本發(fā)明涉及用來提高內燃機，尤其是使用汽油、柴油和天然氣的引擎，以及固定燃燒設施的效率的氫氧發(fā)生器和用于產生氫氧氣體的方法。

背景技術：

已知在內燃機中燃燒烴燃料時廢氣包含有害的排放物，諸如一氧化碳、未燃燒的烴、氮氧化物、硫氧化物和炭黑。努力的目的在于更完全的燃燒，從而導致減少的有害排放物和燃料消耗，其結果是提高的內燃機的效率。

上述問題的解決方案之一是使用氫氧發(fā)生器，其中通過電解水產生氫和氧，并且生成的氫氧氣體(HHO氣體)被添加到內燃機的燃料中。氫和氧的進一步添加導致基于烴的燃料的更完全燃燒，其結果是減少的有害排放物和提高的內燃機的效率。

已知有描述氫氧發(fā)生器的各種專利出版物。例如，BG 1515 U1公開了一種包括電解槽的氫氧發(fā)生器，該電解槽包括至少三個電解池，每個電解池由室組成，電極位于室中并連接到直流電流源，金屬篩網被安裝在電極之間。在每個電解池中，形成用于充入電解質的入口和用于排出生成的氫氧氣體的出口，電解池經由溢流道彼此連接。

這種已知的發(fā)生器沒有提供對電解池中的電壓的控制和穩(wěn)定。

WO 2007/133174A1公開了一種用于通過電解水來生成氫和氧的可變輸出以補充內燃機中的烴燃料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：在電解質連通中的多個電解反應器，每個反應器包括：(i)部分地填充有電解質溶液的密封陰極室；和(ii)至少部分地浸在溶液中并與室電隔離的陽極；與其中至少一個反應器電解質連通的儲存器；用于維持反應器中的溶液液位的液位控制裝置；用于將氧和氫產物從反應器引導到引擎的導管；用于轉移來自反應器的熱量的冷卻系統(tǒng)；以及用于響應于引擎需求而激勵一個或多個反應器的電勢源。

在WO 2007/133174A1中描述的系統(tǒng)沒有提供在電解池的電極之間流動的寄生電流的消除。在電解過程中，電解質溫度升高，因為被陰極和陽極覆蓋的工作表面相對于饋送的電流流較小，這導致更大的功率消耗。而且，這種已知的發(fā)生器沒有提供對各個電解池中的電壓的控制和穩(wěn)定，從而導致生成的氫氧氣體的量的減少。這些缺陷降低了發(fā)生器的效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標是提供氫氧發(fā)生器和用于產生氫氧氣體的方法，借此避免寄生電流在電解池中的電極之間出現(xiàn)。

本發(fā)明的另一個目標是提供對電解池中的電壓的控制和穩(wěn)定，同時產生更大量的氫氧氣體。

根據本發(fā)明的氫氧發(fā)生器包括由被氣密密封的殼體覆蓋的多個電解池組成的電解槽。每個電解池由室組成，從而形成其中容納多個交替的陽極和陰極的電解浴，在這些陽極和陰極之間，金屬篩網安裝在電極旁邊。電解池中的電極與直流電流源串聯(lián)連接。室的電解浴通過由絕緣材料制成的溢流道互連，溢流道水平地布置在室中的陰極和陽極的液位上方。在殼體的上部中形成與電解質儲存器連接的用于充入電解質的開口，以及至少一個用于從電解池中排出生成的氫氧氣體的出口。氫氧發(fā)生器配備有用于監(jiān)視電解池中電解質液位的傳感器和用于監(jiān)視電解質溫度的傳感器。還提供了從電解池去除熱量的冷卻系統(tǒng)。氫氧發(fā)生器具有微處理器模塊，用于控制和管理室中的電解質液位、電壓的穩(wěn)定性、電解質溫度、電解池的換向、電解質從儲存器到室的供應、所產生的氫氧氣體的量、氣體向引擎或燃燒室的供應的調節(jié)，以及在超過預設參數的情況下自動停止氫氧發(fā)生器。

金屬篩網是矩形金屬板，在其上端和下端形成開口，以分別使生成的氫氧氣體和電解質通過金屬篩網。

在本發(fā)明的一個實施例中，電極的工作表面是8cm²至12cm²。

在本發(fā)明的另一個實施例中，用于從電解池中排出生成的氫氧氣體的出口具有2至3mm的直徑。

本發(fā)明的目標還通過應用通過在氫氧發(fā)生器中水的電化學分解產生氫氧氣體的方法來實現(xiàn)，氫氧發(fā)生器包括：包括多個電解池的電解槽，每個電解池由室組成，從而形成其中容納有多個交替的陽極和陰極的電解浴，在陽極和陰極之間安裝有金屬篩網；電解池的電解浴填充有電解質并通過溢流道彼此連接，以便形成在所有電解池中具有相同液位的共用電解??；電解池的電極與直流電流源串聯(lián)連接；氫氧發(fā)生器具有微處理器模塊；該方法包括：

以45mA/cm²至55mA/cm²的電流密度執(zhí)行水的電化學分解；

通過在電解槽的上部中形成的至少一個出口抽吸生成的氧和氫的氣體混合物；

在電解過程中冷卻電解池；

通過微處理器模塊執(zhí)行以下操作：

(a)在達到預設電壓值時起動氫氧發(fā)生器；

(b)控制電解池中的電壓并通過改變供給電解池的電壓的頻率占空比來穩(wěn)定電壓；

(c)當電壓下降時中斷氫氧發(fā)生器的操作；

(d)控制系統(tǒng)中的電流，并且在達到預設值時中斷向電解池供應電壓；自動調節(jié)跨系統(tǒng)的電流，穩(wěn)定是通過供給其中一個電解池的電壓的脈沖和寬度調制并且通過跨系統(tǒng)的電流流的持續(xù)監(jiān)視執(zhí)行的；

(e)對于將跨電解池的電流增加超過預設值生成報警信號；

(f)通過傳感器控制電解池中的電解質的溫度，并且在達到預設值時中斷對電解池的電力供應；對于高溫生成報警信號；

(g)控制和管理電解池的換向；

(h)通過傳感器控制電解質液位，并且在達到預設的最小液位時中斷對電解池的電力供應；對于低液位生成報警信號；

(i)控制電解質充入，以便在達到預設液位時補充電解浴；

(j)控制所產生的氫氧氣體的量，并且調節(jié)氫氧氣體向引擎或燃燒室的供應；

(k)讀取氫氧發(fā)生器的工作時間，將這個值存儲在非易失性存儲器中，并且在達到預設值時發(fā)出進行電解質更換的信號。

根據本發(fā)明的氫氧發(fā)生器和用于產生氫氧氣體的方法的優(yōu)點如下：金屬篩網在每個電解池中的使用防止寄生電流在電極之間的流動，這允許使用多個電解池并在每個電解池中使用多個電極并且增加電力供應，而沒有升高電解質的溫度的風險。電極工作表面相對于所供應的功率較大，這一方面導致更低的功率消耗，另一方面導致所產生的氫氧氣體的量的增加。單個電解池中的電壓和功率的控制和穩(wěn)定采用氫氧發(fā)生器的最佳有效模式，而不影響和抑制內燃機的板供應(board supply)。結果是，與已知的發(fā)生器相比，根據本發(fā)明的氫氧發(fā)生器的提高的效率。

附圖說明

圖1是前視圖中根據本發(fā)明的氫氧發(fā)生器的示意圖。

圖2是俯視圖中氫氧發(fā)生器的12個電解池的示意圖。

具體實施方式

在圖1和圖2中示意性示出的氫氧發(fā)生器是由12個電解池1組成的電解槽，其被分組為兩個模塊3.A和3.B，在它們之間放置絕緣板17。3.A和3.B模塊中的每一個由六個電解池1組成，布置成一行在另一行后面–每行中有三個電解池。所有電解池1都被氣密密封的殼體(圖中未示出)緊密地覆蓋。每個電解池1包括一個室2，形成其中容納十三個電極4的電解浴–七個陽極4.2和六個陰極4.1，不銹鋼的金屬篩網5安裝在電極4之間。電解池1的電極4是由不銹鋼或鎳或鎳合金制成的板，并且每個電極具有10cm²的工作表面。電極4通過供電點16串聯(lián)連接到具有12V電源的DC源。每個室2的電解浴通過溢流道6連接到相鄰室的電解浴，溢流道6由絕緣材料制成，水平地布置在室2中的陰極和陽極的液位上方。在絕緣板17中，溢流道(圖中未示出)還被設計為連接到模塊3.A和3.B的電解池1。在氣密密封殼體的上壁中，形成用于給電解池充入電解質的入口7，并且入口7經由泵10和管道11連接到儲存器8。提供了由絕緣材料制成的用于將生成的氫氧氣體從一個室傳遞到另一個室的柔性管狀元件13，用于從電解池排出生成的氫氧氣體的出口12.2和共用出口12.1。氫氧發(fā)生器配備有風扇(未示出)，以從電解池1去除熱量，它放在氫氧發(fā)生器主體下方，并且具有用于讀取電解質液位的傳感器14，以及監(jiān)視電解質的溫度的傳感器15。電解池容納在由絕緣材料制成的盒子19中。

在另一個實施例中(圖中未示出)，意欲用于具有26.7V電源電池的重型卡車的根據本發(fā)明的氫氧發(fā)生器由24個電解池組成，并且電極的總數為312。

氫氧發(fā)生器具有微處理器模塊9，用于控制和管理室2中的電解質液位、電壓和電流強度的穩(wěn)定性、電解質溫度、電解池1的換向、用于將電解質從儲存器8供應到室的泵、所生成的氫氧氣體的量以及電力供應到引擎或具有其的燃燒室的調節(jié)，以及在超過預設參數的情況下發(fā)生器運行的自動中斷。

在這個實施例中，微處理器模塊9是具有兩個獨立退出口的數字控制PWM發(fā)生器，向兩個模塊3.A和3.B提供電力，并且配備有四行字母數字LCD顯示器。

氫氧發(fā)生器運行如下。在啟動之前，發(fā)生器的電解池1用電解質填充到既定的液位。電解質包括含有2-10％氫氧化鉀(KOH)的水。取決于內燃機的供電電池和55A的電流強度，電解在12.8V或26.7V的電源電壓下執(zhí)行。由于陰極4.1上的水分解，釋放出氧，在陽極4.2上是釋放出氫。這些氣體進入電解質上方的空間，并且生成的氫氧氣體混合物(HHO氣體)通過出口12.1被抽吸并與供應給內燃機的進氣混合。退出口出口12.1的尺寸小于3mm，以防止寄生電流流過其。

除了PWM信號的操作之外，微處理器模塊9還執(zhí)行以下軟件設置的功能：

-在達到預設值(12.8V或26.7V，取決于內燃機電池)時控制電壓并起動氫氧發(fā)生器的操作。這種啟動以可以設置在1秒和5分鐘之間的范圍內的延遲來執(zhí)行。通過供給電解池的電壓的頻率占空比的交替，執(zhí)行電壓的穩(wěn)定。

-當電壓降至低于預設值(12.6V或26.4V)時，中斷氫氧發(fā)生器的操作。在兩個值之間引入差異(滯后)，從而提供穩(wěn)定的操作和值交替的可能性。

-控制系統(tǒng)中的電流流，并且在達到預設值(80A)時中斷對電解池1的電力供應；流經過電解池1的電流的增加時生成報警信號；測量流經電解池1的電流并計算由系統(tǒng)消耗的平均功率。這個信息將永久顯示。自動調節(jié)和穩(wěn)定系統(tǒng)中的電流流，穩(wěn)定是通過對供給其中一個電解池的電壓的寬度和脈沖調制以及通過整個系統(tǒng)中的電流的連續(xù)監(jiān)視來執(zhí)行的。穩(wěn)定的精度低于5％；最大穩(wěn)定電流為80A；將跨電解池的電流增加超過預設值時生成報警信號；

-經由傳感器15控制電解池1中的電解質的溫度，并且在達到預設值(55℃)時中斷對電解池的電力供應；高溫時生成報警信號；

-通過傳感器14控制電解質液位，并且在達到預設的最低液位時中斷對電解池1的電力供應；低液位時生成報警信號。

-在達到預設液位時運行泵10，以便給電解池1補充電解質。在達到最大液位時關閉泵10；兩個液位都由浸在電解質中的傳感器14的位置確定。

-讀取發(fā)生器的工作時間并將這個值存儲在非易失性存儲器中。這個信息只能在服務模式下被讀取。在達到預設值時，顯示關于電解質更換的信息。這個消息僅在服務模式下被去除。

-作為時間的函數保存在非易失性存儲器中的數據庫存儲以下信息：讀取的日期和時間；供給系統(tǒng)的電壓；流經電解池的電流；電解質溫度。

-瞬時操作模式、測量值、報警事件和其它參數在顯示器上被可視化。

多個電解池以及每個電解池中多個電極的采用允許氫氧發(fā)生器在更高的電壓下操作，同時防止電極之間寄生電流的流動。這導致生成的氫氧氣體的量的增加并且提高了氫氧發(fā)生器的效率。

向在內燃機中使用的燃料添加氫氧氣體導致燃料的更完全燃燒，從而顯著減少有害排放物的量并提高用汽油、柴油或天然氣作為燃料的引擎的效率。

根據本發(fā)明的氫氧發(fā)生器可以應用在工業(yè)中使用的各種燃燒設施中。上面的實施例不限制本發(fā)明。本領域技術人員將認識到，在權利要求的范圍內，可以存在根據本發(fā)明的氫氧發(fā)生器和用于獲得氫氧氣體的方法的其它實施例。