 009567 двигатель 13. Соответственно, при данном установившемся режиме работы устройства 10 газ 34 протекает из электролизера 12 в двигатель при давлении порядка 20 фунтов, и давление в электролизере 12 и резервуаре для воды 14 выравнивается на примерно том же уровне 20 фунтов.

Было обнаружено, что, как правило, требуется около 4-5 минут для того, чтобы давление в системе возросло от нуля до 20 фунтов. Поэтому водителю автомобиля следует ожидать ощутимого повышения мощности двигателя примерно через пять минут после его пуска. Ниже будет описано более подробно то, что при нормальных условиях система будет продолжать работать и обеспечивать преимущества электролиза на всем оставшемся протяжении поездки.

При функционировании электролизера 12 выделяется значительное количество тепловой энергии, которая имеет тенденцию снижать эффективность процесса электролиза. Без дополнительного охлаждения температура газа 34, в общем случае, достигает порядка 75°С в газовой области 106 электролизера 12 и примерно на 10°С ниже, т.е. 65°С в конденсаторе 15 благодаря термоизоляции, обеспечиваемой разделительным блоком 76. При включении вентилятора 20 начинается принудительное перемещение горячего воздуха вниз и из корпуса 18, благодаря чему электролизер 12 и конденсатор 15 охлаждаются приблизительно до 55°С и 45°С, соответственно. В более прохладную погоду эти температуры будут еще ниже. Охлаждению системы также способствует применение в конструкции электролизера 12 теплопроводного металла, такого как никель, а не пластмассы. Поэтому должно быть понятно, что предложенные средства охлаждения способствуют повышению эффективности электролиза. Кроме того, в отличие от некоторых решений предшествующего уровня техники, не требуется отдельной системы охлаждения.

Как уже отмечалось, газ 34 обычно содержит некоторое количество влаги или водяного пара. Это может составлять проблему в холодную погоду, поскольку водяной пар может замерзнуть и создать препятствия циркуляции газа 34. В частности, частички льда могут образовываться в шланге выпуска газа 31, когда на теплый газ 34 начнет воздействовать низкая температура окружающей среды. Если не препятствовать формированию льда, эти создающие давление препятствия могут привести к отказу системы или взрыву.

В данном изобретении этот риск уменьшен несколькими факторами. Во-первых, поскольку влажность повышается при нагревании, средства охлаждения согласно данному изобретения будут снижать ее уровень. Кроме того, когда газ 34 достигает конденсатора 15, разница температур в конденсаторе 15 и электролизере 12 вызывает конденсацию значительной части влаги и оседание ее на внутренних стенках конденсатора 15. Собранные капельки воды будут стекать вниз через канал 108 в электролизер 12. Таким образом, снижается количество влаги, переносимой газом 34 в шланг выпуска газа 31. Кроме того, при перемещении газа 34 в шланг выпуска газа 31 замерзание не происходит даже при самых низких температурах благодаря тому, что газ движется. Поэтому нет необходимости в элементе подогрева, который бы нагревал выпускной шланг. Помимо упомянутого, если внешний соленоид 30 установлен ниже впускного канала двигателя 13, влага, переносимая в шланг выпуска газа 31, будет собираться в нижней части внешнего соленоида 30, а не перемещаться в двигатель. Собравшаяся влага будет выпущена в атмосферу через шланг выпуска газа 35 после выключения системы.

При работе в установившемся режиме электролизер 12 вырабатывает порядка 600 мл газообразного водорода и кислорода в минуту. Как удалось выяснить, этого количества, подаваемого в двигатель 13, достаточно для получения требуемых результатов.

Устройство 10 согласно данному изобретению вырабатывает разумное количество газа в компактном объеме благодаря различным средствам, способствующим протеканию процесса электролиза. Среди них - применение никеля и, в частности, в виде вытянутого металла, из которого изготовляют и катод 80, и анод 82. Такой металл обеспечивает большее число граней для проведения электролиза. Получение газов также усовершенствовано данным изобретением, поскольку применяемая регулировка входной мощности обеспечивает больший ток через электроды. Хорошо известно, что количество вырабатываемых в процессе электролиза газов повышается при увеличении протекающего тока. Направлению, применяемому в данном изобретении, могут быть противопоставлены некоторые устройства уровня техники, в которых питание без регулировки подается прямо от аккумуляторной батареи на электролизер, и такое решение считается желательным благодаря его простоте. Однако это приводит к низким значениям тока, которые должны компенсироваться путем подбора определенного состава раствора электролита. В свою очередь, это создает проблему выделения слишком большого количества тепловой энергии, из-за которой возникает необходимость в дополнительном охлаждении или повышении давления.

Поэтому очевидная простота прямого подключения электролизера к аккумуляторной батарее исчезает на фоне сложных систем, необходимых для решения проблем, связанных с этим подходом. Поэтому, следует понимать, что, благодаря регулировке тока, в данном изобретении достигается адекватная выработка газов с применением в качестве источника питания только аккумулятора машины и без необходимости в сложных дополнительных устройствах, таких как специальная система охлаждения или дополнительный генератор постоянного или переменного тока.

Вырабатываемый газ включает смесь отдельных атомов водорода и кислорода, а также сочетание связанных пар водород-кислород. Хотя при желании можно разделить газы, считается, что наличие обоих газов по отдельности и в сочетании улучшает процесс сгорания в двигателе 13. Также считается,

- 15 009567 что прохождение газа 34 через газовую область 106 содействует эффективности или топливному качеству газа 34.

Теперь следует понять, как устройство 10 согласно настоящему изобретению обеспечивает получение необходимого и действенного количества газообразного водорода и кислорода для улучшения сгорания.

Электролизер 12 вырабатывает газ 34 со скоростью, определяемой током, протекающим через электроды, а также факторами, связанными с конструкцией самого электролизера 12, такими как использование электродов из вытянутого никеля в цилиндрической конфигурации. Поскольку после включения устройства данные факторы остаются неизменными, количество газа, вырабатываемого электролизером 12 за единицу времени, будет постоянным. В частности, скорость выработки газа 34 в электролизере 12 не зависит от эксплуатационных показателей двигателя 13, таких как его обороты (об/мин) или давление во впускном воздухопроводе. Однако скорость реальной подачи газа 34 в двигатель 13 обычно будет зависеть в некоторой степени от давления во впускном воздухопроводе или оборотов двигателя 13. И, наоборот, устройство 10 согласно настоящему изобретению разработано таким образом, чтобы в большинстве рабочих состояний скорость подачи газа 34 в двигатель 13 оставалась постоянной.

Двигатели некоторых автомобилей, таких как грузовые машины, состоящие из тягача и прицепа, изображенные как автомобиль 11, а также некоторых легковых машин оснащены турбонаддувом. По существу, при турбонаддуве применяется приводимое в движение выхлопными газами лопастное колесо, которое засасывает воздух извне и подает его под давлением во впускное отверстие двигателя. По мере роста оборотов или скорости вращения двигателя давление выхлопа увеличивается, приводя к еще более быстрому вращению лопастного колеса и большему давлению подачи воздуха. Такая зависимость оказывается полезной, так как увеличение оборотов означает большее число циклов сгорания за единицу времени. Поэтому необходимо, чтобы давление во впускном воздухопроводе возрастала в унисон с оборотами, и, тем самым, обеспечивалось большее количество воздуха, необходимое в единицу времени. Крупные грузовые автомобили типа тягач-прицеп обычно оснащены двигателями с оборотами на холостом ходу порядка 600-800 об/мин и давлением 10-15 фунтов с верхним пределом около 1 800 об/мин и давлением 30 фунтов.

Фиг. 5 представляет собой типичный график изменения давления (Р) во впускном устройстве двигателя 13 во времени (1). Очевидно, что давление воздуха (Р), по существу, зависит от оборотов двигателя 13. Поэтому на фиг. 5 видно, что при работе двигателя от холодного пуска до высоких оборотов для данного конкретного двигателя 13 давление Р изменяется в пределах от нуля до примерно 22 фунтов.

Как уже отмечалось, шланг вывода газа 32, по которому поступает газ 34 из электролизера 12, подсоединяется к тому же впускному отверстию для воздуха двигателя 13, через которое подает воздух система турбонаддува. Поэтому, если давление воздуха, подаваемого системой турбонаддува, несколько превышает давление газа 34 в шланге выпуска газа 32, происходит эффективное воспрепятствование поступлению газа 34 в камеру сгорания. Теперь становится понятно, почему скорость реальной подачи газа 34 в двигатель 13 обычно зависит в некоторой степени от давления во впускном воздухопроводе или оборотов двигателя 13.

В настоящем изобретении газ 34 подается в двигатель 13 под давлением. В частности, поскольку газ 34 проходит через регулятор расхода, который представляет собой клапан, срабатывающий на выпуск при определенном давлении, или обратный клапан 124 с установкой давления в предпочтительном варианте осуществления 20 фунтов, газ будет подаваться с постоянным давлением выпуска 20 фунтов. Данное значение давления выпуска выбрано для обратного клапана 124, поскольку, как изображено на типичном графике фиг. 5, оно относится к верхней части рабочего диапазона давлений во впускном воздухопроводе. Ожидаемое давление подачи воздуха системой турбонаддува обычно будет менее 20 фунтов. Поэтому газ 34, содержащий водород и кислород, вырабатываемые электролизером 12, в большинстве случаев будет иметь большее давление, чем давление, развиваемое турбонаддувом, и сможет поступать в двигатель 13. Таким образом обеспечивается относительно постоянный поток газа 34 в двигатель 13, даже при колебании давления во впускном воздухопроводе, вызванном изменением нагрузки на двигатель.

Подача газа 34, находящегося под давлением 20 фунтов, из электролизера 12 может быть заблокирована, если система турбонаддува разовьет давление свыше давления выпуска 20 фунтов - вероятно, 2225 фунтов. Однако, как правило, такие условия существуют кратковременно. Однако, даже если подобные условия будут существовать более длительное время, давление в электролизере 12 будет возрастать и сможет преодолеть более высокий порог давления. Все же такие задержки будут, как правило, нечастыми, так как в изобретении предусматривается подача газа 34 при постоянном давлении, значение которого находится в верхней части рабочего диапазона давлений во впускном канале и потому превышает ожидаемые значения давлений во впускном воздухопроводе двигателя 13 в большинстве случаев, за исключением моментов крайне высокой нагрузки на двигатель.

Поскольку выработка газа 34 постоянна, а газ 34 доступен для двигателя 13 большую часть времени, получается, что скорость подачи или поток газа 34 в двигатель 13 также будет постоянным. Из этого следует, что влияние газа 34 на КПД двигателя 13 будет зависеть от его оборотов. Поскольку поток газа 34 постоянен благодаря регулятору расхода, то чем меньше обороты двигателя, тем большим будет со

- 16 009567 ставляющая газа 34 в камере сгорания. Согласно настоящему изобретению составляющая газа 34 будет наибольшей на холостых оборотах двигателя. Хорошо известно, что двигатели внутреннего сгорания обладают наименьшим КПД и выбрасывают наибольшее количество вредных веществ на малых оборотах и, в частности, на холостых оборотах. Путем подачи относительно большего количества водорода и кислорода в камеру сгорания на холостых или низких оборотах двигателя удается оптимизировать выгоды от снижения выброса вредных веществ.

Подача газа 34 в виде регулируемого потока позволяет гибко применять настоящее изобретение в самых разнообразных автомобилях с различными типами двигателей. Необходимо только выполнить для регулятора расхода или обратного клапана 124 установку, достаточную для преодоления обычно существующего рабочего давления во впускном воздухопроводе двигателя того или иного автомобиля. Для легковых автомобилей без тубронаддува достаточно будет установить регулятор расхода 124 на несколько фунтов, а в случае больших машин с мощными двигателями и системой турбонаддува установка обратного клапана 124 может быть 24 фунта или даже больше. В целом, установка давления выпуска в пределах от 1 до 50 фунтов охватит большинство типов автомобилей. Следует отметить, что подход данного изобретения более гибкий, чем в предыдущем уровне техники, где устройства применяли вакуум, создаваемый во впускном канале двигателей легковых машин. Устройства предыдущего уровня техники не могли работать с двигателями, в которые воздух подается под давлением и применяется система турбонаддува. И, наоборот, устройство 10 согласно настоящему изобретению может работать с любым типом двигателя, так как управляется регулятором расхода, функционирующим в самом устройстве 10.

Предмет настоящего изобретения способен подавать газ 34 в двигатель 13 непрерывно и в течение длительного времени. Поскольку единственным элементов, расходуемым в процессе электролиза, является водный компонент раствора электролита 36, в устройстве 10 согласно настоящему изобретению предусмотрен резервуар для воды 14, содержащий запас воды 33, и средства пополнения раствора электролита 36 в электролизере 12 водой 33 из резервуара для воды 14. В большинстве случаев пополнение электролизера 12 водой из резервуара для воды 14 будет производиться автоматически самим устройством 10 без какого-либо вмешательства со стороны водителя или даже без его ведома. Но в некоторых ситуациях потребуется выполнение доливки вручную.

При пуске двигателя 13 и включении устройства в холодную погоду всегда есть вероятность, что вода 33 в резервуаре для воды 14 замерзла и потому не может подаваться. Согласно приведенному выше описанию, тепло от источников питания 144 растопит лед в резервуаре для воды 14 за время растапливания льда в резервуаре, которое составляет около 2 ч или меньше. Поэтому согласно данному изобретению достаточное количество воды для пополнения электролизера 12 появится по прошествии времени растапливания льда в резервуаре или даже раньше.

Для обеспечения полной работоспособности электролизера 12 до того, как лед растает, устройство 10 обеспечивает, чтобы в момент пуска уровень раствора электролита 36 был по меньшей мере чуть выше третьего геркона датчика уровня жидкости 88. Ниже более подробно пояснено, что это осуществляется путем проверки уровня при выключении устройства и пополнения в этот момент, если необходимо, таким образом, чтобы при последующем пуске количество раствора электролита 36 было достаточным. Так же, как отмечалось ранее, устройство 10 отключится, если нижний поплавок 94 опустится на уровень четвертого геркона. Поэтому при пуске устройства 10 согласно настоящему изобретению в нем будет находиться, как минимум, такое количество раствора электролита 36, что его уровень окажется между третьим и четвертым герконами датчика уровня жидкости 88. Наиболее предпочтительно, чтобы этого количества было достаточно для минимального времени работы, превышающего время растапливания льда в резервуаре (около 2 ч), а в предпочтительном варианте осуществления изобретения раствора электролита 36 должно хватить более, чем на 6 ч.

Следует понимать, что описанный здесь сценарий представляет собой худший случай, и более вероятным является то, что на момент пуска уровень раствора электролита 36 окажется, по меньшей мере, несколько выше третьего геркона. Конечно же, согласно приведенному выше описанию, данная система может справиться и с ситуацией худшего случая. Далее, поскольку температуры, при которых вода замерзает, встречаются только в определенных географических областях и зимой, водителю в общем случае будет известно о том, что вода 33 могла замерзнуть. Соответственно, если водитель желает, то при остановке на длительное время в холодную погоду он может открыть кран 44 и слить воду 33 из резервуара для воды 14, чтобы она не превратилась в глыбу льда к моменту пуска двигателя автомобиля 11. Однако водитель должен не забыть заполнить резервуар для воды 14, перед тем как вновь запустит двигатель машины 11.

По ходу эксплуатации машины 11 устройство 10 согласно настоящему изобретению будет автоматически пополнять раствор электролита 36 водой 33 из резервуара для воды 14. Операция пополнения выполняется достаточно быстро, автоматически и не требует каких-либо действий со стороны водителя.

Операция пополнения инициируется, когда нижний поплавок 94 на датчике уровня жидкости 88 опускается на уровень, где он вызывает срабатывание третьего геркона. В качестве предусловия пополнения система требует, чтобы давление в резервуаре для воды 14 составляло, минимум, 11 фунтов. Эти данные получают от реле давления 134, которое, как уже говорилось ранее, имеет установку срабатыва

- 17 009567 ния 11 фунтов. Если данное условие выполняется, соленоид заполнения 130 открывает канал, а соленоид резервуара для воды 132 - закрывает. В результате этого устанавливается прямое сообщение между электролизером 12 и двигателем 13 (через обратный клапан 138 с установкой 1/10 фунта), а соединение между электролизером 12 и резервуаром для воды 14 перекрывается. Как раз перед выполнением данных изменений по команде сигнала пополнения, давление газа в электролизере 12 и резервуаре для воды 14 было выровнено при значении около 20 фунтов. В результате изменений, выполненных по команде сигнала пополнения, давление в электролизере 12 быстро падает до более низкого (в общем случае) давления в системе двигателя 13, а в резервуаре для воды 14 сохраняется более высокое давление - исходные 20 фунтов.

Ввиду того, что давление газа 34 в резервуаре для воды 14 оказывается выше и составляет около 20 фунтов, а в электролизере 12 давление газа 34 ниже, вода 33 выталкивается из резервуара для воды 14 в электролизер 12 через канал 50. Однако, ввиду наличия обратного клапана 52 с установкой 6 фунтов в канале 50 вода 33 не будет течь, пока разность давлений не составит по меньшей мере 6 фунтов. Таким образом, как только давление в электролизере 12 упадет до порядка 14 фунтов или ниже, вода 33 начнет течь в электролизер 12 через канал 50, пополняя водную составляющую в электролизере 12. Таким образом, давление в электролизере 12 не должно падать до нуля, а всего лишь до значения, которое примерно на 6 фунтов меньше давления в резервуаре для воды 14.

После пополнения уровень раствора электролита 36 повысится: вначале поднимется нижний поплавок 94, а затем - поплавок заполнения 92. Пополнение будет продолжаться, пока поплавок заполнения 92 не поднимется до уровня второго геркона. В результате срабатывания этого геркона направляется сигнал, возвращающий соленоид заполнения 130 и соленоид резервуара для воды 132 в их исходное закрытое и открытое состояние, соответственно. В результате этого восстановится первоначальное протекание газа с открытием сообщения между электролизером 12 и резервуаром для воды 14. Газ 34 будет подаваться из электролизера 12 через регулятор расхода 124 в двигатель 13. Небольшая задержка будет наблюдаться, пока давление в электролизере 12 не наверстает потерянные 6 фунтов. Когда давление достигнет 20 фунтов, возобновится нормальный поток в двигатель 13. Таким образом, будет подано достаточное количество воды 33 для пополнения раствора электролита 36 в электролизере 12.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения объем воды, содержащийся в электролизере 12 между вторым и третьим герконами, составляет лишь около 100 миллилитров (1/10 литра). Это достаточно малое количество, поэтому после того, как вода 33 начнет течь, процесс пополнения будет завершен достаточно быстро. Скорость пополнения может быть несколько большей при более высоком уровне воды 33 в резервуаре для воды 14, так как это будет способствовать достижению давления срабатывания обратного клапана 52.

Предусловие состоит в том, что давление в резервуаре для воды 14 должно составлять хотя бы 11 фунтов, чтобы развить минимальное давление, достаточное для перемещения воды 33 в электролизер 12. В случае 11 фунтов для преодоления давления срабатывания обратного клапана 52 (6 фунтов) давление у двигателя должно упасть до 5 фунтов. Это, пожалуй, самое низкое давление, которое может наблюдаться в процессе движения автомобиля, причем без использования дополнительного наддува, обеспечиваемого системой турбонаддува. В этом случае возможна задержка в пополнении до момента, когда двигатель будет работать на холостых оборотах или на малых оборотах. Таким образом, должно быть понятно, что минимальное требование по давлению 11 фунтов обеспечивает то, что устройство 10 согласно настоящему изобретению не будет требовать пополнения, когда резервуар для воды 14 не может подать воду из-за того, что не находится под достаточным давлением.

Обратный клапан 52 установлен в канале 50, поскольку столб воды 33 в резервуаре для воды 14 сам создает давление. Поэтому при отсутствии обратного клапана 52 вода 33 могла бы спонтанно поступать в электролизер 12.

Следует понимать, что для реле давления 134 и обратного клапана 52 могут быть выполнены другие установки, которые будут лучше соответствовать потоку воды 33 в устройстве 10. Например, реле давления 134 может быть установлено на 15 фунтов, а обратный клапан 52 - на 10 фунтов. Эти конкретные значения не были выбраны в данном варианте осуществления изобретения из-за непостоянства допусков при производстве 20 фунтовых обратных клапанов 124. Следует понимать, что при улучшении ситуации с производственными допусками, могут стать возможными другие установки давления для этих элементов.

Используя установки и размеры емкостей согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, удалось определить, что автомобиль 11 может работать порядка 180 ч после полного заполнения емкости электролизера 12 раствором электролита 36 до уровня второго геркона и заполнения резервуара для воды 14 водой 33 до максимального уровня 74. Указанный период состоит из порядка 150 ч работы, соответствующих запасу воды 33 в резервуаре для воды 14, и еще 30 ч работы на растворе электролита 36. Что касается только электролизера 12, устройство 10 проработает около 24 ч, начиная с полного заполнения (уровень второго геркона), затем подаст сигнал о необходимости пополнения (третий геркон), и, как уже говорилось ранее, сможет проработать без пополнения еще около 6 ч, прежде чем будет инициировано отключение системы (четвертый геркон).

- 18 009567

Если пользователь забудет залить воду в резервуар для воды 14, запас воды 33 в устройстве 10 вполне может иссякнуть, и нижний поплавок 94 опустится до четвертого геркона, подающего сигнал об отключении системы. Этот сигнал вызывает отключение питания источников питания 144, что приводит к прекращению процесса электролиза. Предохранительный соленоид 128 откроет канал, и внешний соленоид 30 будет установлен в положение, при котором газ 34 из электролизера 12 и резервуара для воды 14 будет выпущен в атмосферу. В этом случае включается красный светодиод 27 низкого уровня воды в электрическом блоке 16, передавая визуальное сообщение пользователю машины, что система была отключена из-за малого количества оставшейся воды.

Эту ситуацию должен исправить пользователь. После отключения двигателя на 10 мин в качестве дополнительной меры безопасности для обеспечения сброса давления в системе пользователь заливает воду в резервуар 14. Для этого он снимает крышку 29 и заливает воду до тех пор, пока поплавок 72 не поднимается до геркона, срабатывание которого вызывает подачу звукового сигнала зуммера. Затем пользователь нажимает и удерживает в этом состоянии вспомогательный выключатель 23 на электрическом блоке 16. При удержании в нижнем состоянии переключателя 23 питание подается на источники питания 144, благодаря чему возобновляется процесс электролиза. Кроме того, предохранительный соленоид 128 перекрывает канал, а внешний соленоид 30 возвращается в положение, при котором газ 34 направляется в двигатель 13 через шланг выпуска газа 32. Соленоид резервуара для воды 132 остается в открытом положении, а светодиод 27 низкого уровня воды продолжает светиться. В течение этого времени вырабатывается газ 34, и в системе восстанавливается внутреннее давление. Через несколько минут давление в резервуаре для воды 14 достигнет 11 фунтов, в результате чего включится зеленый светодиод, сигнализирующий о работе системы, а красный светодиод 27, сигнализирующий о малом количестве оставшейся воды, - погаснет. В этот момент пользователь может отпустить вспомогательный выключатель 24, система выполнит автоматическое пополнение воды и возобновит нормальную работу.

Настоящее изобретение предусматривает заливку воды в устройство 10 приблизительно через каждые 150-180 ч езды на автомобиле. Следует понимать, что количество заливаемой воды - примерно 3,25 л или около 1 1/2 галлона - вполне разумно и не является особо сложным для выполнения требованием. В большинстве случаев в резервуаре для воды 14 будет оставаться некоторое количество воды 33, поэтому залить придется еще меньше жидкости. В зависимости от интенсивности эксплуатации автомобиля 11, пополнение запаса может требоваться всего лишь раз в 3-4 недели или примерно раз в месяц. Например, если машина эксплуатируется 10 ч в день при 6-дневной рабочей неделе, пополнение запаса воды потребуется приблизительно раз в 3 недели. Следует понимать, что пополнение запаса воды можно удобным образом включить в плановые работы по регулярному техническому обслуживанию автомобиля. Соответственно, при основных видах использования автомобиля истощение запаса воды 33 и необходимость его пополнения посреди дороги будут очень нечастыми событиями, если вообще будут иметь место.

Теперь должно быть понятно, как устройство 10 согласно настоящему изобретению перемещает газ 34 из электролизера 12 в двигатель 13, а воду 33 из резервуара для воды 14 в электролизер 12. Вместо того, чтобы применять содержащие движущиеся детали компоненты, такие как насосы, по аналогии со многими устройствами предшествующего уровня техники, устройство 10 согласно настоящему изобретению выполняет ту же функцию посредством лишь внутреннего давления, развиваемого внутри электролизера 12 в ходе протекания процесса электролиза. Такие компоненты, как насосы, обязательно делают конструкцию более дорогой, громоздкой и сложной, а также склонны к отказам в очень холодную погоду. Конечно же следует понимать, что в иных вариантах осуществления настоящего изобретения при необходимости могут использоваться подобные компоненты, например насосы.

Теперь рассмотрим работу различных средств безопасности, предусмотренных в устройстве 10 согласно настоящему изобретению. Первая мера безопасности относится к уровню раствора электролита 36 в электролизере 12. Предпочтительно, чтобы наивысшим уровнем, до которого поднимается раствор электролита 36, был уровень второго геркона, расположенного как раз под упором 96 на датчике уровня жидкости 88. Это нужно для формирования газовой области 106. Кроме того, если из-за сбоя в выполнении операции пополнения водной составляющей или по какой-то иной причине уровень раствора электролита 36 поднимется и достигнет конденсатора 15 и шланга выпуска газа 31, появится риск попадания КОН из раствора электролита 36 во впускной воздухопровод двигателя 13. Это нежелательно, так как КОН может привести к повреждению двигателя 13.

Поэтому устройство 10 согласно настоящему изобретению включает предохранительный поплавок 90 и соответствующий ему первый геркон, расположенный на датчике уровня жидкости 88. Если уровень раствора электролита 36 в электролизере 12 поднимется выше упора 96 и будет продолжать повышаться, предохранительный поплавок 90 будет перемещаться вверх, пока не вызовет срабатывание первого геркона. Сигнал, вырабатываемый первый герконом предупреждает систему о необходимости немедленного выполнения процедуры досрочного отключения. Она включает прекращение подачи питания на источники питания 144, прекращение процесса электролиза, открытие предохранительного соленоида 128 и соленоида резервуара для воды 132, установку внешнего соленоида 30 в положение, при котором газ может уходить в атмосферу через шланг выпуска газа 35. Следует понимать, что указанные меры приведут к немедленному сбросу давления в электролизере 12 и резервуаре для воды 14 до уровня атмо

- 19 009567 сферного давления. Это предотвратит дальнейшее перетекание воды 33 в электролизер 12, таким образом, уровень раствора электролита 36 прекратит повышаться. В этом случае пользователь не может перезапустить устройство, которое будет оставаться в неактивном состоянии, пока его не проверит квалифицированный специалист из сервисной службы и не подтвердит его работоспособность.

Еще одна защитная функция в устройстве 10 согласно настоящему изобретению предотвращает опасное повышение давления газа 34. Такая ситуация может возникнуть по многим причинам, например, из-за непреднамеренного пережатия шланга или блокирования внутреннего канала, или, например, когда камешек с дороги подбрасывается и оказывается в шланге выпуска газа 31. Независимо от конфетной причины, возрастание давления представляет собой опасность взрыва. В устройстве 10 согласно настоящему изобретению предусмотрено несколько дублирующих друг друга функций безопасности или средств сброса давления, которые должны безопасным образом сбрасывать внутреннее давление, если оно достигнет предварительно заданного значения для инициации сброса, прежде чем давление возрастет до опасного уровня.

Реле давления 112 встроено в верхний блок 78 и непосредственно контролирует давление внутри электролизера 12. Следует понимать, что, поскольку соленоид резервуара для воды 132 обычно находится в открытом состоянии, реле давления 112 также по существу контролирует давление в резервуаре для воды 14. Давление в электролизере 12 и резервуаре для воды 14 будет отличаться только после закрытия соленоида резервуара для воды 132 с целью выполнения системой операции пополнения водной составляющей. Реле давления 112 срабатывает при предварительно заданном уровне давления - 35 фунтов. Это реле представляет собой первый уровень защиты системы от чрезмерного повышения давления.

Если давление в электролизере 12 повысится до 35 фунтов, реле давления 112 направит сигнал, вызывающий открытие предохранительного соленоида 128. Предохранительный соленоид 128 открывает перепускной канал или предохранительный канал, по которому газ 34 из электролизера 12 может пройти, минуя обратный клапан 124 с установкой 20 фунтов, и попасть в среду двигателя 13 с меньшим давлением. В результате образования такого сообщения давление в электролизере 12 быстро уменьшится. Если реле давления 112 определит, что давление упало ниже 35 фунтов, оно направит сигнал на возврат предохранительного соленоида 128 в закрытое состояние, таким образом, чтобы газ 34 мог вернуться к своему обычному протеканию через обратный клапан 124. Как правило, давление в электролизере 12 упадет достаточно быстро примерно на 3-5 фунтов, прежде чем реле давления 112, работающее медленней из-за инертности его механической конструкции, отреагирует и вернется в исходное состояние.

Описанная проверка давления на уровне 35 фунтов оказывается полезной при возникновении временных закупорок, таких как кусочки льда или камешки, временно блокирующих шланг, а затем смещающихся с открытием сообщения. Следует понимать, что предохранительный соленоид 128 может даже сработать несколько раз подряд, и такое многократное или периодическое срабатывание само по себе может способствовать смещению инородного объекта и устранению блокировки.

Второй уровень защиты от повышения давления обеспечивает реле давления 136. Это реле давления установлено на трубопроводе 64 и непосредственно контролирует давление в резервуаре для воды 14, а косвенно - через открытый соленоид резервуара для воды 132 - обычно равное давление в электролизере 12. В варианте осуществления данного изобретения для реле давления 136 выполнена установка инициации сброса давления - 40 фунтов.

Повышение давления до 40 фунтов считается достаточным основанием для отключения системы. Однако обычно желательно вначале сбросить находящийся под давлением газ 34. Поэтому при срабатывании реле давления 136 предохранительный соленоид 128 переходит в открытое состояние, и прекращается подача питания на источники питания 144, вследствие чего процесс электролиза прекращается. Предохранительный соленоид 128 открывает перепускной канал или предохранительный канал, по которому газ 34 из электролизера 12 может пройти, минуя обратный клапан 124 с установкой 20 фунтов, и попасть в среду двигателя 13 с меньшим давлением. Одновременно с этим ток замыкается на резистивную цепь, содержащую плавкий предохранитель с задержкой срабатывания 14 с. Сброс давления в системе будет происходить в течение 14 с, чего в большинстве случаев достаточно для понижения давления до безопасного уровня. Если плавкий предохранитель по истечении 14 с расплавляется, устройство 10 отключается. Затем в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения устройство 10 обслуживается квалифицированными специалистами сервисной службы и возвращается в работоспособное состояние.

Еще одним - третьим - резервом или средством сброса давления является разрываемый диск 60. Это устройство представляет собой неавтоматический разрываемый клапан, который механически разламывается или разрывается в случае достижения давлением предварительно установленного значения 60 фунтов. В отличие от описанных выше реле давления на 35 и 40 фунтов, в которых применяются электрические компоненты, разрываемый диск 60 - чисто механическое устройство, непосредственно реагирующее на давление и физически разрушающееся при определенном его значении. Таким образом, если разрываемый диск 60 разрывается, в верхнем блоке 54 образуется отверстие, немедленно открывающее газу 34 путь в среду более низкого давления - атмосферу. В отличие от описанного выше сброса давления при 40 фунтах, здесь нет ни необходимости, ни возможности в некоем промежуточном периоде

- 20 009567 сброса давления. После разрыва диска устройство предпочтительно обслуживается квалифицированными специалистами сервисной службы, которые устанавливают новый разрываемый диск 60.

Поскольку разрываемый диск 60 - механическое устройство, система или электрический блок 16 в общем случае не получат сигнала о наличии отверстия в системе и, соответственно, будут продолжать подавать питание на электроды. Вырабатываемый на этом этапе газ 34 просто и без вреда будет уходить в атмосферу, а не сжиматься и не подаваться в двигатель 13. Электролиз будет продолжаться до тех пор, пока нижний поплавок 94 не упадет до низкого уровня воды. Зеленый светодиод 25, свидетельствующий о работе системы, будет продолжать светиться до достижения низкого уровня воды, ошибочно показывая, что система работает нормально.

Хотя нет ничего страшного в том, чтобы позволить системе описанным образом выработать ресурс до отключения, обычно предпочтительным является более упорядоченное и правильное отключение. Поэтому в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения к разрываемому диску 60 прикрепляют геркон. Такой геркон связан с разрываемым диском 60 таким образом, что направляет сигнал в электрический блок 16 при разрыве разрываемого диска 60. Этот сигнал означает команду системе отключить питание источников питания 144, что остановит процесс электролиза, и установить внешний соленоид 30 в положение, соответствующее сообщению с атмосферой через шланг выпуска газа 35. Кроме того, оба светодиода 25 и 27 погаснут, подавая правильный визуальный сигнал того, что система более не работает.

Следует понимать, что риск того, что такой чисто механический элемент, как разрываемый диск 60, откажет, выдерживая повышение давления до установленного для него уровня срабатывания, весьма мал. Кроме того, даже если данный элемент не разрушится при установленном давлении, механическая прочность разрываемого диска 60 вероятней всего окажется недостаточной, чтобы выдержать дальнейшее повышение давления. Таким образом, разрываемый диск 60 служит отказобезопасным резервным приспособлением в устройстве 10 согласно настоящему изобретению.

Хотя вероятность того, что давление в системе повысится намного выше 60 фунтов, так и не вызвав срабатывания средств безопасности, устройство 10 согласно настоящему изобретению располагает дополнительными средствами безопасности, присущими конструкции самого устройства. Как отмечалось ранее, материалы, из которых изготовлено устройство 10, должны выдерживать тысячи фунтов давления. Далее, система в целом создана в соответствии со стандартами, применяемыми к камерам давления и обеспечивающими высокую степень защиты. Соответственно, если внутреннее давление возрастет до нескольких сотен фунтов и вызовет взрыв в электролизере 12, есть основания считать, что он не будет иметь видимых последствий снаружи. Однако более вероятно, что прежде, чем произойдет подобное развитие событий, какой-либо компонент системы, такой как шланг или соединение между шлангом и трубопроводом 64 или верхним блоком 54 иди 78, безопасным образом откажет, разорвавшись и обеспечивая быстрый сброс давления путем выпуска газа 34 в атмосферу.

Поэтому должно быть понятно, что отдельные средства защиты, методы проектирования и материалы конструкции устройства 10 согласно настоящему изобретению сводят к минимуму риск разрушительного или наносящего травмы взрыва.

Теперь опишем порядок действий, выполняемых системой по окончании поездки автомобиля 11 и останове его двигателя 13. Останов двигателя 13 вызывает падение давления масла, и сигнал реле давления масла, как и сигнал ввода давления масла 26 становится нулевым. В ответ на это электрический блок 16 переводит внешний соленоид 30 в состояние сообщения с атмосферой через шланг выпуска газа 35, отключает питание источников питания 144, чтобы прекратить процесс электролиза. Таким образом, газ 34, находящийся в выводном шланге 30, уйдет в атмосферу. Однако, в отличие от ситуаций аварийного сброса повышенного давления, описанных выше, в данном случае нет необходимости в немедленной установке сообщения между электролизером 12 и резервуаром для воды 14 и атмосферой. Вместо этого пока предохранительный соленоид 128 остается в закрытом положении, а соленоид резервуара для воды 132 - в открытом. Так как больше газа 34 не вырабатывается, обратный клапан 124 с установкой 20 фунтов эффективно прекращает дальнейшее поступление газа 34 в выпускной шланг 30.

Вместо того, чтобы немедленно открываться в атмосферу, система проводит проверки и подготавливает уровень раствора электролита 36 в электролизере 12 к следующему пуску. Устройство 10 запускает таймер (не изображен), установленный на предварительно заданное время, необходимое для того, чтобы пена и пузырьки, обычно образующиеся в верхнем слое раствора электролита 36 в процессе электролиза, осели. По окончании предварительно заданного времени, которое в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения составляет 5 мин, можно получить более точные данные измерения уровня раствора электролита 36. Если нижний поплавок 94 находится на уровне третьего геркона или ниже, система выполнит автоматическое пополнение водной составляющей путем перевода соленоида заполнения 130 в открытое положение, а соленоида резервуара с водой 136 - в закрытое. Если нижний поплавок 94 находится на уровне выше третьего геркона (даже если незначительно выше), условие пополнения не выполняется, и пополнение водной составляющей не будет осуществляться. По окончании пополнения водой система отключается обычным образом путем установки предохранительного соленоида 128 в открытое положение и открытия пути для выхода газа 34 из электролизера 12 и резер

- 21 009567 вуара для воды 14 в атмосферу.

Преимущество описанной выше процедуры пополнения после останова заключается в том, что она гарантирует пользователю, что при следующем пуске электролизер 12 будет или заполнен, или уровень раствора электролита 36, по меньшей мере, будет чуть выше третьего геркона. Как уже обсуждалось, это необходимо в условиях очень холодной погоды, поскольку вода 33 в резервуаре для воды 14 может замерзнуть, в результате чего ее нельзя будет использовать для пополнения водной составляющей в течение нескольких часов. Уровень третьего геркона соответствует предварительно определенному уровню пополнения водной составляющей, при котором раствора электролита 36 достаточно для того, чтобы устройство 10 проработало в течение некоторого минимального времени.

Следует отметить, что возможна ситуация, когда на момент отключения уровень раствора электролита 36 будет выше третьего геркона, поэтому пополнение водной составляющей не будет происходить. При последующем пуске вода 33 окажется замерзшей, и ее временно нельзя будет использовать для пополнения раствора в электролизере 12. Далее, вскорости после пуска, уровень раствора электролита 36 снизится до уровня третьего геркона и активирует сигнал инициирования пополнения, который переведет соленоид заполнения 130 в открытое положение. Таким образом, электролизер 12 будет иметь прямое сообщение с двигателем 13, однако пополнение водной составляющей не будет возможным, пока вода 33 не растает, а для этого может потребоваться несколько часов. В этой ситуации электролизер 12 и резервуар для воды 14 будут просто функционировать некоторое время при давлении, более низком, чем 20 фунтов. Хотя данные условия не являются столь предпочтительными, как поступление газа с постоянным давлением 20 фунтов, их можно считать адекватной временной мерой на период, пока вода 33 не растает и не появится возможность нормального пополнения водной составляющей и повышения давления.

Следует понимать, поскольку газ 34 выпускается из системы при останове двигателя, устраняется опасность присутствия или хранения летучего газа 34 в припаркованной машине.

Электролизер и комплект согласно настоящему изобретению эффективно подает необходимое количество газообразного водорода и кислорода в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания 13. В результате повышается КПД двигателя, поскольку присутствие высоколетучих газов обеспечивает сгорание большей части углеводородного топлива, чем было возможно ранее. Так как скорость распространения пламени в газах примерно в 10 раз больше, чем в обычных видах топлива, сгорание также происходит быстрее. Поэтому сгорание завершается быстрее и ближе к началу такта сгорания, когда поршень находится в верхней части цилиндра или рядом с ней. Соответственно, охлаждение цилиндра при движении поршня вниз происходит эффективней, благодаря тому, что в этот промежуток времени происходит меньше горения. Благодаря этому снижается температура выхлопа и образуется меньше закиси азота. В дизельном двигателе, где зажигание топлива осуществляется за счет сжатия, добавления газов имеет эффект, практически эквивалентный свече зажигания, что улучшает качество сгорания. Кроме того, добавление газов даже позволяет двигателю сжигать некоторые отложения углерода, которые имеют тенденцию накапливаться в цилиндре. Таким образом, после некоторого времени применения устройства 10 согласно настоящему изобретению двигатель может стать чище.

Перечисленное положительное влияние на сгорание обеспечивает улучшение показателей потребления топлива бензиновыми и дизельными двигателями примерно на 5 - 15%. Мощность и крутящий момент, развиваемые двигателем, также повышаются, так как более полное сгорание в верхней части обеспечивает лучший рабочий такт. Мы наблюдали 10-14% повышение мощности и крутящего момента. Кроме того, значительное снижение в выбросе газообразных и твердых загрязнителей составило порядка 40%. Поэтому в отличие от традиционных двигателей, где снижение выброса вредных веществ и более экономное расходование топлива достигаются за счет мощности, данное изобретение обеспечивает и снижение потребления топлива, и повышение мощности, и работу с меньшей температурой выхлопа и меньшим содержанием в нем вредных веществ.

Все эти преимущества достигаются за счет потребления порядка 13 В и 15А от аккумуляторной батареи автомобиля, что соответствует примерно 195 Вт или около 1/3 л.с. Это потребление является достаточно незначительным и соответствует установке дополнительного набора фар.

Теперь должно быть понятно, каким образом электролизер и комплект согласно настоящему изобретению решают некоторые проблемы, связанные с применением электролиза для получения газов, используемых в качестве присадок к топливу для двигателей внутреннего сгорания. Предмет данного изобретения обеспечивает получение адекватного количества водорода и кислорода и эффективную подачу их в двигатель с постоянной скоростью. Поток газа является непрерывным, даже при длительных поездках и в сложных погодных условиях. Устройство также безопасно с точки зрения риска взрыва, так как включает несколько дублирующих друг друга средств сброса давления и сконструировано в соответствии со стандартами, применимыми к камерам давления. Кроме того, устройство просто в техническом, сервисном обслуживании и установке. Некоторые из перечисленных преимуществ достигаются, отчасти, благодаря эффективному использованию имеющихся компонентов. Источники питания, используемые для подачи питания на электролизер, также применяются при растапливании льда, который может образоваться в цилиндре с водой в холодную погоду. Система также применяет давление газа внутри нее для

- 22 009567 циркуляции как газа, так и воды без необходимости в таких дополнительных компонентах, как насосы.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что приведенное выше описание касалось предпочтительных вариантов осуществления изобретения, и что в широком объеме прилагаемой формулы изобретения возможны различные изменения и модификации без отхода от духа и сути изобретения. Например, хотя здесь шла речь о двигателях внутреннего сгорания, подобных тем, которые устанавливают в автомобилях, изобретение также может использоваться в двигателях сгорания, не установленных на автомобилях, и в двигателях, не являющихся двигателями сгорания, таких как нефтяные топки (печи) или бойлеры. Кроме того, если есть необходимость в обеспечении пропорционального повышения КПД на больших оборотах двигателя, может оказаться полезной установка еще одного источника питания и изменения электропитания, подаваемого на источники питания в зависимости от оборотов двигателя. Таким образом, питание электролизера и выработка им газа будет увеличена при работе двигателя на более высоких оборотах. Для специалистов в данной области техники будут очевидны различные другие модификации, которые здесь подробно не описаны.

Claims (12)

1. Электролизер для проведения электролиза жидкого раствора для получения одного или нескольких газов, причем электролизер содержит:

a) корпус, причем указанный корпус определяет внутреннее пространство, и по меньшей мере часть корпуса является проводящей;

b) проводник, расположенный во внутреннем пространстве, ограниченном корпусом, причем проводник отделен в пространстве от проводящей части корпуса;

c) вывод, функционально соединенный с корпусом, через который поступают один или несколько газов, вырабатываемых в электролизере;

6) ввод, функционально соединенный с корпусом, через который поступает жидкость для пополнения жидкого раствора, используемого в электролизере;

е) катод, функционально соединенный с одним из элементов: проводящей частью корпуса или проводником; и

Г) анод, функционально соединенный с другим из проводящей части корпуса или проводником.

2. Электролизер по п.1, в котором корпус имеет внешнюю оболочку и внутреннюю сетку, причем внутренняя сетка функционально связана с внешней оболочкой, и внутренняя сетка изготовлена из тянутого металла.

3. Электролизер по п.1, который дополнительно содержит конденсатор, функционально связанный с выходным отверстием корпуса электролизера для получения одного или нескольких газов из электролизера и обеспечения их термоизоляции.

4. Электролизер по п.3, в котором конденсатор имеет поверхность, способствующую конденсации водяного пара.

5. Электролизер по п.7, дополнительно включающий поплавковый датчик, определяющий уровень жидкого раствора во внутреннем пространстве корпуса.

6. Комплект для двигателя внутреннего сгорания для получения одного или нескольких газов, улучшающих сгорание в двигателе внутреннего сгорания, причем двигатель имеет впускной канал, указанный комплект для двигателя внутреннего сгорания содержит:

a) электролизер для получения одного или нескольких улучшающих сгорание газов под давлением;

b) средство регулирования мощности для подачи необходимого электропитания для электролизера;

c) резервуар для воды, предназначенный для содержания воды для пополнения электролизера;

6) электронное управляющее устройство для управления подачей электропитания в электролизер для обеспечения электролиза в электролизере и для управления подачей воды из резервуара для воды в электролизер;

е) газопровод, соединяющий электролизер с двигателем внутреннего сгорания; и

Г) регулятор расхода, функционально подключенный между электролизером и впускным каналом двигателя и предназначенный для регулирования потока улучшающих сгорание газов в двигатель.

7. Комплект по п.6, в котором регулятор потока представляет собой клапан, срабатывающий на выпуск при определенном давлении, установленный для выпуска давления до верхней части рабочего диапазона давлений во впускном канале.

8. Комплект по п.7, в котором комплект содержит наружные соединения с источником положительного напряжения, источником отрицательного напряжения, реле давления масла, вводом воды и выводом газа.

9. Комплект по п.8, дополнительно содержащий анод и катод, переключаемые электронным управляющим устройством.

10. Комплект по п.8 или 9, в котором регулятор расхода приспособлен для подачи газов в двигатель по мере образования газов в электролизере.

11. Комплект по п.10, в котором регулятор расхода приспособлен для подачи газов в двигатель с

- 23 009567 постоянной скоростью.

12. Комплект по п.10, в котором регулятор расхода приспособлен для подачи газов в указанный двигатель с повышенной скоростью.