DE102019107872A1 - Gas generator for generating hydrogen-oxygen mixed gas and device for fuel enrichment for an internal combustion engine - Google Patents

Gas generator for generating hydrogen-oxygen mixed gas and device for fuel enrichment for an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen nach dem Prinzip der Wasserelektrolyse arbeitenden Gasgenerator, der ein Wasser-Sauerstoff-Mischgas (8) mit weitgehend konstanter Menge pro Zeiteinheit bereitstellt, sowie eine Vorrichtung zur Anreicherung des Kraftstoffs in Verbrennungskraftmaschinen. Der Gasgenerator umfasst eine mit einem wasserhaltigen Elektrolyten (7) gefüllte Elektrolysezelle (1), die einen Stapel aus mehreren geometrisch identisch ausgebildeten Elektrolysekompartimenten (13) aufweist. Der Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung mit dem Gasgenerator eignet sich neben der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs von Verbrennungsmotoren zur Verbesserung der Abgaswerte und zur Verringerung der Verbrennungsrückstände in Motorräumen.The invention relates to a gas generator operating on the principle of water electrolysis, which provides a water-oxygen mixed gas (8) with a largely constant amount per unit of time, and a device for enriching the fuel in internal combustion engines. The gas generator comprises an electrolysis cell (1) which is filled with a water-containing electrolyte (7) and has a stack of a plurality of geometrically identical electrolysis compartments (13). The device for fuel enrichment with the gas generator is not only suitable for reducing the fuel consumption of internal combustion engines, but also for improving exhaust gas values and reducing combustion residues in engine compartments.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator zur Erzeugung eines Wasser-Sauerstoff-Mischgases, welches mittels einer Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung dem Kraftstoff-Luftgemisch von Verbrennungskraftmaschinen beimischbar ist.The invention relates to a gas generator for generating a water-oxygen mixed gas which can be added to the fuel-air mixture of internal combustion engines by means of a device for fuel enrichment.

Bekannt ist, Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas mittels sogenannter HHO-Zellen zu erzeugen, die durch Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten. Die in diesen Zellen als Platten ausgebildeten Elektroden befinden sich in einem gasdichten Gefäß (Nasszelle) oder bilden selbst ein gasdichtes Gefäß (Trockenzelle).It is known to generate hydrogen-oxygen mixed gas by means of so-called HHO cells, which split water into hydrogen and oxygen by electrolysis. The electrodes, which are designed as plates in these cells, are located in a gas-tight container (wet cell) or form a gas-tight container (dry cell) themselves.

Während eine Nasszelle den Elektrolyt in einer Art Wanne hält, muss die Trockenzelle stetig mit Wasser gespeist werden, um deren Austrocknen und Überhitzen zu vermeiden. Aus einem mit der Zelle über einen Wasserzulauf verbundenen Wasserbehälter, der oberhalb der Trockenzelle angebracht ist, kann das Wasser schwerkraftbedingt in das Innere der Trockenzelle fließen.While a wet cell holds the electrolyte in a kind of tub, the dry cell has to be constantly fed with water to prevent it from drying out and overheating. The water can flow into the interior of the dry cell due to gravity from a water tank connected to the cell via a water inlet, which is attached above the dry cell.

Jede Art der HHO-Zelle besitzt anodisch und kathodisch gepolten Elektroden, die in geringem Abstand voneinander angeordnet sind (meist 1,5 mm - 3 mm). Die Elektroden einer Trockenzelle sind oben und unten mit Löchern oder Schlitzen versehen, damit sich das Wasser in der gesamten Zelle verteilen und das Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas entweichen kann. Mit einer Gummidichtung in Ringform werden die Elektroden auf Abstand zueinander gehalten. Elektroden und Gummiringe bilden so das Gefäß der Trockenzelle, in der das Wasser elektrolysiert wird. Jede Trockenzelle hat einen Wassereinlauf (unten) und einen Gasauslass (oben). Zelle und Wasserbehälter bilden einen Kreislauf, in dem stetig Wasser aus dem Wasserbehälter in die Zelle fließt und gleichzeitig Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas, vermischt mit Wasser, in den Wasserbehälter zurückströmt. Dieser Kreislauf dient neben der Versorgung der Trockenzelle mit Wasser auch ihrer Kühlung.Every type of HHO cell has anodically and cathodically polarized electrodes, which are arranged at a small distance from one another (usually 1.5 mm - 3 mm). The electrodes of a dry cell are provided with holes or slits at the top and bottom so that the water can be distributed throughout the cell and the hydrogen-oxygen mixed gas can escape. The electrodes are kept at a distance from one another with a rubber seal in the form of a ring. Electrodes and rubber rings thus form the vessel of the dry cell in which the water is electrolyzed. Each dry cell has a water inlet (below) and a gas outlet (above). The cell and the water tank form a cycle in which water flows continuously from the water tank into the cell and at the same time the hydrogen-oxygen mixed gas, mixed with water, flows back into the water tank. In addition to supplying the dry cell with water, this circuit also serves to cool it.

Durch Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas ist es möglich, den Verbrauch des originären Kraftstoffs durch die effektivere Verbrennung des angereicherten Kraftstoffs im Verbrennungsraum zu senken. Einen Gasgenerator mit HHO-Zelle, der zur Kraftstoffanreicherung in Verbrennungskraftmaschinen genutzt wird, offenbart beispielsweise EP 1 967 614 A2 .By enriching the fuel-air mixture in the intake tract of an internal combustion engine with the hydrogen-oxygen mixed gas, it is possible to reduce the consumption of the original fuel through the more effective combustion of the enriched fuel in the combustion chamber. A gas generator with an HHO cell, which is used for fuel enrichment in internal combustion engines, is disclosed, for example EP 1 967 614 A2 .

Ein Nachteil der am Markt derzeit verfügbaren HHO-Trockenzellen ist, dass zwischen baugleichen Produkten große Leistungsunterschiede in Bezug auf die Mischgaserzeugung auftreten. Zudem neigen bekannte HHO-Trockenzellen zur Überhitzung.A disadvantage of the HHO dry cells currently available on the market is that there are large differences in performance with regard to mixed gas generation between identical products. In addition, known HHO dry cells tend to overheat.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen und einen nach dem Prinzip der Wasserelektrolyse arbeitenden Gasgenerator bereitzustellen, der Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas mit weitgehend konstanter Menge pro Zeiteinheit (Gasrate) liefert.It is therefore the object of the invention to eliminate these disadvantages and to provide a gas generator operating on the principle of water electrolysis, which supplies hydrogen-oxygen mixed gas with a largely constant amount per unit of time (gas rate).

Diese Aufgabe wird durch eine Gasgenerator mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung nach Anspruch 9 gelöst; zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 sowie 10 aufgeführt.This object is achieved by a gas generator with the characterizing features of claim 1 and a device for fuel enrichment according to claim 9; Expedient developments of the invention are listed in claims 2 to 8 and 10.

Nach Maßgabe der Erfindung umfasst der Gasgenerator zur Erzeugung eines Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgases eine mit einem wasserhaltigen Elektrolyten gefüllte Elektrolysezelle. Diese besitzt einen Stapel aus mehreren parallel zueinander angeordneten, elektrisch leitfähigen Elektrodenplatten. Jede der Elektrodenplatten weist zu jeder ihrer im Stapel benachbarten Elektrodenplatten einen definierten Elektrodenabstand auf. Der Elektrodenabstand ist mittels eines jeweils im Bereich der Plattenränder zwischen den benachbarten Elektrodenplatten angeordneten elektrisch isolierenden Abstandshalters eingestellt. Die Maßtoleranz des Elektrodenabstands beträgt ± 0,1 mm und die maximale Parallelitätsabweichung der gegenüberliegenden Oberflächen zweier im Stapel benachbarter Elektrodenplatten 0,1 mm.According to the invention, the gas generator for generating a hydrogen-oxygen mixed gas comprises an electrolysis cell filled with a water-containing electrolyte. This has a stack of several parallel, electrically conductive electrode plates. Each of the electrode plates has a defined electrode spacing from each of its adjacent electrode plates in the stack. The electrode spacing is set by means of an electrically insulating spacer arranged in each case in the area of the plate edges between the adjacent electrode plates. The dimensional tolerance of the electrode spacing is ± 0.1 mm and the maximum parallelism deviation of the opposing surfaces of two adjacent electrode plates in the stack is 0.1 mm.

Jeder der Abstandshalter ist eine Umfangsdichtung eines zwischen jeweils zwei benachbarten Elektrodenplatten ausgebildeten, mit dem Elektrolyt gefüllten Elektrolysekompartiments. In den Elektrolysekompartimenten findet an den Elektrodenplatten bei bestimmungsgemäßen Betrieb die Zersetzung des im Elektrolyt befindlichen Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff statt. Als Elektrolyt dient beispielsweise destilliertes Wasser; vorzugsweise wird eine zweiprozentige wässrige Kaliumhydroxidlösung verwendet.Each of the spacers is a circumferential seal of an electrolysis compartment which is formed between two adjacent electrode plates and is filled with the electrolyte. In the electrolysis compartments the decomposition of the water in the electrolyte into hydrogen and oxygen takes place on the electrode plates during normal operation. Distilled water, for example, serves as the electrolyte; preferably a two percent aqueous potassium hydroxide solution is used.

Jede der Elektrodenplatten weist mindestens einen Elektrodenplattendurchbruch auf, der den Durchfluss des Elektrolyten zwischen den Elektrolysekompartimenten gewährleistet.Each of the electrode plates has at least one electrode plate opening which ensures the flow of the electrolyte between the electrolysis compartments.

Um den Wasseranteil des Elektrolyten elektrolytisch zu spalten, ist die Elektrolysezelle in bekannter Weise an eine Gleichstromquelle angeschlossen, die die elektrische Energie zur Wasserelektrolyse bereitstellt. Die Elektrolysezelle kann mit einer im Kraftfahrzeugbetrieb üblichen Betriebsspannung von 12 V oder 24 V und einem Strom von 20 A betrieben werden.In order to split the water content of the electrolyte electrolytically, the electrolysis cell is connected in a known manner to a direct current source which provides the electrical energy for the water electrolysis. The electrolysis cell can be operated with an operating voltage of 12 V or 24 V and a current of 20 A, which is common in motor vehicle operation.

Die Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung für eine Verbrennungskraftmaschine weist neben dem Gasgenerator eine Gaszuführleitung zur Zuführung des Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgases in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine auf. Mittels eines Dosierventils, welches über eine Steuerungsvorrichtung gesteuert ist, ist der Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgasstrom durch die Gaszuführleitung regulierbar, d. h., ein im Ansaugtrakt strömendes Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mittels der Steuervorrichtung und des Dosierventils mit dem Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas in einer vorgegebenen Menge pro Zeiteinheit (Gasrate) angereichert.The device for fuel enrichment for an internal combustion engine has, in addition to the gas generator, a gas supply line for supplying the hydrogen-oxygen mixed gas into an intake tract of the internal combustion engine. The hydrogen-oxygen mixed gas flow through the gas supply line can be regulated by means of a metering valve, which is controlled by a control device, that is, a fuel-air mixture flowing in the intake tract is mixed with the hydrogen-oxygen mixed gas in one by means of the control device and the metering valve specified amount per unit of time (gas rate) enriched.

Die elektrische Energie kann mittels eines an die Verbrennungskraftmaschine angeschlossenen Stromgenerators und/oder einer Batterie bzw. eines Akkumulator bereitgestellt werden.The electrical energy can be provided by means of an electricity generator connected to the internal combustion engine and / or a battery or an accumulator.

Ein Vorteil des offenbarten Gasgenerators ist, dass die Mischgaserzeugung mit hoher Konstanz bzw. nur geringfügen Schwankungen der Gasrate erfolgt. Infolge der baugleichen bzw. identischen Elektrolysekompartimenten herrschen sehr homogene Bedingungen innerhalb der Elektrolysezelle des Gasgenerators. Dies verhindert, dass es in bestimmten Bereichen zu Überhitzungen - gefolgt vom Einbruch der Gaserzeugung - kommt. Besonders vorteilhaft wirkt sich diese Konstanz der Gaserzeugung auf Unterschiede zwischen baugleichen Ausführungen der Gasgeneratoren aus: Offenbarungsgemäß hergestellte Gasgeneratoren zeigen kaum Bau- bzw. Chargenschwankungen.One advantage of the disclosed gas generator is that the mixed gas is generated with a high degree of constancy or only slight fluctuations in the gas rate. As a result of the structurally identical or identical electrolysis compartments, very homogeneous conditions prevail within the electrolysis cell of the gas generator. This prevents overheating in certain areas - followed by a drop in gas generation. This constancy of gas generation has a particularly advantageous effect on differences between structurally identical designs of gas generators: gas generators produced according to the disclosure show hardly any construction or batch fluctuations.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung ist es möglich, Kraftstoffeinsparungen von 30 % bis 35 % zu erreichen. Durch die effizientere Verbrennung im Brennstoffraum einer Verbrennungskraftmaschine benötigt diese weniger originären Kraftstoff, um die gleiche Leistung bereitzustellen. Die Standardregler der Verbrennungskraftmaschinen drosseln bei Zugabe des Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgases die Kraftstoffzufuhr, wodurch letztlich die Kraftstoffeinsparung (pro Zeiteinheit) erfolgt.By means of the device according to the invention for fuel enrichment, it is possible to achieve fuel savings of 30% to 35%. Due to the more efficient combustion in the fuel chamber of an internal combustion engine, it requires less original fuel to provide the same power. The standard regulators of the internal combustion engines throttle the fuel supply when the hydrogen-oxygen mixed gas is added, which ultimately results in fuel savings (per unit of time).

Der Energiegewinn aus der effizienteren Verbrennung übersteigt erfahrungsgemäß den Energiebedarf eines an die Verbrennungskraftmaschine angeschlossenen Stromgenerators. Somit liegt eine positive Gesamtenergiebilanz bei Verwendung der Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung vor.Experience has shown that the energy gain from the more efficient combustion exceeds the energy requirement of a power generator connected to the internal combustion engine. Thus there is a positive overall energy balance when using the device for fuel enrichment.

Auch die Erhitzung der Verbrennungskraftmaschine wird verringert, sodass - insbesondere bei Landmaschinen - längere Betriebsdauern bei intensiver Nutzung der Verbrennungskraftmaschinen möglich sind.The heating of the internal combustion engine is also reduced, so that - particularly in the case of agricultural machinery - longer operating times are possible with intensive use of the internal combustion engines.

Die Anreicherung von Kraftstoff mit dem Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgases senkt weiterhin den Anteil unverbrannten Kraftstoffs im Abgas der Verbrennungskraftmaschinen um bis zu 80 % und trägt somit - neben der Reduzierung der Abgasmenge an sich - zur Verringerung der Umweltbelastungen durch Verbrennungskraftmaschinen bei. Zudem wird - infolge der geringeren Erhitzung der Verbrennungskraftmaschine - auch der Stickoxidanteil (NOx) im Abgas der Verbrennungskraftmaschine vermindert.The enrichment of fuel with the hydrogen-oxygen mixed gas also lowers the proportion of unburned fuel in the exhaust gas of the internal combustion engines by up to 80% and thus contributes - in addition to reducing the amount of exhaust gas itself - to reducing the environmental impact of internal combustion engines. In addition, as a result of the lower heating of the internal combustion engine, the nitrogen oxide content (NO x ) in the exhaust gas from the internal combustion engine is also reduced.

Ein weiterer positiver Effekt ist die Reinhaltung des Verbrennungsraumes. Verbrennungskraftmaschinen, die mit angereichertem Kraftstoff betrieben werden, zeigen weniger Ablagerungen von Verbrennungsrückständen (zum Beispiel Ruß). Dies verzögert die alters-/verschleißbedingte Degradation der Maschinenleistung.Another positive effect is keeping the combustion chamber clean. Internal combustion engines that run on enriched fuel show fewer deposits of combustion residues (for example soot). This delays the age-related / wear-related degradation of machine performance.

In einer Ausgestaltung weist der Stapel aus den Elektrodenplatten in der Elektrolysezelle des Gasgenerators mindestens eine Stapeleinheit mit einer anodisch gepolten Elektrodenplatte, einer kathodisch gepolten Elektrodenplatte und ein oder mehreren ungepolten Elektrodenplatten auf. Die ungepolten Elektrodenplatten sind zwischen den beiden gepolten Elektrodenplatten angeordnet. Vorteilhafterweise befinden sich zwischen den beiden gepolten Elektrodenplatten beim Anlegen einer Betriebsspannung von 12 V fünf ungepolte Elektrodenplatten und beim Anlegen einer Betriebsspannung von 24 V neun ungepolte Elektrodenplatten. Allgemein ist eine Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Elektrodenplatten von circa 2 V angestrebt.In one embodiment, the stack of the electrode plates in the electrolysis cell of the gas generator has at least one stack unit with an anodically polarized electrode plate, a cathodically polarized electrode plate and one or more unpolarized electrode plates. The unpolarized electrode plates are arranged between the two polarized electrode plates. Advantageously, there are five non-polarized electrode plates between the two polarized electrode plates when an operating voltage of 12 V is applied, and nine non-polarized electrode plates when an operating voltage of 24 V is applied. In general, a voltage difference between adjacent electrode plates of approximately 2 V is desirable.

Die Elektrodenplattendurchbrüche können fluchtend, d. h. in einer Reihe oder Linie übereinander, im Stapel der Elektrodenplatten angeordnet sein. Alternativ sind auch versetzte Anordnungen der Elektrodenplattendurchbrüche benachbarter Elektrodenplatten möglich, die zum Beispiel eine mäandrierende oder wirbelartige Gas- bzw. Elektrolytströmung in der Elektrolysezelle bewirken.The electrode plate openings can be aligned, i.e. H. be arranged in a row or line one above the other in the stack of the electrode plates. Alternatively, staggered arrangements of the electrode plate openings of adjacent electrode plates are also possible, which, for example, cause a meandering or vortex-like gas or electrolyte flow in the electrolytic cell.

Bevorzugt weisen die Elektrodenplatten einen Elektrodenabstand von 1,0 mm auf.The electrode plates preferably have an electrode spacing of 1.0 mm.

Ebenso bevorzugt beträgt die Plattendicke der Elektrodenplatten 1,0 mm.The plate thickness of the electrode plates is also preferably 1.0 mm.

Ein geeigneter Werkstoff der Elektrodenplatten ist rostfreier Cr-Ni-Stahl.A suitable material for the electrode plates is stainless Cr-Ni steel.

Vorteilheilhafterweise beträgt die mittlere Rauheit (Ra) der Plattenoberflächen der Elektrodenplatten höchstens 0,2 µm. Die bevorzugte Oberflächenqualität ist durch Polieren der Plattenoberflächen erreichbar. Zudem sollten die Plattenränder der Elektrodenplatten entgratet sein.The mean roughness (R a ) of the plate surfaces of the electrode plates is advantageously at most 0.2 μm. The preferred surface quality can be achieved by polishing the plate surfaces. In addition, the plate edges of the electrode plates should be deburred.

Als Abstandshalterwerkstoffe eignen sich Elastomere, insbesondere verstärkte Elastomere, die zum Beispiel eine Gewebeeinlage enthalten.Elastomers are suitable as spacer materials, in particular reinforced elastomers that contain a fabric insert, for example.

In einer Ausgestaltung umfasst der Gasgenerator ferner einen zumindest teilweise mit dem Elektrolyt gefüllten Elektrolytbehälter. Die Elektrolysezelle weist eine Bodenplatte mit einem Bodendurchlass und eine Deckenplatte mit einem Deckendurchlass auf. Der Elektrolysebehälter ist über bzw. oberhalb der Deckenplatte der Elektrolysezelle angeordnet. Am Elektrolytbehälter sind eine Decken- und eine Bodenleitung angebracht, wobei die Deckenleitung mit dem Deckendurchlass der Elektrolysezelle und die Bodenleitung mit dem Bodendurchlass der Elektrolysezelle verbunden sind. Durch diese Ausführung wird erreicht, dass die Elektrolysezelle stetig mit Elektrolyt gespeist bzw. die Elektrolytfüllung in der Elektrolysezelle aufrechterhalten wird.In one embodiment, the gas generator further comprises an electrolyte container at least partially filled with the electrolyte. The electrolytic cell has a bottom plate with a bottom passage and a top plate with a top passage. The electrolysis tank is arranged above or above the cover plate of the electrolysis cell. A ceiling and a bottom line are attached to the electrolyte container, the top line being connected to the top passage of the electrolysis cell and the bottom line being connected to the bottom passage of the electrolysis cell. This embodiment ensures that the electrolytic cell is continuously fed with electrolyte or that the electrolyte filling is maintained in the electrolytic cell.

Die Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung weist gemäß einer Ausführung einen in der Gaszuführleitung integrierten bzw. zwischengeschalten Zwischenspeicherbehälter zum Verhindern eines Flüssigkeitsdurchflusses durch die Gaszuführleitung und zum Zwischenspeichern des erzeugten Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgases auf. Gelangt der (flüssige) Elektrolyt in die Mischgasleitung, zum Beispiel indem der Elektrolyt infolge einer Kippbewegung oder einer Schrägstellungen der Vorrichtung den Eintritt zur Mischgasleitung im Elektrolysebehälter umspült, wird dieser in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angesaugt. Der in der Mischgasleitung zwischengeschaltete Zwischenspeicherbehälter unterbricht diesen Elektrolytfluss durch die Mischgasleitung; der angesaugte Elektrolyt sammelt sich im Zwischenspeicherbehälter und rinnt schwerkraftbedingt aus dem oberhalb des Elektrolytbehälters angeordneten Zwischenspeicherbehälter zurück in den Elektrolytbehälter.According to one embodiment, the device for fuel enrichment has an intermediate storage container integrated or interposed in the gas supply line for preventing a liquid flow through the gas supply line and for temporarily storing the hydrogen-oxygen mixed gas produced. If the (liquid) electrolyte gets into the mixed gas line, for example when the electrolyte flows around the inlet to the mixed gas line in the electrolysis tank as a result of a tilting movement or inclination of the device, it is sucked into the intake tract of the internal combustion engine. The intermediate storage tank interposed in the mixed gas line interrupts this electrolyte flow through the mixed gas line; the electrolyte that is sucked in collects in the intermediate storage tank and, due to gravity, flows back into the electrolyte tank from the intermediate storage tank located above the electrolyte tank.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen:

  • 1: die Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung mit Gasgenerator im Längsschnitt,
  • 2: den Gasgenerator im Längsschnitt, und
  • 3: den Gasgenerator im Querschnitt.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and with reference to the schematic drawings. To show:
  • 1 : the device for fuel enrichment with gas generator in longitudinal section,
  • 2 : the gas generator in longitudinal section, and
  • 3 : the gas generator in cross section.

Die Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung gemäß der 1 umfasst neben dem Gasgenerator mit der Elektrolysezelle 1 und dem Elektrolytbehälter 2, zudem die Mischgasleitung 22, den Zwischenspeicherbehälter 3, das Dosierventil 5 sowie die Steuervorrichtung 4.The device for fuel enrichment according to 1 includes next to the gas generator with the electrolysis cell 1 and the electrolyte container 2 , also the mixed gas line 22nd , the intermediate storage container 3 , the dosing valve 5 as well as the control device 4th .

Die Elektrolysezelle 1 ist mit dem Elektrolytbehälter 2 mittels der Deckenleitung 20 und der Bodenleitung 21 verbunden, wobei die Deckenleitung 20 am Deckendurchlass 16 der Deckenplatte 14 und die Bodenleitung 21 am Bodendurchlass 17 der Bodenplatte 15 angebracht sind. Da der mit dem Elektrolyt 7 teilweise gefüllte Elektrolytbehälter 2 über bzw. oberhalb der Elektrolysezelle 1 positioniert ist, fließt der Elektrolyt 7 über die Deckenleitung 20 und die Bodenleitung 21 schwerkraftbedingt in die Elektrolysezelle 1. Die Elektrolysezelle 1 ist in diesem hydraulisch verbundenen System stets mit Elektrolyt 7 gefüllt, sofern ausreichend Elektrolyt 7 im Elektrolytbehälter 2 vorhanden ist.The electrolytic cell 1 is with the electrolyte container 2 by means of the ceiling pipe 20th and the ground pipe 21st connected, the ceiling pipe 20th at the ceiling outlet 16 the ceiling tile 14th and the ground pipe 21st at the floor outlet 17th the base plate 15th are attached. Because the one with the electrolyte 7th partially filled electrolyte containers 2 above or above the electrolytic cell 1 is positioned, the electrolyte flows 7th via the ceiling pipe 20th and the ground pipe 21st into the electrolysis cell due to gravity 1 . The electrolytic cell 1 is always with electrolyte in this hydraulically connected system 7th filled, provided there is enough electrolyte 7th in the electrolyte container 2 is available.

Der Elektrolyt 7 ist eine zweiprozentige Kaliumhydroxidlösung, die aus destilliertem Wasser und Kaliumhydroxid hergestellt wird. In der Elektrolysezelle 1 entsteht nach Anlegen einer elektrischen Spannung an die anodisch gepolten Elektrodenplatten 10.1 und die kathodisch gepolten Elektrodenplatten 10.2 durch die elektrolytische Zersetzung des Wassers im Elektrolyt 7 in Wasserstoff und Sauerstoff. Beide Gase treten als Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas 8 aus der Elektrolysezelle 1 über den Deckendurchlass 16 und die Deckenleitung 20 aus und gelangen in den Elektrolysebehälter 2, in dessen Deckenbereich sie sich sammeln.The electrolyte 7th is a two percent potassium hydroxide solution made from distilled water and potassium hydroxide. In the electrolytic cell 1 arises after applying an electrical voltage to the anodically polarized electrode plates 10.1 and the cathodically polarized electrode plates 10.2 by the electrolytic decomposition of the water in the electrolyte 7th in hydrogen and oxygen. Both gases appear as a hydrogen-oxygen mixed gas 8th from the electrolytic cell 1 via the ceiling opening 16 and the ceiling pipe 20th and get into the electrolysis tank 2 in the ceiling area of which they collect.

Das Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas 8 wird mittels der Mischgasleitung 22 aus dem Elektrolytbehälter 2 ausgeleitet. Über das Dosierventil 5 wird das Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas 8 in den Ansaugtrakt 6 der Verbrennungskraftmaschine zum Kraftstoff-Luft-Gemisch 9 zugeben und vermengt sich mit diesem.The hydrogen-oxygen mixed gas 8th is by means of the mixed gas line 22nd from the electrolyte container 2 diverted. Via the dosing valve 5 becomes the hydrogen-oxygen mixed gas 8th in the intake tract 6th the internal combustion engine to the fuel-air mixture 9 admit and mix with this.

Das Dosierventil 5 ist mit der Steuerungsvorrichtung 4 verbunden. Die Zugabemenge des Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgases 8 zum Kraftstoff-Luft-Gemisch 9 wird - angepasst an die jeweilige Verbrennungskraftmaschine - mittels der Steuerungsvorrichtung 4 und des Dosierventils 5 reguliert.The dosing valve 5 is with the control device 4th connected. The amount of the hydrogen-oxygen mixed gas added 8th to the fuel-air mixture 9 is - adapted to the respective internal combustion engine - by means of the control device 4th and the dosing valve 5 regulated.

In der Mischgasleitung 22 ist der Zwischenspeicherbehälter 3 integriert, der das Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgas 8 zwischenzeitlich auffängt. Bei Verwendung der Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung in oder an Kraftfahrzeugen verhindert der oberhalb des Elektrolytbehälters 2 angeordnete Zwischenspeicherbehälter 3, dass der Elektrolyt 7 zum Dosierventil 5 hin angesaugt wird und in den Ansaugtrakt 6 gelangt. Bei Kippbewegungen oder Schrägstellungen des Fahrzeuges kann es im Extremfall zum Übertritt des Elektrolyten 7 in den Zwischenspeicherbehälter 3 kommen; ein direktes Ansaugen des Elektrolyten 7 aus dem Elektrolytbehälter 2 in den Ansaugtrakt 6 wird durch die vom Zwischenspeicherbehälter 3 unterbrochene Mischgasleitung 22 unterbunden.In the mixed gas line 22nd is the intermediate storage container 3 integrated, the hydrogen-oxygen mixed gas 8th intermittently catches. When using the device for fuel enrichment in or on motor vehicles, the above the electrolyte container prevents 2 arranged intermediate storage container 3 that the electrolyte 7th to the dosing valve 5 is sucked in and into the intake tract 6th got. If the vehicle tilts or is tilted, in extreme cases the electrolyte may leak 7th into the intermediate storage container 3 come; direct suction of the electrolyte 7th from the electrolyte container 2 in the intake tract 6th is through the from the intermediate storage container 3 interrupted mixed gas line 22nd prevented.

Die Elektrolysezelle 1 weist - siehe 2. - zwischen der Deckenplatte 14 (mit dem Deckendurchlass 16) und der Bodenplatte 15 (mit dem Bodendurchlass 17) den Stapel aus den Elektrodenplatten 10 auf. Die Elektrodenplatten 10 sind mittels der als Umfangsdichtung ausgebildeten Abstandshalter 12 getrennt. Der Raum zwischen zwei benachbarten Elektrodenplatten 10, innerhalb der Umfangsdichtung, bildet jeweils eines der Elektrolysekompartimente 13.The electrolytic cell 1 points - see 2 . - between the ceiling plate 14th (with the Ceiling passage 16 ) and the base plate 15th (with the floor passage 17th ) the stack of electrode plates 10 on. The electrode plates 10 are by means of the spacers designed as a circumferential seal 12 Cut. The space between two adjacent electrode plates 10 , within the circumferential seal, forms one of the electrolysis compartments 13 .

Die Elektrodenplatten 10 sind 1 mm dicke Cr-Ni-Stahlbleche mit polierter Plattenoberfläche; sie besitzen einen Elektrodenabstand S von 1 mm. Die Deckenplatte 14 und die Bodenplatte 15 bestehen aus Polyamid.The electrode plates 10 are 1 mm thick Cr-Ni steel sheets with a polished plate surface; they have an electrode gap S. of 1 mm. The ceiling tile 14th and the bottom plate 15th are made of polyamide.

Der durch die Deckenplatte 14 und die Bodenplatte 15 jeweils oben und unten abgeschlossene Stapel aus Elektrodenplatten 10 und Abstandshaltern 12 ist mittels der Befestigungselemente 18 in Form jeweils einer Gewindestange mit Muttern an beiden Gewindestangenenden verbunden. Jede Gewindestange ist mit einer isolierenden Schutzhülle (nicht dargestellt) umgeben. Durch diese Schraubverbindungen ist die Elektrolysezelle 1 als kompakte, zerlegbare Einheit aufgebaut.The one through the ceiling tile 14th and the bottom plate 15th stacks of electrode plates closed at the top and bottom 10 and spacers 12 is by means of the fasteners 18th each in the form of a threaded rod with nuts connected to both ends of the threaded rod. Each threaded rod is surrounded by an insulating protective sheath (not shown). The electrolysis cell is through these screw connections 1 constructed as a compact, detachable unit.

Die den Stapel der Elektrodenplatten 10 umschließende Umfangswandung 19 verhindert den Zugriff von außen.The the stack of electrode plates 10 surrounding wall 19th prevents access from outside.

Jede der Elektrodenplatten 10 besitzt jeweils zwei Elektrodenplattendurchbrüche 11, die jeweils in einer Linie im Stapel übereinander (fluchtend) angeordnet sind (in 2 als gepunktete Linien dargestellt).Each of the electrode plates 10 each has two electrode plate openings 11 , which are each arranged in a line in the stack one above the other (in alignment) (in 2 shown as dotted lines).

Der Elektrolyt 7 (nicht dargestellt in 2) gelangt entweder über den Deckendurchlass 16 oder den Bodendurchlass 17 und anschließend die Elektrodenplattendurchbrüche 11 in jedes der Elektrolysekompartimente 13.The electrolyte 7th (not shown in 2 ) either reaches the ceiling opening 16 or the floor outlet 17th and then the electrode plate openings 11 in each of the electrolysis compartments 13 .

Die Elektrodenplatten 10 unterteilen sich in die anodisch gepolten Elektrodenplatten 10.1, die kathodisch gepolten Elektrodenplatten 10.2 sowie die ungepolten Elektrodenplatten 10.3. Im Stapel der Elektrodenplatten 10 bilden diese mehrere Stapeleinheiten, die jeweils eine anodisch gepolte Elektrodenplatte 10.1, eine kathodisch gepolte Elektrodenplatte 10.2 und fünf dazwischen angeordnete, ungepolte Elektrodenplatten 10.3 umfassen.The electrode plates 10 are divided into the anodically polarized electrode plates 10.1 , the cathodically polarized electrode plates 10.2 as well as the unpolarized electrode plates 10.3 . In the stack of electrode plates 10 these form several stacking units, each with an anodically polarized electrode plate 10.1 , a cathodically polarized electrode plate 10.2 and five interposed, unpolarized electrode plates 10.3 include.

Die elektrische Kontaktierung mit Gleichstrom erfolgt über die seitlich aus dem Stapel herausragenden Anschlüsse der gepolten Elektrodenplatten 10.1, 10.2. Als Gleichstromquellen sind beispielweise Batterien, Akkumulatoren oder Stromgeneratoren verwendbar. Die in 2 dargestellte Elektrolysezelle 1 ist für eine Betriebsspannung von 12 V ausgelegt.The electrical contact with direct current is made via the terminals of the polarized electrode plates protruding from the side of the stack 10.1 , 10.2 . Batteries, accumulators or power generators, for example, can be used as direct current sources. In the 2 shown electrolytic cell 1 is designed for an operating voltage of 12 V.

Die Draufsichtdarstellung der Elektrolysezelle 1 gemäß 3 entspricht hinsichtlich der Bezugszeichen denen der 2. Die Elektrodenplatten 10 besitzen eine quadratische Grundform; die gepolten Elektrodenplatten 10.1, 10.2 weisen zudem seitlich herausragende Anschlüsse zur elektrischen Kontaktierung auf. Die den Stapel der Elektrodenplatten 10 umgebende Umfangswandung 19 ist im Bereich dieser Anschlüsse unterbrochen, wobei statt der Umfangswandung 19 eine (nicht bezeichnete) Abdeckkappe aufgebracht ist.The top view representation of the electrolytic cell 1 according to 3 corresponds to those of the reference numerals 2 . The electrode plates 10 have a square basic shape; the polarized electrode plates 10.1 , 10.2 also have laterally protruding connections for electrical contacting. The the stack of electrode plates 10 surrounding peripheral wall 19th is interrupted in the area of these connections, instead of the peripheral wall 19th a (not designated) cap is applied.

Die äußere Kontur der Abstandshalter 12 entspricht der Form der Elektrodenplatten 10; sie liegen vollumfänglich im Randbereich der Elektrodenplatten 10 auf.The outer contour of the spacers 12 corresponds to the shape of the electrode plates 10 ; they lie entirely in the edge area of the electrode plates 10 on.

Die zwei kreisförmigen Elektrodenplattendurchbrüche 11 sind beabstandet zueinander auf der Diagonalen der quadratischen Elektrodenplatte 10 angeordnet.The two circular electrode plate openings 11 are spaced from each other on the diagonal of the square electrode plate 10 arranged.

Zur gleichmäßigen Arretierung der (nicht dargestellten) Deckenplatte 14, der Bodenplatte 15 und der dazwischen angeordneten Elektrodenplatten 10 und Abstandshalter 12 dienen die acht umfänglich verteilten Befestigungselemente 18.For even locking of the ceiling panel (not shown) 14th , the base plate 15th and the electrode plates interposed therebetween 10 and spacers 12 serve the eight circumferentially distributed fastening elements 18th .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
ElektrolysezelleElectrolytic cell
22
ElektrolytbehälterElectrolyte container
33
ZwischenspeicherbehälterIntermediate storage container
44th
SteuerungsvorrichtungControl device
55
DosierventilDosing valve
66
Ansaugtrack einer VerbrennungskraftmaschineIntake track of an internal combustion engine
77th
Elektrolytelectrolyte
88th
Wasserstoff-Sauerstoff-MischgasHydrogen-oxygen mixed gas
99
Kraftstoff-Luft-GemischFuel-air mixture
1010
ElektrodenplatteElectrode plate
10.110.1
Elektrodenplatte, anodisch gepoltElectrode plate, anodically polarized
10.210.2
Elektrodenplatte, kathodisch gepoltElectrode plate, cathodically polarized
10.310.3
Elektrodenplatte, ungepoltElectrode plate, not polarized
1111
ElektrodenplattendurchbruchElectrode plate breakthrough
1212th
AbstandshalterSpacers
1313
ElektrolysekompartimentElectrolysis compartment
1414th
DeckenplatteCeiling plate
1515th
BodenplatteBase plate
1616
DeckendurchlassCeiling passage
1717th
BodendurchlassFloor passage
1818th
BefestigungselementeFasteners
1919th
UmfangswandungPerimeter wall
2020th
DeckenleitungCeiling pipe
2121st
BodenleitungGround pipe
2222nd
MischgasleitungMixed gas line
SS.
ElektrodenabstandElectrode gap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 1967614 A2 [0005]EP 1967614 A2 [0005]

Claims (10)

Gasgenerator zur Erzeugung eines Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgases (8), umfassend eine mit einem wasserhaltigen Elektrolyten (7) gefüllte Elektrolysezelle (1), die einen Stapel aus mehreren parallel zueinander angeordneten, elektrisch leitfähigen Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) aufweist, wobei - jede der Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) zu jeder ihrer benachbarten Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) einen definierten Elektrodenabstand (S) besitzt, der mittels eines im Bereich der Plattenränder zwischen den benachbarten Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) angeordneten elektrisch isolierenden Abstandshalters (12) eingestellt ist, wobei die Maßtoleranz des Elektrodenabstands (S) ± 0,1 mm und die maximale Parallelitätsabweichung der gegenüberliegenden Oberflächen zweier im Stapel benachbarter Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) 0,1 mm beträgt; - jeder der Abstandshalter (12) eine Umfangsdichtung eines zwischen jeweils zwei benachbarten Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) ausgebildeten, mit dem Elektrolyt (7) gefüllten Elektrolysekompartiments (13) ist; und - jede der Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) mindestens einen Elektrodenplattendurchbruch (11) zum Durchfluss des Elektrolyten (7) zwischen den Elektrolysekompartimenten (13) aufweist.Gas generator for generating a hydrogen-oxygen mixed gas (8), comprising an electrolysis cell (1) filled with a water-containing electrolyte (7), which has a stack of several parallel, electrically conductive electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3) , in which - Each of the electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3) has a defined electrode spacing (S) from each of its adjacent electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3), which is established by means of a gap between the adjacent electrode plates (10, 10.1 , 10.2, 10.3) arranged electrically insulating spacer (12) is set, the dimensional tolerance of the electrode distance (S) ± 0.1 mm and the maximum parallelism deviation of the opposite surfaces of two adjacent electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3) in the stack 0 , Is 1 mm; - each of the spacers (12) is a circumferential seal of an electrolysis compartment (13) which is formed between two adjacent electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3) and is filled with the electrolyte (7); and - Each of the electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3) has at least one electrode plate opening (11) for the flow of the electrolyte (7) between the electrolysis compartments (13). Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel aus den Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) mindestens eine Stapeleinheit mit einer anodisch gepolten Elektrodenplatte (10, 10.1), einer kathodisch gepolten Elektrodenplatte (10, 10.2) und ein oder mehreren ungepolten Elektrodenplatten (10, 10.3) aufweist, wobei die ungepolten Elektrodenplatten zwischen den beiden gepolten Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2) angeordnet sind.Gas generator after Claim 1 , characterized in that the stack of the electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3) has at least one stack unit with an anodically polarized electrode plate (10, 10.1), a cathodically polarized electrode plate (10, 10.2) and one or more unpolarized electrode plates (10 , 10.3), the unpolarized electrode plates being arranged between the two polarized electrode plates (10, 10.1, 10.2). Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplattendurchbrüche (11) fluchtend im Stapel der Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) angeordnet sind.Gas generator after Claim 1 or 2 , characterized in that the electrode plate openings (11) are arranged in alignment in the stack of electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3). Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) einen Elektrodenabstand (S) von 1,0 mm aufweisen.Gas generator according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3) have an electrode spacing (S) of 1.0 mm. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) eine Plattendicke von 1,0 mm aufweisen.Gas generator according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3) have a plate thickness of 1.0 mm. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatten (10, 10.1, 10.2, 10.3) aus rostfreiem Cr-Ni-Stahlblech bestehen, wobei die Plattenoberflächen eine mittlere Rauheit von höchstens 0,2 µm aufweisen.Gas generator according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the electrode plates (10, 10.1, 10.2, 10.3) consist of stainless Cr-Ni steel sheet, the plate surfaces having an average roughness of at most 0.2 µm. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (12) aus einem gewebeverstärkten Elastomer bestehen.Gas generator according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the spacers (12) consist of a fabric-reinforced elastomer. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend einen zumindest teilweise mit dem Elektrolyt (7) gefüllten Elektrolytbehälter (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysezelle (1) eine Bodenplatte (15) mit einem Bodendurchlass (17) und eine Deckenplatte (14) mit einem Deckendurchlass (16) aufweist, wobei an dem über der Deckenplatte (14) der Elektrolysezelle (1) angeordneten Elektrolysebehälter (2) eine Deckenleitung (20) und eine Bodenleitung (21) zur stetigen Speisung der Elektrolysezelle (1) mit dem Elektrolyt (7) angebracht sind, wobei die Deckenleitung (20) mit dem Deckendurchlass (16) der Elektrolysezelle (1) und die Bodenleitung (21) mit dem Bodendurchlass (17) der Elektrolysezelle (1) verbunden sind.Gas generator according to one of the Claims 1 to 7th , further comprising an electrolyte container (2) at least partially filled with the electrolyte (7), characterized in that the electrolytic cell (1) has a base plate (15) with a base passage (17) and a cover plate (14) with a ceiling passage (16) having, a ceiling line (20) and a bottom line (21) for the constant supply of the electrolytic cell (1) with the electrolyte (7) being attached to the electrolysis tank (2) arranged above the cover plate (14) of the electrolytic cell (1), wherein the ceiling duct (20) is connected to the ceiling passage (16) of the electrolytic cell (1) and the floor duct (21) is connected to the floor passage (17) of the electrolytic cell (1). Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend einen Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie eine Gaszuführleitung (22) zur Zuführung des Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgases (8) in einen Ansaugtrakt (6) der Verbrennungskraftmaschine, wobei mittels einem in der Gaszuführleitung (22) angeordneten, über eine Steuerungsvorrichtung (4) gesteuerten Dosierventil (5) der Wasserstoff-Sauerstoff-Mischgasstrom durch die Gaszuführleitung (22) regulierbar ist.Device for fuel enrichment for an internal combustion engine, comprising a gas generator according to one of the Claims 1 to 8th as well as a gas feed line (22) for feeding the hydrogen-oxygen mixed gas (8) into an intake tract (6) of the internal combustion engine, with the hydrogen being supplied by means of a metering valve (5) arranged in the gas feed line (22) and controlled by a control device (4) Oxygen mixed gas flow can be regulated through the gas supply line (22). Vorrichtung zur Kraftstoffanreicherung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführleitung (22) einen zwischengeschalteten, Flüssigkeitsdurchfluss verhindernden Zwischenspeicherbehälter (3) aufweist.Device for fuel enrichment according to Claim 9 , characterized in that the gas supply line (22) has an intermediate storage container (3) which prevents the flow of liquid.
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