ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО СО СГУСТИТЕЛЕМ ТОПЛИВА Российский патент 2023 года по МПК F02D19/06 C01B15/13 F02B43/10 F02B47/10 F02M25/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области транспортных средств, приводимых в движение посредством жидкого топлива.

Уровень техники

Топливо, предоставляющее энергию для продвижения транспортных средств, имеет относительно высокую удельную энергоемкость. Удельная энергоемкость топлива, главным образом, сохраненная в виде химической энергии, предпочтительно является высокой, насколько возможно, чтобы предоставлять достаточное количество энергии, чтобы предоставлять возможность движения на протяжении достаточно длинного пути с достаточно низким объемом. Специалист в области техники будет оптимизировать транспортное средство для перевозки топлива на борту транспортного средства, которое имеет такой же запас энергии в настолько малом объеме, насколько возможно. С другой стороны, высокая удельная энергоемкость предоставляет потенциально неустойчивую и, следовательно, потенциально опасную сущность, с которой может быть трудно или даже рискованно обращаться.

Ископаемые виды топлива углеводороды, в частности являются относительно устойчивыми и предоставляют достаточно высокую удельную энергоемкость. Однако, общественное мнение повернулось против использования углеводородов вследствие двуокиси углерода, которая создается посредством сжигания углеводородов, по этой причине альтернативные виды топлива исследуются. Приводимые в движение электричеством транспортные средства, использующие аккумуляторные батареи, являются известными и признаны альтернативными, но заряд аккумуляторных батарей может быть низким. Приводимые в движение водородом автомобили также называются альтернативными, но водород является громоздким и опасным для обращения.

US 6255009 B1 раскрывает способ выполнения работы, содержащей этапы предоставления движущей силы, состоящей преимущественно из перекиси водорода (H₂O₂) с концентрацией по меньшей мере 85 массовых процентов от суммарной двигающей силы, разложения движущей силы, при этом разложение высвобождает энергию, и направления высвобожденной энергии, чтобы выполнять работу. Система мощности, имеющая движущую силу, состоящую преимущественно из перекиси водорода с концентрацией по меньшей мере 85 массовых процентов от суммарной движущей силы, раскрывается. Работа может предоставлять кондиционирование среды, такое как нагрев и подготовка питьевой воды.

US6255009B1 раскрывает то, что перекись водорода может быть произведена на борту судна. Например, установка для производства электролитической перекиси водорода может быть использована для преобразования морской воды в перекись водорода средней концентрации с 65%-85% концентрации по массе.

После выхода из установки для производства электролитической перекиси водорода перекись водорода средней концентрации либо поступает в очиститель H₂O₂, чтобы очищаться до высококонцентрированной перекиси водорода, либо движется непосредственно как перекись водорода средней концентрации, чтобы использоваться в бортовых системах и/или машинном оборудовании.

Сущность изобретения

Является предпочтительным предоставить топливную систему для транспортного средства, которая может снабжаться непосредственно разбавленным топливом, имеющим относительно низкий риск. Топливная система выполнена с возможностью обеспечения концентрированного топлива, имеющего достаточно высокую удельную энергоемкость, которое должно быть предоставлено в реакционную камеру, например, двигателя или другого блока преобразования мощности типа топливного элемента.

Термин "транспортное средство" может ссылаться на любое средство, которое может быть использовано для движения или перевозки людей и/или товаров. Примерами транспортных средств являются наземные транспортные средства, такие как автомобиль, мотоцикл, грузовой автомобиль, велосипед, водные транспортные средства, такие как лодки, корабли, подводные лодки, и воздушные транспортные средства, такие как самолеты, ракеты и вертолеты. В транспортном средстве энергия от разбавленного топлива может быть использована для движения транспортного средства, например, для ускорения, торможения и/или изменения направления движения. Кроме того, как вариант, другие требующие энергии устройства на транспортном средстве могут питаться с помощью разбавленного топлива. Примерами требующих энергии устройств являются устройства кондиционирования климата, такие как нагреватели и кондиционеры воздуха, краны, установленные на транспортное средство для перемещения грузов, и/или, в общем, любое другое устройство, содержащееся в транспортном средстве, требующее энергии для работы.

Термины "концентрированный" и "разбавленный" ссылаются на соотношения в смеси реакционно-способного топливного соединения, имеющего первую удельную энергоемкость, и промежуточного соединения, имеющего вторую удельную энергоемкость ниже первой удельной энергоемкости. Термины "концентрированный" и "разбавленный" в этом контексте должны пониматься относительно друг друга, а не как абсолютные значения соотношений. Для некоторых топливных смесей 65% концентрация топливного соединения по отношению к суммарному количеству смеси может быть концентрированной, тогда как она может считаться разбавленной для других топливных соединений. В контексте различных аспектов, обсуждаемых здесь, и их вариантов осуществления, "концентрированный" указывает более высокое количество реакционно-способного топливного соединения относительно промежуточного соединения по сравнению с "разбавленным", последний указывает более низкое количество реакционно-способного топливного соединения относительно промежуточного соединения во всей смеси.

Первый аспект предоставляет транспортное средство, содержащее топливный резервуар для приема и хранения жидкого разбавленного топлива, содержащего разбавитель, сгуститель топлива, выполненный с возможностью приема жидкого разбавленного топлива из топливного резервуара и обеспечения концентрированного топлива на основе разбавленного топлива, концентрированное топливо имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с разбавленным топливом, модуль преобразования мощности, выполненный с возможностью преобразования концентрированного топлива в кинетическую энергию, двигательную структуру для продвижения транспортного средства, и трансмиссию для переноса кинетической энергии от модуля преобразования мощности к двигательной структуре.

На уровне техники, например, в US 6255009 B1, топливный резервуар для приема и хранения жидкого разбавленного топлива не предусматривается. В частности, в US 6255009 B1, перекись водорода средней концентрации в качестве жидкого разбавленного топлива либо поступает в очиститель для очистки до высококонцентрированной перекиси водорода, либо непосредственно используется в бортовых системах и/или машинном оборудовании и, следовательно, не хранится в топливном резервуаре.

На уровне техники, кроме того, когда перекись водорода хранится в топливном резервуаре, она хранится в концентрации, которая является высокой, насколько возможно. Это предоставляет возможность хранения большего запаса энергии в том же объеме, что является полезным с учетом того, что транспортные средства часто ограничены в пространстве хранения. Даже если пространство хранения является доступным, например, на больших кораблях, может быть предпочтительным использовать это пространство хранения для хранения грузов, отличных от топлива.

Согласно первому аспекту, однако, предоставляется транспортное средство, в котором разбавленное топливо хранится в топливном резервуаре вместо концентрированного топлива. В отдельных вариантах осуществления транспортного средства транспортное средство не содержит топливный резервуар для хранения концентрированного топлива.

Топливный резервуар может быть определен как объем хранения для долговременного хранения топлива. Долговременное подразумевает, что трубопроводы для транспортировки топлива, например, от очистителя H₂O₂ до бака для удерживания H₂O₂, не считаются резервуаром топлива. Например, топливный резервуар, например, для автомобиля, может быть выполнен с возможностью хранить пять литров или более, десять литров или более, 20 литров или более, 30 литров или более, 50 литров или более или даже 100 литров или более. Для более крупных транспортных средств, таких как автобусы, грузовики и корабли, топливный резервуар может быть выполнен с возможностью хранить 100 литров или более, 1000 литров или более, 10000 литров или более или даже 100000 литров или более.

Представляется транспортное средство согласно первому аспекту, в котором топливный резервуар содержит жидкое разбавленное топливо, например по меньшей мере пять литров по меньшей мере 50 литров или по меньшей мере 75 литров разбавленного топлива. В вариантах осуществления такое транспортное средство может содержать менее десяти литров, менее 2 литров или даже менее половины литра концентрированного топлива, так как предпочтительно концентрированное топливо создается по требованию. Это предотвращает необходимость хранения большого объема концентрированного топлива с рисками безопасности, ассоциированными с хранением больших объемов концентрированного топлива. Небольшой буфер для концентрированного топлива может, однако, присутствовать, например, только во время эксплуатации транспортного средства, чтобы иметь возможность предоставлять достаточную мощность все время, когда используется транспортное средство. Такой буфер может быть таким небольшим как пара десятков или сотен миллилитров в любой заданный момент времени.

Как вариант, транспортное средство может содержать трубопровод и необязательный насос для переноса какого-либо концентрированного топлива в топливный резервуар, так что концентрированное топливо становится разбавленным в разбавленном топливе. Например, когда транспортное средство выключается, и, например, ставится на стоянку, присутствующее концентрированное топливо может быть сброшено в топливный резервуар, чтобы предотвращать наличие транспортного средства с концентрированным топливом, хранящимся в нем, которое может быть риском безопасности.

Например, чтобы повторно снабжать транспортное средство топливом, разбавленное топливо должно быть предоставлено в топливный резервуар. Следовательно, представляется способ для дозаправки топливом транспортного средства, в частности, транспортного средства согласно первому аспекту, содержащий наполнение по меньшей мере части топливного резервуара разбавленным топливом. Кроме того, представляется заправочная станция, содержащая снабжающий резервуар, содержащий большой объем разбавленного топлива, причем этот большой объем может, например, быть достаточным для множества топливных резервуаров транспортных средств согласно первому аспекту. Заправочная станция содержит насосный модуль, чтобы транспортировать разбавленное топливо из снабжающего резервуара в топливный резервуар транспортного средства. Предпочтительно, заправочная станция не содержит хранилище для концентрированного топлива, и, следовательно, предпочтительно заправочная станция не содержит концентрированное топливо.

Как дополнительный вариант для транспортных средств согласно первому аспекту, транспортное средство выполнено с возможностью работы только или практически только с разбавленным топливом в качестве источника мощности. Следовательно, другие виды топлива, такие как ископаемые виды топлива, водород и/или какое-либо другое топливо, могут не требоваться для работы транспортного средства. Гибридные силовые агрегаты транспортных средств, которые используют сочетание разбавленного топлива и аккумулятора для предоставления электрической энергии, однако, предполагаются. Например, аккумулятор может быть использован для запуска транспортного средства и на протяжении первого расстояния, пока концентрированное топливо создается из разбавленного топлива, когда концентрированное топливо не хранится в транспортном средстве, когда транспортное средство не используется.

Сгуститель топлива может быть выполнен с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе, концентрированное топливо имеет первую удельную энергоемкость, а разбавитель имеет вторую удельную энергоемкость ниже первой удельной энергоемкости.

Сгуститель топлива может содержать фильтр, чтобы отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе.

Фильтр может содержать контейнер фильтра, имеющий первый отсек фильтра и второй отсек фильтра, первый отсек фильтра отделяется от второго отсека фильтра стенкой фильтра, содержащей мембрану, выполненную с возможностью пропускать преимущественно только одно из разбавителя и концентрированного топлива.

Мембрана может быть выполнена с возможностью отделять вещество, содержащее воду в качестве разбавителя, от концентрированного топлива в разбавленном топливе.

Мембрана может иметь только одну или обе из гидрофобной и пористой характеристики.

В вариантах осуществления транспортного средства транспортное средство дополнительно содержит систему регулирования давления, чтобы предоставлять разницу давления между первым давлением в первом отсеке и вторым давлением во втором отсеке.

Система регулирования давления может содержать генератор низкого давления, функционально соединенный со вторым отсеком.

В вариантах осуществления транспортного средства транспортное средство дополнительно содержит модуль регулирования температуры для предоставления разницы температур между первым отсеком и вторым отсеком.

Модуль регулирования температуры может содержать по меньшей мере одно из нагревателя для нагрева первого из первого отсека и второго отсека и охладителя для охлаждения второго из первого отсека и второго отсека.

Сгуститель топлива может содержать по меньшей мере одно из: модуля дистилляции, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством дистилляции;

модуля кристаллизации, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством кристаллизации; модуля ректификации, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством ректификации;

модуля адсорбции, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством адсорбции; модуля иссушения, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством иссушения;

модуля центрифугирования, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством центрифугирования; и

модуля обратного осмоса, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством обратного осмоса.

Модуль преобразования мощности может содержать реакционную камеру, выполненную с возможностью создавать находящуюся под давлением текучую среду на основе концентрированного топлива, модуль преобразования механической мощности для преобразования кинетической энергии текучей среды во вращение вала, генератор, соединенный с валом для преобразования кинетической энергии вала в электрическую энергию, и по меньшей мере один электромотор, выполненный с возможностью преобразования электрической энергии от генератора в кинетическую энергию, и для предоставления этой кинетической энергии в трансмиссию.

В вариантах осуществления транспортного средства двигательная структура содержит по меньшей мере первое колесо и второе колесо, модуль преобразования мощности содержит первый электромотор и второй электромотор, а трансмиссия содержит первую ось, соединяющую первый электромотор с первым колесом, и вторую ось, соединяющую второй электромотор со вторым колесом.

Модуль преобразования мощности может содержать механический двигатель, содержащий топливный контроллер, выполненный с возможностью регулировать количество концентрированного топлива, предоставляемого механическому двигателю по меньшей мере одну расширительную камеру, расширяемую при реакции концентрированного топлива, чтобы формировать находящуюся под давлением текучую среду, ограничитель камеры, выполненный с возможностью перемещаться при реакции концентрированного топлива, чтобы формировать находящуюся под давлением текучую среду, и коленчатый вал, соединенный с ограничителем камеры и выполненный с возможностью вращаться при перемещении ограничителя камеры, при этом коленчатый вал является присоединяемым к трансмиссии или генератору.

В варианте осуществления транспортного средства транспортное средство содержит вторичный топливный резервуар для приема и хранения вторичного топлива, и трубопровод, соединяющий вторичный топливный резервуар с реакционной камерой и для предоставления вторичного топлива в реакционную камеру для реакции с концентрированным топливом.

Модуль преобразования мощности может содержать топливный элемент для преобразования концентрированного топлива в электрическую энергию.

В вариантах осуществления транспортного средства модуль преобразования мощности может быть выполнен с возможностью работы с концентрированным топливом, и модуль преобразования мощности может содержать каталитический материал, выполненный с возможностью стимулирования реакции концентрированного топлива в находящуюся под давлением текучую среду.

Концентрированное топливо может быть перекисью водорода, а разбавитель может быть водой или другим подходящим растворителем. Концентрированное топливо может быть высококонцентрированной перекисью.

В вариантах осуществления транспортного средства транспортное средство может содержать предварительный фильтр, выполненный с возможностью фильтровать примеси из разбавленного топлива.

Использование H₂O₂ в качестве топлива является очень привлекательным, вследствие отсутствия выбросов CO₂ при использовании для генерации мощности согласно описанному изобретению. Описанное изобретение может приводить в результате к продуктам, которыми являются, главным образом, водяной пар и кислород. Кроме того, недавно, новые способы для производства H₂O₂ были представлены, которые могут предоставлять возможность формирования избыточных количеств H₂O₂-топлива из источников рекуперативной энергии и из избыточной доступной морской воды, затем служащего в качестве так называемого 'солнечного топлива', как описано в Kentaro Mase, Masaki Yoneda, Yusuke Yamada, Shunizi Fukuzumi, "Seawater usable for production and consumption of hydrogen peroxide as a solar fuel", 4 мая 2016 г., Nature Communication, DOI:10.1038/ncomms11470. Настоящее изобретение может также, и в частности, быть использовано для увеличения плотности топлива, которое производится этим способом.

Это настоящее изобретение относится к предоставлению топлива с высокой удельной энергоемкостью, которое создается из топлива с более низкой удельной энергоемкостью в растворе со вторым веществом, т.е., увеличивает удельную энергоемкость в транспортном средстве или на суше и затем предоставляется транспортному средству для энергоснабжения транспортного средства.

Другим аспектом изобретения может быть аспект, не реализованный в транспортном средстве, а скорее как стационарная система для преобразования химической энергии, предоставляемой посредством жидкого разбавленного топлива, система содержит: топливный резервуар для приема и хранения жидкого разбавленного топлива, содержащего разбавитель, сгуститель топлива, выполненный с возможностью обеспечения концентрированного топлива на основе разбавленного топлива, концентрированное топливо имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с разбавленным топливом, и модуль преобразования мощности, выполненный с возможностью преобразования концентрированного топлива в кинетическую энергию и выполненный с возможностью предоставлять кинетическую энергию генератору, выполненному с возможностью преобразовывать кинетическую энергию в электрическую энергию.

Краткое описание чертежей

Различные аспекты и их реализации будут теперь обсуждены более подробно. На чертежах:

Фиг. 1: показывает схематичный вид транспортного средства 100, содержащего систему преобразования топлива;

Фиг. 2: показывает вариант реализации сгустителя топлива; и

Фиг. 3: показывает реализацию реакционной камеры.

Подробное описание изобретения

Фиг. 1 показывает систематичный вид транспортного средства 100, содержащего топливный резервуар 102, предоставленный для приема и хранения объема перекиси водорода (H₂O₂), растворенной в воде в качестве жидкого разбавленного топлива. Разбавленная H₂O₂ является разбавленной до некоторой концентрации, которая может, например, быть в диапазоне между 35% и 50% по весу (% масс.), ниже 35% масс., более предпочтительно в диапазоне между 30% и 35%, даже более предпочтительно ниже 30% и, например, выше 10%. Альтернативно, разбавленная H₂O₂ может быть разбавлена до концентрации ниже 60%, ниже 50% или ниже 40%.

Альтернативно или дополнительно, H₂O₂ может быть растворена в другом растворителе, таком как уксусная кислота, ацетон, бензол, этанол, метанол, гептан, изопропиловый спирт или любой другой подходящий растворитель, или любое их сочетание.

В использовании топливный резервуар 102 транспортного средства 100 может быть по меньшей мере частично наполнен на заправочной станции разбавленной H₂O₂ в качестве жидкого разбавленного топлива. Эта разбавленная H₂O₂ может быть разбавлена до уровня, который является легким и безопасным для хранения, который может, кроме того, быть легко транспортируемым. Разбавленная H₂O₂ может также быть более безопасной для обращения для обычного конечного пользователя, заполняющего топливный резервуар 102 перед поездкой к его пункту назначения, по сравнению с менее разбавленной и, таким образом, более высококонцентрированной формой H₂O₂.

Стабилизирующий агент может быть добавлен в разбавленное топливо, содержащее разбавленную H₂O₂. Примерами стабилизирующих агентов, которые могут быть использованы, являются олово в растворимой форме, коллоидный станнат, пирофосфат натрия, другие органофосфаты, нитраты, коллоидные силикаты, нитрилотриметиленфосфорные кислоты и их щелочные и аммониевые соли, станнат натрия, тригидрат станнат натрия, азотные кислоты, любые другие кислоты, инертные к H₂O₂ и потенциально инертные щелочные металлы к H₂O₂, любой другой стабилизирующий агент, или любое их сочетание, известное специалистам в области техники. Способы стабилизации разбавленной H₂O₂ описываются, например, в Glenn T. Carnine, Kenmore, N.Y., and Leonard R. Darbee, Trenton N.Y., патент США, 3,383,174.

Стабилизационный агент может потребоваться, так как разбавленная H₂O₂, в общем, является менее стабильной по сравнению с высококонцентрированной H₂O₂, так как сам растворитель (т.е., вода) часто добавляет значительные количества примесей (содержащих ионы Fe, Cr, Mn и т.д.), которые могут вызывать разложение H₂O₂. Стабилизирующий агент предоставляет возможность H₂O₂ разбавляться безопасно, несмотря на растворитель, потенциально содержащий большие количества примесей.

В качестве альтернативы использованию растворителя с примесями и стабилизирующего агента, деионизированная или дистиллированная вода может быть использована в качестве растворителя. H₂O₂, разбавленная в ней, может называться классифицированными с помощью электроники растворами H₂O₂ с высокой чистотой, но дорогостоящими для производства.

Транспортное средство 100 дополнительно содержит сгуститель 104 топлива, выполненный с возможностью обеспечивать текучую среду более высокой концентрацией H₂O₂ по сравнению с концентрацией разбавленной H₂O₂, которая содержится в топливном резервуаре 102 в качестве концентрированного топлива на основе разбавленного топлива. Более высокая концентрация может быть любой концентрацией выше концентрации разбавленного топлива, включающего в себя H₂O₂ без какой-либо воды вообще. По существу, менее разбавленная H₂O₂ в качестве концентрированного топлива имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с более разбавленной H₂O₂ в качестве разбавленного топлива. Концентрированное топливо может быть высококонцентрированной перекисью (HTP), с концентрацией выше 50%, предпочтительно выше 70%, даже более предпочтительно выше 90%, или еще более предпочтительно такой высокой как 98%, 99% или практически близкой к 100%масс. Удельная энергоемкость может быть определена как количество энергии, сохраненной в некотором объеме или массе жидкого топлива. Масса или объем в этом определении не зависит от массы или объема, ассоциированного с взвешенными макроскопическими или микроскопическими примесями и частицами (например, макроскопическими частицами, твердыми частицами, грязью и т.д.), которые легко отфильтровываются от топлива, например, с помощью топливного фильтра. По существу, удельная энергоемкость топлива в некотором объеме может быть выражена как количество Джоулей на метр в кубе (Дж/м³), а удельная энергоемкость в некоторой массе может быть выражена как количество Джоулей на килограмм (Дж/кг). Когда некоторое количество энергии требуется для перемещения транспортного средства из одной точки в другую, использование топлива с более высокой удельной энергоемкостью может уменьшать массу топлива, требуемого для покрытия расстояния от одной точки до другой, и/или уменьшать объем топлива, который необходимо сохранить, чтобы покрывать расстояние от одной точки до другой.

Транспортное средство может, например, проезжать расстояние, используя первый объем топлива первой удельной энергоемкости, и то же самое транспортное средство может проезжать то же расстояние, используя второй объем топлива второй удельной энергоемкости, при этом второй объем равен половине первого объема, а вторая удельная энергоемкость вдвое больше первой удельной энергоемкости.

Сгуститель 104 топлива должен пониматься как устройство, выполненное с возможностью принимать топливо с первой удельной энергоемкостью и выводить топливо со второй удельной энергоемкостью, которая выше первой удельной энергоемкостью. Конечно, энергия не может быть сформирована посредством сгустителя 104 топлива. Вместо этого, топливо обрабатывается так, что компонент в топливе с более низкой удельной энергоемкостью отделяется от компонента, имеющего более высокую удельную энергоемкость, и удаляется. Это ведет к увеличению в удельной энергоемкости оставшегося топлива, из которого часть с более низкой удельной энергоемкостью была удалена. Это отделение топлива от растворителя может быть выполнено, в принципе, посредством любого известного в настоящий момент способа отделения, который подходит для отделения H₂O₂ от его H₂O или другого растворителя. Также, множество сгустителей 104 топлива могут быть использованы последовательно или параллельно, или в обоих вариантах, вместо использования только одного одноступенчатого сгустителя топлива, при этом каждый сгуститель тогда вероятно имеет слегка различные компоновки, такие, чтобы более оптимально отделять жидкие составляющие на этой стадии.

Прежде чем поток разбавленного топлива 103 предоставляется сгустителю 104 топлива, он может быть пропущен через необязательный фильтр 120 предварительной очистки, выполненный с возможностью фильтровать примеси из потока разбавленного топлива 103 для очистки. Пройдя через фильтр 120 предварительной очистки, поток разбавленного топлива 103 становится потоком предварительно фильтрованного разбавленного топлива 103'. Примерами примесей, которые фильтр 120 предварительной очистки может фильтровать из потока разбавленного топлива 103, являются макроскопические примеси, также как другие микроскопические или ионные примеси, такие как ионы железа, хрома, марганца, также как добавленные стабилизирующие молекулы, другие, или их сочетание. Также фильтр 120 предварительной очистки может быть размещен либо как одноступенчатый фильтр, либо в виде множества ступеней, на которых множество фильтров 120 предварительной очистки размещаются последовательно или параллельно, а также при этом каждая ступень необязательно размещается по-разному, так, чтобы более оптимально очищать долю топлива, проходящего через соответствующую ступень. Дополнительно, например, после номинальной работы транспортного средства, примеси могут быть повторно введены в нефильтрованное разбавленное топливо 103 для того, чтобы улучшать работу фильтра. В вариантах осуществления транспортного средства 100 без фильтра 120 предварительной очистки поток разбавленного топлива 103 предоставляется сгустителю 104 топлива вместо потока фильтрованного разбавленного топлива 103'. Для таких вариантов осуществления это описание следует читать, как если поток фильтрованного разбавленного топлива 103' является потоком разбавленного топлива 103. Это применяется к другим необязательным элементам также.

Сгуститель 104 топлива, таким образом, непосредственно или опосредованно через фильтр 120 предварительной очистки соединяется с топливным резервуаром 102, так что поток жидкого разбавленного топлива 103 может быть предоставлен сгустителю 104 топлива из топливного резервуара 102. Для этого, насосное устройство может быть предусмотрено между топливным резервуаром 102 и сгустителем 104 топлива. Альтернативно или дополнительно, сила тяжести и/или разница давления между жидким разбавленным топливом в топливном резервуаре 102 и сгустителем 104 топлива может быть использована для транспортировки жидкого разбавленного топлива из топливного резервуара 102 в сгуститель 104 топлива. Например, первое жидкое топливо может храниться под давлением выше окружающего давления в топливном резервуаре 102.

В варианте осуществления транспортного средства, как показано на фиг. 1, сгуститель 104 топлива выполнен с возможностью отделять концентрированное топливо 110 от разбавителя 112 из потока разбавленного топлива 103. Когда разбавленное топливо является H₂O₂, растворенной в воде и разбавленной ею, концентрированное топливо 110 содержит концентрированную H₂O₂, а разбавитель 112 содержит воду. По существу, вода в качестве разбавителя 112 имеет низкую удельную энергоемкость по сравнению с концентрированной H₂O₂ в качестве концентрированного топлива 110. Кроме того, концентрированная H₂O₂ имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с разбавленной H₂O₂ в качестве разбавленного топлива. Кроме того, разница в удельной энергоемкости между разбавленным топливом и концентрированным топливом может быть больше 5%, больше 10%, предпочтительно больше 20%, более предпочтительно больше 30%, даже более предпочтительно больше 40% или может быть еще больше.

H₂O₂ в качестве концентрированного топлива 110 может быть предоставлена блоку 106 преобразования мощности в качестве концентрированного топлива. Разбавитель 112 может быть удален из транспортного средства, если безопасно и допустимо, или может быть повторно использован для другой цели или может быть сохранен для последующего использования. Поток топлива 103 или фильтрованного топлива 103' может проводиться множество раз через сгуститель 104 топлива или альтернативно протекать через множество сгустителей 104 топлива, размещенных ступенями, которые могут быть соединены последовательно или параллельно или в их сочетании, прежде чем достигает достаточно высокой концентрации H₂O₂ для того, чтобы обеспечения концентрированного топлива 110 блоку 106 преобразования мощности. Каждая из ступеней сгустителя 104 топлива может использовать различный метод загущения.

Модуль 106 преобразования мощности, содержащийся в транспортном средстве 100, выполнен с возможностью преобразовывать концентрированную H₂O₂ в качестве концентрированного топлива, а более конкретно, химическую энергию, содержащуюся в высококонцентрированной H₂O₂, в энергию другой формы, такую как кинетическая энергия, потенциальная энергия, тепловая энергия и/или электрическая энергия.

Между сгустителем 104 топлива и модулем 106 преобразования мощности буфер может быть предусмотрен для хранения объема концентрированного топлива 110. Это может требоваться, когда существует несовпадение в количестве концентрированного топлива 110, желаемого блоком 106 преобразования мощности и вырабатываемого сгустителем 104 топлива. Если сгуститель 104 топлива вырабатывает больше концентрированного топлива 110, чем блок 106 преобразования мощности может обрабатывать в некоторый момент времени, этот избыток может быть временно сохранен в буфере. Если сгуститель 104 топлива может не обеспечивать достаточное количество концентрированного топлива 110, некоторая часть сохраненного концентрированного топлива 110 может быть слита из буфера, так что достаточное количество может быть предоставлено модулю 106 преобразования мощности. Эта функция хранения и извлечения может управляться либо посредством насосов, либо также посредством разности давления и системы распределения давления с клапанами между различными компонентами транспортного средства.

Модуль 106 преобразования мощности содержит реакционную камеру 162, выполненную с возможностью создавать текучую среду под давлением на основе концентрированного топлива 110 в качестве концентрированного топлива. Находящаяся под давлением текучая среда выводится реакционной камерой 162 как поток находящейся под давлением текучей среды 164. Поток находящейся под давлением текучей среды 164 может содержать пар при определенной температуре и кислород, которые являются результатом работы, которая имела место в реакционной камере 162. Более подробное описание реакционной камеры 162 будет предоставлено вместе с фиг. 3.

Модуль 106 преобразования мощности в варианте осуществления транспортного средства 100, как показано на фиг. 1, дополнительно содержит турбину 166 в качестве модуля преобразования механической мощности, выполненного с возможностью принимать поток находящейся под давлением текучей среды 164 из реакционной камеры 162. Турбина 166 может быть паровой турбиной, когда поток находящейся под давлением текучей среды 164 содержит пар. После того как пар прошел через турбину 166, он может быть удален либо в жидком состоянии, газообразном состоянии, либо их сочетании, через выхлопную трубу 164, или, альтернативно или дополнительно, испаритель. Турбина будет также скомпонована с другими системами, требуемыми для работы турбины.

Когда пар используется для приведения в действие турбины 166, турбина 166 и, в частности, ее вал могут быть соединены с колесами транспортного средства 100 для перемещения транспортного средства, либо непосредственно, либо через трансмиссию, которая может содержать коробку передач и другие необходимые и известные компоненты (т.е., тормоза, муфты сцепления, коробки передач, валы и т.д.). Альтернативно, в варианте осуществления транспортного средства 100, как показано на фиг. 1, турбина 166 соединяется с генератором 170, который размещается для генерации электричества. Такая компоновка может иметь преимущество в том, что она предоставляет возможность постоянной работы турбины 166 в оптимальной или близкой к оптимальной рабочей точке посредством регулировки расхода топлива в реакционную камеру 162. Это может вести к общей более высокой эффективности системы, когда она работает в постоянных и оптимальных рабочих точках.

Турбина 166, таким образом, вращается посредством потока находящейся под давлением текучей среды 164, и турбина 166 соединяется через вал 168 с генератором 170, скомпонованным для преобразования кинетической энергии вала 168 в электрическую энергию. Модуль 106 преобразования мощности дополнительно содержит в этом варианте осуществления по меньшей мере один электромотор 172, выполненный с возможностью принимать поток электрической энергии 171 от генератора 170 и преобразовывать этот поток электрической энергии 171 в кинетическую энергию, которая должна быть предоставлена в трансмиссию 114 транспортного средства 100. Перенос кинетической энергии от электромотора 172 в трансмиссию 114 обозначен ссылочной позицией 174 на фиг. 1. Альтернативно по меньшей мере один электромотор 172, выполненный с возможностью принимать поток электрической энергии 171, может быть непосредственно соединен с движущей структурой, как объяснено дополнительно ниже.

С турбиной 166 и/или генератором 170, например, на валу 168, соединяется необязательное пусковое устройство 180. Пусковое устройство 180 может быть использовано для запуска вращения турбины 166 и/или генератора 170 и может быть осуществлено как электромотор. Вал 168 турбины может содержать другое оборудование, такое как, например, центробежные насосы или вентиляторы, которые могут тогда использовать кинетическую энергию валов, чтобы выполнять другую работу (например, перекачивать жидкость, прикладывать давление, охлаждать систему), которая требуется для более оптимальной работы всей системы 100 транспортного средства. Поток электрической энергии 171 может быть прямым потоком электрической энергии, в форме постоянного (DC) или переменного (AC) тока, или может быть опосредованным потоком. Опосредованный поток подразумевает, что существует некий вид устройства хранения электрической энергии между генератором 170 и электромотором 172, выполненного с возможностью временно хранить или буферизовать электрическую энергию, предоставляемую генератором 170, прежде чем эта энергия передается электромотору 172. Примерами устройства хранения электрической энергии являются аккумулятор 173, аккумуляторная батарея, конденсатор, суперконденсатор или другое устройство, выполненное с возможностью хранить электрическую энергию, или любое их сочетание.

Сочетание прямого потока и опосредованного потока электрической энергии между генератором 170 и электромотором 172 также предусматривается в этом варианте осуществления. Например, если потребность в энергии для электромотора 172 ниже энергии, предоставляемой генератором 170, избыточная энергия сохраняется в аккумуляторе 173. Если потребность энергии электромотора 172 выше энергии, предоставляемой генератором 170, дополнительная энергия может быть предоставлена аккумулятором 173. Если электромотор 172 сам генерирует электрическую энергию (например, во время рекуперации энергии или торможения транспортного средства), тогда эта избыточная энергия может быть сохранена в аккумуляторе 173 также.

Дополнительно или в качестве альтернативы реакционной камере 162, турбине 166 и генератору 171, модуль 106 преобразования мощности может содержать топливный элемент (не показан) для преобразования концентрированного топлива в электроэнергию непосредственно. Такой топливный элемент может, например, быть размещен либо как обычный топливный элемент с протонообменной мембраной (PEM) с H₂O₂ в качестве окислителя, либо как прямой топливный элемент, использующий H₂O₂ в качестве окислителя либо с боргидридом, металлами, метанолом, гидразином, либо другими видами топлива в качестве топлива, как описано, например, в Shunichi Fukuzumi, Yusuke Yamada, "Thermal and Photocatalytic Production of Hydrogen Peroxide and its Use in Hydrogen Peroxide Fuel Cells", Aust. J. Chem. 2014, 67, 354-364, DOI 10.1071/CH13436. Любая другая конфигурация топливного элемента на основе H₂O₂ может быть использована для формирования электрической мощности также.

В качестве еще одного дополнения или альтернативы, модуль 106 преобразования мощности выполнен с возможностью работы с концентрированным топливом 110, содержащим каталитический материал, выполненный с возможностью стимулирования реакции концентрированного топлива 110 в находящуюся под давлением текучую среду.

Модуль 106 преобразования мощности может содержать механический двигатель, содержащий блок регулирования топлива, выполненный с возможностью регулировать количество концентрированного топлива, предоставляемого механическому двигателю. Такой вариант осуществления модуля 106 преобразования мощности дополнительно содержит по меньшей мере одну расширительную камеру, такую как цилиндр, расширяемый после реакции концентрированного топлива, чтобы формировать находящуюся под давлением текучую среду, ограничитель камеры, такой как поршень, выполненный с возможностью перемещаться после реакции концентрированного топлива, чтобы формировать находящуюся под давлением текучую среду, и коленчатый вал, соединенный с ограничителем камеры и выполненный с возможностью вращаться после перемещения ограничителя камеры, коленчатый вал соединяется с трансмиссией. По существу, химическая энергия от концентрированной H₂O₂ в качестве концентрированного топлива непосредственно преобразуется в механическую или кинетическую энергию для перемещения транспортного средства. В случае механического двигателя, заменяющего компоненты модуля 106 преобразования мощности, показанного на фиг. 1, тогда также смесь H₂O₂ с другим известным топливом, таким как моторное топливо или бензин или другие, будет возможной.

Механический двигатель может, таким образом, быть осуществлен как двигатель внутреннего сгорания, такой как двигатель Ванкеля или роторный двигатель, радиальный или звездообразный двигатель, поршневой двигатель, газовая турбина или любой другой тип двигателя внутреннего сгорания. Концентрированная H₂O₂ реагирует либо после контактирования с катализатором, либо с вторичным топливом в механическую энергию.

В варианте осуществления двигателя Ванкеля в качестве механического двигателя предпочтительно все три камеры двигателя будут использоваться, чтобы впрыскивать концентрированную H₂O₂ таким способом, что моменты впрыска и реакции приводят в результате к плавной работе кругового двигателя Ванкеля. Момент впрыска может контролироваться электронным образом и основываться на технологических параметрах двигателя, которые хорошо известны специалисту в области техники.

Механический двигатель может составлять сам модуль 106 преобразования мощности, как описано выше, или он может составлять компонент внутри модуля 106 преобразования мощности, например, заменяя только реактор 162 и турбину 166. В этом случае, механический двигатель будет снабжать мощностью генератор 170 и другие уже описанные выше компоненты без изменения рамок изобретения.

Альтернативно, изобретение может быть осуществлено с множеством механических двигателей одного из двух типов, описанных выше, каждый из которых будет принимать концентрированное топливо 110 и потенциально вторичное топливо и передавать свою сгенерированную кинетическую энергию 174 каждому колесу транспортного средства непосредственно (движение на основе ступицы колеса), затем каждому либо через трансмиссию 114, либо через двигательную структуру 116. В таком случае, например, четыре механических роторных двигателя могут быть расположены внутри четырех колес для транспортного средства с приводом на четыре колеса. В этом случае, модуль преобразования мощности будет существовать четыре раза внутри транспортного средства 100. Вторичное топливо может быть любым другим типом топлива, таким как LNG или дизель, и применяется в качестве двухкомпонентного топлива вместе с концентрированной H₂O₂.

Трансмиссия 114 транспортного средства 100 выполнена с возможностью передачи кинетической энергии 174 от модуля 106 преобразования мощности двигательной структуре 116. Трансмиссия 114 может содержать компоненты, такие как передачи, дифференциалы, тормоза, любые другие компоненты трансмиссии, известные специалисту в области техники, или любое их сочетание. Двигательная структура 116 может содержать колеса, оси, дифференциалы, любые другие компоненты транспортного средства или любое их сочетание. Двигательная структура может также быть, например, пропеллером или винтом в случае, когда транспортное средство является кораблем, судном или погружным/подводным транспортным средством или летательным аппаратом средством, которое использует ротор любой формы.

В конкретном варианте осуществления транспортного средства 100, как показано на фиг. 1, двигательная структура 116 содержит первое колесо 176 и второе колесо 178. Оба колеса выполняются с возможностью соединять транспортное средство 100 с поверхностью дороги, так что, когда колеса вращаются, транспортное средство 100 движется относительно поверхности дороги. Хотя модуль 106 преобразования мощности показан на фиг. 1 содержащим единственный электромотор 172, предусматриваются варианты осуществления транспортного средства 100, в которых модуль 106 преобразования мощности содержит множество электромоторов, причем это множество может соответствовать или превалировать над числом колес, содержащихся в транспортном средстве. Любой такой мотор может также быть непосредственно соединен с двигательной структурой 116.

Фиг. 2 показывает конкретный вариант осуществления сгустителя 104 топлива, который может быть использован в транспортном средстве 100 на фиг. 1 или в любом другом варианте осуществления транспортного средства 100. Сгуститель топлива на фиг. 2 снабжается фильтром 218 для отделения концентрированного топлива 110 потока фильтрованного разбавленного топлива 103' от разбавителя 112 потока фильтрованного разбавленного топлива 103'. Фильтр 218 содержит контейнер 222 фильтра, имеющий первый отсек 241 фильтра, отделенный от второго отсека 242 фильтра стенкой 224 фильтра, содержащей мембрану 226, выполненную с возможностью предоставлять возможность прохождения преимущественно только одного из концентрированного топлива 110 и разбавителя 112.

Контейнер 222 фильтра может быть выполнен из макроскопического материала или быть альтернативно также реализован как микромеханическая (т.е., MEMS) система. В варианте осуществления сгустителя 104 топлива, мембрана 226 выполнена с возможностью отделения вещества, содержащего воду в качестве разбавителя 112, от потока фильтрованного разбавленного топлива 103' посредством диффузионного испарения. Сгуститель топлива может быть выполнен как блок вакуумной мембранной дистилляции, для которого пористая мембрана с гидрофобной характеристикой может быть использована в термически приводимом в действие процессе диффузионного испарения. Этот поток вещества, содержащего воду в качестве разбавителя 112, указывается стрелкой, найденной по ссылке с номером 228.

В варианте осуществления сгустителя 104 топлива мембрана 226 имеет гидрофобную характеристику (например, с единственным гидрофобным слоем или с составным пористым тройным слоем (гидрофобным/гидрофильным/гидрофобным). Мембрана 226 в предпочтительном варианте осуществления является пористой и может содержать политетрафторэтилен (PTFE), полипропилен (PP) или поливинилиденфторид (PVDF) или любой другой полимер, известный в настоящее время как подходящий для мембранной дистилляции. Мембранная дистилляция здесь может пониматься как процесс мембранного отделения, который основывается на термически приводимой в действие передаче пара через подходящую несмачивающую мембрану, которая предохраняет жидкие растворы от поступления и смачивания ее пор, но предоставляет возможность водяному пару проходить сквозь мембрану и затем конденсироваться после прохождения. Второй отсек 242 может быть размещен для любого процесса мембранного отделения и дистилляции, включающего в себя, но не только непосредственную контактную мембранную дистилляцию, вакуумную мембранную дистилляцию, мембранную дистилляцию с воздушным зазором, мембранную дистилляцию с вытесняющим газом, мембранную дистилляцию с термостатическим вытесняющим газом без изменения принципа процесса мембранного отделения, описанного посредством фиг. 2.

Необязательно предоставляется система 230 регулирования давления, выполненная с возможностью обеспечивать разницу давления между первым давлением в первом отсеке 241 и вторым давлением во втором отсеке 242. В варианте осуществления на фиг. 2, в качестве примера, система 230 регулирования давления содержит генератор 232 низкого давления, функционально соединенный со вторым отсеком 242. В альтернативном варианте осуществления система 230 регулирования давления размещается для манипулирования давлением в одном или обоих из первого отсека 241 и второго отсека 242. В зависимости от процесса диффузионного испарения, используемого для отделения концентрированного топлива 110 от разбавителя 112, положительная или отрицательная разница давления может быть желательной между первым отсеком 241 фильтра и вторым отсеком 242 фильтра. В предпочтительном варианте осуществления давление во втором отсеке 242 фильтра будет ниже давления в первом отсеке 241 фильтра для того, чтобы приводить в результате к компоновке вакуумной мембранной дистилляции.

Как вариант, вариант осуществления сгустителя 104 топлива на фиг. 2 дополнительно содержит модуль 234 регулирования температуры для обеспечения разницы температур между первым отсеком 241 и вторым отсеком 242. В варианте осуществления на фиг. 2 модуль 234 регулирования температуры содержит нагреватель 236 для нагрева первого отсека 241 в качестве первого из первого отсека 241 и второго отсека 242 и охладитель 238 для охлаждения второго отсека 242 в качестве второго из первого отсека 241 и второго отсека 242.

Нагреватель 236 размещается в варианте осуществления на фиг. 2 для предоставления тепловой энергии в потоке 237 нагревателя в первый отсек 241, и охладитель 238 размещается для извлечения тепловой энергии в потоке 239 охладителя из второго отсека 242. Поток 237 нагревателя и поток 239 охладителя могут быть составлены из проведения, конвекции, излучения и/или их сочетания. Кроме того, как вариант, нагреватель 236 может содержать тепловой насос, и/или охладитель 238 может содержать холодильное устройство. Посредством потока 237 нагревателя температура или по меньшей мере количество тепловой энергии в первом отсеке 241 может увеличиваться. Посредством потока 239 охладителя температура или по меньшей мере количество тепловой энергии во втором отсеке 242 может уменьшаться.

В альтернативных вариантах осуществления сгустителя 104 топлива нагреватель 236, и вместе с ним тепловой поток 236, может быть размещен для нагрева второго отсека 242, а охладитель 238, и вместе с ним поток 239 охладителя, может быть размещен для охлаждения первого отсека 241. Кроме того, представляются варианты осуществления сгустителя 104 топлива, в которых модуль 234 регулирования температуры содержит только одно из нагревателя 236 и охладителя 236, и, по существу, только один из теплового потока 237 и потока 239 охладителя может быть предоставлен только одному из первого отсека 241 и второго отсека 242.

В качестве дополнительного варианта, показанного на фиг. 2, вакуумное устройство 244 предоставляется в качестве устройства низкого давления, которое соединяется с потоком разбавителя 112, вытекающего из второго отсека 242 фильтра. Вакуумное устройство 244 выполнено с возможностью составления потока воды (или любого из других растворителей) в качестве разбавителя 112, или он может быть сохранен в или выпущен из транспортного средства из второго отсека 242 фильтра.

Дополнительно или альтернативно, источник высокого давления типа компрессора предоставляется в качестве модуля регулирования давления. Выпускное отверстие компрессора может быть соединено с впускным отверстием фильтра 218 и впускным отверстием первого отсека 241 фильтра в частности, например, через регулятор давления.

В других вариантах осуществления сгустителя 104 топлива мембрана 226 и камеры 241 и 242 могут быть размещены для любого из известных процессов отделения с мембранной дистилляцией, включающих в себя, но не только непосредственную контактную мембранную дистилляцию, вакуумную мембранную дистилляцию, мембранную дистилляцию с воздушным зазором, мембранную дистилляцию с продувочным газом, термостатическую мембранную дистилляцию с продувочным газом без изменения принципа процесса мембранного отделения, описанного посредством фиг. 2. Такие процессы и ассоциированные компоновки являются хорошо известными и описываются во многих книгах, например, в Mohamed Khayet and Takeshi Matsuura, "Membrane Distillation Principles and Applications", Book, Elsevier, ISBN: 9780444531261 или также, хоть и с другим наименованием, у Ahmad Fauzi Ismail Mukhlis A. Rahman, Mohd Hafiz Dzarfan Othan, Takeshi Matsuura, Editors; Colin F. Poole, Series Editor, "Membrane Separation Principles and Applications, From Material Selection to Mechanisms and Industrial uses", Book, Elsevier, 2018, ISBN: 978-0-12-812815-2. Другой потенциальный процесс, который может быть применен к сгустителю 104 топлива, является известным процессом мембранной осмотической дистилляции или сочетанием мембранной дистилляции с известной осмотической дистилляцией.

Физические варианты осуществления сгустителя 104 топлива могут изменяться от известных компоновок, таких как модули "плита-рама", или трубчатые, или волоконные или спирально намотанные модули, такие как описанные, например, на страницах 8-12 в Charis M. Galanakis, "Separation of Functional Molecules in Food by Membrane Technology", Elsevier, ISBN: 978-0-12-815056-6.

Кроме того, варианты осуществления сгустителя 104 топлива могут использовать модуль на основе MEMS (микроэлектромеханической системы), который состоит из стопок пластин и подходящих мембран и полых каналов, которые собираются в модуль "плита-рама", аналогичный модулям, описанным выше, для того, чтобы предоставлять множество канальных и мембранных переходов в небольшом объеме.

В альтернативных вариантах осуществления транспортного средства 100 сгуститель 104 топлива компонуется отлично от показанного на фиг. 2.

Например, сгуститель 104 топлива может содержать модуль дистилляции, известный специалисту в области техники, выполненный с возможностью отделять концентрированное топливо от разбавителя разбавленного топлива посредством дистилляции. Устройство такого варианта осуществления может быть, например, любым известным стандартным оборудованием для дистилляции или ректификации, таким как дистилляционная колонна, роторные испарители или любое другое дистилляционное оборудование, которое известно специалисту в области техники.

В другом варианте осуществления фильтр мембранной дистилляции, описанный схематично на фиг. 2, будет реализован в MEMS-устройстве с множеством камер 241 и 242, скомпонованных в виде стопки пластинчатого материала с микроканалами, отделенными одной или множеством мембран 242, которые затем вставляются в подходящий контейнер фильтра.

В другом варианте осуществления сгуститель 104 топлива содержит модуль кристаллизации, выполненный с возможностью отделять концентрированное топливо от разбавителя в разбавленном топливе посредством кристаллизации, например, посредством заморозки, посредством осаждения из раствора или газообразной фазы или аналогично процессу, описанному в Stefan Nordhoff, Matthias Creutz, Stefan Gross, Rudolf Wagner, "US Patent 2002/0068035 A1, 2002", и/или посредством многоступенчатой повторной кристаллизации, как описано в книге "Hydrogen Peroxide" Walter C. Schumb (1955).

В еще одном варианте осуществления сгуститель 104 топлива содержит модуль ректификации, выполненный с возможностью отделять концентрированное топливо от разбавителя в разбавленном топливе посредством осмотической ректификации, которая может также быть названа осмотической дистилляцией.

В еще одном варианте осуществления сгуститель 104 топлива содержит модуль адсорбции, выполненный с возможностью отделять концентрированное топливо от разбавителя в разбавленном топливе посредством адсорбции на поверхность, состоящий из материала адсорбента воды, такого как угольные адсорбенты, описанные в обзоре, предоставленном Lumeng Liu, Shiliang Tan, Toshihide Horikawa, D.D. Do, D. Nicholson, Junjie Liu, "Water adsorption on carbon A review", Advances in Colloid and Interface Science 250 (2017), сс. 64-78 или, например, посредством кремнеземистого материала, сообщенного Hertl, Hair, "Adsorption of Water on Silica", Nature, Vol. 223, 13 сентября 1969.

В еще одном варианте осуществления сгуститель 104 топлива содержит модуль иссушения, выполненный с возможностью отделять концентрированное топливо от разбавителя в разбавленном топливе посредством иссушения. Это может вести к высоким примесям и концентрациям H₂O₂, если считается необходимым и может следовать за процессом сушки вымораживанием или процессом, аналогичным процессу, описанному в K.V. Titova, V.P. Nikol'skaya, V.V. Buyanov, I.P. Suprun "Methods for Concentration of Hydrogen peroxide to obtain it in anhydrous form", Russian Journal of Applied Chemistry, Vol 75, № 12, 2002 г., сс. 1903-1906. Этот процесс будет предоставлять H₂O₂ высокой чистоты затем в обезвоженной форме.

В еще одном дополнительном варианте осуществления сгуститель топлива содержит модуль центрифугирования, выполненный с возможностью отделять составляющие раствора с помощью центробежной силы посредством отделения соответствующих частиц с различными плотностями. Этот вариант осуществления может содержать циклонический модуль, который отделяет частицы посредством центробежной силы и силы тяжести, как, например, в известном процессе отрыва вихря.

В еще одном дополнительном варианте осуществления сгуститель топлива содержит модуль обратного осмоса, выполненный с возможностью отделять составляющие раствора с помощью механической силы давления по принципу обратного осмоса.

Кроме того, представляются варианты осуществления транспортного средства 100, содержащего сгуститель 104 топлива, содержащий сочетание или множество любых модулей и/или других компонентов, упомянутых в этом описании, для отделения концентрированного топлива 110 от разбавителя 112 в разбавленном топливе.

Предпочтительный вариант осуществления сгустителя 104 топлива, описанного на фиг. 2, на основе диффузионного испарения с помощью метода мембранной дистилляции может быть предпочтительным в сравнении с другими, не основанными на дистилляции способами, так как он имеет множество преимуществ в целях этого изобретения. Загущение на основе мембранной дистилляции в условиях вакуума предоставляет возможность по меньшей мере одного из следующего:

концентрирование топлива 'на линии' с подходящей степенью концентрации и расходом, что является практичным для использования в транспортном средстве и преобразования внутри реакционной камеры;

концентрирование H₂O₂-топлива посредством дистилляции в условиях вакуума, что снижает риск саморазложения во время диффузионного испарения H₂O₂, когда образец нагревается (вследствие сниженной точки кипения H₂O₂ и воды в условиях вакуума);

осуществление сгустителя 104 топлива в практической аппаратной компоновке, которая может быть механически надежной и достаточно компактной и небольшой для интеграции в транспортное средство, например, когда многослойная конструкция или трубчатая конструкция выбирается, в которой подходящие мембраны и каналы укладываются в очень компактный объем либо горизонтально, либо скручиваются, как описано выше;

когда повторяется последовательно, легко предполагается, что вариант осуществления мембранной дистилляции предоставляет возможность увеличения концентрации H₂O₂ в топливе от низкой концентрации, равной или ниже 50%, до 90%масс. или выше при достаточно больших величинах в интервалах требуемого времени, которое предоставляет возможность эффективного движения транспортного средства;

устранение засорения мембраны, которое происходит с приводимыми в действие давлением процессами, когда частицы оседают на поверхности мембраны или на ее порах и затем ведут к снижению проницаемости.

Перед пропусканием концентрированного топлива к модулю преобразования мощности, топливо проходит через необязательный предварительный фильтр 120, который может устранять примеси и другое нежелательное ионное или молекулярное содержимое топливного раствора, как упомянуто выше. Предварительный фильтр может использовать мембранную фильтрацию, если считается необходимым также на множестве ступеней, чтобы отфильтровывать составляющие части, которые изменяются в диапазоне от макроскопических (миллиметры) до атомного масштаба (нанометры). Может быть включена микрофильтрация, которая будет устранять частицы и коллоидные частицы типично 0,05-10 микрометров в диаметре в приводимом в действие давлением процессе.

Кроме того, фильтр 120 предварительной очистки может содержать ступень фильтрации электродиализом, на которой ионные частицы могут быть удалены посредством электрической силы, которая принуждает ионы (например, железо, соли, стабилизаторы, другие) пересекать одну или множество ионообменных мембран, таких как показанные, например, на странице 269 в [Galanakis 2019], которые могут быть достаточными, чтобы устранять составляющие части, которые могут в ином случае вести к неконтролируемому (каталитическому) разложению H₂O₂.

После отделения от потока фильтрованного разбавленного топлива 103' концентрированное топливо 110 предоставляется в модуль 106 преобразования мощности.

Фиг. 3 показывает схематичный обзор части варианта осуществления транспортного средства 100, сфокусированный на реакционной камере 162, содержащейся в варианте осуществления блока 106 преобразования мощности.

Реакционная камера 162 выполнена с возможностью приема концентрированного H₂O₂ в качестве концентрированного топлива 110, предоставляемого сгустителем 104 топлива. В реакционной камере 162 химическая энергия от концентрированной H₂O₂ должна быть преобразована в другую форму энергии, которая может быть использована для движения транспортного средства 100 (типично преобразована сначала в тепловую энергию, а затем в кинетическую и затем в электрическую энергию).

Концентрированная H₂O₂, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, может быть нанесена на твердый каталитический материал, который вынуждает H₂O₂ быстро разлагаться в продукты реакции, которыми являются вода, пар и кислород, объединенные как находящаяся под давлением текучая среда. Катализатор может быть любым подходящим твердым материалом, таким как, например, серебро, или платиновая каталитическая сетка, или, например, сферулы двуокиси марганца или любой другой подходящий жидкий (например, органический) каталитический материал, такой, чтобы формировать реакцию однокомпонентного топлива, преобразующую H₂O₂ в пар и кислород. Альтернативно или дополнительно, концентрированная H₂O₂ может быть смешана с вторичным топливом, таким как гидразин, монометилгидразин или другие подходящие виды топлива, известные эксперту в области техники, для того, чтобы позволять H₂O₂ действовать в качестве окислителя, который также ведет к реакции (реакции двухкомпонентного топлива) и ведет к высвобождению пара и других побочных продуктов в качестве потока находящейся под давлением текучей среды. Продукты реакции выводятся из реакционной камеры 162 как поток находящейся под давлением текучей среды 164. Поток находящейся под давлением текучей среды 164 может содержать вещество в газообразном состоянии, жидком состоянии или их смесь.

В качестве необязательного признака, который показан в варианте осуществления на фиг. 3, транспортное средство 100 содержит резервуар 306 для вторичного топлива, выполненный с возможностью приема и хранения объема вторичного топлива для реакции двухкомпонентного топлива со вторым топливом. Трубопровод 304 для вторичного топлива предусматривается соединяющим резервуар 306 для вторичного топлива с реакционной камерой 162 и для предоставления вторичного топлива в реакционную камеру 162 для реакции с концентрированным топливом. Резервуар 306 для вторичного топлива может находиться под давлением, и/или насосное устройство может быть предусмотрено для трубопровода 304, чтобы составлять поток вторичного топлива из резервуара 306 для вторичного топлива в реакционную камеру 162, или альтернативно вытягивание при низком или пониженном давлении может быть использовано для извлечения вторичного топлива из резервуара 306 для вторичного топлива.

Вторичное топливо может действовать в качестве восстанавливающего агента в реакции с концентрированной H₂O₂. С H₂O₂ в качестве первичного топлива реакция двухкомпонентного топлива может быть образована в реакционной камере 162, например, когда вторичное топливо содержит тетраоксид диазота, гидразин, керосин или другое известное в настоящее время вещество, которое может действовать в качестве реагента с H₂O₂. Примерами вторичного топлива, которые могут быть использованы совместно с H₂O₂, являются гидразин, этанол или любой другой реагент, который действует в качестве топлива или восстанавливающего агента, или также вещества, чтобы обеспечивать длительный срок службы катализатора (например, доноров электронов), который необязательно является доступным внутри реакционной камеры 162, когда используется с вторичным топливом.

Следом, или в качестве альтернативы добавлению вторичного топлива в реакционной камере 162, может быть добавлен катализатор. Для этого, транспортное средство 100, как показано на фиг. 3, содержит каталитический резервуар 308, выполненный с возможностью приема и хранения объема каталитического вещества. Посредством подачи потока концентрированного топлива 110 в каталитический резервуар 308 в реакционную камеру 162 реакция концентрированного топлива в находящуюся под давлением текучую среду может быть стимулирована. Каталитический резервуар может находиться под давлением, и катализатор может быть удален из каталитического резервуара 308 посредством насоса. В случае подачи твердого катализатора средство механической подачи и механизм могут быть предусмотрены.

Примерами катализатора, который может быть использован, являются серебро, двуокись марганца, платина, органическое вещество, любой другой материал, выполненный с возможностью начала, поддержания или иного манипулирования реакцией в реакционной камере 162 или любое их сочетание. Также жидкие катализаторы могут быть повторно предоставлены из каталитического резервуара, как, например, перманганат кальция, смешанный с водой.

Вариант осуществления, который показан на фиг. 3, дополнительно содержит необязательный нагреватель 312 реакционной камеры, который выполнен с возможностью обеспечения тепловой энергии в качестве теплового потока 314 реакционной камеры в реакционную камеру 162 или в каталитический резервуар 308, который может быть осуществлен как слой твердого катализатора, или по меньшей мере его часть. Тепловая энергия может помогать в начале, поддержании или ином манипулировании реакцией в реакционной камере 162, и нагрев может быть непосредственно применен к каталитическому материалу, предоставленному в реакционную камеру 162, для того, чтобы предварительно нагревать его.

Резюмируя, реакционная камера 162 принимает концентрированный H₂O₂ в качестве концентрированного топлива, происходящего из концентрированного топлива 110, которое отделено от разбавленного топлива в сгустителе 104 топлива. Реакционная камера 162 выполнена с возможностью обеспечения возможности преобразования концентрированного H₂O₂ в пар в качестве находящейся под давлением текучей среды после контактирования со слоем твердого катализатора. Необязательно и/или альтернативно, например, для увеличения эффективности и/или выхода энергии из камеры реакции, одно или оба из вторичного топлива и катализатора могут быть добавлены. Любой из компонентов транспортного средства 10, выполненный с возможностью иметь поток текучей среды, жидкости, газа или любой другой поток через него, может быть снабжен одним или более клапанами, с помощью которых расход через такой компонент может контролироваться. Кроме того, любой из резервуаров, скомпонованных для удержания текучей среды, может находиться под давлением для того, чтобы создавать протекание текучей среды из резервуара. Транспортное средство 100 тогда содержит систему управления для управления клапанами, и с ее помощью управляет расходом различных потоков в транспортном средстве 100.

Транспортное средство 100 может быть снабжено системой управления транспортным средством, выполненной с возможностью управлять различными приводимыми в действие компонентами транспортного средства 100, такими как насосы, клапаны, коробки передач, нагреватели, охладители, любой другой компонент, содержащийся в транспортном средстве 100, или любым их сочетанием.

Транспортное средство 100 может быть снабжено системой управления транспортным средством, выполненной с возможностью измерять различные свойства, относящиеся к любому из компонентов транспортного средства 100, такие, чтобы оптимизировать управление транспортным средством, измерения выполняются для температуры, расхода, скорости, массового расхода, скоростей и положений валов, электрического напряжения и/или тока или любого другого измерения, требуемого для работы какого-либо из компонентов транспортного средства 100 или любого их сочетания.

Система управления транспортным средством может быть скомпонована для приема пользовательских входных данных и приведения в действие одного или более приводимых в действие компонентов согласно пользовательским входным данным. Пользовательские входные данные могут, например, быть предоставлены пользователем, задействующим педаль дроссельной заслонки транспортного средства. Такие пользовательские входные данные могут инструктировать системе управления транспортным средством увеличивать некоторые расходы, такие как расход топлива или поток электрической энергии к электромотору.

Система управления транспортным средством может дополнительно содержать один или более датчиков, выполненных с возможностью предоставлять сигнал датчика системе управления транспортным средством. Система управления транспортным средством может затем приводить в действие один или более приводимых в действие компонентов согласно одному или более сигналам датчиков, необязательно вместе с пользовательскими входными данными. Например, сигнал датчика может относиться к скорости транспортного средства, температуре, давлению, любому другому релевантному параметру, или любому их сочетанию.

Таким образом, для снабжения мощностью транспортного средства является предпочтительным топливо с высокой удельной энергоемкостью. Однако, например, когда высокоэнергетическое топливо является сильно концентрированной перекисью водорода, это топливо может быть опасным для обращения; особенно когда человек, обращающийся с топливом, является обычным потребителем, заполняющим топливный резервуар своего транспортного средства на заправочной станции. Настоящее изобретение, следовательно, предоставляет транспортное средство, выполненное с возможностью принимать разбавленное и, таким образом, более безопасное топливо и загущать это топливо в концентрированное топливо в малых количествах на борту для непосредственного использования. Для этого сгуститель топлива предусматривается в транспортном средстве, выполненный с возможностью приема жидкого разбавленного топлива и обеспечения концентрированного топлива на основе разбавленного топлива, концентрированное топливо имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с разбавленным топливом. Модуль преобразования мощности транспортного средства выполнен с возможностью преобразования концентрированного топлива в кинетическую энергию для снабжения мощностью транспортного средства.

В описании выше будет понятно, что, когда элемент, такой как слой, область или подложка, упоминается как находящийся "на" или "поблизости к" другому элементу, элемент находится либо непосредственно на другом элементе, либо промежуточные элементы могут также присутствовать. Также, будет понятно, что значения, приведенные в описании выше, приведены в качестве примера, и что другие значения могут быть возможны и/или могут преследоваться.

Кроме того, изобретение может также быть осуществлено с меньшим количеством компонентов по сравнению с предусмотренным в вариантах осуществления, описанных здесь, при этом один компонент выполняет множество функций. С таким же успехом изобретение может быть осуществлено с помощью большего количества элементов по сравнению с изображенным на чертежах, при этом функции, выполняемые одним компонентом в предоставленном варианте осуществления, распределяются между множеством компонентов. Следует отметить, что чертежи являются лишь схематичными представлениями вариантов осуществления изобретения, которые приведены в качестве неограничивающих примеров. С целью ясности и краткого описания, признаки описываются в данном документе как часть тех же или отдельных вариантов осуществления, однако, следует понятно, что объем изобретения может включать в себя варианты осуществления, имеющие комбинации всех или некоторых из описанных признаков.

Слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, чем перечисленные в формуле изобретения. Кроме того, выражения, изложенные в единственном числе не должны истолковываться как ограниченные «только одним», а вместо этого используются, чтобы означать «по меньшей мере один», и не исключают множества.

Специалист в области техники легко поймет, что различные параметры и их значения, раскрытые в описании, могут быть модифицированы, и что различные раскрытые и/или заявленные варианты осуществления могут быть объединены без отступления от объема изобретения.

Оговаривается, что ссылочные позиции в формуле изобретения не ограничивают объем формулы изобретения, а просто вставлены, чтобы улучшать удобочитаемость формулы изобретения.

Изобретение относится к области транспортных средств, приводимых в движение посредством жидкого топлива. Для снабжения мощностью транспортного средства является предпочтительным топливо с высокой удельной энергоемкостью. Однако, например, когда высокоэнергетическое топливо является сильно концентрированной перекисью водорода, это топливо может быть опасным для обращения; особенно когда человек, обращающийся с топливом, является обычным потребителем, заполняющим топливный резервуар своего транспортного средства на заправочной станции. Настоящее изобретение, следовательно, предоставляет транспортное средство, выполненное с возможностью принимать разбавленное и, таким образом, более безопасное топливо и загущать это топливо в концентрированное топливо в малых количествах на борту для непосредственного использования. Для этого сгуститель топлива предусматривается в транспортном средстве, выполненном с возможностью приема жидкого разбавленного топлива и обеспечения концентрированного топлива на основе разбавленного топлива. Концентрированное топливо имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с разбавленным топливом. Модуль преобразования мощности транспортного средства выполняется с возможностью преобразования концентрированного топлива в кинетическую энергию для снабжения мощностью транспортного средства. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Транспортное средство, содержащее:

топливный резервуар для приема и хранения жидкого разбавленного топлива, содержащего разбавитель;

сгуститель топлива, выполненный с возможностью приема жидкого разбавленного топлива из топливного резервуара и обеспечения концентрированного топлива на основе разбавленного топлива, причем концентрированное топливо имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с разбавленным топливом;

модуль преобразования мощности, выполненный с возможностью преобразования концентрированного топлива в кинетическую энергию;

двигательную структуру для продвижения транспортного средства; и

трансмиссию для переноса кинетической энергии от модуля преобразования мощности к двигательной структуре.

2. Транспортное средство по п. 1, в котором сгуститель топлива выполнен с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе, при этом концентрированное топливо имеет первую удельную энергоемкость, а разбавитель имеет вторую удельную энергоемкость, более низкую по сравнению с первой удельной энергоемкостью.

3. Транспортное средство по п. 2, в котором сгуститель топлива содержит фильтр для отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе.

4. Транспортное средство по п. 3, в котором фильтр содержит контейнер фильтра, имеющий первый отсек фильтра и второй отсек фильтра, причем первый отсек фильтра отделен от второго отсека фильтра стенкой фильтра, содержащей мембрану, выполненную с возможностью пропускания преимущественно только одного из разбавителя и концентрированного топлива.

5. Транспортное средство по п. 4, в котором мембрана выполнена с возможностью отделения вещества, содержащего воду в качестве разбавителя, от концентрированного топлива в разбавленном топливе.

6. Транспортное средство по п. 4 или 5, в котором мембрана имеет гидрофобную характеристику.

7. Транспортное средство по любому из пп. 4-6, в котором мембрана имеет пористую характеристику.

8. Транспортное средство по любому из пп. 4-7, дополнительно содержащее систему регулирования давления, чтобы обеспечивать разницу давления между первым давлением в первом отсеке и вторым давлением во втором отсеке.

9. Транспортное средство по п. 8, в котором система управления давлением содержит генератор низкого давления, функционально соединенный со вторым отсеком.

10. Транспортное средство по любому из пп. 4-9, дополнительно содержащее модуль регулирования температуры для обеспечения разницы температур между первым отсеком и вторым отсеком.

11. Транспортное средство по п. 10, в котором модуль регулирования температуры содержит по меньшей мере одно из:

нагревателя для нагрева первого из первого отсека и второго отсека; и

охладителя для охлаждения второго из первого отсека и второго отсека.

12. Транспортное средство по п. 1 или 2, в котором сгуститель топлива содержит по меньшей мере одно из:

модуля дистилляции, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством дистилляции;

модуля кристаллизации, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством кристаллизации;

модуля ректификации, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством ректификации;

модуля адсорбции, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством адсорбции;

модуля иссушения, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством иссушения;

модуля центрифугирования, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством центрифугирования; и

модуля обратного осмоса, выполненного с возможностью отделения разбавителя от концентрированного топлива в разбавленном топливе посредством обратного осмоса.

13. Транспортное средство по любому из предшествующих пунктов, в котором модуль преобразования мощности содержит:

реакционную камеру, выполненную с возможностью создания находящейся под давлением среды на основе концентрированного топлива;

модуль преобразования механической мощности для преобразования кинетической энергии текучей среды во вращение вала;

генератор, соединенный с валом для преобразования кинетической энергии вала в электрическую энергию; и

по меньшей мере один электромотор, выполненный с возможностью преобразования электрической энергии от генератора в кинетическую энергию и предоставления этой кинетической энергии в трансмиссию.

14. Транспортное средство по п. 13, в котором:

двигательная структура состоит по меньшей мере из первого колеса и второго колеса;

модуль преобразования мощности содержит первый электромотор и второй электромотор; и

трансмиссия содержит первую ось, соединяющую первый электромотор с первым колесом, и вторую ось, соединяющую второй электромотор со вторым колесом.

15. Транспортное средство по любому из предшествующих пунктов, в котором модуль преобразования мощности содержит механический двигатель, содержащий:

топливный контроллер, выполненный с возможностью регулирования объема концентрированного топлива, предоставляемого механическому двигателю;

по меньшей мере одну расширительную камеру, расширяемую при реакции концентрированного топлива, чтобы формировать находящуюся под давлением текучую среду;

ограничитель камеры, выполненный с возможностью перемещения при реакции концентрированного топлива, чтобы формировать находящуюся под давлением текучую среду; и

коленчатый вал, соединенный с ограничителем камеры и выполненный с возможностью вращения при перемещении ограничителя камеры,

при этом коленчатый вал выполнен с возможностью соединения с трансмиссией или генератором.

16. Транспортное средство по любому из пп. 13-15, дополнительно содержащее:

резервуар для вторичного топлива для приема и хранения вторичного топлива; и

трубопровод, соединяющий резервуар для вторичного топлива с реакционной камерой, и для предоставления вторичного топлива в реакционную камеру для реакции с концентрированным топливом.

17. Транспортное средство по любому из предшествующих пунктов, в котором модуль преобразования мощности содержит топливный элемент для преобразования концентрированного топлива в электрическую энергию.

18. Транспортное средство по любому из пп. 2-17, в котором модуль преобразования мощности выполнен с возможностью работы с концентрированным топливом, и модуль преобразования мощности содержит каталитический материал, выполненный с возможностью стимулирования реакции концентрированного топлива в находящуюся под давлением текучую среду.

19. Транспортное средство по любому из предшествующих пунктов, в котором концентрированное топливо является перекисью водорода, а разбавитель является водой или другим подходящим растворителем.

20. Транспортное средство по п. 18, в котором концентрированное топливо является высококонцентрированной перекисью водорода.

21. Транспортное средство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее фильтр предварительной очистки, выполненный с возможностью отфильтровывания примесей из разбавленного топлива.

22. Система для преобразования химической энергии, предоставляемой жидким разбавленным топливом, выполненная с возможностью встраивания в транспортное средство по любому из предшествующих пунктов, содержащая:

топливный резервуар для приема и хранения жидкого разбавленного топлива;

сгуститель топлива, выполненный с возможностью обеспечения концентрированного топлива на основе разбавленного топлива, причем концентрированное топливо имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с разбавленным топливом; и

модуль преобразования мощности, выполненный с возможностью преобразования концентрированного топлива в кинетическую энергию и предоставления кинетической энергии в трансмиссию.

23. Система для преобразования химической энергии, предоставляемой жидким разбавленным топливом, содержащая:

топливный резервуар для приема и хранения жидкого разбавленного топлива, содержащего разбавитель;

сгуститель топлива, выполненный с возможностью обеспечения концентрированного топлива на основе разбавленного топлива, причем концентрированное топливо имеет более высокую удельную энергоемкость по сравнению с разбавленным топливом; и

модуль преобразования мощности, выполненный с возможностью преобразования концентрированного топлива в кинетическую энергию и предоставления кинетической энергии генератору, выполненному с возможностью преобразования кинетической энергии в электрическую энергию.