燃料富集的方法和装置

申请号 CN201080067322.8 申请日 2010-11-09 公开(公告)号 CN102939455A 公开(公告)日 2013-02-20
申请人 先进燃料技术英国有限公司; 发明人 大卫·查尔斯·科林·刘易斯; 克里斯多夫·伦纳德·史密斯; 约翰·理查德·李斯特;
摘要 本 发明 尤其涉及一种用于 内燃机 的 碳 氢 燃料 富集的方法,所述方法包括(i)将碳氢燃料与含有氢气的气流 接触 ,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料;以及可选地(ii)将所述富集的碳氢燃料传送给所述内燃机。本发明还提供了一种使用该方法的装置。
权利要求

1.一种用于内燃机燃料富集的方法,其特征在于:所述方法包括:
(i)将碳氢燃料与氢气接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述方法包括:
步骤(i)中,将所述碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(i)涉及将所述碳氢燃料与含有氢气和气的气流接触,所述碳氢燃料为液体,使至少部分所述氢气和至少部分氧气溶解于所述碳氢燃料中,从而,在大于1巴的压强下,通过使所述气流流经所述碳氢燃料产生富集的碳氢燃料。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(i)涉及将所述碳氢燃料与所述含有氢气和氧气的气流接触,所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,使至少部分氢气和至少部分氧气溶解于所述碳氢燃料中,从而,在大于2巴的压强下,通过使所述气流流经所述碳氢燃料产生富集的碳氢燃料。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述方法包括:在步骤(i)之前,在电解的过程中生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必需的氧气的气流,步骤(i)中,将所述气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,如果有氧气存在,至少部分氧气被引入所述碳氢燃料中,以产生所述富集的碳氢燃料。
6.根据上述任一权利要求所述的方法,其特征在于:所述富集的碳氢燃料被传送给内燃机。
7.根据上述任一权利要求所述的方法,其特征在于:所述富集的碳氢燃料被加热至至少50°C,然后被传送至内燃机。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:所述燃料被加热到至少50°C,同时,所述燃料被置于磁场中。
9.根据上述任一权利要求所述的方法,其特征在于:所述方法包括:在第一电解池中,电解水生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必需的氧气的第一气流,在第二电解池中,电解水生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必需的氧气的第二气流,将所述第一气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生所述富集的碳氢燃料,并将所述富集的碳氢燃料传递给内燃机,将所述第二气流传递给内燃机,在所述内燃机中,将所述第二气流与所述富集的碳氢燃料接触。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:所述内燃机包括空气入口和将燃料引入所述发动机的燃料入口,用于将所述燃料与来自所述空气入口的空气接触,并且所述第一气流通过所述燃料入口被引入所述发动机中,以及所述第二气流通过所述空气入口被引入所述发动机中。
11.根据上述任一权利要求所述的方法,其特征在于:所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,并且含有氢气的气流与所述碳氢燃料接触,以产生所述富集的碳氢燃料和气体混合物,所述方法还包括所述富集的碳氢燃料与所述气体混合物的分离,可选地,将所述富集的碳氢燃料在所述内燃机的燃料入口处传送给所述内燃机;并且,可选地,将所述气态混合物在所述内燃机的空气入口传送给所述内燃机。
12.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:所述内燃机在运行中并且所述内燃机内未使用的碳氢燃料是流通的,即未使用的碳氢燃料离开所述内燃机之后,与所述含有氢气的气流接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,然后被传送回所述内燃机。
13.根据上述任一权利要求所述的方法,其特征在于:所述富集的碳氢燃料以容积流率为Ve(升/分)被传送给内燃机;所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,并且所述含有氢气的气流接触或经过所述碳氢燃料,以产生所述富集的碳氢燃料,所述氢气在所述气流中以Vf(升/分)的容积流率与所述碳氢燃料接触,所述Ve:Vf比率为1:1至1:15。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于:所述Ve:Vf比率为1:4至1:12。
15.一种用于在内燃机中实施的碳氢燃料富集方法的装置,其特征在于:适于实施所述方法的所述装置包括:(i)将碳氢燃料与氢气和非必需的氧气接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,如果氧气存在,至少部分氧气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。
16.根据权利要求15所述的装置,其特征在于:所述装置适于实施一种方法,所述方法中,碳氢燃料与含有氢气和氧气的气流接触,所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,使至少部分所述氢气和至少部分所述氧气溶解于所述燃料中,以在大于1巴的压强下,通过使所述气流流经所述碳氢燃料来产生富集的碳氢燃料。
17.根据权利要求15所述的装置,其特征在于:所述装置适于实施一种方法,所述方法中,碳氢燃料与含有氢气和氧气的气流接触,所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,使至少部分所述氢气和至少部分所述氧气溶解于所述燃料中,以在大于2巴的压强下,通过使所述气流流经所述碳氢燃料以产生富集的碳氢燃料。
18.根据权利要求15所述的装置,其特征在于:所述装置包括:制氢单元,用于产生含有氢气的气流;富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有所述碳氢燃料的入口,以及所述富集的碳氢燃料的出口。
19.根据权利要求18所述的用于碳氢燃料富集的装置,其特征在于:所述制氢单元包括电解池,用于在电解水过程中生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必须的氧气的气流。
20.根据权利要求18或19所述的装置,其特征在于:所述装置包括加热器,所述加热器与所述富集单元内的富集的碳氢燃料的出口之间流体相连通,所述加热器能够将所述碳氢燃料加热到至少50°C。
21.根据权利要求20所述的装置,其特征在于:所述加热器还包括用于将所述加热器内的富集的碳氢燃料置于磁场中的装置。
22.根据权利要求18-21任一所述的装置,其特征在于:所述装置包括:(i)第一电池,用于电解水产生氢气和氧气,其中所述第一电池与所述富集单元流体间相连通,使来自所述第一电池的含有氢气和非必须的氧气的第一气流被传送给所述富集单元,(ii)第二电池,用于电解产生氢气和氧气,其中所述第二电池具有导管,用于将第二电池中产生的含有氢气和非必须的氧气的气流传送到内燃机,可选地传送到所述内燃机的所述空气入口。
23.一种具有上述任一权利要求所述装置的内燃机,其特征在于:所述装置具有导管,用于将所述富集的碳氢燃料从所述富集单元传送到所述内燃机的燃料入口和/或空气入口。
24.一种根据权利要求23所述的内燃机,其具有根据权利要求22所述的装置,其特征在于:用于传送所述第二气流的所述导管与所述内燃机的空气入口之间流体相连通。
25.一种根据权利要求23或24所述的内燃机,其特征在于:在使用中,所述发动机适用于,所述内燃机中未使用的碳氢燃料是流通的,在其离开所述内燃机后,与所述含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,并随后再传送回所述内燃机。
26.一种交通工具,其交通工具包括根据权利要求23-25任一所述的内燃机。

说明书全文

燃料富集的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及氢燃料的富集,尤其是在内燃机中的应用。本发明提供了碳氢燃料富集的方法和装置。

背景技术

[0002] 通用的内燃机的燃料系统利用汽油/空气混合物或柴油/空气混合物,随后将其在燃烧室中燃烧。在内燃机中使用的燃料系统有很多不同的种类。典型的例子是一种以汽油为燃料的系统,该系统利用汽化器,并且在汽化器中,液体燃料(汽油)经由供给大气空气的文丘里管汽化。该燃料蒸汽/空气混合物随后被引入内燃机的进气歧管,并最终进入气缸,在气缸内混合物由火花引燃。采用柴油/空气混合物运转的内燃机利用燃料喷射系统,在高压下凭借燃料喷射系统将燃料喷射到燃烧室,从而不需要火花引燃。
[0003] 利用电解作用将分解成氢气和气的氢气发生器已经存在了很多年。电解作用是将水(H2O)通电,使水还原到其原始构成的气体。在带负电荷的阴极发生还原反应,氢离-子(带正电荷的离子)在阴极得电子(e)形成氢气:
[0004] 阴极(还原):2H+(aq)+2e-→H2(g)
[0005] 在带正电的阳极发生氧化反应,生成氧气并失电子给阴极完成回路:
[0006] 阳极(氧化):2H20(l)→02(g)+4H+(aq)+4e-
[0007] 电解型氢气发生器被用于提高内燃机燃料效率。像这种发生器有时被称作HHO发生器。通常情况下,电解槽中产生的氢气和氧气被供给内燃机的空气进气歧管,从中发现增加了内燃机的燃料功率。
[0008] 本发明的目的在于改善或提供一种现有装置的替代方式。

发明内容

[0009] 第一方面,本发明提供了一种用于内燃机的碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:(i)将碳氢燃料与氢气和非必须的氧气接触,使至少部分所述氢气和氧气(如果存在)被引入碳氢燃料,以产生富集的碳氢燃料。进行步骤(i)后,所述方法还提供:(ii)将富集的碳氢燃料传送给内燃机。所述方法可能涉及将碳氢燃料与含有氢气的气流和含有氧气的气流接触,使至少部分氢气和/或氧气被引入到碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。所述方法可能涉及将含有氢气和氧气的气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气和/或氧气被引入到碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。
[0010] 第一方面,本发明提供了一种用于内燃机的碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:(i)将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入到碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。进行步骤(i)后,所述方法还提供:(ii)将富集的碳氢燃料传送给内燃机。
[0011] 第一方面,在一个实施例中,本发明提供了一种用于内燃机的碳氢燃料的富集方法,所述方法包括:(i)将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入到碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料;并且(ii)将富集的碳氢燃料传送给内燃机。
[0012] 第二方面,本发明提供了一种碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:水在电解过程中生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必须氧气的气流,并且所述气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入到所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。
[0013] 第三方面,本发明提供了一种装置,用于在内燃机中实施碳氢燃料富集方法,适用实施所述方法的所述装置包括:(i)将碳氢燃料与氢气和非必须的氧气接触,使至少部分所述氢气和氧气(如果存在)被引入碳氢燃料中以产生富集的碳氢燃料。进行步骤(i)后,所述装置还适于使其能够:(ii)将富集的碳氢燃料传送给内燃机。
[0014] 第三方面,本发明提供了一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:氢源,用于产生含有氢气的气流,富集单元,用于碳氢燃料与含有氢气的气流的接触,使至少部分所述氢气被引入碳氢燃料中以产生富集的碳氢燃料,所述氢源与所述富集单元之间流体相连通,使含有氢气的气流经过所述富集单元,并且所述富集单元具有碳氢燃料的入口和富集的碳氢燃料的出口。可选地,所述装置还可以包括氧源,用于产生含有氧气的气流,并且富集单元用于将碳氢燃料与含有氧气的气流接触,使至少部分氧气被引入碳氢燃料中以产生富集的碳氢燃料,所述氧源与所述富集单元之间流体相连通,使含有氧气的气流经过所述富集单元。所述含有氢气的气流和所述含有氧气的气流可以是同一气流或不同气流。所述氢源与所述氧源可以是同一来源或不同来源。在实施例中,所述富集单元可以包括增压单元,用于将所述碳氢燃料与氢气和非必须的氧气在加压下接触。可以通过压缩气体使氢气和氧气增压。在实施例中,氢源供给所述富集单元足够的氢气以及非必须的氧气,使所需压在所述富集单元内产生,并且在此压力下,氢气和非必须的氧气与所述碳氢燃料相接触。
[0015] 第三方面,本发明提供了一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:制氢单元,用于产生含有氢气的气流,富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入碳氢燃料中以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元之间流体相连通,使含有氢气的气流经过所述富集单元,所述富集单元具有碳氢燃料入口,以及富集碳氢燃料的出口。可选地,所述装置还可以包括制氧单元,用于制造含有氧气的气流,并且所述富集单元用于将碳氢燃料与含有氧气的气流接触,使至少部分氧气被引入碳氢燃料中以产生富集的碳氢燃料,所述制氧单元与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氧气的气流经过所述富集单元。所述含有氢气的气流和所述含有氧气的气流可以是同一气流或不同气流。所述制氢单元与所述制氧单元可以是同一单元,或不同单元。
[0016] 第四方面,本发明提供了一种内燃机,所述内燃机具有本发明所述的装置,所述装置具有导管,用于将所述富集的碳氢燃料传送给所述内燃机的燃料入口和/或空气入口。
[0017] 近几年,关于内燃机主要关注的问题之一是其排放NOx(氮氧化物)和COx(一氧化碳和二氧化碳)的问题。本发明所述的装置可以用于任何使用碳氢燃料的内燃机,以减少NOx的排放和COx的“足迹”。这是通过在燃烧过程中增加氢气和非必须的氧气,由于高速/高温氢气的燃烧改善了交通工具燃油经济性,产生更有效的燃烧特性而获得的;NOx排放量的减少是由于部分含有空气的氮被从所述碳氢燃料转移,也由于所含的燃烧体积。由于燃烧过程中热传递减少到最小值,这也降低了发动机整体的温度
[0018] 至少在某些情况下,我们发现在所述碳氢燃料中增加氢气可以改善燃料的燃烧,颗粒的排出量显著地减少(某些情况下,柴油机排出量几乎为零)。此外,我们发现该过程可以清洁发动机中随着时间推移而产生的积碳,因此减少发动机整体摩擦力(并因此进一步提高效率)。最后,由于增加的氢气具有比汽油高得多的辛烷值当量,燃料/氧化剂混合物(例如空气)可以含量更低,从而增加COx与燃料比值(并因此减少碳足迹)。
[0019] 同时,可与内燃机一起使用的氢气/氧气发生器在很多年前就能够买到,使用性质相对简单,即,使产生的气体与燃料和空气在涡轮增压机歧管里混合。本发明所述的方法大大改善了气体的使用方式,以获得优化的性能,其中在实施例中,通过在增压单元中压缩的情况下将气体引入燃料中。这移除了在燃料中不必要的溶解气体如氮气,并且提高了燃料的辛烷值。附图说明
[0020] 图1是本发明一个实施例中附属于内燃机的装置的模示意图;
[0021] 图2是燃料增强室(本发明装置的一个实施例)的实施例的示意图,所示为其原理部分;
[0022] 图3是包括气体洗涤装置的净化单元的示意图;
[0023] 图4是包括分子筛干燥单元的净化单元的示意图;
[0024] 图5是本发明燃料增强室的另一个实施例的示意图,与图2不同的是所述活塞是由螺旋机构驱动,而不是由电磁驱动。
[0025] 以上附图将在下面的详细描述中被提及。具体实施例
[0026] 第一方面,本发明提供了一种用于内燃机的碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:(i)将碳氢燃料与氢气和非必须的氧气接触,使至少部分的氢气和氧气(如果存在)被引入碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。进行步骤(i)后,所述方法还提供:(ii)将富集的碳氢燃料传送给内燃机。所述方法可以涉及将所述碳氢燃料与含有氢气的气流和含有氧气的气流接触,使至少部分所述氢气和氧气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。
所述含有氢气的气流和所述含有氧气的气流可以是同一气流或不同气流,优选地为同一气流。在另一实施例中,所述方法可以涉及提供含有氢气和非必须的氧气的气体,并且,使液体碳氢燃料经过所述含有氢气和非必须的氧气的气体,使至少部分所述氢气和非必须的氧气被并入所述碳氢燃料中,涉及到,例如,如果碳氢燃料是液体碳氢燃料,将所述液体碳氢燃料喷射到含有氢气和非必须的氧气的气体中。所述方法可涉及将所述氢气和/或氧气与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气和/或氧气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。优选地,所述氢气和/或氧气与所述碳氢燃料在1巴左右或大于1巴的压强下接触,可选地压强为1.1巴左右或大于1.1巴,可选地压强为1.2巴左右或大于1.2巴,可选地压强为1.3巴左右或大于1.3巴,可选地压强为1.4巴左右或大于1.4巴,可选地压强为1.5巴左右或大于1.5巴,可选地压强为1.7巴左右或大于1.7巴,可选地压强为2巴左右或大于2巴,可选地压强为3巴左右或大于3巴,可选地压强为4巴左右或大于4巴,可选地压强为5巴左右或大于5巴,可选地压强为6巴左右或大于6巴,可选地压强为8巴左右或大于8巴,可选地压强为10巴左右或大于10巴,可选地压强为15巴左右或大于15巴,可选地压强为20巴左右或大于20巴,可选地压强为25巴左右或大于25巴,可选地压强为30巴左右或大于30巴。可选地,在所述第一方面或第二方面的方法中,优选地,氢气和/或氧气在约1巴-约10巴的压强下与所述碳氢燃料接触,可选地压强为约1巴-约8巴,可选地压强为约1巴-约7巴,可选地压强为约1巴-约5巴,可选地压强为约1.5巴-约
4巴。
[0027] 第一方面,本发明提供了一种用于内燃机的碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:(i)将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分的氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。进行步骤(i)后,所述方法还提供:(ii)将富集的碳氢燃料传送给内燃机。
[0028] 第一方面,在实施例中,本发明提供了一种用于内燃机的碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:(i)将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分的氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料;以及(ii)将所述富集的碳氢燃料传送给内燃机。
[0029] 所述第一方面的所述方法包括:在步骤(i)之前,在电解水的过程中生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必须的氧气的气流,在步骤(i)中,将所述气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生所述富集的碳氢燃料,以及可选地,(ii)将所述富集的碳氢燃料传送给内燃机。可选地,所述水中可含有电解质
[0030] 第二方面,本发明提供了一种碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:在电解水的过程中生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必须的氧气的气流,并将所述气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。可选地,所述水中可含有电解质。
[0031] 所述第二方面的所述方法包括,在电解水的过程中生成氢气和氧气以产生含有氢气和非必须的氧气的气流,并且将所述气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。可选地,所述水中可含有电解质。
[0032] 第三方面,本发明提供了一种装置,用于在内燃机中实施碳氢燃料富集方法,适用实施方法的所述装置包括:(i)将碳氢燃料与氢气和非必须的氧气接触,使至少部分所述氢气和氧气(如果存在)被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。进行步骤(i)后,所述装置还适于使其能够:(ii)将所述富集的碳氢燃料传送给内燃机。所述碳氢燃料与氢气和非必须的氧气的接触可以在如本发明此处所述的富集单元中进行。
[0033] 第三方面,本发明提供了一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:氢源,用于产生含有氢气的气流;富集单元,用于碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入碳氢燃料中以产生富集的碳氢燃料,所述氢源与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气的气流被传送给所述富集单元;所述富集单元具有所述碳氢燃料的入口和所述富集的碳氢燃料的出口。
[0034] 第三方面,本发明提供了一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:制氢单元,用于产生含有氢气的气流,富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有所述碳氢燃料的入口,和所述富集的碳氢燃料的出口。
[0035] 第四方面,本发明提供了一种内燃机,所述内燃机具有本发明所述的装置,所述装置具有导管,用于将所述富集的碳氢燃料传送给所述内燃机的燃料入口和/或空气入口。
[0036] 可选地,在第一方面或第二方面所述的任一方法中,如此处所述,富集的碳氢燃料被传送给内燃机。
[0037] 第一方面和第二方面所述的方法可能涉及将所述含有氢气的气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。在第一方面和第二方面所述的方法中,所述碳氢燃料可以是液体碳氢燃料,并且,在所述含有氢气的气流与所述碳氢燃料接触中,至少部分所述氢气溶解到所述液体碳氢燃料中,以产生富集的液体碳氢燃料。所述液体碳氢燃料可以包括,例如石油或柴油。下面将更具体地对所述碳氢燃料进行描述。在本申请中,如果氢气和非必要的氧气接触并且可选地溶解到所述碳氢燃料中,优选地,燃料中的类的化学结构没有变化。例如,优选地,在氢气和非必须的氧气与所述碳氢燃料接触期间,碳氢燃料中的烃类没有与氢气或可能存在的氧气发生化学反应。
[0038] 所述含有氢气的气流优选地含有至少10%体积的氢气,可选地至少20%体积的氢气,可选地至少30%体积的氢气,可选地至少40%体积的氢气,可选地至少50%体积的氢气,可选地至少60%体积的氢气。在电解水产生的气流中,所述气流可含有66%体积的氢气。
[0039] 所述含有氢气的气流还包括氧气。所述含有氢气的气流可含有至少10%体积的氧气,可选地至少20%体积的氧气,可选地至少30%体积的氧气。在电解水产生的气流中,所述气流可含有33%体积的氧气。如果还包括氧气的气流与包括液体碳氢燃料的碳氢燃料接触,可涉及至少部分氧气溶解在所述液体碳氢燃料中。
[0040] 在实施例中,本发明提供了一种用于内燃机的碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:(i)将碳氢燃料与含有氢气和氧气的气流接触,使至少部分的氢气和氧气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。进行步骤(i)后,所述方法还提供:(ii)将所述富集的碳氢燃料传送给内燃机。
[0041] 在如上所描述的方法中,例如所述第一方面或第二方面,所述碳氢燃料与所述含有氢气的气流接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。可选地,所述碳氢燃料包括液体碳氢燃料或所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,并且所述含有氢气的气流穿过所述液体碳氢燃料。可选地,所述碳氢燃料包括液体碳氢燃料或所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,并且,在富集单元中,所述含有氢气的气流被扩散到所述液体碳氢燃料中。如果所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,所述气流穿过液体碳氢燃料或通过液体碳氢燃料进行的扩散,优选地,使至少部分氢气溶解在所述液体碳氢燃料中。优选地,所述含有氢气的气流与所述碳氢燃料在1巴左右或大于1巴的压强下接触,可选地压强为1.1巴左右或大于1.1巴,可选地压强为1.2巴左右或大于1.2巴,可选地压强为1.3巴左右或大于1.3巴,可选地压强为1.4巴左右或大于1.4巴,可选地压强为1.5巴左右或大于1.5巴,可选地压强为1.7巴左右或大于1.7巴,可选地压强为2巴左右或大于2巴,可选地压强为3巴左右或大于3巴,可选地压强为4巴左右或大于4巴,可选地压强为5巴左右或大于5巴,可选地压强为6巴左右或大于6巴,可选地压强为8巴左右或大于8巴,可选地压强为10巴左右或大于10巴,可选地压强为15巴左右或大于15巴,可选地压强为20巴左右或大于20巴,可选地压强为25巴左右或大于25巴,可选地压强为30巴左右或大于30巴。可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,优选地,所述含有氢气的气流在约1-约10巴的压强下与所述碳氢燃料接触,可选地压强为约1巴-约8巴,可选地压强为约1巴-约7巴,可选地压强为1巴-5巴左右,可选地压强为1.5巴-4巴左右。如果碳氢燃料为液体碳氢燃料或包括液体碳氢燃料,并且所述液体碳氢燃料通过在压强P下操作的燃油被传送给内燃机,在所述液体碳氢燃料离开燃料泵之后并且在其作为富集的液体碳氢燃料被传输到内燃机之前,所述含有氢气的气流和所述液体碳氢燃料接触,所述含有氢气的气流优选与压强大于P的液体碳氢燃料接触,例如流经压强大于P的液体碳氢燃料。如果碳氢燃料为液体碳氢燃料或包括液体碳氢燃料,并且随后与所述含有氢气的气流接触,所述液体的富集的碳氢燃料经过内燃机的注射泵,用于注射到发动机的燃烧室,所述注射泵具有工作压强P',优选地,所述液体碳氢燃料与所述含有氢气的气流在压强小于P'的情况下接触。第三方面的所述装置适用于所述含有氢气的气流与所述碳氢燃料在上述压强下接触。
[0042] 优选地,所述含有氢气的气流在1巴左右或大于1巴的压强下经过所述碳氢燃料,可选地压强为1.1巴左右或大于1.1巴,可选地压强为1.2巴左右或大于1.2巴,可选地压强为1.3巴左右或大于1.3巴,可选地压强为1.4巴左右或大于1.4巴,可选地压强为1.5巴左右或大于1.5巴,可选地压强为1.7巴左右或大于1.7巴,可选地压强为2巴左右或大于2巴,可选地压强为3巴左右或大于3巴,可选地压强为4巴左右或大于4巴,可选地压强为5巴左右或大于5巴,可选地压强为6巴左右或大于6巴,可选地压强为8巴左右或大于8巴,可选地压强为10巴左右或大于10巴,可选地压强为15巴左右或大于15巴,可选地压强为20巴左右或大于20巴,可选地压强为25巴左右或大于25巴,可选地压强为30巴左右或大于30巴。可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,优选地,所述含有氢气的气流在约1巴-约10巴的压强下经过所述碳氢燃料,可选地压强为约1巴-约8巴,可选地压强为约1巴-约7巴,可选地压强为约1巴-约5巴,可选地压强为约1.5巴-约4巴。如果所述碳氢燃料为液体碳氢燃料或包括液体碳氢燃料,并且所述液体碳氢燃料利用在压强P操作下的燃料泵被传递给内燃机,在液体碳氢燃料离开所述燃料泵之后,并且在其作为富集的液体碳氢燃料被传送给内燃机之前,所述含有氢气的气流与所述液体碳氢燃料接触,所述含有氢气的气流优选为在压强大于P的情况下经过液体碳氢燃料。如果所述碳氢燃料为液体碳氢燃料或包括液体碳氢燃料,并且随后与所述含有氢气的气流接触,所述液体的富集的碳氢燃料经过内燃机的注射泵,用于注射到发动机的燃烧室,所述注射泵具有工作压强P',优选地,所述含有氢气的气流在压强小于P'的情况下经过所述液体碳氢燃料。第三方面的所述装置适用于使所述含有氢气的气流在上述压强下经过所述碳氢燃料。
[0043] 在实施例中,本发明提供了一种用于内燃机的碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:(i)将液体碳氢燃料与含有氢气和氧气的气流接触,使至少部分氢气和氧气被引入,例如被溶解到所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。进行步骤(i)后,所述方法还提供:(ii)将所述富集的碳氢燃料传送给内燃机。优选地,所述含有氢气和氧气的气流在1巴左右或大于1巴的压强下与所述碳氢燃料接触,可选地压强为1.1巴左右或大于1.1巴,可选地压强为1.2巴左右或大于1.2巴,可选地压强为1.3巴左右或大于1.3巴,可选地压强为
1.4巴左右或大于1.4巴,可选地压强为1.5巴左右或大于1.5巴,可选地压强为1.7巴左右或大于1.7巴,可选地压强为2巴左右或大于2巴,可选地压强为3巴左右或大于3巴,可选地压强为4巴左右或大于4巴,可选地压强为5巴左右或大于5巴,可选地压强为6巴左右或大于6巴,可选地压强为8巴左右或大于8巴,可选地压强为10巴左右或大于10巴,可选地压强为15巴左右或大于15巴,可选地压强为20巴左右或大于20巴,可选地压强为
25巴左右或大于25巴,可选地压强为30巴左右或大于30巴。可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,优选地,所述含有氢气和氧气的气流在约1巴-约10巴的压强下与所述碳氢燃料接触,可选地压强为约1巴-约8巴,可选地压强为约1巴-约7巴,可选地压强为约1巴-约5巴,可选地压强为约1.5巴-约4巴。如果所述碳氢燃料为液体碳氢燃料或包括液体碳氢燃料,并且所述液体碳氢燃料利用在压强P操作下的燃料泵被传递给内燃机,在液体碳氢燃料离开所述燃料泵之后,并且在其作为富集的液体碳氢燃料被传送给内燃机之前,所述含有氢气和氧气的气流与所述液体碳氢燃料接触,所述含有氢气和氧气的气流优选为在压强大于P的情况下与所述液体碳氢燃料接触。如果所述碳氢燃料为液体碳氢燃料或包括液体碳氢燃料,并且随后与所述含有氢气和氧气的气流接触,所述液体的富集的碳氢燃料经过内燃机的注射泵,用于注射到发动机的燃烧室,所述注射泵具有工作压强P',优选地所述液体碳氢燃料与所述含有氢气和氧气的气流在压强小于P'的情况下接触。第三方面的所述装置适用于使其产生含有氢气和氧气的气流,并且所述含有氢气和氧气的气流与所述碳氢燃料在上述压强下接触。
[0044] 优选地,所述含有氢气和氧气的气流在1巴左右或大于1巴的压强下经过所述碳氢燃料,可选地压强为1.1巴左右或大于1.1巴,可选地压强为1.2巴左右或大于1.2巴,可选地压强为1.3巴左右或大于1.3巴,可选地压强为1.4巴左右或大于1.4巴,可选地压强为1.5巴左右或大于1.5巴,可选地压强为1.7巴左右或大于1.7巴,可选地压强为2巴左右或大于2巴,可选地压强为3巴左右或大于3巴,可选地压强为4巴左右或大于4巴,可选地压强为5巴左右或大于5巴,可选地压强为6巴左右或大于6巴,可选地压强为8巴左右或大于8巴,可选地压强为10巴左右或大于10巴,可选地压强为15巴左右或大于15巴,可选地压强为20巴左右或大于20巴,可选地压强为25巴左右或大于25巴,可选地压强为30巴左右或大于30巴。可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,优选地,所述含有氢气和氧气的气流在约1巴-约10巴的压强下经过所述碳氢燃料,可选地压强为约1巴-约8巴,可选地压强为约1巴-约7巴,可选地压强为约1巴-约5巴,可选地压强为约1.5巴-约4巴。如果所述碳氢燃料为液体碳氢燃料或包括液体碳氢燃料,并且所述液体碳氢燃料利用在压强P下操作的燃料泵被传递给内燃机,在所述液体碳氢燃料离开所述燃料泵之后,在其作为富集的液体碳氢燃料传送给内燃机之前,所述含有氢气和氧气的气流与所述液体碳氢燃料接触,所述含有氢气和氧气的气流优选为在压强大于P的情况下经过液体碳氢燃料。如果所述碳氢燃料为液体碳氢燃料或包括液体碳氢燃料,并且,随后与所述含有氢气和氧气的气流接触,所述液体的富集的碳氢燃料经过内燃机的注射泵,用于注射到发动机的燃烧室,所述注射泵具有工作压强P',优选地,所述含有氢气和氧气的气流在压强小于P'的情况下流经所述液体碳氢燃料。第三方面的所述装置适于产生含有氢气和氧气的气流,所述含有氢气和氧气的气流在上述压强下经过所述碳氢燃料。
[0045] 在实施例中,所述富集的碳氢燃料被传送给内燃机。所述富集的碳氢燃料以适当的容积流率(通常以升/分计算)传送给所述内燃机,所述容积流率取决于发动机的类型及与其相联系的机械设备,例如交通工具。例如某些交通工具,可能容积流率在0.05升/分到1升/分的范围内,可选地0.1升/分到0.5升/分的范围内。
[0046] 所述含有氢气的气流与所述碳氢燃料的接触可在环境温度下进行,例如,在-10°C或-10°C以上,可选地温度在-10°C-30°C之间。可选地,所述气流与所述碳氢燃料的接触在燃料富集单元中、在高于燃料富集单元外的环境温度的条件下进行。可选地,所述气流与所述碳氢燃料的接触在所述燃料富集单元中、在30°C或30°C以上的温度下进行,可选地在40°C以上进行,可选地在50°C以上进行。
[0047] 所述含有氢气的气流可与所述碳氢燃料以适当的速率接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。所述含有氢气的气流经过所述碳氢燃料,可选地扩散在所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,随后所述富集的碳氢燃料被传给内燃机。在一个优选实施例中,‘所述富集的碳氢燃料到所述内燃机的传送容积流率(以升/分为单位):在接触或经过所述碳氢燃料以产生富集碳氢燃料的含氢气的气流中,氢气的容积流率(以升/分为单位)’的比率为10:1至1:50,优选为1:1至1:15,更为优选为1:4至1:12。
[0048] 在一个优选实施例中,‘所述富集的碳氢燃料到所述内燃机的传送容积流率(以升/分为单位):接触或穿过所述碳氢燃料以产生所述富集碳氢燃料的含氢气气流的总体积的容积流率(以升/分)’的比率为20:3至1:75,优选为3:3至1:22.5,更为优选为1:6至1:18。
[0049] 可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,所述富集的碳氢燃料维持在1巴左右或大于1巴的压强下,可选地压强为1.1巴左右或大于1.1巴,可选地压强为1.2巴左右或大于1.2巴,可选地压强为1.3巴左右或大于1.3巴,可选地压强为1.4巴左右或大于1.4巴,可选地压强为1.5巴左右或大于1.5巴,可选地压强为1.7巴左右或大于1.7巴,可选地压强为2巴左右或大于2巴,可选地压强为3巴左右或大于3巴,可选地压强为4巴左右或大于4巴,可选地压强为5巴左右或大于5巴,可选地压强为6巴左右或大于6巴,可选地压强为8巴左右或大于8巴,可选地压强为10巴左右或大于10巴,可选地压强为15巴左右或大于15巴,可选地压强为20巴左右或大于20巴,可选地压强为25巴左右或大于
25巴,可选地压强为30巴左右或大于30巴,直到所述富集的碳氢燃料被传送给内燃机。如果所述碳氢燃料为液体碳氢燃料或包括液体碳氢燃料,所述液体通过在压强P下操作的燃油泵被传送到内燃机,并且在所述液体碳氢燃料离开所述燃料泵之后,在其作为富集的液体碳氢燃料被传送给内燃机之前,所述含有氢气的气流与液体碳氢燃料接触,所述富集的液体碳氢燃料在压强大于P的情况下维持,直到传送给所述内燃机。
[0050] 所述富集单元可以包括一种用于将气体扩散到液体中的装置(或者此处称之为富集装置),其包括:第一气室部分,具有用于将气体引入到第一气室部分的进气口;液室部分,具有用于将液体引入到液室部分的进液口和出液口,其中,所述第一气室部分和所述液室部分之间流体相互连通;以及用于所述第一气室部分增压的装置,其中,当所述第一气室部分被增压时,所述第一气室部分中的气体被扩散到所述液室部分中的液体中。
[0051] 用于所述第一气室部分增压的装置可以是能够减小气体体积的任何装置,所述气体内包含所述第一气室部分所含的气体,可以是能够增加所述第一气室部分内的气体的量的任何装置,也可以是上述两种的组合装置。用于所述第一气室部分增压的所述装置可包括在所述第一气室部分内滑动可替换的活塞。
[0052] 优选地,所述活塞被设置成由任意合适的装置驱动,包括但不限于:电气装置例如螺线管;气动装置例如压缩气体;或螺杆泵。所述活塞按照每分钟期望的循环数被驱动,通常为每分钟约10个循环-约30个循环,优选地为每分钟约15个循环-约25个循环,更为优选地每分钟约20个循环。
[0053] 优选地,所述第一气室部分的所述进气口设有进气口,用来控制所述第一气室部分的气体供给。
[0054] 优选地,所述进气口阀是电磁阀
[0055] 可选地,所述第一气室部分设置有减压安全阀
[0056] 所述富集装置还可以包括单向阀,设置于所述第一气室部分与所述液室部分之间,可让流体从所述第一气室部分流入所述液室部分。
[0057] 所述富集装置还可以包括散射屏,设置于所述液室部分的内部,其中,在使用中气体穿过所述散射屏,以促进所述气体均匀扩散到液体中。可选地,所述液室部分和所述第一气室部分被设置有流体通道的隔板彼此隔开,其中所述散射屏具有偏向所述隔板的弹性,使所述第一气室部分中的氢气被增压时,所述散射屏从所述隔板处离开,让增压的气体流入所述隔板与所述散射屏之间的所述液室部分的区域,并经过所述散射屏流入所述液室部分的液体中。
[0058] 可选地,所述进液口设置有单向阀,可让液体流入液室。
[0059] 所述富集装置还可以包括第二气室部分,与所述液室部分通过半透膜相互流体连通,所述第二气室部分具有出气口,其中,在使用时气体能从所述液室部分流经所述半透膜,流入所述第二气室部分,并且由所述出气口流出所述装置。所述半透膜对氢气(在烃类中)或烃(在氢气中)有选择性,在使用中分别在氢气或烃中得到渗透的富集物,并在烃或氢气中分别伴随有被富集的滞留物。以下描述了这样的半透膜。
[0060] 可选地,所述出气口设置有出气口阀,可选地所述出气口阀为电磁阀。
[0061] 所述富集装置还可以包括中间室部分,设置于所述液室部分与所述第二气室部分之间,所述中间室部分与所述液室部分由挡板隔开,所述中间室部分与所述第二气室部分由半透膜隔开。
[0062] 所述第一气室部分的所述进液口可以与碳氢燃料源之间进行流体连通,可选地为液体碳氢燃料源。所述第一气室部分的所述进气口可以与氢源和/或氧源进行流体连通。所述第一气室部分的所述进气口可以与制氢单元和/或制氧单元进行流体连通。
[0063] 可选地,在包括所述富集装置的交通工具中,内燃机具有一个或多个喷油泵以及燃料箱,所述富集装置的所述进液口与所述交通工具的燃料箱之间流体相连通,所述进气口与氢源或制氢单元流体之间流体相连通,正如此处所述,所述出液口与内燃机的一个或多个喷油泵流体连通。
[0064] 可选地,如本发明所述,使用富集单元时,所述液体为液体碳氢燃料,并且扩散到所述液室部分中的液体中的气体为含有氢气和非必须的氧气的气流,并且所述液室部分中的压强为所述碳氢燃料与所述含有氢气的气流接触的压强。
[0065] 可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,所述富集的碳氢燃料被加热至50℃左右或更高的温度。所述富集的碳氢燃料可以被加热至50℃左右或更高的温度。
[0066] 可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,所述富集的碳氢燃料被加热至50℃左右或更高的温度,然后被传送给内燃机。
[0067] 可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,所述富集的碳氢燃料被放置在磁场中,然后被传送给内燃机。可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,所述富集的碳氢燃料被加热至50℃左右或更高的温度并且被放置在磁场中,然后被传送给内燃机。所述磁场可以由任意磁体或磁性材料产生。所述磁体或磁性材料可以是永磁体或电磁体。优选地,由磁体或磁性材料产生的磁场为震荡磁场。所述震荡磁场的最大磁场强度至少为0.5T,可选地,最大磁场强度至少为1T,可选地,最大磁场强度至少为2T。磁场震荡的频率至少为1Hz,可选地频率至少为10Hz,可选地频率至少为10Hz,可选地频率至少为100Hz,可选地频率至少为1000Hz,可选地频率至少为10MHz,可选地频率至少为100MHz,可选地频率至少为
300MHz,可选地频率至少为500MHz。可选地,所述磁场由超外差磁体产生。这种磁体对于本领域技术人员来说是已知的。
[0068] 可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,所述方法包括:在第一电解池中电解水生成氢气和氧气,并产生含有氢气和非必须的氧气的第一气流,在第二电解池中电解水生成氢气和氧气,并产生含有氢气和非必须的氧气的第二气流,将所述第一气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,并且可选地将所述富集的碳氢燃料传送给内燃机,可选地,将所述第二气流传送给所述内燃机,所述第二气流与所述富集的碳氢燃料在所述内燃机中接触。可选地,至少部分来自所述第二电解池的氢气与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。可选地,如本发明所述,在所述第一电解池和/或第二电解池中的水包括电解质。
[0069] 可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,所述含有氢气的气流与所述碳氢燃料接触,产生所述富集的碳氢燃料和气体混合物,所述方法还包括将所述富集的碳氢燃料与所述气体混合物分离,可选地,在燃料入口处,将所述富集的碳氢燃料传送给所述内燃机,并且,可选地,在空气入口处将所述气体混合物传送给所述内燃机。所述富集的碳氢燃料和所述气体混合物的分离可以由任意适合的装置来实现。优选地,所述富集的碳氢燃料和所述气体混合物与半透膜接触,所述半透膜对氢气(在烃类中)或烃(在氢气中)有选择性,以分别在氢气和烃中得到渗透的富集物,并且分别在烃或氢气中伴随有被富集的滞留物。这种半透膜对于本领域技术人员来说是公知的。本发明的发明人发现,富集的碳氢燃料和气体混合物优选与半透膜接触,所述半透膜也对氢气(在烃类中)有选择性。例如,所述膜可包括玻璃膜,如聚醚酰亚胺,玻璃膜通常对小分子有选择性,如在烃类中对氢气进行选择。这种半透膜优选地选自以下材料,所述材料包括聚酰亚胺、聚砜以及聚乙烯或聚丙烯。所述膜可以是WO2004/039874中所描述的膜。所述膜可以是混合基质膜。优选地,所述膜是多孔膜,所述多孔膜具有的孔的孔径至少为10微米,可选地,孔径至少为100微米。优选地,所述膜是多孔烧结聚乙烯膜或聚丙烯膜,并且具有孔径为10-100微米的多孔,可选地,膜的厚度为0.75-10毫米。这种膜可从Porvair Filtration Group生产的商品i-Vyon中得到。
[0070] 可选地,在第一方面或第二方面所述的方法中,所述富集的碳氢燃料被传送给内燃机,所述内燃机开始运转,并且来自所述内燃机的未使用过的碳氢燃料被循环,循环方式为,在其离开所述内燃机后,与所述含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,然后再被传回至所述内燃机。
[0071] 可选地,所述方法由电子燃料喷射增强装置(EFIE装置)控制。这种装置对于本领域技术人员来说是已知的。这种装置通常适用于,当其被连接到连接交通工具氧传感器与交通工具计算机的接线上时,可以抵消来自所述氧传感器的电压。这样能够使所述交通工具的计算机有效地被通知到,所述发动机内的氧含量处于正常水平,并且避免了,如当所述交通工具不需要时还继续泵送更多燃料给发动机的情况。所述EFIE装置可以可选地控制一个或多个内燃机的其它方法或与内燃机相关的其它方法,包括但不限于起步控制、增压、水喷射、氮喷射、燃料喷射装置、驱动歧管组件例如歧管皮瓣、发动机内的螺线管和相关设备例如凸轮螺线管。
[0072] 可选地,所述方法由二维(有时被称为二维映射)电子燃料喷射增强装置控制,可选地,由三维(或三维映射)电子燃料喷射增强装置控制,可选地,由四维(或四维映射)电子燃料喷射增强装置控制,优选地由五维(或五维映射)电子燃料喷射增强装置控制。
[0073] 在第三方面,本发明提供了一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:氢源,用于产生含有氢气的气流,富集单元,用于将碳氢燃料与所述含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入碳氢燃料中以产生富集的碳氢燃料,所述氢源与所述富集单元之间流体相连通,使含有氢气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有碳氢燃料的入口和富集的碳氢燃料的出口。
[0074] 所述装置可用于实施第一方面所述的方法,所述方法还包括由氢源提供氢气,然后,进行步骤(i)将所述氢气在所述富集单元与所述碳氢燃料接触。
[0075] 如上所述,第三方面,本发明提供了一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:制氢单元,用于制备含有氢气的气流,富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有所述碳氢燃料的入口,以及所述富集的碳氢燃料的出口。
[0076] 所述装置可用于实施第一方面所述的方法,所述方法还包括在所述制氢单元中制备氢气,然后,进行步骤(i)将所述氢气在所述富集单元中与所述碳氢燃料接触。
[0077] 第三方面,本发明提供了一种用于富集碳氢燃料的装置,所述装置包括:氢源和氧源,用于产生含有氢气和氧气的气流,富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气和氧气的气流接触,使至少部分所述氢气和氧气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气和氧气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有所述碳氢燃料的入口,以及富集的碳氢燃料的出口。
[0078] 所述装置用于实施第一方面的所述方法,所述方法还包括由所述氢源提供氢气,由所述氧源提供氧气,然后,进行步骤(i)将所述氢气和氧气在所述富集单元中与所述碳氢燃料接触。
[0079] 第三方面,如上所述,本发明提供了一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:制氢单元和制氧单元,用于产生含有氢气和氧气的气流,富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气和氧气的气流接触,使至少部分氢气和氧气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气和氧气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有所述碳氢燃料的入口,以及所述富集的碳氢燃料的出口。
[0080] 所述装置用于运行第一方面的所述方法,所述方法还包括在所述制氢单元中产生氢气,以及在所述制氧单元中产生氧气,然后进行步骤(i)将所述氢气和氧气在所述富集单元中与所述碳氢燃料接触。
[0081] 所述氢源或制氢单元可以是任意适用于向所述富集单元提供氢气的单元,所述氢源或所述制氢单元可以是能够储存氢并且能够向所述富集单元提供所需氢气的单元。能够储存氢的单元可以储存氢气、液态氢或化学键合形态的氢,并且能够根据需要释放氢气。
[0082] 用于储存氢气的单元对于本领域技术人员来说是已知的,并且其包括腔室,通常为汽缸,其中含有加压的氢气,在打开阀后可以被释放。用于储存氢气的所述单元可以是通常称为储氢容器(另外称为储氢筒或储氢罐)的单元,可以储存加压的氢气,例如压强为150巴左右或150巴以上,可选地压强为300巴左右或300巴以上,可选地压强为500巴左右或500巴以上。
[0083] 用于储存液态氢的单元对于本领域技术人员来说是已知的,这种单元通常加压下以及很低的温度下储存氢气,例如温度为20.28K左右。
[0084] 用于储存氢气的所述单元可以是储存化学键合形态的氢的单元。这种单元可以包括与氢结合的材料,并且根据需要释放氢气,通常通过加热材料来释放氢气。这种材料对于本领域技术人员来说是已知的。所述单元包括材料例如金属氢化物、金属有机骨架材料、碳纳米管以及咪唑鎓离子液体,其中金属氢化物中的金属可以选自金属、碱土金属和过渡金属。其它本领域技术人员已知的材料也可以使用。这种用于储存氢气的材料在本领域中有过记载。
[0085] 所述氧源或制氧单元可以是任意向所述富集单元提供氧气的适合的单元。所述氧源或所述制氧单元可以是任意能够储存氧气并且向所述富集单元提供所需氧气的单元。一种可以储存氧气的单元可以储存氧气、液态氧或化学键合形态的氧,并且根据需要释放氧气。
[0086] 用于储存氧气的单元对于本领域技术人员来说是已知的,并且其包括腔室,通常为汽缸,含有加压下的氧气,在打开阀门后氧气可以被释放。用于储存氧气的所述单元可以是通常称为储氧容器(另外称为储氧筒或储氧罐)的单元,可以在加压条件下储存氧气,例如压强为150巴左右或以上,可选地压强为300巴左右或以上,可选地压强为500巴左右或以上。通常情况下,氧气储存在压强为200巴或更低的压强下。
[0087] 用于储存液态氧的单元对于本领域技术人员来说是已知的,这种单元通常是在加压条件和很低的温度下储存氧气,例如压强高达200巴、温度为90.19K左右或更低。
[0088] 优选地,所述氢源或制氢单元为能从一种或多种化学物质制备得到氢气的单元。所述氢气可以从碳氢燃料的以蒸汽重整方法中产生,例如,碳氢燃料可以是甲烷,可以从烷醇的重整中产生,例如,烷醇可以是甲醇,以及从适当介质的电解过程中产生,例如,介质可以是水。所述氢源或制氢单元优选为一种能够从一种或多种化学物质制备得到氢气的单元,由于能够在需要氢气时产生氢气,从而避免了储存大量氢气的必要以及在高压和低温下储存液态氢的必要。
[0089] 优选地,所述氧源或制氧单元为能从一种或多种化学物质制备产生氧气的单元。例如,所述氧气可以通过适当介质的电解产生,例如,介质可以是水。在实施例中,所述氧气在化学氧气发生器中产生。化学氧气发生器是通过化学反应产生氧气的发生器,通常不需要电解作用。例如,化学氧气发生器可以通过含氧类物质与另一类物质发生化学反应产生氧气。例如,所述含氧类物质可以从超氧化物、氯酸盐,高氯酸盐以及臭氧化物中选择。以一种市售的氧气发生器为例,能够从氯酸钠(NaCIO3)、过氧化钡(BaO2)和高氯酸(KCIO4)与斯蒂芬酸铅和四氮烯的混合物发生反应制备氧气。另一个制氢单元的例子是氯酸盐氧烛,有时被称为氧烛,由氯酸钠和粉混合制备氧。最优选地,所述氧源或制氧单元包括一个或多个用于电解产生氧的电池
[0090] 所述氢源与所述氧源可以是同一来源,或不同来源。所述制氢单元与所述制氧单元可以是同一单元,或不同单元。
[0091] 最优选地,所述氢源或制氢单元包括一个或多个电解产生氢气的电池,优选地,从适合的液体介质中电解产生氢气和氧气。最优选地,所述氧源或制氧单元是包括一个或多个电解产生氧气的电池的单元,优选地,从适合的液体介质中电解产生氢气和氧气。所述液体介质可以包括水以及非必须的一种或多种电解质。所述电解质可以选自有机酸、碳酸盐、金属氢氧化物,例如,所述有机酸可以是醋酸,所述碳酸盐中金属可以选择碱金属如钾或钠,如K2CO3,所述金属氧化物中金属可以选择碱金属如钾或钠。用于电解产生氢气和氧气的所述一个或多个电池可包括一种装置,能够根据需要向电池中重新注水。
[0092] 所述电解槽可以是任意用于产生氢气的适用的电池。通常电池包括腔室,所述腔室中包括水、一个或多个作为阴极的电极C以及一个或多个作为阳极的电极A,所述电极与水接触。所述电池可以包括多个电极A和多个电极C。所述电极A和电极C可以是任意适当的形式,例如细长的形式如圆柱状,或板的形式。所述电极A和电极C可以为一系列的板以交替的方式设置,即,其中,除了系列中的端板,每个电极A设置于两个电极C之间,并且每个电极C设置于两个电极A之间,其中相邻的电极之间设置有非导电的基板例如非导电垫片。在优选的实施例中,导电中性基板设置于相邻电极A和相邻电极C之间。与所述电极A和所述电极C不同,在电池在运行时,无电荷作用于导电中性基板。所述导电中性基板优选地在电池中与水接触。可选地,如上所述,如果所述电池包括一系列交替设置的多个电极A和多个电极C,导电中性基板设置于每组相邻电极A与电极C之间,并且非导电基板如非导电垫片,设置于每个电极与相邻的导电中性基板之间。所述一个或多个电极A以及一个或多个电极C可完全或部分浸入水中。优选地,所述电极部分浸入水中。所述电极A和C可包括任意适合的导电材料。所述电极可包括如金属。所述金属可选自如铂、和不锈。所述不锈钢可以是316不锈钢或304不锈钢。
[0093] 对所述电解槽进行以下操作,将一个或多个电极A和一个或多个电极C与电源连接,使所述电极A作为阳极以及所述电极C作为阴极。在操作中,在包括交流发电机的交通工具中,所述电解槽优选与所述交流发电机电气连接,使其能获取来自交流发动机的动力,并且实现电解生成氢气和氧气。
[0094] 所述电解槽中的水可以包括电解质,以促进水的电导性。所述电解质可以是任意适合的能溶于水的离子类物质,并使所述电池产生氢气。这种电解质对于本领域技术人员来说是已知的。例如,所述电解质可以是碱金属氢氧化物,可选地为氢氧化钠或氢氧化钾。
[0095] 第一方面,所述方法还包括,(i)由所述氢源或制氢单元产生含有氢气的气流,然后,传送所述氢源或所述制氢单元产生的所述气流经过净化单元,以去除氢气以外的一种或多种其它物质,以产生净化的含有氢气的气流,以及,步骤(ii)将所述净化后的含有氢气的气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生所述富集的碳氢燃料。如本发明中所述,所述接触可以在所述富集单元中进行。“去除一种或多种其它物质”包括降低所述含有氢气的气流的浓度(例如,单位体积的所述气流中,一种或多种其它物质的质量或体积)。这可以将一种或多种其它物质的浓度降低50%,可选地降低80%,可选地降低90%,可选地降低95%,其中所述物质的浓度为每体积气流中所含的一种或多种物质的质量或体积。可选地,一种或多种其它物质可以从所述气流中被完全去除。
[0096] 第二方面所述的方法还包括,在电解过程中生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必须的氧气的气流,传送所述气流经过净化单元,以去除氢气以外的一种或多种其它物质,以产生净化后的气流,将所述净化后的气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分氢气被引入到所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。
[0097] 所述净化单元优选地去除氢气以外的一种或多种其它物质。除氢气以外的一种或多种其它物质可以从所述气流中被完全去除或部分去除。优选地,如果含有氢气的气流包括氧气,氧气不被去除,因为已发现氧气在内燃机内能够提高所述富集碳氢燃料的燃烧过程。
[0098] 所述净化单元优选地从所述气流中去除可溶于水的物质。如果被净化的所述气流是在电解含有电解质的水的过程中产生的,所述净化单元优选地适于去除可能存在于所述气流中的电解质。溶解在水中时,所述一种或多种物质可以是酸或碱。
[0099] 所述净化单元优选地包括一个或多个含有极性液体介质的腔室,所述一个或多个腔室适于传送所述含有氢气的气流经过一个或多个腔室中的所述极性液体介质。所述极性液体介质可以包括极性质子溶剂。所述极性液体介质优选地包括水,最优选地是去离子水。
[0100] 所述净化单元优选地包括一个或多个干燥单元,用于从所述气流中去除水。所述干燥单元可以是任意已知的用于去除水的装置。所述干燥单元可以包括任意适合的材料,即适于从气体中去除水的材料。所述干燥单元可以包括吸湿材料。所述吸湿材料可以包括吸湿性无机盐,包括但不限于金属卤化物和金属氢氧化物。所述金属可以选自碱金属、碱土金属和过渡金属。所述调湿材料可以选自氯化锌、氯化、氢氧化钾和氢氧化钠。
[0101] 在优选的实施例中,所述一个或多个干燥单元包括用于去除水的一种或多种分子筛。所述一种或多种分子筛可以包括沸石。所述沸石优选地能使氢气通过,但是从通过沸石的气流中去除水。优选地所述沸石选自沸石3A、沸石4A、沸石5A和沸石13X。最优选地,所述沸石选自沸石4A和沸石5A。所述一种或多种分子筛可以是颗粒形式,例如为粉末或小球。在实施例中,所述一种或多种干燥单元可以包括腔室,所述含有氢气的气流经过腔室,所述腔室包括一种或多种分子筛。所述一种或多种分子筛可以以颗粒形式完全地或至少部分地填充所述干燥单元中的所述腔室。或者,所述一种或多种分子筛可以以连续体的形式完全地或至少部分地填充所述干燥单元中的所述腔室。
[0102] 在实施例中,所述干燥单元包括第一腔室,所述第一腔室具有第一壁、第二壁以及一个或多个第三壁,其中,所述第一壁和第二壁能透过氢气和水,所述一个或多个第三壁不能透过氢气和水,用于去除气体中的水的一种或多种材料设置于所述腔室中。在使用时,所述气流经过所述第一壁,与所述一种或多种用于去除气体中的水的材料接触,并且净化的气流通过所述第二壁从所述腔室中排出。所述第一壁和所述第二壁优选为可渗透的。所述第一壁和所述第二壁可以包括金属。所述一种或多种用于去除气体中水的材料可以选择上述的吸湿材料和分子筛。优选地,所述一种或多种用于去除气体中水的材料包括分子筛。所述一种或多种用于去除气体中的水的材料可以是颗粒物形式,并且所述第一壁和第二壁可以是可渗透的,并且具有的孔的直径比所述一种或多种用于去除空气中的水的材料的大部分颗粒物的最小直径还小。“大部分”包括但不限于,至少重量百分比为90%,可选地至少重量百分比为95%,最优选地为颗粒物的重量百分比的99%。一种或多种用于去除水的材料中,至少部分颗粒的最小直径至少为200微米,可选地至少为500微米,可选地至少为0.1毫米,可选地至少为1毫米,所述部分颗粒可选为占重量百分比的50%,可选地重量百分比为75%,可选地为重量百分比为90%。在实施例中,所述第一壁和/或所述第二壁中包括烧结金属,所述烧结金属可以包括选自青铜黄铜和不锈钢的金属。所述烧结金属可以包括最大直径为200微米或更小的孔隙,可选地孔隙直径为150微米或更小,可选地孔隙直径为
100微米或更小,可选地孔隙直径为50微米或更小。
[0103] 所述腔室可以是任意适合的三维形状,包括但不限于圆柱形、立方形以及长方棱柱,其带有第一壁和第二壁优选地相对设置,并且其余的壁构成一个或多个第三壁。优选地,所述腔室是圆柱形,其中,所述第一壁和第二壁形成圆形的端壁并且所述第三壁形成与所述第一壁和第二壁连接的圆柱形壁。
[0104] 所述一个或多个第三壁可以由任意适合的不能渗透过氢和水的材料构成。这种材料对于本领域技术人员来说是已知的,并包括但不仅限于金属,例如钢。所述一个或多个第三壁优选为无孔的。
[0105] 在实施例中,所述干燥单元包括如上描述的第一腔室,并且可选地(i)第二腔室设置于所述第一壁的相对面上,所述第二腔室基本上没有用于去除气体中的水的材料;和/或(ii)第三腔室设置于所述第二壁的相对面上,所述第三腔室基本上没有用于去除气体中的水的材料。所述第二腔室可以包括一个或多个入口,用于使所述含有氢气的气流进入所述第二腔室。所述第三腔室可以包括一个或多个出口,用于使所述含有氢气的气流排出所述第三腔室。所述第二腔室优选地定义一个空间,该空间能够被所述含有氢气的气流填满,使所述气流与所述第一壁的大体所有表面接触,允许其通过所述第一腔室。“所述第一壁的大体所有表面”包括但不限于至少所述第一壁面积的80%,可选地至少所述第一壁面积的90%,可选地至少所述第一壁面积的90%。
[0106] 第三方面,本发明提供了一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:制氢单元,用于产生含有氢气的气流;富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有所述碳氢燃料的入口,以及所述富集的碳氢燃料的出口。
[0107] 所述富集单元还包括出口,用于所述碳氢燃料与所述含有氢气的气流接触时产生的气体混合物排出。
[0108] 所述装置可以包括:(i)第一电池,用于电解产生氢气和氧气,其中所述第一电池与所述富集单元之间流体相连通,使所述第一电池中产生的含有氢气和非必须的氧气的第一气流被传送给所述富集单元,(ii)第二电池,用于电解产生氢气和氧气,其中所述第二电池具有导管,用于将第二电池中产生的含有氢气和非必须的氧气的第二气流传送到内燃机,可选地传送到所述内燃机的所述空气入口。在实施例中,所述第一电池产生两种气流,第一气流富含氢气以及第三气流富含氧气,其中所述第一气流被传送给所述富集单元,用于所述富集碳氢燃料的产生,所述第三气流被传送给所述内燃机,可选地为内燃机的空气入口。在实施例中,所述第二电池产生两种气流,第二气流富含氧气以及第四气流富含氢气,其中所述第四气流被传送给所述富集单元,用于所述富集碳氢燃料的产生,所述第二气流被传给所述内燃机,可选地为所述内燃机的空气入口。在当前情况下,如果气流被特定气体富集,所述气流含有至少50%体积的特定气体,可选地至少含有60%体积的特定气体,可选地至少含有70%体积的特定气体,可选地至少含有80%体积的特定气体,可选地至少含有90%体积的特定气体,可选地至少含有95%体积的特定气体。
[0109] 所述装置还包括加热器,所述加热器与所述富集单元的所述富集碳氢燃料的出口间流体相连通,可选地所述加热器能将所述碳氢燃料加热到至少50℃。所述加热器可以包括水加热系统,所述水加热系统与交通工具的散热器连接,例如在使用中,当连接到散热系统,水能够从所述散热系统经过所述加热系统,对所述碳氢燃料进行加热。
[0110] 可选地所述装置还包括使所述富集碳氢燃料受磁场影响的装置。所述使所述碳氢燃料受磁场影响的装置包括静态磁体或电磁体。在实施例中,使所述碳氢燃料受磁场影响的装置可以包括超外差磁体。
[0111] 所述装置可以包括导管,用于将所述富集碳氢燃料传送给内燃机。例如所述导管包括用于将所述碳氢燃料传送给所述内燃机的管子。所述管子可以包括任意适用于输送碳氢燃料的材料。
[0112] 本发明还提供了一种内燃机,所述内燃机具有第三方面所述的装置与其相连,所述装置具有导管,用于将所述富集后的碳氢燃料传送给所述内燃机的燃料入口和/或空气入口。
[0113] 本发明还提供了一种内燃机,所述内燃机具有第三方面所述的装置与其连接,其中所述装置包括:(i)第一电池,用于电解产生氢气和氧气,其中所述第一电池与所述富集单元之间流体相连通,使含有所述第一电池中产生的含有氢气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有用于富集的碳氢燃料的出口,所述出口与所述内燃机的燃料入口之间流体相连通。(ii)第二电池,用于电解产生氢气和氧气,其中所述第二电池具有导管,用于将第二电池中产生的氢气传送到所述内燃机的空气入口。
[0114] 如本发明所述,本发明还提供了一种包括内燃机的交通工具,所述内燃机具有第三方面所述的装置与其连接。
[0115] 所述碳氢燃料可以包括用于内燃机的燃料。所述碳氢燃料可以包括石油,例如石油精,有时也被称为汽油gasoline(美国)或汽油petrol(英国),柴油、液化石油气、压缩天然气、喷气燃料,也可以包括醇类,例如乙醇
[0116] 汽油或石油通常包括烃类,所述烃类的每个分子中的碳原子数为4-12个。汽油或石油通常包括将原油蒸馏而得到的烃类,这种烃类是将原油在大气压下、在30℃-200℃的温度下蒸馏而得到。本发明所述的方法或装置中,使用的汽油或石油在接触含有氢气的气流之前,其辛烷值至少为50,可选地辛烷值至少为60,可选地辛烷值至少为70,可选地辛烷值至少为80,可选地辛烷值至少为90。本发明所述的方法或装置中,使用的汽油或石油在接触所述含有氢气的气流之前,辛烷值为85-93。
[0117] 柴油通常包括烃类,所述烃类的每个分子中的碳原子数为8-21个。汽油通常包括的烃类是由原油蒸馏而得,这种烃类是将原油在大气压下、在200℃-350℃的温度下蒸馏而得。
[0118] 内燃机对于本领域技术人员来说是已知的术语。它通常是一个机械装置,燃料可以在该装置的燃烧室内燃料,使燃烧室中气体的膨胀施力给发动机的可移动元件,如活塞。
[0119] 所述内燃机可选择二冲程发动机、四冲程发动机、六冲程发动机和汪克尔转子发动机(Wankel rotary engine)。四冲程发动机中,引擎的可移动元件例如活塞,运行一个周期需要经过四个步骤。这些步骤通常是(i)燃料和氧化性气体进入燃烧室,(ii)所述燃料和氧化性气体的压缩,(iii)所述燃料和氧化性气体的燃烧,通过气体的膨胀使在腔室的可移动部件移动,(iv)排出,将燃烧产物排放到大气中。
[0120] 所述内燃机可以是汽油发动机柴油发动机。汽油发动机中,燃料通过电火花在燃烧室中被点火。柴油发动机适于通过燃料的压缩和内燃机的加热使燃料被点火,而不是通过电火花点火。
[0121] 所述内燃机可以包括一个或多个空气入口(有时称为空气进气歧管),一个或多个燃烧室与所述空气入口之间流体相连通,一个或多个燃料入口用于将碳氢燃料引入发动机中。所述一个或多个燃料入口可以包括一个或多个燃料喷射装置,用于将燃料喷射到所述发动机。所述一个或多个燃料入口可以将所述燃料引入所述一个或多个燃烧室或引入所述一个或多个空气入口。
[0122] 在实施例中,所述富集的碳氢燃料可以通过所述燃料入口被传送到所述发动机。在优选的实施例中,所述富集的碳氢燃料通过一个或多个燃料喷射装置被传送到所述发动机,所述燃料喷施装置可选地将所述富集的碳氢燃料传送到所述空气入口和/或所述一个或多个燃烧室。
[0123] 在实施例中,如上所述,可选地,所述富集的碳氢燃料通过燃料入口被传送到所述内燃机,在电解水产生的含有氢气和氧气的气流通过所述空气入口被传送到所述发动机。如上所述,可选地,在此所述水中可以含有电解质。
[0124] 下面根据本发明的具体实施例并结合附图对本发明作详细描述。
[0125] 注释:括号中的数字表示系统组件的编号,详见图1。
[0126] 图1所示为本发明中内燃机的装置实施例的模块示意图。
[0127] 图2所示为燃料增强室的原理部分的示意图。
[0128] 图1的实施例利用两个电池1,2,通过利用交通工具交流发电机23现有的过量的功率电解水产生氢气和氧气。这并不影响用来给所述交通工具电池22充电的功率。每个电池包括多个电极A和多个电极C,在使用中,电极A形成电池的阳极,电极C形成电池的阴极。所述电极A和C交替地以一系列板的形式设置,即,其中,除了系列中的端板,每个电极A设置于两个电极C之间,并且每个电极C设置于两个电极A之间。
[0129] 导电中性基板设置于每个相邻电极A和相邻电极C之间,并且非导电基板如非导电垫片,设置于每个电极和相邻导电中性基板之间。像这种电池有时被称为干电池。所有电极A、电极C以及中性导电基板与电池中的水接触。所述电池中的水将所述电极A、电极C以及所述中性导电基板部分覆盖。每个电池都填充有电解质溶液,并且有正极接线柱和负极接线柱,电解质溶液通常为氢氧化钾。电池的入口管和出口管提供给鼓泡器/储液器(图中未显示)进料系统和回送系统,以保证在干电池内和生成气体的出口有恒定的电解质液面,生成的气体也就是含有氢气的气流。
[0130] 每个电池1,2产生含有氢气的气流,所述含有氢气的气流依次经过两个净化单元。所述第一净化单元3,10包括含有去离子水的多个腔室,一个或多个腔室适于使所述含有氢气的气流通过水。所述第一净化单元3,10也被称作气体洗涤装置,在图3中被详细地指示出。所述第一净化单元的所有壁由316不锈钢制成。所述含有氢气的气流经过每个隔间的所述去离子水连续地起泡,并且可能在电解过程中产生的所述气流中的腐蚀性物质溶解到水中,产生净化的气流。这一净化步骤是非常重要的,因为一定量的腐蚀性蒸汽从电解过程就开始留存。如果不对这种蒸汽进行处理,就会造成的气缸盖、零部件等出现严重的问题。
[0131] 所述气体净化的最后步骤是,将其通过包括分子筛阱4,11的第二净化单元,在将气体引入所述空气入口或燃料增强室之前将所述气体进行干燥。所述分子筛阱的横截面图如图4所示。所述分子筛阱包括汽缸形式的腔室,具有分子筛的颗粒并且分子筛颗粒设置于两个气体可渗透的圆形烧结金属圆盘之间。所述汽缸的端壁与两个圆形烧结金属圆盘之间留有空间。所述汽缸的每个端壁具有开口,允许气流根据情况通过或排出所述汽缸。当所述富集的碳氢燃料在内燃机燃烧时,将所述含有氢气的气流进行干燥可以使燃烧更加平稳,并且减少“爆炸性”。所述分子筛阱可以依据气体流速以及预期的水含量设定大小,并且将会被4A分子筛或5A分子筛填满。
[0132] 从电池1生成的所述含有氢气的气流经过所述的净化后,被引入所述燃料富集装置(6A;或在图中被称为燃料富集室),图2通过压强控制阀5。
[0133] 如图2所示为燃料富集装置6A,以下将详细描述。所述燃料富集装置100包括基本为圆柱形的容器102,通过分隔器或隔板被分成若干腔室部分。所述容器102被分成第一气体腔室部分104、液体腔室部分106、中间腔室部分108以及第二气体腔室部分110。虽然在本实施例中,所述腔室部分是一个单独容器的分部,但在其他实施例中,每个腔室部分可以由单个容器形成,各容器之间流体相连通。
[0134] 所述燃料富集装置100能够与具有内燃机的交通工具连接,并用氢来增强液体碳氢燃料的性能,碳氢燃料例如汽油或柴油。在本实施例中,所述装置100包括与压力控制阀5,138连接的进气口122;与所述交通工具的燃料箱连接的进液口136,例如,所述燃料箱中可含有汽油或柴油;与发动机的燃料喷射泵连接的出液口140;以及与发动机的进气歧管连接的出气口150。所述燃料富集装置100用于将氢气溶解于所述液体碳氢燃料中,从而提高其性能。
[0135] 所述第一气体腔室部分104处于所述容器102的底部,并且被所述容器的基座112、所述容器的侧壁114以及隔板116来界定。所述隔板大体上与所述基座112平行,并且延伸穿过所述容器102的整个截面。所述隔板116具有流体通道118和单向阀120,所述流体通道118设置于所述隔板的中心,所述单向阀120设置于所述流体通道118上。所述单向阀120被设置为接近1-2磅/平方英寸(6.89-13.79千帕)。所述流体通道118允许所述第一气体腔室部分104与位于所述隔板之上的液体腔室部分106之间流体连通。当所述第一气体腔室104的压力超过所述单向阀120入口的压力时,所述单向阀120允许流体从所述第一气体腔室部分104流向所述液体腔室部分106,但是阻止流体流向相反的方向。
所述第一气体腔室部分104还具有进气口122,允许气体从气体源(例如,源于所述第一电池的含有氢气的气流)被引入所述第一气体腔室部分104中。所述进气口122具有电磁驱动的进气口阀124,用于控制对所述第一气体腔室部分104的气体供应。所述第一气体腔室部分104还具有减压安全阀126,所述减压安全阀126被预设有适当的值。当所述第一气体腔室部分104内的压力超过预设值,所述减压安全阀126开启并且气体从所述第一气体腔室部分104放出,使所述第一气体腔室部分104内的压力减小。这防止所述第一气体腔室部分104内的压力变得过高。
[0136] 所述燃料富集装置100包括用于给所述第一气体腔室部分104的气体增压的装置。在此特定的实施例中,用于给所述第一气体腔室部分104增压的装置是活塞128,所述活塞128可滑动地设置于所述第一气体腔室部分104内。所述活塞128延伸通过所述第一气体腔室部分104的几乎整个截面,并且能在所述容器102的主轴方向上滑动。所述活塞128用两个O型环130对所述第一气体腔室部分104的侧壁114的内表面进行密封,所述O型环环绕延伸在所述活塞128周围。所述活塞128由电磁驱动器132驱动,所述电磁驱动器132能使所述活塞128在所述第一气体腔室部分104内上下移动。在图1中,所述活塞
128和所述电磁驱动器132构成电磁阀6C,由来自压力开关6B的信号驱动。所述活塞128被驱动器132驱动,运行每分钟所需的若干循环,通常为10-30个循环,优选地每分20个循环左右。
[0137] 当所述活塞开始其压缩冲程时,图1中所示的压力控制阀5关闭,以防止气体返回使来自所述分子筛阱4的气体进料增压。所述单向阀开启,并且允许压缩气体进入上部腔室。装有弹簧的纱布被略微提起,以允许气体向下方蔓延并且通过燃料均匀扩散。所述气体在所述燃料中的饱和度由上面提到的体积A和体积B的比率所决定。
[0138] 液体腔室部分106设置于所述第一气体腔室部分104之上,并且被隔板116、所述容器102的侧壁114以及挡板134界定。所述挡板134基本与所述隔板116平行,并且延伸穿过所述容器102的整个截面。所述挡板134具有多个开口,所述开口使液体腔室部分106与中间腔室部分108之间流体相连通。所述液体腔室部分106具有进液口136,允许液体燃料被引入所述液体腔室部分106中。单向阀138设置于所述进液口136上并且允许流体通过所述进液口137流入所述液体腔室部分106,但是阻止流体通过进液口136流出所述液体腔室部分106。所述单向阀138低于交通工具的燃料供给系统的燃料泵操作压力约
1-2磅/平方英寸(6.89-13.79千帕)。所述液体腔室部分104还具有出液口140。铜丝网形式的散射屏142朝向所述液体腔室部分106的底部。所述散射屏142与所述隔板基本平行,并且延伸基本穿过所述液体腔室部分106的整个截面。所述散射屏142通过多个弹簧
144有弹性地偏向所述隔板116,所述弹簧连接于屏142底面与所述隔板116的上表面之间。在静止状态下,所述散射屏142靠在所述隔板116的上表面。当所述第一气体腔室部分104内的压力增加,并且超过了所述单向阀120的预设值,所述阀门开启并且气体通过所述流体通道118进入所述液体腔室部分106,这会同时导致所述散射屏142轴向地从所述隔板116轴向地移开(或提起)。允许加压气体流入所述隔板116与所述散射屏142之间的液体腔室部分106中的区域,并且通过所述散射屏142进入所述液体腔室部分106。
[0139] 可以依据发动机型号和氢气在所需燃料中的饱和度,来调整所述第一气体腔室部分104与所述液体腔室部分106的相对体积。所述第一气体腔室部分104对于所述液体腔室部分106的体积比率优选地满足比率X+0.5:1,其中X为交通工具的燃料供给系统的燃料泵的以巴计算的操作压力值。
[0140] 半透膜146设置于所述挡板134之上,并且延伸穿过所述容器102的整个横截面。所述半透膜146限定了容器顶148与侧壁114之间的第二气体腔室部分110,同时限定了挡板134与侧壁114之间的中间腔室部分108。所述第二气体腔室部分110具有出气口150,所述出气口具有电磁控制阀152。所述阀152控制气体通过所述出气口150从所述第二气体腔室部分110流出。
[0141] 在使用中,活塞128位于所述第一气体腔室部分104的底部,所述第一气体腔室部分104被通过所述进气口122进入的氢气/氧气混合物填充。气体进入腔室104的流动由所述阀124控制。来自交通工具燃料箱的液体碳氢燃料,例如石油,填充所述液体腔室部分106。这是由所述交通工具的燃料供给系统来控制的。所述活塞128在所述第一气体腔室部分104内向上移动来压缩所述氢气/氧气。这增大了气体压力,导致其通过流体通道118的单向阀120流入所述液体腔室部分106。所述加压的氢气/氧气使所述散射屏142从隔板116处移开,允许加压气体流入所述散射屏142与所述隔板116之间的区域。随后,所述加压的氢气/氧气流经所述散射屏142,进入所述液体腔室部分160内的液体碳氢燃料中。
所述散射屏142有助于促进所述氢气/氧气在所述液体燃料中的均匀扩散。所述氢气/氧气的压力使氢气扩散并且溶解在所述燃料中。氢取代了燃料中的氮,并且过量的气体和燃料蒸汽被推动通过所述挡板134进入所述中间腔室部分。所述液体腔室部分106中的燃料用氢气得到富集或增强,通过出液口被传送给所述交通工具发动机的燃料喷射泵。至少部分所述燃料蒸汽被所述半透膜146留存在所述中间腔室部分内,并且任意过量的气体,如氢气/氧气/氮气,经过所述半透膜146进入所述第二气体腔室部分110。然后,所述过量的气体通过出气口150被供向所述交通工具发动机的空气进气歧管。所述过量的气体可以含有燃料蒸汽,所述燃料蒸汽能够被供给发动机的空气进气歧管。
[0142] 压缩氢气和氧气到所述液体碳氢燃料带来了许多益处。部分氢气和氧气被溶解到所述燃料中,使所述燃料达到部分饱和。这增加了燃料的辛烷值或RON。所述燃料中溶解的杂质,例如氮,被氢气/氧气从溶液挤出,并且阻止或减少了燃烧过程中NOx的形成。从出液口140供向所述燃料喷射泵的部分饱和的燃料具有降低的粘度,从而导致更细的喷雾经过所述燃料喷射系统。这样能够与来自所述空气进气歧管的富足空气更好地混合,从而改进了燃烧特性(燃烧效率)。
[0143] 随着活塞128移回到所述第一气体腔室部分104的底部,所述容器102内的压力降低,并且扩散板106回到静止位置,扩散板106位于隔板116之上或靠近隔板116。随后,循环重新开始,所述第一气体腔室部分104被氢气/氧气填充,并且所述液体腔室部分106被液体燃料填满。所述扩散板可以包括任意适合的材料,如金属或合金。在优选的实施例中,所述扩散板包括青铜。
[0144] 如上所述,来自所述燃料中的被取代的和过量的气体经过所述半透膜,所述半透膜由 R制造(可从Porvair Filtration Group购买),将任意燃料的大部分保留在上部腔室的过量气体中,同时允许所述氢气和氧气经过。这种气体通过电磁阀排出并且被引入发动机进气口9作为所述燃烧过程的一部分被燃烧。
[0145] 含有溶解的氢气和氧气的所述富集的燃料通过第二单向阀被供给磁性预热腔室7,所述第二单向阀压力值设置为Y+2磅/平方英寸(其中Y为以PSI计算,为所述上部腔室的所需操作压力值)。
[0146] 然后,所述部分饱和的燃料在所述磁性预热腔室7经历两个阶段过程,使所述燃料被加热(从而确保至少部分氢气和氧气留存在溶液中且没有“泡沫”),并且用一个或多个磁铁使所述燃料分子的磁场重整,例如,如本发明所述,超外差磁铁,能提高燃烧效率被再次提及。超外差磁铁对于本领域技术人员来说是已知的,并且其包括可以产生震荡磁场的磁铁。这种磁铁被发现能够促进碳氢燃料的燃烧。不限于理论,本发明的发明人认为,由于氢气、氧气以及燃料分子在震荡磁场中相互作用,这样所述氢气和氧气与所述燃料分子之间会产生更加密切的关联。所述磁性预热腔室的腔室内衬有超外差磁铁、夹套有来自散热系统的热水、并且除去了冷却系恒温器的上游。
[0147] 这种加强后的燃料通过喷射泵8供给所述发动机9,在所述发动机内,与来自干电池2的空气/氢气/氧气的混合物以及来自所述燃料富集腔室6a的过量的气体/燃料的进行混合。这种混合物被认为是进行了利用燃烧的优化。
[0148] 在发动机的空气入口9,净化后的来源于干电池2的氧气和氢气取代部分空气,提供了富含氧的混合物,通过该混合物置换氮(每升净化气体引入所述进气口置换出大约0.79升氮气)来促进燃烧过程,从而减少NOx的输出,并且也通过增加燃料混合物整体的能量潜力来促进燃烧。燃烧的速率也显著地增加并且与氢的比例成正比。与汽油燃烧速率
0.2-0.9厘米/分相比,氢自身燃烧速率为3-6厘米/分。燃烧混合物中存在的氢越多,完成燃烧的速度越快。
[0149] 在此过程中未使用的任意增强燃料通过燃料回流12被再引入所述交通工具燃料箱13中。这种回流的燃料有效地清除掉了不需要的溶解性气体,并且由于溶解的氢的存在,这种回流的燃料具有较高的辛烷值。由于所述燃料已经部分饱和,我们期望部分气体能够被释放到散装燃料供给中,并在其中被吸收。因此,交通工具运行时间越长(在相同的燃料箱),散装燃料将会被溶解的氢气和氧气富集越多,效率越好。为了防止燃料箱增压,引入了减压安全阀15,将使聚集的任意气体/燃料有效地释放到所述空气入口,使燃料安全地被引入所述发动机用于燃烧。
[0150] 图5所示为第二个燃料富集腔室的实施例的示意图,与图2不同的是,活塞由螺旋机构驱动,而不是由电磁驱动。
[0151] 电子燃料喷射增强装置(EFIE)与电子器件
[0152] 如图1所示的上述系统可由EFIE(电子燃料喷射增强)装置20控制。EFIE装置对于本领域技术人员来说是已知的。EFIE有时被称为ECU(发动机控制单元)。所述EFIE确保所述发动机接收最佳的点火时机、所有RPM(转数/分钟)下空气/燃料比例和负荷状态。可选地,根据发动机的转速,所述EFIE控制大量氢气和非必须的氧气与所述碳氢燃料接触。
[0153] 例如,“富集后的碳氢燃料传送到所述内燃机的容积流率(升/分):含氢气的气流接触或流经碳氢燃料以产生富集的碳氢燃料,其中氢气的容积流率(升/分)”,所述EFIE能控制如上所述比率。所述发动机也更加顺畅,更好地传送响应信息,并且在各种RPM下以及各油门位置处最大限度地提高燃料效率。所述EFIE能被程序化,以识别驱动形式和环境。所述EFIE能不断地监控和调整所述发动机的标准以及上述系统,以最大限度地提高燃料效率。五维映射EFIE能够被程序化以识别城市、高速公路、越野、承载以及拖车的情况,或者,事实上的任意可以设想到的交通工具的特殊情景。它也能被程序化以在不同的场景中执行,如沙漠、海洋、高海拔处等等。可以提供给所述EFIE一套标准的优化参数,但所述EFIE可以通过互联网下载的更新参数被简单地重新设定程序,并将所述EFIE内存通过与笔记本连接的USB进行“反射”。
[0154] 这种EFIE易于被重新设定程序,使本发明能够在应用于多种情况,包括,如果有需要也可以应有于军事应用中,也允许系统使用者将所述系统从他们的交通工具中移除,并且将所述系统以最小成本附加在新的交通工具上,只需要简单地将EFIE重新程序化以适用新交通工具。适合的程序可在线使用。
[0155] 所述EFIE还包含定时电路19,在开启干电池气体发生器开关之前允许所述发动机管理系统进行正常检查程序;这防止了由于氢气/氧气的富集使燃烧特性存在差异从而使所述交通工具ECU21变得混乱。
[0156] 所述电路添加有继电器18、总开关17和断路器16而得到完善。
[0157] 实例
[0158] 例1—2.4升柴油轿车,标准制造商的配置
[0159] 在标准配置中,上述交通工具在速度为平均60英里/小时(mph)的情况下,回程为平均42mpg(每加伦所行的英里数)。这相当于燃料的使用量为每小时1.43加仑或每小时6.5升。进入发动机的柴油平均流速为0.11升/分钟。标准的实验室制造的干电池返回的氢气和氧气为1.5升/分钟,并且氢气和氧气的比例为2:1,也就是说,在15安培下,氢气为每分钟1升和氧气为每分钟0.5升。
[0160] 在上述配置中,使用的两个干电池产生气体的速率为3升/分钟。每分钟有1.5升气体流经燃料富集装置,将气体压缩到3.5巴进入所述柴油燃料中以取代氮气,并使约3巴下的燃料饱和。所述燃料/蒸汽残余气体被带入所述空气入口,在此与来自第二干电池的1.5升净化气体混合,最终,在点火前进入燃烧室内,与增强后的柴油混合。
[0161] 在此配置中,发动机将使mpg至少增加43%(18mpg),并相应减少碳足迹。所述NOx排出量减小到接近零的水平。颗粒物被减小到接近零的水平。
[0162] 例2—4.0升汽油吉普车,标准制造商的配置
[0163] 在标准配置中,上述交通工具在速度平均为60mph的情况下,将回程为平均15mpg(每加伦能行的英里数)。这相当于燃料的使用量为每小时4.0加仑或每小时18.2升。进入发动机的柴油平均流速为0.3升/分钟。
[0164] 标准的实验室制法制造的干电池被制成以2.0升/分钟的速率产生氢气和氧气,所述氢气和氧气的比例为2:1,也就是说,在20安培下,产生的氢气为每分钟1.34升,氧气为每分钟0.66升。
[0165] 在此情况下,使用的两个干电池产生气体的速率为4.0升/分钟。每分钟有2.0升气体通过燃料富集腔室,被压缩到3.5巴进入所述汽油中以取代氮气,并使约3巴下的燃料饱和。所述燃料/蒸汽残余气体被带入所述进气口,在此与来自第二干电池的2.0升的净化气体混合,在点火前最终进入与增加燃料混合的所述燃烧室内。
[0166] 在此配置中,发动机使mpg至少增加30%(4.5mpg),并相应减少了碳足迹。所述NOx排出量的减小到接近零的水平。
[0167] 例3—10.5升柴油卡车,标准制造商的配置
[0168] 在标准配置中,上述交通工具在平均速度为40英里/小时的情况下,回程为平均6.7mpg(每加伦能行驶的英里数)。这相当于燃料的使用量为每小时5.97加仑或每小时
27.2升。进入发动机的所述柴油平均流速为0.45升/分钟。
[0169] 这种情况下,需要大量气体,迫使多对干电池并联使用。对于上述例子,六个干电池被分成两组,每组三个,在15-20安培下运行,产生氢气和氧气的速率为9.0-10.0升/钟,氢气和氧气的比例为2:1,也就是在-15安培下,产生的氢气为每分钟6.0升,氧气为每分钟3.0升。
[0170] 每分钟有4.5升气体通过所述燃料富集腔室,并被压缩到3.5巴进入所述汽油中以取代氮气,并且使接近3巴下的燃料饱和。所述燃料/蒸汽残余气体被带入所述空气入口,在此与来自第二干电池的4.5升净化气体混合,最终,在点火前进入燃烧室内,与增强后的燃料混合。
[0171] 在此配置中,发动机是mpg至少增加30%(2.0mpg),并相应减少了碳足迹。所述NOx排出量减小到接近零的水平。颗粒物被减小到接近零的水平。
[0172] 在上述实施例中,将氢气和氧气压缩到所述燃料中的作用有四个方面:
[0173] 1/将部分氢气和氧气溶解于所述碳氢燃料自身中,使其部分饱和;
[0174] 2/溶解的杂质如氮气被进入的气体从溶液中赶出,从而防止燃烧过程中发生反应形成NOx;
[0175] 3/在未溶解的气体通向发动机入口歧管的过程中,其运载有重质燃料蒸汽,其中部分重质燃料蒸汽被半透膜留存;
[0176] 4/所述部分饱和燃料具有较低的粘度,从而使更细的喷雾经过燃料喷射系统;这使得与来自空气进气歧管的富足空气更好地混合,从而改进燃烧特性(燃烧效率)。
[0177] 本发明的发明人发现本发明的实施例提供了许多优点,包括:
[0178] 1.提高了燃料效率,通常以mpg来衡量,例如,在以碳氢燃料运行的标准内燃机中,mpg高达50%;
[0179] 2.对于任何交通工具来说,使用本发明的技术方案能够减少碳足迹,因为燃料消耗减少;
[0180] 3.通过从燃烧区取代氮来减少和最小化NOx的产生,并在被包含的体积内里进行更有效地燃烧循环;
[0181] 4.通过增加燃烧效率,减少了柴油内燃机的颗粒物的产生,使燃烧副产物几乎仅仅为气态;
[0182] 5.通过防止使用标准燃料/空气混合物发生已知的积碳现象,使发动机的磨损降低到最小限度;
[0183] 6.在安装后的第一个1000-2000千米的运行中清洁发动机中的积碳,从而优化发动机状态;
[0184] 7.因为所述系统正常运行时,没有发生油的碳污染,所以延长了交通工具所需更换机油服务间隔;
[0185] 8.对于系统,本发明的装置可以从一个交通工具被转移到另一交通工具,并且本发明的装置使用可程序化的EFIE技术得到了优化;
[0186] 9.由于所述装置比较紧凑其需要最小的机械接口,因此最大限度地减少了对其它现有交通工具系统的干扰;
[0187] 10.提高了低级碳氢燃料的性能,使其能被用在交通工具中,否则将不适于被应用与交通工具中;
[0188] 11.所述系统的多功能性,允许其适用的内燃机和交通工具范围广泛,包括航海和航空领域中的交通工具。
[0189] 一方面,本发明涉及如下编号段落中描述的主题:
[0190] 1.一种用于内燃机的碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:
[0191] (i)将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料;以及(ii)将所述富集的碳氢燃料传送给内燃机。
[0192] 2.根据第1段所述的方法,其中,所述方法包括:在步骤(i)之前,在电解水的过程中生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必须的氧气的气流,在步骤(i)中,将所述气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生所述富集的碳氢燃料;以及(ii)将所述富集的碳氢燃料传送给所述内燃机。
[0193] 3.一种碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:在电解水过程中生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必须的氧气的气流,并且将所述气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。
[0194] 4.根据第3段所述的方法,其中,所述富集的碳氢燃料被传送给内燃机。
[0195] 5.根据上述任一段所述的方法,其中,所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,并且在所述气流与所述液体碳氢燃料的接触中,至少所述气流中的部分氢气溶解到所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料。
[0196] 6.根据上述任一段所述的方法,其中,所述富集的碳氢燃料被加热至至少50°C,并随后被传送给内燃机。
[0197] 7.根据第6段所述的方法,其中,所述燃料被置于磁场中,并同时被加热至至少50°C。
[0198] 8.根据上述任一段所述的方法,所述方法包括:在第一电解池中电解水的过程中生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必需的氧气的第一气流,在第二电解池中电解水的过程中生成氢气和氧气,以产生含有氧气和非必需的氢气的第二气流,将所述第一气流与所述碳氢燃料接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生所述富集的碳氢燃料,并将所述富集的碳氢燃料传递给内燃机,将所述第二气流传递给内燃机,所述第二气流在所述内燃机中与所述富集的碳氢燃料接触。
[0199] 9.根据第8段所述的方法,其中,所述内燃机包括空气入口和燃料入口,所述燃料入口用于将燃料引入发动机,使所述燃料与来自所述空气入口的空气接触,并且所述第一气流通过所述燃料入口被引入所述发动机中,所述第二气流通过所述空气入口被引入所述发动机中。
[0200] 10.根据上述任一段所述的方法,其中,所述碳氢燃料为液体燃料,并且将所述含有氢气的气流与所述碳氢燃料接触,得到所述液体燃料和气体混合物,所述方法还包括将所述富集的碳氢燃料与所述气体的混合物进行分离,在所述内燃机的燃料入口处,将所述富集的碳氢燃料传送给所述内燃机;并且在所述内燃机的空气入口处,将所述气体混合物传送给所述内燃机。
[0201] 11.根据上述任一段所述的方法,其中,内燃机在运转,并且所述内燃机内未使用的碳氢燃料是流通的,在所述碳氢燃料离开所述内燃机后,与所述含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,然后再将其传送回所述内燃机中。
[0202] 12.根据上述任一段所述的方法,其中,所述富集的碳氢燃料以容积流率Ve(升/分)被传送给内燃机;所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,并且所述含有氢气的气流接触或流经所述碳氢燃料,以产生富集的碳氢燃料,使所述气流中的氢气接触或经过所述碳氢燃料的容积流率为Vf(升/分),并且Ve:Vf的比率为1:1至1:15。
[0203] 13.根据第12段所述的方法,其中Ve:Vf的比率为1:4至1:12。
[0204] 14.根据上述任一段所述的方法,其中,所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,并且所述含有氢气的气流在约为2巴或更大的压强下流经所述碳氢燃料,以产生富集的碳氢燃料。
[0205] 15.根据第14段所述的方法,其中,所述碳氢燃料为液体碳氢燃料,并且所述含有氢气的气流在约为3巴或更大的压强下流经所述碳氢燃料,以产生富集的碳氢燃料。
[0206] 16.一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:制氢单元,用于产生含有氢气的气流;富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元间流体相连通,使所述含有氢气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有碳氢燃料的入口以及所述富集的碳氢燃料的出口。
[0207] 17.根据第16段所述的用于富集碳氢燃料的装置,其中,所述制氢单元包括电解池,用于在电解水生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必须的氧气的气流。
[0208] 18.根据第16段或第17段所述的装置,所述装置包括加热器,所述加热器与所述富集单元内的富集的碳氢燃料的出口之间流体相连通,所述加热器能够将所述碳氢燃料加热到至少50°C。
[0209] 19.根据第18段所述的装置,其中,所述加热器还包括一种装置,用于将所述加热器内富集的碳氢燃料置于磁场。
[0210] 20.根据第16段至第19段任一所述的装置,其中,所述装置包括:(i)第一电池,用于电解水产生氢气和氧气,其中,所述第一电池与所述富集单元间流体相连通,使来自所述第一电池的含有的氢气和非必须的氧气的第一气流被传送给所述富集单元,(ii)第二电池,用于电解产生氢气和氧气,其中,所述第二电池具有导管,用于将第二电池中产生的含有氢气和非必须的氧气的第二气流传送到内燃机,可选地传送到所述内燃机的空气入口。
[0211] 21.一种具有上述任一段所述装置的内燃机,所述装置具有导管,用于将富集的碳氢燃料从所述富集单元传送到所述内燃机的燃料入口和/或空气入口。
[0212] 22.一种根据第21段所述的内燃机,具有根据第20段所述的装置,其中,用于传送所述第二气流的导管与所述内燃机的空气入口间流体相连通。
[0213] 23.一种根据第21段或第22段所述的内燃机,其中,在使用中,所述发动机适用于,所述内燃机中未使用的碳氢燃料是流通的,在其离开所述内燃机后,与所述含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,并随后再传送回所述内燃机。
[0214] 24.一种交通工具包括根据第21段至第23段任一所述的内燃机。
[0215] 一方面,本发明涉及如下编号的陈述中描述的主题:
[0216] 1.一种用于将气体扩散到液体的装置,包括:第一气体腔室部分,具有进气口,用于将气体引入所述第一气体腔室部分;液体腔室部分,具有进液口和出液口,所述进液口用于将液体引入所述液体腔室部分,其中所述第一气体腔室部分与所述液体腔室部分相互之间流体连通;以及用于使所述第一气体腔室部分加压的装置,其中,当所述第一气体腔室部分被加压,所述第一气体腔室部分中的气体被扩散到所述液体腔室部分的液体中。
[0217] 2.根据陈述1所述的装置,其中,用于给所述第一气体腔室部分加压的所述装置可以包括在所述第一气体腔室部分内可滑动替换的活塞。
[0218] 3.根据陈述2所述的装置,其中,所述活塞设置由螺线管驱动。
[0219] 4.根据上述任一陈述所述的装置,其中,所述第一气体腔室部分的所述进气口具有进气口阀,所述进气口阀用于控制对所述第一气体腔室部分的气体供给。
[0220] 5.根据陈述4所述的装置,其中,所述进气口阀是电磁阀。
[0221] 6.根据上述任一陈述所述的装置,其中,所述第一气体腔室部分具有减压安全阀。
[0222] 7.根据上述任一陈述所述的装置,其中,所述装置还包括单向阀,所述单向阀设置于所述第一气体腔室部分与所述液体腔室部分之间,允许流体从所述第一气体腔室部分流入所述液体腔室部分。
[0223] 8.根据上述任一陈述所述的装置,其中,所述单向阀是可操作的,当所述第一气体腔室部分的压强低于预定压强时,其不允许气体从所述第一气体腔室部分流入所述液体腔室部分,并且当所述第一气体腔室部分的压强等于或大于预定压强时,其允许气体从所述第一气体腔室部分流入所述液体腔室部分。
[0224] 9.根据上述任一陈述所述的装置,所述装置还包括散射屏,所述散射屏设置于所述液体腔室部分内,其中,在使用时,所述气体经过所述散射屏以便促进所述气体在液体中均匀扩散。
[0225] 10.根据陈述9所述的装置,其中,所述液体腔室部分与所述第一气体腔室部分被具有流体通道的隔板彼此相互分离,其中,所述散射屏弹性地偏向所述隔板,使得当所述第一气体腔室部分中的气体被加压到至少为预设压力值时,所述散射屏从所述分散器移开,允许所述加压气体流入所述分散器与所述散射屏之间的液体腔室部分的区域,并且通过所述散射屏进入所述液体腔室部分的液体中。
[0226] 11.根据上述任一陈述所述的装置,其中,所述进液口具有单向阀,允许流体进入所述液体腔室。
[0227] 12.根据上述任一陈述所述的装置,其中,所述装置还包括第二气体腔室部分,所述第二气体腔室部分通过半透膜与所述液体腔室部分间流体相连通,所述第二气体腔室部分具有出气口,其中,在使用时,气体能从所述液体腔室部分通过所述半透膜流入所述第二气体腔室部分,并通过所述出气口排出所述装置。
[0228] 13.根据陈述12所述的装置,其中,所述出气口具有出气口阀,所述出气口阀可选为电磁阀。
[0229] 14.根据上述任一陈述所述的装置,其中,所述装置还包括中间腔室部分,所述中间腔室部分处于所述液体腔室部分与所述第二气体腔室部分之间,所述中间腔室部分与所述液体腔室部分被挡板分开,与所述第二气体腔室部分被所述半透膜分开。
[0230] 15.根据上述任一陈述所述的装置,其中所述液体腔室部分的进液口与燃料泵间流体相连通,适于在压强X下将液体供给所述进液口,所述第一气体腔室部分具有内部容积,能改变所述第一气体腔室部分内气体的压强,所述第一气体腔室部分具有最大内部容积为容积A,所述液体腔室部分具有容积B,并且A:B的比率为(X+0.1-1):1,其中X以巴计算。
[0231] 16.根据陈述15所述的装置,其中,A:B的比率为(X+0.3-0.7):1,其中X以巴计算。
[0232] 17.根据陈述15所述的装置,其中A:B的比率约为(X+0.5):1,其中X以巴计算。
[0233] 18.一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:制氢单元,用于产生含有氢气的气流;富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有用于所述碳氢燃料的入口以及用于所述富集的碳氢燃料的出口,其中,所述富集单元包括根据上述陈述1-17任一所述的、将气体扩散到液体中的装置,或所述富集单元为根据上述陈述1-17任一所述的、将气体扩散到液体中的装置,所述碳氢燃料的入口是所述液体腔室部分的进液口,或与所述液体腔室部分的进液口之间流体相连通,所述富集的碳氢燃料的出口是所述液体腔室部分的出液口,或与所述液体腔室部分的出液口之间流体相连通,并且所述第一气体腔室部分的进气口与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气的气流被传送至所述第一气体腔室部分。
[0234] 19.根据陈述18所述的装置,其中,所述制氢单元包括电解池,用于在电解水生成氢气和氧气,以产生含有氢气和非必须氧气的气流。
[0235] 20.一种具有根据陈述1-17任一所述的、将气体溶解于液体的装置的内燃机,所述装置的所述燃料出口与所述内燃机的燃料入口之间流体相连通。
[0236] 21.一种根据陈述18所述的、具有用于碳氢燃料富集的装置的内燃机,所述装置的所述燃料出口与所述内燃机的燃料入口之间流体相连通。
[0237] 22.根据陈述20或21所述的内燃机,所述内燃机具有一个或多个燃料喷射泵、燃料箱,用于将气体扩散入液体的装置的进液口与所述交通工具燃料箱之间流体相连通,用于将气体扩散入液体的所述装置的进气口与所述制氢单元流体连通,并且所述出液口与所述内燃机的一个或多个燃料喷射泵之间流体相连通。
[0238] 23.一种将气体扩散入液体的方法,所述方法包括:提供一种根据陈述1-17任一所述的将气体扩散入液体的装置,在第一压强下,通过所述第一气体腔室部分的进气口将气体引入所述第一气体腔室部分,将液体引入所述液体腔室部分,使所述第一气体腔室部分中的气体的压强增加到至少第二压强,其中,在第二压强下,来自所述第一气体腔室部分的气体被扩散入所述液体中进入所述第二气体腔室部分。
[0239] 24.根据陈述23所述的方法,其中,被引入所述第一气体腔室部分的所述气体是含有氢气的气流,并且被引入所述液体腔室部分的所述液体包括碳氢燃料。
[0240] 25.根据陈述24所述的方法,其中,将所述含有氢气的气流扩散入所述碳氢燃料中产生富集的碳氢燃料,所述富集的碳氢燃料被传送给内燃机。
[0241] 26.根据陈述23-25任一所述的方法,其中所述方法还包括:在电解水的过程中生成氢气和氧气以产生含有氢气和非必需的氧气的气流,将所述气流通过所述进气口引入所述第一气体腔室部分,并且被引入所述液体腔室部分的液体包括碳氢燃料。
[0242] 27.根据陈述23-26任一所述的方法,其中,所述第一气体腔室部分具有内部容积,所述内部容积可变从而能够改变所述第一气体腔室部分内气体的压强,所述第一气体腔室部分具有最大内部容积A,所述液体腔室部分具有容积B,提供给所述气体腔室部分的所述液体包括碳氢燃料,所述碳氢燃料由燃料泵在压强X下提供,被引入所述第一气体腔室部分的所述气体为含有氢气的气流,并且A:B的比率为(X+0.1-1):1,其中X以巴计算。
[0243] 28.根据陈述27所述的方法,其中A:B的比率为(X+0.3-0.7):1左右,其中X以巴计算。
[0244] 29.根据陈述29所述的装置,其中A:B的比率约为(X+0.5):1,其中X以巴计算。
[0245] 30.一种交通工具,包括陈述20-22任一所述的内燃机。
[0246] 一方面,本发明涉及如下编号条款中描述的主题:
[0247] 1.一种用于碳氢燃料富集的方法,所述方法包括:在电解水的过程中生成氢气和氧气以产生含有氢气和非必需的氧气的气流,以及在净化单元中,从所述气流中除去除氢气以外的至少一种或多种物质,然后选择以下步骤(a)或步骤(b):(a)(i)将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料;以及(ii)将所述富集的碳氢燃料传送给内燃机。或(b)将所述含有氢气的气流传送给内燃机,用于与供给所述发动机的燃料一起燃烧。
[0248] 2.根据条款1所述的方法,其中,所述净化单元从所述气流中去除可溶于水的物质。
[0249] 3.根据条款1或条款2所述的方法,其中,所述净化单元包括一个或多个含有极性液体介质的腔室,所述一个或多个腔室适于将所述含有氢气的气流通过所述一个或多个腔室中的极性液体介质。
[0250] 4.根据条款3所述的方法,其中,所述极性液体介质包括极性质子溶剂。
[0251] 5.根据条款3所述的方法,其中,所述极性液体介质包括水。
[0252] 6.根据上述任一条款所述的方法,其中,所述净化单元包括一个或多个干燥单元,用于去除气流中的水。
[0253] 7.根据条款6所述的方法,其中,所述干燥单元包括分子筛。
[0254] 8.根据条款7所述的方法,其中,所述干燥单元包括沸石,可从沸石3A、沸石4A、沸石5A和沸石3X中选取。
[0255] 9.根据条款6-8任一所述的方法,其中,所述干燥单元包括第一腔室,所述第一腔室具有第一壁、第二壁以及一个或多个第三壁,其中所述第一壁和所述第二壁能够渗透氢气和水,并且所述一个或多个第三壁不能渗透氢气和水,所述一个或多个分子筛设置于所述腔室中,其中所述第一壁和所述第二壁包括多孔烧结金属,用于允许所述含有氢气的气流通过所述烧结金属的孔洞,所述烧结金属能基本防止所述一个或多个分子筛穿过所述烧结金属的孔洞。
[0256] 10.根据条款9所述的方法,其中,优选地,所述干燥单元还包括(i)第二腔室,所述第二腔室设置于所述第一壁的相对面,所述第二腔室基本上不含有用于从气体中去除水的一种或多种材料;和/或(ii)第三腔室,设置于所述第二壁的相对面,所述第三腔室基本不含有用于从气体中去除水的一种或多种材料,其中所述第二腔室定义有一个空间,所述空间由所述含有氢气的气流填充,以允许所述气流基本与所述第一壁的所有表面接触,从而允许所述气流通过所述第一腔室。
[0257] 11.根据上述任一条款所述的方法,其中,所述净化单元包括有单元,所述单元包括一个或多个含有极性液体介质的腔室,所述一个或多个腔室适于将所述含有氢气的气流通过所述一个或多个腔室内的极性液体介质,并且干燥单元与所述一个或多个含有极性液体介质的腔室之间流体相连通,使所述气流先通过所述一个或多个含有极性液体介质的腔室,并且与所述极性液体介质接触,然后传给所述干燥单元。
[0258] 12.一种使用上述任一条款所述的方法的装置,所述装置包括:
[0259] 电解池,用于在电解水的过程中生成氢气和氧气,在使用中,所述电解池产生含有氢气和非必需的氧气的气流,净化单元,用于去除所述气流中除氢气以外的至少一种或多种物质,所述净化单元与所述电解池之间流体相连通,使所述气流被传送给所述净化单元。
[0260] 13.根据条款12所述的装置,其中,所述净化单元从气流中去除可溶于水的物质。
[0261] 14.根据条款12或13所述的装置,其中,所述净化单元包括一个或多个含有极性液体介质的腔室,所述一个或多个腔室适于传送所述含有氢气的气流通过所述一个或多个腔室中的所述极性液体介质。
[0262] 15.根据条款14所述的装置,其中,所述极性液体介质包括极性质子溶剂。
[0263] 16.根据条款14所述的装置,其中,所述极性液体介质包括水。
[0264] 17.根据条款12-16任一所述的装置,其中,所述净化单元包括一个或多个干燥单元,用于去除气流中的水。
[0265] 18.根据条款17所述的装置,其中,所述干燥装置包括分子筛。
[0266] 19.根据条款18所述的装置,其中,所述干燥装置包括沸石,所述沸石可从沸石3A、沸石4A、沸石5A和沸石3X中选取。
[0267] 20.根据条款17-19所述的装置,其中,所述干燥单元包括第一腔室,所述第一腔室具有第一壁、第二壁以及一个或多个第三壁,其中所述第一壁和所述第二壁能够渗透氢气和水,并且所述一个或多个第三壁不能渗透氢气和水,所述一个或多个分子筛设置于所述腔室中,其中所述第一壁和所述第二壁包括多孔烧结金属,用于允许含有氢气的气流通过所述烧结金属的孔洞,所述烧结金属基本上能够防止所述一个或多个分子筛通过所述烧结金属的孔洞。
[0268] 21.根据条款20所述的装置,其中,优选地,所述干燥单元还包括(i)第二腔室,所述第二腔室设置于所述第一壁的相对面,所述第二腔室基本上不含有用于从气体中水的一种或多种材料;和/或(ii)第三腔室,设置于所述第二壁的相对面,所述第三腔室基本上不含有用于从气体中去除水的一种或多种材料,其中所述第二腔室定义有一个空间,能够由所述含有氢气的气流填充,以便允许所述气流基本上与所述第一壁的所有表面接触,从而允许其通过所述第一腔室。
[0269] 22.根据条款12-21任一所述的装置,其中,所述净化单元包括有单元,所述单元具有一个或多个含有极性液体介质的腔室,所述一个或多个腔室适于将所述含有氢气的气流通过所述一个或多个腔室内的所述极性液体介质,并且干燥单元与所述一个或多个含有极性液体介质的腔室之间流体相连通,使所述气流先通过所述一个或多个含有极性液体介质的腔室,并且与所述极性液体介质接触,然后被传送给所述干燥单元。
[0270] 23.一种用于碳氢燃料富集的装置,所述装置包括:(i)制氢单元,用于产生含有氢气的气流;(ii)富集单元,用于将碳氢燃料与含有氢气的气流接触,使至少部分所述氢气被引入所述碳氢燃料中,以产生富集的碳氢燃料,所述制氢单元与所述富集单元之间流体相连通,使所述含有氢气的气流被传送给所述富集单元,所述富集单元具有所述碳氢燃料的入口,以及所述富集的碳氢燃料的出口;
[0271] 根据条款12-22任一定义的净化单元,其中,所述制氢单元包括电解池,用于在电解水过程中生成氢气和氧气,在使用中,电解池产生含有氢气和非必须氧气的气流,并且,其中,用于富集碳氢燃料的装置适于,在所述电解池中产生的含有氢气的气流被传送给所述富集单元之前,经过所述净化单元。
[0272] 24.一种具有根据条款12-22任一所述的装置的内燃机,所述装置具有导管,用于将所述气流从所述净化单元传送到所述内燃机。
[0273] 25.根据条款24所述的内燃机,其中,在使用中,来自所述净化单元的气流通过所述内燃机的空气入口被传给所述内燃机。
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