[发明专利]一种紧凑型氢氧发生器

说明书

本发明公开了一种紧凑型车载氢氧发生器。流体通路上，水箱的水循环出口经单向节流阀与水泵连通，水泵与氢氧发生器电解槽连通，氢氧发生器电解槽经另一单向节流阀与水箱的水循环进口连通，水箱的气体出口依次经由汽水分离装置和干式阻火器与发动机进气道连通；电路上，水泵与氢氧发生器电解槽以并联形式连接汽车电源正负极两端；开关、保险丝与氢氧发生器电解槽以串联形式连接汽车电源。本发明通过多孔电极棒和不锈钢套紧密嵌套的紧凑设计，实现了高效电解，在满足产气量大小的前提下，减少了电解槽的体积和重量，实现了车载氢氧发生器的单电解室组装，在电路和流体通路中直接与单个密封电解室相连，有效地避免了多电解室串联连接存在的问题。

技术领域

本发明涉及一种碱水电解装置，尤其是涉及一种紧凑型氢氧发生器。

背景技术

随着汽车工业的发展，我国汽车保有量和产量均呈快速上升趋势。相关数据显示，我国民用汽车拥有量已达到2.32亿辆，这些汽车多数使用石油或天然气等化石燃料作为驱动能源，而石油作为化石燃料燃烧不可避免的会来两大问题，一是能源危机，二是环境污染。虽然现有的常规石油资源仅够人类使用约40年，可随着石油资源勘探技术和开采技术的不断提升，发现一些非常规石油如页岩油、致密油等储量丰富，可够人类使用约4000年，因此能源危机似乎只是一个伪命题，化石燃料使用的最大问题仍是环境污染。环境污染主要由于汽车内燃机的燃油燃烧不充分造成，目前汽车内燃机的燃烧效率在40～60％之间。汽车排放的尾气主要包括CO、NO_x和HC等，汽车尾气排放已成为我国大气污染的主要污染源。

为彻底解决环境污染问题，人们也开发出许多新能源汽车(包括锂电池纯电动和氢燃料电池汽车)，但新能源汽车发展到现在，仍然有许多关键性问题没有得到很好的解决，如生产和维护成本较高、安全性差、能量密度低以及续航里程短等。而且，新能源车也只占全国汽车保留量0.7％。因此，为了解决现有大气污染问题，必须降低现有燃油车的尾气排放。人们研究发现，氢气具有最小点火能量低(汽油的1/3)，火焰传播速度快(汽油的7.7倍)等特点，因此将氢气通入内燃机，与汽油等化石燃料一起燃烧，可有效地提高内燃机的燃烧效率(提高至70～90％)、显著降低污染物的排放，并且可以降低油耗和提升动力。

开发车载氢氧发生器，实时产生氢氧混合气通入发动机与汽油一起燃烧，可有效地解决燃油机加氢燃烧中氢气的制取及储存问题，具有安全性高、设备简单等特点。目前，车载氢氧发生器通常分为SPE电解和碱水电解两种。其中SPE电解过程中采用的离子交换膜的相关技术被国外垄断，同时需要使用去离子水作为电解水原料，这些因素导致了SPE氢氧发生器的制造成本和使用成本高昂，不利于大规模推广。相应的，碱水电解技术在工业化电解水制氢中较为成熟，是车载氢氧发生器的理想选择。

在目前报道的车载氢氧发生器中，仍然存在以下问题：(1)设备体积过大，不利于现有汽车进行改造使用；(2)产氢氧量小，对汽油发动机燃烧特性的改善效果不明显；(3)电解槽为多电解室结构，需要多个极片紧密堆叠，导致电解槽制作成本高、质量重，工作时溶液阻抗和接触电阻较大；(4)结构复杂，多电解室结构导致电解槽组装工序繁琐，且精度不易控制，会导致各电解小室中气液分布不均匀、电压差别较大，使用过程中容易发生短路、断路及漏液等现象。

现有车载氢氧发生器存在问题的根源是电极材料性能不佳和结构设计不合理，无法在设备小型化的同时兼顾电解效率，因此不得不采用复杂的多电解室结构来增大反应面积。研究表明，最佳的碱水电解电极材料含有Pt、Ir、Ru等贵金属元素，但贵金属因其价格高昂、存量有限，导致其无法低成本的在车载氢氧发生器中大规模应用。过渡族金属元素含有空余的d轨道和未成对的d电子，与反应物分子接触时，在空余d轨道上形成各种特征的化学吸附键达到分子活化的目的，从而可以降低反应体系的活化能，达到电催化的目的。因此人们通过采用含过渡族金属元素的电极材料来取代贵金属，降低成本以实现工业化应用。

目前在车载氢氧发生器上通常使用的极片为奥氏体不锈钢，与贵金属材料相比，制造成本有所下降，但是奥氏体不锈钢仍存在本征催化活性低，比表面积小等缺点，限制了车载氢氧发生器的性能进一步提升。