DE3218259C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mehrzelligen
Gasgenerator in Filterpressenbauweise, insbesondere
zur Erzeugung von Knallgas für transportable
Schweißgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Transportable Schweißgeräte werden vielfach mit Knallgas
betrieben, welches durch Elektrolyse
unter Einsatz eines Gasgenerators erzeugt wird. Das
zu diesem Zweck verwendete Wasser ist dabei mit einem
Salz, beispielsweise Kaliumhydroxid, versetzt, um auf
diese Weise den elektrischen Widerstand des Wassers relativ
klein zu halten.
Eine bestimmte Schwierigkeit beim Bau derartiger Gasgeneratoren
besteht darin, daß bei der Elektrolyse des mit
einem Salz versetzten Wassers relativ hohe Ströme, jedoch
geringe Spannungswerte erforderlich sind. Aus diesem
Grunde werden derartige Gasgeneratoren in der Regel
mit einem mehrzelligen Aufbau versehen, um auf diese
Weise durch elektrisches Hintereinanderschalten mehrerer
Zellen eine bessere Anpassung an die zur Verfügung stehende
Stromquelle zu erreichen. Die Zufuhr des frischen
Elektrolyten sowie die Ableitung des verbrauchten Elektrolyten
und der gebildeten Gase erfolgt jedoch in paralleler
Weise, um innerhalb des hydraulischen Systems möglichst
ausgeglichene Elektrolytverhältnisse zu erreichen.
Im Hinblick auf die Tatsache, daß das den einzelnen Zellen
des Gasgenerators zugeführte Wasser durch den Zusatz
von Salz in Form von Kaliumhydroxid eine relativ gute
elektrische Leitfähigkeit besitzt, ergibt sich durch
die parallele Zufuhr und Ableitung des Elektrolyten
ein zusätzlicher Strompfad, über welchen die einzelnen
hintereinandergeschalteten Zellen des Gasgenerators
elektrisch mehr oder weniger gegeneinander kurzgeschlossen
werden. Aus diesem Grunde sind die Anschlußbohrungen
im Bereich der vier Ecken des in Form eines Stapels ausgebildeten
Gasgenerators über radial verlaufende Verbindungsbohrungen
jeweils mit den im Inneren des Stapels
angeordneten Elektroylsekammern verbunden, wobei das
Längen/Breitenverhältnis dieser Verbindungsbohrungen
möglichst groß gemacht wird, um die sich ergebenden
Leckströme gering zu halten.
Bei einem derartigen Gasgenerator wird der die einzelnen
Zellen bildende Stapel in der Regel durch einzelne
flächige Elektrodenelemente gebildet, zwischen welchen
rahmenförmige Abstandselemente angeordnet sind, die die
einzelnen Elektrolysekammern nach außen begrenzen. Die
radial verlaufenden Verbindungskanäle zwischen den Anschlußbohrungen
und den einzelnen Elektroylsekammern
werden dabei entweder mit Hilfe gewellter flexibler
Streifen gebildet, welche als zusätzliche Elemente in
die rahmenförmigen Abstandselemente zwischen den Elektrodenelementen
eingesetzt werden müssen (s. DE-OS
28 09 332), oder es können innerhalb der rahmenförmigen
Abstandselemente parallel zu deren Hauptflächen verlaufende,
einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Kanäle
sein, welche beispielsweise während des Spritzgießens
der Abstandselemente hergestellt werden können (s. DE-OS
29 40 121 und 30 14 885). Beide Lösungen erfordern
jedoch eine bestimmte Mindestdicke der rahmenförmigen
Abstandselemente, um entweder die gewellten Streifen in
entsprechende Aussparungen der Abstandselemente einsetzen
zu können bzw. die erforderlichen Verbindungskanäle parallel
zu den Hauptflächen der Abstandselemente in dieselben
einbringen zu können. Das Erfordernis einer Mindestdicke
der rahmenförmigen Abstandselemente begrenzt jedoch die
Möglichkeit einer Miniaturisierung derartiger Gasgeneratoren.
Bei Verwendung eines verschmutzten Elektrolyten
besteht ferner die Tendenz, daß sich innerhalb derartiger
Gasgeneratoren Ablagerungen bilden, welche aus den vorhandenen
Verbindungskanälen mit einem großen Längen/Querschnittverhältnis
nur schwer entfernt werden können.
Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den
mehrzelligen Gasgenerator in Filterpressenbauweise der
eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß
bei einfacher Herstellbarkeit und guter Reinigungsmöglichkeit
der Verbindungskanäle eine starke Miniaturisierung
des Gasgenerators möglich ist.
Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.
Die die einzelnen Anschlußbohrungen mit den jeweiligen
Elektrolysekammern herstellenden Verbindungskanäle bestehen
im Rahmen der vorliegenden Erfindung im wesentlichen
aus Schlitzen, welche von den jeweiligen Anschlußbohrungen
ausgehen. Die Verbindung dieser Schlitze
mit den Elektrolysekammern erfolgt mit Hilfe von Ausschnitten,
welche entlang des inneren Umfangs der benachbarten
Flachelemente vorgesehen sind. Da somit sowohl
die Schlitze wie auch die Ausschnitte im Rahmen des Herstellungsvorgangs
der jeweiligen Flachelemente geformt
werden, ergeben sich die erforderlichen Verbindungskanäle
allein nach dem Zusammenbau des Stapels, was
ihre einfache Herstellbarkeit sowie gute Reinigungsmöglichkeit
gewährleistet. Die auf diese Weise gebildeten
Verbindungskanäle weisen dabei einen in etwa rechteckigen
Querschnitt auf, wobei die Querschnittsabmessungen
dieser Verbindungskanäle durch die Dicke der jeweiligen
Flachelemente und die Breite der eingebrachten Schlitze
festgelegt sind. Im Rahmen einer entsprechenden Miniaturisierung
des Gasgenerators können somit bei einer Reduzierung
der Dicke der verwendeten Flachelemente die vorgesehenen
Schlitze entsprechend breiter ausgelegt werden,
um auf diese Weise die Querschnittsabmessungen der Verbindungskanäle
auf einem optimalen Wert halten zu können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann somit die Auslegung
der Verbindungskanäle im wesentlichen unabhängig
von der Dickenfestlegung der gestapelten Flachelemente
des Generators erfolgen.
Die für den Betrieb des Gasgenerators erforderlichen Verbindungskanäle
zwischen den Sammelkanälen und den einzelnen
Elektrolysekammern bestehen im Rahmen der vorliegenden
Erfindung jeweils zumindest aus zwei aufeinanderfolgenden
Abschnitten, wobei der eine Abschnitt durch einen
innerhalb des einen Flachelements des Stapels vorgesehenen
Schlitz und die entsprechenden Außenflächen der
beiden benachbarten Flachelemente gebildet wird, während
der daran anschließende Abschnitt des Verbindungskanals
durch einen innerhalb des einen Flachelements vorgesehenen
Ausschnitt in Verbindung mit den entsprechenden
Außenflächen der beiden benachbarten Flachelemente erzeugt
wird. Im Hinblick auf die Tatsache, daß der Schlitz
und der Ausschnitt für die Bildung des jeweiligen Verbindungskanals
zwangsläufig versetzt in zwei benachbarten
Flachelementen auftreten, werden für die Erzeugung
eines Verbindungskanals mindestens vier benachbarte
Flachelemente des in Filterpressenbauweise gefertigten
Gasgenerators benötigt. Da darüber hinaus der jeweilige
Verbindungskanal über den betreffenden Ausschnitt
in die Elektrolysekammern münden muß, ergibt sich mehr
oder weniger zwangsläufig, daß mit Ausnahme des Falls
des Vorsehens eines zweiteiligen Abstandselements die
Ausschnitte innerhalb der rahmenförmigen Abstandselemente
zu liegen gelangen, während die Schlitze der Verbindungskanäle
innerhalb der Elektrodenplatten bzw. der die Elektroden
tragenden Außenrahmen vorgesehen sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
anhand der Unteransprüche 2 bis 5.
Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsformen
näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die
beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist. Es zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte Querschnittsansicht durch einen
Gasgenerator zur Erläuterung seines prinzipiellen
Aufbaus;
Fig. 2 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators;
Fig. 3 einen entlang der Linie 3-3 verlaufende Querschnittsansicht
des Gasgenerators von Fig. 2, gesehen in Richtung
der Pfeile;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des in der Fig. 3 von
einem Kreis 4 umgebenden Teils des Gasgenerators von Fig. 2;
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein rahmenförmiges Abstandselement
bei dem in Fig. 2 gezeigten Gasgenerators;
Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Elektrodenelement zusammen mit seinem
Rahmen bei dem in Fig. 2 gezeigten
Gasgenerator;
Fig. 7 eine Perspektivansicht einer Deckplatte bzw. eines Trennelements
bei dem in Fig. 2 gezeigten Gasgenerator;
Fig. 8 eine auseinandergezogene Darstellung einer Anzahl von
Einzelelementen, die in Form eines Stapels
den in Fig. 2 gezeigten Gasgenerator bilden,
wobei die Reihenfolge der Aufeinanderschichtung dieser
Bauelemente ersichtlich ist;
Fig. 9 eine auseinandergezogene Perspektivansicht dreier
Flachelemente des Gasgenerators von Fig. 2, in der
die Flachelemente in einem Abstand voneinander gezeigt
sind, um die Strömungswege des Elektrolyten und des
Gases durch die Einlaß- und Auslaßkanäle aufzuzeigen;
Fig. 10 eine Teilansicht in Draufsicht der drei Flachelemente
von Fig. 9, im gestapelten Zustand, wobei die Konturen der nicht sichtbaren
Flachelemente durch unterbrochene Linien dargestellt sind;
Fig. 11 eine vereinfachte Darstellung zur Erläuterung des Betriebs
des in der Fig. 2 gezeigten Gasgenerators, welche
mit einem Elektrolyttank und einem Stromversorgungsgerät
verbunden ist;
Fig. 12 eine Draufsicht auf die Flachelemente
einer abgewandelten Ausführungsform
des Gasgenerators von Fig. 2;
Fig. 13 eine Querschnittsansicht eines Gasgenerators, welcher aus
den Flachelementen von Fig. 12
aufgebaut ist;
Fig. 14 eine Draufsicht auf ein abgewandeltes Abstandselement,
welches bei dem in Fig. 17 gezeigten Gasgenerator verwendbar ist;
Fig. 15 eine Draufsicht auf eine linke Hälfte einer bei dem Gasgenerator von
Fig. 17 gezeigten Dichtung, wobei die nichtgezeigte
rechte Hälfte spiegelbildlich zur gezeigten Hälfte
ausgebildet ist;
Fig. 16 eine Draufsicht auf eine linke Hälfte eines bei dem Gasgenerator von
Fig. 17 gezeigten Elektrodenelements wobei die rechte
Hälfte spiegelbildlich zur gezeigten Hälfte ausgebildet
ist;
Fig. 17 eine auseinandergezogene Darstellung einer zweiten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gasgenerators, wobei die Schraubenlöcher der
in den Fig. 14 bis 16 gezeigten Flachelemente
zur Vereinfachung nicht dargestellt
sind;
Fig. 18 eine Draufsicht auf den oberen Teil eines Abstandselementpaares,
wobei das eine Abstandselement
gegenüber dem anderen um 180° gedreht worden ist, so daß
nebeneinanderliegende Flachelemente des in Fig. 17 gezeigten Gasgenerators
gebildet werden;
Fig. 19 eine Draufsicht auf den oberen Teil dieses Abstandselementpaares von Fig. 8,
wobei das Abstandselementpaar um 180°C gegenüber
der Anordnung von Fig. 7 gedreht worden ist;
Fig. 20 eine Teildraufsicht auf das untere Ende des in den
Fig. 18 und 19 gezeigten Abstandelementpaar mit Darstellung des
Einströmens des Elektrolyten; und
Fig. 21 eine Teilquerschnittansicht durch zwei
beidseitig von einer Nickelplatte angeordneten Dichtungen,
zur Darstellung der Art und Weise, in der
eine Abdichtung der durch die
Nickelplatte geführten Löcher gegenüber dem Elektrolyten
erfolgt.
Der in der Fig. 1 dargestellte, Gasgenerator 20 umfaßt
parallele im Abstand voneinander angeordnete Elektrodenplatten 21 A-21 H,
Elektrolysekammern 22 A-22 G, eine Einlaßsammelleitung 23 für
den Elektrolyten, eine Auslaßsammelleitung 24 für das Gas und den
Elektrolyten, Verbindungskanäle 25 und 26, einen Zuführstutzen 27
für den Elektrolyten, einen Auslaßstutzen 28 für das Gas und den
Elektrolyten, eine positive Anschlußklemme 29 und eine negative Anschlußklemme
31. Der Generator 20 ist von einem versiegelten und
elektrisch isolierenden Gehäuse 32 umschlossen, das einen Hohlraum
bildet, in dem die Kammern 22 A-22 G ausgebildet sind.
Der in Fig. 1 dargestellte Gasgenerator 20,
wird vor allem zur Elektrolyse
von Wasser und Erzeugung von Knallgas eingesetzt. Der verwendete
Elektrolyt besteht dabei aus einer Lösung aus Kaliumhydroxid (KOH)
in destilliertem Wasser, wobei das Kaliumhydroxid zur Herstellung
der elektrischen Leitfähigkeit dient. Die Elektroden 21 A-21 H bestehen
aus flachen, rechteckigen Platten, welche aus Nickelblech herstellbar
sind. Während des Betriebs des Gasgenerators 20 tritt der
Elektrolyt 33 durch den Zuführstutzen 27 ein und füllt die Einlaßsammelleitung
23. Aus der Einlaßsammelleitung 23 läuft der Elektrolyt
33 durch die Verbindungskanäle 25 in die Kammern 22 A-22 G ein und
füllt diese auf, wonach der Elektrolyt 33 durch die Verbindungskanäle 26
in die Auslaßsammelleitung 24 strömt, aus der der Elektrolyt 33 dann
schließlich durch den Auslaßstutzen 28 austritt.
Die Kammern 22 A-22 G mit ihren Verbindungskanälen 25 und 26
bilden dabei parallele Strömungswege zwischen der Einlaßsammelleitung
23 und der Auslaßsammelleitung 24. Die Sammelleitungen
23 und 24 müssen hingegen einen genügend großen Querschnitt aufweisen, so
daß entlang derselben ein nur minimaler Druckabfall entsteht.
In zusätzlicher Weise ist der Zuführstutzen 27 am Boden des Gasgenerators
20 vorgesehen, während der Auslaßstutzen 28 an der oberen Seite des Gasgenerators
20 angesetzt ist, so daß die Gesamtlänge des vom Elektrolyten durch
die verschiedenen Kammern 22 A-22 G zurückgelegten Wegs jeweils
identisch ist, wodurch gewährleistet wird,
daß der Elektrolyt den verschiedenen Kammern unter dem gleichen Druck zugeführt
wird, und daß die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten durch diese Kammern dieselbe ist.
Der elektrische Strom fließt von der positiven Anschlußklemme 29 zur
Elektrode 21 A und von dort über den in der Kammer 22 A befindlichen Elektrolyten zur
Elektrode 21 B. Von dieser Elektrode fließt der Strom über die Kammer 22 B zur
Elektrode 21 C, die Kammer 22 C zur Elektrode 21 D, die
Kammer 22 D zur Elektrode 21 E, die Kammer 22 E zur Elektrode
21 F, die Kammer 22 F zur Elektrode 21 G, und die Kammer
22 G zur Elektrode 21 H, von wo aus der Strom
zur negativen Anschlußklemme 31 geleitet ist.
Die elektrische Leitfähigkeit der Elektroden 21 A-21 H ist dabei so groß,
daß zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der benachbarten
Elektroden 21 A und 21 B, 21 B und 21 C usw. die gleiche Potentialdifferenz
auftritt. Die Stromdichte im Elektrolyten zwischen einer Elektrode
und der nächsten ist ebenfalls konstant, weil der Elektrolyt eine hohe
Dichte aufweist und kontinuierlich im Kreislauf geführt wird.
Aufgrund des bestehenden Spannungsabfalls von einer Elektrode zur
nächsten besteht eine Potentialdifferenz zwischen benachbarten Kammern.
Infolge dieser Potentialdifferenz kann ein Leckstrom von jeder Kammer
zur nächsten fließen. So fließt, z. B., ein Leckstrom von der Kammer
22 a zur Kammer 22 b. Dieser Leckstrom nimmt zwei Wege: Der erste
Weg führt von der Kammer 22 a über seinen Verbindungskanal 25 zur Einlaßsammelleitung
23 und von dort über den dazwischenliegenden Verbindungskanal
25 zur Kammer 22 B. Der zweite Weg führt von der Kammer 22 A
über den Verbindungskanal 26 zur Auslaßsammelleitung 24 und von dort
über den dazwischenliegenden Verbindungskanal 26 zur Kammer 22 B. Diese
Leckströme werden dabei vom Elektrolyten
getragen. Entsprechende Leckströme fließen von der Kammer
22 B zur Kammer 22 C, von der Kammer 22 C zur Kammer 22 D
usw. Bezüglich der Gaserzeugung sind diese Leckströme unerwünscht,
weil sie den Leistungsverbrauch erhöhen, den Wirkungsgrad des Geräts
verringern und zu einer unerwünschten Erwärmung des Elektrolyten führen.
Zwecks Verringerung der auftretenden Leckströme sind demzufolge die Verbindungskanäle
25 bzw. 26 mit kleinen Querschnitten versehen, wobei die Länge
jedes Kanals vorzugsweise das Mehrfache der Breite oder des
Durchmessers seiner Querschnittsfläche beträgt.
Innerhalb jeder der Kammern 22 A-22 B fließt ein Strom von der
stärker positiven Elektrode zur stärker negativen Elektrode. Somit dient
die Fläche der Elektrodenplatte, von welcher der Strom abfließt, als Anode
für die betreffende Kammer, während die Fläche der gegenüberliegenden
Elektrodenplatte, zur Kathode
wird. Die abgewandte Fläche der als Kathode
für die Kammer 22 A wirkenden Elektrode dient hingegen erneut als Anode für die nächste Kammer
22 B. Die Elektrode 21 B und die Elektroden 21 C-21 G sind somit
bipolare Elektroden, welche jeweils eine als Anode dienende
Fläche und eine als Kathode wirkende Fläche
aufweisen. Innerhalb jeder Kammer führt der Stromfluß von der Anode
zur Kathode zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoff, wobei
der Sauerstoff 34 an der Anode und der Wasserstoff 35 an der Kathode
auftritt. Der Sauerstoff und der Wasserstoff werden von dem durch
die Kammer hindurchfließenden Elektroden mitgenommen und aus der
Kammer ausgetragen, wobei das Gas und die Elektrolytmischung durch
den jeweiligen Auslaßkanal 26 jeder Kammer in die Auslaßsammelleitung
24 und von dort durch den Auslaßstutzen 28 in eine in der Fig. 1
nicht gezeigte Sammelkammer fließt.
Fig. 2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators 40, welcher eine Anzahl von
Flachelementen umfaßt, die in gestapelter Form
zwischen Endplatten 37 angeordnet sind und mittels Schrauben
41 und Muttern 42 unter Bildung eines Blocks
zusammengehalten werden.
Die Endplatten 37 bestehen im wesentlichen aus Platten 43 welche aus Polyamid oder
einem ähnlichen, elektrisch isolierenden Material, hergestellt sind.
An den Rändern der Platten 43 sind Löcher 44 zur Aufnahme der Schrauben
41 vorgesehen. Am unteren Ende des Gasgenerators 40 sind an der Endplatte
37 zwei Einlaßstutzen 45 und 46 für den Elektrolyten vorgesehen, während am
oberen Ende des Gasgenerators 40 an der Endplatte 37 zwei Auslaßstutzen
45 und 46 für das Gas und den Elektrolyten eingesetzt sind.
Die in Axialrichtung verlaufenden Öffnungen 47
der Stutzen 45 und 46 bilden dabei Durchlässe durch
die Endplatten 37. In der Mitte der
Endplatten 37 sind je eine Schraubklemme 48 vorgesehen, welche
durch die Platte 37 hindurch mit einem auf der gegenüberliegenden
Seite der Platte 37 befindlichen, nicht
gezeigten Kontaktknopf elektrisch leitend verbunden ist und eine Möglichkeit
zum Verbinden des Gasgenerators 40 mit der positiven bzw. negativen
Anschlußklemme einer Stromversorgung bietet. Beim gezeigten Gasgenerator
40 sind zwei derartige Endplatten 37 vorgesehen,
von denen sich jeweils eine an einem Ende des Stapels ausgeschichteten
Fachelementen befindet.
Fig. 5 zeigt ein Abstandselement 49 in Form eines rechteckigen
Rahmens aus Polyamid. Die beiden längeren Seitenteile 51 und 52 des
Abstandselements 49 sind von gleichmäßiger Breite, wobei jedoch die beiden
Endteile 53 und 54 des Abstandselements 49 an einer Seite breiter als an der
anderen sind und wobei die schmale Seite des Endteils 53 diagonal
gegenüber der schmalen Seite des Endteils 54 liegt. An der schmalen
Seite jedes der Endteile 53 und 54 befindet sich
an der Innenseite des Abstandselements 49 ein keilförmiger Ausschnitt
55, welcher zur Bildung eines Kanals für die
Strömung des Elektrolyten und Gases dient.
In jedem der Endteile 53 und 54 des Abstandselements 49 sind zwei
Löcher 58 vorgesehen, welche als Durchlässe für Gas und den Elektrolyten
dienen, während zusätzliche Löcher 59 im Abstand voneinander
entlang des Umfangs des Abstandselements 49 vorgesehen sind, um die Schrauben
41 des Gasgenerators 40 aufzunehmen. In der Figur sind ferner
mit unterbrochenen Linien 61 die Konturen eines identischen Abstandselements
dargestellt, welches in der Weise umgedreht worden ist, daß sich
die Ausschnitte 55 jeweils an der anderen Seite befinden,
als dies bei dem mit durchgezogenen Linien dargestellten Abstandselement 49
der Fall ist.
Fig. 6 zeigt hingegen ein Elektrodenelement 62, welches einen rechteckigen
Elektrodenrahmen 63 aus Polyamid und eine rechteckige Elektrodenplatte
64 umfaßt. Bei Verwendung in einem Knallgasgenerator ist die
Elektrodenplatte 64 aus Nickel hergestellt. Der Elektrodenrahmen 63 besteht
aus vier Seitenteilen gleichmäßiger Breite, welche eine rechteckige mittlere
Öffnung umgeben, die zur Aufnahme der Elektrodenplatte 64 in
enger Paßform bemessen ist. Die anderen Abmessungen des Elektrodenrahmens
63 sind denen des Abstandselements 49 gleich, wobei die Löcher 58, welche mit den
Löchern 58 des Abstandselements 49 ausrichtbar sind, an gleichen Stellen und
im gleichen Abstand voneinander vorgesehen sind.
Im übrigen sind auch an den gleichen Stellen
wie beim Abstandselement 49, Schraubenlöcher 59 vorgesehen.
Von jedem der vier Löcher 58 ausgehend erstreckt sich ein schmaler
Schlitz 65 nach innen, wobei die Schlitze 65 parallel zu den Endteilen
66 des Elektrodenrahmens 63 verlaufen und kurz vor dem in der Mitte des entsprechenden
Endteils 66 befindlichen Schraubloch 59 enden. Die Schlitze
65 dienen dabei als Gas- und Elektrolytendurchlässe des zusammengesetzten
Gasgenerators 40.
Fig. 7 zeigt ein Trennelement 67 aus Zellglas, welches ebenfalls ein Bauelement des
Gasgenerators 40 darstellt. Die Außenabmessungen
dieses Trennelements 67 entsprechen denen der Abstandselemente
49 und der Elektrodenrahmen 63 und das Trennelement 67 ist ebenfalls an den gleichen
Stellen mit entsprechenden Löchern 58 und 59 versehen.
Gemäß Fig. 8 sind im Gasgenerator 40 die beschriebenen Flachelemente in gestapelter
Form in der gezeigten
Reihenfolge angeordnet. Diese Folge von Flachelementen
beginnt mit einem Elektrodenelement 62, gefolgt von
einem Abstandselement 49, einem Trennelement 67,
einem weiteren Abstandselement 49, einem weiteren Elektrodenelement
62, einem Abstandselement 49, einem Trennelement 67, einem
Abstandselement 49 usw. Jedes nachfolgende Abstandselement 49 ist
gegenüber dem vorhergehenden Abstandselement 49 umgekehrt angeordnet,
so daß die Lagen der Ausschnitte 55 abwechselnd an
der einen oder an der anderen Seite zu liegen gelangen. An Hand dem in Fig. 3
gezeigten Querschnitt des Gasgenerators 40 ist die Reihenfolge der Flachelemente
49, 62 und 67 in entspr. Weise erkennbar.
Fig. 9 und 10 zeigen das Zusammenwirken zwischen den Löchern 58, den Schlitzen 65 und
den Ausschnitten 55 zur Bildung von Verbindungskanäle
und der Einlaß- und Auslaßsammelleitungen für den Elektrolyten
und das erzeugte Gas. An Hand dieser Figuren
sind dabei zwei Abstandselemente 49, ersichtlich von denen jeweils eine an einer
Seite eines Elektrodenelements 62 angeordnet ist. Eines der Abstandselemente
49 befindet sich in umgedrehter Lage
gegenüber dem anderen, so daß einer der Ausschnitte 55
zur Rechten und einer zur Linken der Mittelachse des Gasgenerators 20
liegt. Die Löcher 58 der beiden
Abstandselemente 49 und die Löcher 58 des Elektrodenelements 62 sind dabei
miteinander ausgerichtet, um gemeinsame Kanäle zu
bilden, die senkrecht durch die schichtenartig angeordneten Flachelemente
verlaufen. Die vier Löcher 58 in jedem Flachelement bilden zusammen mit
den vier Löchern 58 aller anderen Flachelemente vier Kanäle
durch das schichtenartig zusammengesetzte Aggregat. Das Ende des sich von dem
an der linken Seite befindlichen Lochs 58 des Elektrodenelements 62
wegerstreckenden Schlitzes 65 steht mit dem Ausschnitt 55
des hinter dem Elektrodenelement 62 befindlichen Abstandselements 49
in Verbindung, während das Ende des anderen, sich von dem an
der rechten Seite des Elektrodenelements 62 befindlichen Lochs 58
hinwegerstreckenden Schlitzes 65 mit dem Ausschnitt 55
des vor dem Elektrodenelement 62 befindlichen Abstandselements 49
verbunden ist. Der Elektrolyt und das an der entlegenen Oberfläche der Elektrodenplatte 64
entwickelte Gas kann dabei frei nach oben entlang der Oberfläche der Elektrodenplatte
64 in den Ausschnitt 55 des hinteren Abstandselements
49, durch den Schlitz 65 und in den Verbindungskanal
fließen, welcher von den miteinander ausgerichteten Löchern 58
an der oberen linken Kante der schichtenförmig gestapelten Anordnung von
Fig. 2 gebildet wird. Auf ähnliche Weise können
der Elektrolyt und das an der vorderen Fläche der Elektrodenplatte 64
entwickelte Gas entlang der vorderen Fläche der Elektrodenplatte 64
in den Ausschnitt 55 des vorderen
Abstandselements 49 und in den anderen Schlitz 65 und danach
in den anderen Verbindungskanal strömen, welcher von den miteinander
ausgerichteten Löchern 58 an der oberen, rechten Kante der
schichtenförmig gestapelten Anordnung von Fig. 2 gebildet
wird.
Die Funktionsweise der beschriebenen Anordnung ist wie folgt:
Der Elektrolyt (H₂O + KOH) tritt durch die Stutzen 45 und 46 in die
in der Nähe des Bodens des Gasgenerators 40 von den miteinander ausgerichteten
Löchern 58 gebildeten beiden Kanäle ein.
Aus diesen beiden Kanälen strömt der Elektrolyt
entlang den Schlitzen 65 des Elektrodenrahmens 63 zu den Ausschnitten
55 der Abstandselemente 49. Der den Ausschnitt
55 des in Fig. 9 gezeigten, vorderen Elements 49 erreichende
Elektrolyt fließt aus dem Ausschnitt 55 heraus
in Richtung nach oben und entlang der Vorderfläche der in dieser Figur
gezeigten Elektrodenplatte 64, während der aus dem Ausschnitt
55 des in Fig. 9 gezeigten hinteren Elements 49
austretende Elektrolyt in Richtung nach oben entlang der abgewandten
bzw. rückwärtigen Fläche der Elektrodenplatte
64 strömt. Fließt ein Strom I von vorne in Pfeilrichtung senkrecht
zur Vorderfläche der Elektrodenplatte 64 hin, dann wird die
Vorderfläche der Elektrodenplatte 64 zur Kathode, während die
Rückseite der Elektrodenplatte 64 die Anode bildet. Das an der
Vorderfläche entstehende Gas besteht aus Wasserstoff, während das an der
Rückseite entstehende Gas Sauerstoff ist. Beide Gase bewegen sich
mit der Strömung des Elektrolyts nach oben, wobei der Wasserstoff 68
an der Vorderseite seinen Weg in den Ausschnitt 55
des vorderen Abstandselements 49 findet und dem Schlitz 65 folgend in
jenen Kanal eintritt, der an der oberen rechten Kante
des Gasgenerators 40 von den miteinander ausgerichteten Löchern 58
gebildet wird, während der an der Rückseite entstehende Sauerstoff 69
in den Ausschnitt 55 des hinteren Abstandselements 49 fließt
und durch den Schlitz 65 den Kanal erreicht, welcher an der
oberen linken Kante des Gasgenerators 40 von den miteinander ausgerichteten
Löchern 58 gebildet wird.
In dem aus den Flachelementen zusammengesetzten Block
des Gasgenerators 40 bilden die Schlitze 65 somit einlaß- und auslaßseitige
Verbindungskanäle, welche den Verbindungskanälen 25 bzw. 26 des in Fig. 1 gezeigten Gasgenerators 20 entsprechen.
Die langgestreckte und schmale Form der durch die Schlitze 65 gebildeten
Verbindungskanäle ergibt den benötigten, hohen elektrischen Widerstand,
welcher eine Verkleinerung der Leckströme
auf Minimalwerte gewährleistet.
Die in den Fig. 9 und 10 nicht
gezeigten Trennelemente 67, von welchen sich jedoch jeweils eines vor dem vorderen Abstandselement
49 und eines unmittelbar hinter dem hinteren Abstandselement 49 befindet, lassen
den Ionenfluß mit Leichtigkeit durchfließen, sperren jedoch
den Durchfluß der erzeugten Gase. Da aufeinanderfolgende Abstandselemente
49 zueinander umgedreht angeordnet sind,
so daß die Lagen der Ausschnitte 55 gegeneinander versetzt
sind, wird der Sauerstoff ständig zur linken Seite hingeleitet, während der Wasserstoff
zur rechten Seite des Gasgenerators 40 geführt
wird. Mittels der beschriebenen Trennelemente 67 werden somit die erzeugten
Sauerstoff- und Wasserstoffgase voneinander getrennt und getrennt von
dem Gasgenerator 40 abgegeben.
Die Art und Weise der getrennten Abgabe von
Sauerstoff und Wasserstoff sei in dem folgenden
noch näher erläutert: gemäß Fig. 4
fließt der elektrische Strom I von links nach rechts durch eine
erste Elektrodenplatte 64, eine Elektrolytschicht 71, ein Trennelement
67, eine zweite Elektrolytschicht 72 und eine zweite Elektrodenplatte
64′ hindurch. Innerhalb der Elektrolytschichten 71 und 72 fließt der
Elektrolyt innerhalb der fensterartigen Öffnungen der Abstandselemente
49, welche jeweils zwischen dem Trennelement 67 und der Elektrodenplatte
64 bzw. 64′ angeordnet sind. Die rechte
Oberfläche 73 der Elektrodenplatte 64 bildet dabei eine Anode, so daß das
an dieser Oberfläche entstehend Gas 74 Sauerstoff ist, während die
linke Oberfläche 75 der Elektrode 64′ eine Kathode bildet, so daß das
an dieser Oberfläche entwickelte Gas 76 Wasserstoff ist. Während das
Trennelement 67 den Ionenfluß und somit den elektrischen Strom I gut
leitet, sperrt es wirksam den Durchfluß des an der Oberfläche 73
erzeugten Sauerstoffes bzw. des an der Oberfläche 75 erzeugten Wasserstoffes
und verhindert somit ein Vermischen dieser Gase.
Die Elektrolytschichten 71 und 72 sind ziemlich schmal, wobei ihre
Dicken der Dicke des Abstandselements 49 entspricht, das im Rahmen der vorl. Erfindung beliebig
dünn dimensioniert werden kann. Auf diese Weise kann in Rahmen der Erfindung ein enger
Elektrodenabstand erzielt werden, ohne daß aufgrund von geringen
mechanischen Toleranzen Schwierigkeiten auftreten. Da die nebeneinanderliegenden
Elektrodenplatten 64 und 64′ einen nur kleinen Abstand voneinander
aufweisen, ist die Ionenweglänge klein, wodurch die Leitfähigkeit der Zelle gefördert
wird. Der enge Elektrodenabstand gewährleistet zusätzlich
einen maximalen Kontakt zwischen dem im Kreislauf geführten Elektrolyten
und den gasbildenden Elektrodenoberflächen. Somit
kann im Rahmen der Erfindung eine wirtschaftliche und wirksame Gaserzeugung mit einem Gasgenerator
erzielt werden, bei welchem eine Trennung des Sauerstoffes und des Wasserstoffes
vorgenommen wird.
Bei einem komplett zusammengesetzten Gasgenerator 40 sind die Elemente
in der in Fig. 8 dargestellten Reihenfolge schichtenförmig gestapelt,
wobei sich an jedem Ende des Stapels ein Elektrodenelement
62 und anschließend eine Endplatte 37 vorgesehen sind,
wobei die Löcher 44 der Endplatte 37
mit den Löchern 59 der Flachelemente 49, 62 und 67 ausgerichtet sind.
Die Einlaßstutzen 45 und 46 der vorderen Endplatte 37
befinden sich dabei vorzugsweise in der Nähe des Bodens des Gasgenerators 20,
während die Auslaßstutzen
45 und 46 der hinteren Endplatte 37 am oberen
Teil des Aggregats angeordnet sind, so daß die Weglängen
des parallel durch die einzelnen Zellen geführten Elektrolyten
einander identisch sind.
Beim Zusammensetzen des Gasgenerators 40 werden die Flachelemente 49, 62
und 67 und die vorderen und hinteren Endplatten
37 stapelartig angeordnet und miteinander
ausgerichtet, wonach die Schrauben 41 durch die Löcher 44 und 59
geführt und die Muttern 42 aufgeschraubt werden. Nach dem Anziehen
der Muttern 42 wird ein abgedichteter Gasgenerator gebildet, bei dem die
Rahmen der Flachelemente fest aneinander gedrückt sind, so daß der Elektrolyt
darin aufgenommen werden kann. Durch vorheriges Beschichten der
gegeneinander anliegenden Oberflächen der Flachelemente mit
einem Dichtungsmaterial läßt sich selbstverständlich
eine verbesserte Abdichtung gegenüber dem Elektrolyten
erzielen.
Fig. 11 zeigt eine komplette Gaserzeugungsanlage 100, bei welcher der in
Fig. 3 gezeigte Gasgenerator 40, mit einer elektrischen Stromquelle 101,
einem Tank 102 zum Abtrennen des Gases von dem Elektrolyten sowie einer
Pumpe 103 verbunden ist. Die Pumpe 103 liegt dabei in einer Rohrleitung 104, welche vom
Boden des Tanks 102 zu den Einlaßstutzen 45 und 46 des Gasgenerators
40 führt. Von der oberen Abdeckung des Tanks 102 ragt eine senkrechte
Trennwand 105 nach unten in den Elektrolyten
106 hinein, wobei diese Trennwand 105 oberhalb der Oberfläche
des Elektrolyten 106 zwei Sammelkammern 107 und 108 für die Gase bildet.
Eine Rohrleitung 81 verbindet die Kammer 108 mit dem Auslaßstutzen 45
des Gasgenerators 40, während eine Rohrleitung 82 die Kammer
107 mit dem Auslaßstutzen 46 verbindet. Ferner sind Gaslieferleitungen 83 und 84 vorgesehen,
mit welchen die abgetrennten Gase aus den Kammern 107 bzw. 108 abgezogen werden können.
Die positive Anschlußklemme der Stromquelle 101 ist mit der Anschlußklemme
48 an der Einlaßseite des Gasgenerators 40 verbunden, während die negative
Anschlußklemme der Stromquelle 101 an der Anschlußklemme 48 an
der Ausgangsseite des Gasgenerators 40 angeschlossen ist. Die beiden
Klemmen 48 sind jeweils mit den an ihren Enden des Gasgenerators 40 liegenden
Elektrodenplatten 64 verbunden, so daß der von der Stromquelle
101 gelieferte Strom in der beschriebenen Weise in Reihe durch die gestapelten Flachelemente des
Gasgenerators 40 fließt.
Die Pumpe 103 fördert den Elektrolyten 106 vom Boden des Tanks 102
zu den Einlaßstutzen 45 und 46 des Gasgnerators 40, in welchem der
Elektrolyt 106 entlang den parallelen Strömungswegen durch die zwischen
den Elektroden 64 gebildeten Zellen fließt. Der erzeugte Sauerstoff
wird am Auslaßstutzen 45 abgegeben, während der erzeugte Wasserstoff am Auslaßstutzen
46 abströmt. Der Sauerstoff wird von der Rohrleitung 81 zusammen
mit restlichem Elektrolyten in die Kammer 108 geführt, während der Wasserstoff
von der Rohrleitung 82 zusammen mit restlichem Elektrolyten
in die Kammer 107 geleitet wird. Der restliche Elektrolyt wird im Tank
102 aufgefangen, während der Wasserstoff durch die
Leitungen 83 bzw. 84 entfernt werden.
Während der beschriebene Gasgenerator 20 dazu ausgelegt ist, die Sauerstoff-
und Wasserstoffprodukte getrennt zu liefern, lassen sich gemäß Fig. 12 und 13 die
Elemente 49 und 62 auch in einer anderen, einfacheren Anordnung verwenden,
falls eine getrennte Lieferung der beiden Gase nicht benötigt
wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn es sich bei dem erzielten
Endprodukt um Knallgas handelt, das zur Verwendung bei Schweißarbeiten
verwendet werden soll.
Bei einem derartigen Gasgenerator sind die Flachelemente
49 und 62 in der gezeigten Reihenfolge
gestapelt: Angefangen am rechten oder linken Ende der dargestellten
Anordnung beginnt diese Reihenfolge mit einem Elektrodenelement 62,
gefolgt von einem Abstandselement 49, einem weiteren Elektrodenelement
62, einem Abstandselement 49 usw. Jedes nachfolgende Abstandselement
49 ist gegenüber dem vorhergehenden, umgedreht,
um auf diese Weise zu vermeiden, daß sich die zu beiden Seiten
der Elektrodenelemente 64 befindlichen Ausschnitte
55 gegenüberliegen, was zu entsprechenden
Leckströme führen würde.
Die Funktionsweise der abgewandelten Anordnung des Gasgenerators ist wie folgt:
Die Flachelemente 49 und 62 sind in der soeben beschriebenen Reihenfolge gestapelt, wobei sich ein Elektrodenelement 62 an jedem Ende befindet. Der elektrische Strom I fließt von links nach rechts durch die gestapelten Flachelemente hindurch, während der Elektrolyt 85 von unten nach oben durch die verschiedenen Zellen entlang von parallelen Wegen strömt, welche jeweils zwischen benachbarten Elektrodenelementen 64 liegen. Der Elektrolyt 85 fließt somit in Form dünner Schichten, welche senkrecht zur Fließrichtung des elektrischen Stroms I stehen. Das erzeugte Knallgas 86 wird am oberen Ende des Gasgenerators durch Auslaßstutzen abgezogen, welche mit den Ausschnitten 55 und den in den Abstandselementen 49 bzw. den Elektrodenrahmen 63 gebildeten Schlitzen 65 in Verbindung stehen. Infolge der rechtwinkligen Beziehung zwischen der Fließrichtung des elektrischen Stroms I und der Strömungsrichtung des Elektrolyten 85 ist dabei die Weglänge des elektrischen Stroms auf ein Minimum reduziert, was zur Optimierung der Leistungsfähigkeit des Gasgenerators beiträgt. Die unter Druck erfolgende parallele Strömung des Elektrolyten gewährleistet hingegen einen guten Oberflächenkontakt zwischen dem Elektrolyten und den Elektrodenelementen, welcher in nur geringen Ausmaß durch das an den Elektrodenoberflächen entwickelte Gas reduziert wird, so daß die Gaserzeugung sehr wirksam durchgeführt werden kann. Durch Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten kann dabei die Gaserzeugung noch verbessert werden.
Die Flachelemente 49 und 62 sind in der soeben beschriebenen Reihenfolge gestapelt, wobei sich ein Elektrodenelement 62 an jedem Ende befindet. Der elektrische Strom I fließt von links nach rechts durch die gestapelten Flachelemente hindurch, während der Elektrolyt 85 von unten nach oben durch die verschiedenen Zellen entlang von parallelen Wegen strömt, welche jeweils zwischen benachbarten Elektrodenelementen 64 liegen. Der Elektrolyt 85 fließt somit in Form dünner Schichten, welche senkrecht zur Fließrichtung des elektrischen Stroms I stehen. Das erzeugte Knallgas 86 wird am oberen Ende des Gasgenerators durch Auslaßstutzen abgezogen, welche mit den Ausschnitten 55 und den in den Abstandselementen 49 bzw. den Elektrodenrahmen 63 gebildeten Schlitzen 65 in Verbindung stehen. Infolge der rechtwinkligen Beziehung zwischen der Fließrichtung des elektrischen Stroms I und der Strömungsrichtung des Elektrolyten 85 ist dabei die Weglänge des elektrischen Stroms auf ein Minimum reduziert, was zur Optimierung der Leistungsfähigkeit des Gasgenerators beiträgt. Die unter Druck erfolgende parallele Strömung des Elektrolyten gewährleistet hingegen einen guten Oberflächenkontakt zwischen dem Elektrolyten und den Elektrodenelementen, welcher in nur geringen Ausmaß durch das an den Elektrodenoberflächen entwickelte Gas reduziert wird, so daß die Gaserzeugung sehr wirksam durchgeführt werden kann. Durch Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten kann dabei die Gaserzeugung noch verbessert werden.
Die bisher beschriebene Ausführungsform des mehrzelligen Gasgenerators
beruht auf dem Konzept, wonach ein Elektrolyt unter
Druck im Kreislauf durch enge Kammern innerhalb eines Hohlraums
des Gehäuses des Gasgenerators geführt wird. Dieses Konzept wird
unter Verwendung von zwei Arten von Kunststoffrahmen und rechteckigen
Elektrodenplatten verwirklicht, welche zu einem Stapel zusammengesetzt
werden. Die Stapelanordnung und die Strömungswege
dieses mehrzelligen Gasgenerators wurden dabei unter Bezugnahme
auf die Fig. 1 bis 13 beschrieben.
Fig. 14 bis 21 zeigen eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gasgenerators, bei welchem zwischen den Elektrodenelementen und den Abstandelementen
Dichtungen eingesetzt sind, um das Austreten des Elektrolyten an
Leckstellen zwischen den Flachelementen zu verhindern. Ferner sind bei dieser zweiten
Ausführungsform zur Verringerung von Materialkosten
die Dicken der Elektrodenelemente gegenüber den bisher beschriebenen Elektrodenelementen
reduziert, während
in jeder Zellenkammer mehrfache Ein- und Auslässe vorgesehen sind,
um die Bildung eines gleichmäßigen Strömungsmusters in jeder Zellenkammer
zu fördern.
Gemäß Fig. 14-17 umfaßt der Gasgenerator 90
in diesem Fall eine Mehrzahl von Elektrodenplatten 91 aus
Nickelfolie, Dichtungen 92 sowie Abstandelemente 93, welche in bestimmter
Reihenfolge angeordnet sind.
Die Abstandselement 93 bilden dabei
einen inneren Hohlraum 94 und sind mit einem Querkanal 95,
einem Orientierungslangloch 96, einer Mehrzahl von im Abstand zueinander
vorgesehener Ausschnitte 97 sowie einer
Mehrzahl von Schraubenlöchern 98 und Durchlaßlöcher 99 für
den Elektrolyten und das erzeugte Gas versehen. Die Durchlaßlöcher
99, der Querkanal 95, die Kerben 97 und das Orientierungslangloch
96 sind dabei derart angeordnet, daß das eine von zwei benachbarten Abstandselementen
93 gegenüber dem anderen um 180° gedreht werden kann, so daß, entsprechend
Fig. 17, bei dem einen Abstandselement 93 der Querkanal
95 oben liegt, während bei dem anderen Abstandselement 93 die Ausschnitte 97
oben liegen, wodurch die gewünschten Strömungswege
und Strömungsmuster für den Elektrolyten und das Gas entstehen.
Das aus einer Nickelfolie bestehende Elektrodenelement 91 ist sehr dünn und
weist eine Dicke von nur ungefähr 0,076 mm auf. Derartige dünne Elektrodenelemente
ergeben nicht nur den Vorteil einer Materialeinsparung,
sondern sind auch entsprechend biegsamer, so daß
sie sich geringfügigen Ungenauigkeiten der Abmessungen der anderen Bauteile
des Gasgenerators besser anpassen können.
Die Notwendigkeit der Dichtungen 92 zur Erzielung von guten Abdichtungen
zwischen den Abstandselementen 93 und den Elektrodenelementen 91 und
benachbarten Abstandelementen 93 untereinander hängt von der
Ebenheit und Gleichförmigkeit der Bauteile des mehrzelligen Gasgenerators
90 ab. Während es durchaus möglich ist, diese Bauteile so genau zu fertigen, daß
keine Dichtungen benötigt werden, so ergeben sich bei der Herstellung zuverlässigere
Ergebnisse unter Verwendung von entsprechenden Dichtungen im Bereich der Elektrodenelemente.
Da jede Reihe von Durchlaßlöchern 99 der verschiedenen Flachelemente des mehrzelligen
Gasgenerators 90 eine Sammelleitung bildet, ist es wichtig
daß die zwischen den Elektrodenelementen 91 auftretenden Leckströme
klein gebildeten werden. Zur Unterdrückung von
irgendeiner der Sammelleitungen auftretenden Leckströmen sind gemäß Fig. 21 die Durchlaßlöcher 99 jeder Elektrodenplatte 91 voneinander isoliert. Die
Isolierung dieser Löcher 99 entsteht dadurch, daß die aus einem elastischen
oder nachgebenden Kunststoffmaterial hergestellten Dichtungen 92
durch das Anziehen der Schrauben 41 und Muttern 42
zusammengedrückt werden. Dieses elastische oder nachgebende Dichtungsmaterial
wird von beiden Seiten um die Kanten der Löcher 99 herumgebogen und zusammengepreßt,
so daß die Kanten der Löcher 99 wie dargestellt gegenüber dem hindurchfließenden
Elektrolyten isoliert werden.
Die Funktionsweise des in den Fig. 14 bis 21 dargestellten mehrzelligen
Gasgenerators ist ähnlich derjenigen des unter Bezugnahme auf die Fig.
12 und 13 beschriebenen Gasgenerators: Der Elektrolyt wird unter Druck
durch die Durchlaßlöcher 99 eingeführt und füllt alle Zellenkammern
94 auf, welche gemäß Fig. 17 zu beiden Seiten des
mittleren Elektrodenelements 91 und den benachbarten Abstandelememten 93 gebildet
werden. Eine elektrische Stromquelle ist mit Anschlußklemmen 48 verbunden,
welche an den Endplatten 91 befestigt sind.
Sobald ein Strom durch den Gasgenerator 90 fließt, werden
Gase erzeugt, wobei sich die Gasblasen nach oben bewegen, bzw. nach
oben mitgenommen werden, so daß das Gas gleichzeit zu beiden von den Durchlaßlöchern
99 gebildeten Auslaßsammelleitungen strömt.
Die in der Fig. 17
gezeigte Anordnung von Bauteilen läßt sich leicht zu dem Zweck
abwandeln, einen Gassgenerator zu ergeben, bei welchem die beiden
Gase getrennt abgegeben werden. Hierzu wird jedes zweite Elektrodenelement 91
durch eine ionendurchlässige Folie ersetzt. Z. B. kann das Elektrodenelement 91 in der
Mitte des in der Fig. 17 gezeigten Gasgenerators 90 durch eine ionendurchlässige
Folie ersetzt werden. Beim Betrieb eines auf diese Weise zusammengebauten
Gasgenerators trennt dieser das gebildete Wasserstoffgas vom Sauerstoffgas ab.
Da sich die ionendurchlässige Folie als Trennwand
zwischen den Elektrodenelementen befindet, kann sich nämlich das an den Anodenoberflächen
entwickelte Gas nicht mit dem an den Kathodenoberflächen entwickelten
Gas vermischen.
Es ist auch zu beachten, daß die mehrfachen Ein- und Auslaßkanäle,
welche von den im Abstand voneinander angeordneten
Ausschnitten 97 in die Querkanäle 95 führen, das Entstehen einer gleichmäßigen
Strömung des Elektrolyten und damit ein zufriedenstellendes Abführen der in den Kammern gebildeten
Gase fördern.
Bei Versuchen mit einem Prototyp des erfindungsgemäßen Gasgenerators
entstanden pro Zeiteinheit sehr hohe Gasmengen, wobei die abgezogene
Gas-Elektrolyt-Mischung einen ungewöhnlich hohen Gasgehalt
aufwies. Das große Verhältnis von Gas zu restlichem Elektrolyt blieb dabei auch
bei einer Erhöhung des Elektrolytdurchsatzes aufrechterhalten.
Claims (5)
1. Mehrzelliger Gasgenerator in Filterpressenbauweise,
insbesondere zur Erzeugung von Knallgas für transportable
Schweißgeräte, mit einer Mehrzahl von hintereinandergeschalteten
flachen Elektrolysekammern, durch welche
in serieller Form ein den Elektrolysevorgang auslösender
Strom hindurchgeleitet ist, während die Speisung der
Elektrolysekammer mit Elektrolyt sowie die Ableitung
der durch Elektrolyse gebildeten Gase in paralleler
Form erfolgt, bestehend aus einem in etwa rechteckigen
Stapel von abwechselnd flachen Elektrodenelementen und
dazwischengelagerten rahmenförmigen Abstandselementen
aus Isoliermaterial, welche die Elektrolysekammern nach
außen hin begrenzen, wobei im Bereich der vier Ecken
dieses rechteckförmigen Stapels quer durch denselben
hindurch sich erstreckende Anschlußbohrungen vorgesehen
sind, durch welche die Zufuhr des Elektrolyten sowie die
Ableitung der durch Elektrolyse gebildeten Gase sowie des
verbrauchten Elektrolyten erfolgt, und wobei im Bereich
der die Elektrolysekammern nach außen begrenzenden Abstandselemente
Verbindungskanäle mit einem großen Längen/Breitenverhältnis
vorgesehen sind, welche einzelne
Anschlußbohrungen mit den Elektrolysekammern verbinden,
dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb
einzelner Flachelemente (62) des Stapels (49, 62)
von den Anschlußbohrungen (58) ausgehende Schlitze (65)
vorgesehen sind, welche in Verbindung mit den Außenflächen
der jeweils benachbarten Flachelemente (49) die
Verbindungskanäle (25, 26) bilden, und daß entlang des
inneren Umfangs der benachbarten Flachelemente (49) des
Stapels (49, 62) Ausschnitte (55) vorgesehen sind, welche
die durch die Schlitze (65) gebildeten Verbindungskanäle
(25, 26) mit den Elektrolysekammern (22 A-G)
verbinden.
2. Gasgnerator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die von den vier Anschlußbohrungen
(58) ausgehenden Schlitze (65) derart
spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, daß ein
innerhalb des Abstandselementes (49) vorgesehener Ausschnitt
(55) bei Drehung des Abstandselementes (49) um
180° wahlweise den von der einen oder der anderen Anschlußbohrung
(58) ausgehenden Schlitz (65) mit dem Inneren
der Elektrolysekammer (22 A-G) verbindet.
3. Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den den Stapel (49,
62) bildenden Elektrodenelementen (62) jeweils Paare von
Abstandselementen (49) vorgesehen sind, welche ionendurch-
jedoch gasundurchlässige Trennelemente (67) einschließen,
und daß die innerhalb der Elektrodenelemente
(62) vorgesehenen Schlitze (65) derart ausgelegt sind,
daß über die beiden im oberen Bereich des Stapels (49,
62, 67) angeordneten Anschlußbohrungen (58) eine getrennte
Abgabe von Wasserstoff und Sauerstoff erfolgt.
4. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schlitze (95, 96)
und Ausschnitte (97) innerhalb zweier benachbart angeordneter
Zellenrahmen (93) vorgesehen sind, welche
unter Einschluß von Dichtungen (92) zwischen jeweils
zwei Elektrodenplatten (91) angeordnet sind, wobei die
Dichtungen (92) die Anschlußbohrungen (99) der Elektrodenplatten
(91) in zusammengebautem Zustand der
Zelle isolieren (Fig. 21).
5. Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die einzelnen Zellenrahmen
(93) im oberen Bereich mit einem schlitzförmigen
Querkanal (95) und in ihrem unteren Bereich mit
einem von der einen Anschlußbohrung (99) ausgehenden
Langloch (96) sowie mehreren in regelmäßigen Abständen
angeordneten Kerben (97) versehen sind, wobei der Querkanal
(95), das Langloch (96) sowie die Kerben (97) derart
angeordnet sind, daß beim Aufeinanderlegen von jeweils
zwei gegeneinander um 180° verdrehten Zellenrahmen
(93) eine Verbindung zwischen der gewünschten Anschlußbohrung
(99) und der jeweiligen Elektrolysekammer
(22 A-G) zustandekommt.
Priority Applications (1)
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DE19823218259 DE3218259A1 (de) | 1982-05-14 | 1982-05-14 | Mehrzelliger gasgenerator |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: HYDRO-GEN PRODUCTS, INC., PHOENIX, ARIZ., US |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |