技術領域

本發(fā)明涉及發(fā)動機，具體涉及發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)。

背景技術：

現(xiàn)有的車輛發(fā)動機大都以汽油、柴油為燃料，也有使用蓄電池的電力或燃氣作為動力來源的。但是汽油、柴油燃燒后對環(huán)境污染比較嚴重。另外汽油、柴油可以直接在空氣中燃燒，一來車禍發(fā)生時需要注意防止油箱的爆炸；二來輸油車、及加油站都有一定的危險性，需要防止靜電和明火。

蓄電池的電量有限，車輛行程有限不便于長途旅行。使用燃氣的車輛相對比較普遍；但這些燃氣都是天然氣，屬于化石燃料，資源有限；并且天然氣密度遠小于柴油、汽油，所以車輛行程短，通常只作為出租車、駕校教練車在市區(qū)或近郊使用；而且車載高壓氣罐還存在安全隱患。

所以現(xiàn)有技術的車輛動力都還是沒有真正實現(xiàn)安全、環(huán)保、資源循環(huán)利用的目的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種燃氣發(fā)生器、利用該燃氣發(fā)生器的燃氣供給系統(tǒng)和車輛動力系統(tǒng)；以提供清潔、環(huán)保、可循環(huán)的燃料和車輛動力。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種燃氣發(fā)生器，包括：

利用電能進行加熱的電加熱機構；

電加熱機構所提供的加熱環(huán)境中設置碳本體；

向碳本體供水的供水系統(tǒng)。

這樣碳本體在加熱條件下與水反應產(chǎn)生一氧化碳和氫氣的混合氣體，該混合氣體作為燃氣可以進一步供車輛發(fā)動機或其他需要燃料的場合使用，提供動力或熱量。所述的碳本體由石墨或炭塊或炭粉或純凈煤等材料制成?；旌蠚怏w中可能有未反應完全的水蒸氣，可以進行簡單處理，在要求不高的場合混合氣體也可以直接使用。

優(yōu)選的，所述的碳本體固定在陶瓷支架內(nèi)，陶瓷支架外部設置銅質(zhì)盤管，所述的電加熱機構包括該銅質(zhì)盤管和與銅質(zhì)盤管連接的中/高頻電源組件。

優(yōu)選的，所述的中/高頻電源組件由蓄電池和逆變電路及適配線路構成。當然，其加熱方式也可以是電火花加熱、電阻絲加熱等加熱方式。

優(yōu)選的，所述的碳本體由石墨制成，整體呈空心柱狀，并套接在陶瓷芯體上；所述的陶瓷支架為帶有鏤空端蓋的管狀，陶瓷芯體和碳本體固定在陶瓷支架內(nèi)腔，碳本體沿軸向布置有氣流通道；所述的供水系統(tǒng)包括水箱和換熱機構，水箱內(nèi)的源水經(jīng)換熱機構加熱后供入氣流通道內(nèi)。該實施方式中，因為石墨本身導電，所以直接能被中/高頻電源加熱。

或者，所述的碳本體為炭材料或純凈煤制成的棒狀，碳本體有多個并插入金屬套上設置的儲碳孔中；所述的陶瓷支架為帶有鏤空端蓋的管狀；所述金屬套固定在陶瓷支架內(nèi)腔，碳本體沿軸向布置有氣流通道；所述的供水系統(tǒng)包括水箱和換熱機構，水箱內(nèi)的源水經(jīng)換熱機構加熱后供入氣流通道內(nèi)。這樣的結構適合本身不導電的碳本體，碳本體在金屬套被中/高頻電源加熱后加熱。

優(yōu)選的，所述的氣流通道由碳本體粗細小于儲碳孔或陶瓷支架內(nèi)腔直徑構成，或者沿碳本體軸向設置的槽或孔構成。

一種利用前述的燃氣發(fā)生器燃氣供給系統(tǒng)，包括：

所述供水系統(tǒng)的換熱機構包括與水箱連接的換熱除水器，換熱除水器出水經(jīng)所述銅質(zhì)盤管后進入氣流通道；

所述燃氣發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣體經(jīng)管道進入換熱除水器，經(jīng)水箱的源水冷卻除水，然后進入儲氣罐儲存；

所述混合氣體冷卻除水所分離的水匯入換熱除水器出水或經(jīng)管道進入水箱。

這樣就可以利用換熱除水器去除混合氣體中的水汽，便于后續(xù)使用；經(jīng)過換熱除水器、盤管預熱的源水基本上處于高溫甚至氣化狀態(tài)，有利于充分與碳本體接觸和反應。該系統(tǒng)能高效地提供穩(wěn)定的燃氣。

一種利用前述的燃氣發(fā)生器的車輛動力系統(tǒng)，包括燃氣發(fā)動機，

所述供水系統(tǒng)的換熱機構包括與水箱連接的換熱除水器，換熱除水器出水經(jīng)發(fā)動機冷卻管路進入所述銅質(zhì)盤管后進入氣流通道；

所述燃氣發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣體經(jīng)管道進入換熱除水器，經(jīng)水箱的源水冷卻除水，然后進入儲氣罐，儲氣罐的輸出管經(jīng)增壓機連通到發(fā)動機進氣機構；

所述混合氣體冷卻除水所分離的水匯入換熱除水器出水或經(jīng)管道進入水箱；

所述燃氣發(fā)生器的蓄電池為車載主蓄電池；

所述水箱為車載水箱。

進一步的，所述的發(fā)動機的尾氣經(jīng)排氣管連接到換熱器，所述銅質(zhì)盤管出水接入換熱器與尾氣換熱后供入氣流通道；所述換熱后的尾氣通入氣液分離器，氣液分離器的排氣進行排放或收集使用，氣液分離器的排水接入水箱。

進一步的，所述換熱后的尾氣連接溫差發(fā)電系統(tǒng)，溫差發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)充電電路連接蓄電池；或者利用所述換熱后的尾氣對發(fā)動機與銅質(zhì)盤管之間管路上的水進行預熱?；蛘咦鳛槠渌€路的伴熱線路，避免熱量的散失。

本發(fā)明的原料是常見的水和碳制成的碳本體，而碳和水在高溫下會生成一氧化碳和氫氣，兩者都是高效的氣體燃料，可以廣泛用于生產(chǎn)、生活；也可以方便地適配現(xiàn)有車輛發(fā)動機，提供動力。由化學方程式可知，由碳和水生成一氧化碳和氫氣，再由一氧化碳和氫氣在空氣中然燒生成水和二氧化碳。其過程相當于是碳和氧氣反應生產(chǎn)二氧化碳，其中水的作用有點類似于催化劑，所以整個系統(tǒng)幾乎不消耗水，而是相當于變相燃燒了碳本體。同時加熱過程消耗一定的電能，尤其是在燃氣發(fā)生器剛開始工作時需要蓄電池供電以加熱碳本體達到高溫狀態(tài)，但后續(xù)只是補充電能，耗電量降低。但發(fā)動機工作時本身會再持續(xù)給蓄電池充電，所以本發(fā)明的技術相比于純電動汽車會顯著提升續(xù)航能力。并且還具有以下技術優(yōu)勢：

1.石墨是碳單質(zhì)的主要存在形式之一，而碳是自然界儲量最豐富的化學元素。石墨自然界儲量大，而且也可以人工合成，取之不盡、用之不竭，成本低廉。

2.本發(fā)明雖然與傳統(tǒng)石化燃料都無法避免溫室氣體二氧化碳的排放，但沒有其他有毒有害氣體排放，環(huán)保性顯著提升。

3.本發(fā)明把傳統(tǒng)的液體燃料、氣體燃料轉換為了固體燃料。且這些燃料本身在空氣中不容易燃燒，不會發(fā)生爆炸。并且只用了一個很小的儲氣罐。所以相比于汽油、柴油、天然氣等遇到明火都會燃燒甚至爆炸的燃料，本發(fā)明的安全性也顯著提升。

附圖說明

圖1為一種實施方式的燃氣發(fā)生器主視結構示意圖；

圖2為圖1所示燃氣發(fā)生器的A-A向剖視圖；

圖3為圖1所示燃氣發(fā)生器主的立體結構示意圖；

圖4為圖1所示燃氣發(fā)生器的爆炸圖；

圖5為另一種實施方式的燃氣發(fā)生器的爆炸圖；

圖6為燃氣供給系統(tǒng)的布置圖；

圖7為車輛動力系統(tǒng)的布置圖。

具體實施方式

下面結合附圖介紹本發(fā)明的具體技術方案和幾種優(yōu)選實施方式：

本發(fā)明的燃料發(fā)生器包括利用電能進行加熱的電加熱機構，電加熱機構所提供的加熱環(huán)境中設置碳本體242，以及向碳本體242供水的供水系統(tǒng)。這樣碳本體242在加熱條件下與水反應產(chǎn)生一氧化碳和氫氣的混合氣體，該混合氣體作為燃氣可以進一步供車輛發(fā)動機或其他需要燃料的場合使用，提供動力或熱量。至于碳本體242的固定、所產(chǎn)生的混合氣體收集等則沒有特定要求。

優(yōu)選的例如：結合圖1-5所示的一種燃氣發(fā)生器，所述的碳本體242固定在陶瓷支架244內(nèi)，陶瓷支架244外部設置銅質(zhì)盤管245，所述的電加熱機構包括該銅質(zhì)盤管245和與銅質(zhì)盤管245連接的中/高頻電源組件。優(yōu)選的中/高頻電源組件由蓄電池和逆變電路及適配線路構成。

碳本體242可以由石墨或炭塊或炭粉或純凈煤等材料制成。常用的例如碳本體242由石墨制成。如圖1-4所示：碳本體242整體呈空心柱狀，并套接在陶瓷芯體241上；所述的陶瓷支架244為帶有鏤空端蓋243的管狀，陶瓷芯體241和碳本體242固定在陶瓷支架244內(nèi)腔，碳本體242沿軸向布置有氣流通道。該氣流通道由碳本體242粗細小于陶瓷支架244內(nèi)腔直徑構成；這種結構也可以說是碳本體242與陶瓷支架244過渡配合，也就是碳本體242與陶瓷支架244內(nèi)壁之間具有間隙，該間隙就是氣流通道?；蛘咭部梢匝靥急倔w242軸向設置凹槽構成氣流通道。

所述的供水系統(tǒng)包括水箱和換熱機構，水箱內(nèi)的源水經(jīng)換熱機構加熱后供入氣流通道內(nèi)。該實施方式中，因為石墨本身導電，所以直接能被中/高頻電源加熱。

或者如圖5所示的：所述的碳本體242為炭材料或純凈煤制成的棒狀，碳本體242有多個并插入金屬套246上設置的儲碳孔247中，儲碳孔247一般靠近金屬套246的外周布置。所述的陶瓷支架244為帶有鏤空端蓋243的管狀；所述金屬套246固定在陶瓷支架244內(nèi)腔。碳本體242沿軸向布置有氣流通道，此時因為碳本體242徑向尺寸較小，所以氣流通道通常也采用碳本體242直徑小于儲碳孔247孔徑的方式。所述的供水系統(tǒng)包括水箱和換熱機構，水箱內(nèi)的源水經(jīng)換熱機構加熱后供入氣流通道內(nèi)。這樣的結構適合本身不導電的碳本體，碳本體242在金屬套被中/高頻電源加熱后加熱。

兩種優(yōu)選實施方式中，整體結構相近，陶瓷支架244都是一端一體化設置十字形鏤空端蓋244`，便于內(nèi)部的碳本體242和金屬套246或陶瓷芯體241定位。然后帶十字形鏤空的可拆卸端蓋243過盈連接或螺紋連接到陶瓷支架244上。陶瓷芯體241端部設置與十字形鏤空匹配的定位部241`、金屬套246端部設置與十字形鏤空匹配的定位部248，都是起到進一步固定陶瓷芯體241和金屬套246的作用。這樣水或水蒸氣經(jīng)供水系統(tǒng)供入氣流通道后，可以從另一端的十字形支架排出，同時便于收集和利用。陶瓷支架244和銅質(zhì)盤管245整體造型緊湊，便于安裝和固定。因為設置金屬套246的結構大體與設置陶瓷芯體241的結構類似，故省略了相應的主視圖、剖視圖和立體圖。

銅質(zhì)盤管245本身作為導線接入中/高頻加熱電路。銅質(zhì)盤管245內(nèi)部還可以通冷凝水，也可將該銅質(zhì)盤管245作為換熱機構的一部分。因為冷凝水電阻遠大于銅，所以相對于銅基本上相當于被短路了，無需特殊處理即可實現(xiàn)上述方案。銅質(zhì)盤管245截面可以是圓形，也可以是方形。圓形可以節(jié)省材料，方形有更大的和水的換熱面積。

利用前述燃氣發(fā)生器的燃氣供給系統(tǒng)如圖6所示：所述供水系統(tǒng)的換熱機構包括與水箱18連接的換熱除水器19，換熱除水器19出水經(jīng)所述銅質(zhì)盤管245后進入氣流通道。所述燃氣發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣體經(jīng)管道進入換熱除水器19，經(jīng)水箱18的源水冷卻除水，然后進入儲氣罐20儲存。所述混合氣體冷卻除水所分離的水匯入換熱除水器出水或經(jīng)管道進入水箱18。

使用中/高頻電源對鋼鐵進行熔融、鍛造等已經(jīng)是相當普遍的技術，其效率、能源使用率是很高的。本發(fā)明由于需要高溫使石墨和水反應生成可燃氣體，因此采用中/高頻加熱方式。首先是中/高頻加熱方式的可行性，高頻感應加熱機的工作原理為它的電流流向被繞制成環(huán)狀或其它形狀的加熱線圈(通常是用紫銅管制作，類似于本發(fā)明的銅質(zhì)盤管245)。由此在線圈內(nèi)產(chǎn)生極性瞬間變化的強磁束，將金屬等被加熱物體放置在線圈內(nèi)，磁束就會貫通整個被加熱物體，在被加熱物體的內(nèi)部與加熱電流相反的方向，便會產(chǎn)生相對應的渦電流。由于被加熱物體內(nèi)存在著電阻，所以會產(chǎn)生很多的焦耳熱，使物體自身的溫度迅速上升，達到對所有金屬等導電材料加熱的目的。

由此可以看出，高頻感應加熱機要加熱的物體必須具有良好的導電導磁能力。我們都知道，金屬一般都具有很好的導電導磁能力，所以說高頻感應加熱機可以加熱金屬，而非金屬材料中石墨也具有良好的導電導磁能力，因此，高頻感應加熱機也是可以加熱石墨的。綜上所述，高頻感應加熱機是可以加熱石墨的。設備進行熔煉熱處理時所用的坩堝就是石墨坩堝，這正是利用了石墨良好的導電導磁能力。而對于本來不導電的碳本體242，本發(fā)明也設置了金屬套246等可被加熱的材料來實現(xiàn)對碳本體242的加熱。電源可以是一般的車載蓄電池作為電源，經(jīng)逆變電路逆變即可得到所需的中/高頻電源。由于反應溫度不需要太高，大概是800多度，因此方案是切實可行的。

另外，中/高頻加熱具有趨膚性。當向燃氣發(fā)生器中以噴入水或通入水蒸氣的方式供水時，高溫石墨和水反應生產(chǎn)可燃氣體。這個過程中由于圖4所示的碳本體242的中心孔和陶瓷芯體241配合間隙較小及中/高頻加熱的趨膚性，碳本體242的外圍溫度高，因此碳本體242和水蒸氣的反應會從外圍逐漸向芯部反應。圖5所示的碳本體242也會從表面開始反應。然后在陶瓷支架244一短供水、另一端即可收集可燃氣體。該一氧化碳和氫氣為主的可燃氣體可以用于取暖、照明、發(fā)電、作為汽車動力等方式使用。

優(yōu)選的，例如圖7所示的前述的燃氣發(fā)生器的車輛動力系統(tǒng)，包括燃氣發(fā)動機22，所述供水系統(tǒng)的換熱機構包括與水箱18連接的換熱除水器19，換熱除水器19出水經(jīng)發(fā)動機22冷卻管路進入所述銅質(zhì)盤管245后進入氣流通道。所述燃氣發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣體經(jīng)管道進入換熱除水器19，經(jīng)水箱18的源水冷卻除水，然后進入儲氣罐20，儲氣罐20的輸出管經(jīng)增壓機21連通到發(fā)動機22進氣機構。所述混合氣體冷卻除水所分離的水匯入換熱除水器出水或經(jīng)管道進入水箱18。

所述燃氣發(fā)生器的蓄電池26為車載主蓄電池；所述水箱18為車載水箱。所述的發(fā)動機22的尾氣經(jīng)排氣管9連接到換熱器23，所述銅質(zhì)盤管245出水接入換熱器23與尾氣換熱后供入氣流通道。這樣就構成了向車輛發(fā)動機提供燃氣的完善技術方案。并且適配性好，通用性強，現(xiàn)有的燃氣出租車、教練車安裝本發(fā)明的燃氣發(fā)生器，利用蓄電池、水箱改造線路即可使用。普通燃油車輛先進行油改氣改造然后進行上述安裝即可使用。

更好的實施方式：所述換熱器23換熱后的尾氣通入氣液分離器27，氣液分離器27的排氣進行排放或收集使用，氣液分離器27的排水接入水箱18?；蛘咚鰮Q熱后的尾氣連接溫差發(fā)電系統(tǒng)，溫差發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)充電電路連接蓄電池26?；蛘呃盟鰮Q熱后的尾氣對發(fā)動機22與銅質(zhì)盤管245之間管路3上的水進行預熱?；蛘咦鳛槠渌€路的伴熱線路，避免熱量的散失。

如圖7所示，更詳細地說，車輛動力系統(tǒng)也就是：在中/高頻加熱中，利用蓄電池26，線路14、15，逆變電路25，線路16、17及燃氣發(fā)生器的銅質(zhì)盤管245構成加熱線路，實現(xiàn)對碳本體242加熱，提供反應溫度。

以水/水蒸氣為主線路來看，圖中以粗、細線表示主線路和分回路。水從水箱出發(fā)經(jīng)管道1、2、3、4、5進入燃氣發(fā)生器，與碳本體242反應，產(chǎn)生的燃氣、水蒸氣混合氣體經(jīng)管路6進入換熱除水器19，在換熱除水器19中利用水箱18來的溫度較低的源水對管路6中的混合氣體中的水蒸氣進行除卻。冷凝成液體的水經(jīng)管道12返回水箱，或者匯入管路2進入發(fā)動機冷卻管路。

燃氣則通過管道7進入到儲氣罐20，儲氣罐20的作用是暫時儲氣，穩(wěn)定壓力。燃氣經(jīng)輸出管8和增壓機21進入發(fā)動機22燃燒后生成高溫的水蒸氣和二氧化碳。水蒸氣和二氧化碳經(jīng)管道9和從管道4中、由銅質(zhì)盤管245出來的水/水蒸氣在換熱器23中換熱，對管路4中的水/水蒸氣進一步加熱，本身則一定程度的降溫。進而經(jīng)管道10進入氣液分離器27，水蒸氣冷凝成水經(jīng)管路11回收到水箱18中，二氧化碳則經(jīng)管道13排放到大氣當中或者收集利用。

經(jīng)過管道10的氣體溫度較高，在管道10及氣液分離器27周邊可利用溫差發(fā)電技術對其中的余熱轉化為電能?；蛘呃眠@部分熱量對管道3中的水加熱；或者作為其它線路的伴熱線路，避免熱量的散失；這樣可以提高熱能利用率，也加快水蒸氣的冷凝速度。

上述動力系統(tǒng)中，在燃氣發(fā)生器后，因為需要分離水蒸氣，而最好的方式就是降溫使水蒸氣液化，這個過程會放出較多的熱量，需加以收集。經(jīng)除水后的燃氣基本保持原有的高溫，短暫的存儲在儲氣罐20中，儲氣罐20的目的是穩(wěn)定發(fā)動機22的進氣氣壓，其也是是處于高溫狀態(tài)，如此可以最大限度的提高熱能使用率。燃氣在發(fā)動機22內(nèi)和空氣混合燃燒放出熱量進而產(chǎn)生機械能，同時排出尾氣，這個過尾氣中不僅含有水蒸氣，且含較多的熱量，也可以加以收集。另外，在中/高頻加熱碳本體242的過程中銅質(zhì)盤管245本身也會產(chǎn)生大量的熱量，需要冷卻水加以冷卻，因此如果以常溫水經(jīng)燃氣發(fā)生器除水預熱、銅質(zhì)盤管245加熱、發(fā)動機22尾氣(汽車排放的尾氣溫度最高可以達到600℃～700℃,怠速時400℃)加熱/護熱，進入燃氣發(fā)生室的時候，常溫水被加熱成為了水蒸氣，且其溫度可能已經(jīng)達到了幾百度，在燃氣發(fā)生器中和高溫的碳本體242接觸即可生產(chǎn)燃氣。每輛車上還安裝兩套或多套燃氣發(fā)生器，共用儲氣罐20和蓄電池26，避免燃料發(fā)生器的燃氣供應不穩(wěn)定。

本發(fā)明整個過程化學反應中水就是類似于催化劑的作用，由于系統(tǒng)的優(yōu)化，對水的回收利用，使其基本沒有水的損失，甚至有所增加(視空氣中含水量而定，當空氣中含水量大的時候是有可能的)，因此在車的行駛過程中采取優(yōu)化設計后可以避免補水甚至不用補水就可以聯(lián)系行駛。作為需補充的燃料----石墨，由于其密度相比于汽油要大需多，基本是汽油密度的三倍，而燃燒時期熱能是汽油燃燒時的70％，因此其單位體積的熱量是汽油單位體積熱量的2.1倍。也就是說如果同等熱能利用率的情況下同體積的石墨和汽油石墨的行程是汽油的2.1倍。但是由于現(xiàn)有汽車的熱能利用率只有還非常低，一般只有30％多一點。一般都是燃油燃燒的能量有50％多是變成熱量散失掉的，現(xiàn)代發(fā)動機來說，剩余的50％里面又有20％能量用于各種設備的供能，也就是說，真正用于發(fā)動機驅動車輛行駛的，只有30％了，對于這30％的能量，2％是用在氣缸磨擦上。

而本發(fā)明由于注重各個環(huán)節(jié)的熱能利用，其中的溫差發(fā)電還能補充電能，減少能量損失。日后隨著溫差發(fā)電效率的提高，有可能會提供全部的設備供能。由于對現(xiàn)有發(fā)動機大部分損失熱量有加以回收利用，以及燃料發(fā)生器的處處熱量重復利用，整車的熱能利用率至少不會低于現(xiàn)有的30％。作為最保守的估計，石墨燃料的使用，使汽車在同等體積車載燃料的情況下可以行駛原本2.1倍以上的距離。且避免了燃燒汽油過程中氮的氧化物排放。由于原本汽車上的空間就十分有限，2.1倍以上的距離就是十分可觀的，且由于石墨的安全儲存性能大大提高，可減少甚至避免運送燃料車的傷亡事故，且我國為主要的石墨產(chǎn)地，有助于減少對國外石油的依賴。

并且由于燃料電池的研究不斷的深化，未來汽車使用燃料電池產(chǎn)生的電能驅動并不遙遠，因此，本系統(tǒng)和燃料電池的結合使用會產(chǎn)生良好的效果。同樣，需要對燃料電池燃燒過中的熱量加以回收利用。