专利名称：将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法及其相应的发电方法
技术领域：
本发明涉及一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法，也涉及一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料来发电的方法。
在现有技术中，汽车等在其内燃机中使用如石油、柴油或天然气等燃料气混合物。此燃料气混合物在发动器中燃烧，燃烧的热气产物直接作用在它的运动机件的表面，例如活塞的表面。另外，使用像石油的燃料具有其他问题，例如它是一耗尽型自然资源，它的开发引起环境问题、以及它的燃烧所释放的气体能污染空气。
用于车辆中的电池供电的发电机不具有此类环境问题，但受限于必要的再充电周期与它们的持久的再充电时间。
氢是最轻的化学元素、具有最高导热性。无论如何，使用氢作为一能源因它的易爆炸特性而总是不成功；在近年，一种新设计的内燃机已经成功控制氢燃烧，因此使氢可在这种不容易获得的电源新设计的机械中作燃料。无论如何，此种能控制氢燃烧的发动机的制造是非常高昂和不经济的，特别是需要对以新设计的发动机取代现有发动机是需斟酌的。
本发明的一个目的是利用现有发动机，提供一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法。
本发明的另一个目的是利用现有发动机，提供一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料来发电的方法。
为实现本发明目的，本发明提供了一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法，其包括以下步骤将电解槽中的水电解得氢气和氧气，氢气经集气槽、单向阀、冷凝器、滤水器、增压泵浦、压力控制器、电磁阀、逆止器、稳压槽、进入混合槽，同时氧气经集气槽、单向阀、冷凝器、滤水器、增压泵浦、压力控制器、进入氧储气槽，再经流量控制器、电磁阀、逆止器，进入混合槽，跟氢气混合，取得设定比率，最后进入发动机燃烧而启动发动机；该电解槽中采用水循环系统，即滤水器与储水槽相通，储水槽再与电解槽相通，以供电解时循环使用；该电解槽中的电解液经泵浦送至冷却器，再输送回电解槽，冷却器维持在50℃-60℃之间；该电解槽电解所需电能由电池经一电源转换器而提供；所述的氢/氧储气槽具有一进气管和一出气管，并有一个能承受高至7kg/cm2压力的防爆盖；所述的混合槽具有一空气节流阀门，一单向电磁阀和一电磁阀，分别控制自然空气、氢气与氧气的进入流量，并安装有一个能承受至7kg/cm2压力的防爆盖；所述混合槽内自然空气、氢气和氧气的体积比为6∶7∶3。
本发明还提供了一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料而发电的方法，其步骤为由上述方法启动发动机，再经发动机的转动带动发电机而发电；所述发电机发电后，一方面经电源转换器给可充电电池充电，另一方面经电源转换器转换成直流给该电解槽提供电能。
此发明能用来提供各式各样机器与装置用的电力，包括如汽车之类的运输设备的操作和商业与工业使用所需的电力。
相较与现今燃料(例如石油)，由本发明制造的混合气体的燃料是非常干净的，并使发动机寿命变的更长。
由本发明制造的混合气体燃烧后仅包含水蒸气，因此它没有其他燃料例如石油燃烧而产生的环境公害。
因为本发明能与现有内燃机一起安全使用，所以设置与操作本发明是实用和经济的。
本发明中是以蒸馏水与软水为最佳实施，不纯净的水亦能实用，只是电解槽需要清洗的频率增大而已。
本发明已经成功地应用以产生供汽车及自动车正常操作所需的电力，应用的水的容量少于供自动车用的标准汽油的容量。
下面结合附图对本发明进行详细说明
图1是本发明一实施例的流程示意图。
图2是本发明电解槽的俯视图。
图3是本发明同一电解槽的主视图。
图4是同一电解槽的侧视图。
图5是本发明储气槽的俯视图。
图6是同一储气槽的主视图。
图7是同一储气槽内的横断面A-A的剖视图。
图8是有一辅助防爆盖的同一储气槽的右视图。
图9是本发明稳压槽的俯视图。
图10是同一稳压槽的主视图。
图11是同一稳压槽的左视图。
图12是同一稳压槽内横断面A-A的剖视图。
图13是有一辅助防爆盖的同一稳压槽的右视图。
图14是本发明中混合槽的俯视图。
图15是同一混合槽的主视图。
图16是同一混合槽的右视图。
如图所示，电池1通过电源转换器21分别与电解槽和泵浦8相连，泵浦8一端与电解槽3相连，另一端通过冷却器9与电解槽3相通，构成一水循环系统。
此电解槽3是由镍合金组成并使用双极式电解法(bipolar electrolysismethod)。电极板与隔离板设置于电解槽3内。此电解槽3也配备有一温度计被固定在其上的一控制单元(图中未表示)。此控制单元作为在电解温度上升高于80℃的情况下的一安全保护措施，控制单元自动中断从电源转换器21至电解槽的电流的流动，以暂时中止水的电解与氢气和氧气的制造。详细的电解槽被提供在图2至图4的描绘中。
电解槽3被连接至一泵浦8和一用以冷却被应用于水的电解的电解液的冷却器9，冷却器9维持在50℃与60℃之间，电解槽3也被连接至两集气槽4，一集气槽供氢气用和另一供氧气用。
该集气槽4的每一个分别储存氢气与氧气，并由两单向阀(single-wayvalve)5中的一个而被连接至一空气冷凝器6。安装有一叶片(fan)的空气冷凝器6是由合金制成并被连接至两滤水器7(一供氢气用，另一供氧气用)。两滤水器7都被连接至储水槽2；该储水槽2与电解槽相通，以供水的再次电解使用，两滤水器7再被连接至两增压泵浦(pressure-pump)10，一个供氢气用，另一个供氧气用。各增压泵浦10被连接至两气压控制器11中的一个。
各安装有一压力感测器的气压控制器11分别维持氢气与氧气的压力于1.5kg/cm2。压力为1.5kg/cm2的两气体然后分别被传送至三圆筒形储气槽12A与12B，该两储气槽12A供氢气用，另一储气槽12B供氧气用。
三储气槽12A与12B分别暂时储存氢气与氧气。各储气槽具有一进气管与一出气管以供储气槽中的气体的传送。储气槽12A与12B由合金制成，能承受15kg/cm2的压力。象其他额外安全保护措施一样，各储气槽12A与12B安装有一能承受高至7kg/cm2的压力的防爆盖。假如在一储气槽内有一瞬间增加的压力达到7kg/cm2时，则防爆盖将自动断裂(break)以泄压，因此可预防任何可能的气爆。详细的储气槽提供在图5至图8的描绘中。
在储气槽12A中稳压后的氢气，经由逆止器13，禁止氢气回流。通过流量控制器14控制氢气流量，经电磁阀15控制氢气输送，再经另一逆止器16后，进入稳压槽17，再进入混合槽18。同时，在储气槽12B中稳压后的氧气，则通过流量控制器14控制氧气流量，经电磁阀15控制氧气输送，再经另一逆止器16后，进入混合槽18。
稳压槽17由合金制成，能承受的压力高达15kg/cm2。它是用来平衡经供氢气用的逆止器16进入的氢气和安装有四个出气孔作为用以传动压力已平衡(pressure-balanced)的氢气至混合槽18的装置。稳压槽17亦安装有一防爆盖以作为一附加的安全保护措施。假如在此槽内的氢气的压力瞬间增加至7kg/cm2，则防爆盖断裂，从而泄压而预防任何爆炸发生。详细的具有相关防爆盖的稳压槽提供在图9至图13的描绘中。
在图1流程图中的18代表一连接一发动机19的混合槽。此混合槽18由合金制成，具有可承受15kg/cm2的压力的能力。作为一附加的安全保护措施，它安装有一假如氢气的瞬间压力增加至7kg/cm2则断裂泄压的防爆盖。自然空气、氢气与氧气的进入流量分别由一空气节流阀门、一单向电磁阀与一电磁阀来控制。混合槽18以一空气0.6L氢气(H2)0.7L氧气(O2)0.3L的特定比例混合自然进入的空气、氢气与氧气，并传送经混合后的气体至内燃机19作为一燃料。
19代表一例如可在一自动车(automobile)内的发动机并连接至一发电机20。发电机20接着连接至一电源转换器21，电池1也连接至电源转换器21以供其后的充电用并供其他电气元件的使用。
图2至图4是图1中称为3的一电解槽的机械方面的不同视图。在图3中，3-1代表一电极板、3-2是在电解槽内的隔离板、3-3是供在此电解槽内应用的水用的接管头(connector)。
图5至图8是图1中称为12A与12B的圆筒形储气槽中的一个的机械方面的不同视图。在图5中，12-1表示供对应气体用的进气管。氧储气槽12B有一供氧气用的进气管，氢储气槽12A有一供氢气用的进气管。12-2表示供对应气体用的排气管。图8中的12-3显示位于储气槽一侧的防爆盖。
图1中提及的圆筒形稳压槽17的不同视图，被提供在图9至图13中。在图11中，17-1显示位于稳压槽的左侧的四个出气孔中的一个，以供压力已平衡的氢气由稳压槽的排气用。图13中的17-3表示如在图8中的12-3相同种类的一防爆盖。图9中的17-4代表一供氢气用的进气管。
图14至图16提供一混合槽的机械方面的不同视图，该混合槽在图1的流程图中称为18。此混合槽安装有一控制自然空气进入此混合槽的流量的空气节流阀门18-1、一如在该储气槽中的12-3种类的防爆盖18-3、及分别供氢气与氧气的进气用的一进气管18-4与一进气管18-5。
下面提供本发明的一实施例被加入储水槽2的水用于水的电解以制造氢气与氧气。氢氧化钾(KOH)被加入水中作为在水的电解内的介质。此介质使水更好电解并使氢气和氧气更有效率地被获得。在我们实验中使用一具有170mm高度、480mm长度、与150mm宽度的电解槽，则每小时7800L气体(5200L氢气与2600L氧气)能用3.4L的水而被制造出。无论如何，在电解期间内的高温导致KOH经历一化学反应，使得相较与另一较低温度设定(最佳温度50℃-60℃)的情况中，水的电解较无效率而只能制造出较少量的氢气。为了使电解在电解槽3中有效率地发生，电解液由泵浦8被送至冷却器9(维持于50℃-60℃)以降低它的温度。再者，为了延伸电解槽的寿命并减少它的清洗频率，用位于泵浦8与冷却器9之间的一过滤器(图中未示)来滤除微粒。
在我们的实验中使用前述的电解槽，用各12V而总共48V的四电池1的一直流电(D.C.)传送至电源转换器21，首先转换至一220V/15Amps的三相交流(A.C.)，然后转换至一235V/18Amps的直流，此直流电其后用作水电解用的电源。所以此电源转换器21用以增加电压至足够以最有效操作此电解过程，而以前述电解槽的操作来制造最大量的氢与氧需要每小时20，000W的电量。使用D.C.取代A.C.对如汽车之类的不易获得电源的机器是有利的。另一优点是发电机20产生的电压由电源转换器21可对电池1再充电，以提供如水的电解及发动机20的操作的开始与继续之类的工作所需的电力。用发电机20来再充电的能力特别地引入注意，如它可以降低电解的花费并免除如电池操作的电发动机之类的需要的外部再充电。
水的电解产生的氢气(H2)与氢气(O2)包含一些水蒸气，而当气进入发动机时，将不能有效率地操作发动机。所以氢气与氧气分别经过个别的集气槽4与单向阀5而传送至一空气冷凝器6并至两滤水器7(一供氢气用，另一供氧气用)。在此冷凝器6中，水蒸气由气体中分离出并在滤水器7凝结，然后再传送至储水槽2以供电解槽3内的水的重复使用。水的重复使用降低补充储水槽2的需求并能保存KOH在此系统中。
没有附着水蒸气的氢与氧分别通过增压泵浦10和控制它们的压力在1.5kg/cm2的气压控制器11。氢气接着被传送至两储气槽12A而氧气被传送至第三储气槽12B，用以在被发动机需求它的使用之前，安全暂时储存与操持它们的压力于1.5kg/cm2。
从储气槽12A与12B起，氢气通过一逆止器13至两流量控制器14的一个，以及氧气直接至另一流量控制器14。流量控制器14控制最后进入混合槽18的氢气与氧气的流量。通过流量控制器14的氢气与氧气的流量然后分别经两电磁阀15的一个与两逆止器16的一个而被传送至混合槽18。无论如何，在进入混合槽18之前，氢的压力必须由稳压槽17加以平衡。
混合槽18从它的空气节流阀门的自然进入空气、及从它个别的进气管的氢与氧以特定比例组合成一混合气体。此混合气体接着被直接传送至发动机19作为燃料以供燃烧用，并供发动机的操作用，以及至发电机20以产生电力。由发电机以混合气体用作燃料所产生的电力除了用于发动机的操作外，还能供应电解槽3所需的电力并能通过电源转换器21后再对电池1充电。
以3mm(深度)×300mm(长)×50mm(宽)尺寸的混合槽及一1,600cc的发动机来说，混合气体大致能产生每小时80,000W的电力，而如前述水的电解需要每小时20,000W的电力，则剩余电力能用于操作其他电气装置。
权利要求
1.一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法，其包括以下步骤将电解槽中的水电解得氢气和氧气，氢气经集气槽、单向阀、冷凝器、滤水器、增压泵浦、压力控制器、电磁阀、逆止器、稳压槽、进入混合槽，同时氧气经集气槽、单向阀、冷凝器、滤水器、增压泵浦、压力控制器、进入氧储气槽，再经流量控制器、电磁阀、逆止器，进入混合槽，跟氢气混合，取得设定比率，最后进入发动机燃烧而启动发动机。
2.根据权利要求1所述的一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法，其特征在于，该电解槽中采用水循环系统，即滤水器与储水槽相通，储水槽再与电解槽相通，以供电解时循环使用。
3.根据权利要求1所述的一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法，其特征在于该电解槽中的电解液经泵浦送至冷却器，再输送回电解槽，冷却器维持在50℃-60℃之间。
4.根据权利要求1所述的一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法，其特征在于该电解槽电解所需电能由电池经一电源转换器而提供。
5.根据权利要求1所述的一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法，其特征在于所述的氢/氧储气槽具有一进气管和一出气管，并有一个能承受高至7kg/cm2压力的防爆盖。
6.根据权利要求1所述的一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法，其特征在于所述的混合槽具有一空气节流阀门，一单向电磁阀和一电磁阀，分别控制自然空气、氢气与氧气的进入流量，并安装有一个能承受至7kg/cm2压力的防爆盖。
7.根据权利要求1所述的一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法，其特征在于所述混合槽内自然空气、氢气和氧气的体积比为6∶7∶3。
8.一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料而发电的方法，其步骤为先由权利要求1的方法启动发动机，再经发动机的转动带动发电机而发电。
9.根据权利要求8所述的一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料而发电的方法，其特征在于所述发电机发电后，一方面经电源转换器给可充电电池充电，另一方面经电源转换器转换成直流给该电解槽提供电能。
全文摘要
一种将水电解产生的氢气和氧气送入发动机作为燃料的方法及其相应的发电方法,它主要是将水电解产生的气体依次通过集气槽、单向阀、冷凝器、滤水器、增压泵浦、压力控制器,进入储气槽,再经逆止器,流量控制器、电磁阀、逆止器、稳压槽进入混合槽,以设定比例最后进入发动机燃烧,从而启动发动机,另可再经一发电机而发电。本发明可与现有发动机一起安全有效地使用,实用经济,并能延长发动机的使用寿命。
文档编号F02M25/10GK1366131SQ0110303
公开日2002年8月28日 申请日期2001年1月18日 优先权日2001年1月18日
发明者蔡绍森, 郑毅强, 周迺嵩, 周德宏 申请人:蔡绍森, 郑毅强, 周迺嵩, 周德宏