-
Die Erfindung betrifft einen Generator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zur Erzeugung von Brown'schem Gas.
-
Die Erzeugung von Brown'schem Gas benutzt einen alkalischen Hydrolyse-Prozess. Dabei wird an die in die Elektrolytflüssigkeit eintauchenden Elektrodenplatten eine Gleichspannung angelegt. Die Elektrolytflüssigkeit besteht z. B. aus Natriumhydroxid und Wasser, d. h. aus einer Zugabe von Natriumhydroxid zu dem in Wasserstoff und Sauerstoff zu spaltenden und das Brown'sche Gas ergebenden Wasser. Aus einem Liter Wasser können cirka 1860 Liter Brown'sches Gas hergestellt werden.
-
Generatoren zur Erzeugung von Brown'schem Gas sind bspw. in der
US 4 014 777 A , in der
US 4 081 656 A , in der
KR 1020030026162 A , in der
KR 100662093 B1 oder in der
US 2005/0006228 A1 und der hierzu parallelen
WO 03/066935 A1 beschrieben.
-
Aus der
US 7 332 063 B2 ist ein elektrochemischer Reaktor bekannt, der eine Anzahl Elektrolysezellen aufweist. Die Elektrolysezellen sind zu einem Stapel zusammengebaut. Der Stapel bildet die Seitenwandung eines Behälters, dessen beide voneinander abgewandte Öffnungen jeweils durch eine Deckelplatte verschlossen sind. Jede Elektrolysezelle weist zwei bipolare Komponenten und zwischen diesen einen Separator auf. Bei diesem bekannten Reaktor sind ringförmige Rahmen für Funktionselemente vorgesehen. Jeder Rahmen weist einen ringförmigen Innenrahmen und einen ringförmigen Außenrahmen auf, die zueinander konzentrisch angeordnet sind.
-
Aus der
US 7 014 740 B2 und aus der
US 2004/0112739 A1 ist ein Generator zur Erzeugung von Brown'schem Gas bekannt, der ein Gehäuse aufweist, in welchem Elektrodenplatten in zwei oder mehreren Gruppen vorgesehen sind. Das Gehäuse ist als becherförmiger Behälter ausgebildet, der mit einem Deckel verschlossen ist.
-
Bekannte Generatoren zur Erzeugung von Brown'schem Gas benutzen normalerweise in Reihe geschaltete Elektroden in Kombination mit einer Spannungsquelle relativ hoher Gleichspannung von bspw. 230 V. Derartig hohe Spannungen bedingen geeignete Berührungsschutzmaßnahmen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator der eingangs genannten Art zu schaffen, der kompakt aufgebaut ist und bei welchem Berührungsschutzmaßnahmen entbehrlich sind, und der gleichzeitig eine optimale Erzeugungsrate für Brown'sches Gas besitzt.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Generator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Generator kann die an die parallel geschalteten Elektrodenplatten anzuschließende Gleichspannungsquelle bspw. eine Gleichspannung von 6 V bei einer Stromstärke von 100 A besitzen. Selbstverständlich sind auch andere niedrige Gleichspannungen und Stromstärken, d. h. elektrische Leistungen, möglich. Infolge der niedrigen Gleichspannung besteht in vorteilhafter Weise keine Stromschlaggefahr, so dass ein Berührungsschutz, wie er bei bekannten gattungsgemäßen Generatoren mit in Reihe geschalteten Elektroden erforderlich ist, entbehrlich ist.
-
Die beiden Deckelplatten besitzen bei dem erfindungsgemäßen Generator vorzugsweise die gleichen Außenrandkonturen wie der die Seitenwandung bildende Stapel. Die Deckelplatten bestehen zweckmäßigerweise aus Stahl; ihre Wanddicke beträgt z. B. 20 mm bei Außenabmessungen von z. B. 240 mm × 270 mm, wobei es sich versteht, dass auch andere Dimensionen möglich sind. Die angegebenen Dimensionen sollen nur eine Möglichkeit der Realisierung des erfindungsgemäßen Generators verdeutlichen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
-
Um eine optimale Erzeugungsrate an Brown'schem Gas zu verwirklichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei dem erfindungsgemäßen Generator die Elektrodenplatten aus einem dünnen Metallblech mit einer aufgerauten Oberfläche bestehen. Durch die Aufrauung der Elektrodenplatten ergibt sich eine entsprechende Vergrößerung ihrer Oberfläche, die mit einer Vergrößerung, d. h. Optimierung der Erzeugungsrate an Brown'schem Gas einhergeht. Die Aufrauung der Oberfläche der Elektrodenplatten kann in an sich bekannter Weise z. B. durch Ätzen, Bürsten o. dgl. erfolgen. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Oberfläche der Elektrodenplatten durch Sandstrahlen aufgeraut ist.
-
Die Elektrodenplatten bestehen bspw. aus V4A-Stahl, sie können z. B. eine Wanddicke von 1 mm besitzen.
-
Erfindungsgemäß bestehen die Tragringe aus Metall und sind mit einer elektrisch isolierenden Oberflächenbeschichtung bedeckt . Derartige Tragringe sind bei guten mechanischen Eigenschaften einfach und preisgünstig realisierbar, ohne dass ihre elektrischen Isolationseigenschaften beeinträchtigt würden. Die Tragringe bestehen z. B. aus Stahl. Die elektrisch isolierende Oberflächenbeschichtung kann bspw. eine elektrostatische Pulverbeschichtung o. dgl. sein. Die Wanddicke der oberflächenbeschichteten Tragringe beträgt z. B. 5 mm, wobei es sich versteht, dass auch andere Wanddicken möglich sind.
-
Erfindungsgemäß ist zwischen der jeweiligen Elektrodenplatte und dem hierzu jeweils benachbarten Tragring ein elektrisch isolierender Dichtungsring vorgesehen. Der jeweilige Dichtungsring kann aus einem Papier bestehen. Die Wanddicke des jeweiligen Dichtungsringes aus Papier beträgt bspw. 0,6 mm – ohne hierauf beschränkt zu sein.
-
Zweckmäßig ist es, wenn die Elektrodenplatten, die Tragringe und die Dichtungsringe einander entsprechende Außenrandkonturen und wenn die Tragringe und die Dichtungsringe einander entsprechende Innenrandkonturen besitzen.
-
Eine kompakte und druckfeste Ausbildung ergibt sich dadurch, dass erfindungsgemäß die beiden Deckelplatten, die Elektrodenplatten, die Tragringe und die Dichtungsringe entlang ihres Umfangsrandbereiches jeweils mit voneinander beabstandeten, deckungsgleichen Löchern ausgebildet sind, durch die sich elektrisch isolierte Schraubbolzen hindurch erstrecken, mittels welchen der die Seitenwandung bildende Stapel und die beiden stirnseitigen Deckelplatten miteinander druckdicht verschraubt sind. Bevorzugt ist es hierbei, wenn die besagten deckungsgleichen Löcher und die sich durch diese hindurch erstreckenden, elektrisch isolierten Schraubbolzen in Umfangsrichtung des Generators gleichmäßig beabstandet vorgesehen sind.
-
Die Schraubbolzen können aus Metall bestehen und sich durch Isolierstoffhülsen hindurch erstrecken, um die elektrische Isolierung der Elektrodenplatten in Bezug zu den Schraubbolzen in einfacher Weise zuverlässig zu gewährleisten.
-
Um bei dem erfindungsgemäßen Generator „oben” und „unten” zu definieren, sind die beiden Deckelplatten vorzugsweise mit Standbeinen ausgebildet. Bei einem solchen „oben” und „unten” definierenden Generator hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Elektrodenplatten bodenseitig mit Elektrolytlöchern und oberseitig mit Gaslöchern ausgebildet sind.
-
Sobald an die zueinander parallel geschalteten Elektrodenplatten eine niedrige Gleichspannung großer Strömstärke angelegt wird, wird die Elektrolytflüssigkeit, d. h. das z. B. mit Natronlauge kombinierte Wasser durch den elektrischen Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Diese beiden Bestandteile treten gasförmig an den Elektrodenplatten auf und bilden das Brown'sche Gas.
-
Mindestens eine der Deckelplatten ist mit einem Gas-Auslaßloch und mit einem Elektrolyt-Einfüllloch ausgebildet. Das mindestens eine Gas-Auslaßloch ist zur Ausgabe des Brown'schen Gases aus dem Generator vorgesehen. Das Gas-Auslaßloch kann mit einem Gas-Entlastungsgefäß fluidisch verbunden sein. Desgleichen kann das Gas-Auslaßloch mit einem Schweiß- oder Schneidbrenner strömungstechnisch verbunden sein.
-
Mit Brown'schem Gas ist es z. B. möglich, unterschiedliche Materialien, d. h. Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, wie Quarz, Glas, Kupfer, Aluminium, Gusseisen, Gold, Platin usw. miteinander zu verschweißen. Es ist bspw. möglich, mit Brown'schem Gas Stahl und Stein miteinander zu verschweißen.
-
Brown'sches Gas bildet einen Energieträger, der bspw. als Brennstoff in Verbrennungsmotoren, für Heizungen o. dgl. verwendet werden kann.
-
Aus sicherheitstechnischen Gründen ist es zweckmäßig, wenn bei dem erfindungsgemäßen Generator mindestens eine der beiden Deckelplatten mit einem Druckmeßloch ausgebildet ist, an das ein Druckmeßgerät anschließbar ist, um den Druck des im Generator erzeugten Brown'schen Gases zu messen.
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung aufgeschnitten gezeichneten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Generators sowie seiner wesentlichen Einzelheiten.
-
Es zeigen:
-
1 aufgeschnitten perspektivisch eine Ausbildung des Generators zur Erzeugung von Brown'schem Gas,
-
2 eine der 1 ähnliche aufgeschnittene perspektivische Ansicht des Generators, wobei zusätzlich eine kleine Quantität Natronlauge für die Elektrolytflüssigkeit des Generators verdeutlicht ist,
-
3 eine der 2 ähnliche Darstellung, wobei auf der Natronlauge das für das Brown'sche Gas vorgesehene Wasser der Elektrolytflüssigkeit verdeutlicht ist,
-
4A eine Stirnansicht einer ersten Elektrodenplatte des Generators gemäß den 1 bis 3,
-
4B eine Ansicht der Elektrodenplatte in Blickrichtung des Pfeiles IV in 4A,
-
5A eine der 4A ähnliche Stirnansicht einer zweiten Elektrodenplatte, wobei sich im Generator erste und zweite Elektrodenplatten abwechseln,
-
5B eine Ansicht der Elektrodenplatte gemäß 5A in Blickrichtung des Pfeiles V,
-
6A eine Stirnansicht eines Tragringes des Generators gemäß den 1 bis 3,
-
6B eine Ansicht des Tragringes in Blickrichtung des Pfeiles VI in 6A,
-
7A eine Stirnansicht eines Dichtungsringes des Generators gemäß den 1 bis 3,
-
7B eine Ansicht des Dichtungsringes gemäß 7A in Blickrichtung des Pfeiles VII,
-
8A eine Stirnansicht einer Deckelplatte des Generators gemäß den 1 bis 3, und
-
8B eine Ansicht der Deckelplatte gemäß 8A in Blickrichtung des Pfeiles VIII.
-
1 zeigt aufgeschnitten in einer räumlichen Darstellung eine Ausbildung des Generators 10, der zur Erzeugung von Brown'schen Gas vorgesehen ist. Der Generator 10 weist einen Behälter 12 für eine Wasserstoff und Sauerstoff erzeugende Elektrolytflüssigkeit auf. Die Elektrolytflüssigkeit ist bspw. von einer kleinen Quantität Natronlauge 14 (siehe 2) und von auf der Natronlauge 14 befindlichem Wasser 16 (siehe 3) gebildet. Die Natronlauge 14 ist spezifisch schwerer als das Wasser 16, weshalb es im inaktiven Ruhezustand des Generators 10 auf der Natronlauge 14 schwimmt. Im aktiven, d. h. mit einer Gleichspannungsquelle verbundenen Betriebszustand des Generators 10 vermischten sich die Natronlauge und das Wasser unter Bildung von Wasserstoff-Sauerstoff-Blasen, d. h. unter Bildung von Brown'schem Gas.
-
Der Generator 10 weist erste und zweite Elektrodenplatten 18 auf, die voneinander beabstandet und gegeneinander elektrisch isoliert, zueinander parallel geschaltet sind. Die Elektrodenplatten 18 tauchen in die Elektrolytflüssigkeit aus der Natronlauge 14 und dem Wasser 16 ein.
-
Der Behälter 12 des Generators 10 weist eine Seitenwandung 20 auf, deren voneinander abgewandte Öffnungen durch Deckelplatten 22 druckdicht verschlossen sind. Die Seitenwandung 20 des Behälters 12 ist von einem Stapel aus den voneinander beabstandeten und gegeneinander elektrisch isolierten Elektrodenplatten 18 und mit diesen abwechselnden Tragringen 24 gebildet. Ein solcher Tragring 24 ist in den 6A und 6B dargestellt. Der jeweilige Tragring 24 besteht bspw. aus Stahl, er ist allseitig, d. h. an seiner gesamten Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung 26 bedeckt.
-
Die jeweilige Elektrodenplatte 18 besteht bspw. aus V4A-Stahl, ihre Oberfläche ist aufgeraut, um eine Oberflächenvergrößerung und eine daraus resultierende Vergrößerung der Erzeugungsrate von Brown'schem Gas zu bewirken.
-
Zwei Elektrodenplatten 18 sind in den 4A bis 5B gezeichnet. Bei der in 4A dargestellten ersten Elektrodenplatte 18 steht die Anschlußlasche 28 im zweiten Quadranten des Umfangsrandes der Elektrodenplatte 18 weg. Demgegenüber verdeutlicht die 5A eine Ausbildung einer zweiten Elektrodenplatte 18, bei welcher die Anschlußlasche 28 im ersten Quadranten des Umfangsrandes von der Elektrodenplatte 18 materialeinstückig wegsteht.
-
Die ersten Elektrodenplatten 18 gemäß 4A und die zweiten Elektrodenplatten 18 gemäß 5A sind bei dem erfindungsgemäßen Generator 10 aufeinanderfolgend abwechselnd vorgesehen, so dass es einfach möglich ist, die Anschlußlaschen 28 der ersten Elektrodenplatten 18 gemäß 4A miteinander zu verbinden, und die Anschlußlaschen 28 der zweiten Elektrodenplatten 18 gemäß 5A miteinander zu verbinden und somit die sich abwechselnden, aufeinander folgenden Elektrodenplatten 18 zueinander parallel zu schalten.
-
Die Laschen 28 der ersten Elektrodenplatten 18 gemäß 4A werden z. B. mit dem Plus-Pol einer Gleichspannungsquelle niedriger Spannung und großer Stromstärke und die Anschlußlaschen 28 der zweiten Elektrodenplatten 18 gemäß 5A werden mit dem Minus-Pol der besagten Gleichspannungsquelle kontaktiert, um mit dem Generator 10 Brown'sches Gas zu erzeugen.
-
Zwischen der jeweiligen Elektrodenplatte 18 und dem hierzu benachbarten Tragring 24 ist ein elektrisch isolierender Dichtungsring 30 vorgesehen, der aus einem Papier bestehen kann. Ein Dichtungsring 30 ist in den 7A und 7B gezeichnet.
-
Die beiden Deckelplatten 22 sind mit Standbeinen 32 ausgebildet (siehe 8A). Durch die Standbeine 32 ist „oben” und „unten” des Generators 10 definiert. Dieser Orientierung entsprechend sind die Elektrodenplatten 18 bodenseitig mit Elektrolytlöchern 34 und oberseitig mit Gaslöchern 36 ausgebildet.
-
Die beiden Deckelplatten 22 sind entlang ihres Umfangsrandbereiches mit voneinander gleichmäßig beabstandeten Löchern 38 ausgebildet. Die Elektrodenplatten 18 sind mit Löchern 40 ausgebildet, die mit den Löchern 38 der Deckelplatten 22 deckungsgleich vorgesehen sind. Die Tragringe 24 sind den Deckelplatten 22 und den Elektrodenplatten 18 entsprechend mit Löchern 42 ausgebildet, die mit den Löchern 40 der Elektrodenplatten 18 und den Löchern 38 der Deckelplatten 22 deckungsgleich vorgesehen sind.
-
Die elektrisch isolierenden Dichtungsringe 30 sind mit Löchern 44 ausgebildet, die mit den genannten Löchern 38, 40, 42 deckungsgleich vorgesehen sind.
-
In dem zu einem Stapel zusammengebauten Zustand der Seitenwandung 22 aus den Elektrodenplatten 18, den elektrisch isolierenden Tragringen 24 und den elektrisch isolierenden Dichtungsringen 30 wird der die Seitenwandung 22 bildende Stapel mit den Deckelplatten 22 mittels elektrisch isolierender Schraubbolzen 46 druckdicht verschraubt, die sich durch die genannten Löcher 38, 40, 42 und 44 elektrisch isoliert hindurch erstrecken, und auf die Schraubmuttern 48 aufgeschraubt sind. Die Schraubbolzen 46 bestehen vorzugsweise aus einem zugfesten Metall und erstrecken sich durch Isolierstoffhülsen 50 hindurch.
-
Mindestens eine Deckelplatte 22 ist mit einem Gas-Auslaßloch 52 und mit einem Elektrolyt-Einfüllloch 54 und vorzugsweise außerdem mit einem Druckmeßloch 56 ausgebildet. Das Gas-Auslaßloch 52 ist am Generator 10 oberseitig und das Elektrolyt-Einfüllloch 54 ist am Generator 10 unterseitig vorgesehen. An das in einem mittleren Bereich vorgesehene Druckmeßloch 56 kann ein Druckmeßgerät angeschlossen werden, um den Druck des bei Anlegen einer niedrigen Gleichspannung an die parallel geschalteten Elektrodenplatten 18 im Generator 10 erzeugten Brown'schen Gases zu messen. Das Brown'sche Gas wird durch das Gas-Auslaßloch 52 bspw. in ein nicht gezeichnetes Entlastungs- bzw. Speichergefäß oder an einen Gasbrenner o. dgl. ausgegeben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Generator
- 12
- Behälter (von 10)
- 14
- Natronlauge (in 12)
- 16
- Wasser (in 12 auf 14)
- 18
- Elektrodenplatten (von 10 in 12)
- 20
- Seitenwandung (von 12)
- 22
- Deckelplatten (von 12 an 20)
- 24
- Tragringe (zwischen 18 und 18)
- 26
- elektrisch isolierende Beschichtung (von 24)
- 28
- Anschlußlasche (an 18)
- 30
- elektrisch isolierende Dichtungsringe (zwischen 18 und 24)
- 32
- Standbeine (an 22)
- 34
- Elektrolytlöcher (in 18)
- 36
- Gaslöcher (in 18)
- 38
- Löcher (in 22 für 46)
- 40
- Löcher (in 18 für 46)
- 42
- Löcher (in 24 für 46)
- 44
- Löcher (in 30 für 46)
- 46
- elektrisch isolierende Schraubbolzen (zwischen 22 und 22)
- 48
- Schraubmuttern (für 46)
- 50
- Isolierstoffhülsen (für 46)
- 52
- Gas-Auslaßloch (in 22)
- 54
- Elektrolyt-Einfüllloch (in 22)
- 56
- Druckmeßloch (in 22)
