一种内燃机掺氢燃烧节能系统的制作方法

1.本实用新型涉及内燃机节能改造技术领域，具体为一种内燃机掺氢燃烧节能系统。

背景技术：

2.内燃机掺氢是将氢气与燃料按一定比例混合而得到的代用气体燃料，利用氢气火焰传播速度快、放热温度高、淬熄距离短、着火界限宽的特性，内燃机掺氢燃烧可以显著提高油品的燃烧速率并且使燃烧更加完全，提高内燃机循环热效率。现有的内燃机掺氢燃烧系统通常搭载碱性电解水制氢或pem电解水制氢装置，上述电解制氢方式由于电解时电极浸泡在电解液中而产生大量气泡，降低了电解效率，增加了制氢能耗，使用起来成本较高，且缺少一套结构紧凑、配置完整、动态响应的与内燃机搭配使用的制氢掺氢系统。

技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种内燃机掺氢燃烧节能系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：包括电解槽、plc控制器、快速开关、dc/dc转换器、蓄电池、储水箱、注水口、防水透气隔层、氢气缓冲室、比例阀、水泵、电磁阀；所述电解槽通过plc控制器控制，通过快速开关与dc/dc转换器相连，并配装电压传感器和温度传感器；所述蓄电池与dc/dc转换器相连；所述储水箱内部设有水位传感器，顶部设有注水口；储水箱上部空间为氢气缓冲室，与下侧储水空间通过防水透气隔层隔离；氢气缓冲室内配装压力传感器，顶部设有氢气出口，出口管路上配装比例阀，并配装压力传感器和流量传感器；所述储水箱底部与电解槽相连，并配装水泵与电磁阀将储水箱内的水送至电解槽内，并配装压力传感器和流量传感器；所述电解槽制备的氢气送至储水箱，经水洗后通过防水透气隔层进入储水箱上部的氢气缓冲室。
5.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述电解槽底部设有储水槽，内设有若干垂直设置的复合双极膜，储水槽上设有进水口；所述复合双极膜由阳离子交换膜、阴离子交换膜、多孔亲水聚合物复合而成，安装时与电解槽密封连接，并将电解槽分成阳极室和阴极室，阴离子交换膜朝向阳极室，阳离子交换膜朝向所述阴极室；所述阳极室和阴极室内分别设置有阳极和阴极，阳极和阴极的一面分别与阴离子交换膜和阳离子交换膜紧密贴合。
6.所述多孔亲水聚合物是一种具有电活性的、固有地能在其整个分子结构内吸收和传输水的改性聚合物，包括
①
己知的亲水聚合物hema(甲基丙烯酸2-羟乙酯)和mma-vp(甲基丙烯酸甲酯-乙烯基吡咯烷酮)作为亲水聚合物基体，基体中存在疏水性/结构共聚单体mma和亲水性但非必需电活性的共聚单体vp、hema，这种基体中既存在亲水性单体又存在疏水性单体的结构可允许独立于水力学性质来控制电性能，因此可适合电化学界面的不同要求；
②
基体被改性而包含-nh
3+
、-nr2h
+
或者-pr
3+
等阳离子作为活性交换基团，使该亲水性材料转化成电活性体系。
7.所述阴离子交换膜是含有碱性活性基团，对阴离子具有选择透过性的高分子聚合物膜,可选择性透过oh-；所述阳离子交换膜是磺酸型，带有固定基团和可解离的离子,对阳离子具有选择透过性的高分子聚合物膜,可选择性透过h
+
。
8.作为本实用新型的一种优选技术方案，所述阳极和阴极分别与dc/dc转换器的正极和负极连接。
9.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型主要由电解槽、储水箱、dc/dc、plc控制器等组成，可根据内燃机进油量实时调整掺氢量，动态响应。具有响应速度快、制氢效率高、能耗低、绿环保、体积小和安全可靠的特点,可广泛用于汽油车辆、柴油车辆、工程机械、农机、柴油发电机、船舶的内燃机掺氢燃烧节能改造。
附图说明
10.图1为本实用新型结构示意图；
11.图2为本实用新型复合双极膜示意图；
12.图3为本实用复合双极膜工作示意图；
13.图中：电解槽1、储水槽101、进水口102、阳极室103、阳极104、阴极室105、阴极106、复合双极膜107、plc控制器2、快速开关3、dc/dc转换器4、蓄电池5、储水箱6、注水口7、防水透气隔层8、氢气缓冲室9、比例阀10、水泵11、电磁阀12。
具体实施方式
14.实施例1
15.如图1至图3所示，本实用新型公开了一种内燃机掺氢燃烧节能系统，包括电解槽1、plc控制器2、快速开关3、dc/dc转换器4、蓄电池5、储水箱6、注水口7、防水透气隔层8、氢气缓冲室9、比例阀10、水泵11、电磁阀12；所述电解槽1通过plc控制器2控制，通过快速开关3与dc/dc转换器4相连，并配装电压传感器和温度传感器；所述蓄电池5与dc/dc转换器4相连；所述储水箱6内部设有水位传感器，顶部设有注水口7；储水箱6上部空间为氢气缓冲室9，与下侧储水空间通过防水透气隔层8隔离；氢气缓冲室9内配装压力传感器，顶部设有氢气出口，出口管路上配装比例阀10，并配装压力传感器和流量传感器；所述储水箱6底部与电解槽1相连，并配装水泵11与电磁阀12将储水箱6内的水送至电解槽1内，并配装压力传感器和流量传感器；所述电解槽1制备的氢气送至储水箱6，经水洗后通过防水透气隔层8进入储水箱6上部的氢气缓冲室9。dc/dc转换器4与蓄电池5等直流电源连接，输出端电压为12～24v。
16.本实用新型的工作原理如下：本实用新型在电解槽1底部设有储水槽101，多孔亲水聚合物延伸至储水槽101中，通过多孔亲水聚合物中的自发毛细作用，储水槽101中的水不断地供应给电极进行电解。电极从多孔亲水聚合物横向吸入水，在电极之间施加0.8-2.2v的电压使水电解，水不断地通过自发毛细作用从储水槽向上移动到电极进行补充，h
+
在阴极发生还原反应生成氢气4h2o+4e-‑‑
﹥4h
+
+4oh-+4e-‑‑
﹥4oh-+2h2，oh-在阳极发生氧化反应产生氧气4oh-‑‑
﹥2h2o+o2+4e-。由于电极未浸泡于电解液中使得水直接转化为大量气体而不形成气泡，避免了电解液中电极周围气泡对电解效率的影响，提高了产氢效率，降低了制氢能耗。
17.电解槽1工作温度50-80℃,电流密度1-1.5a/cm2,功率调节范围0-150％，响应速度≤5ms；电解槽1设置有温度调节与控制系统；控制系统通过传感器接口电路采集内燃机进油量信号，计算氢气量的给定值，实时调整比例阀10开合度(即动态调整掺氢量)，进一步的，内燃机进油管路同样安装比例阀，根据内燃机功率输出需求实时匹配燃油量和掺氢量；控制系统与电压传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、水位传感器连接，电压传感器可以巡检电解槽工作电压，电压过高时发出信号并自动停机；温度传感器可以巡检电解槽工作温度，温度过高时发出信号并开启风扇散热降温；压力传感器、流量传感器用于测量进水压力、氢气压力、进水流量、氢气流量；水位传感器可以感应搭配储水箱1是否缺水，当储水箱1缺水时，水位传感器会发出补水信号。
18.电解槽电解生成的氧气排空，如应用在高原缺氧环境，氧气也可通入内燃机进气管道，为进气(空气)补氧。
19.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
21.上述虽然对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

技术特征：

1.一种内燃机掺氢燃烧节能系统，其特征在于：包括电解槽(1)、plc控制器(2)、快速开关(3)、dc/dc转换器(4)、蓄电池(5)、储水箱(6)、注水口(7)、防水透气隔层(8)、氢气缓冲室(9)、比例阀(10)、水泵(11)、电磁阀(12)；所述电解槽(1)通过plc控制器(2)控制，通过快速开关(3)与dc/dc转换器(4)相连，并配装电压传感器和温度传感器；所述蓄电池(5)与dc/dc转换器(4)相连；所述储水箱(6)内部设有水位传感器，顶部设有注水口(7)；储水箱(6)上部空间为氢气缓冲室(9)，与下侧储水空间通过防水透气隔层(8)隔离；氢气缓冲室(9)内配装压力传感器，顶部设有氢气出口，出口管路上配装比例阀(10)，并配装压力传感器和流量传感器；所述储水箱(6)底部与电解槽(1)相连，并配装水泵(11)与电磁阀(12)将储水箱(6)内的水送至电解槽(1)内，并配装压力传感器和流量传感器；所述电解槽(1)制备的氢气送至储水箱(6)，经水洗后通过防水透气隔层(8)进入储水箱(6)上部的氢气缓冲室(9)。2.根据权利要求1所述的一种内燃机掺氢燃烧节能系统，其特征在于：所述电解槽(1)底部设有储水槽(101)，内设有若干垂直设置的复合双极膜(107)，储水槽(101)上设有进水口(102)；所述复合双极膜(107)由阳离子交换膜、阴离子交换膜、多孔亲水聚合物复合而成，安装时与电解槽(1)密封连接，并将电解槽(1)分成阳极室(103)和阴极室(105)，阴离子交换膜朝向阳极室，阳离子交换膜朝向所述阴极室；所述阳极室(103)和阴极室(105)内分别设置有阳极(104)和阴极(106)，阳极(104)和阴极(106)的一面分别与阴离子交换膜和阳离子交换膜紧密贴合。3.根据权利要求2所述的一种内燃机掺氢燃烧节能系统，其特征在于：所述阳极(104)和阴极(106)分别与dc/dc转换器(4)的正极和负极连接。

技术总结

本实用新型公开了一种内燃机掺氢燃烧节能系统，包括电解槽、PLC控制器、快速开关、DC/DC转换器、蓄电池、储水箱、注水口、防水透气隔层、氢气缓冲室、比例阀、水泵、电磁阀。其有益效果是：本实用新型可根据内燃机进油量实时调整掺氢量，具有响应速度快、制氢效率高、能耗低、绿环保、体积小和安全可靠的特点,可广泛用于汽油车辆、柴油车辆、工程机械、农机、柴油发电机、船舶的内燃机掺氢燃烧节能改造。船舶的内燃机掺氢燃烧节能改造。船舶的内燃机掺氢燃烧节能改造。