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Die Erfindung betrifft die Elektrolyse von Wasser, insbesondere von Wassernebel, und die Nutzung des erhaltenen Gasgemisches als Zusatz in Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen mit einem integrierten Brenner.
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Die Elektrolyse von Wasser zu H2 und O2 unter Energieverbrauch ist bekannt. Nachteilig ist bekanntermaßen die starke Explosivität des Knallgases, so dass beide Gase in der Regel getrennt gesammelt werden sollten. Es existiert auch die Möglichkeit, H2 und O2 in Form von Brownsgas (auch HHO-Gas genannt) gemeinsam mit einem Transportgas, welches Luft und/ oder auch ein brennbares Gas sein können, zu verdünnen. Für beide Varianten sind Elektrolyseure (Elektrolysevorrichtungen) bekannt.
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Bei Verbrennungsmotoren, Heizungsanlagen oder auch Blockheizkraftwerke wird seit Langem versucht, die Kraftstoffverbrennung dadurch zu verbessern, dass man eine bestimmte Menge Wasserstoff oder Brownsgas zusätzlich mit in den Brennraum einleitet.
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Auch die Verwendung von Wasserstoff oder Brownsgas im Verbrennungsraum von Motoren, beispielsweise PKWs, ist bekannt und verbessert die Verbrennung des Kraftstoffs. Der zusätzliche Wasserstoff oder das Brownsgas führen zu einer besseren Verbrennung des Kraftstoffs und dazu, dass weniger Kraftstoff unverbrannt in Gasform den Motorraum wieder verlässt. Als Folge werden Verbrauch und auch Emission gesenkt. Die für die Elektrolyse von Wasser zu HHO-Gas (Brownsgas) oder separiert zu Wasserstoff und Sauerstoff nötige Energie ist dabei bei richtiger Dosierung der Gase geringer als die Energieersparnis, die dadurch resultiert, dass weniger unverbrannter Kraftstoff verloren geht. Ungeachtet der insgesamt deutlichen Abgasreduzierung stellt aber die durch Wasserstoff im Verbrennungsraum entstehende höhere Brennraumtemperatur einen kleinen Nachteil für den NOx-Anteil dar, der unter normalen Umständen nicht kleiner, sondern leicht größer wird.
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HHO-Zellen können als Nasszellen (Elektroden von flüssigem Elektrolyt umspült) oder als Trockenzellen (Elektroden bilden das Gefäß, so dass die Elektrolyse-Zelle nach außen trocken bleibt) ausgestaltet sein. Trockenzellen benötigen eine Gasabführung sowie ein Nachfüllen des verbrauchten Wassers.
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Was die Elektrolyse angeht, gibt es drei bekannte Verfahren: Die PEM (Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse), die Hochtemperaturelektrolyse und schließlich die alkalische Elektrolyse.
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Allen drei Verfahren liegt die Aufspaltung von Wasser in seine beiden Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff mit Hilfe eines Stromflusses zu Grunde. Während bei der PEM-Elektrolyse deionisiertes Wasser als Ausgangstoff verwendet wird, ist es bei der Hochtemperaturelektrolyse Wasserdampf und bei der alkalischen Elektrolyse z.B. eine Kaliumhydroxid-Lösung.
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Die Hochtemperatur-Elektrolyse findet bekanntermaßen bei Temperaturen deutlich über 100 °C statt, wobei der Elektrolyt Wasser naturgemäß verdampft als Wasserdampf vorliegt. Bei der Niedertemperatur-Elektrolyse dagegen liegt die Temperatur bei unter 70 °C.
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Auch die Stabilität und Lagerfähigkeit der hergestellten Einzelgase spielt eine wichtige Rolle.
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WO 2015/131 880 A1 offenbart eine Anordnung und ein Verfahren zum elektrochemischen Verbinden von H
2 und O
2 (Elektrolysegas) mit an sich bekannten Brenngasen (als Transportgas) zu einem stabilen und lagerfähigen Verbundgas im Sinne eines HHO-Gases, so dass H
2 und O
2 nicht mehr getrennt gelagert werden müssen. Bei der dabei stattfindenden Elektrolyse von Wasser wird als Elektrolytlösung Lauge verwendet Beim Mischen der Gase (Elektrolysegas und Brenngas) in polarisiertem Zustand (oberhalb der Elektrolytlösung) ist die Explosionsgefahr verringert. Das Verfahren arbeitet bei geringem Druck zwischen Atmosphärendruck und 0,8 bar sowie milden Temperaturen von 0 - 50 °C.
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EP 2 465 915 A1 offenbart günstige Mischungsverhältnisse zwischen Elektrolysegas (H
2 und O
2) sowie Brenngas, wobei dort zusätzlich Luft beigemischt wird.
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Elektrolysevorrichtungen haben parallel angeordnete, gerade Platten. Auch runde Platten, die parallel angeordnet sind, sind bekannt.
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WO 2015 / 013 766 A1 offenbart eine Wasserstoff- oder Methanol-PEM- bzw. Brennstoffzelle, wobei der Aufbau der einzelnen Platten und Schichten in einer parallelen Anordnung oder gewickelten Anordnung dargestellt ist. Die eine Seite der jeweiligen elektrolytischen Membran wird mit der Zuführung von Sauerstoff sowie Wasserstoff oder Methanol konfrontiert. Die andere Seite der jeweiligen Membran wird vollständig mit Wasser in flüssiger Form konfrontiert.
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CH 614 237 A5 offenbart eine Elektrolysezelle welche in einem gewickelten Aufbau mit zwei Lagen Metallfolie sowie mit einer jeweils zwischen den Metallfolien eingebrachten Distanz-Trenn-Einlage angeordnet sind. In dieser Anordnung werden die Metallfolien vollständig mit einer wässrigen Elektrolytlösung konfrontiert.
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US 2004 / 0 108 203 A1 offenbart zwei Bauformen eines Elektrolyseurs, welche eine parallele Metall-Platten oder Folien-Anordnung aufweist. Diese Anordnung ist zum Abführen der jeweilig entstehenden Gase - H2 und O2 - eingekapselt. Die beschriebenen Anordnungen sind dabei vollständig in einer wässrigen Elektrolytlösung eingetaucht.
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Was die Schaltung von Elektrolyseplatten angeht ist es verbreitet, mehrere Elektrolyseurplattenpaare in Reihe zu schalten. So können eine oder mehrere Gruppen von 6 bzw. 12 Platten an eine Betriebsspannung von 12 bzw. 24 V angeschlossen werden.
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Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines effektiven Elektrolyseverfahrens und einer dafür geeigneten Vorrichtung. Beide sollen einfach funktionieren. Es soll ein Elektrolyse-Gasgemisches mit sehr vorteilhaften Eigenschaften elektrolytisch erzeugt werden, welches für eine hocheffiziente und abgasarme Verbrennung an Motoren und Heizungsanlagen geeignet ist. Die Vorrichtung soll des Weiteren auch platzsparend sein. Bevorzugt soll Verfahren und Vorrichtung einsetzbar sein bei Verbrennungsmotoren oder Heizungsanlagen. Dort soll die Effizienz bei der Kraftstoffverbrennung erhöht werden. Es soll auch die Elektrolyse von Wassernebel (d.h. eines Aerosols aus Wasser in einem Gas) ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen sind als abhängige Patentansprüche erfasst.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Elektrolyse, umfassend:
- - Elektrolyseplatten, welche umeinander verdrillt angeordnet sind, und die
- - diagonal an den Elektrolyseplatten angeordnete Trennisolierstreifen zwischen den Elektrolyseplatten aufweisen.
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Verdrillt bedeutet im Sinne der Erfindung eine gerollte Anordnung paralleler Elektrolyseplatten, so dass die Elektrolyseplatten sich annähernd zylindrisch aufspannen.
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Die Elektrolyseplatten sind die Elektroden der Elektrolysevorrichtung.
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Trennisolierstreifen im Sinne der Erfindung sind Streifen aus einem nichtleitenden Material, die einen konstanten Abstand der Platten untereinander gewährleisten. Die zumeist rechteckigen Elektrolyseplatten sind erfindungsgemäß untereinander weitestgehend diagonal mit Trennisolierstreifen bestückt.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung eines Gasgemisches für Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit dem Schritt:
- - Elektrolyse von Wasser.
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Es ist damit auch umfasst, dass das Wasser noch weitere Inhaltsstoffe enthält, wie beispielsweise auch Wasserstoffperoxid, welches selbst der Hydrolyse unterliegen kann.
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Bekanntermaßen wird bei einer Elektrolyse ein Elektrolyt an die Elektrolyseplatten herangeführt bzw. werden diese in den Elektrolyten getaucht bzw. damit umspült. Bei dem Elektrolyseverfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird H2O schrittweise zu einem Teil aufgespalten und zum anderen Teil nur polarisiert. Im letzteren Fall sind die kovalenten Bindungen zwischen Sauerstoff und Wasserstoff nur angebrochen.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Elektrolyse von Wasser, insbesondere die Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren
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Es ist auch Gegenstand der Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung eines Luft-Gasgemisches vor dessen Eintritt in Verbrennungsmotoren.
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Vorteilhaft verbessern diese diagonalen Trennisolierstreifen die Verwirbelung von den am Elektrolyseur-Output austretenden Gasen. Es entstehen so Kanäle mit einer Fließrichtung, an den Platten vorbei. Durch die diagonale Anordnung der Trennisolierstreifen sind die Wege länger und die Verwirbelung ist ebenfalls maximiert. Am Ausgang entsteht ein Gasgemisch, welches das hierbei entstehende Elektrolyseprodukt sowie auch das Transportgas enthält, auf das weiter unten noch eingegangen wird.
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Aufgrund des langen Weges ist zusätzlich die Wahrscheinlichkeit einer guten Verwirbelung wesentlich höher. Außerdem entsteht im Falle eines gasförmigen Elektrolyten, beispielsweise in der Form eines mit Wassernebel vermischten Trägergases, ein zusätzlicher Saugwirbel am Ausgang nach den Elektrolyseplatten, so dass die Gasmischung am Ausgang zusätzlich abgekühlt wird. Das ist vorteilhaft beispielsweise beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zusammenspiel mit Verbrennungsmotoren.
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Durch die insgesamt bessere Verwirbelung und somit bessere Vermischung durchgeführter Gase mit den bei der Elektrolyse entstehenden Gasen wird die Homogenität der Gasmischung insbesondere schneller hergestellt. Die Explosionsgefahr innerhalb der Vorrichtung wird damit vermieden, so dass kein Bubbler (im Sinne eines Bläschenzählers) oder Rückschlagventil mehr notwendig sind.
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Vorteil ist ebenfalls, dass mit der Erfindung keine aggressiven Elektrolyte wie beispielsweise konzentrierte KOH-Lösung eingesetzt werden müssen, sondern dass beispielsweise auch Wassernebel als Elektrolyt anwendbar ist.
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Die Erfindung erlaubt es somit, dass die Elektrolyseplatten nicht vollständig in einen flüssigen Elektrolyten tauchen müssen, sondern dass der Elektrolyt auch als Nebel bzw. Aerosol an den Elektrolyseplatten lediglich vorbeigeleitet wird. Dies ermöglicht schließlich auch die niedrigen Temperaturen von < 70 °C (Niedertemperatur-Elektrolyse).
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Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass die Elektrolyse mit der besseren Verwirbelung zur schnelleren Herstellung der Homogenität der Mischung aus Elektrolyt und gebildeten Gasen dennoch einfach bleibt und nicht durch kompliziertere Aufbauten störanfällig wird. Die Elektrolyse mit der Erfindung funktioniert effektiv.
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Die verdrillte Anordnung der Elektrolyseplatten ist sehr platzsparend, was insbesondere in PKWs und LKWs von großer Bedeutung ist.
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Es wird durch die bessere Homogenität der durch die Vorrichtung geführten Gase und der gebildeten Gase eine gleichmäßigere Verbrennung im nachgeschalteten Verbrennungsvorgang erreicht. Dadurch läuft der Motor ruhiger, auch leiser mit geringeren Motorgeräuschen, ist sauberer (bessere Abgasqualitäten) und weniger rußanfällig, und durch die konstantere Verbrennung ist diese schließlich effizienter (bezogen auf gleiche Leistung).
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In der Regel wird neben der Kraftstoffeinsparung auch eine geringe Mehrleistung erreicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Trennisolierstreifen der umeinander verdrillten Elektrolyseplatten in einem Abstand untereinander von 0,5 bis 1,5 cm, besonders bevorzugt 1 cm angeordnet. Bei parallelen (nicht verdrillten Platten) haben die Trennisolierstreifen bevorzugt einen Abstand von 5 - 7 cm, besonders bevorzugt 6 cm.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an einem Einlass der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Wassernebelerzeuger vorgesehen. Dieser erzeugt einen Wassernebel (= fein verteiltes Wasser in Luft; nicht zu verwechseln mit Wasserdampf). Dieser Wassernebel wird in dieser bevorzugten Ausführungsform als Elektrolyt verwendet und mittels eines Transportgases (auch Trägergas genannt) zu den Elektrolyseplatten und somit durch die Elektrolysevorrichtung transportiert. Bevorzugte Transportgase sind weiter unten spezifiziert. Dabei wird ein Teil des Wassernebels elektrolytisch gespalten, und der andere Teil verlässtnach dem Passieren des elektrischen Feldes polarisiert und ionisiert die Elektrolysevorrichtung. In dieser Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Schritt somit die Elektrolyse von Wassernebel bzw. die Verwendung der Vorrichtung ist eine für die Elektrolyse von Wassernebel.
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Vorteilhaft ist, dass die Explosionsgefahr von HHO-Gas (Browns-Gas) durch die starke Anreicherung des Transportgases mit Wassernebel beseitigt wird. Es entsteht somit ein Wassernebel-Gasgemisch.
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Bei der Verwendung der Erfindung für Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen ist vorteilhaft an der Nutzung von Wassernebel als Elektrolyt, dass ein Teil des Wassers (der „unverbraucht“ aus der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung heraustritt) mit in den Verbrennungsraum eintritt bzw. eingespritzt wird. Bekanntermaßen verbessert sich durch Wassereinspritzung in Verbrennungsmotoren die Verbrennung und führt zu weniger Rußbildung und weniger Stickoxid-Bildung.
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Die Kombination der Wassereinspritzung mit der Erfindung bringt also den Vorteil, dass das in den Motor eingespritzte Wasser zusätzlich polarisiert + ionisiert ist und damit die Verbrennung unterstützt. Jedenfalls wird in dieser Ausführungsform der Wassernebel als Elektrolyt verwendet.
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Vorteilhaft ist es in dieser Ausführungsform möglich, brennbare Gasgemische (bevor sie beispielsweise einem Verbrennungsmotor zugeführt werden) zu kühlen, u.a. durch die Verwirbelung am Ausgang des Elektrolyseurs und den danach im brennbaren Gasgemisch vorhandenen Wassernebel. Diese Kühlung erhöht zusätzlich den Wirkungsgrad und trägt nebenbei zur Motorkühlung bei.
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In dieser Ausführungsform kann der Wassernebel vorteilhaft als alleiniger Elektrolyt eingesetzt werden. Die Elektrolysespannung, die zwischen den Elektrolyseplatten angelegt wird, ist dabei ein Vielfaches der sonst üblichen Elektrolysespannung von 2 V (pro Elektrolyseplattenpaar). Sie liegt bei der Erfindung zwischen den jeweiligen Plattenpaaren bevorzugt bei 10 bis 40 V, insbesondere bei 12 - 36 V, besonders bevorzugt bei 12 V - 14,5 V. Die Elektrolyseplatten sind in dieser Ausführungsform bevorzugt parallel geschalten. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in dem Fall eine Stromzuleitung zu verwenden, die geeignet ist für diesen Spannungsbereich, und eine Stromstärke zwischen 1 - 10 A, insbesondere 3,5 A.
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In einer bevorzugten Variante der Ausführungsform der Erfindung mit Wassernebelerzeuger ist dieser Wassernebelerzeuger bestrombar ausgestaltet, d.h. der Wassernebel wird in ein elektrisches Feld eingebracht, bevor er zu den Elektrolyseplatten transportiert wird D.h. bestrombar bedeutet, dass am Wassernebelerzeuger durch Anlegen einer Spannung ein elektrisches Feld aufgebaut wird, welches den Wassernebel schon polarisiert, bevor er zu den Elektrolyseplatten gelangt. Vorzugsweise ist das elektrische Feld über die ganze Elektrolysevorrichtung ausgedehnt, so dass das Wasser seine Polarisierung direkt bis zur Berührung der Elektrolyseplatten behält und sogar der nicht elektrolysierte Teil noch am Ausgang der Elektrolysevorrichtung kurz vor einer möglichen Einspritzung in einen Verbrennungsraum von Motor/Heizung polarisiert ist.
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Besonders einfach und bevorzugt ist eine bestromte Düse als Wassernebelerzeuger.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Elektrolyse mit gepulster Spannung durchgeführt.
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Die Temperatur bei der erfindungsgemäßen Elektrolyse (also die Temperatur, die im Raum zwischen den Elektrolyseplatten vorherrscht) liegt bevorzugt bei < 70 °C, besonders bevorzugt < 60 °C, insbesondere zwischen 45 und 50 °C.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wassernebelerzeuger eine Ultraschallvorrichtung, eine Düse oder eine Abgaswärme-abgebende Vorrichtung, so dass dann der Wassernebel bei der Erfindung durch Ultraschall, durch die Düse mittels Versprühung oder durch Abgaswärme (der Abgaswärmeabgebenden Vorrichtung mittels Verdampfung) erzeugt wird. Besonders bevorzugt ist es eine Ultraschallvorrichtung oder eine Düse.
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Die Ultraschallvorrichtung ist besonders bevorzugt ein 5-Kopf-Ultraschallnebler, der beispielsweise in einem passend runden tiefen Behälter mit einem gewissen Elektrolytvorrat platziert wird und im Austrittsbereich an den beiden Seiten jeweils eine Öffnung hat, um die Durchleitung eines Trägergases zu ermöglichen. Die Größe oder die Anzahl der Köpfe des Ultraschallneblers richtet sich nach der gewünschten oder erforderlichen, für den Motor zu produzierenden Wassernebelmenge.
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Die Düse ist bevorzugt in einer Vorkammer der Elektrolysevorrichtung vor dem Elektrolyseplatten-Bereich oder unmittelbar in der Zuleitung kurz vor den Elektrolyseplatten platziert.
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In einer ebenfalls bevorzugten Variante der o. a. Ausführungsform der Erfindung mit Wassernebelerzeuger ist an diesem am Einlass der Vorrichtung eine Transportgaszuführung vorgesehen. Der Wassernebel wird dabei mit Hilfe eines Transportgases (auch Trägergas genannt) an den Elektrolyseplatten vorbei geleitet. Transportgase sind bevorzugtausgewählt aus Luft und brennbaren Gasen wie beispielsweise Propan oder Butan oder Mischungen dieser mit Luft.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Elektrolyseplatten 0,1 bis 3 mm dick, besonders bevorzugt ist es eine Metallfolie von < 1 mm Dicke eingesetzt. Ebenfalls bevorzugt ist ein Plattenabstand von 0,2 bis 1 mm. Vorteil dieser Dicken und Abstandsbereiche ist, dass die ganze Vorrichtung einen geringen Platzbedarf hat. Das erhöht die Eignung für PKW.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung eine ungerade Anzahl von mindestens drei Elektrolyseplatten, besonders bevorzugt 3 Elektrolyseplatten. Vorteil ist dabei, dass an den beiden Außenplatten die Potentiale mit gleichen Vorzeichen angeschlossen werden können.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform der Erfindung sind die beiden äußeren Elektrolyseplatten als ein (gleichnamiger) Pol und die jeweils benachbart angeordneten Elektrolyseplatte als gegenteiliger Pol geschaltet und alle Elektrolyseplatten weisen eine alternierende Abfolge der Polaritäten auf. Bevorzugt wird an den beiden äußeren Platten der Minuspol der Batterie bzw. beispielsweise die Fahrzeugmasse angeschlossen.
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Besonders bevorzugt wird in der o.a. Variante der Ausführungsform der Erfindung das äußere Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die beiden äußeren Elektrolyseplatten gebildet.
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Bevorzugt ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung eines Wassernebel-Gasgemisches für Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen.
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Vorteilhaft ist bei der Verwendung für Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen eine Reduzierung des Brennstoffverbrauchs sowie die Verbesserung der Abgasqualität.
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Dieses erzeugte Gasgemisch weist bevorzugt Wasserstoff, Sauerstoff, Luft mit oder ohne Brenngas und Wassernebel, oder aber HHO-Gas, Luft mit oder ohne Brenngas und Wassernebel auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in Kraftfahrzeugen verwendet, insbesondere als Ladeluftkühler bzw. auch als zusätzlicher Ladeluftkühler.
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Dabei kann das Wasser oder der Wassernebel auch mit Alkohol wie beispielsweise Methanol angereichert werden, um sowohl Frostsicherheit im Winter zu erreichen als auch eine beobachtete minimale Verbesserung der Effizienz.
- 1 zeigt vergleichsweise eine gerade Elektrolyseplatte mit diagonal aufgebrachten Trennisolierstreifen.
- 2 zeigt vergleichsweise drei gerade Elektrolyseplatten mit dazwischen diagonal angeordneten Trennisolierstreifen.
- 3 zeigt vergleichsweise als Stand der Technik drei gerade Elektrolyseplatten, die nicht diagonal angeordnete Trennisolierstreifen aufweisen.
- 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Alle genannten Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Die Erfindung wird durch die nachführenden Ausführungsbeispiele verdeutlicht.
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Ausführungsbeispiele
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a. Vergleichswerte allgemein:
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Die bisher besten bekannten Verbrennungsmotoren nutzen lediglich 47% des Brennstoffs, normale Automotoren ca. 40 - 45 %, wobei der restliche Treibstoff unverbrannt in Gasform den Motorraum verlässt. Von diesem verbrannten Anteil geht wiederum ein größerer Anteil als Wärme verloren, so dass die resultierenden Wirkungsgrade zwischen 10- 37 % liegen. Bei einem 100 km/h-fahrenden PKW arbeitet der Otto-Motor nur unter Teillast; der Wirkungsgrad liegt dann bei ca. 10 %
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Elektrolysestrom:
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Bekannte HHO-Generatoren für Verbrennungsmotoren benötigen ca. 6 - 25 A zur Elektrolyse von Wasser zu Browns-Gas (HHO-Gas).
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Effizienzsteigerung:
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Mittels bekannter Methoden, bei denen HHO-Gas resultiert, welches in den Verbrennungsmotor eines PKW eingespeist wird, werden It. https://hhogas.at/ folgende Reduktionen der nötigen Treibstoffmenge erreicht:
- Diesel und Erdgas (CNG) Motor - ca. 15 - 25 %
- Benziner/LPG/E10 und E85 - ca. 20 - 35 %
- Diesel LKW - ca. 15 - 23 %
- BHKW's (Block-Heizkraftwerk) zur Stromerzeugung - bis 50 %.
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b. Vergleichsbeispiele - mit Elektrolyseur / KOH ohne Wassernebel / nicht verdrillt Platten
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H2-Elektrolyseur:
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Bei dem jeweiligen, in der folgenden Tabelle aufgeführten Motor wurde an einer, dem Verbrennungsmotor vorgeschalteten Wasser-Elektrolysevorrichtung mit 6 - 7 Elektrolyseplattenpaaren der jeweilige Strom-Input eingestellt, was einen Strom an H
2-Gas erzeugte, der zusammen mit dem Transportgas Luft in den Verbrennungsraum des jeweiligen Motors geleitet wurde. Elektrolyt war eine KOH-Lösung. Die rechte Spalte zeigt die Kraftstoffeinsparung, die durch die vorgeschaltete Elektrolyse und das Einleiten von HHO-Gas in den Verbrennungsmotor erreicht wurde. Die für die Elektrolyse nötige Energie wurde hierbei durch die am KFZ bereitstehende bzw. durch Generator erzeugte Bordspannung erbracht und ist somit in diesen Werten bereits inbegriffen.
| Experiment Nr. | Motor | Strom-Input am Elektrolyseur | Erzielter H2-Gasstrom | Kraftstoffeinsparung durch Elektrolyse |
| 1 | 2L-Dieselmotor eines PKW Citroen C5 (140 PS) | 10A | 0,6 L/min | 16 % |
| 2 | 2L-Dieselmotor eines PKW VW Amarok (163 PS) | 10A | 0,6 L/min | 14 % |
| 3 | 1,1L-Benzinmotor eines PKW Hyundai (67 PS) | max. 6 A | 0,35 L/min | 13 % |
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In der Tabelle ist ersichtlich, dass bei Benzin- oder Dieselmotoren mit einem vorgeschalteten Elektrolyseur 12-16 % Effizienzsteigerung in Form von Kraftstoffeinsparung erreicht werden konnten.
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Die Plattenpaare sind in Reihe geschalten. Die Spannung betrug insgesamt 12 - 14,5 V, d.h. jeweils ca. 2 bis 2,5 V pro Plattenpaar, was der für die KOH-Elektrolyse optimalen Spannung entspricht.
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H2-Elektrolyseur:
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An einem 100 kW-Biogas-Heizkraftwerk wurde die Menge an gezielt in den Verbrennungsraum dosierten Wasserstoffs so optimiert, dass eine maximale Kraftstoffeinsparung bei gleichzeitig verhältnismäßigem H
2-Verbrauch zu erreichen ist.
| Experiment Nr. | Motor | Optimale Menge zu-dosierter H2 | Kraftstoffeinsparung |
| 4 | 6L Biogaszündstrahl-Motor | 12 L/min | 10% |
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Als optimale, energetisch ausgewogene H2-Zudosierung erwiesen sich 12 L/min mit einer Kraftstoffeinsparung von 10 %.
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Die folgende Tabelle zeigt die auf dem Weg der Optimierung erzielten weiteren Messwerte:
| H2 [L/min] | Kraftstoffeinsparung | | H2 [L/min] | Kraftstoffeinsparung | | H2 [L/min] | Kraftstoffeinsparung |
| 0 | 0 % | | 10 | 8,33 % | | 20 | 12,5 % |
| 2 | 2,5 % | 12 | 10% | 22 | 13 % |
| 4 | 5% | 14 | 10,5 % | 24 | 13,33% |
| 6 | 6,6% | 16 | 11 % | 26 | 14,33 % |
| 8 | 6,85 % | 18 | 11,33 % | 28 | 15 % |
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c. Vergleichsbeispiele für die reine Wassereinspritzung direkt in den Motor
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Im Folgenden Vergleichsbeispiel zeigte sich, dass ohne einen dem Motor vorgeschalteten Elektrolyseur, aber mit der bekannten Einspritzung von Wasser direkt in einen Verbrennungsmotor eine Kraftstoffeinsparung von 9 %-12 % erreicht wird (im Vergleich zur Verbrennung ohne Wassereinspritzung).
| Experiment Nr. | Motor | Strom-Input am Elektrolyseur | Erzielter HHO-Gasstrom | Kraftstoffeinsparung durch Elektrolyse |
| 5 | 2L-Dieselmotor eines PKW Citroen C5 (140 PS) | --(keine Elektrolyse) | --(lediglich Wasser in den Motor eingespritzt | 9 %-12 % |
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Werte anderer Automobilunternehmen lagen bei 13%.
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d. Ausführungsbeispiel - Wassernebel am HHO-Elektrolyseur (verdrillte Ausführung, mit bestromter Düse)
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Im folgenden Ausführungsbeispiel wurde anstelle flüssigen Wassers als Elektrolyt bzw. anstelle einer KOH-Lösung ein Wassernebel (also ein Gemisch von Wassernebel und Luft) am Einlass der Elektrolysevorrichtung zugeführt, indem der Turboluftstrom eines 2 L-Dieselmotors als Trägergas verwendet bzw. durch die Elektrolysevorrichtung geleitet wurde. Der Nebel wurde mittels einer Düse erzeugt. Das gebildete Gasgemisch wird einem Verbrennungsmotor zugeführt.
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Der Elektrolyseur besitzt drei Elektrolyseplatten aus Edelstahlblechfolie (< 1 mm dick), die verdrillt angeordnet sind. Das heißt, sie sind zu einer annähernd zylindrischen Form aufgewickelt und in eine passende Edelstahl-Metallhülse eingeschoben worden. Zwischen ihnen sind diagonal verlaufende Trennisolierstreifen aus bekannten Materialien am mittleren Blech beidseitig angebracht.
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Die Elektrolyseplatten sind parallel geschalten. Der Elektrolyseur hat 3 Elektrolyseplatten.
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Die für die Polarisation des Wassernebels nötige Elektrolysespannung liegt im Ausführungsbeispiel mit 12 - 14,5 V im Bereich der Bordnetzspannung bei PKWs und liegt damit wesentlich höher als gängige Elektrolysespannung (ca. 2 V wie im Vergleichsbeispiel 2.). Die Stromstärke lag bei dem 2L-Diesesmotor (steuerungsreguliert) bei max. 3,5 A. Die gleichen Spannungs-Werte lagen auch an der Düse zur Wassernebelerzeugung an. Im Ausführungsbeispiel wurde ein Vollstrom-Elektrolyseur verwendet, d.h. der gesamte Trägergasstrom (hier der Turbostrom des Dieselmotors) wird durch den Elektrolyseur geleitet.
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Die Elektrolysetemperatur lag bei 45 bis 50 °C.
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Wie die folgende Tabelle zeigt, konnte die Reichweite des angegebenen Motors nach einer vollständigen Betankung dadurch um 680 km gesteigert werden (Normale Reichweite ab Tankung 1400 km, Reichweite bei Zuführung des HHO-Gases der Elektrolyse und zusätzlicher Zuführung von Wassernebel am Einlass des Elektrolyseurs 2080 km). Dies entspricht einer Kraftstoffeinsparung von 49 %. Der Strom für den dabei eingesetzten Wassernebel-Elektrolyseurs wurde mit diesem Kraftstoffverbrauch bereits aufgebracht/erzielt.
| Experiment Nr. | Motor | Elektrolyseur | Strom-Input am Elektrolyseur | Reichweitenverlängerung | Kraftstoffeinsparung |
| Ausführungs-Bsp. 6 | 2L-Dieselmotor eines PKW Citroen C5 (140 PS) | HHO-Elektrolyseur | max. 3,5 A / 12 V | 680 km | 49 % |
| Vergleichs-Bsp. 7 | s.o. | H2-Elektrolyseur | s.o. | 380 km | 27 % |
| Vergleichs-Bsp. 8 | s.o. | HHO-Elektrolyseur | s.o. | 420 km | 30 % |
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f. Ausführungsbeispiel verdrillte vs parallele Ausführung
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An einem 1,1 L-Benzinmotor wurde mittels Leistungsmessung des PKWs beim Befahren des gleichen Berges der Effekt der verdrillten Anordnung der Elektrolyseplatten untersucht.
| Experiment Nr. | Plattenanzahl | Anordnung der Platten | erreichte Maximalgeschwindigkeit | Erreichte Geschwindigkeitssteigerung |
| Vergleichs-Bsp. 9 | - - | parallel | 95 km/h | |
| Vergleichs-Bsp. 10 | 3 | parallel | 110 km/h | +15 % |
| Vergleichs-Bsp. 11 | 5 | parallel | 120 km/h | +26 % |
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Die folgende Tabelle vergleicht den Kraftstoffverbrauch des PKW ohne Elektrolyseur mit dem eines PKW mit vorgeschaltetem erfindungsgemäßen Elektrolyseur mit verdrillten Elektrolyseplatten:
| Experiment Nr. | Plattenanzahl | Anordnung der Platten | Kraftstoffverbrauch | Erreichte Kraftstoffeinsparung |
| Vergleichs-Bsp. 12 | - - | ohne Elektrolyseur | 9,4 - 9,6 L/100km | |
| Ausführungs-Bsp. 13 | 5 | verdrillt | 4,9 - 5,1 L/100km | 46% |
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrolyseplatte
- 2
- Trennisolierstreifen
- 3
- Gehäuse
- 4
- Elektrische Anschlussleitung, erster Pol
- 5
- Elektrische Anschlussleitung, zweiter Pol
