電解水氫氣能源燃?xì)獍l(fā)動機(jī)創(chuàng)新專利可行性研究報告

電解水氫氣能源燃?xì)獍l(fā)動機(jī)創(chuàng)新專利可行性研究報告 作者：張發(fā)恩 以電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)創(chuàng)新專利可行性研究合作報告 一、 概述技術(shù)背景 目前所有使用的機(jī)動車，船有少部分使用石油液化氣或氫氣作燃料，大部分都采用汽油 .柴油作燃料。隨著車輛發(fā)展使用的普及和地球石油資源的減少，依靠石油化工產(chǎn)品汽油 .柴油。大規(guī)模使用化石燃料出現(xiàn)了資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化，還誘發(fā)了不少國與國之間、地區(qū)之間的政治經(jīng)濟(jì)糾紛，甚至沖突和戰(zhàn)爭；以及人們對環(huán)境保護(hù)意識的強(qiáng)化認(rèn)識。因此，必須尋求一種新的、清 潔、安全、可靠的可持續(xù)能源系統(tǒng)。 石油液化氣作能源的內(nèi)燃機(jī)將急需尋找替代產(chǎn)品。而且以氫氣作能源的內(nèi)燃機(jī)目前是依靠工廠集中制取氫氣，經(jīng) 150 350 個大氣壓壓縮溫度為 -253冷凍成液態(tài)裝罐使用，且冷藏罐的保溫非常復(fù)雜， 象加油站一樣普及建設(shè)加氫站成本過于高昂，極大的遏制了氫氣發(fā)動機(jī)的普及。近來，氫氣發(fā)動機(jī)汽車的熱度明顯上升，它既是清潔能源應(yīng)用的一個好契機(jī)，同時人們看好的是，和燃料電池電動汽車，使用氫氣有著同根同源的關(guān)系，在氫能源社會建設(shè)工程方面，是一個非常合適的過渡，從而分別于汽車進(jìn)入一個新能源的汽車時 代。 氫氣發(fā)動機(jī)的應(yīng)用 BMW 算是開路先鋒。 BMW 的 750HL， 5 升汽缸發(fā)動機(jī)轎車上，開發(fā)出汽油和氫氣需用發(fā)動機(jī)轎車，這屬于第 5 代的產(chǎn)品。 BMW 在 2000 年漢諾威世博會上，有 15 輛 750hL轎車作交通等，令人耳目一新。這證明：氫汽發(fā)動機(jī)汽車從原理上實(shí)用是可行的，液態(tài)氫的燃料可以在汽車上應(yīng)用；即使使用雙燃料的油箱，也不會影響到汽車的正常應(yīng)用，開起來一樣方便；在汽車制造方面的進(jìn)一步改進(jìn)，對氫氣發(fā)動機(jī)的批量應(yīng)用，前景非常的好。 當(dāng)前， 750HL發(fā)動機(jī)在使用汽油和氫汽時，性能上有差距，當(dāng)排當(dāng)在 5379cm3V12 發(fā)動機(jī)，燃用汽油時，功率為 240KW，加速 100Km/h，只需 6.8 秒，最高車速 250Km/h；而燃用氫氣時，功率為 150KW，加速時間 9.6 秒，最高車速 226Km/h，百十里耗氫氣 40L，一次充氣 140L，可行駛 350Km。當(dāng)前 BMW對下一代氫氣發(fā)動機(jī)的效率和比功率正在繼續(xù)的挖潛工作中。 目前，氫的儲存方法，最簡單的是使用高壓氫氣瓶，但體積太大，能在大客車上應(yīng)用，而更先進(jìn)的辦法是應(yīng)用含太合金板制成的儲氫箱，用以儲存液態(tài)氫。 BMW 研制一種較實(shí)用的儲氫箱，強(qiáng)度很高，結(jié)構(gòu)很像保溫瓶，箱體由兩層隔熱板制成 ，中間抽點(diǎn)空，并常有防撞裝置和高受熱時，少量的自動排出裝置，而最先進(jìn)的儲氫是一種利用納米碳素纖維求儲存氫氣，正在加速研制中?，F(xiàn)有的氫氣發(fā)動機(jī)的氫氣來源是采用的是以市電供電以電解水產(chǎn)生氫氣和桶狀結(jié)構(gòu)電解池，無法滿足內(nèi)燃機(jī)移動的需要 二、 技術(shù)可行性分析 1、 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)和效果論述。 （ 1）氫燃料特點(diǎn) 氫，是宇宙間含量最豐富的元素，它的原子核就是一個質(zhì)子，外面環(huán)繞著一個電子。兩個氫原子與一個氧原子結(jié)合，構(gòu)成生命所必須的物質(zhì) -水。爆炸極限 4% 74%，最大爆炸壓力 740kPa，產(chǎn)生最大爆炸壓力濃度 32.3%，最小引燃能量 0.019mJ。除核燃料外，氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為 142， 351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的 2.8 倍。以氫氣作能源的關(guān)鍵技術(shù)在于如何破壞水分子的化學(xué)鍵而大量析出水中的氫氣和氧氣；而現(xiàn)在發(fā)明的通過離子交換劑進(jìn)行離子交換破壞水分子的化學(xué)鍵，使電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的技術(shù)變成了實(shí)際可行；其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非常顯著。 （ 2）結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)亮點(diǎn) 以電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)上根據(jù)總體功率要求附加一個配套發(fā)電機(jī)，所 發(fā)出的電流經(jīng)整流控制器控制分配到氫氣發(fā)生器的電極和對啟動電瓶進(jìn)行充電；氫氣發(fā)生器用自然水為原料，加入適量氫氧化鉀或是氫氧化鈉以增強(qiáng)導(dǎo)電效率，氫氧化鉀不會消耗，只需要補(bǔ)充水就可以長期使用。水溶液在直流電的作用下，通過離子交換劑進(jìn)行離子交換破壞水分子的化學(xué)鍵而析出水中的氫氣和氧氣； 化學(xué)方程式： 陰極 4 H2O+4 e = 4 OH+2H2 陽極 4 OH - 4 e = 2 H2O+O2 經(jīng)儲存罐緩沖和再次水氣分離后，供給內(nèi)燃發(fā)動機(jī)汽缸做功；使內(nèi)燃機(jī)脫離對石油化工產(chǎn)品的依賴。本實(shí)用新型發(fā)明結(jié)構(gòu) 簡單，在現(xiàn)有車船上改裝容易，無環(huán)境污染。氧氣還可以接給駕駛員補(bǔ)充氧氣。 （ 3）氫氣發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)是適當(dāng)調(diào)整進(jìn)氣混合比和點(diǎn)火延遲角，當(dāng)活塞從上止點(diǎn)下行到其行程中點(diǎn)時使火花塞點(diǎn)火利用氫氧最大爆炸力作功行至下止點(diǎn)，氫 4-32.3%低占比混和氣體爆炸特性作功，爆炸的膨脹速度威力不但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)燃燒方式，而且氫氣燃料（成本）消耗少。當(dāng)爆炸的膨脹峰值最高時曲軸的結(jié)構(gòu)力矩也是最大的，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩大，動力強(qiáng)勁。而且只排放微量的水氣，對大氣層沒有任何的污染，是真正的環(huán)保綠色動力能源。 2項目技術(shù)指標(biāo)與國內(nèi)外同類技術(shù) 全面綜合對比情況。 1、現(xiàn)在的氫氣汽車，目前是在 350 公斤 /平方厘米的壓力條件下，用容積 140 升的儲氫罐儲存 2 公斤多的氫氣，結(jié)構(gòu)很像保溫瓶，箱體由兩層隔熱板制成，中間抽點(diǎn)空，并裝有防撞裝置，一次加氫可行駛350 公里。 (參考 BMW 公司 /viewthread.php?tid=7297)但建設(shè)加氫站成本過于高昂，且冷藏罐的保溫非常不便。（液氫溫度為 -253）加氫站建設(shè)可參考（美國加洲加氣站 /cache.aspx?q=4957002055174&lang=zh-CN ） 2、（氫）燃料成本更經(jīng)濟(jì)可觀 根據(jù)調(diào)查目前轎車百公里經(jīng)濟(jì)耗石油液化氣 7 升，按氣體摩爾體積的膨脹與燃燒溫度有關(guān)。 V=（ V1-V2）（ 1+273+dt） /273所以理論上轎車百公里耗氫氣 144.66 升，折換耗水大約 80 毫升，以轎車動力 120馬力計，制造這些氫氣需要電量為 520*2 大約為 1.4 馬力。用發(fā)動機(jī)附帶的發(fā)電機(jī)足以供給。 根據(jù)調(diào)查目前轎車百公里按耗油 10 升，按標(biāo)準(zhǔn)油氣混合比為 1： 15 折合得 160 升混合氣，而一升水理論上可以分解出 1234 升氫氣和 622 升氧氣，共計 1856 升具有最佳燃燒比的標(biāo)準(zhǔn)混合氣，經(jīng)測量一升水實(shí)際可以分解出 980 升氫氣和 490 升的氧氣。 980+490=1470/160 可供行駛 900多公里。 3關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)和技術(shù)依托 目前，已經(jīng)向國家知識產(chǎn)權(quán)局申報了“以電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)”專利并經(jīng)審核得到了通過，于 2006年 12月 14 日得到正式受理，頒發(fā)了專利號 20000620022600.9 ；現(xiàn)階段已經(jīng)完成了關(guān)鍵部件氫器氣發(fā)生器的研制工作，現(xiàn)制成的氫氣發(fā)生器電源功率為 600W，（小于現(xiàn)有汽車發(fā)電 機(jī)的功率 1000W）氫氣產(chǎn)氣量 150 升 /每小時，可滿足一般小車的燃用需求。 流程結(jié)構(gòu)示意圖 三、 市場需求 1國內(nèi)市場狀況及產(chǎn)品的發(fā)展前景，在國內(nèi)市場的競爭能力和市場占有率。 以電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)在目前尚屬空白，在全區(qū)乃至于全國屬于首家，不僅可以緩解石油緊張，還減少廢氣的排放，是真正的環(huán)保綠色動力能源。且已經(jīng)申請專利保護(hù)（專利號20000620022600.9），沒有競爭對手。 2國際市場狀況及產(chǎn)品的發(fā)展前途，在國際市場的競爭能力。 能源是人類社會存在與發(fā)展的物 質(zhì)基礎(chǔ)。然而，大規(guī)模使用化石燃料出現(xiàn)了資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化，還誘發(fā)了不少國與國之間、地區(qū)之間的政治經(jīng)濟(jì)糾紛，甚至沖突和戰(zhàn)爭。以及人們對環(huán)境保護(hù)意識的強(qiáng)化認(rèn)識，因此，必須尋求一種新的、清潔、安全、可靠的可持續(xù)能源系統(tǒng)。 以電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)在目前尚屬空白，且已經(jīng)申請專利保護(hù)，沒有競爭對手。 四、 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分析 1項目產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、銷售收入估算。 以每套生產(chǎn)成本 3000 元計算（直接材料成本 2000 元，人工費(fèi)加改裝費(fèi) 1000 元），銷售收入 9800 元 /每套，小規(guī)模可年產(chǎn) 500 套 2000 套。年利潤 3400000 元 13600000 元 2分析結(jié)論 我國交通發(fā)達(dá)，機(jī)動車輛較多，且全球性資源緊張，以電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)在目前尚屬空白；銷售市場巨大 ；該項目經(jīng)濟(jì)效益較好，抗風(fēng)險能力較強(qiáng)，是一項低投入高產(chǎn)出的項目；能為城鄉(xiāng)提供多個就業(yè)機(jī)會，能培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，有效推動我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展 ； 經(jīng)過客觀與務(wù)實(shí)的簡要分析后，證明此項目的運(yùn)作是可行的，在領(lǐng)導(dǎo)的重視和技術(shù)人員的共同努力下，為項目的順利實(shí)施提供強(qiáng)有力的保障，能確保項目成功實(shí)施和取得顯著效 益 .并有可能帶來更大經(jīng)濟(jì)效益。 3社會效益分析。 以小轎車為例，其用汽油的單臺燃料消耗量及一年燃油使用成本如下：（注：汽油單價以 5.0 元 /公升，以每天 70 公里一個月行駛 2000 公里一年 24000 公里計算，油耗以 7升 /百公里計算） 小轎車用汽油 24000*0.07*5=8400 元 小轎車用電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的使用成本如下： 消耗自然水 27 升，價值 27 元（以蒸餾水計算，如用冷開水代替還不到此價格），消耗（定期清洗的損耗） NaOH大約 2 公斤價值 4 元，設(shè)備折舊費(fèi) 1000 元， （以正常使用 10 年折算）共計 1031元。 小轎車用電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的使用成本 1031 元減去小轎車用汽油的使用成本8400 元，節(jié)約費(fèi)用 7369 元 以一個地區(qū)汽車 10 萬輛計，每年可以節(jié)約燃油費(fèi)用 73690 萬元，而且沒有任何的污染，還可節(jié)約環(huán)保治理費(fèi)用若干，是真正的環(huán)保綠色動力能源。 以出租車每天跑 400 公里，耗油 30 升計，出租車每年跑 300 天 120000 公里，耗油 9000 升價值9000*5=45000 元； 如用電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的使用成本則只消耗自然水 134 升，價值 134 元（以蒸餾水計算，如用冷開水代替還不到此價格），消耗（定期清洗的損耗） NaOH大約 8 公斤價值 16 元，設(shè)備折舊費(fèi) 2000 元，合計 2150 元；每年可節(jié)約資金 45000 元 -2150元 =42850 元。 以一個地區(qū)出租車 2 萬輛計，每年可以節(jié)約燃油費(fèi)用 85700 萬元，而且沒有任何的污染，還可節(jié)約環(huán)保治理費(fèi)用，是真正的環(huán)保綠色動力能源。 五、 項目實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 經(jīng)上級批準(zhǔn)立項后，在雙方的共同努力下，各有關(guān)部門協(xié)同作戰(zhàn)，按實(shí)施方案有計劃的負(fù)責(zé)組織實(shí)施，爭取第二年建成投產(chǎn)，年產(chǎn)氫氣發(fā)生器及配件 500 套，次年達(dá)到產(chǎn)量 10000 套，以后逐步穩(wěn)定增加產(chǎn)量，達(dá)到全部合格產(chǎn)品上車，能正常上路行駛。以“ 氫氣代替燃油、實(shí)現(xiàn)無污染排放 ” 為最大特點(diǎn) ；以“綠色動力”造福全人類為最高目標(biāo)。 六、 合作伙伴 目前，該項目已經(jīng)向國家知識產(chǎn)權(quán)局申報了“以電解水產(chǎn)生的氫氣直接做能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)”專利并經(jīng)審核得到了通過，于 2006年 12月 14 日得到正式受理，頒發(fā)了專利號 20000620022600.9 ；現(xiàn)階段已經(jīng)完成了關(guān)鍵部件氫器氣發(fā)生器的研制工作，現(xiàn)制成的氫氣發(fā)生器電源功率為 600W，（小于現(xiàn)有汽車發(fā)電機(jī) 1000W 的功率）氫氣產(chǎn)氣量 150 升 /每小時，可滿足一般小車的燃用需求。為了盡快的實(shí)現(xiàn)該項目的完全轉(zhuǎn)化，向各有識之士尋求合作，共謀發(fā)展。 （ 1） 資金合作，有足夠的資金實(shí)力，能為樣機(jī)的改裝所需材料、設(shè)備、配件提供足夠的資金支持和為批量生產(chǎn)提供足夠的資金。在返還本金并享有同期銀行存款利息的情況下還有權(quán)利享有該專利項目的同等條件優(yōu)先地域獨(dú)家實(shí)施許可權(quán)?；蜻x擇占有該項目總投資額 5%的股份；一個或多個投資人的按資認(rèn)股，可按股分紅。 （ 2） 場地合作，有一定的場地規(guī)模，能為樣機(jī)的改裝所需提供場地，包含改裝所需的有關(guān)機(jī)械、 人員，并負(fù)責(zé)今后的車輛改裝工作。車輛改裝工時費(fèi)用雙方再行協(xié)商。 （ 3） 生產(chǎn)合作，有一定的生產(chǎn)場地和機(jī)床設(shè)備，能批量生產(chǎn)組裝改裝所需設(shè)備、配件，負(fù)責(zé)今后的批量生產(chǎn)工作。 （ 4） 市場營銷合作，有一定的社會關(guān)系和市場營銷策劃經(jīng)驗(yàn)，負(fù)責(zé)進(jìn)行市場營銷和策劃工作。 以上各方有識之士，本著“對等公平，險利均擔(dān)，平等占股”的原則，按各自實(shí)際投入和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)享受相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益。各方所擔(dān)風(fēng)險與所得利益比例相等。 附 :合作規(guī)則 專利技術(shù)合作規(guī)則 合作原則 專利權(quán)人張發(fā)恩擁有（一種以電解水產(chǎn)生的氫氣直接做 能源的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)）專利，該專利號為（ 200620022600.9），可拿技術(shù)向投資方入股，也可辦合作企業(yè)，一個或多個投資人按資認(rèn)股，按股分紅。各方所擔(dān)風(fēng)險與所得利益比例相等。合作各方必須本著“對等公平，險利均擔(dān)，平等占股”的原則，實(shí)行全新的經(jīng)濟(jì)技術(shù)相匹配的制度，專利權(quán)人本著誰投資誰受益的原則，與專利權(quán)人合作可分為以下幾種； 一、是經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作生產(chǎn)經(jīng)營；合作雙方按各自實(shí)際投入和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)享受相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益。其中又分為； 1、專利權(quán)人只出技術(shù)（專利資料、授權(quán)書），而不參與任何生產(chǎn)經(jīng)營活動 ,接產(chǎn)方按規(guī)模要求 一次性投入足夠的自有資金的，則實(shí)行投資方占總股份 70%控股 ,專利權(quán)人占總股份 30%,即“正三七開”。 2、若專利權(quán)人出技術(shù)，接產(chǎn)方不能按規(guī)模要求一次性投入足夠的自有資金的 ,或只能投入啟動資金，啟動后還必需靠專利權(quán)人的項目去籌資、融資、引資、借貸他方資金的，則實(shí)行“倒三七開”，即投資方占總股 35%或以下（視數(shù)額確定），由專利權(quán)人控股占 40%或以上 .其他部份可留給其它投資人。 3、若專利權(quán)人又不但出技術(shù)授權(quán)，還參與生產(chǎn)或經(jīng)營的，則對半分成。即專利權(quán)人 50%或以上，其它為資金股。 4、專利權(quán)人出技術(shù)，合作方 并無自有資金，而只是作為引資人（公司）的，資金不能算是引資人（公司）的。引資人只能計酬金，必要時功勞較大的可從資金股中贈股 5%至 10%，但若資金的還款、付息、均在分配以后進(jìn)行，則可以不計較資金性質(zhì)和來源，但按公司法規(guī)定，貸款不得作為股金，故引資方加接產(chǎn)方只能占股份 10%以上 30%以下。 5、雙方合作中；所投入的資金是指資方自有資金，技術(shù)是指專利權(quán)人自已的技術(shù)。非此不得享受上述股份條件。 6、一般情況下，專利權(quán)人可參與組建合作企業(yè)，此合作公司交由投資人經(jīng)營管理，專利權(quán)人作技術(shù)參股。投資人可以是一個或多個， 投設(shè)定股份認(rèn)購。 7、投資人只投入資金不參