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Die
Erfindung betrifft ein Elektrolysegerät mit den im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Ein
Elektrolysegerät
der gattungsgemäßen Art
ist aus der
DE
10 2008 003 126 A1 und der
WO 2009/018814 A2 bekannt.
Aus diesen Schriften ist es ferner bekannt, den Wirkungsgrad einer
Verbrennungskraftmaschine durch Einbringung eines mit Wasserstoff
angereicherten Brennstoffes in den Verbrennungsraum zu erhöhen. Der
Wasserstoff wird in einem Elektrolysegerät aus Wasser erzeugt. Als Elektrolyt
wird beispielsweise Kaliumhydroxid in einer Konzentration von über 25%
verwendet. Vorzugsweise liegt die Konzentration über 28%, z. B. zwischen 32%
und 34%. Derartig hohe Konzentrationen führen zu einem verhältnismäßig aggressiven Elektrolyten,
was eine übermäßige Aufschäumung des
Elektrolyten und einen Austrag des katalytisch genutzten Kaliumhydroxid
bewirken kann. Durch geeignete Materialauswahl sowie durch einfache
bauliche Maßnahmen,
wie beispielsweise eine hohe Bauhöhe über dem Flüssigkeitspegel in dem Elektrolysebehälter, wird
der Aggressivität
und dem Aufschäumen
begegnet. Durch geeignete Wahl der Temperatur, des Unterdrucks,
der Konzentration des Elektrolyten sowie der Stromstärke kann
dafür gesorgt
werden, dass der Elektrolyt in dem Elektrolysebehälter gleichförmig perlt.
Es steigen also verhältnismäßig regelmäßig verteilt
kleine Gasbläschen
auf. Es kann aber auch zu sprudelnden chaotischen Gasblasenbildungen
kommen.
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Das
Perlen, aber auch das leichte Sieden, führt bei geeigneten Elektrolyten,
wie Kaliumhydroxid oder aber auch bei anderen Elektrolyten, zur
Bildung von Schaum im Schaumraum oberhalb der Elektrodenanordnung.
Die Menge an gebildetem Schaum ist im Wesentlichen vom Grad der
Blasenbildung abhängig.
Kocht der Elektrolyt, so führt
dies zu einer chaotischen Blasenbildung und es entstehen sehr große Blasen,
die hoch aufschäumen.
Letzteres kann dazu führen,
dass in vermehrtem Maße
Elektrolyt und Wasser aus dem Elektrolysebehälter in den Verbrennungsraum
ausgetragen werden, was den Verbrennungsprozess negativ beeinflusst.
Andererseits hat sich eine geringe Menge Schaum auf der Oberfläche des
Elektrolyten als vorteilhaft erwiesen. Hierdurch werden sowohl Wasserstoff
als auch Sauerstoff kurzzeitig zwischengespeichert, so dass die
Gase bei einer erhöhten
Anforderung durch die Verbrennung sehr kurzfristig auch in ausreichendem
Maße bereitstehen.
Dabei erweist sich eine Steuerung der Elektrolyse über den
Unterdruck der Verbrennungskraftmaschine als besonders vorteilhaft,
da eine Drucksenkung bei einer Verbrennungskraftmaschine unmittelbar
einen erhöhten
Bedarf an Wasserstoff und Sauerstoff auslöst. Die Elektrolyse kann aber
auch anders gesteuert werden, beispielsweise durch eine λ-Sonde.
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Um
ein Zurückhalten
des Elektrolytschaums zu erreichen, ist in dem bekannten Elektrolysegerät gemäß den genannten
Schriften mindestens in dem Behälter
ein Filter großflächig eingebaut.
Hierdurch ist es möglich,
die Verbrennungskraftmaschine innerhalb etwas großzügigeren
Betriebsbedingungen zu betreiben, und die Gefahr, dass unnötig Elektrolyt, insbesondere
auch Wasser, ausgetragen wird, in Grenzen gehalten. Es ist weiterhin
angegeben, dass insbesondere die Rückhalteeinrichtung auch eine Gasauslassöffnung in
einer Schaumraumwandung umfassen kann. Erfahrungsgemäß kann Schaum eine
enge Öffnung
nur schwer durchdringen, so dass die Schaumblasen dazu neigen, vor einem
Durchdringen durch die Öffnung
zu platzen. Auf diese Weise kann baulich besonders einfach eine
Rückhalteeinrichtung
bereitgestellt werden. Dieser Abschnitt lehrt nichts anderes, als
anstelle eines Filters im Schaumraum eine enge Öffnung als Gasaustrittsöffnung vorzusehen.
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Es
hat sich gezeigt, dass die bekannten Filteranordnungen zur Vermeidung
des Austrags von Schaum und Wasser sowie Elektrolyt aufwändig sind oder
so kleine Gasaustrittsöffnungen
notwendig machen, dass eine gewünschte
Gasaustrittsmenge zur Beimischung zum Brennstoff bzw. zu der Luft,
die vom Motor angesogen wird, nicht sichergestellt werden kann.
Insbesondere ist auch ein leichter Austausch einer verbrauchten
Filteranordnung ohne eine Demontage des Gerätes nicht möglich. Aus den genannten Schriften
ist es ferner bekannt, die Elektroden plattenförmig hintereinander anzuordnen
und die beiden äußeren Elektroden
an die Pole einer Stromversorgungsquelle anzuschließen. Es
ist ferner bekannt, die Elektroden innerhalb des Gehäuses in
einem Käfig
anzuordnen, dessen Seitenwände
Durchströmungsöffnungen
aufweisen.
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Aus
der
EP 1 397 583 B1 ist
eine Kombination eines Elektrolysegerätes mit einem Wasserbehälter bekannt,
wobei eine Steuerung vorgesehen ist, um eine kontinuierliche Zuführung von
Wasser in den Elektrolyseraum zu ermöglichen. Auch dieses Gerät dient
dazu, Wasserstoff zu erzeugen, um diesen vor dem Verbrennungsprozess
dem Brennstoff in der Verbrennungskraftmaschine beizumengen.
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Aus
der
DE 20 2007
005 963 U1 ist ein Generator für Wasser- und Sauerstoff bekannt,
bei dem der Elektrolyt durch Anlegen eines Gleichstroms an die Elektroden
Kationen und Anionenerzeugen kann, um das Wasser in Wasser- und
Sauerstoff umsetzen. Das Gerät
umfasst ein elektrolytisches Bad, das als abgeschlossener Aufnahmeraum
ausgeführt
ist und einen Ausgang sowie einen Eingang zur Einführung des
Elektrolyts und des Wassers und einen Ablass zum Ableiten des Wasser-
und Sauerstoffs aufweist. Die elektrolytische Vorrichtung weist
an der Außenseite
eine erste Elektrodenplatte, die durch Sintermetallurgie rohrförmig hergestellt
ist, auf. In diese hülsenförmige Elektrodenplatte
ist eine zweite rohrförmige
Elektrode angeordnet, die ebenfalls durch Sintermetallurgie hergestellt
ist und eine zweite Elektrode bildet. Zwischen der ersten und der
zweiten Elektrode ist ein Isolierkörper angeordnet, um die erste Elektrodenplatte
von der zweiten Elektrodenplatte zu isolieren.
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Aus
der
WO 2004/097072
A1 ist es bekannt, in einem zylinderförmigen Gehäuse die Elektroden hülsenförmig ausgebildet
ineinander gesteckt anzubringen, wobei zwischen den Elektroden definierte Zwischenräume gegeben
sind. Die innere und äußere Elektrode
sind jeweils an einem Pol einer Gleichstromversorgungsquelle angeschlossen.
Die hülsenförmigen Elektroden
sind in ringförmige
Nutenabschnitte in einem Basiskreuz und einem Kopfkreuz gelagert,
die miteinander verbunden sind. Das so gebildete Elektrodenpaket
ist in ein Gehäuse
eingesetzt.
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Ausgehend
vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Elektrolysegerät
anzugeben, das effizienter arbeitet, preiswerter herzustellen und
einfacher zu montieren ist und sicherstellt, dass Filtereinrichtungen
zum Verhindern, dass bei dem Gasaustrag Schaum oder Elektrolyt oder
Wasser mit ausgetragen wird, auf einfache Weise austauschbar sind.
Ferner soll durch gezielte Auswahl der Materialien für die einzelnen
Bauteile ein effektiver und zuverlässiger Dauerbetrieb der Zelle
gewährleistet
sein.
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Die
vorliegende Erfindung löst
die Aufgabe durch Ausgestaltung des Elektrolysegerätes gemäß der im
Anspruch 1 angegebenen technischen Lehre.
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Gemäß der Lehre
der Erfindung ist vorgesehen, dass die Filteranordnung unmittelbar
in den Auslass eingesetzt ist und eine Membranfunktion aufweist,
die das durch die Elektrolyse erzeugte Gas hindurchtreten lässt, Feuchtigkeit
und Schaum jedoch zurückhält, und
dass der Auslass unmittelbar in den Schaumraum mündet.
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Zweckmäßigerweise
kann der Auslass in der Abdeckplatte des Gehäuses vorgesehen sein, beispielsweise
ist dort eine Durchgangsbohrung mit Gewinde vorgesehen, in die ein
Anschlussstutzen zum Anschließen
eines Gasschlauches einschraubbar ist. In das gleiche Gewinde kann
auch die Filteranordnung eingeschraubt werden, wenn diese mit einem Schraubring
mit Außengewinde
versehen ist. Die Filteranordnung kann aber auch in den Anschlussstutzen
integriert sein, so dass der Anschlussstutzen mitsamt der Filteranordnung
in die Gewindebohrung von außen
einschraubbar ist. Die Filteranordnung kann auch marginal in den
Schaumraum vorstehend angeordnet sein, was von der baulichen Ausführung abhängt. Auch
kann der Auslass in der Mantelwand des Gehäuses vorgesehen sein. Zweckmäßig ist
jedoch, die Filteranordnung in der Abdeckplatte oder der Mantelwand
versenkt anzubringen bzw. in den Anschlussstutzen zu integrieren.
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Es
ist ersichtlich, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein einfacher
Austausch der Filteranordnung möglich
ist, ohne dass das Elektrolysegerät demontiert werden muss. Der
Austausch ist z. B. notwendig, wenn die Filterporen verschlossen sind,
beispielsweise durch Aushärten
von Schaumrückständen.
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In
einfachster Ausfertigung besteht die Filteranordnung aus mindestens
einem ein- oder mehrlagigen Feinsieb aus Draht oder Kunststoff,
das mindestens auf der zum Schaumraum hingewandten Seite mit einem
präparierten
Kunststoffelastomer, vorzugsweise einen Silikonelastomer, beschichtet
ist. Beispielsweise kann ein Zweikomponentensilikonkautschuk hierzu
verwendet werden, in dessen Silikonharzkomponente Silikonentschäumer zu
einem Anteil von minimal 8% und maximal 35% gemischt wird. Ein solches
Silikonelastomer hat an sich schon eine Antischäumwirkung; durch die Einlagerung
von Entschäumern
in die Elastomerstruktur wird die Wirkung jedoch deutlich verstärkt. Das
auf das Sieb aufgebrachte Kunststoffelastomer hat darüber hinaus die
Eigenschaft, dass es das Gas hindurchtreten lässt. Es wirkt wie eine Membran
und weist Feinstlöcher
auf, durch die Wasser oder Schaum nicht hindurchzutreten vermag.
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Ein
Silikonelastomer wird bekanntlich als Kitt zum Abdichten verwendet. Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass ein solcher Kitt in bearbeiteter Form bestens
zur Bildung dieser dünnen
Membranschicht geeignet ist. Ein solches beschichtetes Sieb kann
beispielsweise in einen Schraub- oder Spannring eingelegt und mit
einem Konterring darin fixiert werden. Der Schraubring ist in die
Gewindebohrung des Auslasses einschraubbar. Zur leichteren Handhabung
kann entweder ein ringförmiger
Schraubenkopf vorgesehen oder auch ein Schraubkreuz angebracht sein,
auf das ein Schraubwerkzeug aufsteckbar ist. Der Einsatz kann aber
auch unmittelbar in den einschraubbaren oder einpressbaren Anschlussstutzen
für den
Gasschlauch eingesetzt sein. Der Stutzen, der in die Bohrung oder
Gewindebohrung des Auslasses eingesetzt wird, weist hierzu entsprechende
Lagerungsstellen für
den Filter auf. Die Filteranordnung kann aber auch zwei beabstandet
zueinander angeordnete, eine Filterkammer bildende Begrenzungselemente
aufweisen. Die Begrenzungselemente können ebenfalls aus einem Feinsieb
oder auch aus Gewebe, Geflecht und/oder Vlies bestehen. Sie sind
strukturell so aufgebaut wie die zuvor beschriebene Filteranordnung
mit der Siebstruktur. In die begrenzte Filterkammer kann ein Filtergranulat eingegeben
werden, beispielsweise poröse
oder andere Kugeln aus unterschiedlichen Materialien, die das Gas
zwar durch die Zwischenräume
hindurchlassen, Feuchtigkeit oder Wasser jedoch zurückhalten. Es
können
auch kleine Kunststoffkügelchen
in dem Hohlraum als Filtermaterial enthalten sein. Um die Effizienz
eines solchen Filters zu erhöhen
und gänzlich den
Austritt von Schaum und Feuchtigkeit zu vermeiden, kann darüber hinaus
auf der dem Schaumraum zugewandten Seite das Begrenzungselement
mit einem Kunststoffelastomer beschichtet sein, wie dies oben beschrieben
ist. Anstelle der Filterkammer mit beschicktem Filtermaterial aus
Schüttgut
kann aber auch ein poriger gasdurchlässiger Blockfilter eingesetzt
sein, der beispielsweise der Innenkontur der Filterkammer angepasst
ausgebildet ist. In der Regel handelt es sich hier um zylinderförmige Filterkammern,
die im Stutzen vorgesehen sind oder als separates Element in einem
Einschraubteil enthalten sind. Der Filter kann auch als Schraubfilter
oder als einrast- oder einklemmbarer Filter ausgeführt sein,
der mit Hilfe eines Werkzeuges aus der Aufnahme herausziehbar ist,
wenn er gewechselt werden soll.
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Vorteilhafte
weitere Ausgestaltungen der Erfindung und bauliche Anordnungen der
Elektroden und des Filters sind in den Unteransprüchen im
Detail angegeben.
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Die
Hauptelektroden bestehen aus massivem metallischen Material mit
möglichst
geringem elektrischen Widerstand. Die im elektrischen Potentialfeld
liegenden Elektroden können
aus einem weniger gut leitendem Material bestehen, da eine durch Spannungsabfall
bedingte Erwärmung
dort nicht stattfindet. Es bietet sich Kohlenstoff als Elektrodenmaterial
an, da dieses Material sich elektrolytisch nicht abträgt. Um eine
möglichst
große
Oberfläche
zu schaffen, d. h., die Elektroden möglichst effektiv bezüglich der
Gasausbeute zu gestalten, werden die Elektroden aus ein oder mehreren
Lagen Kohlefasermatten hergestellt. Die Festigkeit der Kohlefaserelektroden
wird durch Randverklebungen mit laugenbeständigen Klebern, wie Epoxidharzen,
erreicht. Zwischen den einzelnen Elektroden sind Abstandshalter aus
nicht elektrisch leitendem Material angebracht, um Kurzschlüsse durch
Verformen der Elektroden zu vermeiden.
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Aufgrund
der Flexibilität
der Kohlefasermatten lassen sich Elektroden ganz beliebiger Geometrie
herstellen. Die bevorzugten Elektrodengeometrien sind Platten und
Zylinder. Zylinderförmige
Elektroden können
in einfacher Weise gewickelt werden, indem anfangs eine Bahn hergestellt
wird, die abwechselnd aus entsprechenden Teilstücken an Kohlefasermatten und
Kunststoffnetzmatten besteht. Abstandshalter können mit der Kunststoffnetzmatte
verklebt werden. Anschließend
wird die heterogene Bahn entsprechend gewickelt. Das Kunststoffnetz verhindert
darüber
hinaus das Austreten einzelner Kohlefasern, die Kurzschlüsse erzeugen
können.
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Kohlenstoff
ist bezüglich
Korrosion während der
Elektrolyse im Gegensatz zu üblichen
Metallelektroden inert. Die große
Oberfläche – bedingt
durch die Faserstruktur – verbessert
die Gasausbeute und erlaubt die Konstruktion kleinerer Geräte bei gleicher Leistung.
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Um
den Nutzen des Elektrolysegerätes
zu erhöhen,
ist ferner vorgesehen, dass die Elektroden z. B. in einer Basisplatte
aus Kunststoff in Nuten einerseits und in korrespondierend angeordneten
Nuten in einer Deckplatte andererseits eingesetzt sind, dass in
der Basis- und der Deckplatte Schlitze oder Löcher eingebracht sind, dass
die Basisplatte beabstandet zum Boden des Gehäuses angeordnet ist und dass
der Pegel des Elektrolyten mit dem Wasser bis in den Schaumraum
hineinreichend vorgesehen ist.
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Diese
bauliche Anordnung hat den Vorteil, dass eine natürliche Zirkulation
des Elektrolyts gegeben ist und die Elektrolyse sich auf den Bereich
der Elektrode beschränkt.
Innerhalb des Elektrolysebehälters
sind hierzu plattenförmige
Elektroden angeordnet, die in Reihe angeordnet sein können oder aber
auch als in Hülsenform
ineinandergesteckt angeordnet sein können. Eine der beiden äußeren Elektroden
ist mit einem Pluspol einer Batterie oder einer anderen Stromversorgungsquelle
verbunden, die beispielsweise im Kraftfahrzeug vorhanden ist und eine
12-Volt- oder eine 24-Volt-Batterie sein kann, während die andere der beiden äußeren Platten
mit dem Minuspol verbunden ist. Die übrigen Platten sind im Wesentlichen
gleichförmig
verteilt zwischen den beiden äußeren Platten
angeordnet. Auf diese Weise bildet sich zwischen den Platten ein
Spannungsgefälle,
das verbunden mit den Elektrolyten den Kationen- und Anionenstrom
auslöst,
um elektrolytisch aus dem beigefügten
Wasser H2O als Gas herauszulösen.
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Vorrichtungen,
die mit Hilfe von elektrischem Strom Knallgas erzeugen, sind Stand
der Technik. Bei Einstellung eines Elektrodenpotentials von < 2 V entsteht aus
einer wässrigen
Lösung
von Natrium- oder Kaliumhydroxid anstelle von Knallgas eine Gasmischung,
die sich in den Eigenschaften von Knallgas grundlegend unterscheidet.
Dieses Gas kann aufgrund der besonderen Eigenschaften den Verbrennungsprozess
in dem Verbrennungsmotor schon bei relativ niedriger Temperatur
anstoßen,
wodurch eine Optimierung der Verbrennung erzielbar ist. Während Knallgas
aus stöchiometrischen
Teilen an molekularem Sauerstoff und molekularem Wasserstoff besteht,
handelt es sich bei dem genannten Gas um eine Mischung aus molekularem
Sauerstoff und wasserstabilisierten Wasserstoffatomen. Sie sind
für sich
allein instabile Radikale, die aber über Wassermoleküle durch
delokalisierte Bindungen stabilisiert werden können.
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Die
Zelle besteht aus zwei Hauptelektroden, die direkt mit einer Spannungsquelle
(Autobatterie) verbunden sind. Diese Elektroden müssen aus
gut leitendem Material bestehen, um Wärmebildung durch Spannungsverluste
weitgehend zu vermindern. Zwischen den Hauptelektroden werden weitere Elektroden
angeordnet, die aber weder untereinander noch mit einer der Hauptelektroden
verbunden sind. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass bei Anlegen
einer Spannung an den Hauptelektroden zwischen den einzelnen Elektroden
eine weitgehend konstante Potentialdifferenz besteht. Im Falle einer Autobatterie
als Spannungsquelle werden neben den beiden Hauptelektroden noch
fünf weitere
Elektroden erforderlich, um eine Potentialdifferenz von < 2 V zu erreichen.
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Zu
einem praxisgerechten Dauerbetrieb einer solchen Zelle sind für die einzelnen
Bauteile besondere Materialien und Vorrichtungen erforderlich.
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Durch
die Erfindung wird vermieden, dass sich Metallelektroden im Dauerbetrieb
langsam elektrolytisch abbauen. Ferner wird die Schaumbildung effektiv
unterbunden, da die Blasen beim Anstoßen an den Filter bzw. die
Membran zerplatzen.
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Zweckmäßig ist
es, die Mantelwand des Gehäuses
zugleich als Elektrode auszubilden, um beispielsweise einen Minuspol
einer Batterie eines Kraftfahrzeuges anzuschließen. Um eine gute Wärmeabfuhr
zu ermöglichen,
kann die Mantelwand beispielsweise aus Kupfer bestehen. Damit die
Elektroden als Paket verbaut werden können, ist ferner vorgesehen,
dass diese zwischen einer Basis- und einer Deckplatte angeordnet
sind. Die beiden Platten weisen zur Aufnahme Nuten auf, in die die
Elektroden eingestellt werden. Beide Platten werden über Spannelemente,
z. B. Gewindeschraubstangen, zusammengehalten, wobei eine Gewindeschraubstange auch
an einer Elektrode anliegen kann und somit mit dem anderen Pol der
Batterie verbindbar ist. Die elektrolytische Wirkung soll ausschließlich zwischen den
Elektroden auf das eingegebene Wasser ausgeübt werden. Das Wasser kann
je nach Verbrauch dosiert nachgefüllt werden.
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Zur
besseren Zirkulation des Elektrolyt-Wassergemisches bei der Elektrolyse
ist ferner bei einer hülsenförmigen Ausprägung der
Elektroden mittig in der Basis- und der Deckplatte ein Durchbruch
vorgesehen. Darüber
hinaus weisen die Platten weitere Schlitze und Bohrungen auf, damit
die Flüssigkeit durchtreten
kann. Oberhalb der Elektrodenanordnung befindet sich der Schaumraum,
in dem das Gas zunächst
zwischengespeichert wird und dann über den Auslass gefiltert an
den Verbrennungsmotor abgebbar ist. Das generierte Gas wird zweckmäßigerweise
vor dem Ansaugfilter des Motors der Luft zugegeben, wodurch der
natürliche
Verbrennungsprozess optimiert werden kann.
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Es
hat sich gezeigt, dass durch das von dem Elektrolysegerät erzeugte
Gas bei einem Ottomotor 50% bis ca. 90% weniger CO, HC und NOX bei der Verbrennung entsteht und bei einem
Dieselmotor die Feinstaubpartikel und Stickoxide wesentlich reduziert werden.
Die Anordnung der Elektroden vermeidet die Bildung von Strombrücken und
damit Kurzschlüssen, weil
die Abstände
definiert sind. Die Arretierungsnuten dienen zur festen Verankerung
und Führung
der Elektroden.
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Durch
den Gesamtaufbau und der Filterung des Gases im Auslassbereich ist
auch bei längerem Gebrauch
eine Elektrolyse mit dem Gerät
gewährleistet.
Das Gerät
weist eine hohe Lebensdauer auf und im Bedarfsfall können die
Filteranordnungen auf einfache Weise ausgetauscht werden. Wärmestau und Überhitzung
werden durch den freien Elektrolytdurchfluss weitestgehend vermieden.
Die Kunststoffelastomerbeschichtung des Filters bewirkt, dass die Oberflächenspannung
im Gasstrom mitgeführter
und auf das Kunststoffelastomer auftreffender Schaumblasen aufgehoben
wird, wodurch diese platzen. Die flüssigen Bestandteile werden
zurückgehalten
und z. B. in den Elektrolysebehälter
zurückgeführt. Die
gasförmigen
Bestandteile können
dann durch den Filter austreten.
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Versuche
haben gezeigt, dass die Elektroden auch aus Edelstahl bestehen können. Auch
können
Nickelelektroden eingesetzt werden. Versuche mit Elektroden aus
einem Stützgewebe
oder Geflecht aus Kohlefasern haben gezeigt, dass die Effizienz der
Elektrolyse hier wesentlich verbessert werden kann. Darüber hinaus
sind solche Elektroden außerordentlich
leicht, so dass das Elektrolysegerät als leichte Baueinheit in
ein Kraftfahrzeug, z. B. einen PKW oder auch in ein Motorrad, eingebaut
werden kann. Als Elektrolyt können
verschiedene bekannte Elektrolyte, z. B. Natrium- oder Kaliumhydroxid,
verwendet werden.
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Um
eine Überhitzung
bei der Elektrolyse zu vermeiden, kann der Gehäusemantel auch als Hohlraum
ausgebildet und mit einer Kühlflüssigkeit
befüllt sein.
Diese kann statisch eingebracht werden oder auch permanent nachgekühlt werden.
Bei zylinderförmiger
Anordnung und auch bei Blockanordnung mittels Platten sind die Elektroden
in einem zylinder- oder quaderförmigen
Gehäuse
verbaubar, das neben dem Boden auch eine Abdeckplatte aufweist. Über Stutzen
an der Abdeckplatte, die obenseitig angeordnet sind, können die
Verbindungsleitungen für
die Wasserzufuhr sowie für
die Gasabfuhr angeschlossen sein. Des Weiteren können die elektrischen Kontakte
an der Abdeckplatte innen- und auch außenseitig vorgesehen sein,
um die Stromverbindungen zu den beiden äußeren Elektroden einerseits
und der Stromquelle andererseits herstellen zu können. Die inneren und äußeren Elektroden
können über Schraub-,
Rast- oder Klemmkontakte mit den Polen einer Stromversorgungsquelle
verbunden sein. Außenseitig
kann ein Steckkontakt vorgesehen sein, um beim Ausbau des Gerätes eine
leichte Trennung von der Stromversorgung vornehmen zu können.
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Wird
das Elektrolysegerät
im Winter eingesetzt oder in Motoren mit hoher Kühlung, so hat es sich als zweckdienlich
erwiesen, den Elektrolyten mit dem Wasser auf eine bestimmte Reaktionstemperatur
zu bringen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass in den doppelwandigen
Mantel anstelle eines Kühlmittels
auch erwärmte
Flüssigkeiten,
wie das Kühlwasser
des Motors, eingebracht werden kann. Auch ist es möglich, auf
eine Mantelwand eine Rohrleitung oder einen Widerstandsdraht aufzubringen,
um hierüber
die Prozesswärme
des Elektrolysegerätes
einstellen zu können.
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Auch
ist es möglich,
sowohl zum Erwärmen als
auch zum Abkühlen
elektrische oder flüssige Heizmittel
direkt in dem Gehäuse
vorzusehen bzw einzubringen. Hierzu können beispielsweise in ein Rohr
eingesetzte Widerstandsheizdrähte
verwendet werden oder durch ein Rohr, das durch den Elektrodenraum
geführt
ist, eine erwärmte
Flüssigkeit
hindurchgeleitet werden. Die Erwärmung
des Elektrolyten führt
auch zu einer stärkeren
Umwälzung
der Elektrolytflüssigkeit.
Anstelle eines Widerstandsdrahtes als Wärmequelle kann auch eine Glühkerze oder eine
Glühkerzenstrecke
vorgesehen sein. Um die Prozesstemperatur der Elektrolytflüssigkeit
zu regeln, sind entsprechende Steuereinrichtungen vorgesehen. Diese
Steuereinrichtungen können
auch so ausgelegt sein, dass die Elektrolyse selbst erst einsetzt,
wenn der Verbrennungsmotor bereits arbeitet. Dadurch wird verhindert,
dass sich das Verbrennungsgas unbeabsichtigt bilden kann.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
ergänzend
erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 in
einer perspektivischen Darstellung mit einem herausgenommenen Segment
ein Elektrolysegerät
nach der Erfindung mit rundem, zylinderförmigem Gehäuse,
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2 einen
Querschnitt im verkleinerten Maßstab
durch das in 1 dargestellte Gehäuse ohne
Anschlussstutzen,
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3 einen
Auszug aus dem unteren Bereich des Gehäuses (Kreis B aus 2)
und
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4 eine
Schnittzeichnung durch die Abdeckplatte mit eingesetztem Auslassstutzen
und Filteranordnung nach der Erfindung.
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In
der perspektivischen Darstellung in 1 ist ein
Ausschnitt eines Elektrolysegerätes
nach der Erfindung dargestellt. Zur Verdeutlichung des Aufbaus ist
ein Segment herausgenommen worden.
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Die
Darstellung zeigt ein Gehäuse 1,
das im Wesentlichen aus einer Mantelwand 15 gebildet ist; diese
Mantelwand 15 besteht beispielsweise aus Kupfer und ist
zugleich die äußere Elektrode
der Elektrodenanordnung des Elektrolysegerätes. Die Mantelwand 15 ist
abgedichtet an der Bodenplatte 14 befestigt. Auf der Bodenplatte 14 liegt
im Innenraum ein Abstandsring 19 auf, der einen Hohlraum
zwischen der Bodenplatte 14 und der sich darüber befindlichen
Basisplatte 9 sicherstellt. Die Basisplatte 9 weist
obenseitig Arretierungsnuten 11 auf, die im gleichen Abstand
parallel angeordnet sind. In diese Arretierungsnuten 11 sind
hülsen-
oder rohrförmige
Elektroden 2 eingesetzt, wie aus der Darstellung ersichtlich.
Sie werden durch die Nuten 11 in ihrer Lage fixiert, so
dass Kurzschlüsse
zwischen den benachbarten Platten vermieden werden. Obenseitig sind die
rohrförmigen
Elektroden 2 ebenfalls in Nuten 12 gelagert, die
in einer Deckplatte 10 angeordnet sind. Die Nuten 11 und 12 sind
nicht gänzlich
umlaufend vorgesehen, sondern auf Segmentabschnitten, während die
Zwischenräume
durch Schlitze 13 freigeschnitten sind, die ein Durchströmen des
mit Wasser angereicherten Elektrolyts ermöglichen. Eine entsprechende
geschlitzte Anordnung ist auch in der Basisplatte 9 vorgesehen,
was aus Vereinfachungsgründen
nicht dargestellt ist.
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Sowohl
in der Basisplatte 9 als auch in der Deckplatte 10 sind
ferner Durchbrüche 24 zentrisch eingebracht,
so dass auch hierüber
ein Strömungsverhalten
des Elektrolyten mit dem Wasser sichergestellt ist. Oberhalb der
Deckplatte 10 ist ein Schaumraum 5 vorgesehen,
in welchem der bei der Elektrolyse entstehende Schaum sich aufbauen
kann, der zugleich aber auch das durch die Elektrolyse erzeugte
Gas speichert. Obenseitig abgeschlossen ist das Gehäuse 1 durch
eine Abdeckplatte 17, die mittels verteilt angeordneter
Schraubverbinder 22 an einem Flansch 25 des Gehäuses 1 angeschraubt
ist. In der Abdeckplatte 17 befindet sich eine Gewindebohrung als
Auslass 4 für
das Gas. In diese Gewindebohrung ist eine Filteranordnung 6 innenseitig
eingeschraubt. Obenseitig ist ein Anschlussstutzen 8 eingeschraubt, auf
den ein Schlauch zur Entnahme des Gases und zur Zuführung desselben
in die Luftzufuhr des Verbrennungsmotors vor dem Ansaugfilter anschließbar ist.
Des Weiteren ist eine Bohrung als Einlass 3 vorgesehen, über die
der Elektrolyt und das Wasser bedarfsweise nachgefüllt werden,
das durch die Elektrolyse in seine Gasbestandteile zerlegt werden
soll.
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1 zeigt
ferner, dass die Basisplatte 9 mit der Deckplatte 10 über Spannmittel 16,
nämlich
Gewindestangen, miteinander verbunden ist, so dass die Elektrodenanordnung
als Block in das Gehäuse 1 von
oben bei abgenommener Abdeckplatte 17 einsetzbar ist. Es
ist ferner aus der Abbildung ein Kontaktstab 20 zu sehen,
der an der Innenseite der inneren Flächenelektrode anliegt und hierüber einen elektrischen
Kontakt zu derselben herstellt. Die Mantelwand 15, die
zugleich die äußere Elektrode
bildet, ist beispielsweise über
einen nicht dargestellten Kontakt mit dem Minuspol der Batterie
eines Kraftfahrzeuges verbunden, während der Kontaktstab 20 über einen
kopfseitigen Schraubkontakt mit dem Pluspol der Batterie verbunden
ist, so dass sich zwischen den benachbarten Elektroden Spannungen
aufbauen können,
die zusammen mit dem Elektrolyt zu der Elektrolyse des Wassers führen. Mittig
ist ein Messfühler 21 vorgesehen,
der mit einem Schwimmer 23 zusammenwirkt und zur Steuerung
der Nachführung des
Wassers und/oder Elektrolyten dient.
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Aus 2 ist
in einem Querschnitt der Aufbau des Elektrolysegerätes ebenfalls
ersichtlich. Insbesondere ist zu sehen, dass der Kontaktstab 20 an der
inneren Elektrode 2 anliegt oder angeschweißt ist.
Ebenso ist untenseitig ersichtlich, dass ein Abstandsring 19 eingezogen
ist (in 3 vergrößert dargestellt), um einen
Zwischenraum zum Boden 14 innerhalb des Gehäuses 1 herzustellen.
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In 4 ist
die erfindungsgemäß ausgebildete
Filteranordnung 6 vergrößert dargestellt,
die in die Gewindebohrung des Gasauslasses eingeschraubt ist. Die
Filteranordnung 6 besteht im Wesentlichen aus einem Feinsieb 7,
das mit einem Silikonelastomer an der Unterseite beschichtet ist.
Das Feinsieb 7 dient als Träger, während dem Silikonelastomer
eine Membranfunktion zukommt. Der Filter 6 lässt das
Gas, das durch die Elektrolyse entstanden ist, durch, so dass dieses über den
Anschlussstutzen 8 in einen Schlauch einleitbar ist, der
nicht dargestellt ist. Es ist aus der Darstellung ersichtlich, dass
sowohl der Anschlussstutzen 8 als auch die Filteranordnung 6 auf
einfache Weise aus der Gewindebohrung heraus schraubbar und austauschbar
sind.
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Eine
Abdichtung 18 dient, wie aus 2 ersichtlich,
zum Abdichten des Schaumraumes 5.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Elektrode
- 3
- Einlass
- 4
- Auslass
- 5
- Schaumraum
- 6
- Filteranordnung
- 7
- Feinsieb
- 8
- Anschlussstutzen
- 9
- Basisplatte
- 10
- Deckplatte
- 11
- Nuten
- 12
- Nuten
- 13
- Schlitze
- 14
- Boden
- 15
- Mantelwand
(Elektrode)
- 16
- Spannmittel
- 17
- Abdeckplatte
- 18
- Dichtung
- 19
- Abstandsring
- 20
- Kontaktstab
mit Schraubkontakt
- 21
- Messfühler mit
Schwimmer
- 22
- Schraubverbinder
- 23
- Schwimmer
- 24
- Durchbruch
- 25
- Flansch