氢氧混合气体发生系统及其控制方法与流程

本发明涉及新能源/节能技术领域，尤其涉及一种氢氧混合气体发生系统及其控制方法。

背景技术：

近年来，在全球范围能源与环境问题备受瞩目的前提下，新能源以及节能设备的使用和普及在全球范围内受到广大的呼吁与提倡。在众多的新能源产品中，氢气由于其安全性和高效利用率而备受关注。早在80年代，美国的水基燃料创始人stanleymeyer就提出了利用水电解产生新能源(hho气体)的方法，但是因为种种研究难题未能普及。随着技术的不断发展，hho与氢气等新能源在世界中不断被研发并逐步走向应用。日本的丰田汽车与本田汽车计划在2017-2018年开始正式上市氢能源汽车；在欧美，氢气也被逐渐应用于医疗、美容、能源、节能等领域。

现有的hho发生装置主要分为wet方式和dry方式。wet方式的基本原理是将发生器放入水槽中使其电解产生气体。dry方式的基本原理是在发生装置内部注入电解水使其电解产生气体。wet方式要求发生器要嵌入完全封闭的水槽里，因此，其在自动补水和安全问题上都存在比较大的隐患，在实际应用中存在比较大的局限性。dry方式相比wet方式在发生量上有所提高，但是实际应用时无法解决发热和电解水易漏等问题。同时，现有的技术主要注重整体的气体发生量，而忽略了发生效率，即气体的发生量与所耗电力等的效率比。换言之，现有技术没有足够的安全性能以及电解效率较低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种氢氧混合气体发生系统，提高了电解效率以及安全性能。

本发明的问题之一，是这样实现的：

一种氢氧混合气体发生系统，所述氢氧混合气体发生系统包括hho发生装置和自动控制装置；

所述hho发生装置包括hho发生器单元、水箱单元、第一冷却单元及第二冷却单元；

所述hho发生器单元包括hho发生器及电流传感器，所述hho发生器连接至外部电源，所述电流传感器设于所述hho发生器与所述外部电源之间；

所述水箱单元包括水箱、循环水泵、超声波传感器、自动补水器、水位传感器及温度传感器，所述水箱的出水口与所述hho发生器的进水口连接，所述水箱的进气口与所述hho发生器的排气口连接，所述循环水泵设于所述水箱的出水口与所述hho发生器的进水口之间，所述超声波传感器设于所述水箱内，所述自动补水器设于所述水箱顶部，所述水位传感器上端安置于所述水箱顶部，下端插设于所述水箱内，所述温度传感器设于所述水箱的端部；

所述第一冷却单元包括冷却器，所述冷却器与所述温度传感器连接；

所述第二冷却单元包括排气导管、散热器、自动压力开关及水蒸气处理器，所述排气导管的进气口与所述水箱的排气口连接，所述排气导管的出气口与所述水蒸气处理器连接，所述排气导管安装于所述散热器上，所述自动压力开关设于所述水蒸气处理器前端的所述排气导管上；

所述自动控制装置包括数据采集部、控制部及hmi和操作部；所述控制部包括主cpu和从cpu，所述hmi和操作部包括操作界面、显示器及提醒/警告器；

所述从cpu分别与所述显示器、所述主cpu、所述数据采集部及所述外部电源连接，所述数据采集部分别与所述操作界面、所述超声波传感器、所述自动压力开关、所述温度传感器、所述水位传感器、所述电流传感器及服务对象连接，所述主cpu分别与所述提醒/警告器、所述hho发生器及所述外部电源连接。

进一步地，所述hho发生器单元还包括电压传感器，所述电压传感器设于所述hho发生器与所述外部电源之间，并连接至所述数据采集部。

进一步地，所述hho发生器单元还包括防震处理器，所述防震处理器安装于所述hho发生器底部。

进一步地，所述第二冷却单元还包括逆火防止器，所述逆火防止器设于所述水蒸气处理器后端。

进一步地，所述外部电源为直流电源时，该外部电源包括电瓶及稳压设备，所述稳压设备分别与所述电瓶、所述hho发生器、所述主cpu及所述从cpu连接。

进一步地，所述外部电源为交流电源时，该外部电源包括交流电源及交直流变换器，所述交直流变换器分别与所述交流电源、所述hho发生器、所述主cpu及所述从cpu连接。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种氢氧混合气体发生系统的控制方法，提高了电解效率以及安全性能。

本发明的问题之二，是这样实现的：

一种氢氧混合气体发生系统的控制方法，所述控制方法需要提供上述的一种氢氧混合气体发生系统，所述控制方法具体包括如下步骤：

步骤1、通过所述操作界面设定警告阶段下的压力阈值pset1、温度阈值tset1和水位阈值lset1，设定停止阶段下的压力阈值pset2、温度阈值tset2和水位阈值lset2，并设定所述hho发生器输出的矩形波脉冲信号的占空比ton的初始值为0；

步骤2、所述自动压力开关、所述温度传感器及所述水位传感器实时采集所述hho发生装置的压力数值p、温度数值t和水位数值l，并由所述数据采集部传输给所述从cpu；

步骤3、所述从cpu判断压力数值p是否大于压力阈值pset1，如果p≤pset1，则进入步骤4，如果p＞pset1，则继续判断压力数值p是否大于压力阈值pset2，若p≤pset2，则所述主cpu控制所述提醒/警告器响起警告音并且亮起警告灯led1，若p＞pset2，则所述主cpu控制所述hho发生器停止工作后，结束流程；

步骤4、所述从cpu判断温度数值t是否大于温度阈值tset1，如果t≤tset1，则进入步骤5，如果t＞tset1，则继续判断温度数值t是否大于温度阈值tset2，若t≤tset2，则所述主cpu控制所述提醒/警告器响起警告音并且亮起警告灯led2，同时所述冷却器开始运作，若t＞tset2，则所述主cpu控制所述hho发生器停止工作后，结束流程；

步骤5、所述从cpu判断水位数值l是否大于水位阈值lset1，如果l≤lset1，则进入步骤6，如果l＞lset1，则继续判断水位数值l是否大于水位阈值lset2，若l≤lset2，则所述主cpu控制所述提醒/警告器响起警告音并且亮起警告灯led3，同时所述自动补水器进行水槽补水，若l＞lset2，则所述主cpu控制所述hho发生器停止工作后，结束流程；

步骤6、所述从cpu发送工作开始指令给所述主cpu，所述主cpu接收到该工作开始指令后，由所述数据采集部从所述服务对象中读取所需hho气体的需求量，并换算成电流值作为目标电流值iset，接着所述循环水泵开始运行，同时打开所述超声波传感器去除所述水箱内的气泡；

步骤7、所述电流传感器实时采集真实电流值i，将真实电流值i由所述数据采集部反馈给所述从cpu，所述从cpu将真实电流值i与目标电流值iset进行比较，并判断i是否大于iset，若否，则进入步骤8，若是，则所述主cpu控制所述hho发生器输出的矩形波脉冲信号的占空比ton减一后，重新进入步骤7；

步骤8、判断i是否小于iset，若是，则所述主cpu控制所述hho发生器输出的矩形波脉冲信号的占空比ton加一后，进入步骤7，若否，则结束流程。

本发明具有如下优点：

1、应用范围广：本发明的所述hho发生装置在使用24v电源的情况下可产生最大3000cc的hho气体，结合所述自动控制装置，可增设台数，可以提供足够的hho气体，因此可以应用在各大小型排量汽车和船舶的发动机以及燃烧设备中；

2、电解效率高和产生量多：现有技术无法解决电解效率低的问题，本发明采用脉冲信号电解所述hho发生器，并且针对所述hho发生器内气泡累计而引起电解片与电解液接触面积变少而导致电解效率的下降，以及所述水箱内气泡积累影响hho气体排放的问题，采用循环水泵和水箱内超声波传感器去除气泡的影响，提高电解效率和增加气体的产生量；

3、水蒸气处理：现有技术在长时间使用过程，因为温度问题发生器会产生水蒸气进入到发动机中影响发动机的正常使用，针对此问题，本发明在水箱的气体排出口后设置排气导管和散热器降低排出气体温度之后，增设水蒸气处理器，使水蒸气液化回到水箱中，解决水蒸气进入发动机的问题；

4、安全性能高：在所述发生装置上设计有温度监控，水位监控，压力监控等多个安全性能设备，同时，在水箱的排气口后设计有逆火防止器以及在hho发生器底部设置防震处理器，增加其安全性能；

5、自动化控制：hho气体的产生量实现自动化控制，根据服务对象的状态实时地提供适量的hho气体，同时利用自动化控制hho发生装置的工作状态监视、警告、强制停止等功能提高设备的安全系数；

6、效益性大：本发明与服务对象联动，可根据服务对象的实际工作状态的变更，例如加速，减速等来实时地调整，使提供的hho气体量一直都是适量的，不浪费资源的同时还能最大地发挥hho气体的节能的效用。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种氢氧混合气体发生系统的整体结构示意图。

图2为本发明一种氢氧混合气体发生系统中hho发生装置的具体结构示意图。

图3为本发明一种氢氧混合气体发生系统中自动控制装置的具体结构示意图。

图4为本发明的外部电源中实施例一的电源连接示意图。

图5为本发明的外部电源中实施例二的电源连接示意图。

图6为本发明一种氢氧混合气体发生系统的控制方法的原理图。

图7为本发明一种氢氧混合气体发生系统的控制方法执行流程图。

图中标号说明：

100-氢氧混合气体发生系统、200-外部电源、201-电瓶、202-稳压设备、203-交流电源、204-交直流变换器、300-服务对象；

110-hho发生装置、111-hho发生器单元、1111-hho发生器、1112-电流传感器、1113-电压传感器、1114-防震处理器；

112-水箱单元、1121-水箱、1122-循环水泵、1123-超声波传感器、1124-自动补水器、1125-水位传感器、1126-温度传感器；

113-第一冷却单元、1131-冷却器；

114-第二冷却单元、1141-排气导管、1142-散热器、1143-自动压力开关、1144-水蒸气处理器、1145-逆火防止器；

120-自动控制装置、121-数据采集部、122-控制部、1221-主cpu、1222-从cpu、123-hmi和操作部、1231-操作界面、1232-显示器、1233-提醒/警告器。

具体实施方式

为使得本发明更明显易懂，现以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1至图3所示，本发明的一种氢氧混合气体发生系统，所述氢氧混合气体发生系统100包括hho发生装置110和自动控制装置120；

在所述hho发生装置110上：

所述hho发生装置110包括hho发生器单元111、水箱单元112、第一冷却单元113及第二冷却单元114；

所述hho发生器单元111包括hho发生器1111、电流传感器1112、电压传感器1113及防震处理器1114，所述hho发生器1111连接至外部电源200，所述hho发生器1111是以dry方式为基础，在根据使用的电力，调整不锈钢电解片的尺寸、厚度、间隔与电解级数以提高电解效率，所述电流传感器1112设于所述hho发生器与所述外部电源之间，所述电压传感器1113设于所述hho发生器1111与所述外部电源200之间，所述hho发生器1111通过电源正极线连接至外部电源200的正极，所述hho发生器1111通过电源负极线连接至外部电源200的负极，所述电流传感器1135设于所述电源正极线上，所述电压传感器1136分别与所述电源正极线与所述电源负极线连接，分别采集所述hho发生器1111的电流值和电压值；所述防震处理器1114安装于所述hho发生器1111底部，用于防震，提高安全性能；

所述水箱单元112包括水箱1121、循环水泵1122、超声波传感器1123、自动补水器1124、水位传感器1125及温度传感器1126，所述水箱1121的出水口与所述hho发生器1111的进水口连接，所述水箱1121的进气口与所述hho发生器1111的排气口连接，所述循环水泵1122设于所述水箱1121的出水口与所述hho发生器1111的进水口之间，将电解过程中积累在所述hho发生器1111中的气泡实时地排出，提高电解效率；所述超声波传感器1123设于所述水箱1121内，利用超声波去除所述水箱1121内的气泡来提高电解效率和气体排放量；所述自动补水器1124设于所述水箱1121顶部，根据所述水位传感器1125的信号实时地进行自动补水，以满足长时间连续工作的要求；所述水位传感器1125上端安置于所述水箱1121顶部，下端插设于所述水箱1121内，所述温度传感器1126设于所述水箱1121的端部；所述水箱1121是用于存储电解水，同时，所述hho发生器1111产生的hho气体通过所述水箱1121的电解水进行一次冷却与循环后排出，所述自动控制装置120进行气体产生量自动控制以及工作状态监视与安全性能控制；

所述第一冷却单元113包括冷却器1131，所述冷却器1131与所述温度传感器1126连接；通过所述冷却器1131进行整体冷却，为了节省能源，所述冷却器1131通过所述温度传感器1126的温度信号来自动控制其运行，即只在所述hho发生装置110的温度高于一定温度之后，所述冷却器1131才开始运行；

所述第二冷却单元114包括排气导管1141、散热器1142、自动压力开关1143、水蒸气处理器1144及逆火防止器1145，所述排气导管1141的进气口与所述水箱1121的排气口连接，所述排气导管1141的出气口与所述水蒸气处理器1144连接，所述排气导管1141安装于所述散热器1142上，所述自动压力开关1143设于所述水蒸气处理器1144前端的所述排气导管1141上；所述逆火防止器1145设于所述水蒸气处理器1144后端，为了防火，加强安全性能；

本发明的工作原理如下：

所述hho发生器1111电解产生的hho气体通过所述hho发生器1111的排气口排出，排出的hho气体通过所述水箱1121的进气口进入所述水箱1121内通过所述冷却器1131进行一次冷却，然后从所述水箱1121的排气口排出，经过所述排气导管1141和所述散热器1142进行二次冷却后，经所述自动压力开关1143后进入所述水蒸气处理器1144，由于电解水在电解过程中可能会因为高温产生水蒸气，将水蒸气直接带入发动机等设备里，长时间有可能会影响发动机的正常运作，因此，在所述水蒸气处理器1144里将水蒸气处理后，纯净的hho气体排出。

在所述自动控制装置上：

所述自动控制装置120包括数据采集部121、控制部122及hmi和操作部123，所述控制部122包括主cpu1221和从cpu1222，所述hmi和操作部123包括操作界面1231、显示器1232及提醒/警告器1233；所述数据采集部121是用于收取各个传感器的监视信号以及服务对象的控制反馈信号；所述控制部122是利用电流值与hho混合气体的产生量的关系，根据服务对象300的实际工作状态，通过控制电流值提供适量的hho混合气体，实时地自动监视所述hho发生装置110的工作状态；所述hmi和操作部123的所述显示器1232用于显示电压值、电流值、电压值、温度值、压力值和水位值等工作状态信息，所述提醒/警告器1233具有提醒、警告以及在异常时的强制停止等性能；所述从cpu1222主要实时地获取来自所述数据采集部121的数据以及来自hmi部的操作指令，一方面，它将所述hho发生器1111的工作状态信息(时间、温度、压力、电流、电压和水位等)在所述显示器1232里显示以提供观测，另一方面，所述主cpu1221从所述从cpu1222得到的所述hho发生装置110的自动控制的反馈量，通过自动化控制电源产生脉冲信号(pwm)控制所述hho发生器1111的电解hho气体产生量并监视所述hho发生器1111的安全工作状态，当出现异常时，在所述提醒/警告部1233发出提醒/警告信息，当出现危险信号时，所述主cpu1221自动切断电源，中止电解工作，停止气体产生；

所述从cpu1222分别与所述显示器1232、所述主cpu1221、所述数据采集部121及所述外部电源200连接，所述数据采集部121分别与所述操作界面1231、所述超声波传感器1123、所述自动压力开关1143、所述温度传感器1126、所述水位传感器1126、所述电流传感器1112、所述电压传感器1113及服务对象300连接，所述主cpu1221分别与所述提醒/警告器1233、所述hho发生器1111及所述外部电源200连接。

具体地，如图4所示，所述外部电源200为直流电源时，该外部电源200包括电瓶201及稳压设备202，所述稳压设备202分别与所述电瓶201、所述hho发生器1111、所述主cpu1221及所述从cpu1222连接。或者，如图5所示，所述外部电源200为交流电源时，该外部电源200包括交流电源203及交直流变换器204，所述交直流变换器204分别与所述交流电源203、所述hho发生器1111、所述主cpu1221及所述从cpu1222连接。其中，所述氢氧混合气体发生系统100的电源主要由外部电源200提供，外部电源200可以是电瓶(汽车，船舶等的正常配备)，也可以是发电机的交流电。当外部电源200为电瓶时，由于实际服务对象300的电瓶201的老化等原因，为了保证控制设备的控制精度以及发生效率，需要增加稳压设备202。当外部电源200为交流电源203(船舶上的发电机等设备)时，需要把交流电通过交直流变换器204转化为直流电提供给所述氢氧混合气体发生系统100。

如图6所示，所述hho发生器1111的hho气体产生量主要根据控制所述外部电源200的印加电流来实现。所述自动控制装置120控制所述外部电源产生矩形波脉冲信号(pwm信号)作为所述hhp发生器1111的印加电力。通过调整pwm信号的占空比(dutyratio)实现对电流的控制。同时，根据电流传感器1112反馈的真实电流值，利用pid的反馈控制，对电流进行自动化控制。

在所述服务对象300中，根据实际工作状态(例如发动机的转数，加减速等)计算所需hho气体的需求量，并转化为电流值作为目标电流值输入给所述自动控制装置120，同时，通过所述电流传感器1112，得到所述hho发生器1111的真实电流值，反馈给所述自动控制装置120。所述自动控制装置120利用pid控制实现电流控制以提供给服务对象300适量的hho气体。

如图7所示，本发明的一种氢氧混合气体发生系统的控制方法，所述控制方法需要提供上述的一种氢氧混合气体发生系统，所述控制方法主要采用对hho发生器1111的印加电流的pid控制手法，具体包括如下步骤：

步骤1、通过所述操作界面1231设定警告阶段下的压力阈值pset1、温度阈值tset1和水位阈值lset1，设定停止阶段下的压力阈值pset2、温度阈值tset2和水位阈值lset2，并设定所述hho发生器1111输出的矩形波脉冲信号的占空比ton的初始值为0；

步骤2、所述自动压力开关1143、所述温度传感器1126及所述水位传感器1125实时采集所述hho发生装置110的压力数值p、温度数值t和水位数值l，并由所述数据采集部121传输给所述从cpu1222；

步骤3、所述从cpu1222判断压力数值p是否大于压力阈值pset1，如果p≤pset1，则进入步骤4，如果p＞pset1，则继续判断压力数值p是否大于压力阈值pset2，若p≤pset2，则所述主cpu控制所述提醒/警告器响起警告音并且亮起警告灯led1，若p＞pset2，则所述主cpu控制所述hho发生器停止工作后，结束流程；

步骤4、所述从cpu判断温度数值t是否大于温度阈值tset1，如果t≤tset1，则进入步骤5，如果t＞tset1，则继续判断温度数值t是否大于温度阈值tset2，若t≤tset2，则所述主cpu控制所述提醒/警告器响起警告音并且亮起警告灯led2，同时所述冷却器开始运作，若t＞tset2，则所述主cpu控制所述hho发生器停止工作后，结束流程；

步骤5、所述从cpu判断水位数值l是否大于水位阈值lset1，如果l≤lset1，则进入步骤6，如果l＞lset1，则继续判断水位数值l是否大于水位阈值lset2，若l≤lset2，则所述主cpu控制所述提醒/警告器响起警告音并且亮起警告灯led3，同时所述自动补水器进行水槽补水，若l＞lset2，则所述主cpu控制所述hho发生器停止工作后，结束流程；

步骤6、所述从cpu发送工作开始指令给所述主cpu，所述主cpu接收到该工作开始指令后，由所述数据采集部从所述服务对象中读取所需hho气体的需求量，并换算成电流值作为目标电流值iset，接着所述循环水泵开始运行，同时打开所述超声波传感器去除所述水箱内的气泡；

步骤7、所述电流传感器实时采集真实电流值i，将真实电流值i由所述数据采集部反馈给所述从cpu，所述从cpu将真实电流值i与目标电流值iset进行比较，并判断i是否大于iset，若否，则进入步骤8，若是，则所述主cpu控制所述hho发生器输出的矩形波脉冲信号的占空比ton减一后，重新进入步骤7；

步骤8、判断i是否小于iset，若是，则所述主cpu控制所述hho发生器输出的矩形波脉冲信号的占空比ton加一，以达到电流的稳定控制，使所述hho发生装置产生适量的hho气体，进入步骤7，若否，则结束流程。

hho发生装置用于水电解产生新燃料氢氧混合气体(hho)，主要以dry方式为基础，在硬件上增加了自动压力开关、逆火防止器等安全部件，并在电解片的尺寸大小和阴阳极的空间进行了合理的设计，使得电解达到了最大效率；自动控制装置用于控制hho发生装置。

hho气体主要有三个应用：1、作为燃料的燃烧触媒(一般指催化剂，促使燃料接近完全燃烧)，可以提高燃料的燃烧效率，以达到节能、低耗、低污染的效果；2、由于hho的易燃性，可作为新能源，应用于超高温电焊以及锅炉等燃烧设备中；3、从产生的hho气体中分离出氢气和氧气，因为氢气具有综合人体酸性体质的功能，可将分离出来的氢气应用于健康、美容和医疗等领域中；

hho发生装置上的自动电子控制设备，如水位传感器、温度传感器等，自动控制装置上的自动电子控制设备，该自动电子控制设备具有三个功能：1、通过控制电力和超声波等辅助传感器使电解达到最大效率；2、根据使用对象和目的来自动控制所需的hho气体的产生量，以达到其最高有效利用率，使产品使用更加具有灵活性；比如，在应用于发动机的时候，利用发动机的转数作为反馈控制的输入量，根据发动机的高转和低转来自动调整所需的适量hho气体，使其有效性最大化；3、通过自动电子控制设备自动监视hho发生装置的温度、压力、电力、水位等工作状态，提供提醒、警告、强行停止等自动安全辅助功能。

本发明的优点如下：

1、应用范围广：本发明的所述hho发生装置110在使用24v电源的情况下可产生最大3000cc的hho气体，结合所述自动控制装置120，可增设台数，可以提供足够的hho气体，因此可以应用在各大小型排量汽车和船舶的发动机以及燃烧设备中；

2、电解效率高和产生量多：现有技术无法解决电解效率低的问题，本发明采用脉冲信号电解所述hho发生器1111，并且针对所述hho发生器1111内气泡累计而引起电解片与电解液接触面积变少而导致电解效率的下降，以及所述水箱1121内气泡积累影响hho气体排放的问题，采用循环水泵1122和水箱1121内超声波传感器1122去除气泡的影响，提高电解效率和增加气体的产生量；

3、水蒸气处理：现有技术在长时间使用过程，因为温度问题发生器会产生水蒸气进入到发动机中影响发动机的正常使用，针对此问题，本发明在水箱1121的气体排出口后设置排气导管1141和散热器1142降低排出气体温度之后，增设水蒸气处理器1144，使水蒸气液化回到水箱1121中，解决水蒸气进入发动机的问题；

4、安全性能高：在所述发生装置110上设计有温度监控，水位监控，压力监控等多个安全性能设备，同时，在水箱1121的排气口后设计有逆火防止器1145以及在hho发生器1111底部设置防震处理器1114，增加其安全性能；

5、自动化控制：hho气体的产生量实现自动化控制，根据服务对象的状态实时地提供适量的hho气体，同时利用自动化控制hho发生装置110的工作状态监视、警告、强制停止等功能提高设备的安全系数；

6、效益性大：本发明与服务对象联动，可根据服务对象的实际工作状态的变更，例如加速，减速等来实时地调整，使提供的hho气体量一直都是适量的，不浪费资源的同时还能最大地发挥hho气体的节能的效用。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。