DE10123945A1

DE10123945A1 - Zylindrischer Elektrolyseur

Info

Publication number: DE10123945A1
Application number: DE10123945A
Authority: DE
Inventors: Christoph Von Bar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2002-11-21

Abstract

Der steigende Verbrauch und die Verknappung fossiler Brennstoffe zwingt uns in Zukunft neue Energiequellen zu erschließen. DOLLAR A Für den mobilen Einsatz bietet sich der Wasserstoff als Brennstoff an, der entweder als Verbrennungsgas einem Motor zugeführt wird oder in reiner Form eine Brennstoffzelle versorgt. DOLLAR A Die herkömmlichen Verfahren der Elektrolyse sind vorwiegend für den stationären Einsatz konzipiert und erfordern anschließend eine umständliche und Kosten-intensive Aufbewahrung der erzeugten Gase. Für einen mobilen Einsatz soll sich das hier vorgestellte Konzept bewähren, welches ein leistungsfähiges Gerät beschreibt, wobei auch ein lageunabhängiger Einsatz gewährleistet sein soll, wie er unter anderem auch in der Luft und Raumfahrt sowie im Kraftfahrzeug gefragt ist. DOLLAR A Dies setzt eine kompakte und stabile Konstruktion voraus. Die getankte Flüssigkeit wird im Fahrzeug mit einer Pumpe in das zylindrische Bauteil gedrückt und schiebt somit das mit Impulsstrom entwickelte Gas kontinuierlich vor sich her. Um möglichst wenig Restflüssigkeit zu erhalten, muß der Durchmesser der Rohrelektroden klein gehalten werden. Zusätzlich wird mitgeführte Restflüssigkeit mit Hilfe von monopolaren Flachelektroden und Metallgewebe in der ersten Kammer unter Gleichstrom zersetzt. DOLLAR A Durch Zugabe eines Elektronen-Beschleunigers kann zusätzlich Elektronenenergie eingespart werden. Durch gezielte Druck- und Temperatur-Regelung kann die Elektrolyse beschleunigt werden. Hierzu wird das meist ...

Description

1. Allgemeines

Das Verfahren der Elektrolyse zur Erzeugung von Gasen ist seit Jahrzehnten bekannt. Dafür vorgesehene Anlagen erzeugen Gase bei relativ hohen Stromverbrauch. Meist handelt es sich um große Anlagen, welche nur stationär wirtschaftlich betrieben werden können. Dies waren bisher die hauptsächlichen Gründe warum auf eine "On-Board- Elektrolyse" verzichtet wurde. Die heutigen technischen Möglichkeiten der Energiebereitstellung durch alternative Energieträger sowie die bessere Nutzung der erzeugten Gase durch hochgradig wirtschaftlich arbeitende Brennstoffzellen erlaubt uns technische Entwicklungen in diese Richtung wieder aufzunehmen. Die meisten Platten förmigen Elektrolyseure haben einen großen Raumbedarf und erzeugen nicht immer die gewünschte Menge an Gasen in bestimmter Zeitspanne. Außerdem sind diese Zellen zumeist nur in der Vertikalen Lage einsetzbar, da ja die gebildeten Gase erst nach Oben steigen müssen um dann abgesaugt werden zu können.

Unter normalen atmosphärischen Bedingungen und mit zwanzig Grad Celsius temperiertem Wasser kann bei einer Gleichspannung von 1,4 Volt und einem Ampere Strom pro Sekunde die Menge von 0,1742 cm³ Knallgas erzeugt werden.

2. Zylindrischer Elektrolyseur

Diese Erfindung beschreibt die Möglichkeit eines Verfahrens der Elektrolyse von beispielsweise Wasser, bei dem das Medium mit Druck in die vorgesehenen Röhren gepreßt wird und dann sehr schnell unter Temperaturregelung elektrisch zerlegt und anschließend einer Flamme oder einer Brennstoffzelle zugeführt werden kann.

Eine sehr Kosten günstige Alternative stellen die der jeweils angelegten Spannung angepaßten Metallröhrchen dar, welche die Gase räumlich begrenzt entstehen lassen. Die bei hoher Stromstärke entstehende Erwärmung kann durch entsprechende Umspülung der Rohrelektroden kompensiert werden, so daß mehr Gase in kurzer Zeit gebildet werden können.

Auch die vorgesehene Impulsfrequenz mit der Dauer von einigen zehn bis einigen hundert µSekunden verbessert die wirtschaftliche Gasentwicklung. Da die innere ebenfalls hohle Elektrode mit vielen kleinen Bohrungen schnell durchspült wird, ergibt sich eine wirkungsvolle Elektrodenfläche. Durch das im Durchmesser so gering als möglich gehaltene Röhrchensystem ist eine Beeinträchtigung der Gasentwicklung bei Veränderungen der Gesamtlage kaum spürbar. Tröpfchenbildungen und unvollständig zersetzte Flüssigkeit wird in der ersten Expansionskammer nachelektrolysiert um einen energetisch aufwendigen Trockner überflüssig zu machen. Hierzu sind Flachelektroden mit Bohrungen versehen und gegen Kurzschluß isoliert, und füllen zusammen mit dem Stützgewebe die erste Kammer aus.

Das Durchmesserverhältnis von äußerer zu innerer Rohrelektrode sollte 1,75 zu 1 betragen. Der Durchmesser je nach angelegter Versorgungsspannung möglichst klein gehalten werden. Durch Zugabe eines geeigneten Elektronen Beschleunigers wie Alkohol, oder Methanol kann der elektrische Widerstand ebenfalls gezielt herab gesetzt werden, so daß hiermit die Gasentwicklung zusätzlich gesteuert wird. Die hohlen Elektroden werden durch ein geeignetes Stützgewebe auf Abstand gehalten. Hierbei sind in der Materialwahl die Beständigkeit und elektrische Widerstandsgruppe zu berücksichtigen. Bei metallischen Abstandhaltern in Kombination mit einer Isolation zwischen den Elektroden sind bei entsprechender Wahl günstige elektrische Effekte zu beobachten, die es unter Anderem ermöglichen einen schwachen Rückstrom in den Impulspausen zu gewinnen. Grundsätzlich sind edle korrosionsbeständige Elektroden zu verwenden um unerwünschte galvanische Effekte zu vermeiden und eine Langlebigkeit zu gewährleisten, wie dies zum Beispiel bei Platinelektroden der Fall ist.

Für die Beimischung einer Kraftstoffverbrennung eines Kraftfahrzeuges kann ein Mischgas verwendet werden. Falls reiner Wasserstoff gefragt ist werden die beiden ineinander liegenden Röhrchen mit einer zylindrische Kunstoffmembran getrennt, welche für bestimmte Ionen durchlässig ist. Auch hat sich eine perforierte Kunstofftrennwand bewährt. Um eine zufällige Vermischung kleinster Gasbläschen zu vermeiden wird die Trennwand mit einem ganz dünnen Fließ verkleidet.

Das Sauerstoffgas im äußeren Hohlraum tritt durch kleine Bohrungen am Ende in die erste Expansionskammer, wo auch etwaige Flüssigkeitsreste mit Hilfe einiger Scheibenelektroden nachträglich elektrolysiert werden. Das Wassertoffgas welches an der inneren Elektrode(Kathode) gebildet wird, entweicht entlang des inneren Rohres und kann über die hintere Kammer aus dem Zylinder geleitet werden. Bei der Verwendung von Kupfer und Messingelektroden konnte bei der Elektrolyse von reinem Wasser und einer Betriebsspannung von zwölf Volt weit über 1 KA pro m² Elektrodenfläche gemessen werden, unter normalen atmosphärischen Bedingungen und zwanzig Grad Celsius Temperatur. Um eine ausreichende Menge an Gas zu erzeugen wird die Anzahl der benötigten Elektrodenelemente ermittelt und in gebündelter Anordnung in dem Metallzylinder montiert. Eine Erhöhung der Betriebsspannung wie auch eine Beimengung von Elektronenbeschleunigern in Form von Alkoholen oder Methanol verändern die gewünschte Gasmenge.

Claims

1. Zylindrischer Elektrolyseur, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen mobil einsetzbaren Elektrolyseur handelt, welcher mit Druck und Temperatur kontinuierlich ein Fluid z. Bsp. Wasser mit Hilfe von pulsierendem Gleichstrom und besonders angeordneten Elektroden in Röhrchen-Bauweise in seine chemischen Bestandteile wie Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.

2. Zylindrischer Elektrolyseur nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem stabilen Metallzylinder zur Kühlung oder Erwärmung des Arbeitsmediums die einzelnen Röhrchen in einer Hauptkammer wie in einem Wärmetauscher von temperierter Flüssigkeit umspült werden.

3. Zylindrischer Elektrolyseur nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden jeweils zu einem Element gehörenden Elektroden aus geeignetem elektrisch leitenden Material gefertigt sind und als Röhrchen ausgebildet sich gegenseitig umschließen, wobei die innere Elektrode Perforationen aufweist und diese Elemente je nach Bedarf gebündelt angeordnet werden können.

4. Zylindrischer Elektrolyseur nach Patentanspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur getrennten Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff die beiden Elektroden von einer für Ionen durchlässigen Membran voneinander getrennt werden.

5. Zylindrischer Elektrolyseur nach Patentanspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei nach geschaltete Expansionskammern vorhanden sind, in denen Flüssigkeitsreste abgeschieden werden können. Wobei die erste Kammer mit Flachelektroden, perforierten Isolationen und für die Nachelektrolyse geeignetem Stützgewebe ausgestattet ist.

6. Zylindrischer Elektrolyseur nach Patentanspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser welches zersetzt werden soll mit einem geeigneten Elektronenbeschleuniger wie Alkohol oder Methanol angereichert werden kann.

7. Zylindrischer Elektrolyseur nach Patentanspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einsparen von Energie die Elektrolyse nicht nur in Intervallen erfolgt, sondern daß durch ein geeignetes Stützgewebe und entsprechender Elektrodenwahl die vorhandenen Restladungen zwischen den Strompulsen bei Bedarf zurück geführt und gespeichert werden können.