專利名稱：碳氫化合物和水混合發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒碳氫化合物例如汽油并能夠用于驅(qū)動陸地交通工具或其它目的的內(nèi)燃機。新型混合發(fā)動機能夠以汽油和水為燃料運行，其中，水能夠轉(zhuǎn)化成蒸汽從而在催化轉(zhuǎn)化器中產(chǎn)生氫和氧。
背景技術(shù)：
已知有各種利用碳氫化合物和催化劑進行蒸汽重整工藝的系統(tǒng)和方法。這些工藝主要以用于產(chǎn)生在燃料電池中使用的氫而聞名。已知有用在由汽油驅(qū)動的奧托循環(huán)內(nèi)燃機中的重整反應(yīng)器。這種類型的內(nèi)燃機在高溫下使用碳氫化合物燃料，所述燃料在通過重整反應(yīng)器后被輸送到發(fā)動機燃燒室。在重整催化劑和水的存在下，一部分燃料可以通過與蒸汽反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫?？梢詫碜匀紮C的一部分廢氣流輸送到重整反應(yīng)器，并與輸送到重整反應(yīng)器的燃料混合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及為碳氫化合物和水混合發(fā)動機提供燃料的方法和設(shè)備。可以將水從供水水源輸送至安裝有排氣管的蒸汽室中?？梢詫崃繌呐艢夤軅鲗?dǎo)至蒸汽室以產(chǎn)生蒸汽。 所述蒸汽可流入其中配置有襯底元件的催化轉(zhuǎn)化器中，所述襯底元件被氧化物覆蓋，所述氧化物能夠被蒸汽氧化，并且不需要化學(xué)試劑就能夠還原成初始狀態(tài)，同時產(chǎn)生氧氣。所述蒸汽可以轉(zhuǎn)化成氫和氧，并且氫和氧可以流入內(nèi)燃機的進氣口。參考下列附圖、說明書和權(quán)利要求可以更好地理解本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明實施方式的混合發(fā)動機的示意圖。
具體實施例方式下面的詳細說明表示當前本發(fā)明最優(yōu)選的實施方式。不能將本說明視為限制，其僅用來說明本發(fā)明的基本原理。參見圖1，使用例如汽油和氫氣加氧氣的燃料組合運行的混合發(fā)動機10可以具有一個使用催化劑例如三氧化二鉍Bi2O3的催化轉(zhuǎn)化器20?？蓪⒋呋瘎┍３衷谝r底元件22 上，所述襯底元件22可被嵌入到可以是中空圓柱狀的催化轉(zhuǎn)化器20的主體內(nèi)。所述襯底元件22可以是圓柱狀，并具有蜂窩狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)的室M，對典型的小型發(fā)動機，其可以有約 1000條通道以提供約270平方英寸的表面。
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可以在使用三氧化二鉍的情況下制備襯底元件22，首先在酸中溶解鉍材料或化合物。然后可以將用于吸附鉍分子的合適襯底浸入酸和鉍的混合液中以吸附鉍。然后可以移除、干燥并加熱襯底元件22以將鉍氧化成三氧化物的形式。三氧化二鉍是鉍氧化物的穩(wěn)定形式。當在空氣的存在下加熱三氧化二鉍Bi2O3時，可達到更高的氧化態(tài)，例如Bi2O4或 Bi2O5^冷卻時，這些氧化物易于還原成Bi2O3并釋放氧氣。催化轉(zhuǎn)化實驗證明，蒸汽可以氧化Bi2O3從而產(chǎn)生氫氣，但是冷卻時，氧化物還原成Bi2O3從而產(chǎn)生氧氣。如果可以將蒸汽和 Bi2O3加熱至合適的溫度，例如，約200華氏度至1200華氏度的溫度范圍，則氫氣和氧氣都可以以能被點燃的形式產(chǎn)生。連續(xù)的蒸汽流可以產(chǎn)生可燃的氫和氧的連續(xù)混合氣流。三氧化二鉍不是唯一能夠轉(zhuǎn)化蒸汽水分子的氧化物。特定元素的各種氧化物可以被蒸汽氧化從而產(chǎn)生氫氣。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以使用元素的氧化物，其可以被蒸汽氧化，并且可以在沒有化學(xué)還原劑的情況下還原回來，同時產(chǎn)生氧氣。這種氧化物的例子包括硒、碲、砷、錳和銻。盡管使用了三氧化二鉍對內(nèi)燃機10進行說明，也可以使用其它具有相似化學(xué)性質(zhì)的氧化物?；旌习l(fā)動機10可以具有內(nèi)燃機12，設(shè)計所述內(nèi)燃機12，使其使用汽油、氫和氧的結(jié)合作為燃料。為了便于燃燒，例如，汽油可以與空氣在汽化器40中一起汽化，所述汽化器 40與發(fā)動機12的進氣歧管42流體連通?？赏ㄟ^將蒸汽流過催化轉(zhuǎn)化器20從而在其中產(chǎn)生氫和氧，并且將氫氣和氧氣輸送到進氣歧管42中?？梢岳冒l(fā)動機12的熱量將水轉(zhuǎn)化成蒸汽來產(chǎn)生蒸汽。可以將蒸汽室30安置在排氣歧管44上從而允許來自發(fā)動機12的廢氣的熱量通過排氣歧管44和蒸汽室30的管壁傳導(dǎo)以加熱水流。蒸汽可以流經(jīng)管32到達轉(zhuǎn)化器20，并且產(chǎn)生的氫氣和氧氣可以流經(jīng)管道34到達進氣歧管42。帶有發(fā)動機12的混合發(fā)動機10可以具有帶有消聲器46的排氣系統(tǒng)。汽化器具有帶有空氣過濾器的進氣口 48。汽油燃料箱50可以連接到汽化器40上并可通過節(jié)流閥或者閥門控制。水箱36可以通過管38與蒸汽室30流體連通，水流可以通過閥門39，節(jié)流閥或諸如此類進行控制。所用的水對汽油的比例取決于每個燃料系統(tǒng)的控制器。如果使用較大比例的水， 可以通過發(fā)動機12的熱源將其轉(zhuǎn)化成蒸汽，流過三氧化二鉍，然后計量進入進氣系統(tǒng)。由于使用水產(chǎn)生更多的動力，所以汽油燃料可能被減少或節(jié)流。這可能導(dǎo)致混合發(fā)動機10主要以水為燃料運行。發(fā)動機可以用汽油啟動然后轉(zhuǎn)換成用水。如果有足夠可用的二次熱或者廢熱，發(fā)動機12可以完全轉(zhuǎn)換成以水作為燃料源。以汽油驅(qū)動的發(fā)動機的廢氣可能產(chǎn)生幾種不同的氣體或蒸氣(vapor)，蒸汽 (steam)可能是其中的一種。實驗證明，通過將廢氣流過三氧化二鉍，廢氣中的蒸汽部分可以在催化轉(zhuǎn)化器20中轉(zhuǎn)化成氫氣和氧氣。當發(fā)動機以氫和氧作為燃料源時，發(fā)動機可以以蒸汽的形式將水排出?？梢詫a(chǎn)生的蒸汽流過三氧化二鉍以生成氫和氧作為可利用的燃料，從而回收利用水。當通過計量的水進入熱源并且流過三氧化二鉍而產(chǎn)生蒸汽時，產(chǎn)生的氫和氧可以在沒有環(huán)境空氣存在的情況下直接進入發(fā)動機進氣歧管的開口。當發(fā)動機以水作為燃料源運行時，沒有任何碳或者氮的產(chǎn)物排入到大氣中。雖然本發(fā)明已對其示例性實施方式進行了具體的描述和說明，本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不背離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，可以在形式或細節(jié)方面進行上述或其它改變。
權(quán)利要求
1.一種為碳氫化合物和水混合發(fā)動機提供燃料的方法，包括 把水從供水水源輸送至與內(nèi)燃機的排氣管相鄰設(shè)置的蒸汽室； 將熱量從所述排氣管傳導(dǎo)至所述蒸汽室以產(chǎn)生蒸汽；將所述蒸汽引流至其中設(shè)置有襯底元件的催化轉(zhuǎn)化器中，所述襯底元件覆蓋有可被蒸汽氧化的氧化物；將所述蒸汽轉(zhuǎn)化成氫和氧，并且將所述氫和氧引流至所述內(nèi)燃機的進氣口 ；以及在燃燒過程中將氫和氧轉(zhuǎn)化成蒸汽，并且將蒸汽再循環(huán)至所述催化轉(zhuǎn)化器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化物選自鉍、硒、碲、砷、錳和銻。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，蒸汽的溫度約為200華氏度至1200華氏度。
全文摘要
本發(fā)明涉及為碳氫化合物和水混合發(fā)動機提供燃料的方法和設(shè)備?？梢詫⑺畯墓┧摧斔椭涟惭b有排氣管的蒸汽室?？梢詫崃繌乃雠艢夤軅鲗?dǎo)至蒸汽室以產(chǎn)生蒸汽。所述蒸汽可以流入其中配置有襯底元件的催化轉(zhuǎn)化器中，所述襯底元件被氧化物覆蓋，所述氧化物能夠被蒸汽氧化，并且不需要化學(xué)試劑就能夠還原成初始狀態(tài)，同時產(chǎn)生氧氣。所述蒸汽可以轉(zhuǎn)化成氫和氧，并且氫和氧可以流入內(nèi)燃機的進氣口。
文檔編號F02B69/04GK102235237SQ20101021457
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者老查爾斯·W·拉塞爾 申請人:老查爾斯·W·拉塞爾