[发明专利]用于产生氢的设备

说明书

描述了通过电解产生氢的设备(1)。设备(1)包括在使用中适于容纳含水电解质的壳体(2，3)。多个电极(19，22)位于壳体(1)内。电极(19，22)包括多个阴极(19)和多个阳极(22)。电极(19，22)各自具有第一端部(21，18)，并且每个电极(19，22)在第一端部(21，18)处安装在壳体的第一侧壁(24)上，使得第一端部(21，18)适于在使用中耦合到电源(104)。电极(19，22)呈细长部件的形式并且以线性阵列布置，使得每个阳极(22)通过阴极(19)与相邻的阳极(22)分离并且每个阴极(19)通过阳极(22)与相邻的阴极(19)分离。

技术领域

本发明涉及用于产生氢的设备，尤其是用于产生供应给内燃机的氢的设备。

背景技术

在氢燃料增强过程中在内燃机中使用氢和传统碳氢燃料的混合物是已知的。目前的研究表明，向内燃机引入氢和氧有可能产生更低的排放和更高的热效率，从而提高燃油经济性。由于氢和氧有助于更有效地“燃烧”化石燃料，因此可以实现更低的排放。这种优势有几个原因，包括：

1、广泛的可燃性。与几乎所有其他燃料相比，氢具有更宽的可燃范围(空气体积4-74％，相对于燃油(汽油)的空气体积1.4-7.6％)。这具有通过降低燃料混合物的燃烧温度而使燃料混合物更完全燃烧并由此降低污染物例如氮氧化物(NOX)的排放的优点。易燃范围(爆炸范围)是如果引入点火源会燃烧(或爆炸)的气体或蒸汽的浓度范围。在爆炸或易燃范围以下，混合物过于稀薄而无法燃烧，并超过上限爆炸或易燃极限，混合物过浓而不能燃烧。

2、低点火能量。点燃氢所需的能量数量级低于点燃汽油所需的能量(对于氢的0.02MJ，相对于汽油的0.2MJ)。这有助于确保稀薄混合物的点火并且还能够及时点火。

4、小的扑灭距离。氢具有很小的扑灭距离(对于氢的0.6mm，相对于汽油的2.0mm)，其指的是与燃烧火焰熄灭的内部汽缸壁的距离。因此，扑灭氢焰比其他大多数燃料如汽油或柴油的火焰更难扑灭。这提供了更完整的燃烧循环。

5、高火焰速度。氢以高火焰速度燃烧，当使用化学计量混合燃料时，允许发动机中的氢更接近热力学理想的发动机循环(最有效的燃料对动力比)。

6、高扩散性。氢迅速分散到空气中，允许更均匀的燃料与空气的混合物，并减少氢泄漏造成重大安全问题的可能性。

为此产生氢和氧的一种方式是使用再生氢燃料电池。该方式使用电解水，由于电流通过水，导致水(H₂O)分解成氧气和氢气。这种电解过程产生的气体混合物有时称为羟基气体或布朗斯气体，有时用化学符号HHO表示。

水电解的基本原理是电源连接到两个电极：带负电的阴极和带正电的阳极。电源可以由电池提供，通常为12伏或24伏电池。内燃机可以安装在静止的环境中，例如压缩机或发电机的一部分。在内燃机位于静止的环境中的情况下，电源可以是电池或任何其他方便的或合适的电源。这可能包括变压器和/或AC/DC电压转换器。

在车辆中安装了内燃机的情况下，通常车辆上也安装了电池。包含至少一个阳极和至少一个阴极的电极被放置在水中并且电流通过水。在带负电的阴极处发生还原反应，其中来自阴极的电子被给予氢催化剂以形成氢气。在带正电荷的阳极处发生氧化反应，产生氧气并将电子给予阴极以完成电路。

纯水的电解需要过量能量以超过潜力的形式来克服各种激活屏障。如果没有多余的能量，纯水的电解如果发生则非常缓慢。因此，电解水的功效通常通过添加电解质(例如盐，酸或碱)并且有时通过使用电催化剂来提高。

常规系统使用混合在水中的预定浓度的电解质，并且电解反应通常由30安培至40安培的电流驱动。这种相对较高的电流会增加车载电池的负载并缩短电池和车载电子元件的使用寿命。另外，在电解过程中使用这种高电流会导致电解电池中的电解质溶液达到不希望的高温。