EP1368511A2 - Method and device for producing oxygen - Google Patents

Method and device for producing oxygen

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EP1368511A2
EP1368511A2 EP02750540A EP02750540A EP1368511A2 EP 1368511 A2 EP1368511 A2 EP 1368511A2 EP 02750540 A EP02750540 A EP 02750540A EP 02750540 A EP02750540 A EP 02750540A EP 1368511 A2 EP1368511 A2 EP 1368511A2
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EP
European Patent Office
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oxygen
water
hydrogen
electrical energy
splitting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02750540A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Hecker
Stefan Fiedler
Rudolf Schinagl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Priority claimed from DE2001111749 external-priority patent/DE10111749C2/en
Priority claimed from DE20104713U external-priority patent/DE20104713U1/en
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for generating oxygen and their use in different fields.
  • O concentrators So-called oxygen or O concentrators are used, for example.
  • two molecular sieves are controlled alternately by sucking air in through an air filter, compressing it with a compressor and feeding it to the molecular sieves alternately via valves.
  • the molecular sieves are filled with zeolites that absorb gases.
  • the adsorption ratio of oxygen to nitrogen is shifted to nitrogen to a large extent by the pressure generated, so that almost pure oxygen leaves the molecular sieve, of which approximately a third is supplied to the user or patient.
  • O 2 concentrators are generally faulty and susceptible.
  • the compressors are correspondingly noise-intensive and the devices are bulky.
  • the present invention provides two methods for generating oxygen.
  • water is split into hydrogen and oxygen, which is the electrolysis known per se
  • Breathing air is then added.
  • the resulting hydrogen can then are converted back into water together with ambient air via a fuel reaction coupled to it, it being essential to the invention that the electrolysis and the fuel reaction are coupled to one another in such a way that they form a reaction cycle and can run simultaneously and continuously.
  • the electrical energy released in the fuel reaction is then used to reduce the energy requirement for the splitting.
  • the water obtained in the fuel reaction is fed back to the splitting.
  • the electrical energy required to maintain the reaction cycle is generated either by the fuel reaction itself, which is coupled to the electrolysis, or by a second fuel reaction which proceeds separately from the latter, hydrogen being then additionally supplied to both fuel reactions, which is not from the Electrolysis comes from, or supplied by a separate energy source.
  • the additional hydrogen required for this can be provided directly from a store, in particular a metal hybrid store or pressure store, the hydrogen being obtained according to an embodiment of the invention by means of a fuel reforming process of a fuel, for example sodium borohydride.
  • a fuel for example sodium borohydride.
  • the fuel can be methanol, for example.
  • oxygen can also be generated in a second method by interweaving the electrolysis process and the fuel reaction in such a way that the intermediate step of transferring the hydrogen generated during the electrolysis into the fuel reaction is eliminated.
  • water is catalytically split into hydrogen ions and oxygen ions on an anode side of a cell, the hydrogen ions moving through a polymer electrolyte membrane (PEM) onto a cathode side of this cell, in which they are converted catalytically back to water with ambient air , On the anode side, the oxygen ions react to give off electrons to form oxygen, which is then added to the air we breathe.
  • PEM polymer electrolyte membrane
  • the water obtained on the cathode side can be fed back to the splitting on the anode side.
  • the electrical energy required to maintain the reaction cycle can be provided by an additional fuel reaction which takes place separately from the method, by supplying additional hydrogen, which can possibly be reformed from a fuel, to the latter.
  • an electrolyzer is electrically connected to a fuel cell and for the transmission of fluids.
  • the electrolyzer and / or the fuel cell are designed as a so-called PEM cell.
  • a plastic membrane is used as the electrolyte, which carries out the ion transport and only conducts protons.
  • the advantage of polymer membranes over potassium hydroxide solution as an electrolyte is above all the higher power density that can be achieved with them.
  • a PEM cell is insensitive to impurities caused by carbon dioxide, which means that very pure reaction gases can be used and fuel cells can also be operated with air.
  • this fuel cell corresponds to the reverse principle of the corresponding electrolysis cell.
  • the hydrogen gas fed to the anode of this cell is oxidized, whereby it decomposes into protons and electrons due to the catalytic effect of the electrode (2H 2 - 4H + + 4e " ).
  • the H + ions in turn reach the through a proton-conducting PEM membrane
  • the electrons migrate to the cathode when the external circuit is closed and do electrical work in this way.
  • the (impure) oxygen contained in the ambient air is then reduced and water is formed together with the protons (4e " + 4H + + O 2 ⁇ 2H O), so that the overall reaction to 2H 2 + O 2 - »2H 2 O results.
  • the water obtained in this way is fed back to the splitting process on the anode side of the PEM electrolyser.
  • the second-mentioned method can be carried out according to the invention in that an electrolyzer and a fuel cell are combined in one cell, preferably as a PEM cell.
  • the step of generating the gaseous hydrogen from the electrolysis and forwarding it as the starting product for a fuel reaction is omitted, only one polymer membrane being used as the electrolyte.
  • Water supplied is catalytically split into oxygen ions and hydrogen ions (H 2 O - »O 2" + 2H + ).
  • the water ions are passed through the polymer membrane to the cathode side of the cell and there react to water catalytically with oxygen supplied from the ambient air 4H + + O 2 + 4e " -> 2H 2 O.
  • the water thus created can in turn be returned and fed to the anode side of this cell.
  • the oxygen ions then give off the oxygen according to 2O 2 " -» O 2 + 4e " with the release of electrons.
  • the gaseous oxygen can then be removed from this cell and added to the breathing air of a user accordingly.
  • the gaseous pure oxygen in the form of bubbles is formed on the anode side in the supplied water, which is then discharged and, in one embodiment of the invention, fed to a water separator in which the bubbles of the pure oxygen separate from the water and then this can be removed accordingly.
  • the device according to the invention provides an electronic, preferably microprocessor-controlled control unit, also referred to as a so-called demand system, which only makes this part available to the user at the beginning of the inhalation phase, i.e. this specific amount is admixed to the user in the breathing intervals of his breathing air.
  • an electrolyser is already suitable as a generator unit with relatively small dimensions while providing relatively small amounts of water as a starting material for generating oxygen.
  • the resulting hydrogen can, for example, be catalytically discharged to the environment as a vapor via a combustion tube or, in the preferred embodiment in which the electrolyzer is coupled to the fuel cell, is converted back into water together with ambient air via the fuel reaction coupled to it.
  • either a direct power supply connection or an exchangeable battery can serve as the supplier for the electrical energy for carrying out or maintaining the individual reactions.
  • a further fuel cell preferably a direct methanol fuel cell, serves as the electricity supplier, the methanol optionally being provided via a cartridge system.
  • the oxygen is collected in a memory, from which it can then be selectively removed by means of the electronic control unit and supplied to the user.
  • the generator unit, the pressure accumulator, the supply line and the electronic control unit form a unit which is designed in such a way that it is portable as a whole unit, for example, it is suitable for carrying around the patient.
  • the electrical energy required to carry out the oxygen generation is provided by an electrical energy source, preferably a mains connection.
  • this electrical energy source can be stationary. It forms, so to speak, a "docking unit" into which the mobile unit of the device can be plugged in and coupled accordingly, so that the process of O 2 generation can then take place.
  • the mobile unit is in its mobile state, separated from the energy source, for as long as usable how oxygen is in the storage.
  • the pressure accumulator is empty, the mobile unit is reconnected to the electrical energy source to be filled with pure oxygen. The subsequent useful life of the mobile unit depends on the size of the pressure accumulator.
  • the generator unit either has a separate inlet for the necessary water, through which it can be filled, for example from the pressure accumulator, or, in one embodiment of the invention, a connection which has a connection provided on the stationary "docking unit" for supplying water connected is.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the method and the device of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a device according to the invention as a mobile unit.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the principle according to the invention for generating oxygen with a generator unit 1.
  • the generator unit 1 consists either of an electrolyser which is coupled to a fuel cell or of a single PEM cell which performs the functions of an electrolyser and a fuel cell.
  • the basic structure of such cells is generally known.
  • the generator unit 1 is fed from a water reservoir 2 with water as the starting material. The corresponding reactions of the electrolysis and the fuel reaction then take place in the generator unit 1.
  • the resulting pure oxygen is produced in the form of bubbles in the water present on the anode side of the generator unit 1. This is discharged together with the oxygen and fed to a water separator 3 in which the pure oxygen separates from the water, so that the water separator 3 serves on the one hand as an oxygen reservoir 4 and on the other hand as the water reservoir 2.
  • ambient air is supplied via a line 5 in order to enable the conversion back into water.
  • the resulting water like the nitrogen produced, is optionally discharged via a common line 6 via a water separator 7. After it has been collected in a water reservoir 8, the water is admixed again by the water reservoir 2 via a return line 9 to the supply water line 10, so that a closed circuit is formed.
  • the pure oxygen from the oxygen reservoir 4 is supplied to the patient's breathing air via a supply line 11.
  • An electronic control system 12 also called a demand system, which is controlled by a CPU 13, regulates the selective removal of the pure oxygen via a valve 14.
  • the CPU 13 in turn controls the supply of water from a water refill system 16 via a valve 15.
  • the CPU 13 or the demand system 12 can be connected to sensors that determine the respective need for pure oxygen depending on the inhalation of the user.
  • the entire system is supplied with the electrical energy necessary for carrying out the control and for carrying out the splitting and conversion processes from an energy source (not shown), which can be designed as a rechargeable battery, power supply connection or as a further fuel cell, a current transformer 17 being used comes.
  • an energy source not shown
  • a current transformer 17 being used comes.
  • Figure 2 shows schematically the device according to the invention, which consists of a mobile unit 18 and a stationary unit 19.
  • the mobile unit 18 consists of an oxygen generator unit 1, a pressure accumulator 20 directly connected to it, in which the pure oxygen generated from the electrolysis is collected.
  • a pressure reducer 22 is provided between the pressure accumulator 20 and a supply line 21 to a patient.
  • the supply line 21 is coupled to an electronic control system 12 via a valve technology known per se, so that pure oxygen is removed from the pressure accumulator 20 only at certain times during the inhalation phase and is supplied to the patient's breathing air and the concentration of oxygen therein selectively elevated.
  • the generator unit 1 of the mobile unit 18 is connected via an electrical line 23 to a power supply unit 24 of the stationary unit 19.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for producing elementary oxygen or for increasing the concentration thereof in the inhaled air of a user. According to the invention, water is split into hydrogen and elementary oxygen by means of electrical energy (electrolysis), the elementary oxygen is mixed with the inhaled air, and the hydrogen is mixed with the surrounding air in order to be converted back into water (fuel reaction). The splitting of the water into hydrogen and elementary oxygen and the conversion of the hydrogen and surrounding air into water take place simultaneously and continuously, forming a reaction circuit, and are coupled to each other, the electrical energy produced during the conversion being used to reduce the energy demand for the splitting. To this end, an electrolyzer outfit for splitting water into hydrogen and elementary oxygen, and a fuel cell for converting the hydrogen and the surrounding air into water are electrically connected in such a way that they can conduct liquids.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff Method and device for generating oxygen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff sowie deren Verwendung in unterschiedlichen Gebieten.The present invention relates to a method and a device for generating oxygen and their use in different fields.
Nahezu reiner Sauerstoff wird oftmals dann benötigt, wenn einem Benutzer bzw. einem Patienten aus medizinischen oder sonstigen Gründen anstatt des herkömm- liehen in der Umgebungsluft vorkommenden Sauerstoffs entsprechend reiner Sauerstoffzugeführt werden soll.Almost pure oxygen is often required when, for medical or other reasons, a user or patient is to be supplied with pure oxygen instead of the conventional oxygen present in the ambient air.
Aus dem Stand der Technik sind hierzu im wesentlichen drei mögliche Vorrichtungen bzw. Verfahren bekannt.Essentially three possible devices or methods are known from the prior art for this purpose.
So kommen beispielsweise sogenannte Sauerstoff- oder O -Konzentratoren zum Einsatz. In diesen werden zwei Molekularsiebe wechselweise angesteuert, indem Luft über einen Luftfilter angesaugt, mit einem Kompressor verdichtet und über Ventile den Molekularsieben wechselweise zugeführt wird. Die Molekularsiebe sind mit Zeolithen gefüllt, die Gase absorbieren. Durch den erzeugten Druck wird das Adsorptionsverhältnis von Sauerstoff zu Stickstoff in hohem Maße zu Stickstoff hin verschoben, so dass den Molekularsieb nahezu reiner Sauerstoff verlässt, wovon ca. ein Drittel dem Benutzer bzw. Patienten zugeführt wird. O2- Konzentratoren sind im Allgemeinen fehlerbehaftet und anfallig. Zudem sind die Kompressoren entsprechend geräuschintensiv und die Geräte voluminös.So-called oxygen or O concentrators are used, for example. In these, two molecular sieves are controlled alternately by sucking air in through an air filter, compressing it with a compressor and feeding it to the molecular sieves alternately via valves. The molecular sieves are filled with zeolites that absorb gases. The adsorption ratio of oxygen to nitrogen is shifted to nitrogen to a large extent by the pressure generated, so that almost pure oxygen leaves the molecular sieve, of which approximately a third is supplied to the user or patient. O 2 concentrators are generally faulty and susceptible. In addition, the compressors are correspondingly noise-intensive and the devices are bulky.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung nahezu reinen Sauerstoffs beruht auf der Tatsache, einen in einem flüssigen Aggregatszustand vorliegenden Sauerstoff, der in entsprechenden Druckbehältnissen gelagert ist, über einen aus dem Stand der Technik an sich hinlänglich bekannten Umwandlungsprozess in einen gasförmigen Aggregatszustand zu überfuhren und sodann einem Patienten zuzuführen. Dieser Möglichkeit wohnt der Nachteil inne, dass stets flüssiger Sauerstoff zur Verfügung stehen muss, was gerade bei einem Einsatz insbesondere außerhalb einer Klinik einen gewissen Aufwand erfordert.Another possibility for the production of almost pure oxygen is based on the fact that an oxygen present in a liquid state of aggregation, which is stored in appropriate pressure containers, is converted into a gaseous state of aggregation by means of a conversion process which is well known per se from the prior art, and then transferred to a patient supply. This possibility has the disadvantage that liquid oxygen must always be available, which requires a certain amount of effort, especially when used outside a clinic.
Es ist des Weiteren auch bekannt, den erforderlichen Sauerstoff in Druckgasflaschen bereitzustellen. Auch hier ist ein gewisser logistischer Aufwand nicht zu vermeiden, zudem sind die Druckflaschen, die einen Druck bis zu 200 bar aushalten müssen, entsprechend schwer und schwierig zu transportieren.It is also known to provide the required oxygen in compressed gas cylinders. Here, too, a certain logistical effort cannot be avoided, and the pressure bottles, which have to withstand a pressure of up to 200 bar, are correspondingly heavy and difficult to transport.
Allen drei oben genannten Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Sauerstoffist der wesentliche Nachteil gemeinsam, dass sie für einen mobilen Einsatz aufgrund ihrer spezifischen konstruktiven Ausgestaltung einerseits und ihrer Notwendigkeit zur Bereitstellung von Ausgangsstoffen andererseits nur bedingt oder überhaupt nicht mobil einsatzfähig sind.All three of the above-mentioned methods and devices for generating oxygen have the major disadvantage in common that they are only suitable for mobile use due to their specific structural design on the one hand and their necessity for the provision of starting materials on the other hand only to a limited extent or not at all.
Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das auf einfachste Weise einem Benutzer nahezu reinen Sauerstoff zur Verfügung stellen kann. Darüber hinaus ist es die Aufgabe dieser Erfindung, eine dieses Verfahren implementierende Vorrichtung bereitzustellen, die leicht zu handhaben und entsprechend geräuscharm sowie leicht ist.Based on the disadvantages known from the prior art, it is the object of the present invention to provide a method which can provide a user with almost pure oxygen in the simplest way. Furthermore, it is the object of this invention to provide a device implementing this method which is easy to handle and is correspondingly quiet and light.
Gelöst werden diese Aufgaben einerseits mit einem Verfahren jeweils gemäß dem Anspruch 1 und Anspruch 6 sowie einer Vorrichtung nach Anspruch 11.These tasks are solved on the one hand with a method according to claim 1 and claim 6 and a device according to claim 11.
Prinzipiell stellt die vorliegende Erfindung zwei Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff bereit.In principle, the present invention provides two methods for generating oxygen.
Bei einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels der an sich bekann- ten Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und in Sauerstoff aufgespaltet, welcher derIn a first method according to the invention, water is split into hydrogen and oxygen, which is the electrolysis known per se
Atemluft dann beigemischt wird. Der dabei entstehende Wasserstoff kann dann über eine daran gekoppelte Brennstoffreaktion zusammen mit Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt werden, wobei es erfindungswesentlich ist, dass die Elektrolyse und die Brennstoffreaktion so miteinander gekoppelt sind, dass sie einen Reaktionskreislauf ausbilden und gleichzeitig und kontinuierlich ablaufen können. Gemäß der Erfindung wird die bei der Brennstoffreaktion freiwerdende elektrische Energie dann zur Reduktion des Energiebedarfs für die Aufspaltung herangezogen.Breathing air is then added. The resulting hydrogen can then are converted back into water together with ambient air via a fuel reaction coupled to it, it being essential to the invention that the electrolysis and the fuel reaction are coupled to one another in such a way that they form a reaction cycle and can run simultaneously and continuously. According to the invention, the electrical energy released in the fuel reaction is then used to reduce the energy requirement for the splitting.
Nach einer weiteren Ausführung dieses Verfahrens wird das bei der Brennstoffre- aktion gewonnene Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt.After a further execution of this method, the water obtained in the fuel reaction is fed back to the splitting.
Nach einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die zur Aufrechterhaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie entweder durch die mit der Elektrolyse gekoppelte Brennstoffreaktion selbst oder durch eine von die- ser getrennt ablaufenden zweiten Brennstoffreaktion erzeugt, wobei beiden Brennstoffreaktionen dann zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird, der nicht von der Elektrolyse stammt, oder aber von einer separaten Energiequelle geliefert.According to an advantageous embodiment of the method, the electrical energy required to maintain the reaction cycle is generated either by the fuel reaction itself, which is coupled to the electrolysis, or by a second fuel reaction which proceeds separately from the latter, hydrogen being then additionally supplied to both fuel reactions, which is not from the Electrolysis comes from, or supplied by a separate energy source.
Der hierzu notwendige zusätzliche Wasserstoff kann direkt aus einem Speicher, insbesondere einem Metallhybridspeicher oder Druckspeicher, bereitgestellt werden, wobei der Wasserstoff gemäß einer Ausführung der Erfindung mittels eines Brennstoffreformprozesses eines Brennstoffes, beispielsweise von Natriumborhydrid, gewonnen wird.The additional hydrogen required for this can be provided directly from a store, in particular a metal hybrid store or pressure store, the hydrogen being obtained according to an embodiment of the invention by means of a fuel reforming process of a fuel, for example sodium borohydride.
In einer vorteilhaften Ausführung dieses Verfahrens kann der Brennstoff beispielsweise Methanol sein.In an advantageous embodiment of this method, the fuel can be methanol, for example.
Gemäß der Erfindung lässt sich Sauerstoff in einem zweiten Verfahren auch dadurch erzeugen, dass der Elektrolyseprozess und die Brennstoffreaktion miteinan- der so verwoben werden, dass der Zwischenschritt der Überfuhrung des bei der Elektrolyse erzeugten Wasserstoffs in die Brennstoffreaktion entfällt. Hierzu wird gemäß der Erfindung Wasser katalytisch an einer Anodenseite einer Zelle in Wasserstoffionen und Sauerstoffionen aufgespaltet, wobei sich die Wasserstoffionen durch eine Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) auf eine Kathodenseite dieser Zelle bewegen, in der diese katalytisch mit Umgebungsluft wieder zu Wasser um- gewandelt werden. An der Anodenseite reagieren die Sauerstoffionen unter Abgabe von Elektronen zu Sauerstoff, der dann der Atemluft beigemischt wird.According to the invention, oxygen can also be generated in a second method by interweaving the electrolysis process and the fuel reaction in such a way that the intermediate step of transferring the hydrogen generated during the electrolysis into the fuel reaction is eliminated. To do this According to the invention, water is catalytically split into hydrogen ions and oxygen ions on an anode side of a cell, the hydrogen ions moving through a polymer electrolyte membrane (PEM) onto a cathode side of this cell, in which they are converted catalytically back to water with ambient air , On the anode side, the oxygen ions react to give off electrons to form oxygen, which is then added to the air we breathe.
Gemäß der Erfindung kann auch bei diesem zweiten Verfahren das auf der Kathodenseite gewonnene Wasser der Aufspaltung an der Anodenseite wieder zuge- führt.According to the invention, in this second method too, the water obtained on the cathode side can be fed back to the splitting on the anode side.
Auch bei dieser erfmdungsgemäßen Verfahrensvariante lässt sich die zur Aufrechterhaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie durch eine zusätzliche, getrennt zu dem Verfahren ablaufende Brennstoffreaktion bereit- stellen, indem zusätzlicher Wasserstoff, der gegebenenfalls aus einem Brennstoff reformierbar ist, dieser zugeführt wird.In this variant of the method according to the invention, too, the electrical energy required to maintain the reaction cycle can be provided by an additional fuel reaction which takes place separately from the method, by supplying additional hydrogen, which can possibly be reformed from a fuel, to the latter.
Zur Durchführung des erstgenannten Verfahrens wird gemäß der Erfindung ein Elektrolyseur mit einer Brennstoffzelle elektrisch und zur Übertragung von Flui- den verbunden.To carry out the first-mentioned method, an electrolyzer is electrically connected to a fuel cell and for the transmission of fluids.
Hierbei ist es gemäß der Erfindung vorteilhaft, wenn der Elektrolyseur und/oder die Brennstoffzelle als sog. PEM-Zelle ausgebildet sind. Bei dieser wird als Elektrolyt eine Kunststoffmembran verwendet, die den Ionentransport durchführt und dabei nur Protonen leitet. Der Vorteil von Polymermembranen gegenüber Kalilauge als Elektrolyt ist neben einer Systemvereinfachung vor allem eine damit erreichbare höhere Leistungsdichte. Darüber hinaus ist eine PEM-Zelle im Vergleich zu einer alkalischen Einheit unempfindlich gegenüber Verunreinigungen durch Kohlendioxid, wodurch auf die Verwendung sehr reiner Reaktionsgase ver- ziehtet werden kann und damit auch ein Brennstoffzellenbetrieb mit Luft möglich ist. Bei dem PEM-Elektrolyseur wird auf der Anodenseite Wasser bei angelegter äußerer Spannung elektrolytisch direkt in gasförmigen Sauerstoff, Elektronen und H+-Ionen nach der Gleichung 2H2O -» 4e" + 4H+ + O2 aufgespaltet. Die H+-Ionen (Protonen) wandern durch eine protonenleitende PEM-Membran zur Kathode und bilden dort mit den über einen äußeren Leiterkreis fließenden Elektronen Wasserstoffgas nach der Gleichung 4H+ + 4e" -» 2H , wobei sich die Gesamtreaktion ergibt zu 2H O -» 2H + O2. Der reine Sauerstoff O2 wird dann abgeführt, um der Atemluft eines Patienten beigemischt zu werden, während der Wasserstoff an eine PEM-Brennstoffzelle weitergeleitet wird.It is advantageous according to the invention if the electrolyzer and / or the fuel cell are designed as a so-called PEM cell. In this case, a plastic membrane is used as the electrolyte, which carries out the ion transport and only conducts protons. In addition to simplifying the system, the advantage of polymer membranes over potassium hydroxide solution as an electrolyte is above all the higher power density that can be achieved with them. In addition, compared to an alkaline unit, a PEM cell is insensitive to impurities caused by carbon dioxide, which means that very pure reaction gases can be used and fuel cells can also be operated with air. In the PEM electrolyser, water is split electrolytically directly into gaseous oxygen, electrons and H + ions according to the equation 2H 2 O - »4e " + 4H + + O 2 on the anode side when external voltage is applied. The H + ions ( Protons) migrate through a proton-conducting PEM membrane to the cathode and form hydrogen gas there with the electrons flowing over an outer conductor circuit according to the equation 4H + + 4e " -» 2H, whereby the overall reaction results in 2H O - »2H + O 2 . The pure oxygen O 2 is then removed to be admixed to a patient's breath while the hydrogen is transferred to a PEM fuel cell.
Die Funktionsweise dieser Brennstoffzelle entspricht quasi dem umgekehrten Prinzip der entsprechenden Elektrolysezelle. Das an die Anode dieser Zelle geführte Wasserstoffgas wird oxidiert, wobei es durch die katalytische Wirkung der Elektrode in Protonen und Elektronen zerfällt (2H2 - 4H+ + 4e"). Die H+-Ionen gelangen wiederum durch eine protonenleitende PEM-Membran auf die Kathodenseite. Die Elektronen wandern bei geschlossenem äußeren Stromkreis zur Kathode und verrichten auf diesem Wege elektrische Arbeit. Der an die Kathode geführte, in der Umgebungsluft enthaltene (nicht reine) Sauerstoff wird sodann reduziert, wobei zusammen mit den Protonen Wasser gebildet wird (4e" + 4H+ + O2 → 2H O), so dass sich die Gesamtreaktion zu 2H2 + O2 -» 2H2O ergibt.The functioning of this fuel cell corresponds to the reverse principle of the corresponding electrolysis cell. The hydrogen gas fed to the anode of this cell is oxidized, whereby it decomposes into protons and electrons due to the catalytic effect of the electrode (2H 2 - 4H + + 4e " ). The H + ions in turn reach the through a proton-conducting PEM membrane The electrons migrate to the cathode when the external circuit is closed and do electrical work in this way. The (impure) oxygen contained in the ambient air is then reduced and water is formed together with the protons (4e " + 4H + + O 2 → 2H O), so that the overall reaction to 2H 2 + O 2 - »2H 2 O results.
Wie vorhergehend bereits erwähnt, wird das dabei gewonnene Wasser wieder dem Aufspaltungsprozess an der Anodenseite des PEM-Elektrolyseurs zugeführt.As already mentioned above, the water obtained in this way is fed back to the splitting process on the anode side of the PEM electrolyser.
Das zweitgenannte Verfahren lässt sich gemäß der Erfindung dadurch durchführen, dass ein Elektrolyseur und eine Brennstoffzelle in einer Zelle, vorzugsweise als PEM-Zelle, vereint werden. Hierbei wird gemäß der Erfindung der Schritt zur Erzeugung des gasförmigen Wasserstoffs aus der Elektrolyse und dessen Weiter- leitung als Ausgangsprodukt für eine Brennstoffreaktion ausgelassen, wobei nur eine Polymermembran als Elektrolyt zum Einsatz kommt. Auf der Anodenseite wird zugeführtes Wasser katalytisch in Sauerstoffionen und Wasserstoffionen aufgespaltet (H2O -» O2" + 2H+). Die Wasserionen (Protonen) werden durch die Polymermembran zur Kathodenseite der Zelle geleitet und reagieren dort katalytisch mit aus der Umgebungsluft zugeleiteten Sauerstoff zu Wasser nach 4H++ O2 + 4e" — > 2H2O. Das so entstandene Wasser kann wiederum zurückgeleitet und der Anodenseite dieser Zelle zugeführt werden.The second-mentioned method can be carried out according to the invention in that an electrolyzer and a fuel cell are combined in one cell, preferably as a PEM cell. In this case, according to the invention, the step of generating the gaseous hydrogen from the electrolysis and forwarding it as the starting product for a fuel reaction is omitted, only one polymer membrane being used as the electrolyte. On the anode side Water supplied is catalytically split into oxygen ions and hydrogen ions (H 2 O - »O 2" + 2H + ). The water ions (protons) are passed through the polymer membrane to the cathode side of the cell and there react to water catalytically with oxygen supplied from the ambient air 4H + + O 2 + 4e " -> 2H 2 O. The water thus created can in turn be returned and fed to the anode side of this cell.
An der Anodenseite bilden die Sauerstoffionen unter Abgabe von Elektronen dann den Sauerstoff nach 2O2" -» O2 + 4e" aus. Der gasförmige Sauerstoff kann dann aus dieser Zelle abgeführt werden und der Atemluft eines Benutzers entsprechend beigemischt werden.On the anode side, the oxygen ions then give off the oxygen according to 2O 2 " -» O 2 + 4e " with the release of electrons. The gaseous oxygen can then be removed from this cell and added to the breathing air of a user accordingly.
In beiden Varianten des Verfahrens gemäß der Erfindung entsteht auf der Anodenseite der gasförmige reine Sauerstoff in Bläschenform in dem zugeleiteten Wasser, wobei dieses dann abgeleitet und in einer Ausführungsform der Erfindung einem Wasserabscheider zugeführt wird, in dem sich die Bläschen des reinen Sauerstoffs von dem Wasser trennen und dann dieser entsprechend abgeführt werden kann.In both variants of the method according to the invention, the gaseous pure oxygen in the form of bubbles is formed on the anode side in the supplied water, which is then discharged and, in one embodiment of the invention, fed to a water separator in which the bubbles of the pure oxygen separate from the water and then this can be removed accordingly.
Es hat sich gezeigt, dass nur ca. 8% des gesamten Volumenstroms während der Inhalationsphase eines Menschen in der Lunge umgesetzt und in den Blutkreislauf übertragen werden können. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung stellt eine elektronische, vorzugsweise mikroprozessorgesteuerte Steuereinheit, auch als sog. Demand-System bezeichnet, bereit, das nur genau diesen Anteil zu Anfang der Inhalationsphase des Benutzers zur Verfügung stellt, d.h. es wird diese bestimmte Menge dem Benutzer in den Atmungsintervallen seiner Atemluft beigemischt.It has been shown that only about 8% of the total volume flow during the inhalation phase of a person can be converted in the lungs and transferred to the bloodstream. The device according to the invention provides an electronic, preferably microprocessor-controlled control unit, also referred to as a so-called demand system, which only makes this part available to the user at the beginning of the inhalation phase, i.e. this specific amount is admixed to the user in the breathing intervals of his breathing air.
Aus diesem Grund eignet sich bereits ein Elektrolyseur als Erzeugereinheit mit relativ kleinen Abmessungen unter Bereitstellung relativ kleiner Mengen an Was- ser als Ausgangsstoff zur Sauerstofferzeugung. Der dabei entstehende Wasserstoff kann beispielsweise katalytisch über ein Ver- brennungsröhrchen als Dampf an die Umgebung abgeführt werden, oder wird in der bevorzugten Ausfuhrungsform, bei welcher der Elektrolyseur mit der Brennstoffzelle gekoppelt ist, über die daran gekoppelte Brennstoffreaktion zusammen mit Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt.For this reason, an electrolyser is already suitable as a generator unit with relatively small dimensions while providing relatively small amounts of water as a starting material for generating oxygen. The resulting hydrogen can, for example, be catalytically discharged to the environment as a vapor via a combustion tube or, in the preferred embodiment in which the electrolyzer is coupled to the fuel cell, is converted back into water together with ambient air via the fuel reaction coupled to it.
Als Lieferanten für die elektrische Energie zur Durchführung bzw. Aufrechterhaltung der einzelnen Reaktionen kann erfindungsgemäß entweder eine direkter Stromnetzanschluss oder ein austauschbarer Akku dienen.According to the invention, either a direct power supply connection or an exchangeable battery can serve as the supplier for the electrical energy for carrying out or maintaining the individual reactions.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als Stromlieferant eine weitere Brennstoffzelle, vorzugsweise eine Direkt-Methanol- Brennstoffzelle, wobei das Methanol gegebenenfalls über ein Kartuschensystem bereitgestellt wird.In a particularly advantageous embodiment of the invention, a further fuel cell, preferably a direct methanol fuel cell, serves as the electricity supplier, the methanol optionally being provided via a cartridge system.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Sauerstoff in einem Speicher gesammelt, aus dem er dann mittels der elektronischen Steuereinheit selektiv entnommen werden kann und dem Benutzer zugeführt wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the oxygen is collected in a memory, from which it can then be selectively removed by means of the electronic control unit and supplied to the user.
In einer Ausführungsform der Erfindung bilden die Erzeugereinheit, der Druckspeicher, die Versorgungsleitung und die elektronische Steuereinheit eine Einheit, die so ausgebildet ist, dass diese als gesamte Einheit portabel ist, beispielsweise tragefähig zum Umhängen um den Patienten.In one embodiment of the invention, the generator unit, the pressure accumulator, the supply line and the electronic control unit form a unit which is designed in such a way that it is portable as a whole unit, for example, it is suitable for carrying around the patient.
Die für die Durchführung der Sauerstofferzeugung notwendige elektrische Energie wird von einer elektrischen Energiequelle, vorzugsweise einem Netzanschluss, bereitgestellt. Gemäß der Erfindung kann diese elektrische Energiequelle stationär ausgebildet sein. Sie bildet sozusagen eine "docking unit", in welche die mobile Einheit der Vorrichtung einsteckbar und entsprechend koppelbar ist, so dass dann der Vorgang der O2-Erzeugung stattfinden kann. Mit anderen Worten ist die mobile Einheit solange in ihrem mobilen, von der Energiequelle getrennten Zustand nutzbar, wie sich Sauerstoff in dem Speicher befindet. Wenn der Druckspeicher entleert ist, wird die mobile Einheit wieder zum Befallen mit reinem Sauerstoff mit der elektrischen Energiequelle verbunden. Je nach Größe des Druckspeichers ergibt sich die anschließende Nutzungsdauer der mobilen Einheit.The electrical energy required to carry out the oxygen generation is provided by an electrical energy source, preferably a mains connection. According to the invention, this electrical energy source can be stationary. It forms, so to speak, a "docking unit" into which the mobile unit of the device can be plugged in and coupled accordingly, so that the process of O 2 generation can then take place. In other words, the mobile unit is in its mobile state, separated from the energy source, for as long as usable how oxygen is in the storage. When the pressure accumulator is empty, the mobile unit is reconnected to the electrical energy source to be filled with pure oxygen. The subsequent useful life of the mobile unit depends on the size of the pressure accumulator.
Die Erzeugereinheit weist entweder einen separaten Eingang für das notwendige Wasser, durch den dieser, beispielsweise von dem Druckspeicher, befüllbar ist, oder in einer Ausführungsform der Erfindung einen Anschluss auf, der mit einem an der stationären "docking unit" vorgesehenen Anschluss zur Zuleitung von Wasser verbunden ist.The generator unit either has a separate inlet for the necessary water, through which it can be filled, for example from the pressure accumulator, or, in one embodiment of the invention, a connection which has a connection provided on the stationary "docking unit" for supplying water connected is.
Es wird deutlich, dass durch die Verwendung eines Elektrolyseurs und einer Brennstoffzelle, entweder getrennt voneinander oder in einer einzigen Zelle kombiniert, vorzugsweise in ihrer Ausführung als PEM-Zelle, eine leichte und kom- pakte Einheit gebildet wird, die aufgrund der darin ablaufenden Reaktionen auch äußerst geräuscharm ist. Darüber hinaus ermöglicht die elektronisch gesteuerte selektive Abnahme des erzeugten Sauerstoffs eine weitergehende Verkleinerung der Einheit, da nicht das gesamte Inhalationsvolumen, sondern lediglich ein bestimmter Bruchteil, an Sauerstoff erzeugt werden muss. Die Verwendung von herkömmlichem Wasser als Sauerstofflieferant vereinfacht auch den Einsatz dieser Vorrichtung, so dass diese unproblematisch zu Hause einsetzbar ist und in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung auch als mobile Einheit ausgestaltet sein kann.It becomes clear that the use of an electrolyser and a fuel cell, either separately from one another or combined in a single cell, preferably in their design as a PEM cell, forms a light and compact unit, which, due to the reactions taking place therein, also is extremely quiet. In addition, the electronically controlled selective removal of the generated oxygen enables the unit to be further reduced in size, since it is not the entire inhalation volume that has to be generated, but rather only a certain fraction. The use of conventional water as an oxygen supplier also simplifies the use of this device, so that it can be used without problems at home and, in an advantageous embodiment of the invention, can also be designed as a mobile unit.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Vorrichtungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.Further advantages and configurations of the devices result from the respective subclaims.
Im Folgenden soll die Funktionsweise des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips anhand von in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei- spielen näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Verfahren bzw. der Vorrichtung der Erfindung; undThe mode of operation of the principle on which the invention is based will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings. Show it Fig. 1 is a block diagram showing the method and the device of the invention; and
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfin- düng als mobile Einheit.2 shows a schematic representation of a device according to the invention as a mobile unit.
Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Prinzips zur Erzeugung von Sauerstoff mit einer Erzeugereinheit 1. Die Erzeugereinheit 1 besteht je nach Ausführungsform entweder aus einem Elektrolyseur, der mit einer Brenn- stoffzelle gekoppelt ist, oder aus einer einzigen PEM-Zelle, die die Funktionen eines Elektrolyseurs und einer Brennstoffzelle vereint. Der prinzipielle Aufbau solcher Zellen ist allgemein bekannt.FIG. 1 shows a block diagram of the principle according to the invention for generating oxygen with a generator unit 1. Depending on the embodiment, the generator unit 1 consists either of an electrolyser which is coupled to a fuel cell or of a single PEM cell which performs the functions of an electrolyser and a fuel cell. The basic structure of such cells is generally known.
Der Erzeugereinheit 1 wird aus einem Wasserspeicher 2 mit Wasser als Aus- gangsstoff gespeist. In der Erzeugereinheit 1 laufen dann die entsprechenden Reaktionen der Elektrolyse und der Brennstoffreaktion ab.The generator unit 1 is fed from a water reservoir 2 with water as the starting material. The corresponding reactions of the electrolysis and the fuel reaction then take place in the generator unit 1.
Der dabei entstehende reine Sauerstoff entsteht in Bläschenform in dem an der Anodenseite der Erzeugereinheit 1 vorhandenen Wasser. Dieses wird gemeinsam mit dem Sauerstoff abgeführt und einem Wasserabscheider 3 zugeleitet, in dem sich der reine Sauerstoff von dem Wasser trennt, so dass der Wasserabscheider 3 einerseits als ein Sauerstoffspeicher 4 und andererseits als der Wasserspeicher 2 dient.The resulting pure oxygen is produced in the form of bubbles in the water present on the anode side of the generator unit 1. This is discharged together with the oxygen and fed to a water separator 3 in which the pure oxygen separates from the water, so that the water separator 3 serves on the one hand as an oxygen reservoir 4 and on the other hand as the water reservoir 2.
An der Kathodenseite der Erzeugereinheit 1 wird Umgebungsluft über eine Leitung 5 zugeführt, um die Rückumwandlung in Wasser zu ermöglichen. Das dabei entstehende Wasser wird, ebenso wie der dabei anfallende Stickstoff über eine gemeinsame Leitung 6 gegebenenfalls über einen Wasserabscheider 7 abgeführt. Das Wasser wird, nachdem es in einem Wasserspeicher 8 gesammelt wurde, über eine rückf hrende Leitung 9 der zuführenden Wasserleitung 10 von dem Wasserspeicher 2 wieder beigemischt, so dass sich ein geschlossener Kreislauf bildet.At the cathode side of the generator unit 1, ambient air is supplied via a line 5 in order to enable the conversion back into water. The resulting water, like the nitrogen produced, is optionally discharged via a common line 6 via a water separator 7. After it has been collected in a water reservoir 8, the water is admixed again by the water reservoir 2 via a return line 9 to the supply water line 10, so that a closed circuit is formed.
Über eine Versorgungsleitung 11 wird der Atemluft des Patienten der reine Sauerstoff aus dem Sauerstoffspeicher 4 zugeführt.The pure oxygen from the oxygen reservoir 4 is supplied to the patient's breathing air via a supply line 11.
Ein elektronisches Steuersystem 12, auch Demand-System genannt, das von einer CPU 13 kontrolliert wird, regelt über ein Ventil 14 die selektive Entnahme des reinen Sauerstoffs.An electronic control system 12, also called a demand system, which is controlled by a CPU 13, regulates the selective removal of the pure oxygen via a valve 14.
Die CPU 13 steuert wiederum über ein Ventil 15 die Zuführung von Wasser aus einem Wassernachfüllsystem 16.The CPU 13 in turn controls the supply of water from a water refill system 16 via a valve 15.
Die CPU 13 bzw. das Demand-System 12 können dabei mit Sensoren in Verbindung stehen, die den jeweiligen Bedarf an reinem Sauerstoff in Abhängigkeit der Inhalation des Benutzers ermitteln.The CPU 13 or the demand system 12 can be connected to sensors that determine the respective need for pure oxygen depending on the inhalation of the user.
Von einer nicht dargestellten Energiequelle, die als Akku, Stromnetzanschluss oder als weitere Brennstoffzelle ausgebildet sein kann, wird das gesamte System mit dem zur Durchführung der Steuerung und zur Durchführung der Aufspal- tungs- und Umwandlungsprozesse notwendigen elektrischen Energie versorgt, wobei ein Stromwandler 17 zum Einsatz kommt.The entire system is supplied with the electrical energy necessary for carrying out the control and for carrying out the splitting and conversion processes from an energy source (not shown), which can be designed as a rechargeable battery, power supply connection or as a further fuel cell, a current transformer 17 being used comes.
Die Figur 2 zeigt schematisch die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die aus einer mobilen Einheit 18 und einer stationären Einheit 19 besteht.Figure 2 shows schematically the device according to the invention, which consists of a mobile unit 18 and a stationary unit 19.
Die mobile Einheit 18 besteht aus einer Sauerstofferzeugereinheit 1, einem mit dieser unmittelbar in Verbindung stehenden Druckspeicher 20, in dem der aus der Elektrolyse erzeugte reine Sauerstoff gesammelt wird. Zwischen dem Druckspeicher 20 und einer Versorgungsleitung 21 zu einem Patienten ist ein Druckminderer 22 vorgesehen. Die Versorgungsleitung 21 ist über eine an sich bekannte Ventiltechnik mit einem elektronischen Steuersystem 12 gekoppelt, so dass in bestimmten Abständen nur zu gewissen Zeitpunkten der Inhalationsphase dem Druckspeicher 20 reiner Sauerstoff entnommen wird und der Atemluft des Patienten zugeführt wird und die Konzentration von Sauerstoff in dieser selektiv erhöht.The mobile unit 18 consists of an oxygen generator unit 1, a pressure accumulator 20 directly connected to it, in which the pure oxygen generated from the electrolysis is collected. A pressure reducer 22 is provided between the pressure accumulator 20 and a supply line 21 to a patient. The supply line 21 is coupled to an electronic control system 12 via a valve technology known per se, so that pure oxygen is removed from the pressure accumulator 20 only at certain times during the inhalation phase and is supplied to the patient's breathing air and the concentration of oxygen therein selectively elevated.
Der Erzeugereinheit 1 der mobilen Einheit 18 steht über eine elektrische Leitung 23 mit einem Stromnetzteil 24 der stationären Einheit 19 in Verbindung. The generator unit 1 of the mobile unit 18 is connected via an electrical line 23 to a power supply unit 24 of the stationary unit 19.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erhöhung der Konzentration von Sauerstoff in der Atemluft, bei welchem Wasser mittels elektrischer Energie in Wasserstoff und in Sauerstoff aufgespaltet (Elektrolyse), der Sauerstoff der Atemluft beigemischt und der Wasserstoff mit Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt (Brenn- stoffreaktion) wird, wobei die Aufspaltung des Wassers in Wasserstoff und in Sauerstoff und die Umwandlung des Wasserstoffs mit Umgebungsluft in1. A process for increasing the concentration of oxygen in the breathing air, in which water is split into hydrogen and oxygen by means of electrical energy (electrolysis), the oxygen is mixed into the breathing air and the hydrogen is converted back into water with the ambient air (fuel reaction), the splitting of the water into hydrogen and into oxygen and the conversion of the hydrogen with ambient air into
Wasser unter Ausbildung eines Reaktionskreislaufes gleichzeitig und kontinuierlich ablaufen und miteinander gekoppelt sind, indem die bei der Umwandlung gewonnene elektrische Energie zur Reduktion des Energiebedarfs für die Aufspaltung genutzt wird.Water runs off simultaneously and continuously, forming a reaction cycle, and is coupled to one another by using the electrical energy obtained during the conversion to reduce the energy requirement for the splitting.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das bei der Umwandlung gewonnene Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt wird.2. The method of claim 1, wherein the water obtained in the conversion is fed back to the splitting.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie einer Energiequelle entnommen wird.3. The method according to claim 1 or 2, in which the electrical energy necessary for the beginning and / or maintenance of the reaction circuit is taken from an energy source.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die für den Beginn und /oder Aufrechterhaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie ausschließlich durch die Brennstoffreaktion oder durch eine weitere, dazu getrennt ablaufende Brennstoffreaktion erzeugt wird, denen jeweils zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird.4. The method according to claim 1 or 2, in which the electrical energy necessary for the start and / or maintenance of the reaction cycle is generated exclusively by the fuel reaction or by a further fuel reaction which proceeds separately and to which hydrogen is additionally fed.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der zusätzliche Wasserstoff aus Methanol gewonnen wird. 5. The method of claim 4, wherein the additional hydrogen is obtained from methanol.
6. Verfahren zur Erhöhung der Konzentration von Sauerstoff in der Atemluft, bei welchem Wasser mittels elektrischer Energie katalytisch in Wasserstoffionen und Sauerstoffionen aufgespaltet wird, wobei sich die Sauerstoffionen unter Abgabe von Elektronen zu Sauerstoff verbinden, der der Atemluft bei- gemischt wird, und die Wasserstoffionen katalytisch mit den Elektronen und6. A method for increasing the concentration of oxygen in the breathing air, in which water is catalytically split into hydrogen ions and oxygen ions by means of electrical energy, the oxygen ions combining to give off electrons to form oxygen, which is mixed into the breathing air, and the hydrogen ions catalytic with the electrons and
Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt werden, wobei die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoffionen und Sauerstoffionen, deren Verbindung zu Sauerstoff und die Umwandlung der Wasserstoffionen mit Umgebungsluft zu Wasser unter Ausbildung eines Reaktionskreislaufes gleichzeitig und kon- tinuierlich ablaufen.Ambient air is converted back into water, the splitting of water into hydrogen ions and oxygen ions, their connection to oxygen and the conversion of the hydrogen ions with ambient air to water taking place simultaneously and continuously with the formation of a reaction cycle.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem das gewonnene Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt wird.7. The method according to claim 6, wherein the water obtained is fed back to the decomposition.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie einer Energiequelle entnommen wird.8. The method according to claim 6 or 7, in which the electrical energy necessary for the beginning and / or maintenance of the reaction circuit is taken from an energy source.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie durch eine getrennt ablaufende Brennstoffreaktion erzeugt wird, der zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird.9. The method according to claim 6 or 7, in which the electrical energy necessary for the start and / or maintenance of the reaction circuit is generated by a separate fuel reaction, which is additionally supplied with hydrogen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der zusätzliche Wasserstoff aus Methanol gewonnen wird.10. The method of claim 9, wherein the additional hydrogen is obtained from methanol.
11. Vorrichtung zur Erhöhung der Konzentration von Sauerstoff in der Atemluft, bestehend aus einer Erzeugereinheit (1) für Sauerstoff, einer elektrischen Energiequelle, einer Versorgungsleitung (11) von der Erzeugereinheit (1) zu einem Benutzer und aus einer elektronischen Steuereinheit (12), das den er- zeugten Sauerstoff selektiv der Atemluft des Benutzers, insbesondere nur zu Anfang der Inhalationsphase, beimischt.11. Device for increasing the concentration of oxygen in the breathing air, consisting of a generator unit (1) for oxygen, an electrical energy source, a supply line (11) from the generator unit (1) to a user and an electronic control unit (12), that the generated oxygen selectively in the breathing air of the user, especially only at the beginning of the inhalation phase.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeuge- reinheit (1) ein Elektrolyseur zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und12. The device according to claim 11, characterized in that the generating unit (1) is an electrolyzer for splitting water into hydrogen and
Sauerstoff ist.Is oxygen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzelle zur Umwandlung des Wasserstoffs mit Umgebungsluft in Wasser mit dem Elektrolyseur elektrisch und zur Übertragung von Fluiden so in Verbindung steht, dass die bei der Umwandlung gewonnene elektrische Energie zur Reduktion des Energiebedarfs für die Aufspaltung genutzt wird und dass das bei der Umwandlung gewonnene Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt wird.13. The apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that a fuel cell for converting the hydrogen with ambient air into water is electrically connected to the electrolyzer and for the transmission of fluids in such a way that the electrical energy obtained in the conversion is used to reduce the energy requirement for the splitting is used and that the water obtained during the conversion is fed back to the splitting.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur und/oder die Brennstoffzelle als PEM(Polymer Elektrolyt Membran)- Zelle ausgebildet ist/sind.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the electrolyzer and / or the fuel cell is / are designed as a PEM (polymer electrolyte membrane) cell.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle mit einem wiederbefüllbaren oder austauschbaren Wasserstoffspeicher (2), insbesondere einem Metallhybridspeicher oder Druckspeicher, in Verbindung steht.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the fuel cell is connected to a refillable or exchangeable hydrogen storage (2), in particular a metal hybrid storage or pressure storage.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffspeicher mit einem Brennstoff-Reformer in Verbindung steht.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the hydrogen storage is connected to a fuel reformer.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle in einer Zelle, insbesondere als PEM-Zelle, ver- eint sind. 17. The device according to claim 13, characterized in that the electrolyzer and the fuel cell are combined in one cell, in particular as a PEM cell.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiequelle als ein Akku und/oder als ein Stromnetzan- schluss ausgebildet ist.18. Device according to one of claims 11 to 17, characterized in that the electrical energy source is designed as a battery and / or as a power supply connection.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiequelle als eine weitere Brennstoffzelle ausgebildet ist.19. Device according to one of claims 11 to 17, characterized in that the electrical energy source is designed as a further fuel cell.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff- zelle als eine Direkt-Methanol-Brennstoffzelle ausgebildet ist.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the fuel cell is designed as a direct methanol fuel cell.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Einweg- oder Mehrwegkartuschensystem für das Methanol aufweist.21. The apparatus according to claim 20, characterized in that it has a disposable or reusable cartridge system for the methanol.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Brennstoffzelle mit dem wiederbefüllbaren oder austauschbaren Wasserstoffspeicher in Verbindung steht.22. The apparatus according to claim 19, characterized in that the further fuel cell is connected to the refillable or replaceable hydrogen storage device.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Erzeugereinheit (1) und der Versorgungsleitung (11) für den Sauerstoff ein integrierter oder abnehmbarer Sauerstoffspeicher (4), insbesondere Druckspeicher, vorgesehen ist, in welchem der in der Erzeugereinheit (1) kontinuierlich erzeugte Sauerstoff gesammelt wird und aus dem dieser mittels der elektronischen Steuereinheit (12) selektiv, insbesondere nur zu Anfang der Inhalationsphase, entnommen und der Atemluft beigemischt wird.23. Device according to one of claims 11 to 22, characterized in that between the generator unit (1) and the supply line (11) for the oxygen, an integrated or removable oxygen storage (4), in particular pressure storage, is provided, in which the in Generator unit (1) is continuously generated oxygen and from which it is selectively removed, in particular only at the beginning of the inhalation phase, by means of the electronic control unit (12) and admixed with the breathing air.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (12) mit Sensoren zur Messung des Sauerstoffsbedarfs des Benutzers in Verbindung steht. 24. The device according to claim 23, characterized in that the electronic control unit (12) is connected to sensors for measuring the oxygen demand of the user.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass diese als stationäre oder mobile Einheit ausgebildet ist.25. Device according to one of claims 11 to 24, characterized in that it is designed as a stationary or mobile unit.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeuge- reinheit (1), der Druckspeicher (20), die Versorgungsleitung (11) und die elektronische Steuereinheit (12) als mobile Einheit (18) und die elektrische Energiequelle als stationäre Einheit (19) ausgebildet sowie miteinander zur Erzeugung und Speicherung des Sauerstoffs verbindbar sind.26. The apparatus according to claim 25, characterized in that the generating unit (1), the pressure accumulator (20), the supply line (11) and the electronic control unit (12) as a mobile unit (18) and the electrical energy source as a stationary unit (19) and can be connected to one another to generate and store the oxygen.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Einheit (19) einen Verbindungsanschluss für Wasser aufweist.27. The apparatus according to claim 26, characterized in that the stationary unit (19) has a connection connection for water.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (20) zur Versorgungsleitung einen Druckminderer (22) auf- weist.28. The apparatus of claim 26 or 27, characterized in that the pressure accumulator (20) to the supply line has a pressure reducer (22).
29. Verwendung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10 und einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 28 zur unterstützenden Versorgung von Patienten mit pathologischen Lungenschäden oder zur Unterstützung der künstlichen Beatmung von Intensivpatienten oder zur Trainingsunterstützung von Sportlern oder zur Unterstützung einer Sauerstofftherapie. 29. Use of a method according to claims 1 to 10 and a device according to claims 11 to 28 for the supportive care of patients with pathological lung damage or for the support of artificial ventilation of intensive care patients or for training support for athletes or for the support of oxygen therapy.
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