电解气体混合燃料的发生装置及发生方法

专利名称：电解气体混合燃料的发生装置及发生方法
技术领域：
本发明涉及一种电解气体混合燃料发生装置及发生方法，通过利 用电解碱性电解液中的水而获得的电解气体与液化天然气或液化石 油气等的气态化石燃料混合来获得电解气体混合燃料。
背景技术：
众所周知，在碱性的氢氧化钾(KOH)水溶液中，水分子(H20) 电离产生氩氧根离子OH-和氢离子H+。这里，由于氢氧根离子OH-从负极(阴极)侧向正极(阳极)侧移动，所以被称为阴离子，而 氩离子H+则相反地从正极(阳极)侧向负极(阴极)侧移动，所以 被称为阳离子。该氢离子与水分子H20结合成"水合氢离子(H30+ )"。 这就意味着，在水分子与氢离子混合的环境下(也就是电解槽的内 部)存在很多以共价键结合的"水合氢离子(H30+)"。作为阴离 子的氢氧根离子OH-和水合氢离子(H30+)可以是由电解槽内的碱 性电解液的水解反应获得。
作为将水和化石燃料在特殊的状态下混合燃烧的现有技术，专利 文件1公开了如下一种水化石燃料燃烧装置，其使水蒸气与呈雾状 的化石燃料混合，并与用来供给混合燃料的管道相连通。在该管道 上形成有使水蒸气通过的水蒸气歧管(manifold),该水蒸气的通路 上具有将雾状的煤油导入的结构。另外，在上述的水蒸气歧管上形
成有第1及第2喷嘴支承管。专利文件1公开的水化石燃料燃烧装 置中，水蒸气歧管的顶端安装有气体歧管，还设置有用来喷射布朗 气(HHO气体，包括2份氢气和1份氧气)的第1喷嘴和第2喷嘴。 该现有文件公开的燃烧装置中，在雾化的煤油中混入水蒸气，并通 过在气体歧管中与布朗气混合来实现适当的燃烧。
6专利文件2中公开了一种水'化石燃料混合乳化液的燃烧方法和
装置。在该专利文件中，使用微波(超短波)照射水 化石燃料混 合乳化液使其升温.气化。将上述被升温.气化的水.化石燃料混 合气体供给到燃烧器中将其点燃。通过在该燃烧器中燃烧布朗气来 提供高温高热的气体。优选在该燃烧器内通过燃烧布朗气获得高温
高热量的气体，这样，可以获得200(TC左右的高温。
在专利文件3中公开了一种切实安全地燃烧布朗气的布朗气燃 烧器。在该燃烧器上形成有布朗气流入口和气体喷射口连通的燃烧 器本体，并在燃烧器本体的布朗气通路内部设置至少 一 个以上的防 止逆火机构来提高安全性。在上述各专利文件中都是通过在燃料中 添加水蒸气或由水获得的布朗气来获得混合气体，之后使其燃烧， 也就是各专利文件中所公开是将雾状等复合燃料导入到燃烧器等燃 烧机构中将其,泉燃的方法或装置。
在专利文件4中公开了如下一种制造混合布朗气的装置及其制 造方法，即，在向内部盛装有液态挥发性有机化合物的混合槽内供 给布朗气，挥发性有机溶液产生的有机气体与布朗气混合的装置中， 混合槽内部具有隔离壁部，其上形成有布朗气气泡不能通过的透气 用微孔，该独立的气泡聚集体进一步吸附被供给的布朗气，而进一 步扩大，由此来得到混合布朗气。在该专利文件中，使混合槽内的
同时，设置在混合槽内部的隔离壁部为非可动结构，并且未公开向 混合槽供给布朗气、可燃有机化合物气体等停或开的机构，故与本 发明中的此部分结构完全不同。
专利文件1日本发明专利公开公报特开2002-541专利文件2日本发明专利公开公报特开平10-267260专利文件3日本发明专利公开公报特开2003-20710专利文件4日本发明专利公开公报特开2005-320416

发明内容
因此，本发明目的在于提供一种通过利用电解碱性电解液中的水 而获得的电解气体与液化天然气或液化石油气等的气态化石燃料混 合来获得电解气体混合燃料的电解气体混合燃料发生装置及发生方 法。发明者通过对电解气体和气态化石燃料混合的装置进行各种研 究后，开发出了如下的产生燃料的装置，利用该装置，可以减少二 氧化碳的排放量，并且可以大幅减少作为原料的气态化石燃料的消 耗量，同时可以持续获得具有较强火力的燃料。技术方案1所述的
发明是一种如图1、图2所示的电解气体混合燃料发生装置，其具有 混合槽、电解气体供给机构、化石燃料供给机构、电解气体混合燃 料排出机构，其中，混合槽内盛装有烷类、醇类、醚类等一种或多 种有机溶液，在混合槽内部，重复着进行被供给的气泡状的电解气 体与气态化石燃料的混合操作；电解气体供给装置将通过电解碱性 电解液中的水而产生的电解气体以气泡态供给到混合槽；化石燃料 供给机构将气态化石燃料以气泡态供给到混合槽；电解气体混合燃 料排出机构将上述电解气体和气态化石燃料不断混合而产生的电解 气体混合燃料排放到燃料利用装置。该电解气体混合燃料发生装置 还具有可动升降部和控制机构，其中，可动升降部具有可进行升降 动作的可动结构，其上安装有多个分隔板，所述分隔板上开设有多 个上述电解气体和气态化石燃料的气泡不易通过的微孔，所述分隔 板以外周面与混合槽内壁接近的状态沿水平方向设置，并且被上述 混合槽内所盛装的液体浸没；控制机构对向混合槽内供给上述电解 气体及/或气态化石燃料的停或开、供给量、规定成分比例进行控制。
技术方案2所述的电解气体混合燃料发生装置中，盛装于混合槽 内部的有机溶液可以乂人烷类、醇类、醚类中任意选择。
技术方案3所述的电解气体混合燃料发生装置中，上述化石燃料
天然气 LNG)、干式蒸馏煤气;中任意选择。 " 技术方案4所述的电解气体混合燃料发生装置中，上述电解气体混合燃料发生装置产生的电解气体混合燃料包含因上述烷类、醇类、 醚类等有机溶液气化而产生的气体。
技术方案5所述的电解气体混合燃料发生装置中，可动升降部上 安装有三层分隔板，最下面的分隔板的厚度为0.5 2.5mm,优选 1 2mm,其上微孔直径为0.5 3.5mm，优选1 3mm，材质为不锈钢 或树脂，其上方的两块分隔^l的^f鼓孔直径为0.2 1.5mm，优选 0.3 lmm左右的不锈钢或树脂平板形的网状结构体。另外，三块分 隔板均可为树脂制，板厚可以是10 15mm、微孔直径可以是3 10mm。 另外，形成于分隔板上的微孔的形状可以为尖端朝上的圆锥形。
技术方案6所述的电解气体混合燃料发生装置中，所述电解气体 和气态化石燃料的气泡在上述分隔板的下表面侧大量聚集，从而引 起向上方移动停滞或向上方移动而导致所述分隔板的可动升降部上 升或下降，通过检测该可动升降部的位置变动，控制机构可以控制 向混合槽内供给电解气体及气态化石燃料的停或开(再次开始)。
技术方案7所述的电解气体混合燃料发生装置中，通过检测混合 槽内部的压力的变化，控制机构对向混合槽内供给电解气体以及气 态化石燃料的停或开(再次开始)进行控制。
技术方案8所述的电解气体混合燃料发生装置中，当检测到混合 槽内的压力与停止向混合槽内供给气态化石燃料的设定压力相同 时，停止向混合槽内供给电解气体，当检测到混合槽内的压力低于 该设定压力时，开始(再次开始)向混合槽内供给电解气体。
技术方案9所述的电解气体混合燃料发生装置中， 一种如图3 所示、电解气体发生装置用于产生电解气体并将之输送到上述电解 气体供给机构，其具有电解槽、电解气体-电解液分离槽、电解液强 制冷却机构和电解液循环机构，该电解槽具有电解液导入口、排出 口、阳极板、阴才及板和电解液旋转流动机构，其中，电解液导入口 设置在电解槽的底部侧，排出口设置在电解槽的顶部侧，用来排出 电解液与电解气体混合物，阳极板设置在该电解槽内部的底部侧， 阴极板设置在电解槽内部的顶部侧，电解液旋转流动机构不与其他部分电连接，用来佳^威性电解液从阳核j反向阴极才反的方向 一 边旋转
一边流动；从电解槽上端的排出口排出的电解气体和电解液的混合 物被排入到电解气体-电解液分离槽，对其中的电解气体和电解液进 行气液分离，分离获得的气体被排到外部，电解液被残留在分离槽 内；电解液强制冷却机构对残留在分离槽内的电解液进行强制冷却； 电解液循环机构使分离槽内的电解液循环到电解槽 一 侧。
技术方案IO所述的电解气体混合燃料发生装置中，如图4所示， 设置在电解槽内的阳极板和阴极板之间的电解液旋转流动机构由规 定片数的金属板组成，每片金属板在偏离中心的外周侧的位置设置 有2~6个对称的流通开口，通过将不同金属4反上的流通开口依次偏 移规定的角度进行配置来使电解液在流动时发生旋转。
技术方案11所述的电解气体混合燃料发生方法中，将通过电解 碱性电解液中的水所获得的电解气体与气态化石燃料以气泡状态导 入到混合槽内，所述混合槽内盛装有烷类、醇类、醚类等有机溶液， 在混合槽内部，重复进行着将上述被导入的电解气体均匀混合操作。 可动升降部为可进行升降动作的可动结构，其上安装有多个分隔板，
所述分隔板上开设有多个上述电解气体和气态化石燃料的气泡不易 通过的微孔，所述分隔板以外周面与混合槽内壁接近的状态沿水平 方向设置，被上述混合槽内所盛装的液体浸没。上述电解气体和气 态化石燃料的气泡在上述分隔板的下表面侧大量聚集，从而向上方 移动停滞或气泡通过该微孔向上方移动时会导致安装有上述分隔板 的可动升降部上升或下降，通过检测可动升降部的位置变动，控制 向上述电解气体及/或气态化石燃料向混合槽内供给的停或开、供给 量、规定成分比例，电解气体和气态化石燃料不断混合，生成电解 气体混合燃料。
技术方案12所述的电解气体混合燃料发生方法中，通过检测混 合槽内部的压力的变化，控制机构控制向所述混合槽内供给电解气 体以及气态化石燃料的停或开。
技术方案13所述的电解气体混合燃料发生方法中，当检测到所压力相同而满足供给停止条件时，停止向所述混合槽内供给电解气
体；当检测到混合槽内的压力低于该设定压力时，开始(再次开始)
向所述混合槽内供给电解气体。
发明效果
采用本发明中的电解气体混合燃料发生装置，将通过电解碱性电 解液中的水所获得的电解气体和气态化石燃料加压导入到混合槽的 底部，然后在混合槽内所盛装的烷类、醇类、醚类等的一种或多种 有机溶液的内部，反复进行气泡状的电解气体与作为原料的气态化 石燃料的混合，由此得到电解气体混合燃料。上述电解气体和气态 化石燃料被以气泡态导入混合槽内，这些气泡聚集在具有大量气泡 不易通过的微孔的分隔板的下表面侧，进行混合、聚集。该分隔板 被一体地安装在具有可在混合槽内升降的可动结构的可动升降部 上，同时，分隔板以其外周面接近混合槽内壁的状态被沿水平方向 设置，被盛装在混合槽内部的液体浸没。
在本发明中，由于分隔板上设置有大量电解气体和气态化石燃料 的气泡不易通过的微孔，所以从混合槽的底部被加压导入的上述气 泡大量聚集在分隔板的下表面侧而形成聚集体，聚集体向上方移动 的过程中发生滞留而导致上述混合槽内部压力升高，进而导致安装 有该分隔板的可动升降部上升。当该气泡聚集体被破坏后，气泡可 以通过分隔板上的微孔向上方移动，伴随着上述动作，可动升降部 下降。利用接触式传感器测量上述的可动升降部的上升或下降的位 置变动，或者利用压力传感器测量混合槽内部的压力变化，当可动 升降部上升或混合槽内部变成高压后，关闭电解气体发生装置的电 源，停止电解气体的供给，同时关闭节流阀，停止气态化石燃料向 混合槽内的供给。
采用上述结构，将根据本发明产生的电解气体混合燃料与现有的
液化天然气(LNG)或液化石油气(LPG)等混合，并在暖气机用 燃烧器内燃烧时，为获得同等热量所需的LPG消耗量为单纯燃烧LPG时的消耗量的40%左右，较大程度地减少了燃料消耗。另外， 由于在一定条件下会停止电解气体的供给，所以可以减少电解气体 发生装置运行时消耗的电量。这样，从排出机构排出的电解气体混 合燃料基本上可以得到完全燃烧。
像上述那样将电解气体与气态化石燃料相混合，可以较大幅度地 改善燃烧效率，同时大幅地降低了为获得规定热量所需的化石燃料 的消耗量。另外，关于上述的电解碱性电解液中的水所获得的电解 气体，本申请人可以利用日本专利申请特愿2008-277756公开的发明 名称为"电解气体发生装置"中的装置来获得电解气体。采用该电 解气体发生装置持续、高效地产生电解气体，并利用上述电解气体 供给机构将电解气体导入混合槽内。另外，由于基本上是利用电解 水来产生电解气体，所以原料丰富，成本低廉。
这样，通过对水这样廉价且丰富的原料进行电解得到的电解气 体，可以提高气态的碳氢化物或其他含碳物质的燃烧效率。通过在 气态化石燃料内混入电解气体来获得电解气体混合燃料，具有提高 发热量的作用，从有效利用能源这一观点来看具有较大的进步。
采用根据本发明获得的电解气体混合燃料，可以获得像上述那样 的强烈的燃烧反应。另外，由于本发明中的电解气体混合燃料中含 有因上述混合槽内盛装的烷类、醇类、醚类等液态有机溶液气化而 产生的气体，所以可以进一步使燃烧反应变得活泼剧烈。相关的燃 烧反应不仅适用于单纯的加热装置、暖气机等燃烧器，还适用于广 义的燃烧装置，例如内燃机、燃气轮机、喷气发动机等各种使用气 态燃料的热机，根据本发明所获得的电解气体混合燃料可以作为上 述各种热机的燃料。
采用本发明，通过将电解气体与适当的气态化石燃料混合使气态 化石燃料的燃烧变得活泼，从而得到较强的火力。这样，与使用空 气中的氧气而燃烧的这种现有方法相比，为获得相同的热量所消耗 的气态化石燃料量降低了 60%。因此，为获得相同热量在燃烧时所 消耗的空气量有所减少，所以提高了发热效率，减少了其产生的二
12氧化碳的排放量所占的比例。当然，在节省、有效利用储量有限的 化石燃纟H"的同时，也利于减少地^U显室效应。另外，由于可以大幅
减少硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)的排放量，所以对于减少 环境污染十分有效。


图1中(A)表示的是本发明中的电解气体混合燃料发生装置的
简略剖面图，(B)表示的沿(A)中的A-A线的剖面图。
图2表示的是本发明中的电解气体发生装置的产生电解气体用 电解槽的构成例的示意图。
图3表示的是本发明中的电解气体混合燃料发生装置所使用的 电解气体发生装置的基本结构的示意图。
图4表示的是图3中所示的电解气体发生装置的电解槽的构成例 的示意图。
图5表示的是构成图3中所示的电解气体发生装置的电解槽中所 使用的金属板组的单片金属板的构成例的示意图。
图6是对根据本发明获得的电解气体混合燃料的性能进行确认 的验证装置整体的配置照片。
图7是表示从验证装置中燃烧喷嘴喷出的火焰状态的照片，其中 的验证装置用于确认根据本发明获得的电解气体混合燃料的性能。
图8是根据图6所示的验证装置整体的配置照片所制作的图。
图9是根据图7所示的表示从验证装置中燃烧喷嘴喷出的火焰状 态的照片所制作的图。 [符号说明]
10:电解气体混合燃料产生装置，11:混合槽，12:电解气体供 给机构，13:化石燃料供给机构，14:电解气体混合燃料排出机构， 15:可动升降部，16:外周面外框部，17:上表面外框部，20:控 制机构，30:电解气体发生装置(电解装置)，31:电解液导入口， 32:阳招j反(阳极)，33:阴极板(阴极)，34:电解液旋转流通
13机构(金属板组)，34-l n:金属板，35:混合物排出口， 36:电 解液补给口， 37:筒状绝缘体，38:管路过滤器，39:电解液排出 口， 40:气态化石燃料供给装置(储气瓶)，41:导入口， 42:电 解液排出口， 43:冷却电解液导入口， 44:循环泵，45:气体排出 口， 47:电解液通过开口 (开口) ， 51、 52、 53:分隔板，54:下 垂部，55、 56、 57:连接棒，58:开口部，60:燃料利用装置，102、 103:逆止阀，300:产生电解气体用电解槽(电解槽)，301:电解 气体-电解液分离槽(分离槽)，302:电解液强制冷却机构，303: 电解液循环机构，C:中心点，L:液体，S:间隙。
具体实施例方式
接下来，参照附图对本发明中的电解气体混合燃料产生装置以及 产生方法进行说明。图1中(A)是用于说明本发明中的电解气体混 合燃料产生装置的示意图，图1中(B)是沿(A)中的A-A线的剖 面图。图2是本发明中的电解气体混合燃料产生装置以及相关的周 边装置的示意图。如图所示，本发明中的电解气体混合燃料产生装 置10包括混合槽11、电解气体供给机构12、气态化石燃料供给机 构13和电解气体混合燃料排出机构14，其中，混合槽ll内盛装有 烷类、醇类、醚类等有机溶液L，在混合槽11内重复着进行从底部 导入的气泡状的电解气体和气态化石燃料的混合操作；电解气体供 给装置12将通过电解碱性电解液中的水所获得的电解气体供给到混 合槽11;化石燃料供给机构13将气态化石燃料供给到混合槽11; 电解气体混合燃料排出机构14将上述电解气体和气态化石燃料不断 混合产生的电解气体混合燃料排放到燃料利用装置60中。
电解气体混合燃料产生装置10与后面将要叙述到的电解装置30 和液化石油气等的储气瓶40相连接，其中，电解装置30为产生电 解气体的电解气体发生机构，储气瓶40为供给液化石油气等气态化 石燃料的装置。产生的电解气体混合燃气被供给到燃烧喷嘴等燃料 利用装置60。另外还设置有控制机构20,用来控制向混合槽内供给电解气体以及/或气态化石燃料的开停、供给量、规定的成分比例或 对本发明装置的各构成元件的动作进行控制。
在混合槽11的内部设置有可动升降部15,该可动升降部15为 可在混合槽内部升降的可动结构，在可动升降部15上与其一体固定 地设置有下垂部54、分隔板53、分隔板52和分隔板51,其中，下 垂部54以其周面端部可从外周面外框部16脱离的方式设置在其上； 通过四根不《秀钢制成的连接棒57,分隔板53与下垂部54相互固定； 通过连接棒56，分隔板52与分隔板53相互固定；通过连接棒55， 分隔板51与分隔板52相互固定。为了使上述可动升降部15可随着 混合槽内部气压的变化而上升或下降，下垂部54的上表面和上表面 外框部17之间形成有5 10mm左右的间隙S。
下垂部54形成为中央具有开口部58的圆板形，用于将电解气体 混合燃料导入到电解气体混合燃料排出机构14中。另外，由于在本 实施方式中使用的是圓筒状的混合槽11,所以，下垂部54以及分隔 板51、 52、 53均为圆板形，但是下垂部54以及分隔板的形状不限 于圆板形，可以是与该混合槽的形状相应的形状，例如五边形、六 边形、七边形等多边形。当然，该混合槽11的形状可以是各种多边 形。
可动升降部15上安装的分隔板51、 52、 53上形成有多个电解气 体和气态化石燃料的气泡不易通过的微孔，分隔板51、 52、 53被混 合槽ll内的液体浸没，并且各分隔板均沿水平方向设置，其外周面 与混合槽11的内壁接近。最下面的分隔板51的厚度为0.5 2.5mm， 优选1 2mm，其上微孔直径为0.5 3.5mm,优选1 3mm,分隔板51 的材质可采用不锈钢或树脂。其上方的分隔板52、 53上的微孔直径 为0.2 1.5mm,优选0.3~lmm左右的不4秀钢或树脂制成的平板形网 状结构体。另外，当分隔板51、 52、 53由树脂制成时，其板厚可以 是10 15mm、樣i孔直径可以是3~10mm,形成于分隔板上的微孔的 形状可以为尖端朝向上方的圆锥形。
设置有多块像上述那样形成有多个微孔的分隔板的目的，是为了调节气泡状的电解气体和气态化石燃料的滞留时间和压力，以确保 二者确实均匀的混合。虽然本实施例中的可动升降部15上安装有三 块分隔板，但不限于此，可以采用与形成的微孔的直径和密度对应 的一块以上的多块分隔板。虽然在本实施方式中可动升降部的可动
结构是通过下垂部54的外周端面以可脱离的方式设置在与外周外框 部16的上端部而实现的，但不限于此，也可以采用如下结构，例如， 将用于连接固定下垂部54和分隔板53的连接才奉57中与分隔板53 的连接部的下端部作为制动部，使分隔板的连接棒插入部制成较大 开口，以使其可相对连接棒进行升降动作。
另外，可动升降部15的结构为，根据使用本装置的气态化石燃 料与电解气体的混合燃料的生成条件，可对于安装于其上的各分隔
板51、 52、 53之间的间距做适应性调节。该间距调整如下将事先 准备的各种长度的连接棒加工成与期望间距相同的长度，或者，利 用螺钉将连接棒与各分隔板连接，设定连接棒为规定长度以通过螺 钉调整而形成期望间隔。根据混合槽内盛装的烷类、醇类、醚类等 液体的种类、粘度、体积、温度等，同时对气态化石燃料的种类、 供给量、装置的规模、电解气体混合燃料的产生量等加以考虑，来 对分隔板上形成的微孔的直径以及密度，以及各分隔板的间距、配 置进行调节，以期达到规定的混合速度以及生成量。
盛装于混合槽11内部的烷类、醇类、醚类等有机溶液L高过最 上面的分隔板53。此处，作为烷类、醇类、醚类等有机溶液可以选 用例如，汽油、乙醇、甲醇、二曱醚、煤油等。由化石燃料供给机 构13所供给的气态化石燃料可以选用例如，液化石油气(LPG)、 液化天然气(LNG)、干式蒸馏煤气等。
另外，在利用本发明的装置而产生的电解气体混合燃料内会含有 因混合槽内的烷类、醇类、醚类等有机溶液气化产生的气体，该气 体可以作为电解气体混合燃料的助燃剂，由此可以得到较强的活泼 的燃烧反应。此时，需要适当向混合槽内补充有机溶液L。
为了克服混合槽内的烷类、醇类、醚类等有机溶液的液压，需要
16施加一定的压力才能将由电解气体供给机构12和化石燃料供给机构 13供给的电解气体和气态化石燃料导入到混合槽内，所施加的压力 为0.05 0.2MPa，优选0.08~0.15MPa左右。另外，电解气体供给才几 构12以及化石燃料供给机构13上i殳置有逆止阀102、 103,该逆止 阀用来防止被注入到上述混合槽内的液体从混合槽逆流到电解气体 发生装置30或储气瓶40等气态化石燃料供给装置内，特别是当混 合槽内为高压时可以可靠防止逆流的发生。
本发明中的装置设有控制机构20(参照图2),用来控制向混合 槽供给电解气体以及/或气态化石燃料的停或开、供给量、规定成分 的比例等。电解气体和气态化石燃料的气泡大量聚集在分隔板下表 面侧形成气泡聚集体，该气泡聚集体向上方移动停滞而导致安装有 分隔板的可动升降部15的位置上升，通过接触式传感器等检测该位 置变动，控制机构20控制电解气体发生装置30和气态化石燃料供 给装置40停止向混合槽内供给电解气体和气态化石燃料。另 一方面， 气泡聚集体被破坏，气泡通过该微孔向上方移动导致的可动升降部 15下降，通过检测该位置变动，控制机构20控制开始或再次开始(再 开)向混合槽供给电解气体以及气态化石燃料。
另外，通过压力传感器检测因上述气泡向上方移动的停滞或向上 方移动而导致的混合槽的内部的压力的变化，上述控制机构20可以 对向混合槽内供给电解气体及气态化石燃料的停或开(再次开始) 进行控制。当混合槽的内部的压力与停止向混合槽内供给气态化石 燃料的设定压力相同时，上述控制机构20控制停止向混合槽内供给 电解气体，当混合槽的内部的压力低于该设定压力时，上述控制机 构20控制开始(再次开始)向混合槽内供给电解气体。
上述的向混合槽内供给电解气体的停/开(再次开始)动作，是 利用后面将要叙述到的电解气体发生装置的启动电源的ON/OFF切 换控制实现的，向混合槽内供给气态化石燃料的停/开(再次开始) 动作，是通过开闭控制设置在液化石油气等储气瓶4 0上的节流阀实 现的。另外，虽然还可以设置对上述各构成元件整体的动作进行控
17制的控制装置，但由于是本领域技术人员所熟知的现有技术，且属 于较简单的结构，故省略其详细说明。
图3表示的是本发明中的电解气体混合燃料发生装置所使用的
电解气体发生装置的基本结构的示意图，图4表示的是产生电解气
体用电解槽的构成例的示意图。本发明中所使用的电解气体发生装
置30包括产生电解气体用电解槽300、电解气体-电解液分离槽301、 电解液强制冷却装置302以及电解液循环装置303。还优选在电解液 循环装置303上，在图示的位置或仿照其他同种装置的构成例在适 当的位置设置管路过滤器38和电解液排出口 39等，其中，管路过 滤器38用来过滤杂质，电解液排出口 39用来排除系统内的电解液。
在上述电解槽300的底部设置电解液导入口 31。在电解槽300 的底部侧设置有阳极板32,在其上部侧设置有阴极板33,在两电极 之间以规定的间隔设置有规定片数的金属板34-l~34-n,作为电解液 旋转流动机构。阳极板32和阴极板33可以由不锈钢304或不锈钢 316 (日本规格)制成。如后面将要叙述到，上述各金属板组34由 各种塑料制筒状绝缘体37固定支承，与两电极板32、 33或其他部 位未形成电连接。另外，虽然各金属板之间未电连接，但各金属板 上具有不同的电位，这是由于阳极板32和阴极板33之间充满了电 解液层，所以阳才及侧向阴才及侧必然形成电位梯度而产生电位差， 各金属板上有的电位与该电位梯度产生的电位差对应，金属板组34 起到了保证旋转流过金属板区域的电解液的均 一性的作用。
在本发明中，通过利用电解液循环装置强制电解液循环，以及利 用作为电解液i走转流动才几构的金属板组34使电解液旋转流动，可以 抑制电解槽300内温度的上升，从而可以用氯乙烯等塑料制的外框 体来固定支承金属板组34。这样，可以大幅度地降低电解槽的制造 成本。另外，可以通过用绝缘体包围电解槽的外部来避免漏电的发 生。例如可以按照使相邻金属板间的电位差为1.8V来设定金属板 34-l 34-n之间的间隔。这样，在电解液从阳极经规定片数的金属板 组34旋转流动到阴极的过程中水被电解。从而可以产生电解气体。
18因此，通过配置多片金属板，既可以加速电解槽内的电解气体的产 生，又可以增大电解气体的生成量。电解气体和电解液的混合物被
从上方的排出口 35排出。
图5表示构成金属板组34的单个金属板的实施例，其中，金属 板组34产生电解气体用电解槽300内的阳极和阴极之间将规定的片 数(例如从10片左右到100片以上)的金属板以规定的间隔配置而 成。另外，虽然在图5中该金属板的形状为圆形，但是也可以是五 边形、六边形、七边形等各种多边形状。在金属板为圆形的实施方 式中，每片金属板上开设有4个电解液流通开口 47， 4个电解液流 通开口 47相对中心点C呈中心对称。另外，由于本实施方式中采用 的是圆形的金属板，所以，固定支承这些金属板组的外框体也为圆 筒状，但是固定支承金属板组的外框体的形状不限于圆筒状，当金 属板为五边形、六边形、七边形那样的多边形时，外框体可以是与 该金属板的形状对应的多边形筒状体。
在上述单片金属板上设置电解液流通开口 47的目的是使电解气 体和电解液可以从阳4及侧流向阴极侧。按照如下的方式组装固定所 选片数的金属圆板各片金属板上的开口 47依次偏移规定的角度(例 如图5中(1 ) ~ (6)所示依次偏移15° )。这样，相对最靠近阳极 一侧的金属板34-1上的开口，以规定间隔设置在其上侧的金属板 34-2的开口例如沿逆时针方向偏移了 15° ，金属板34-2上侧的金属 板34-3的开口沿同一方向进一步偏移了例如15° ，以此类推，各金 属板的开口依次偏移合适的角度，同时，金属板的片数为从数十片 到一百数十片中选出的合适的数量，这些数量的金属板由筒状绝缘 体固定支承。另外，开口的偏移角度不限于15° 。
阳极板和阴极板之间施加的直流电压依i殳置在阳才及板和阴极板 之间的金属板组的片数而定，优选可以使相邻金属板间的电位差大 致为1.8V的直流电压。另外，各金属板上的开口 47从阳极侧到阴 极侧依次偏移少见定的角度例如15° ，这样，使流过的电解液整齐地 排列，呈螺旋状通过开口。从阳极经上述的金属板组(即将各金属板按照开口依次偏移规定的角度进行配置的金属板组)向阴极的方 向流动的电解液，沿着由金属板组的设置片数和偏移角度所决定的 流动路线，形成伴随着旋转流动的上升流。这样，电解液在流动的 过程中受到了有规则的搅动，因此促进了电解反应，从而可以提高 电解气体的生成率。
另外，由于如上述构成的金属板的开口具有可以促进电解反应中
产生的电解气体上升的作用，所以可以在每片金属板上设置4 6个 开口。另外，在上述电解槽300的上端设置带阀的电解液补给口 36 来补充新的电解液。该电解液补给口 36也可以安装在其他部位，例 如可以在与下端的电解液导入口 31连4妄的管道上安装分流阀，通过 该分流阀进行电解液的补给。
从电解槽300排出的电解气体和电解液的混合物从分离槽301 的底部侧的导入口 41导入。此时，电解气体和电解液的混合物经喷 出孔被排入到分离槽301内，其中，喷出孔从分离槽301的底部向 槽内突出，其上设置多个微孔，或由多孔物质形成。电解气体组分 通过由设置微孔或者由多孔物质形成的喷出孔时受到的阻力与电解 液通过时受到的阻力不同，由此促进了气体组分的分散，较好地促 进了气液分离。这样由气液分离法获得的电解气体的气体组分经由 管道从设置在分离槽301上端的气体排出口 45导出，通过电解气体 供给机构12被加压导入到混合槽11内。
经过上述气液分离后，残留在分离槽内的电解液从设置在分离槽 底部的电解液排出口 42排出， 一部分被运送到电解液强制冷却装置 302中并被冷却到适宜温度后，经设置在分离槽的底部的冷却电解液 导入口 43返回到分离槽内。此时，虽然电解槽300内的电解液的温 度因外界温度或产生气体收集量的不同而异，但是优选大致为18°C 25°C。对于反应温度，过低则导致电解反应不稳定，过高则导致电 解反应效率低下，所以优选将电解槽300内的电解液的温度维持在 上述的范围内。
未被运送至电解液强制冷却装置302的残余电解液，经过电解液循环装置303以及管路过滤器38循环至电解槽300。此时至于如何 选取被运送至强制冷却装置302的电解液的比率，以及如何确定被 直接循环到电解槽300内的电解液量，可以通过加设控制装置来解 决，即，根据操作环境的温度，例如外界温度、电解液自身的温度， 以及运行时间，利用该控制装置对这二者的数值进行最佳增减。上 述结构适用于具有如下结构的装置，即，如图3所示在分离槽底部 设置有一个电解液排出口 ，在导管的中途将电解液分流成两部分， 一部分被运送到电解液强制冷却装置302， 一部分被循环到电解槽 300。
另外，也可以在分离槽底部另外设置电解液排出口，用来进行另 外一路供给电解槽的电解液的循环，使得残留在分离槽内的电解液 被冷却到适当温度后从该电解液排出口通过电解液循环装置(例如 泵)循环到电解槽，另一方面，从另一排出口排出的电解液通过独 立地设置在电解液强制冷却装置302上的循环泵44，经冷却电解液 导入口循环到分离槽内。
由具有上述结构的电解气体发生装置高效持续地产生电解气体， 产生的电解气体从设置在分离槽的上端的气体排出口 45排出，经电 解气体供给机构12被加压导入混合槽11内。从电解气体发生装置 30和储气瓶40被加压导入的电解气体和气态化石燃料被以气泡状 态供给到混合槽，上述气泡首先大量聚集到最下面的分隔板51的下 表面侧，形成气泡聚集体并持续地进行混合。经一定时间，该气泡 聚集体被破坏形成微小气泡，微小气泡通过形成于分隔板51上的微 孔后聚集到分隔板52的下表面侧，再次进行混合。之后，该气泡聚 集体被破坏成微小气泡，同样地通过形成于分隔板52上的微孔后聚 集到分隔板53的下表面侧，持续地进行混合。通过反复进行上述那 样的聚集和混合而产生的电解气体混合燃料经电解气体混合燃料排 出机构14被供给到燃料利用装置60。实施例1
图6是对根据本发明获得的电解气体混合燃料的性能进行确认
21的验证装置整体的配置照片，图7是表示从验证装置中的燃烧喷嘴
喷出的火焰状态的照片。图8和图9分别是根据图6和图7的照片 所制作的图。在图8和图9中，从左向右依次为吹出火焰的燃烧喷 嘴60、电解气体混合燃料的发生装置10、电解气体发生装置30和 控制装置20。另外，作为化石燃料供给装置的LPG储气瓶40被设 置在室外。
上述的实验装置中的电解气体混合燃料的产生装置的结构为，在 混合槽内部灌注有汽油，在该混合槽内配置有具有可动结构的可动 升降部，该可动升降部上由不锈钢制连接棒固定安装有下垂部以及 三块分隔板，最下面的分隔板为厚度是1.5mm左右的不锈钢板，其 上形成有直径为1.5mm左右的微孔，其上方的分隔板为不锈钢的网 状结构体，形成有直径为0.5mm左右的微孔。
电解气体和LPG从具有上述结构的实验装置的混合槽的底部供 给，其中，电解气体由电解气体发生装置产生，LPG由压力设定为 O.lMPa的LPG储气瓶供给。此时，在电解气体发生装置中利用碱性 氢氧化钾电解液产生电解气体，还设置针阀对导入到混合槽的电解 气体和LPG的量分别进行微调。另外，作为燃烧电解气体混合燃气 的附加装置，可以是商用暖气设备等使用的7 ;1/夕工〉木9抹式会社 生产型号为ELGU150的大型暖气机用LPG燃烧喷嘴。该燃烧喷嘴 的LPG额定消耗量为2.4mVh。
实验在关东地区(跨玉县)的一栋实验楼内进行，该实验楼的室 内面积为180m2,屋顶盖有镀锌钢板，天花板平均高度约5m,运转 如上述构成的实验装置，温度设定为20°C,在一'h时内分别进行几 次实验。开动实验装置，虽然在开始向混合槽供给电解气体和LPG 后的约15分钟时停止了电解气体发生装置的运转，并停止了电解气 体和LPG的导入，但是未观测到电解气体混合燃气的燃烧状态发生 变化。之后再经过15分钟，再次开动电解气体发生装置，开始向混 合槽内导入电解气体和LPG(再次开始)。在该实验中，间歇地反 复进行上述的停、开(再次开始)动作。实验l: 2008年1月18日，天气阴，室外温度3.2。C,开始前 室温2.5 。C
实验2: 2008年1月19日，天气晴，室外温度0.5。C，开始前 室温-0.2。C
以暖气机喷出的温度为45°C,室温设定为20。C为准分别使装置 运转一个小时。综合两次试验的测量值，LPG的平均消耗量为 0.71m3/h，可以使室温达到18.5 20。C以上。
此时LPG的平均消耗量为0.71m3/h,仅为燃烧器的LPG额定消 耗量的约40%。另外，经液面计测量，实验时混合槽内的汽油只减 少了很少的量。另外，虽然进行与实验同步的电解水时需要消耗几 度电和补给若干的水，但与降低的化石燃料的消耗量相比，还是微 不足道的。
另外，燃烧A重油所排放的废气中二氧化碳的浓度为10.7%、燃 烧LPG所排放的废气中二氧化碳的浓度为11.63%，与二者相比，燃 烧根据本发明获得的燃料所排放的废气中二氧化碳(C02)的浓度为 5.4%，后者产生的二氧化碳(C02)量明显减少。燃烧A重油所排 放的废气中氮氧化物(NOx)的浓度为79ppm，与其相比，燃烧根 据本发明获得的燃料所排放的废气中的氮氧化物的浓度为39ppm， 后者产生的氮氧化物的浓度明显较低。与燃烧A重油时获得的740 °C的燃烧温度相比，燃烧本发明获得的燃料时其燃烧温度为可以称 得上是高温的1, Ol(TC。工业上的应用
本发明中的电解气体混合燃料的发生装置，通过检测可动升降部 的上升以及下降的位置变动或混合槽内的内部压力的变化，来控制 向混合槽内供给电解气体及气态化石燃料的停止，所以，将本发明 中产生的电解气体混合燃料供给到现有的燃烧LPG等供暖用燃烧器 使其混合燃烧，为获得规定热量而消耗的LPG的量为只燃烧LPG时 消耗的LPG的40。/。，另外，在一定条件下，通过停止供给电解气体 可以减少电解气体发生装置工作时消耗的电量。利用本发明中的电解气体发生装置产生的电解气体混合燃料，可 以得到比单纯燃烧现有的化石燃料更多的发热量，同时在燃烧时几 乎不会产生杂质。因此，由于大幅提高了燃烧效率，可以减少化石 燃料的消耗量，同时也大幅降低了燃烧产生的二氧化碳的排放量。 这样，由于是利用电解水来获得混合气体，所以除去初期的设备投 入资金，主要的成本在于电解水时消耗的电量，所以，成本增加有 限。
另外，本发明中的电解气体发生装置产生的电解气体不仅适用于 通常的燃烧器那样的在开放空间直接燃烧的装置，也适用于在密闭 空间内使液体燃料或气体燃料爆发性地燃烧的内燃机构、发动机等， 以及使用液体、气体、固体燃料的发电用等其他大型锅炉，通过将 电解气体添加到燃料中或喷射到燃烧室内，可以获得比采用现有技 术更大的热能。换言之，利用比现有技术少得多的燃料就可以获得 更强的热量输出，从而大幅地提高了燃烧效率。因此，不仅取得了 节省燃料的节能效果，并且可以较大程度地减少二氧化碳的排放量， 在减少地球的温室效应方面具有积极的作用。另外，对于在地球内 埋藏量有限的化石燃料而言，通过有效利用可以延长其利用时间。
权利要求
1. 一种电解气体混合燃料发生装置，其具有混合槽、电解气体供给机构、化石燃料供给机构、电解气体混合燃料排出机构，其中，所述混合槽内盛装有烷类、醇类、醚类等一种或多种有机溶液，在所述混合槽内部，重复着进行被供给的气泡状的电解气体与气态化石燃料的混合操作；所述电解气体供给装置将通过电解碱性电解液中的水而产生的电解气体以气泡状供给到所述混合槽；所述化石燃料供给机构将气态化石燃料以气泡状供给到所述混合槽；所述电解气体混合燃料排出机构将上述电解气体和气态化石燃料不断混合而产生的电解气体混合燃料排放到燃料利用装置，其特征在于，具有可动升降部，所述可动升降部具有可进行升降动作的可动结构，其上安装有多个分隔板，所述分隔板上开设有多个上述电解气体和气态化石燃料的气泡不易通过的微孔，所述分隔板以外周面与所述混合槽内壁接近的状态沿水平方向设置，被所述混合槽内所盛装的液体浸没；控制机构，所述控制机构对向所述混合槽内供给上述电解气体及/或气态化石燃料的停或开、供给量、规定成分比例进行控制。
2. 如权利要求1所述的电解气体混合燃料发生装置，其特征在 于盛装于所述混合槽内部的有机溶液可以从烷类、醇类、醚类有 机溶液中任意选才奪。
3. 如权利要求1或2所述的电解气体混合燃料发生装置，其特石油气LPG、液化天然气LNG、干式蒸馏煤气等中任意选择。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的电解气体混合燃料发生装 置，其特征在于所述电解气体混合燃料发生装置产生的电解气体 混合燃料包含因上述烷类、醇类、醚类等有机溶液气化而产生的气 体。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的电解气体混合燃料发生装置，其特征在于所述可动升降部上安装有三层分隔板，最下面的 不锈钢制分隔板的厚度为0.5~2.5mm，其上樣i孔直径为0.5~3.5mm， 其上方的两块分隔才反是樣i孔直径为0.2-1.5mm的平^1形的网状结构 体。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的电解气体混合燃料发生装 置，其特征在于所述电解气体和气态化石燃料的气泡在所述分隔 板的下表面侧大量聚集，从而向上方移动停滞或向上方移动时导致 所述分隔板的可动升降部上升或下降，通过检测该可动升降部的位 置变动，所述控制机构可以控制向所述混合槽内供给电解气体及气 态化石燃料的停或开。
7. 如权利要求1至5中任一项所述的电解气体混合燃料发生装 置，其特征在于通过检测所述混合槽内部的压力的变化，所述控进行控制。
8. 如权利要求1至5中任一项所述的电解气体混合燃料发生装 置，其特征在于当检测到所述混合槽内的压力与停止向所述混合 槽内供给气态化石燃料的设定压力相同时，停止向所述混合槽内供 给电解气体；当检测到所述混合槽内的压力低于该设定压力时，开 始向所述混合槽内供给电解气体。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的电解气体混合燃料发生装 置，其特征在于电解气体发生装置用于产生电解气体并将之输送 到所述电解气体供给机构，其具有电解槽、电解气体-电解液分离槽、 电解液强制冷却才几构和电解液循环机构，所述电解槽具有电解液导 入口、排出口、阳才及才反、阴极才反和电解液旋转流动机构，其中，所述电解液导入口设置在所述电解槽的底部侧，所述排出口设置在所 述电解槽的顶部侧，用来排出电解液与电解气体混合物，所述阳极板设置在所述电解槽内部的底部侧，所述阴极板设置在所述电解槽 内部的顶部侧，所述电解液旋转流动机构不与其他部分电连接，用动；从所述电解槽上端的排出口排出的电解气体和电解液的混合物 被排入到所述电解气体-电解液分离槽，对其中的电解气体和电解液 进行气液分离，分离获得的气体被排到外部，电解液被残留在所述 分离槽内；所述电解液强制冷却机构对残留在所述分离槽内的电解 液进行强制冷却；所述电解液循环机构使所述分离槽内的电解液循 环到所述电解槽一侧。
10. 如权利要求9中所述的电解气体混合燃料发生装置，其特征 在于设置在所述电解槽内的阳极板和阴极板之间的电解液旋转流 动机构由规定片数的金属板组成，每片金属板在偏离中心的外周侧 的位置设置有2 6个对称的流通开口，通过将不同金属板上的流通 开口依次偏移规定的角度进行配置来使电解液在流动时发生旋转。
11. 一种电解气体混合燃料的产生方法，其通过将电解气体与气 态化石燃料反复混合而产生电解气体混合燃料，特征在于将通过 电解碱性电解液中的水所获得的电解气体与气态化石燃料以气泡状 态导入到混合槽内，所述混合槽内盛装有烷类、醇类、醚类等一种 或多种有机溶液，在所述混合槽内部，重复进行着将上述被导入的 电解气体均勻混合的操作，在可动升降部上安装有多个分隔板，所述可动升降部为可进行升 降动作的可动结构，所述分隔板上开设有多个上述电解气体和气态 化石燃料的气泡不易通过的微孔，该分隔板以外周面与混合槽内壁 接近的状态沿水平方向设置，被上述混合槽内所盛装的液体浸没，所述电解气体和气态化石燃料的气泡在所述分隔板的下表面侧 大量聚集，从而向上方移动停滞或气泡通过该微孔向上方移动时会 导致安装有所述分隔板的可动升降部上升或下降，通过检测所述可 动升降部的位置变动，控制向所述混合槽内供给电解气体及/或气态 化石燃料的停或开、供给量、规定成分比例，上述电解气体和气态化石燃料不断混合，生成电解气体混合燃料。
12. 如权利要求11中所述的电解气体混合燃料的产生方法，其特征在于通过检测所述混合槽内部的压力的变化，所述控制机构 控制向所述混合槽内供给电解气体以及气态化石燃料的停或开。
13.如权利要求11中所述的电解气体混合燃料的产生方法，其 特征在于当检测到所述混合槽内的压力与停止向所述混合槽内供 给气态化石燃料的设定压力相同而满足供给停止条件时，停止向所 述混合槽内供给电解气体；当检测到所述混合槽内的压力低于该设 定压力时，开始向所述混合槽内供给电解气体。
全文摘要
本发明提供了一种通过电解碱性电解液中的水产生的电解气体与化石燃料混合而产生电解气体混合燃料的发生装置及发生方法。该电解气体混合燃料的发生装置具有混合槽、电解气体供给机构、化石燃料供给机构和电解气体混合燃料排出机构，还具有可动升降部和控制机构，其中，可动升降部具有可进行升降动作的可动结构，其上安装有多个分隔板，所述分隔板上开设有多个上述电解气体和气态化石燃料的气泡不易通过的微孔，所述分隔板以外周面与所述混合槽内壁接近的状态沿水平方向设置，被所述混合槽内所盛装的液体浸没；控制机构对向所述混合槽内供给上述电解气体及/或气态化石燃料的停或开、供给量、规定成分比例进行控制。
文档编号F23K5/02GK101498456SQ20081018809
公开日2009年8月5日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年2月1日
发明者佐藤利五郎, 佐藤寿彦, 高山伸雄 申请人:佐藤利五郎;佐藤寿彦;高山伸雄