用于內(nèi)燃機(jī)的按需產(chǎn)生氫氣的氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供一種按需生產(chǎn)的便攜式氫氣產(chǎn)生系統(tǒng)（1），用于生產(chǎn)氫氣并將氫氣作為燃料補(bǔ)充劑注入內(nèi)燃機(jī)（32），尤其是車輛（31）的內(nèi)燃機(jī)（32）的進(jìn)氣口。氫氣與氧氣通過燃料電池在低溫低壓下由供應(yīng)箱（6）中的水生產(chǎn)。氫氣與氧氣被送回供應(yīng)箱（6）以用于分配和水保存。上述氣體由箱（6）中的隔板（17）和箱（6）中的水面保持分離。在汽油發(fā)動機(jī)（32）的情況下，氫氣被引到發(fā)動機(jī)（32）的進(jìn)氣口（38），而氧氣排放到大氣中。該裝置（1）可選地由車輛電池（33）、獨立電池、內(nèi)燃機(jī)（32）的廢熱或太陽能提供動力。該系統(tǒng)（1）采用了允許對該裝置（1）提供動力的真空開關(guān)（35）或其他發(fā)動機(jī)傳感器，由此僅在發(fā)動機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生氫氣。因此，隨著氫氣產(chǎn)生，它立即被發(fā)動機(jī)（32）消耗。沒有氫氣儲存在車輛（31）上、車輛內(nèi)或車輛周圍。
【專利說明】用于內(nèi)燃機(jī)的按需產(chǎn)生氫氣的氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及氫氣產(chǎn)生裝置。更具體地，本發(fā)明涉及可用于內(nèi)燃機(jī)以提高燃料效率并且減少碳排放的氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]市場上存在多種生成HHO氣體的裝置，該HHO氣體也稱為布郎氣體，用作汽油和柴油發(fā)動機(jī)的補(bǔ)充劑。HHO由兩個氫與一個氧組成。這些裝置通常包含將水分解成氫與氧的電解槽。實例為專利4023405號。這些電解槽通常使用電解質(zhì)，最顯著地是氫氧化鉀(KOH)或者碳酸氫鈉。對該裝置施加電壓以生產(chǎn)HHO氣體。
[0003]大多數(shù)這些裝置的主要問題是產(chǎn)生氫氣所需要的能量對車輛的電氣系統(tǒng)造成很大的負(fù)荷。類似于在任何車輛內(nèi)運(yùn)行空調(diào)裝置，附加的電負(fù)載導(dǎo)致每加侖的英里數(shù)減少。盡管氫氣通常提高車輛的效率和每加侖的英里數(shù)，但在車輛上用于產(chǎn)生氫氣的附加的電負(fù)載往往高至需要最小化的程度或在許多情況下否定車輛的大部分或全部的里程收益。
[0004]此外，大多數(shù)HHO系統(tǒng)產(chǎn)生混合氣流形式的氫氣和氧氣。氫氣與氧氣一般沒有彼此分離。在現(xiàn)代的汽油動力車輛的情況下，這種額外的氧氣被車輛的氧氣傳感器檢測，該氧氣傳感器將此額外的氧氣水平傳達(dá)給車載計算機(jī)，即車輛的電子控制單元ECU。當(dāng)電子控制單元檢測到此額外的氧氣時，這是發(fā)動機(jī)正縮缸(lean)運(yùn)行且ECU對發(fā)動機(jī)加入更多汽油的信號。這也否定了大部分的燃料效率收益。
[0005]再者，HHO系統(tǒng)通常使用碳酸氫鈉或者氫氧化鉀(Κ0Η)。氫氧化鉀通常由于其穩(wěn)定性且其對用在電解槽中的不銹鋼板或其它板產(chǎn)生更低的劣化而比碳酸氫鈉優(yōu)選。但是，氫氧化鉀由于其具有腐蝕性而必須小心處理，而且如果處理不當(dāng)，其結(jié)晶體將會造成危險。為了電解槽的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)，電解質(zhì)正常需要以一定比例注入到單元中。使用它的時候需要格外小心。它不是通常你可以放心地交到?jīng)]有經(jīng)驗的消費者手中的產(chǎn)品類型。
[0006]代表性的HHO系統(tǒng)的另一個問題是復(fù)雜的安裝。通常需要在發(fā)動機(jī)艙或者車輛外部找到空間。由于所有的車輛不盡相同，在多種車輛的發(fā)動機(jī)罩下找到合適的地點來安裝該裝置幾乎是不可能的。而且該系統(tǒng)通常連接到車輛的電氣系統(tǒng)，如果安裝不當(dāng)，這會導(dǎo)致保險絲燒斷和很多其他問題。氫氣僅在汽車運(yùn)行時需要，而不是在打開點火時。在安裝過程中，必須小心觀察以確保僅在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時對該裝置提供電能。否則氫氣會在進(jìn)氣口中累積。這進(jìn)一步使這些系統(tǒng)的安裝復(fù)雜化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生氫氣并將所述氫氣注入內(nèi)燃機(jī)，尤其是車輛的內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口的按需生產(chǎn)的便攜式緊湊型氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)。氫氣與氧氣通過燃料電池由供應(yīng)箱中的水在低溫低壓下生產(chǎn)。氫氣與氧氣被送回供應(yīng)箱以用于分配和水保存。上述氣體由箱中的隔板和箱中的水面保持分離。在汽油發(fā)動機(jī)的情況下，氫氣被送到發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口，而氧氣可選擇地排放到大氣中。該裝置可以由車輛交流發(fā)電機(jī)、獨立電池、廢熱或太陽能提供動力。該系統(tǒng)采用了對該系統(tǒng)提供的動力進(jìn)行控制的真空開關(guān)或其他發(fā)動機(jī)傳感器，由此用于發(fā)動機(jī)的氫氣生產(chǎn)僅在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時進(jìn)行。因此，氫氣隨其產(chǎn)生而立即被發(fā)動機(jī)消耗。沒有氫氣儲存在車輛上、車輛內(nèi)或車輛周圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]從以下結(jié)合附圖看到的示例實施方式和權(quán)利要求的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的前述內(nèi)容及更好理解將變得明顯，實施方式、權(quán)利要求和附圖均構(gòu)成本發(fā)明公開內(nèi)容的一部分。雖然前述和以下所書面描述的公開內(nèi)容集中于本發(fā)明公開的示例實施方式，但應(yīng)清楚理解的是，本發(fā)明公開的示例實施方式是為了說明且僅為示例，本發(fā)明不限于此，其中附圖的簡要說明如下:
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明示出水箱和殼體設(shè)計的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)的詳圖；
[0010]圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明安裝在典型車輛內(nèi)的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)；
[0011]圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的PEM電解槽的運(yùn)轉(zhuǎn)以及細(xì)節(jié)的示意圖；
[0012]圖4為根據(jù)本發(fā)明的水箱6的另一實施方式的示意圖；
[0013]圖5A-圖5B為根據(jù)本發(fā)明的安裝托架3的另一實施方式的示意圖；
[0014]圖6為根據(jù)本發(fā)明的控制電路50的一種實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]如下面將更詳細(xì)描述的，本發(fā)明提供了用于提高內(nèi)燃機(jī)的燃料效率并降低碳排放的設(shè)備、方法與系統(tǒng)，特別是例如氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)。本發(fā)明提供了如下說明的多種實施方式。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明并不限于本文所描述的實施方式，而是可擴(kuò)展至本領(lǐng)域技術(shù)人員已知或?qū)⒅钠渌鼘嵤┓绞健?br> [0016]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)1，氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)I包括可由安裝托架3與緊固單元4固定在車輛的主體(trunk)或其他平整表面上的殼體單元2。燃料電池5和以使水7通過重力供應(yīng)給燃料電池的方式安置在燃料電池5的上面的水箱6在殼體單元2的內(nèi)部。水箱6由支撐構(gòu)件8支撐在殼體單元2內(nèi)且在燃料電池上方。殼體單元設(shè)計為易于從安裝托架3拆卸。
[0017]水箱6包括安置于其下側(cè)且與管或其它供應(yīng)構(gòu)件10連接的供水接頭9，上述管或其它供應(yīng)構(gòu)件10又連接到燃料電池5上的進(jìn)水接頭11。水通過供應(yīng)構(gòu)件10供應(yīng)至燃料電池5。燃料電池5還包括氫氣出口接頭12和氧氣出口接頭13，氫氣出口接頭12和氧氣出口接頭13通過管或另外的供應(yīng)構(gòu)件14和15與水箱6的下側(cè)的進(jìn)氣接頭16連接。水箱包括至少一個隔板17，該隔板17將水箱6分隔成至少兩個部分，即氫氣部分18與氧氣部分19。隔板17沿著水箱6的內(nèi)壁形成并自水箱6的底表面20延伸約1/4"。水箱6包括允許向該箱注水的充注管口 21。隨著水放入水箱6中，該箱在隔板17的兩側(cè)均勻充注。
[0018]公知的用于產(chǎn)生電的燃料電池5被逆向操作來產(chǎn)生氫氣與氧氣。水自水箱注入燃料電池且在對該電池施加電壓時，生產(chǎn)氫氣與氧氣。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，燃料電池5可例如是質(zhì)子交換膜電解槽或聚合物電解質(zhì)膜(PEM)電解槽。PEM電解槽包括通常由離聚物制成并且設(shè)計為在使諸如氧氣或氫氣之類的氣體無法滲透的同時而傳導(dǎo)質(zhì)子的半透膜。當(dāng)被并入到質(zhì)子交換膜燃料電池或質(zhì)子交換膜電解槽的膜電極組件(MEA)中時，所述半透膜的基本功能是:隔離反應(yīng)物和傳輸質(zhì)子。
[0020]已知的是，電解槽是通過施加電能而由水產(chǎn)生氫氣和氧氣的裝置，并且所述電解槽包括一系列板，當(dāng)施加低電壓直流時，水流過所述板。通過通電，電解槽通常通過將化合物分解為基本部分或更簡單產(chǎn)物而將水分解成氫氣和氧氣。
[0021]在圖3中示出了 PEM電解槽。PEM電解槽包括多個層，所述多個層包括:彼此相對布置的外部電極41，所述外部電極41中的一個是陽極41a，而另一個是陰極41b ;分別布置在陽極41a和陰極41b上的電催化劑42a和42b ；以及布置在電催化劑2a和42b之間的膜
43。PEM電解槽進(jìn)一步包括外部電路44，所述外部電路44以下述方式將電力施加到陽極41a和陰極41b，即，使電力以電子的形式從陽極41a沿外部電路44流動到陰極41b并且使質(zhì)子從陽極41a穿過膜43到達(dá)陰極41b。
[0022]PEM電解槽的效率主要依賴于它的膜和電催化劑的性能。膜43包括固態(tài)含氟聚合物，所述固態(tài)含氟聚合物被部分地化學(xué)改性以包含磺酸基SO3H，所述磺酸基能容易地以帶正電荷的原子或H+質(zhì)子的形式釋放它們的氫:S03H->S03_+H+。
[0023]這些離子或帶電荷的形式使得水可以透過膜結(jié)構(gòu)而不產(chǎn)生氣體，即不產(chǎn)生氫氣H2和氧氣O2分子。所產(chǎn)生的水合質(zhì)子H3O+可自由移動而磺酸鹽離子S03_保留固定在聚合物側(cè)鏈上。因此，當(dāng)對膜43施加電場時，水合質(zhì)子被吸引到帶負(fù)電荷的電極，即陰極41b。因為移動的電荷相當(dāng)于電流，膜43充當(dāng)電的導(dǎo)體。也可稱為質(zhì)子導(dǎo)體。
[0024]所使用的典型的膜材料被稱為“全氟磺酸(nafion)”。全氟磺酸是包含小比例磺酸基或羧酸基離子官能基的全氟化聚合物。
[0025]因此，如圖3所示，水H20進(jìn)入電池并且在膜43的表面被分解以形成質(zhì)子、電子以及氣態(tài)氧。當(dāng)質(zhì)子在所施加的電場的影響下穿過膜43并且電子通過外部電路44時，氣態(tài)氧離開所述電池。質(zhì)子和電子在相對的表面處(即作為陰極41b已知的帶負(fù)電荷的電極)結(jié)合，以形成純凈的氣態(tài)氫。
[0026]在燃料電池5的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，少量的水、氫氣泡22和氧氣泡23分別從燃料電池5的氫氣出口 12和氧氣出口 13冒出并流入箱6的氫氣側(cè)18和氧氣側(cè)19。上述氣泡經(jīng)過水上升到由箱內(nèi)的水面和箱隔板17形成的上部空氣腔體24。氫氣與氧氣在上部腔體24內(nèi)由隔板17和箱內(nèi)的水面保持彼此分離。隨著氫氣與氧氣充注它們各自的上部腔體24，氫氣通過上述箱上側(cè)的接頭25流出上部腔體，氧氣通過上述箱上側(cè)的接頭26流出上部腔體。氫氣通過與殼體單元2的氫氣接頭28連接的管27流動。氧氣通過與殼體單元2的接頭30連接的管29流動。
[0027]如圖2所示，由汽油或柴油發(fā)動機(jī)32提供動力的車輛31裝配有便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)I。由連接至電線34的車輛電池33對便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)I供電。氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)的電路包括真空開關(guān)35或其它發(fā)動機(jī)傳感器，以及操作控制開關(guān)(operator controlledswitch) 36，操作控制開關(guān)36在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時接通便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)I的電路。一旦對便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)I供電，氫氣通過與殼體單元2的氫氣接頭28連接的氫氣出口管37流到車輛發(fā)動機(jī)32的進(jìn)氣口 38。氧氣通過氧氣出口管39流動，并在具有氧氣傳感器的汽油發(fā)動機(jī)的情況下排放到大氣中。上述兩種氣體能夠可選地結(jié)合用于不具有氧氣傳感器的柴油發(fā)動機(jī)車輛或其它內(nèi)燃機(jī)。
[0028]圖4中示出了水箱6的一個替代實施方式。根據(jù)如圖4中所示的水箱6，隔板17a和17b被配置在箱的相對兩端以將水箱6分隔成氫氣部分18和氧氣部分19。各隔板17a, 17b沿著水箱6的內(nèi)壁形成并自水箱6的底表面20延伸約1/4"。隨著水放入水箱6中，該箱在各隔板17a和17b的兩側(cè)均勻充注。
[0029]根據(jù)本發(fā)明之前所述的，隨著氫氣與氧氣注入它們各自的上部腔體24，氫氣通過上述箱上側(cè)的接頭25流出上部腔體，氧氣通過上述箱上側(cè)的接頭26流出上部腔體?；蛘?，所述接頭25和26可由氣體收集器45和46替代。各氣體收集器45，46被構(gòu)造為包括擋板47a和47b，所述擋板47a和47b用于防止水濺入或進(jìn)入到管27和29中。各擋板47a，47b配置為從氣體收集器45和46的內(nèi)表面垂直伸出。具體來說，擋板47a配置為從氣體收集器45，46的內(nèi)表面的一部分延伸，該內(nèi)表面的一部分與所述氣體收集器45，46的內(nèi)表面的另一部分相對，擋板47b從所述氣體收集器45，46的內(nèi)表面的另一部分延伸。
[0030]圖5A-圖5B中示出了安裝托架3的一個替代實施方式。安裝托架3具有形成在其中的安置在安裝托架3的角部附近的橢圓形孔48，橢圓形孔48用于容納布置在殼體單元2的底凸緣(undersigned)上的螺釘/雙頭螺柱。橢圓形孔48通過容納布置在殼體單元2的底凸緣上的螺釘/雙頭螺柱而使得殼體單元2能夠被可拆卸地附接到安裝托架3上。殼體單元2可從安裝托架3上拆卸，這就允許使用者拆卸該裝置以便進(jìn)行包括加水、進(jìn)行維修、更換部件及其它在內(nèi)的維護(hù)。
[0031]舉例而言，電路可由如圖6所示的用于控制氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)的控制電路50而提供?？刂齐娐?0包括真空開關(guān)35或者其它發(fā)動機(jī)傳感器、操作控制開關(guān)36、全球定位系統(tǒng)(GPS)51、與門電路52或其它類似電路以及開關(guān)53，所述真空開關(guān)35或者其它發(fā)動機(jī)傳感器在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時提供正輸出，所述操作控制開關(guān)36在所述操作控制開關(guān)36被移動到接通位置時提供來自所述真空開關(guān)35的正輸出，所述全球定位系統(tǒng)51在汽車的速度超過預(yù)定的水平時提供正輸出，所述與門電路52或其它類似電路在所述操作控制開關(guān)36和所述GPS51的輸出都為正時提供正輸出，所述開關(guān)53在所述與門電路52供給正輸出時將電力切換給所述燃料電池5，因此使得所述燃料電池5在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并且汽車速度超過預(yù)定水平時運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0032]當(dāng)發(fā)動機(jī)的負(fù)載沒有超過預(yù)定水平且由氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)生產(chǎn)并且供應(yīng)到汽油動力發(fā)動機(jī)的氫氣的量落入預(yù)設(shè)的范圍之內(nèi)時，所述氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)在汽油動力發(fā)動機(jī)中最佳地運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0033]在汽油動力發(fā)動機(jī)中，氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)所使用的電力由發(fā)動機(jī)交流發(fā)電機(jī)供應(yīng)。如上所述，僅僅當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并且汽車速度超過預(yù)定水平時，才供應(yīng)電力。因此，氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)施加在發(fā)動機(jī)上的負(fù)載與從交流發(fā)電機(jī)中取得的電力(以安培為單位測量)量有關(guān)。最佳地，當(dāng)發(fā)動機(jī)上的負(fù)載不超過4安培的從交流發(fā)電機(jī)取得的電流或以另外一種方式測量的不超過56瓦特時，氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)在汽油動力發(fā)動機(jī)上最好地運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)注意，安培或瓦特的量取決于發(fā)動機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的規(guī)格(四、六或八汽缸，等等)。還應(yīng)注意，柴油發(fā)動機(jī)具有不同的最佳負(fù)載設(shè)置。
[0034]另外，在汽油動力發(fā)動機(jī)中，氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)產(chǎn)生并且供應(yīng)到汽油動力發(fā)動機(jī)的最佳的氫氣量落在0.10?0.25升/每分鐘的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。
[0035]在上述的基礎(chǔ)上，當(dāng)發(fā)動機(jī)上的負(fù)載不超過4安培或以另外一種方式測量的不超過56瓦特并且氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)產(chǎn)生并供應(yīng)到汽油動力發(fā)動機(jī)的氫氣量落在0.10?0.25升/每分鐘的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，汽油動力發(fā)動機(jī)取得了最高的燃油效率(以公里/加侖來測量)。
[0036]雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神與范圍可以對其進(jìn)行多種修改。所有此類修改均落入所附權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，用于對內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)氫氣，所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)包括: 殼體單元； 燃料電池，安裝在所述殼體單元內(nèi)，將水轉(zhuǎn)換成氫氣和氧氣； 水箱，安裝在所述殼體單元內(nèi)，安置為向所述燃料電池供應(yīng)水； 電源，用于對所述燃料電池供電； 發(fā)動機(jī)傳感器，用于檢測所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；和 操作控制開關(guān)， 其中，所述水箱包括至少一個箱隔板，所述箱隔板將所述水箱分隔成至少兩個部分，在所述水箱內(nèi)被放入水時，所述至少兩個部分都充注水； 其中，所述水箱在其頂部至少包括用于分別收集氫氣和氧氣的第一氣體收集腔體和第二氣體收集腔體，所述氣體收集腔體由所述水箱的頂部表面、所述箱隔板和所述水箱內(nèi)的水面形成； 其中，每個所述氣體 收集腔體在其頂部包括用于分配氫氣和氧氣中的一種至所述水箱外的接頭； 其中，在所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)且所述操作控制開關(guān)被激活時，所述電源對所述燃料電池供電； 其中，當(dāng)供電時，所述燃料電池由供應(yīng)到所述燃料電池中的水生產(chǎn)氫氣和氧氣，所述氫氣和氧氣被引導(dǎo)經(jīng)過所述水箱進(jìn)入所述水箱頂部的相應(yīng)的所述氣體收集腔體中以用于適當(dāng)?shù)臍怏w分配，從而使得氫氣被供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)中以用于所述內(nèi)燃機(jī)中的燃燒； 其中，所述燃料電池是質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽；并且 其中，所述PEM電解槽包括: 多個層，所述多個層包括:彼此相對布置的外部電極、電催化劑以及膜，所述外部電極中的一個是陽極而另一個是陰極，所述電催化劑分別布置在所述陽極和所述陰極上，所述膜布置在電催化劑之間；和 外部電路，所述外部電路以下述方式將電力施加到陽極和陰極，使電力以電子的形式從陽極沿外部電路流動到陰極并且使質(zhì)子從陽極穿過膜到達(dá)陰極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 安裝托架，所述安裝托架將所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)安裝到包括內(nèi)燃機(jī)的車輛的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述水箱安置在所述燃料電池的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 控制電路，所述控制電路具有開關(guān)，當(dāng)所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)時，所述控制電路對所述燃料電池供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述燃料電池包括: 多個層；并且 其中，電力以生產(chǎn)氫氣和氧氣的方式施加到所述燃料電池的相對的層。
6.一種將氫氣供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)的方法，包括:由安裝在殼體單元內(nèi)的燃料電池將水轉(zhuǎn)換成氫氣和氧氣； 由安裝在所述殼體單元內(nèi)的水箱對所述燃料電池供應(yīng)水； 由發(fā)動機(jī)傳感器檢測所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)； 在所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)且所述操作控制開關(guān)被激活時，由電源對所述燃料電池供電； 當(dāng)供電時，通過所述燃料電池由供應(yīng)到所述燃料電池中的水生產(chǎn)氫氣和氧氣，所述氫氣和氧氣被引導(dǎo)經(jīng)過所述水箱進(jìn)入所述水箱頂部的相應(yīng)的氣體收集腔體中以用于適當(dāng)?shù)臍怏w分配；以及 將氫氣供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)中以用于所述內(nèi)燃機(jī)中的燃燒， 其中，所述水箱包括至少一個箱隔板，所述箱隔板將所述水箱分隔成至少兩個部分，在所述水箱內(nèi)放入水時，所述至少兩個部分都充注水； 其中，每個所述氣體收集腔體在其頂部包括用于分配氫氣和氧氣中的一種至所述水箱外的接頭； 其中，所述燃料電池是質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽；并且 其中，所述PEM電解槽包括: 多個層，所述多個層包括:彼此相對布置的外部電極、電催化劑以及膜，所述外部電極中的一個是陽極而另一個是陰極，所述電催化劑分別布置在所述陽極和所述陰極上，所述膜布置在電催化劑之間；和 外部電路，所述外部電路以下述方式將電力施加到陽極和陰極，使電力以電子的形式從陽極沿外部電路流動到陰極并且使得質(zhì)子從陽極穿過膜到達(dá)陰極。`
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，安裝托架將所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)安裝到包括內(nèi)燃機(jī)的車輛的表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述水箱安置在所述燃料電池的上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，當(dāng)所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)時，具有開關(guān)的控制電路對所述燃料電池供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述燃料電池包括: 多個層；并且 其中，電力以生產(chǎn)氫氣和氧氣的方式施加到所述燃料電池的相對的層。
11.一種便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，用于對內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)氫氣，所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)包括: 殼體單元； 燃料電池，安裝在所述殼體單元內(nèi)，將水轉(zhuǎn)換成氫氣和氧氣； 水箱，安裝在所述殼體單元內(nèi)，安置為向所述燃料電池供應(yīng)水； 電源，用于對所述燃料電池供電； 發(fā)動機(jī)傳感器，用于檢測所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；和 操作控制開關(guān)， 其中，所述水箱包括至少一個箱隔板，所述箱隔板將所述水箱分隔成至少兩個部分，在所述水箱內(nèi)被放入水時，所述至少兩個部分都充注水； 其中，所述水箱在其頂部至少包括用于分別收集氫氣和氧氣的第一氣體收集腔體和第二氣體收集腔體，所述氣體收集腔體由所述水箱的頂部表面、所述箱隔板和所述水箱內(nèi)的水面形成； 其中，每個所述氣體收集腔體在其頂部包括用于分配氫氣和氧氣中的一種至所述水箱外的接頭； 其中，在所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)且所述操作控制開關(guān)被激活時，所述電源對所述燃料電池供電； 其中，當(dāng)供電時，所述燃料電池由供應(yīng)到所述燃料電池中的水生產(chǎn)氫氣和氧氣，所述氫氣和氧氣被引導(dǎo)經(jīng)過所述水箱進(jìn)入所述水箱頂部的所述氣體收集腔體中以用于適當(dāng)?shù)臍怏w分配，從而使得氫氣被供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)中以用于所述內(nèi)燃機(jī)中的燃燒； 其中，所述水箱包括第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板被配置在所述箱的相對兩端以將所述箱分隔成氫氣部分和氧氣部分；并且 其中，各隔板沿著所述水箱的內(nèi)壁形成并自水箱的底表面延伸至預(yù)定位置，以便當(dāng)水被放入水箱中時，所述水箱在各隔板的兩側(cè)均勻充注。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 安裝托架，所述安裝托架將所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)安裝到包括內(nèi)燃機(jī)的車輛的表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求 11所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述水箱安置在所述燃料電池的上方。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 控制電路，所述控制電路具有開關(guān)，當(dāng)所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)時，所述控制電路對所述燃料電池供電。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述燃料電池包括: 多個層；并且 其中，電力以生產(chǎn)氫氣和氧氣的方式施加到所述燃料電池的相對的層。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述水箱包括: 供水接頭，所述供水接頭安置于所述水箱的下側(cè)并且與連接到所述燃料電池上的進(jìn)水接頭的管連接， 其中，水通過所述管供應(yīng)到所述燃料電池，并且 其中，所述燃料電池進(jìn)一步包括氫氣出口接頭和氧氣出口接頭，所述氫氣出口接頭和氧氣出口接頭通過另外的管與水箱下側(cè)的進(jìn)氣接頭連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，在燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，少量的水、氫氣泡和氧氣泡分別從燃料電池的氫氣出口和氧氣出口冒出并流入所述水箱的氫氣側(cè)和氧氣側(cè)， 其中，氣泡經(jīng)過水上升到由箱內(nèi)的水面和箱隔板形成的上部空氣腔體中，使得氫氣和氧氣在所述上部腔體內(nèi)由所述隔板保持彼此分離，并且 其中，隨著氫氣與氧氣充注它們各自的上部腔體，氣體通過氫氣接頭和氧氣接頭流出所述上部腔體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述氫氣接頭和氧氣接頭分別能夠由氣體收集器來替代，所述氣體收集器被構(gòu)造為包含用于防止水濺入或進(jìn)入所述管中的擋板。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，各擋板被構(gòu)造為從氣體收集器的內(nèi)表面垂直地伸出，并且 其中，第一擋板配置為從氣體收集器的內(nèi)表面的一部分延伸，所述內(nèi)表面的一部分與所述氣體收集器的內(nèi)表面的另一部分相對，第二擋板從所述氣體收集器的內(nèi)表面的另一部分延伸。
20.一種將氫氣供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)的方法，包括: 由安裝在殼體單元內(nèi)的燃料電池將水轉(zhuǎn)換成氫氣和氧氣； 由安裝所述在所述殼體單元內(nèi)的水箱對所述燃料電池供應(yīng)水； 由發(fā)動機(jī)傳感器檢測所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)； 在所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)且所述操作控制開關(guān)被激活時，由電源對所述燃料電池供電； 當(dāng)供電時，通過所述燃料電池由供應(yīng)到所述燃料電池中的水生產(chǎn)氫氣和氧氣，所述氫氣和氧氣被引導(dǎo)經(jīng)過所述水箱進(jìn)入所述水箱頂部的相應(yīng)的氣體收集腔體中以用于適當(dāng)?shù)臍怏w分配；以及 將氫氣供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)中以用于所述內(nèi)燃機(jī)中的燃燒， 其中，所述水箱包括至少一個箱隔板，所述箱隔板將所述水箱分隔成至少兩個部分，在所述水箱內(nèi)放入水時，所述至少兩個部分都充注水； 其中，每個所述氣體收集腔體在其頂部包括用于分配氫氣和氧氣中的一種至所述水箱外的接頭；` 其中，所述水箱包括第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板被配置在所述箱的相對兩端以將所述箱分隔成氫氣部分和氧氣部分；并且 其中，各隔板沿著所述水箱的內(nèi)壁形成并自水箱的底表面延伸至預(yù)定位置，以便當(dāng)水被放入水箱中時，所述水箱在各隔板的兩側(cè)均勻充注。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，安裝托架將所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)安裝到包括內(nèi)燃機(jī)的車輛的表面上。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述水箱安置在所述燃料電池的上方。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，當(dāng)所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)時，具有開關(guān)的控制電路對所述燃料電池供電。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述燃料電池包括: 多個層；并且 其中，電力以生產(chǎn)氫氣和氧氣的方式施加到所述燃料電池的相對的層。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述水箱包括: 供水接頭，所述供水接頭安置于所述水箱的下側(cè)并且與連接到所述燃料電池上的進(jìn)水接頭的管連接， 其中，水通過所述管供應(yīng)到所述燃料電池，并且 其中，所述燃料電池進(jìn)一步包括氫氣出口接頭和氧氣出口接頭，所述氫氣出口接頭和氧氣出口接頭通過另外的管與水箱下側(cè)的進(jìn)氣接頭連接。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，在燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，少量的水、氫氣泡和氧氣泡分別從燃料電池的氫氣出口和氧氣出口冒出并流入所述水箱的氫氣側(cè)和氧氣側(cè)，其中，氣泡經(jīng)過水上升到由箱內(nèi)的水面和箱隔板形成的上部空氣腔體中，使得氫氣和氧氣在所述上部腔體內(nèi)由所述隔板保持彼此分離，并且 其中，隨著氫氣與氧氣充注它們各自的上部腔體，氣體通過氫氣接頭和氧氣接頭流出所述上部腔體。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述氫氣接頭和氧氣接頭分別能夠由氣體收集器來替代，所述氣體收集器被構(gòu)造為包含用于防止水濺入或進(jìn)入所述管中的擋板。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，各擋板配置為從氣體收集器的內(nèi)表面垂直地伸出，并且 其中，第一擋板配置為從氣體收集器的內(nèi)表面的一部分延伸，所述內(nèi)表面的一部分與所述氣體收集器的內(nèi)表面的另一部分相對，第二擋板從所述氣體收集器的內(nèi)表面的另一部分延伸。
29.一種便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，用于對內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)氫氣，所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)包括: 殼體單元； 燃料電池，安裝在所述殼體單元內(nèi)，將水轉(zhuǎn)換成氫氣和氧氣； 水箱，安裝在所述殼體單元內(nèi)，安置為向所述燃料電池供應(yīng)水； 電源，用于對所述燃料電池供電； 發(fā)動機(jī)傳感器，用于檢測所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；和 操作控制開關(guān)， 其中，所述水箱包括至少一個箱隔板，所述箱隔板將所述水箱分隔成至少兩個部分，在所述水箱內(nèi)被放入水時，所述至少兩個部分都充注水； 其中，所述水箱在其頂部至少包括用于分別收集氫氣和氧氣的第一氣體收集腔體和第二氣體收集腔體，所述氣體收集腔體由所述水箱的頂部表面、所述箱隔板和所述水箱內(nèi)的水面形成； 其中，每個所述氣體收集腔體在其頂部包括用于分配氫氣和氧氣中的一種至所述水箱外的接頭； 其中，在所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)且所述操作控制開關(guān)被激活時，所述電源對所述燃料電池供電； 其中，當(dāng)供電時，所述燃料電池由供應(yīng)到所述燃料電池中的水生產(chǎn)氫氣和氧氣，所述氫氣和氧氣被引導(dǎo)經(jīng)過所述水箱進(jìn)入所述水箱頂部的所述氣體收集腔體中以用于適當(dāng)?shù)臍怏w分配，從而使得氫氣被供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)中以用于所述內(nèi)燃機(jī)中的燃燒， 其中，所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)通過附接到車輛表面上的安裝托架而被安裝到由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的車輛上。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述安裝托架具有形成在其中的安置在所述安裝托架的角部附近的橢圓形孔，所述橢圓形孔用于容納布置在殼體單元的底凸緣上的螺釘/雙頭螺柱，并且 其中，所述橢圓形孔通過容納布置在所述殼體單元的底凸緣上的螺釘/雙頭螺柱而使得所述殼體單元能夠可拆卸地附接到所述安裝托架上，從而允許移除所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)以便進(jìn)行維護(hù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述水箱安置在所述燃料電池的上方。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 控制電路，所述控制電路具有開關(guān)，當(dāng)所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)時，所述控制電路對所述燃料電池供電。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述燃料電池包括: 多個層；并且 其中，電力以生產(chǎn)氫氣和氧氣的方式施加到所述燃料電池的相對的層。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述水箱包括: 供水接頭，所述供水接頭安置于所述水箱的下側(cè)并且與連接到所述燃料電池上的進(jìn)水接頭的管連接， 其中，水通過所述管供應(yīng)到所述燃料電池，并且 其中，所述燃料電池進(jìn)一步包括氫氣出口接頭和氧氣出口接頭，所述氫氣出口接頭和氧氣出口接頭通過另外的管 與水箱下側(cè)的進(jìn)氣接頭連接。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，在燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，少量的水、氫氣泡和氧氣泡分別從燃料電池的氫氣出口和氧氣出口冒出并流入所述水箱的氫氣側(cè)和氧氣側(cè)， 其中，氣泡經(jīng)過水上升到由箱內(nèi)的水面和箱隔板形成的上部空氣腔體中，使得氫氣和氧氣在所述上部腔體內(nèi)由所述隔板保持彼此分離，并且 其中，隨著氫氣與氧氣充注它們各自的上部腔體，氣體通過氫氣接頭和氧氣接頭流出所述上部腔體。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，所述氫氣接頭和氧氣接頭分別能夠由氣體收集器來替代，所述氣體收集器被構(gòu)造為包含用于防止水濺入或進(jìn)入所述管中的擋板。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)，其中，各擋板配置為從氣體收集器的內(nèi)表面垂直地伸出，并且 其中，第一擋板配置為從氣體收集器的內(nèi)表面的一部分延伸，所述內(nèi)表面的一部分與所述氣體收集器的內(nèi)表面的另一部分相對，第二擋板從所述氣體收集器的內(nèi)表面的另一部分延伸。
38.一種將氫氣供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)的方法，包括: 由安裝在殼體單元內(nèi)的燃料電池將水轉(zhuǎn)換成氫氣和氧氣； 由安裝所述在殼體單元內(nèi)的水箱對所述燃料電池供應(yīng)水； 由發(fā)動機(jī)傳感器檢測所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)； 在所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)且所述操作控制開關(guān)被激活時，由電源對所述燃料電池供電； 當(dāng)供電時，通過所述燃料電池由供應(yīng)到所述燃料電池中的水生產(chǎn)氫氣和氧氣，所述氫氣和氧氣被引導(dǎo)經(jīng)過所述水箱進(jìn)入所述水箱頂部的相應(yīng)的氣體收集腔體中以用于適當(dāng)?shù)臍怏w分配；以及將氫氣供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)中以用于所述內(nèi)燃機(jī)中的燃燒， 其中，所述水箱包括至少一個箱隔板，所述箱隔板將所述水箱分隔成至少兩個部分，在所述水箱內(nèi)放入水時，所述至少兩個部分都充注水； 其中，每個所述氣體收集腔體在其頂部包括用于分配氫氣和氧氣中的一種至所述水箱外的接頭； 其中，所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)通過附接到車輛表面上的安裝托架而被安裝到由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的車輛上。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述安裝托架具有形成在其中的安置在所述安裝托架的角部附近的橢圓形孔，所述橢圓形孔用于容納布置在殼體單元的底凸緣上的螺釘/雙頭螺柱，并且 其中，所述橢圓形孔通過容納布置在所述殼體單元的底凸緣上的螺釘/雙頭螺柱而使得所述殼體單元能夠可拆卸地附接到所述安裝托架上，從而允許移除所述便攜式氫氣補(bǔ)充系統(tǒng)以便進(jìn)行維護(hù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述水箱安置在所述燃料電池的上方。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，當(dāng)所述發(fā)動機(jī)傳感器檢測到所述內(nèi)燃機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)時，具有開關(guān)的控制電路對所述燃料電池供電。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述燃料電池包括: 多個層；并且 其中，電力以生產(chǎn)氫氣和氧氣的方式施加到所述燃料電池的相對的層。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述水箱包括: 供水接頭，所述供水接頭安置于所述水箱的下側(cè)并且與連接到所述燃料電池上的進(jìn)水接頭的管連接， 其中，水通過所述管供應(yīng)到所述燃料電池，并且 其中，所述燃料電池進(jìn)一步包括氫氣出口接頭和氧氣出口接頭，所述氫氣出口接頭和氧氣出口接頭通過另外的管與水箱下側(cè)的進(jìn)氣接頭連接。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，在燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，少量的水、氫氣泡和氧氣泡分別從燃料電池的氫氣出口和氧氣出口冒出并流入所述水箱的氫氣側(cè)和氧氣側(cè)， 其中，氣泡經(jīng)過水上升到由箱內(nèi)的水面和箱隔板形成的上部空氣腔體中，使得氫氣和氧氣在所述上部腔體內(nèi)由所述隔板保持彼此分離，并且 其中，隨著氫氣與氧氣充注它們各自的上部腔體，氣體通過氫氣接頭和氧氣接頭流出所述上部腔體。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述氫氣接頭和氧氣接頭分別能夠由氣體收集器來替代，所述氣體收集器被構(gòu)造為包含用于防止水濺入或進(jìn)入所述管中的擋板。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，各擋板配置為從氣體收集器的內(nèi)表面垂直地伸出，并且 其中，第一擋板配置為從氣體收集器的內(nèi)表面的一部分延伸，所述內(nèi)表面的一部分與所述氣體收集器的內(nèi)表面的另一部分相對，第二擋板從所述氣體收集器的內(nèi)表面的另一部分延伸。
【文檔編號】F02B43/10GK103764990SQ201180073180
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月2日
【發(fā)明者】唐納德·沃德·歐文斯 申請人:唐納德·沃德·歐文斯