氢按需电解燃料电池系统技术方案

公开了一种用于与内燃发动机一起使用的氢氧(HHO)气体按需电解燃料电池系统。这种氢按需(HOD)系统与发动机控制模块(ECM)或调节内燃发动机运作的其它控制系统整合，以供应HHO至发动机并提高发动机的整体燃油效率。这个系统包括配备液位、压力和温度传感器的电解质流体贮存器；泵和热交换器；独特地配置的电解器；和过滤器。组合发动机和HOD系统通过电子控制系统(ECS)和燃烧控制模块(CCM)被控制和调节。CCM被安装在发动机上，使得其积极地截取来自发动机制造商的ECM的电子信号，以连续地协调HOD系统和发动机的功能和运作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】氢按需电解燃料电池系统要求较早提交的临时串请的受益的声明此申请是按照35USC § 119(E)提交的，并要求较早提交的序列号为61/787，465，由同一专利技术人于2013年3月15日提交的临时申请的受益。
本说明书总体地描述了被设计成按需产生氢氧(HHO)气体和供应这些气体进入内燃发动机的燃烧室的电解燃料电池系统。更具体地，本说明书描述了一种氢按需(HOD)系统的新配置，其与发动机控制模块(ECM)或调节内燃发动机运作的其它控制系统整合，以供应HHO至发动机并提高发动机的整体燃油效率。这个系统还被设计成产生HHO的连续流，HHO通过电解从水性流体产生，然后将其与发动机的空气供给混合。这个系统通过提供整合系统以有助于这些功能，整合系统包括配备液位、压力和温度传感器的绝缘电解质流体贮存器；栗和热交换器；独特地配置的电解器；和过滤器。组合发动机和HOD系统通过电子控制系统(ECS)和燃烧控制模块(CCM)被控制和调节。CCM被安装在发动机上，使得其积极地截取来自发动机制造商的ECM的电子信号，以连续地协调HOD系统和发动机的功能和运作。
技术介绍
氢是宇宙中最丰富的元素。由于氢的高可燃性，原子和分子氢具有作为能源的显著潜力，但是自然产生的原子氢的气体是罕见的，因为氢易于与非金属元素形成共价化合物。氢也存在于大多数有机物和水中。电力生产工程师已经多年寻求利用氢的能源潜力的机制，但迄今这些努力几乎没有开发出多少潜力。在很多或大多数现有技术系统中普遍的一个显著的不利是，需要使用这些系统以产生足够量的氢的能量和资源通常超过了随后可从如此产生的氢中获得的能量。大部分工业生产的氢气是烃燃料精炼的副产品的结果。氢也可通过更耗能的电解水方法生产，其中阴极和阳极被浸没到水溶液中，并且电流传递穿过它们。如所指出的，这一过程是消耗大量能源的，而且低效以至于产生氢气需要比最终能从该氢气中回收的更多的能量。这个过程破坏水分子的键，导致产生的氢气和氧气是以2:1摩尔比的双原子比和O2气体的摩尔比，这与水的比例是相同的。考虑到氢的能源潜力，添加HHO进入内燃发动机的空气流将大大增加该发动机的效率，这是本领域众所周知的。在理论上有可能单独地制造ΗΗ0，在贮槽下压缩存储气态氢和/或氧，然后将这些气体供给至空气流，为内燃发动机供以动力以便获得这种效率。然而，由于所需的气体存储系统的重量和体积，实施存储系统的这种方式是完全不切实际的。形成双原子4和O2气体的水解过程是本领域众所周知且理解的。具体而言，当阴极和阳极被浸没在纯水中，还原反应发生在带负电荷的阳极，导致来自阴极的电子(e)被给至氢阳离子以形成氢气。在带正电荷的阳极，发生氧化反应，其产生氧气并提供电子给阴极，从而完成电路。当还原和氧化反应相结合并均衡时，总体反应使得对于每两分子的液态水，形成2分子的双原子气态氢(H2)和一分子的双原子气态氧(O2)。形成的双原子氢分子的数量因此是双原子氧分子的数量的两倍。在适当的条件下，产生双原子HjP 02气体所需的能量的量将至少与经由添加这些气体至内燃发动机中的燃烧过程可实现的效率改善相当。因此，如现有技术中所示出的，已经进行了许多尝试来设计和实施以按需方式从存储的水溶液产生HHO气体然后供应该气体至内燃发动机的电解系统。然而，大多数这些尝试已经被证明是不充分的、低效的或不安全的。这些系统存在的一些问题包括，例如，生产的HHO气体量不足；电解器的腐蚀和快速衰退；以及潜在的安全问题，由于过量的HHO累积没有安全或关断控制，导致在远离内燃发动机的环境中发生爆炸燃烧。此外，将水分子分裂成其气态组分所需要的能量通常超过当组分气体被燃烧时收回的能量是公认的。因此，目前依然面临的挑战是如何使用安全的、稳定的和耐腐蚀的按需系统产生足够量的HHO气体，使得HHO气体提高整体效率。
技术实现思路
因此，需要有一种HOD生产系统，其可被整合到新的或现有的内燃发动机或其它能量产生装置中，以提供在该发动机的效率的最大改进。这个系统将针对、处理并解决现有技术的系统呈现出的许多问题。它将进一步利用并优化HHO生产，它通过产生氢气和氧气的电化学反应，并且将如此以连续方式以维持足够和稳定的HHO气体流进入供给发动机的空气流，同时将电解系统的控制和操作整合进内燃发动机本身的基本控制和操作中。此夕卜，该系统必须与发动机制造商的调节空气和燃料流入发动机的计算机化发动机控制模块(ECM)无缝整合。还需要一种用于与由化石燃料供给动力的内燃发动机一起使用的新型HOD电解系统。该系统可以被直接结合入用于新的发动机的操作设计中，或者它可以被后装配到现有的发动机。期望的是，这样的系统也与柴油、汽油、天然气或其它替代燃料燃烧发动机一起工作。还进一步需要一种系统，该系统利用现有的电力供给，其产生用于内燃发动机以提供动力给电解池的电功率。该系统还包括一种新型的燃烧控制系统，其直接与控制和调节内燃发动机的运转的发动机控制模块接口。更进一步地，需要部件以构成用于与内燃发动机一起使用的新型的HOD系统，以及用于实现和利用该系统及其部件的方法。在本说明书中描述的其它方法包括一种利用新型的HOD系统以改善车辆的燃油经济性的方法；一种用于通过提供清洁燃烧空气和燃料混合物进入燃烧室以降低车辆排放的方法，该混合物用一种新型的HOD系统产生；一种通过改进的燃烧系统增加传递到车辆传动系的动力的方法，其改进由一种新型的HOD系统提供；以及一种过滤从车载车辆电解系统产生的HHO的方法，其最小化或消除流体流入发动机的空气供给的潜在可能。本专利技术的电解燃料电池系统的这些和其它特征将在阅读本说明书之后对于本领域的技术人员变得明显。【附图说明】图1是示出电解燃料电池系统的一个实施例的部件和这些部件之间的流体流动的示意性流程图。图2是示出电解燃料电池系统的一个实施例的部件和这些部件之间的电气连接的另一个实施例示意性流程图。图3A是，可与电解燃料电池系统的一个实施例一起使用的流体贮存器和过滤器的变体的整体立体图。图3B是流体贮存器和过滤器的侧视图。图3C是流体贮存器和过滤器的俯视图。图3D是流体贮存器和过滤器的剖视图，示出了贮存器的内部结构和过滤器的内部部件。图4是过滤器组件的另一个剖视图，放大以示出过滤柱的细节。图5A是可与过滤器组件结合使用的多段过滤罐的侧视图。图5B是多段过滤罐的剖视图，图5C是该过滤器组件的整体立体图。图6是可与过滤器组件中的多段过滤罐一起使用的过滤器柱部件的放大图。图7A和7B描绘了被用于过滤器组件的内部过滤器垫片。图8A是可与电解燃料电池系统的一个实施例一起使用的水解器部件的展开图，图SB是该水解部件被完全组装时的侧视图。图9是根据本说明书配置的完全组装并准备好安装在由柴油内燃发动机供给动力的车辆的架上的水解按需系统的一个实施例的整体立体图。【具体实施方式】概要表示HOD系统的一个实施例的部件的示意性流程在图1中描绘。如其中所示，该系统包括流体槽或贮存器1，其包括至少整合的传感器2a，2b和2c，以检测，例如，流体液位以及贮存器I内的气体压力和流体温度。本领域技术人员将认识到，附加的或不同的传感器可以被包括在内。栗5控制流体的流动从贮存器到热交换器3并进入电解器7。热交换器3被利用来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用以产生用作内燃发动机的添加剂的双原子分子氢氧(HHO)气体的按需系统，所述系统包括流体贮存器(1)、流体泵(5)、热交换器(3)、流体电解器(7)、过滤器组件(8)，以及组合的电子控制系统(ECS)(12)和燃烧控制模块(CCM)(10)，所述贮存器(1)包括过充预防保护、流体冲洗和填充系统，多个用以确定流体填充液位、流体温度和内压的传感器(2A，2B，2C)，流体返回管，以及用于将所述贮存器和系统机柜刚性地连接至同样支撑内燃发动机的车辆框架的装置；所述流体泵(5)被配置成输送流体贯穿所述按需系统；所述热交换器(3)被配置成调节将被泵入所述流体电解器的流体的温度；(7)所述电解器(7)包括多个隔室，每个所述隔室被进一步分成多个电解腔室，所述电解腔室位于实质上垂直定向，顶部和底部歧管被配置成优化在所述电解腔室中的多个阴极板和阳极板(150，153)上均匀的流体流动；所述过滤器组件(8)被配置为在直立定向，使得HHO气体从电解质流体蒸汽和副产物中分离，蒸汽和副产物经由重力进给被排放回到所述贮存器(1)中，并且HHO气体被供给到内燃发动机操作的组成部分的空气流中；及所述组合的ECS(12)和CCM(10)被设计成彼此通信并与计算机化的发动机控制模块(ECM)通信，所述计算机化的发动机控制模块已由其制造商通过控制区域网络技术设计并整合到内燃发动机中，以便监测整体系统和控制所述整体系统的操作。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·托德·福布斯，杰里米·格林，克里斯·克鲁克恩伯格，
申请(专利权)人：NRG物流有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US