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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(a) Umfang der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Generator für Wasser- und Sauerstoff, insbesondere
einen solchen Generator für
Wasser- und Sauerstoff, dessen Elektrodenplatten durch Sintermetallurgie hergestellt
werden und daher hoch atmungsaktiv sind, so daß sich Katione und Anione schnell
miteinander kombinieren können,
um Wasser- und Sauerstoff effizient zu erzeugen.
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(b) Beschreibung der bekannten
Ausführungsform
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1 zeigt
einen herkömmlichen
Generator für
Wasser- und Sauerstoff 10, der ein Netzteil 101, ein
elektrolytisches Bad 102 und eine Vielzahl von beabstandeten
Elektrodenplatten 103 umfasst, wobei gilt: die Elektrodenplatten 103 sind
im elektrolytischen Bad 102 angeordnet, wobei die positive
und negative Elektrode der Elektrodenplatten 103 jeweils mit
dem Netzteil 101 elektrisch verbunden sind; nah bei dem
Boden der jeweiligen Elektrodenplatten 103 ist ein Durchgangsloch 1031 angeordnet,
so daß der Elektrolyt
im elektrolytischen Bad 102 durch das Durchgangsloch 1031 in
den Raum in den jeweiligen Elektrodenplatten 103 fließt, um einen
Flüssigkeitstandsausgleich
zu gewähren;
ferner ist am oberen Ende der jeweiligen Elektrodenplatten 103 eine
Perforation 1032 ausgebildet; eine Gasleitung 104 ist
mit dem oberen Teil des elektrolytischen Bades 102 zum Zwecke
der Ausgabe des erzeugten Wasser- und Sauerstoffs verbunden.
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Beim
Betrieb versorgt das Netzteil 101 die Elektrodenplatten 103 im
elektrolytischen Bad 102 mit Gleichstrom jeweils für die positive
und negative Elektrode. Wenn der Elektrolyt als Wasser ausgeführt ist,
wird der Elektrolyt im elektrolytischen Bad 102 durch die
positive und negative Elektrode beiderseits der jeweiligen Elektrodenplatten 103 elektrolysiert,
so daß Wasser-
und Sauerstoff von den beiden Seiten der Elektrodenplatten 103 generiert
und dann über
die Gasleitung 104 ausgegeben werden.
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Der
Aufbau des oben genannten Generators 10 für Wasser-
und Sauerstoff hat jedoch den Nachteil, daß die Elektrodenplatten 103 parallel
zueinander angeordnet werden müssen,
und kein Kontakt zwischen den Elektrodenplatten 103 entstehen
soll; daher ist ein verhältnismäßig größerer Raum
erforderlich; daher wird ein herkömmlicher Generator 10 für Wasser-
und Sauerstoff groß dimensioniert
und kann nicht verkleinert werden. Da die produzierte Menge des
Wasser- und Sauerstoffs der Menge sowie der Fläche der Elektrodenplatten 103 entspricht, müssen mehr
Elektrodenplatten 103 vorgesehen sein, um mehr Wasser-
und Sauerstoff zu erzeugen. Dadurch wird das Volumen des Generators 10 für Wasser-
und Sauerstoff größer, und
die Herstellungskosten werden sich erhöhen.
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Aus
den taiwanesischen Gebrauchsmustern TW 275259 und 282004 sind weitere
Generatoren für Wasser-
und Sauerstoff bekannt, wobei das Gebrauchsmuster TW 275259 eine
Vorrichtung zum Produzieren und Sammeln von Wasser- und Sauerstoff
beschreibt, die einen Speicher, einen oberen Deckel, einen unteren
Deckel sowie eine Vielzahl von Elektrodenplatten, Kühlplatten,
Isolierzwischenscheiben und Filterbädern umfasst, wobei an den
Kühlplatten
jeweils eine Elektrodenplatte und am Boden eine Isolierzwischenscheibe
angeordnet ist. In den Vertiefungen an der oberen und unteren Seite
der jeweiligen Isolierzwischenscheiben sind isolierende Öldichtungen
gedrückt.
Die Anzahl der Elektrodenplatten ist parallel zueinander angeordnet,
wobei an der äußersten
Seite dieser Struktur ein oberer und ein unterer Deckel zum Verschließen vorgesehen
sind. Die positive und die negative Elektrode der elektrolytischen
Stromquelle sind an die äußersten
Elektrodenplatten angeschlossen, wodurch ein elektrolytisches Bad
ohne Gehäuse
ausgebildet werden kann. Desweiteren wird durch die Spannungsverteilung
mehrerer Elektrodenplatten ermöglicht,
die elektrolytische Stromquelle mit höherer Spannung auszuführen, um eine
Spannungssenkung durch einen Umwandler zu ersparen und eine Stromverteilung
zu ermöglichen, so
daß sich
die Nutzleistung der Energie erhöht,
und sich die Produktionsleistung der elektrolytischen Gase dementsprechend
erhöht.
Durch den Anschluß eines
polaren Schalters an die jeweiligen Kontakte des positiven und negativen
Pols des elektrolytischen Bades ist ein Umschalten des positiven
und negativen Pols möglich,
um zu vermeiden, daß nach längerer Zeit
des Gebrauchs der elektrolytische Schlamm die Elektrodenplatten
umhüllt,
was die Elektrolyse beeinträchtigen
könnte.
In der Praxis muß zum
Zwecke der Leistungserhöhung
die Spannung entsprechend erhöht
werden; in der praktischen Elektrolyse ist jedoch ein höherer Stromwert, nicht
ein Spannungswert erforderlich, wobei eine Spannungserhöhung direkt
zur Galvanisierung der Elektrodenplatten und somit zur Erosion der
Elektrodenplatten oder sogar zum blitzschnellen Kurzschluß der Elektroden
und somit zur inneren Explosion führen könnte.
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Jedoch
kann das o.g. Patent die Nutzleistung der Energie oder die Produktionsleistung
der elektrolytischen Gase nicht wirklich erhöhen; in der Praxis soll vermieden
werden, daß nach
längerer
Zeit des Gebrauchs der elektrolytische Schlamm die Elektrodenplatten
umhüllt.
In manchen Fällen
müssen
sogar mehrere Elektrodenplatten vorgesehen sein, was zum Vergrößern des
Volumens führen
kann. Wenn eine große
Menge von Wasser- und Sauerstoff eingesetzt werden muß, ist ein
elektrolytisches Bad mit einem großen Volumen erforderlich. Dies
ist für
die Arbeitsumgebung unpraktisch und daher verbesserungsbedürftig.
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Aus
dem taiwanesischen Gebrauchsmuster Nr. TW 282004 ist ein multipolares,
spannungsverteilendes elektrolytisches Bad zum Produzieren von Wasser-
und Sauerstoff bekannt, wobei das elektrolytische Bad eine multipolare
spannungsverteilende Struktur aufweist, in der eine Vielzahl von
Elektrodenplatten parallel zueinander angeordnet sind; zudem werden
der postive und der negative Pol der elektrolytischen Stromquelle
jeweils an die äußersten
Elektrodenplatten der multipolaren spannungsverteilenden Struktur
angeschlossen, wobei die elektrolytische Stromquelle durch die Spannungsverteilung
der Elektrodenplatten eine höhere
Spannung aufweisen kann, so daß keine
Spannungssenkung mithilfe eines Umwandlers nötig ist, und die Nutzleistung
der Energie durch die Stromverteilung erhöht werden kann, so daß die Produktionsleistung
der elektrolytischen Gase entsprechend erhöht werden kann. Durch den Anschluß eines
polaren Schalters an die jeweiligen Kontakte des positiven und negativen
Pols des elektrolytischen Bades ist ein Umschalten des positiven
und negativen Pols möglich,
um zu vermeiden, daß nach
längerer
Zeit des Gebrauchs der elektrolytische Schlamm die Elektrodenplatten
umhüllt, was
die Elektrolyse beeinträchtigen
könnte.
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Das
o.g. Patent kann zwar die Nutzleistung der Energie und somit die
Produktionsleistung der elektrolytischen Gase entsprechend erhöhen, doch ist
eine Vielzahl von Elektrodenplatten immer noch erforderlich, wobei
in der Praxis eine überhohe
Spannung direkt zur Galvanisierung der Elektrodenplatten führen kann,
so daß der
Gasgenerator nicht auf längere
Zeit benutzt werden kann; in manchen Fällen könnte es sogar zum blitzschnellen
Kurzschluß der Elektroden
und somit zur inneren Explosion des Wasser- und Sauerstoffs führen. Das
Patent hat auch den Nachteil, daß das Volumen des Generators
für Wasser-
und Sauerstoff größer wird,
und sich die Herstellungskosten erhöhen.
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Angesichts
der Probleme beim Stand der Technik hat der Erfinder sich dem Studium
dieser Technik gewidmet, sich an diesbezügliche Theorien angelehnt und
von den Herstellungserfahrungen von Generatoren für Wasser-
und Sauerstoff aller Arten unterstützt den Generator für Wasser-
und Sauerstoff gemäß der Erfindung,
die angemessen entworfen und lösungswirksam
in bezug auf die o.g. Probleme ist, hervorgebracht.
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ZUSAMMENFASUNG DER ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator
für Wasser-
und Sauerstoff zu schaffen, dessen Elektrodenplatten durch Sintermetallurgie
hergestellt werden und daher hoch atmungsaktiv – und intensiv sind, so daß Katione
und Anione schnell eine Elektrolyse bewirken können, um Wasser- und Sauerstoff
effizient zu erzeugen.
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Die
o.g. Aufgabe wird gelöst
durch einen Generator für
Wasser- und Sauerstoff, der mit einem elektrolytischen Bad versehen
ist, das als abgeschlossener Aufnahmeraum ausgeführt ist und einen Ausgang sowie
einen Eingang zur Wirkung des Elektrolyts im elektrolytischen Bad
aufweist. In der Mitte des Aufnahmeraums ist eine elektrolytische
Vorrichtung vorgesehen, an deren Außenschicht eine erste Elektrodenplatte
angeordnet ist, die durch Sintermetallurgie hohlförmig hergestellt
ist und eine erste Elektrode bildet. In der ersten Elektrodenplatte
ist eine zweite Elektrodenplatte angeordnet, die durch Sintermetallurgie
hohlförmig
hergestellt ist und eine zweite Elektrode bildet. Zwischen der ersten
und der zweiten Elektrodenplatte ist ein Isolierkörper aus
atmungsaktivem Stoff angeordnet, wobei die erste und die zweite
Elektrode jeweils an den ersten und dem zweiten Pol eines Netzteils
elektrisch angeschlossen sind. Bei der Benutzung kann das Netzteil
die erste und die zweite Elektrode mit Gleichstrom versorgen, so
daß der
durch den Eingang einfließende
Elektrolyt in die feinen Poren der ersten und der zweiten ringförmigen Elektrodenplatte
eindringen kann und mithilfe von Metallpulver in den Poren Wasser-
und Sauerstoff elektrolysiert, die wiederum aus dem Ausgang ausfließen. Dadurch
wird der Anordnungsraum der ringförmigen Elektrodenplatten durch
die elektrolytische Vorrichtung der durch Sintermetallurgie hergestellten
Elektrodenplatten in erheblichem Maß verkleinert, und die Fläche der
Elektrodenplatten wird zugleich vergrößert, so daß es möglich ist, in einem kleineren
Anordnungsraum mehr Wasser- und Sauerstoff zu produzieren. Somit
ist das Volumen des erfindungsgemäßen Generators für Wasser-
und Sauerstoff zum Zwecke der Kompaktierung erheblich reduzierbar.
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Im
Folgenden werden die detaillierte Ausgestaltung, angewendete Prinzipien,
Funktionen und Wirkungen der vorliegenden Erfindung anhand der Beschreibung
und der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert
werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine dreidimensionale perspektivische Ansicht des Aufbaus eines
herkömmlichen Generators
für Wasser-
und Sauerstoff.
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2 zeigt
eine dreidimensionale Außenansicht
eines erfindungsgemäßen Generators
für Wasser-
und Sauerstoff.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht der elektrolytischen Vorrichtung des
erfindungsgemäßen Generators
für Wasser-
und Sauerstoff.
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4 zeigt
eine dreidimensionale Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Generators für Wasser-
und Sauerstoff.
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5 zeigt
eine Teilschnittansicht des erfidungsgemäßen Generators für Wasser-
und Sauerstoff.
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6 zeigt
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Generators für Wasser-
und Sauerstoff.
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7 zeigt
eine Darstellung bei der Benutzung des erfindungsgemäßen Generators
für Wasser-
und Sauerstoff.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Wie
aus 2 bis 4 ersichtlich, ist der erfindungsgemäße Generator
für Wasser-
und Sauerstoff 30 mit einem elektrolytischen Bad 31 an
der Außenseite
versehen, das im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ringförmig
ausgebildet ist. Das elektrolytische Bad 31 weist einen
Ausgang 311 sowie einen Eingang 312 auf, so daß der Wasser- und Sauerstoff enthaltende
Elektrolyt im elektrolytischen Bad 31 in die relevante
Vorrichtung geleitet werden kann. Das elektrolytische Bad 31 weist
ein Öffnungs-
und Verschlußteil 313 auf,
wobei durch den Aufbau des Öffnungs-
und Verschlußteils 313 mit dem
elektrolytischen Bad 31 ein abgeschlossener Aufnahmeraum 314 (siehe 4)
ausgebildet ist, in dem die elektrolytische Vorrichtung 32 angebracht werden
kann.
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Wie
aus 5 und 6 ersichtlich, ist die äußere Schicht
der elektrolytischen Vorrichtung 32 eine erste Elektrodenplatte 321,
die durch Sintermetallurgie hergestellt ist und eine erste Elektrode
(z.B. negativen Pol) bildet. Da die erste ringförmige Elektrodenplatte 321 durch
Sintermetallurgie hergestellt ist, ist eine Vielzahl von Schlitzen
in der ersten ringförmigen
Elektrodenplatte 321 ausgebildet, so daß der Elektrolyt in die Metallporen
eindringen kann.
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In
der ersten Elektrodenplatte 321 ist eine zweite Elektrodenplatte 322 angeordnet,
die durch Sintermetallurgie hergestellt ist und eine zweite Elektrode
(z.B. positiven Pol) bildet. Da die zweite Elektrodenplatte 322 durch
Sintermetallurgie hergestellt ist, ist eine Vielzahl von Metallporen
in der zweiten ringförmigen
Elektrodenplatte 322 ausgebildet, so daß der Elektrolyt in die Metallporen
eindringen kann. Zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenplatte 321, 322 ist
ein Isolierkörper 323 angeordnet,
um die erste Elektrodenplatte 321 von der zweiten Elektrodenplatte 322 zu
isolieren und so einen Kurzschluß zu vermeiden. Die erste und
die zweite Elektrode sind jeweils an den positiven und den negativen Pol
eines Netzteils (nicht in der Zeichnung dargestellt) elektrisch
angeschlossen.
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Beim
Betrieb des erfindungsgemäßen Generators
für Wasser-
und Sauerstoff 30 versorgt das Netzteil die erste und die
zweite Elektrode mit Gleichstrom, so daß der Elektrolyt durch den
Eingang 312 in den Aufnahemraum 314 einfließen kann
und dann in die Metallporen der ersten und der zweiten Elektrodenplatten 321, 322 eindringen.
In den Metallporen werden Wasser- und Sauerstoff elektrolysiert,
wobei der Elektrolyt mit einer großen Menge von Wasser- und Sauerstoff
dann aus dem Ausgang 311 ausfließt.
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Dadurch,
daß der
Elektrolyt in die Metallporen der ersten und der zweiten Elektrodenplatte 321, 322 eindringt,
vergrößert sich
die Fläche
für die
Elektrolyse, so daß der
Anordnungsraum für
Elektrodenscheiben in erheblichem Maß reduzierbar ist. Somit wird
ermöglicht,
in einem Anordnungsraum mehr Wasser- und Sauerstoff zu produzieren.
Das Volumen des erfindungsgemäßen Generators
für Wasser-
und Sauerstoff 30 ist also zum Zwecke der Kompaktierung
erheblich reduzierbar. Wie aus 5 und 6 ersichtlich,
ist der Isolierkörper 323 aus
atmungsaktivem Stoff (im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Isolierkörper 323 aus
Melamin hergestellt) hergestellt. Die erste Elektrodenplatte 321 kann
durch Sintermetallgurie aus Eisen- oder Nickellegierung hergestellt
werden, wobei an der Oberfläche
der ersten Elektrodenplatte 321 eine Nickelschicht galvanisiert
wird, um die Hydrierung zu verhindern und somit die Nutzdauer der
ersten ringförmigen
Elektrodenplatte 321 wirksam zu erhöhen. Darüber hinaus ist das Metall dieser
Art umweltschonend und recycelbar. Die erste Elektrodenplatte 321 wird mithilfe
von Nanotechnologie durch Sintermetallurgie geformt, so daß das Fertigprodukt
atmungsaktiv ist; nach der Schaltung des Stroms können sich
die Katione und Anione schnell miteinander kombineren, was die Produktionsleistung
von Wasser- und Sauerstoff erhöht.
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Wie
aus 5 und 6 ersichtlich, kann die zweite
ringförmige
Elektrodenplatte 322 aus rostfreiem Stahl oder Edelstahl
wie Platin oder Palladium durch Sintermetallgurie hergestellt werden.
Darüber hinaus
ist das Metall dieser Art umweltschonend und recycelbar. Die erste
Elektrodenplatte 321 wird mithilfe von Nanotechnologie
durch Sintermetallurgie geformt, so daß das Fertigprodukt hoch atmungsaktiv und
stromleitfähig
ist; nach der Schaltung des Stroms können sich die Katione und Anione
schnell miteinander kombineren, was die Produktionsleistung von Wasser-
und Sauerstoff erhöht.
Desweiteren ist ein explosionshemmender Raum 316 am Ausgang 311, also
einem Ende der zweiten Elektrodenplatte 322, angeordnet,
um durch Gasexplosionen rückwärts entgegenkommende
Feuerflamme zu verhindern.
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Gemäß 4 und 6 ist
das Öffnungs- und
Verschlußteil 313 durch
Verschrauben am elektrolytischen Bad 31 abgedichtet, wobei
am Innenrand des Öffnungs-
und Verschlußteils 313 ein
Innengewinde 3131 vorgesehen ist, während am Außenrand des oberen Endes des
elektrolytischen Bades 31 ein Außengewinde 315 angeordnet
ist, das dem Innengewinde 3131 entspricht. Durch den Verschluß des Innen- und des Außengewindes 3131, 315 wird
ein Aufnaheraum 314 ausgebildet.
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7 zeigt
eine Darstellung bei der Benutzung des erfindungsgemäßen Generators
für Wasser-
und Sauerstoff 30. Dabei ist der Ausgang 311 mit der
Eingangsleitung 611 eines Separators für Elektrolyte 61 verbunden,
und die Ausgangsleitung 612 des Separators für Elektrolyte 61 ist
mit der Eingangsleitung 631 eines Separators zum zweitmaligen
Trennen des Elektrolyts 63 verbunden. Die Umlaufwasserleitung 65 des
Separators für
Elektrolyte 61 und des Separators zum zweitmaligen Trennen des
Elektrolyts 63 ist mit dem Eingang 312 des Generators 30 verbunden.
An der Umlaufwasserleitung 65 ist eine Pumpe (nicht in
der Zeichnung dargestellt) angeordnet, die den vom Separator für Elektrolyte 61 und
vom Separator zum zweitmaligen Trennen des Elektrolyts 63 getrennten
Elektrolyt sammelt und wieder in den Generator für Wasser- und Sauerstoff 30 zur
nochmaligen Elektrolyse einführt.
Der Eingang 312 des Generators für Wasser- und Sauerstoff 30 ist mit
einer Vorrichtung zur Ausgabe vom Elektrolyt (nicht in der Zeichnung
dargestellt) verbunden, um den Elektrolyt nachzufüllen. Aus
dem Wasser- und Sauerstoff enthaltenden Elektrolyt, der durch den
Generator für
Wasser- und Sauerstoff 30 elektrolysiert ist,
können
das Elektrolyt und die Gase vom Separator für Elektrolyte 61 und
Separator zum zweitmaligen Trennen des Elektrolyts 63 in
dieser Reihefolge getrennt werden, wobei der reine Wasser- und Sauerstoff
durch die Ausgangsleitung 632 des Separators zum zweitmaligen
Trennen des Elektrolyts 63 ausgegeben werden können.
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Gemäß der vorstehenden
Beschreibung wird erfindungsgemäß durch
die Struktur der ersten und er zweiten ringförmigen Elektrodenplatte 321, 322 ermöglicht,
das Anordnungsvolumens des Generators für Wasser- und Sauerstoff zu
reduzieren, wobei die Fläche
bei der Elektrolyse zugleich berücksichtigt wird,
so daß zweckgemäß das Volumen
verkleinert wird, und sich die Leistung erhöht. Durch die Ausführung der
Erfindung lassen sich zumindest folgende Vorteile realisieren:
- 1. das gesamte Anordnungsvolumen wird verkleinert,
und die Fläche
für die
Elektrolyse wird vergrößert, so
daß sich
die Leistung erhöht,
und das Gewicht sinkt;
- 2. die Elektrodenplatten sind durch Sintermetallurgie hergestellt
und daher atmungsaktiv, so daß sich
die Katione und Anione schnell miteinander kombinieren können;
- 3. die Elektrodenplatten sind aus rostfreien Stahl und Eisen
oder Nickel hergestellt, was die Hydrierung wirksam hemmen kann
und so die Nutzdauer der Elektrodenplatten verlängern kann;
- 4. der rostfreie Stahl, Eisen und Nickel können zu beserer Legierung geschmolzen
werden, was das Problem mit dem Recyceln wirksam lösen kann;
- 5. die Sintermetallurgie wird mithilfe von Nanotechnologie durchgeführt, um
die stromleitfähige Fläche wirksam
zu vergrößern und
so eine blitzschnelle Leistungserzeugung zu erzielen;
- 6. im erfindungsgemäßen Generator
für Wasser- und
Sauerstoff ist ein explosionshemmender Raum angeordnet, um durch
Gasexplosionen rückwärts entgegenkommende
Feuerflamme zu verhindern; und
- 7. neben der Funktion zum Erzeugen von reinem Wasser- und Sauerstoff
kann der erfindungsgemäße Generator
für Wasser-
und Sauerstoff auch die Funktionen der relevanten Einrichtungen
zum Erzeugen von Wasser- und Sauerstoff, z-B. die üblichen
Akkus, Wasser- und
Sauerstoffzellen, Brennstoffzellen, Motoren für Stromerzeugung, Kraftmotoren
und Einrichtungen zum Destillieren und Sterilizieren von Meereswasser,
ersetzen.
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Die
vorstehende Beschreibung stellt nur das bevorzugte, ausführbare Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar und soll nicht die Patentansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen
und Modifikationen, die unter Anwendung der Beschreibung und der
Zeichnungen betreffs der Erfindung vorgenommen werden, gehören zum
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.