DE10155932A1

DE10155932A1 - Method and device for providing fuel in the form of hydrogen

Info

Publication number: DE10155932A1
Application number: DE10155932A
Authority: DE
Inventors: Elmar G Brandschwede; Y Escobar Gil Pagkatipunan
Original assignee: Gama-Greenol Research and Development Ltd
Current assignee: Gama-Greenol Research and Development Ltd
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-04-17

Abstract

The invention relates to a method and device (100 or 100') for providing at least one fuel, in particular, for motor vehicle engines. The invention enables fuel to be produced, in particular, in the form of hydrogen, according to needs, and in a simple, economical, clean and safe manner and, furthermore, preferably on-board a means of transportation. According to the invention, at least one mixture consisting of water (H2O) and ammonium nitrite (NH4NO2) and/or ammonium nitrate (NH4NO3), which serve(s) as a reaction constituent, is introduced as a fuel or fuel mixture into at least one, in particular, second reaction space (40'). In addition, air (Lu), oxygen (O2) and/or ozone (O3) are supplied to this mixture, which is located in the, in particular, second reaction space (40') and rendered unstable due to charge transfer.

Description

Technical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Brennstoff in Form von Wasserstoff. The present invention relates to a method and an apparatus to provide fuel in the form of hydrogen.

Stand der TechnikState of the art

Angesichts der zunehmenden Verknappung der Ressourcen an fossilen Energieträgern und aufgrund der immer drängender werdenden Notwendigkeit zur Verringerung des klimarelevanten Ausstoßes an Kohlendioxid (= CO₂ = sogenanntes "Treibhausgas") wie auch anderer klimarelevanter Emissionen kann Wasserstoff als einer der aussichtsreichsten Energieträger der Zukunft angesehen werden. In view of the increasing scarcity of resources in fossil fuels and due to the ever more pressing need to reduce climate-relevant emissions of carbon dioxide (= CO ₂ = so-called "greenhouse gas") as well as other climate-relevant emissions, hydrogen can be seen as one of the most promising energy sources of the future.

Wasserstoff reagiert sowohl bei direkter Verbrennung als auch in Brennstoffzellen mit Sauerstoff zu reinem Wasser und setzt bei dieser Reaktion eine hohe nutzbare Energie frei, ohne hierbei Kohlendioxid zu emittieren, so wie dies etwa kohlenstoffhaltige fossile Energieträger tun. Diese Tatsache macht Wasserstoff im Hinblick auf eine nachhaltig umweltgerechte Energieversorgung sehr attraktiv. Hydrogen reacts both in direct combustion and in Fuel cells with oxygen to pure water and sets in this Reaction releases a high usable energy without increasing carbon dioxide emit, as do carbon-containing fossil fuels. This fact makes hydrogen sustainable environmentally friendly energy supply very attractive.

Beim Verbrennen von Wasserstoff mit Luft in Verbrennungsmotoren und in Gasturbinen (kein reiner Sauerstoff) entstehen bei geeigneter Verbrennungsführung nur sehr geringe bis vernachlässigbare Emissionen. Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxide können, wenn überhaupt, nur in Spuren durch das Verbrennen von Motoröl im Brennraum von Verbrennungsmotoren entstehen. Emissionen von Stickstoffoxid (NO_x) nehmen exponentiell mit der Verbrennungstemperatur zu und lassen sich somit durch geeignete Prozeßführung beeinflussen. When burning hydrogen with air in internal combustion engines and in gas turbines (no pure oxygen), suitable combustion management produces only very small to negligible emissions. If at all, hydrocarbons and carbon monoxides can only arise in traces from the combustion of engine oil in the combustion chamber of internal combustion engines. Emissions of nitrogen oxide (NO _x ) increase exponentially with the combustion temperature and can therefore be influenced by suitable process control.

Da nun Wasserstoff größere Freiheiten als andere Brennstoffe bietet, ist eine deutliche Reduzierung der Emissionen von Stickstoffoxid gegenüber Mineralölen oder Erdgas möglich, sofern eine niedrige Verbrennungstemperatur erzielt wird (beispielsweise mit hohem Luftüberschuß). Partikel- und Schwefelemissionen werden bis auf geringe, aus den Schmierstoffen stammende Reste vollständig vermieden. Since hydrogen now offers greater freedom than other fuels compared to a significant reduction in nitrogen oxide emissions Mineral oils or natural gas possible, provided a low one Combustion temperature is achieved (for example with high Excess air). Particle and sulfur emissions are reduced to a small residues from the lubricants are completely avoided.

Bei Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellenantrieben mit Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen werden sämtliche Emissionen von Schadstoffen vollständig vermieden. Es entsteht als Reaktionsprodukt bei der Stromerzeugung aus Wasserstoff und Luftsauerstoff nur demineralisiertes Wasser. Der Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen höheren Temperaturniveaus verursacht - verglichen mit konventionellen Wärmekraftmaschinen - um bis zu einem Faktor 100 geringere Emissionen. When using hydrogen in fuel cell drives with Low temperature fuel cells are all emissions from Completely avoided pollutants. It arises as a reaction product with generating electricity from hydrogen and atmospheric oxygen only demineralised water. The use of hydrogen in Fuel cells caused higher temperature levels - compared to conventional heat engines - by up to a factor of 100 lower emissions.

Gebunden in Wasser ist Wasserstoff durch den geschlossenen Wasserkreislauf auf dem Planeten Erde in unbegrenzter Menge vorhanden. Dadurch kann es anders als bei fossilen Brennstoffen bei Wasserstoff nicht zu einer Ressourcenverknappung kommen. Hydrogen is bound by the closed water Water cycle on planet Earth in unlimited quantities available. This can make it different from fossil fuels Hydrogen does not lead to a scarcity of resources.

Allerdings ist in bezug auf Wasserstoff zu bedenken, daß dessen Bereitstellung an den Orten und in den Situationen, in denen er gerade benötigt wird, nicht unbedingt einfach zu bewerkstelligen ist. In diesem Zusammenhang werden immer wieder sogenannte Wasserstofftankstellen vorgeschlagen, an denen ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit Wasserstoff versorgt werden kann. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, daß derartige Wasserstofftankstellen zumindest heutzutage noch keineswegs verbreitet, sondern vielmehr ein absoluter Ausnahmefall sind, so daß dieser Vorschlag zumindest einem Massenmarkt nicht zugänglich ist. However, with regard to hydrogen, it should be borne in mind that Deployment in the places and situations where he is currently is not necessarily easy to accomplish. In this So-called hydrogen filling stations are always connected proposed on which a means of transportation, in particular a Motor vehicle that can be supplied with hydrogen. However, this is too take into account that such hydrogen filling stations at least not widespread these days, but rather an absolute one Are exceptional, so this proposal at least one Mass market is not accessible.

Des weiteren ist in bezug auf einen Antrieb mit Wasserstoff zu bedenken, daß das Mitführen des Wasserstoffs an Bord des Fortbewegungsmittels infolge des hohen Bedarfs an erforderlichem Speichervolumen nicht nur unpraktisch und teuer, sondern auch relativ gefährlich, weil unsicher ist. Furthermore, with regard to a drive with hydrogen, it should be considered that carrying hydrogen on board the vehicle not only due to the high need for the required storage volume impractical and expensive, but also relatively dangerous because it is unsafe.

Presentation of the invention Task, solution, advantages

Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Brennstoff in Form von Wasserstoff zur Verfügung zu stellen, mittels derer Wasserstoff bedarfsabhängig sowie auf einfache, preiswerte, saubere und sichere Weise herstellbar ist, und zwar vorzugsweise an Bord eines Fortbewegungsmittels. Based on the disadvantages and Inadequacies as well as appreciation of the outlined state of the Technology, the present invention is based on the object Method and an apparatus for providing fuel in To provide form of hydrogen by means of which hydrogen Depending on requirements and on simple, inexpensive, clean and safe Can be produced, preferably on board a Means of locomotion.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet. This object is achieved by a method with the in claim 1 Features specified and by a device with the in Claim 5 specified features solved. advantageous Refinements and appropriate further developments of the present Invention are characterized in the respective subclaims.

Gemäß der Lehre der Erfindung erfolgt die Bereitstellung des als Brennstoff fungierenden Wasserstoffs (H₂) dergestalt, daß vorteilhafterweise aus einem Wasserbehälter oder Wasserreservoir stammendem Wasser (H₂O) nicht nur dreiatomiges Ozon (O₃), sondern in erster Linie Stickstoffoxide (NO_x), wie etwa Stickstoffmonoxid (NO) oder Stickstoffdioxide (NO₂) beigemischt werden. In diesem Zusammenhang dienen die Stickstoffoxide (NO_x) einer geeigneten, auch mehrstufigen Katalysierung bzw. katalytischer Konvertierung, durch die das Wasser (H₂O) in einen instabilen bzw. nicht stabilen Zustand gebracht wird. According to the teaching of the invention, the hydrogen (H ₂ ) functioning as fuel is provided in such a way that water (H ₂ O) advantageously originating from a water container or water reservoir is not only tri-atomic ozone (O ₃ ), but primarily nitrogen oxides (NO _x ), such as nitrogen monoxide (NO) or nitrogen dioxide (NO ₂ ). In this context, the nitrogen oxides (NO _x ) serve a suitable, also multi-stage catalytic conversion or catalytic conversion, by means of which the water (H ₂ O) is brought into an unstable or unstable state.

Dieses "sehr instabile" bzw. "sehr unstabile" Wasser läßt sich dann unter signifikant erleichterten Bedingungen sowie mit minimalem Aufwand an Energie, beispielsweise an von einer handelsüblichen 12 Volt-Autobatterie zur Verfügung gestellter Energie, aufspalten, wobei eine elektrolytische Aufspaltung unter Bildung von Sauerstoff und von Wasserstoff (= Brennstoff) zweckmäßig sein kann. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß das instabile Wasser einem entsprechenden "Cracking" zugänglich bzw. für dieses "Cracking" sehr empfänglich ist. This "very unstable" or "very unstable" water can then be submerged significantly easier conditions and with minimal effort Energy, for example from a standard 12 volt car battery provided energy, split, using an electrolytic Splitting to form oxygen and hydrogen (= Fuel) may be appropriate. In other words, this means that the unstable water is accessible to a corresponding "cracking" or is very susceptible to this "cracking".

Um dieses instabile Wasser auf molekularer Ebene in besonders energiearmer Weise aufspalten zu können, kann es gemäß einer erfinderischen Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens zweckmäßig sein, die diamagnetischen Anteile des instabilen Wassers von den paramagnetischen Anteilen des instabilen Wassers zu separieren. To make this unstable water on a molecular level particularly To be able to split low-energy, it can according to one inventive further development of the present method is appropriate be the diamagnetic portions of the unstable water from the to separate paramagnetic components of the unstable water.

In diesem Zusammenhang wird unter einer diamagnetischen Substanz eine Substanz verstanden, deren (dimensionslose relative) Permeabilitätszahl µ_r kleiner als Eins bzw. deren (dimensionslose) magnetische Suszeptibiltät κ (= µ_r-1) kleiner als Null ist, wohingegen unter einer paramagnetischen Substanz eine Substanz verstanden wird, deren (dimensionslose relative) Permeabilitätszahl µ_r größer als Eins bzw. deren (dimensionslose) magnetische Suszeptibiltät κ (= µ_r-1) größer als Null ist. In this context, a diamagnetic substance is understood to mean a substance whose (dimensionless relative) permeability number µ _{r is} less than one or whose (dimensionless) magnetic susceptibility κ (= µ _r -1) is less than zero, whereas one means a paramagnetic substance Substance is understood whose (dimensionless relative) permeability number µ _{r is} greater than one or whose (dimensionless) magnetic susceptibility κ (= µ _r -1) is greater than zero.

Der Fachmann auf dem Gebiet der Wasserstoffherstellung und des Wasserstoffeinsatzes, beispielsweise ein Chemieingenieur mit technischen Kenntnissen auf dem Gebiet der Wasserstoffantriebe, wird in bezug auf die vorliegende Erfindung insbesondere zu schätzen wissen, daß unter Zugrundelegung der vorliegenden Erfindung keinerlei Bedarf für eine volumenintensive und damit unpraktische, teure sowie unsichere Aufbewahrung und Speicherung von Wasserstoff an Bord eines Fortbewegungsmittels mehr besteht; vielmehr ermöglicht es die vorliegende Erfindung, den Wasserstoff "on demand", das heißt in Abhängigkeit vom konkreten Bedarf in der benötigten Menge an Ort und Stelle, so etwa an Bord des Fortbewegungsmittels zu produzieren. The expert in the field of hydrogen production and Use of hydrogen, for example a chemical engineer technical knowledge in the field of hydrogen drives, is in particularly appreciate with regard to the present invention, that, based on the present invention, no need for a volume-intensive and therefore impractical, expensive and unsafe Storage and storage of hydrogen on board a Means of transportation more exists; rather it enables Present invention, the hydrogen "on demand", that is in Depends on the specific need in the required amount on site and Place to produce something like on board the means of transportation.

Legt man hierbei in erfindungswesentlicher Weise eine Reichweite des Fortbewegungsmittels von etwa einhundert Kilometern pro Liter Wasser zugrunde, so läßt sich ohne weiteres ersehen, daß das durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte System auf der Basis von Wasser als Betriebsstoff nicht nur ausgesprochen preisgünstig ist, sondern auch sehr sicher ist (auf jeden Fall sicherer als das Mitführen von aus fossilen Energieträgern gewonnenen Kraftstoffen mit gegebener Explosionsgefahr des Tankinhalts). If you set a range of the Means of transportation of about one hundred kilometers per liter of water underlying, it can easily be seen that this is due to the The present invention provides a water-based system is not only extremely inexpensive as a fuel, but also is very safe (definitely safer than carrying fossil fuel Fuels obtained from fuels with a given risk of explosion of the tank content).

Angesichts des immer drängenderen Problems des sogenannten "Treibhauseffekts", das heißt der Erwärmung der Erdatmosphäre infolge Kohlendioxidemissionen ist als weiterer erheblicher Pluspunkt der vorliegenden Erfindung zu verzeichnen, daß bei geeigneter Verbrennungsführung so gut wie gar keine schädlichen Emissionen entstehen; vielmehr ergibt sich nur reines Wasser als einziges Emissions- bzw. Nebenprodukt des gesamten Vorgangs, so daß das beschriebene Verfahren wie auch die dargelegte Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung absolut "abgasfrei" im Sinne von verschmutzungsfrei sind. Given the ever more pressing problem of the so-called "Greenhouse effect", that is, the warming of the earth's atmosphere as a result Carbon dioxide emissions is another significant plus present invention to record that with suitable Combustion management has virtually no harmful emissions arise; rather, only pure water is the only emission or by-product of the entire process, so that the described Method as well as the presented device according to the present Invention are absolutely "emission-free" in the sense of pollution-free.

Als weiterer, durch die vorliegende Erfindung ermöglichter Fortschritt ist zu bemerken, daß die Fortbewegung unabhängig von Wasserstofftankstellen erfolgen kann. Da der zur Fortbewegung erforderliche Wasserstoff gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung direkt und bedarfsabhängig an Bord des Fortbewegungsmittels produziert werden kann, kann auf eine flächendeckende und kostenintensive Infrastruktur von Nachfüllstationen für Wasserstoff verzichtet werden; vielmehr erfolgt die Bereitstellung mittels der kompakten und sicheren Vorrichtung zum Bereitstellen von Brennstoff in Form von Wasserstoff "on board". Another advance made possible by the present invention is to notice that locomotion is independent of hydrogen filling stations can be done. Since the hydrogen required for locomotion according to a particularly inventive training directly and depending on need can be produced on board the means of transportation, can on a Comprehensive and cost-intensive infrastructure for refill stations be dispensed with for hydrogen; rather, the provision is made by means of the compact and secure device for providing Fuel in the form of hydrogen "on board".

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung in existierende Produktionsabläufe und Systeme von Fortbewegungsmitteln integriert werden. Hierbei ist zwar ein Überarbeiten und Modifizieren bestehender Konzepte (sogenanntes "Reengineering") möglich und unter Umständen auch erforderlich, jedoch können die grundsätzliche Auslegung, das Design sowie das Konzept der bestehenden (Viertakt-)Verbrennungsmotoren beibehalten werden. According to an advantageous embodiment of the present invention the device into existing production processes and systems from Means of transportation are integrated. Here is a revision and modification of existing concepts (so-called "reengineering") possible and possibly also necessary, however, the basic interpretation, the design as well as the concept of existing (four-stroke) internal combustion engines are retained.

Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die vorliegende Erfindung sowohl verfahrenstechnisch als auch in bezug auf die Ausgestaltung der Vorrichtung bei allen Arten nicht nur von Verbrennungsmaschinen (vom klassischen, natürlich aspirierten Vergasersystem bis zum hochtechnisierten, computergesteuerten Brennstoff-Einspritzsystem), sondern auch von Turbinen einer Anwendung zugeführt werden kann; nicht zuletzt hierdurch kann mittels der vorliegenden Erfindung auch ein breiter Massenmarkt erschlossen werden. In other words, this means that the present invention is both procedural as well as in relation to the design of the Device for all types not only of internal combustion engines (from classic, naturally aspirated carburetor system up to high-tech, computer-controlled fuel injection system), but can also be supplied to an application by turbines; not least because of this, by means of the present invention, too broad mass market can be tapped.

In diesem Zusammenhang wird mittels des vorliegenden Verfahrens und/oder durch die vorliegende Vorrichtung stets zumindest soviel Wasserstoff als Brennstoff bereitgestellt, daß eine (mehr als) ausreichende Versorgung der Verbrennungsmaschine oder auch der Turbine in jedem Falle gewährleistet ist. In this context, the present method and / or by the present device always at least as much Hydrogen provided as fuel that a (more than) adequate supply of the internal combustion engine or the Turbine is guaranteed in every case.

Gemäß einer erfindungswesentlichen Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens wie auch der vorliegenden Vorrichtung muß der bereitgestellte Wasserstoff nicht unbedingt einer unmittelbaren Verwertung, etwa in Form einer Verbrennung, zugeführt werden; vielmehr kann der Wasserstoff gemäß der vorliegenden Erfindung auch für eine zwischenzeitliche Aufbewahrung und Speicherung, etwa in mindestens einer Brennstoffzelle, erzeugt werden, um dann zu einem späteren Zeitpunkt seiner eigentlichen Bestimmung zugeführt werden zu können. According to an essential development of the present invention The method as well as the present device must be the one provided Hydrogen is not necessarily used immediately, for example in the form incineration; rather, the hydrogen according to the present invention also for an interim Storage and storage, for example in at least one Fuel cell, will be generated at a later date to be able to be used for its actual purpose.

Diese Optionen des Aufbewahrens und des Speicherns bestehen erfindungsgemäß auch für mittels des vorliegenden Verfahrens und/oder durch die vorliegende Vorrichtung "zu viel" erzeugten, das heißt in der jeweiligen Anwendung oder Applikation überschüssigen Wasserstoff. These storage and storage options exist according to the invention also for by means of the present method and / or generated "too much" by the present device, that is, in the respective application or application excess hydrogen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens wie auch der vorliegenden Vorrichtung können nicht benötigte flüssige Bestandteile dem Stoffluß entzogen und in den Kreislauf zurückgeführt werden. Hierzu kann in geeigneter Weise mindestens eine als "Wasserfalle" ("water trap") ausgebildete Rückführungseinheit vorgesehen sein, die als eine Art Filter für alle flüssigen Bestandteile fungiert, die nach dem Aufspalten des instabilen Wassers den Wasserstoff-Brennstoff begleiten. Durch diese "Wasserfalle" werden diese flüssigen Bestandteile aufgefangen, so daß sichergestellt ist, daß ausschließlich Wasserstoffgas und gegebenenfalls dieses begleitende Ammoniak- sowie Sauerstoffgase im Wasserstoffverbrennungsmotor bzw. in der Gasturbine ankommen. According to an advantageous embodiment of the present method as well as the present device, unnecessary liquid can Components removed from the material flow and returned to the cycle become. For this purpose, at least one can be used in a suitable manner "Water trap" trained return unit provided that acts as a kind of filter for all liquid components after splitting the unstable water the hydrogen fuel accompany. Through this "water trap" these liquid components collected so that it is ensured that only hydrogen gas and optionally accompanying ammonia and oxygen gases arrive in the hydrogen combustion engine or in the gas turbine.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Brennstoff

- zu mindestens einer Brennstoffzelle und/oder
- zu mindestens einem Brennstoffpufferspeicher und/oder
- zu mindestens einem Brennstoffpuffertank

gepumpt werden. Hierdurch ist gewährleistet, daß die gewünschte Brennstoffmenge (= Wasserstoffmenge) jederzeit zur Verfügung steht, so daß ein potentielles Absterben des Verbrennungsmotor bzw. der Gasturbine in zuverlässiger Weise ausgeschlossen werden kann. In an advantageous development, the fuel

- to at least one fuel cell and / or
- At least one fuel buffer storage and / or
- to at least one fuel buffer tank

be pumped. This ensures that the desired amount of fuel (= amount of hydrogen) is available at all times, so that a potential death of the internal combustion engine or the gas turbine can be reliably excluded.

Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung des gemäß dem vorstehend dargelegten Verfahren und/oder mittels der vorstehend dargelegten Vorrichtung hergestellten Brennstoffs

- zum Antreiben mindestens einer insbesondere einem Fortbewegungsmittel, im speziellen einem Kraftfahrzeug, zugeordneten Verbrennungsmaschine, beispielsweise eines Ottomotors, eines Dieselmotors, eines Wankelmotors oder dergleichen, und/oder
- zum Antreiben mindestens einer Gasturbine und/oder
- zum Bereitstellen als Brennstoffreservoir in mindestens einer Brennstoffzelle und/oder
- für Heizzwecke.

Finally, the present invention relates to the use of the fuel produced according to the method set out above and / or by means of the device set out above

for driving at least one internal combustion engine, in particular a means of locomotion, in particular a motor vehicle, for example an Otto engine, a diesel engine, a Wankel engine or the like, and / or
- For driving at least one gas turbine and / or
- For provision as a fuel reservoir in at least one fuel cell and / or
- for heating purposes.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand des durch die Fig. 1 bis 5 veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Further refinements, features and advantages of the present invention are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment illustrated by FIGS. 1 to 5.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bereitstellen von Brennstoff in Form von Wasserstoff gemäß der vorliegenden Erfindung; Figure 1 is a schematic block diagram of an embodiment of an apparatus for providing fuel in the form of hydrogen according to the present invention.

Fig. 2 eine Seitenansicht einer der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordneten Wasserreservoireinheit; Fig. 2 is a side view of the device assigned according to the present invention, water tank unit;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und hierbei insbesondere einer Gasgeneratoreinheit, zugeordneten elektrischen Schaltkreises; Fig. 3 is a schematic diagram of the apparatus according to the present invention, and here in particular a gas generator unit, associated electrical circuit;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordneten Reaktionseinheit; und Fig. 4 is a perspective view of the device assigned according to the present invention, the reaction unit; and

Fig. 5 eine Seitenansicht einer der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordneten Separationseinheit. Fig. 5 is a side view of the device assigned according to the present invention the separation unit.

Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in den Fig. 1 bis 5 mit identischen Bezugszeichen versehen. The same or similar configurations, elements or features are provided with identical reference numerals in FIGS. 1 to 5.

Best way to carry out the invention

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine Vorrichtung 100 zum Bereitstellen von Brennstoff in Form von Wasserstoff H₂ gezeigt, die sich des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung bedient. Diese Vorrichtung 100 ist in einem an sich bekannten (aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung in Fig. 1 nicht explizit abgebildeten) Kraftfahrzeug eingebaut und dient dazu, dieses Kraftfahrzeug, im speziellen dessen interne Verbrennungskammer 90 (sogenannte "combustion chamber") in jedwedem Betriebszustand mit einer ausreichenden Menge an Betriebsmittel ("Kraftstoff", "Treibstoff") in Form von Wasserstoff H₂ zu versorgen. In Fig. 1 a schematic representation of an apparatus 100 is shown for providing fuel in the form of hydrogen H _2, the process according to the uses of the present invention. This device 100 is installed in a motor vehicle which is known per se (for the sake of clarity of the illustration in FIG. 1) and is used to operate this motor vehicle, in particular its internal combustion chamber 90 (so-called "combustion chamber") in any operating state to supply a sufficient amount of equipment ("fuel", "fuel") in the form of hydrogen H ₂ .

Eine Wasserreservoireinheit 10 (sogenannter "H₂O-Tank"; vgl. Fig. 2) ist mit konventionellem, nicht aufbereitetem Leitungswasser gefüllt, so wie es aus dem Wasserhahn kommt; dieses Wasser H₂O gelangt in eine der Wasserreservoireinheit 10 nachgeschaltete Reaktionseinheit 30 (sogenannter "reactor"; vgl. Fig. 4). Des weiteren werden in diese Reaktionseinheit 30 Stickstoffoxide NO_x, wie etwa Stickstoffmonoxid NO oder Stickstoffdioxid NO₂, sowie dreiatomiges Ozon O₃ eingeleitet. A water reservoir unit 10 (so-called "H ₂ O tank"; see FIG. 2) is filled with conventional, non-treated tap water, as it comes from the tap; this water H ₂ O enters a reaction unit 30 downstream of the water reservoir unit 10 (so-called "reactor"; cf. FIG. 4). Furthermore, 30 nitrogen oxides NO _x , such as nitrogen monoxide NO or nitrogen dioxide NO ₂ , and triatomic ozone O _{3 are} introduced into this reaction unit.

Sowohl die Stickstoffoxide NO_x als auch das dreiatomige Ozon O₃ werden in einer der Reaktionseinheit 30 vorgeschalteten Gasgeneratoreinheit 20 (sogenannter "triatomic generator") unter anderem durch Umwandlung von Luftstickstoff N₂ sowie von Luftsauerstoff O₂ gewonnen. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß das in der Gasgeneratoreinheit 20 erzeugte Stickstoffmonoxid NO von Luftsauerstoff O₂ sofort zu Stickstoffdioxid NO₂ oxidiert wird, so daß in der Reaktionseinheit 30 neben dem Ozon O₃ letztendlich Stickstoffdioxid NO₂ ankommt; dieses Stickstoffdioxid NO₂ ist im Wasser H₂O sehr gut löslich. Both the nitrogen oxides NO _x and the tri-atomic ozone O ₃ are obtained in a gas generator unit 20 (so-called "triatomic generator") upstream of the reaction unit 30 , inter alia by converting atmospheric nitrogen N ₂ and atmospheric oxygen O ₂ . In this connection, it should be taken into account that the nitrogen monoxide NO generated in the gas generator unit 20 is immediately oxidized by atmospheric oxygen O ₂ to nitrogen dioxide NO ₂ , so that in the reaction unit 30 nitrogen oxide NO ₂ ultimately arrives in addition to the ozone O ₃ ; this nitrogen dioxide NO ₂ is very readily soluble in water H ₂ O.

Integraler Bestandteil der Gasgeneratoreinheit 20 ist ein elektrischer Schaltkreis 22 (sogenannter "triatomic circuit"; vgl. Fig. 3), dessen grundsätzliche Funktion darin zu sehen ist, die von einer Energiequelle 24 (vgl. Fig. 3) niedriger Spannung, etwa in Form einer Spannungsquelle von beispielsweise zwölf Volt, gelieferte Gleichspannung in eine in Form von Rechteckimpulsen geformte Hochspannung einer Größenordnung von mindestens etwa 30 000 Volt zu transformieren (andere Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben auch Hochspannungen einer Größenordnung von weniger als etwa 30 000 Volt). An integral part of the gas generator unit 20 is an electrical circuit 22 (so-called "triatomic circuit"; cf. FIG. 3), the basic function of which can be seen in it, that of an energy source 24 (cf. FIG. 3) of low voltage, for example in the form a voltage source of, for example, twelve volts, transform the supplied DC voltage into a high-voltage shaped in the form of rectangular pulses of an order of magnitude of at least about 30,000 volts (other embodiments of the present invention also allow high voltages of an order of magnitude of less than about 30,000 volts).

Im einzelnen ist bei diesem elektrischen Schaltkreis 22 ein astabiler Oszillator um einen mit dem Bezugszeichen 2202 bezeichneten "555 Timer IC" (IC = integrated circuit = integrierte Schaltung) herum angeordnet. Die Schwingungsfrequenz wird hierbei mittels des Kondlensators 2210 sowie mittels der drei Widerstände 2212, 2214 und 2216 auf 120 Hertz eingestellt. Das diesem Teil des elektrischen Schaltkreises 22 zugeordnete Ausgangssignal ist eine Abfolge von rechteckförmigen Signalen mit einer Maximalamplitude in der Größenordnung der Eingangs- oder Versorgungsspannung von zwölf Volt. In particular, in this electrical circuit 22, an astable oscillator is arranged around a “555 timer IC” (IC = integrated circuit) designated by the reference number 2202 . The oscillation frequency is set to 120 Hertz by means of the capacitor 2210 and the three resistors 2212 , 2214 and 2216 . The output signal assigned to this part of the electrical circuit 22 is a sequence of rectangular signals with a maximum amplitude of the order of the input or supply voltage of twelve volts.

Nachfolgend wird die Funktion sowie die Wirkungsweise des "Oszillatorteils" des elektrischen Schaltkreises 22 im einzelnen erläutert:
Unmittelbar nach Beaufschlagen mit der von der Autobatterie 24 gelieferten Eingangs- oder Versorgungsspannung von zwölf Volt entspricht die Spannung am Kondensator 2210, dessen Kapazität sich beispielsweise in der Größenordnung von etwa 0,1 Mikrofarad bewegen kann, im wesentlichen dem Erdpotential. The function and the mode of operation of the “oscillator part” of the electrical circuit 22 are explained in detail below:
Immediately after the input or supply voltage of twelve volts supplied by the car battery 24 has been applied , the voltage at the capacitor 2210 , the capacitance of which can be on the order of about 0.1 microfarads, for example, essentially corresponds to the earth potential.

Diese Spannung wird vom zeitbasierten "Trigger"-Vergleicher am Eingangsanschluß 2204 des Timers 2202 erfaßt, wodurch ein interner Flip-Flop des Timers 2202 gesetzt werden kann, was wiederum dazu führt, daß die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 2208 des Timers 2202 in die Höhe geht oder auf dem Spannungsniveau der Versorgungsspannung von zwölf Volt verbleibt. This voltage is sensed by the time-based "trigger" comparator on the input terminal 2204 of the timer 2202 , whereby an internal flip-flop of the timer 2202 can be set, which in turn causes the output voltage on the output terminal 2208 of the timer 2202 to rise or remains at the voltage level of the supply voltage of twelve volts.

In der Folge wird der "Entlade"-Transistor abgeschaltet, wodurch sich der Kondensator 2210 über die drei Widerstände 2212 (exemplarische Größenordnung: 10 Kiloohm), 2214 (exemplarische Größenordnung: 27 Kiloohm) und 2216 (exemplarische Größenordnung: 100 Kiloohm) aufladen kann. Der Kondensator 2210 nähert sich beim Aufladen in diesem Zusammenhang der Versorgungsspannung von zwölf Volt an, wobei jedoch beim Erreichen von etwa zwei Dritteln der Versorgungsspannung, das heißt beim Erreichen von etwa acht Volt ein Schwellvergleicher am Eingangsanschluß 2206 des Timers 2202 aktiviert wird. As a result, the "discharge" transistor is turned off, allowing the capacitor 2210 to charge through the three resistors 2212 (example order of magnitude: 10 kilohms), 2214 (example order of magnitude: 27 kilohms) and 2216 (example order of magnitude: 100 kilohms). In this context, the capacitor 2210 approaches the supply voltage of twelve volts when charging, but a threshold comparator is activated at the input terminal 2206 of the timer 2202 when approximately two thirds of the supply voltage is reached, that is to say when approximately eight volts is reached.

Dies führt zu einem Reset des internen Flip-Flop, und die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 2208 des Timers 2202 geht wieder auf das Niveau des Erdpotentials zurück. Der "Entlade"-Transistor geht daraufhin in den leitenden Zustand über, wodurch der Kondensator 2210 über die Widerstände 2216 und 2214 entladen wird, bis die Spannung am Kondensator 2210 auf etwa ein Drittel der Versorgungsspannung, das heißt auf etwa vier Volt gefallen ist; auf diesem Niveau schaltet der "Trigger"-Vergleicher den Ausgangsanschluß 2208 des Timers 2202 wieder in den "High"-Zustand (bzw. in einen Zustand nahe der Versorgungsspannung von zwölf Volt), und der Zyklus beginnt von Neuem. This results in a reset of the internal flip-flop, and the output voltage at the output terminal 2208 of the timer 2202 returns to the level of the ground potential. The "discharge" transistor then goes into conduction, thereby discharging capacitor 2210 through resistors 2216 and 2214 until the voltage across capacitor 2210 has dropped to about one third of the supply voltage, that is, about four volts; at this level, the "trigger" comparator switches the output terminal 2208 of the timer 2202 back to the "high" state (or a state close to the supply voltage of twelve volts), and the cycle begins again.

Die Ausgangssignale am Ausgangsanschluß 2208 des Timers 2202 werden dem Takteingangsanschluß 2222 eines mit dem Bezugszeichen 2220 bezeichneten Flip-Flop vom 74C74 D-Typ zugeführt. Diese integrierte Schaltung hat eine zweifache Funktion: Zum einen wird durch das Flip-Flop 2220 die Frequenz des Timers 2202 "in gleiche Teile" halbiert, so daß ein Ausgangssignal von nominal sechzig Hertz entsteht; zum anderen stellt das Flip-Flop 2220 zugleich zwei zueinander komplementäre Ausgangsanschlüsse 2224 und 2226 bereit, die vom nachfolgenden Schaltkreis benötigt werden. The output signals at the output terminal 2208 of the timer 2202 are fed to the clock input terminal 2222 of a 74C74 D-type flip-flop designated by the reference numeral 2220 . This integrated circuit has a dual function: on the one hand, the frequency of the timer 2202 is halved "in equal parts" by the flip-flop 2220 , so that an output signal of nominally sixty Hertz is produced; on the other hand, the flip-flop 2220 simultaneously provides two mutually complementary output connections 2224 and 2226 , which are required by the subsequent circuit.

Der Teil des nachfolgenden Schaltkreises, dem die Ausgangssignale des Flip-Flop 2220 zugeführt werden, setzt sich aus Puffertransistoren 2234 und 2238 zusammen. In diesem Zusammenhang begrenzen den beiden Puffertransistoren 2234 bzw. 2238 zugeordnete Widerstände 2232 (exemplarische Größenordnung: 3,3 Kiloohm) bzw. 2236 (exemplarische Größenordnung: 3,3 Kiloohm) den Stromfluß zur Basis des jeweiligen Puffertransistors 2234 bzw. 2238 auf einen sicheren Wert. Widerstände 2242 (exemplarische Größenordnung: ein Kiloohm) bzw. 2244 (exemplarische Größenordnung: ein Kiloohm) sind als sogenannte "Pull up"-Widerstände dem jeweiligen Kollektor der Puffertransistoren 2234 bzw. 2238 zugeordnet. The part of the subsequent circuit to which the output signals of the flip-flop 2220 are supplied is composed of buffer transistors 2234 and 2238 . In this connection, the resistors 2232 (example order of magnitude: 3.3 kilohms) and 2236 (example order of magnitude: 3.3 kilohms) assigned to the two buffer transistors 2234 and 2238 limit the current flow to the base of the respective buffer transistor 2234 and 2238 to a safe value , Resistors 2242 (exemplary order of magnitude: one kiloohm) or 2244 (exemplary order of magnitude: one kiloohm) are assigned to the respective collector of buffer transistors 2234 and 2238 as so-called "pull-up" resistors.

Die Ausgangssignale der Puffertransistoren 2234 bzw. 2238 sind jeweils mit sogenannten "Push pull"-Transistoren verbunden, die jeweils durch Paare aus Transistoren 2252, 2254 bzw. aus Transistoren 2256, 2258 gebildet sind. Hierbei fungieren die pnp-Transistoren 2252 bzw. 2256 als Treibertransistoren für die Transistoren 2254 bzw. 2258, das heißt der Strombedarf der Haupt-Leistungstransistoren wird durch die pnp- Transistoren 2252 bzw. 2256 gedeckt, so daß ein vollständiger Sättigungszustand erzielt werden kann. The output signals of the buffer transistors 2234 and 2238 are each connected to so-called "push pull" transistors, which are each formed by pairs of transistors 2252 , 2254 and transistors 2256 , 2258 . Here, the pnp transistors 2252 and 2256 act as driver transistors for the transistors 2254 and 2258 , that is, the current requirement of the main power transistors is covered by the pnp transistors 2252 and 2256 so that a complete saturation state can be achieved.

Die durch die pnp-Transistoren 2252 bzw. 2256 zur Verfügung gestellten Treiberstromstärken können - in Abhängigkeit von der über den Ausgang des Inverters angeschlossenen Last - bis zu fünf Ampere betragen. Den einzelnen Transistoren 2252, 2254 bzw. 2256, 2258 vorgeschaltet, zwischengeschaltet bzw. nachgeschaltet sind diverse geeignet gewählte Widerstände 2262, 2264, 2266, 2268, 2272 und 2274. The driver current strengths provided by the pnp transistors 2252 and 2256 can be up to five amperes, depending on the load connected via the output of the inverter. Various suitably selected resistors 2262 , 2264 , 2266 , 2268 , 2272 and 2274 are connected upstream, intermediate or downstream of the individual transistors 2252 , 2254 and 2256 , 2258 .

Die Transistoren 2254 und 2258, die im sogenannten "Push pull"-Modus miteinander verschaltet sind, beaufschlagen abwechselnd die jeweils zugeordnete Hälfte 2284, 2284' der Primärspule 2282 eines Transformators 2280 mit Strom. Abwechselnde Stromführung bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Kontakt zum einen Transistor 2254 bzw. 2258 unterbrochen wird, wenn sich der andere Transistor 2258 bzw. 2254 gerade im vollständigen Sättigungszustand befindet (und umgekehrt). Transistors 2254 and 2258 , which are interconnected in the so-called "push pull" mode, alternately apply current to the respectively assigned half 2284 , 2284 'of primary coil 2282 of a transformer 2280 . Alternating current flow in this context means that the contact to one transistor 2254 or 2258 is interrupted when the other transistor 2258 or 2254 is currently in the fully saturated state (and vice versa).

Durch dieses abwechselnde Schalten der beiden Transistoren 2254 und 2258 wird im Transformatorkern 2286 des Transformators 2280 im Wege magnetischer Induktion ein magnetisches Feld erzeugt, das einen "Energietransfer" zu einer Sekundärspule 2288 bewirkt. Durch entsprechende Wahl des Verhältnisses der Windungszahl der Primärspule 2282 zur Windungszahl der Sekundärspule 2288 kann an letzterer eine in Form von Rechteckimpulsen geformte Hochspannung einer Größenordnung von mindestens etwa 30 000 Volt abgegriffen werden. This alternating switching of the two transistors 2254 and 2258 generates a magnetic field in the transformer core 2286 of the transformer 2280 by means of magnetic induction, which causes an "energy transfer" to a secondary coil 2288 . By appropriately selecting the ratio of the number of turns of the primary coil 2282 to the number of turns of the secondary coil 2288 , a high voltage in the form of rectangular pulses of the order of magnitude of at least about 30,000 volts can be tapped from the latter.

Die auf diese Weise vom Schaltkreis 200 bereitgestellte Hochspannung wird nun für eine elektrische Entladung im Wege eines Hochspannungslichtbogens benötigt, bei der das Stickstoffmonoxid NO gemäß der Gleichung
N₂ + O₂ → 2 NO
aus dem Luftstickstoff N₂ und aus dem Luftsauerstoff O₂ gebildet wird; hierbei befindet sich sowohl das Ausgangsprodukt Stickstoff N₂ als auch das Ausgangsprodukt Sauerstoff O₂ in der Luft. The high voltage thus provided by the circuit 200 is now required for an electrical discharge by means of a high-voltage arc, in which the nitrogen monoxide NO according to the equation
N ₂ + O ₂ → 2 NO
is formed from the atmospheric nitrogen N ₂ and from the atmospheric oxygen O ₂ ; both the starting product nitrogen N ₂ and the starting product oxygen O _{2 are} in the air.

In der Reaktionseinheit 30 wird nun das Wasser H₂O unter Zugabe des Ozons O₃, insbesondere jedoch aufgrund der katalytischen Wirkung der Stickstoffoxide NO_x in einen als instabil zu charakterisierenden Zustand versetzt, wozu in der Reaktionseinheit 30 das Wasser H₂O, das Ozon O₃ und die Stickstoffoxide NO_x mittels einer geeigneten Misch- und/oder Rühreinrichtung gründlich und stetig durchmischt werden. In the reaction unit 30 , the water H ₂ O is now put into an unstable state, with the addition of the ozone O ₃ , but especially due to the catalytic effect of the nitrogen oxides NO _x , for which purpose the water H ₂ O, the ozone, in the reaction unit 30 O ₃ and the nitrogen oxides NO _{x are} thoroughly and constantly mixed using a suitable mixing and / or stirring device.

In diesem Zusammenhang werden bei der Reaktion des Wassers H₂O mit dem vorwiegend vorhandenen Stickstoffdioxid NO₂ nicht nur in erfindungswesentlicher Weise Hydroxyl-Ionen OH gebildet (nämlich indem sich die Stickstoffoxide NO_x von jedem Wassermolekül H₂O ein Wasserstoffatom H⁺ holen), sondern auch eine Reihe von stickstoffhaltigen Verbindungen, wie etwa Distickstoffoxid N₂O, salpetrige Säure HNO₂ bzw. Salpetersäure HNO₃; bei diesen stickstoffhaltigen Verbindungen befindet sich das Stickstoffatom in niedrigen Oxidationszuständen. In this context, the reaction of the water H ₂ O with the predominantly present nitrogen dioxide NO ₂ not only forms hydroxyl ions OH in a manner essential to the invention (namely by the nitrogen oxides NO _x getting a hydrogen atom H ⁺ from each water molecule H ₂ O), but also a number of nitrogen-containing compounds, such as nitrous oxide N ₂ O, nitrous acid HNO ₂ or nitric acid HNO ₃ ; in these nitrogen-containing compounds, the nitrogen atom is in low oxidation states.

Die stickstoffhaltigen Verbindungen, unter ihnen des weiteren auch Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO₂ wie auch Stickstoff N₂ selbst, reagieren mit dem Wasser H₂O unter Ladungsverschiebung zu elementaren Wasserstoffionen (= Proton H⁺) sowie zu negativ geladenen Stickstoffperoxidionen NO₃ ^-, zum Beispiel gemäß den folgenden Reaktionen:
H₂O + NO₂ → 2 H⁺ + NO₃ ^-
H₂O + HNO₂ → 3 H⁺ + NO₃ ^-
2 H₂O + NO → 4 H⁺ + NO₃ ^-
3 H₂O + NH₄ → 10 H⁺ + NO₃ ^-
5 H₂O + N₂O → 10 H⁺ + 2 NO₃ ^-
6 H₂O + N₂ → 12 H⁺ + 2 NO₃ ^-. The nitrogen-containing compounds, among them also nitrogen monoxide NO and nitrogen dioxide NO ₂ as well as nitrogen N ₂ itself, react with the water H ₂ O with a charge shift to elemental hydrogen ions (= proton H ⁺ ) and to negatively charged nitrogen peroxide ions NO ₃ ^- Example according to the following reactions:
H ₂ O + NO ₂ → 2 H ⁺ + NO ₃ ^-
H ₂ O + HNO ₂ → 3 H ⁺ + NO ₃ ^-
2 H ₂ O + NO → 4 H ⁺ + NO ₃ ^-
3 H ₂ O + NH ₄ → 10 H ⁺ + NO ₃ ^-
5 H ₂ O + N ₂ O → 10 H ⁺ + 2 NO ₃ ^-
6 H ₂ O + N ₂ → 12 H ⁺ + 2 NO ₃ ^- .

Die vorgenannten stickstoffhaltigen Verbindungen können ein Produkt der Reaktionen von Sauerstoff-, Stickstoff- und Wasserstoffatomen in der Reaktionseinheit 30 sein, wobei die Umgebungsbedingungen, wie etwa Druck, Temperatur und/oder elektrischer Stromfluß, denen die stickstoffhaltigen Verbindungen ausgesetzt sind, einen signifikanten Einfluß haben. Das instabile Wasser ist aber nicht nur für die Einflüsse des Drucks, der Temperatur und/oder des elektrischen Stromflusses empfänglich, sondern auch für andere Kräfte, wie etwa Gravitation, Magnetismus und/oder dergleichen, die zu molekularem "Cracking" führen. The aforementioned nitrogen-containing compounds can be a product of the reactions of oxygen, nitrogen and hydrogen atoms in the reaction unit 30 , the environmental conditions, such as pressure, temperature and / or electrical current flow, to which the nitrogen-containing compounds are exposed have a significant influence. The unstable water is not only susceptible to the influences of pressure, temperature and / or the electrical current flow, but also to other forces, such as gravitation, magnetism and / or the like, which lead to molecular "cracking".

Da nun, wie vorstehend ausgeführt, im aus der Wasserreservoireinheit 10 stammenden Wasser H₂O die Stickstoffoxide NO_x gelöst sind, können die vorstehend genannten Reaktionen gewissermaßen als Nebenprodukte cler chemischen Reaktionen aufgefaßt werden. Hierzu werden in einer der Reaktionseinheit 30 nachgeschalteten Separationseinheit 40 (sogenannter "molecule splitter"; vgl. Fig. 5) die instabilen Wassermoleküle in Sauerstoff O₂ und in als Brennstoff fungierenden Wasserstoff H₂ aufgespaltet. Hierbei werden zum Aufspalten des instabilen Wassers in der Separationseinheit 40 auf molekularer Ebene die diamagnetischen Anteile des instabilen Wassers von den paramagnetischen Anteilen des instabilen Wassers separiert. Since, as explained above, the nitrogen oxides NO _x are now dissolved in the water H ₂ O coming from the water reservoir unit 10 , the above-mentioned reactions can be understood as by-products of the chemical reactions. For this purpose, the unstable water molecules are split into oxygen O ₂ and hydrogen H ₂ , which acts as a fuel, in a separation unit 40 (so-called "molecule splitter"; see FIG. 5) connected downstream of the reaction unit 30 . Here, in order to split up the unstable water in the separation unit 40, the diamagnetic portions of the unstable water are separated from the paramagnetic portions of the unstable water at the molecular level.

Zu diesem zumindest partiell elektrolytischen Aufspaltungs- bzw. Separierungsschritt ist der Separationseinheit 40 eine Energiequelle 24, etwa in Form einer Spannungsquelle von beispielsweise zwölf Volt, zugeordnet; in bevorzugter Weise handelt es sich bei dieser Energiequelle 24 um dieselbe Energiequelle, mittels derer für den elektrischen Schaltkreis (sogenannter "triatomic circuit") der Gasgeneratoreinheit 20 die in Rechteckimpulse einer Größenordnung von etwa 30 000 Volt zu transformierende Gleichspannung bereitgestellt wird. For this at least partially electrolytic splitting or separation step, the separation unit 40 is assigned an energy source 24 , for example in the form of a voltage source of, for example, twelve volts; this energy source 24 is preferably the same energy source by means of which the DC voltage to be transformed into square-wave pulses on the order of approximately 30,000 volts is provided for the electrical circuit (so-called “triatomic circuit”) of the gas generator unit 20 .

Um dieses Aufspalten oder "Cracken" zu bewerkstelligen, weist die Separationseinheit 40 mindestens zwei beispielsweise aus Aluminium oder aus Kupfer gefertigte Elektroden auf, deren einander zugeordnete Spitzen nur einen sehr geringen Abstand voneinander aufweisen und mittels Spannungsbeaufschlagung durch die zugeordnete Energiequelle 24, bei der es sich beispielsweise um mindestens eine handelsübliche Kraftfahrzeugbatterie handelt, zum Glühen bei Temperaturen von etwa 1000 Grad Celsius oder mehr gebracht werden. In order to accomplish this splitting or "cracking", the separation unit 40 has at least two electrodes made, for example, of aluminum or copper, the tips of which are assigned to one another and are only a very small distance apart, and by means of voltage application by the assigned energy source 24 , which is for example, at least one commercially available motor vehicle battery is brought to glow at temperatures of about 1000 degrees Celsius or more.

Bei diesen Temperaturen verflüchtigt sich das Ammoniak NH₃ durch Verbrennen oder Verkochen, und zurück bleibt die mit Ionen versetzte Lösung, in der durch den elektrischen Stromfluß zwischen den glühenden Elektrodenspitzen (vergleichbar einem "Lichtbogen" bei Schweißen unter Wasser) die Moleküle in ihre einzelnen Elemente getrennt werden. Dies fällt umso leichter, als bei der vorliegenden Erfindung durch den Übergang der an der Spitze der Elektrode konzentrierten Elektronen (sogenannter "Spitzeneffekt") die latente Energie des einzelnen zu spaltenden instabilen Moleküls überladen wird, so daß die Dispersionskräfte (sogenannte "London-Kräfte") überwunden werden. Auf diese Weise wird zum Aufspalten des einzelnen Moleküls in seine separaten Elemente nicht so viel Energie benötigt wie herkömmlich. At these temperatures, the ammonia NH ₃ evaporates by burning or boiling, leaving behind the ionized solution in which the molecules flow into their individual elements due to the electrical current flow between the glowing electrode tips (comparable to an "arc" when welding under water) be separated. This is all the easier since in the present invention the latent energy of the individual unstable molecule to be cleaved is overloaded by the transition of the electrons concentrated at the tip of the electrode (so-called "peak effect"), so that the dispersion forces (so-called "London forces") ) are overcome. In this way, the splitting of the individual molecule into its separate elements does not require as much energy as conventional.

Der Separationseinheit 40 nachgeschaltet ist eine zum Entziehen flüssiger Bestandteile aus dem Brennstoff vorgesehene, gewissermaßen als Filter fungierende Rückführungseinheit 50 (sogenannte "water trap"), mittels derer jegliche flüssigen Bestandteile, wie etwa das Stickstoffdioxid NO₂, die salpetrige Säure HNO₂ bzw. die Salpetersäure HNO₃ sowie das Wasser H₂O selbst, aus dem Brennstoffluß (= gasförmiger Wasserstoffluß) extrahiert und zur Reaktionseinheit 30 zurückgeführt werden können. Downstream of the separation unit 40 is a return unit 50 (so-called "water trap") provided for removing liquid constituents from the fuel and acting as a filter, by means of which any liquid constituents, such as the nitrogen dioxide NO ₂ , the nitrous acid HNO ₂ or the Nitric acid HNO ₃ and the water H ₂ O itself, can be extracted from the fuel flow (= gaseous hydrogen flow) and returned to the reaction unit 30 .

Zu diesem Zwecke ist die Rückführungseinheit 50 stets auf relativ konstantem Niveau mit Wasser H₂O gefüllt, wobei durch das Abführen der flüssigen Bestandteile, wie etwa des Stickstoffdioxids NO₂, der salpetrigen Säure HNO₂ bzw. der Salpetersäure HNO₃ sowie des Wassers H₂O selbst, ein permanenter Bedarf der Rückführungseinheit 50 an "frischem" Wasser H₂O besteht; um also eine Sättigung des Inhalts der Rückführungseinheit 50, etwa auch mit Ammoniak NH₃ oder mit Sauerstoff O₂ zu verhindern, wird die Rückführungseinheit 50 aus der Wasserreservoireinheit 10 stetig mit "frischem" Wasser H₂O versorgt, wie der Darstellung der Fig. 1 entnehmbar ist. For this purpose, the recirculation unit 50 is always filled with water H ₂ O at a relatively constant level, with the removal of the liquid components, such as nitrogen dioxide NO ₂ , the nitrous acid HNO ₂ or the nitric acid HNO ₃ and the water H ₂ O itself, there is a permanent need of the return unit 50 for "fresh" water H ₂ O; to prevent thus the saturation of the contents of the recirculation unit 50, as well as with ammonia NH ₃ or with oxygen O ₂ is the feedback unit supplies 50 from the water tank unit 10 continuously with "fresh" water H ₂ O, as the illustration of FIG. 1 is removable.

Auf diese Weise ist ein dauerhaftes Verbleiben der katalysierenden stickstoffhaltigen Bestandteile im durch die Reaktionseinheit 30, die Separationseinheit 40 und die Rückführungseinheit 50 definierten Kreislauf gewährleistet; mit anderen Worten ist durch das Anordnen der Rückführungseinheit 50 gewährleistet, daß neben dem gasförmigen Brennstoff H₂ ausschließlich mehr oder minder unbeabsichtigt verbleibende gasförmige Stoffe, wie etwa Ammoniak NH₃ oder Sauerstoff O₂, zur Verbrennungskammer 90 gelangen. This ensures that the catalyzing nitrogen-containing constituents remain permanently in the circuit defined by the reaction unit 30 , the separation unit 40 and the return unit 50 ; in other words, arranging the recirculation unit 50 ensures that, in addition to the gaseous fuel H _2, only more or less unintentionally remaining gaseous substances, such as ammonia NH ₃ or oxygen O ₂ , reach the combustion chamber 90 .

Der Rückführungseinheit 50 nachgeschaltet ist eine Brennstoffpumpeinheit 60 (sogenannte "fuel pump"), mittels derer der Brennstoff von der Separationseinheit 40 zu einem der Brennstoffpumpeinheit 60 nachgeschalteten Brennstoffpuffertank 70 (sogenannter "buffer tank") gepumpt werden kann. Durch diese Brennstoffpumpeinheit 60 ist in zuverlässiger Weise garantiert, daß zu jeder Zeit die erforderliche Brennstoffmenge (= Wasserstoffmenge) bereitsteht, so daß eine nicht ausreichende Versorgung der Verbrennungskammer 90 und mithin ein "Absterben" des Verbrennungsmotor (bzw. auch der Gasturbine) vermieden werden. Downstream of the return unit 50 is a fuel pump unit 60 (so-called "fuel pump"), by means of which the fuel can be pumped from the separation unit 40 to a fuel buffer tank 70 (so-called "buffer tank") connected downstream of the fuel pump unit 60 . This fuel pump unit 60 guarantees in a reliable manner that the required amount of fuel (= amount of hydrogen) is available at all times, so that an insufficient supply to the combustion chamber 90 and consequently an "extinction" of the internal combustion engine (or the gas turbine) are avoided.

Im wesentlichen denselben Zielen (ausreichendes Versorgen der Verbrennungskammer 90 mit Brennstoff und mithin Vermeiden des Absterbens des Verbrennungsmotors bzw. der Gasturbine) dient der vorerwähnte Brennstoffpuffertank 70, in dem der von der Separationseinheit 40 transferierte gasförmige Wasserstoff H₂ speicherbar ist und aus dem der Wasserstoff H₂ im Bedarfsfalle, das heißt "on demand" abrufbar ist. The aforementioned fuel buffer tank 70 , in which the gaseous hydrogen H ₂ transferred from the separation unit 40 can be stored and from which the hydrogen H. Can be stored, serves essentially the same purposes (sufficient supplying the combustion chamber 90 with fuel and thus preventing the combustion engine or the gas turbine from becoming dead) ₂ when required, that is, "on demand" is available.

In diesem Zusammenhang ist der Brennstoffpuffertank 70 insbesondere auch für die Gewährleistung einer hinreichenden Versorgung der Verbrennungskammer 90 mit Brennstoff H₂ während einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und in höheren Drehzahlbereichen des Kraftfahrzeugs von erfindungswesentlicher Bedeutung. In this context, the fuel buffer tank 70 is of particular importance for the invention in order to ensure an adequate supply of the combustion chamber 90 with fuel H ₂ during acceleration of the motor vehicle and in higher speed ranges of the motor vehicle.

Dem Brennstoffpuffertank 70 nachgeschaltet und der Verbrennungskammer 90 vorgeschaltet ist eine Brennstoffreglereinheit 80, die das Mengen- bzw. Mischungsverhältnis aus vom Bnennstoffpuffertank 70 eingespeistem Wasserstoff H₂ und von der Gasgeneratoreinheit 20 zugeführtem Ozon O₃ regelt, bevor diese Mischung in die Verbrennungskammer 90 eintritt. Hierbei ist der Blockdarstellung der Fig. 1 entnehmbar, daß die Gasgeneratoreinheit 20 das Ozon O₃ nicht nur an die Reaktionseinheit 30, sondern zum Teil eben auch an die Brennstoffreglereinheit 80 abgeben kann, wozu es von Vorteil ist, die Gasgeneratoreinheit 20 zweiteilig (vgl. Fig. 1) oder in Form von zvuei separaten Komponenten auszubilden. Downstream from the fuel buffer tank 70 and is connected upstream of the combustion chamber 90, a fuel control unit 80 which regulates the quantity or mixing ratio of eingespeistem from Bnennstoffpuffertank 70 hydrogen H ₂ and the gas generator unit 20 supplied ozone O _3, before this mixture enters the combustion chamber 90th Here, 1 is the block diagram of FIG. Inferred that the gas generator unit 20, the ozone O ₃ can not evenly also only deliver to the reaction unit 30, but in part, to the fuel control unit 80, for which purpose it is advantageous to select the gas generator unit 20 in two parts (see FIG. Fig. 1) or in the form of zvuei separate components.

Der Hintergrund des Zuführens von Ozon O₃ zur Verbrennungskammer 90 ist unter anderem in der Tatsache zu sehen, daß mittels des Ozons O₃ - im Unterschied zu Sauerstoff O₂ - eine mehr oder minder rückstandsfreie, das heißt insbesondere abgasfreie und verschmutzungsfreie Verbrennung in der Verbrennungskammer 90 herbeigeführt werden kann, denn mit dem aus der Gasgeneratoreinheit 20 zugeführten Ozon O₃ wird das vom den Energieträger Wasserstoff H₂ transportierenden Gasstrom mitgeführte gasförmige Ammoniak NH₃ in der Verbrennungskammer 90 (nahezu) vollständig zu Stickstoff N₂ und zu Wasser H₂O verbrannt. The background of the supply of ozone O ₃ to the combustion chamber 90 can be seen, among other things, in the fact that by means of the ozone O ₃ - in contrast to oxygen O ₂ - a more or less residue-free, that is to say in particular emission-free and pollution-free combustion in the combustion chamber 90 can be brought about, because with the ozone O ₃ supplied from the gas generator unit 20 , the gaseous ammonia NH ₃ carried by the gas stream transporting the energy carrier hydrogen H _{2 is} (almost) completely burned to nitrogen N ₂ and water H ₂ O in the combustion chamber 90 ,

Des weiteren kann durch den Einsatz des dreiatomigen Ozons O₃ als Oxidierungsmittel die Leistung der vorliegenden Vorrichtung 100 in erheblicher Weise gesteigert werden, nicht zuletzt weil das dreiatomige Ozon O₃ schneller als zweiatomiger Sauerstoff O₂ reagiert und eine höhere Energiebereitstellung sowie minimale Kohlenmonoxidemissionen ebenso wie einen sehr geringen Brennstoffverbrauch gewährleistet. Bezugszeichenliste 100 Vorrichtung
10 Wasserreservoireinheit
20 Gasgeneratoreinheit
22 elektrischer Schaltkreis
2202 Timer
2204 Eingangsanschluß des Timers 2202
2206 Eingangsanschluß des Timers 2202
2208 Ausgangsanschluß des Timers 2202
2210 Kondensator
2212 Widerstand
2214 Widerstand
2216 Widerstand
2220 Flip-Flop
2222 Takteingangsanschluß des Flip-Flop 2220
2224 Ausgangsanschluß des Flip-Flop 2220
2226 Ausgangsanschluß des Flip-Flop 2220
2232 Widerstand
2234 Puffertransistor
2236 Widerstand
2238 Puffertransistor
2242 Widerstand
2244 Widerstand
2252 pnp-Transistor
2254 Transistor
2256 pnp-Transistor
2258 Transistor
2262 Widerstand
2264 Widerstand
2266 Widerstand
2268 Widerstand
2272 Widerstand
2274 Widerstand
2280 Transformator
2282 Primärspule des Transformators 2280
2284 erste Hälfte der Primärspule 2282 des Transformators 2280
2284 zweite Hälfte der Primärspule 2282 des Transformators 2280
2286 Transformatorkern des Transformators 2280
2288 Sekundärspule des Transformators 2280
24 Energiequelle, insbesondere Kraftfahrzeugbatterie
30 Reaktionseinheit
40 Separationseinheit
50 Rückführungseinheit
60 Brennstoffpumpeinheit
70 Brennstoffpuffertank
80 Brennstoffreglereinheit
90 Verbrennungskammer
Furthermore, by using the triatomic ozone O ₃ as an oxidizing agent, the performance of the present device 100 can be increased considerably, not least because the triatomic ozone O ₃ reacts faster than diatomic oxygen O ₂ and a higher energy supply and minimal carbon monoxide emissions as well as one ensures very low fuel consumption. LIST OF REFERENCE NUMERALS 100 device
10 water reservoir unit
20 gas generator unit
22 electrical circuit
2202 timer
2204 Input connector of the timer 2202
2206 Input connection of the timer 2202
2208 Output connector of the timer 2202
2210 capacitor
2212 resistance
2214 resistance
2216 resistance
2220 flip-flop
2222 clock input terminal of the flip-flop 2220
2224 Output connection of the flip-flop 2220
2226 Output connection of the flip-flop 2220
2232 resistance
2234 buffer transistor
2236 resistance
2238 buffer transistor
2242 resistance
2244 resistance
2252 pnp transistor
2254 transistor
2256 pnp transistor
2258 transistor
2262 resistance
2264 resistance
2266 resistance
2268 resistance
2272 resistance
2274 resistance
2280 transformer
2282 primary coil of the transformer 2280
2284 first half of the primary coil 2282 of the transformer 2280
2284 second half of the primary coil 2282 of the transformer 2280
2286 transformer core of the transformer 2280
2288 Secondary coil of the transformer 2280
24 energy source, in particular motor vehicle battery
30 reaction unit
40 separation unit
50 feedback unit
60 fuel pump unit
70 fuel buffer tank
80 fuel control unit
90 combustion chamber

Claims

1. Process for providing fuel in the form of hydrogen (H ₂ ),
characterized by
that water (H ₂ O) with the addition of nitrogen oxide (NO _x ) and ozone (O ₃ ) is brought into an unstable state due to charge shift and
that this unstable water is split up with the formation of oxygen (O ₂ ) and hydrogen (H ₂ ) acting as fuel.

2. The method according to claim 1, characterized in that for splitting the unstable water
Energy, in particular low energy, is supplied and / or
at the molecular level, the diamagnetic components of the unstable water are separated from the paramagnetic components of the unstable water.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that liquid components are removed from the fuel.

4. The method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the fuel
to at least one fuel cell and / or
to at least one fuel buffer storage and / or
to at least one fuel buffer tank ( 70 )
is pumped.

5. Device ( 100 ) for providing fuel in the form of hydrogen (H ₂ ), characterized by
at least one reaction unit ( 30 ) or reaction chamber for placing water (H ₂ O) with the addition of nitrogen oxide (NO _x ) and ozone (O ₃ ) in an unstable state; and
at least one separation unit ( 40 ) or separation chamber connected downstream or in parallel with the reaction unit ( 30 ) or reaction chamber for splitting this unstable water into oxygen (O ₂ ) and into hydrogen (H ₂ ) functioning as fuel.

6. The device according to claim 5, characterized in that the reaction unit ( 30 ) or reaction chamber at least one in particular two-stage or two-part gas generator unit ( 20 ) is connected upstream in which using at least one electrical circuit for generating high voltage nitrogen oxide (NO _x ) and triatomic ozone (O ₃ ) can be generated.

7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the separation unit ( 40 ) or separation chamber is assigned at least one energy source ( 24 ), in particular at least one low energy source, in particular in the form of at least one voltage source of, for example, twelve volts.

8. The device according to at least one of claims 5 to 7, characterized in that the separation unit ( 40 ) or separation chamber is followed by at least one return unit ( 50 ) or return chamber provided for removing liquid components from the fuel, the liquid components leading to the reaction unit ( 30 ) or reaction chamber are traceable.

9. The device according to at least one of claims 5 to 8, characterized in that the return unit ( 50 ) or return chamber is followed by at least one fuel pump unit ( 60 ) by means of which the fuel
to at least one fuel cell and / or
to at least one fuel buffer storage and / or
to at least one fuel buffer tank ( 70 )
is pumpable.

10. Use of the
according to the method according to at least one of claims 1 to 4 and / or
fuel produced by means of at least one device ( 100 ) according to at least one of claims 5 to 9
for driving at least one internal combustion engine, in particular a means of transportation, in particular a motor vehicle, for example an Otto engine, a diesel engine, a Wankel engine or the like, and / or
for driving at least one gas turbine and / or
for provision as a fuel reservoir in at least one fuel cell and / or
for heating purposes.