[发明专利]氢按需电解燃料电池系统

说明书

要求较早提交的临时申请的受益的声明

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，由同一发明人于2013年3月15日提交的临时申请的受益。

技术领域

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；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。

背景技术

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H₂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HHO，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H₂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H₂和O₂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。

发明内容