專利名稱：氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其涉及一種用氫作為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。
發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟部件。眾所周知，目前在汽車上使用的發(fā)動(dòng)機(jī)大都為燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，其存在的缺點(diǎn)是效率低，一般只有30%左右。汽油燃燒產(chǎn)生的能量中較大部分以熱的形式隨廢氣排放到空氣中。
另一方面，隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的重視，人們注意到了汽車排放的廢氣對(duì)環(huán)境所造成的污染的嚴(yán)重性，已經(jīng)開(kāi)始著手研究和開(kāi)發(fā)使用無(wú)污染的燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)。如德國(guó)的BMW汽車廠曾試驗(yàn)將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整到(或設(shè)計(jì)成)可以燃燒“液態(tài)氫”。但把氫液化，得使溫度降低至零下252℃，其代價(jià)超過(guò)生產(chǎn)等量汽油成本的4倍，在石油尚未告罄的情況下，顯然不可行。然而使用氫這種取之不竭、燃燒無(wú)色無(wú)臭、全無(wú)污染的燃料始終是汽車工業(yè)的一個(gè)理想。
本發(fā)明的目的在于提供一種氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)以氫作為燃料，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低。
本發(fā)明利用了“蒸汽氧化反應(yīng)法”來(lái)制取氫氣，以供發(fā)動(dòng)機(jī)之用，這種方法如同美國(guó)的氫能源(H-POWER)公司提出的。其方法是將水蒸汽與海綿鐵(一種棕褐色鐵粉)接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出氫氣。
因此，本發(fā)明的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)包括水循環(huán)系和燃料供給系，所述水循環(huán)系包括
貯存水的水箱;
設(shè)置在氣缸體上的水套，通過(guò)進(jìn)水管和回水管與所述水箱相通，形成水循環(huán)通道;
和水泵，設(shè)置在所述水循環(huán)通道上，將所述水箱中的水泵入所述水套并使之在所述水循環(huán)通道上循環(huán);
所述燃料供給系包括有氫供給系和啟動(dòng)燃料供給系，所述氫供給系包含氧化器，在其內(nèi)有海綿鐵，通過(guò)蒸汽進(jìn)管與所述水套相連通;
汽化器，其進(jìn)氣孔通過(guò)輸氫管與所述氧化器相連通，其出氣孔與氣缸進(jìn)氣管相連通;
排氣管，與各氣缸相通，用于匯集各氣缸的廢氣，所述氧化器位于所述排氣管內(nèi);
所述啟動(dòng)燃料供給系通過(guò)輸燃管與所述汽化器相連通。
本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始由啟動(dòng)燃料供給系啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量使水套中的水蒸發(fā)，水蒸氣經(jīng)蒸汽進(jìn)管進(jìn)入氧化器，由于氧化器位于排氣管內(nèi)，因此氧化器被發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣加熱到適合于氧化反應(yīng)的溫度，使水蒸汽與氧化器內(nèi)的海綿鐵迅速反應(yīng)，產(chǎn)生的氫氣經(jīng)汽化器供發(fā)動(dòng)機(jī)燃料使用。此時(shí)，可以基本斷開(kāi)啟動(dòng)燃料供給系，發(fā)動(dòng)機(jī)完全或基本上由氧化器產(chǎn)生的氫供給燃料。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的氫氣汽車中需攜帶體積龐大的液態(tài)氫的問(wèn)題。
下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例以及其它優(yōu)點(diǎn)和效果。


圖1是本發(fā)明的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的俯視結(jié)構(gòu)圖;
圖2是沿圖1的A-A線的剖視結(jié)構(gòu)圖;
圖3是沿圖1的B-B線的剖視結(jié)構(gòu)圖;
圖4是氧化器的一種結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是排氣管門的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6是啟動(dòng)燃料供給系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖;
圖7是啟動(dòng)燃料供給系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
本發(fā)明的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)包括水循環(huán)系、氫供給系和啟動(dòng)燃料供給系。圖1和圖2示出了水循環(huán)系的結(jié)構(gòu)。
參見(jiàn)圖1和圖2，圖2主要示出了氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的水循環(huán)系，從圖1中可以看出，水循環(huán)系位于發(fā)動(dòng)機(jī)的前部。如圖1圖2所示，水循環(huán)系包括主水箱11a、副水箱11b、水泵12和水套13。主水箱11a和副水箱11b用于貯存水，水套13是氣缸81中鑄造出貯水的、連通的夾層空間。水套13和主水箱11a之間通過(guò)進(jìn)水管14連通。水泵12安裝在進(jìn)水管14上，水泵12的作用是將主水箱11a中的水吸入并加壓，使之經(jīng)分水管15(在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)中有分水管)流入水套13，從氣缸壁吸收熱量。進(jìn)入氣缸的水因吸收了熱量，水溫升高，部分水蒸發(fā)成水蒸汽，供氧化之用(下文將詳細(xì)描述)，其余部分的液態(tài)水(高溫)經(jīng)回水管16流回主水箱11a。主水箱11a、進(jìn)水管14、水套13和回水管16構(gòu)成水循環(huán)通道。本實(shí)施例中的副水箱11b通過(guò)輸水管17與主水箱11a相通。一般副水箱11b的安裝位置高于主水箱11a，以便水能從副水箱11b自動(dòng)流入主水箱11a。如果副水箱11b的安裝位置等于或低于主水箱11a，則在兩者之間應(yīng)安裝一水泵(圖中未示出)。副水箱11b的作用是在主水箱11a的水溫度過(guò)高時(shí)向在水箱11a提供溫度較低的水，以便有效地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體81進(jìn)行冷卻，同時(shí)還可以不斷補(bǔ)充水源。因此，輸水管17的一端最好連接至主水箱11a下部的進(jìn)水管14附近，或者直接接至進(jìn)水管14上。從副水箱11b的作用來(lái)看，只要主水箱11a中的水溫度夠低，則可省略副水箱11b。
如圖1、圖2中所示，在主水箱11a和副水箱11b上分別開(kāi)設(shè)有灌水口18a、19b，在灌水口19a、19b上分別設(shè)置有主水箱蓋。在主水箱11a底部設(shè)置有放水閥18。對(duì)于水泵12的結(jié)構(gòu)，可采用傳統(tǒng)的水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)中的水泵結(jié)構(gòu)，水泵12的動(dòng)力由曲軸機(jī)構(gòu)21通過(guò)傳動(dòng)帶22提供。
如圖2中所示，本實(shí)施例還可以包括一水溫表23和水溫傳感器24，水溫傳感器24設(shè)置于氣缸體81內(nèi)的水套13中，而水溫表23裝置于汽車儀表盤上，兩者之間通過(guò)傳感線25連接。這樣，司機(jī)在駕駛過(guò)程中能隨時(shí)掌握水套13中的水溫。
參見(jiàn)圖1、圖3，圖3主要示出了氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的氫供給系。從圖1中可以看出，氫供給系位于發(fā)動(dòng)機(jī)的后部。如圖1、圖3所示，氫供給系包括氧化器31、排氣管32和汽化器33。排氣管32與各氣缸相通，其作用是匯集各氣缸的廢氣。因此排氣管32內(nèi)的溫度很高。氧化器31位于排氣管32內(nèi)。氧化器31是水蒸汽與海綿鐵進(jìn)行氧化反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的地方。氧化器31可采用如圖4所示的結(jié)構(gòu)，它呈一容器狀，在其內(nèi)有多片柵格片41，柵格片41呈柵格狀排列，柵格片41之間形成的通道相互連通。在柵格片41上粘附或覆蓋有顆粒狀或粉末狀海綿鐵。在氧化器31的兩側(cè)上開(kāi)設(shè)有進(jìn)氣口42，在其中央處開(kāi)設(shè)有出氣口43。氧化器還可以采用其它結(jié)構(gòu)，如柵格片41可制成波浪形等，以增加?xùn)鸥衿砻娣e;柵格片排列形成的在氧化器進(jìn)氣口和出氣口之間的蒸汽通道可以呈迂徊狀，以增加蒸汽與柵格片上的海綿鐵之間接觸反應(yīng)的時(shí)間。
再參見(jiàn)圖1和圖3，氧化器31的進(jìn)氣口42通過(guò)蒸汽進(jìn)管34連接至水套13，使氧化器31與水套13相通。水套13中的水經(jīng)加熱后產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)蒸汽進(jìn)管34進(jìn)入氧化器31與氧化器31中的海綿鐵進(jìn)行氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。為防止水套13中的水進(jìn)入氧化器31，可以把蒸汽進(jìn)管24中的一段設(shè)置成高于主水箱11a的水平面，以保證液態(tài)水全部流回主水箱11a。氧化器31的出氣口43通過(guò)輸氣管35連接至汽化器33，因此氧化器31中產(chǎn)生的氫氣經(jīng)輸氣管35進(jìn)入汽化器33，在汽化器33中與空氣混合后進(jìn)入各氣缸燃燒。由于氧化器31在使用了一段時(shí)間之后，其內(nèi)的海綿鐵被氧化，需要更換氧化器。為便于更換氧化器，在蒸汽進(jìn)管34和輸氫管35上設(shè)置可拆卸式的連接裝置。在本實(shí)施例中，采用了夾箍36來(lái)連接，當(dāng)然也可以采用雙通連接頭等可拆卸式連接裝置連接。在氣缸體81排氣管32處設(shè)置有一方便取出氧化器31的門(見(jiàn)圖5)，該門的形狀與氧化器31相似。在調(diào)換氧化器31時(shí)，從氣缸體81上取下該門，拆下夾箍36即可取出氧化器31，換上新的氧化器31，裝上夾箍36和門即可。
為增加進(jìn)入氧化器31中的蒸汽量，在主水箱11a上部和蒸汽進(jìn)管42之間設(shè)置有蒸汽補(bǔ)充管37。主水箱11a中的水蒸汽經(jīng)蒸汽補(bǔ)充管37補(bǔ)充進(jìn)入氧化器31中以產(chǎn)生更多的氫氣。
由于本發(fā)明的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)之前，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，無(wú)熱量產(chǎn)生，無(wú)廢氣排出，一水循環(huán)系不產(chǎn)生水蒸汽，因此氧化器不會(huì)產(chǎn)生氫氣。為使本發(fā)明的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，需要一個(gè)啟動(dòng)燃料供給系，以向氣缸提供啟動(dòng)必需的燃料。
請(qǐng)參見(jiàn)圖6，圖6示出了一種啟動(dòng)燃料供給系的一種構(gòu)造。在該啟動(dòng)燃料供給系中，采用了在工廠內(nèi)制造的氫氣貯存器51作為啟動(dòng)燃料。因此在該實(shí)施例中，啟動(dòng)燃料供給系包括氫氣貯存器51，輸氫管52和氫氣控制閥53。氫氣貯存器51可以采用高壓氫氣鋼瓶，通過(guò)輸氫管52連通至發(fā)動(dòng)機(jī)上的汽化器33。氫氣控制閥53連接在輸氫管52上。氫氣控制閥53的通與斷由一套控制機(jī)構(gòu)控制，該套控制機(jī)構(gòu)包括腳踏板54和一系列連接桿57a、57b、57c，腳踏板54安裝在汽車駕駛室內(nèi)。該套控制機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車中的油門控制機(jī)構(gòu)相似，通過(guò)踩下腳踏板54來(lái)控制氫氣控制閥53的打開(kāi)。本實(shí)施例的啟動(dòng)燃料供給系還可以包括一氣壓表55，設(shè)置在汽車駕駛室的儀表盤上，通過(guò)氣管56與氫氣貯存器51相連，以向駕駛員顯示氫氣貯存器51內(nèi)的氫氣量。
在本發(fā)明中，還可以用與傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)類似的機(jī)構(gòu)。如圖7所示，它可以包括一油箱61、油濾清器62和油泵63。三者之間通過(guò)油管64相連，并由油管64連接至汽化器33上。這套油型啟動(dòng)燃料供給系與傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)的供給系相似，只是油箱可以相應(yīng)縮小。因此在此不再贅述其具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程。
本發(fā)明的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)之后，氧化器能連續(xù)不斷產(chǎn)生氫氣，供氣缸燃料使用。這是因?yàn)闅錃庠跉飧字腥剂袭a(chǎn)生的熱量足以使氧化器正常工作而無(wú)需補(bǔ)充熱量。氧化器中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生氫氣供氣缸燃燒使用和氫氣在氣缸中燃燒產(chǎn)生熱量供氧化器使用形成一個(gè)自循環(huán)。
如果在自循環(huán)時(shí)，熱量不夠或因其它原因(如停車)出現(xiàn)循環(huán)中斷，則駕駛員可以隨時(shí)啟動(dòng)“啟動(dòng)燃料供給系”，補(bǔ)充能量。
在本發(fā)明中，控制水溫是一關(guān)鍵。如果在水循環(huán)通道中的水的溫度不夠高，不足以產(chǎn)生足夠量的水蒸汽，一方面可以不用副水箱，另一方面也可以對(duì)主水箱增設(shè)保溫措施，如在主水箱外增設(shè)保溫層。反之，如果水溫過(guò)高，則水對(duì)氣缸壁的冷卻效果變差，會(huì)影響氣缸的工作。此時(shí)，可以如傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中的水冷系一樣，在水箱上增設(shè)散熱片，在必要時(shí)還可以裝置冷卻風(fēng)扇。
從上述描述可以看出，本發(fā)明的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的原來(lái)釋放到空氣中的大量熱量，使之重新回收利用。因此本發(fā)明的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)效率高于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明還解決了傳統(tǒng)的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)遇到的需要復(fù)雜的裝置以攜帶液態(tài)氫或高壓氫氣瓶的問(wèn)題。本發(fā)明以水和海綿鐵作為氫的轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存媒介，這兩種物質(zhì)在常溫下性能穩(wěn)定，攜帶無(wú)需特殊設(shè)備和裝置，大大簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低了成本。再者，海綿鐵在被氧化之后的還原也較簡(jiǎn)單，只需向氧化器中通過(guò)一氧化碳或氫氣即可還原出海綿鐵，經(jīng)還原后的氧化器可重復(fù)使用。
權(quán)利要求
1.一種氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，包括水循環(huán)系和燃料供給系，其特征在于，所述水循環(huán)系包括貯存水的水箱；設(shè)置在氣缸體上的水套，通過(guò)進(jìn)水管和回水管與所述水箱相通，形成水循環(huán)通道；和水泵，設(shè)置在所述水循環(huán)通道上，將所述水箱中的水泵入所述水套并使之在所述水循環(huán)通道上循環(huán)；所述燃料供給系包括有氫供給系和啟動(dòng)燃料供給系，所述氫供給系包含氧化器，在其內(nèi)有海綿鐵，通過(guò)蒸汽進(jìn)管與所述水套相連通；汽化器，其進(jìn)氣水通過(guò)輸氫管與所述氧化器相連通，其出氣孔與氣缸進(jìn)氣管相連通；排氣管，與各氣缸相通，用于匯集各氣缸的廢氣，所述氧氣化器位于所述排氣管內(nèi)；所述啟動(dòng)燃料給給系通過(guò)輸燃管子所述汽化器相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述水箱包括主水箱和副水箱，所述主水箱分別通過(guò)所述進(jìn)水管和所述回水管與所述水套相通，所述副水箱安裝成高于所述主水箱，兩者之間通過(guò)輸水管相通。
3.如權(quán)利要求1所述的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述水箱包括主水箱和副水箱，所述主水箱分別通過(guò)所述進(jìn)水管和所述回水管與所述水套相通，所述副水箱與所述主水箱之間通過(guò)輸水管相連通，且在輸水管上設(shè)置有泵。
4.如權(quán)利要求2或3所述的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述輸水管分別連接在所述副水箱底部和所述主水箱進(jìn)水管附近。
5.如權(quán)利要求4所述的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在所述主水箱底部設(shè)置有放水閥。
6.如權(quán)利要求1所述的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，連接所述氧化器和所述水套的蒸汽進(jìn)管至少有一段高于所述水循環(huán)系的所述回水管。
7.如權(quán)利要求1或6所述的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在所述水箱和所述蒸汽進(jìn)管之間還設(shè)置有蒸汽補(bǔ)充管。
8.如權(quán)利要求1或6所述的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述蒸汽進(jìn)管與所述氧化器和所述水套之間采用可拆卸式連接，所述輸氫管與所述氧化器之間也采用可拆卸式連接。
9.如權(quán)利要求1所述的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述啟動(dòng)燃料供給系包括氫氣貯存器，所述氫氣貯存器通過(guò)輸氫管，接至所述汽化器。
10.如權(quán)利要求1所述的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述啟動(dòng)燃料供給系包括油箱、油濾清器和油泵，所述油箱、油濾清器、油泵和所述汽化器通過(guò)油管連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)。目前由于氫的攜帶不便，尚無(wú)一種能實(shí)際應(yīng)用的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明提供了一種氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)用了“蒸汽氧化反應(yīng)法”來(lái)產(chǎn)生氫氣。它包括有水循環(huán)系和燃料供給系、水循環(huán)系包括水箱、水套和水泵，燃料供給系由氫供給系和啟動(dòng)燃料供給系構(gòu)成，其中氫供給系包括含有海綿鐵的氧化器、汽化器和排氣管，氧化器位于排氣管內(nèi)，水循環(huán)系中產(chǎn)生的水蒸氣通過(guò)氧化器產(chǎn)生氫氣供發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，啟動(dòng)燃料供給系提供發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)燃料。
文檔編號(hào)F01P3/18GK1113997SQ9411221
公開(kāi)日1995年12月27日 申請(qǐng)日期1994年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月24日
發(fā)明者龐介順 申請(qǐng)人:龐介順