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Die Erfindung betrifft ein Wasserelektrolysegerät mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Ein Elektrolysegerät mit zylindrischen, ineinandergestellten Elektroden ist aus der
DE 10 2008 003 126 A1 und der
WO 2009/018814 A2 bekannt, um aus Wasser unter Eingabe eines Elektrolyten und Anlegen einer Spannung an die Elektroden ein sogenanntes Brownsches Gas zu erzeugen, das im Wesentlichen Wasserstoff enthält. Mit einem solchen Gas kann z. B. der Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine durch Einbringen eines mit dem extrahierten Wasserstoff angereicherten Brennstoffes in den Verbrennungsraum erhöht werden. Als Elektrolyt wird beispielsweise wasserverdünntes Kaliumhydroxid in einer Konzentration von über 25% verwendet. Zum Einsatz kommen Nickelelektroden mit einem spezifischen elektrischen Widerstand unter 0,090 Ohmmm
2m
–1, vorzugsweise unter 0,086 Ohmmm
2m
–1. Die Betriebstemperatur des Elektrolysebehälters liegt unter 85°C.
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Aus der
EP 1 397 583 B1 ist eine Kombination eines Elektrolysegerätes mit einem Wasserbehälter bekannt, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, um eine kontinuierliche Zuführung von Wasser in den Elektrolyseraum zu ermöglichen. Auch dieses Gerät dient dazu, Wasserstoff zu erzeugen, um diesen vor dem Verbrennungsprozess dem Brennstoff in der Verbrennungskraftmaschine beizumengen.
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Aus der
DE 20 2007 005 963 U1 ist ein Generator für Wasser- und Sauerstoff bekannt, bei dem der Elektrolyt durch Anlegen eines Gleichstroms an die Elektroden Kationen und Anionen erzeugen kann, um das Wasser in Wasser- und Sauerstoff umzusetzen. Das Gerät umfasst ein elektrolytisches Bad, das als abgeschlossener Aufnahmeraum ausgeführt ist und einen Eingang zur Einführung des Elektrolyts und des Wassers und einen Ausgang zum Ableiten des Wasser- und Sauerstoffs aufweist. Die elektrolytische Vorrichtung weist an der Außenseite eine erste Elektrodenplatte, die durch Sintermetallurgie rohrförmig hergestellt ist, auf. In diese hülsenförmige Elektrode ist eine zweite rohrförmige Elektrode angeordnet, die ebenfalls durch Sintermetallurgie hergestellt ist und eine zweite Elektrode bildet. Zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ist ein Isolierkörper angeordnet, um die erste Elektrodenplatte von der zweiten Elektrodenplatte zu isolieren.
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Aus der
WO 2004/097072 A1 ist es bekannt, in einem zylinderförmigen Gehäuse die Elektroden hülsenförmig ausgebildet ineinandergesteckt anzubringen, wobei zwischen den Elektroden definierte Zwischenräume gegeben sind. Die innere und äußere Elektrode sind jeweils an einem Pol einer Gleichstromversorgungsquelle angeschlossen. Die hülsenförmigen Elektroden sind in ringförmige Nutenabschnitte in einem Basiskreuz und einem Kopfkreuz gelagert, die miteinander verbunden sind.
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Aus der
US 2004/0112739 A1 ist ein Elektrolysegerät bekannt, bei dem eine bestimmte Anzahl von Elektrodenplatten parallel in einem Elektrodensatz zusammengefasst und in einem Gehäuse untergebracht sind, in das Elektrolyt und Wasser eingegeben wird. Um die Elektrolyse zu ermöglichen, sind die beiden äußeren Elektroden an einen Plus- und Minuspol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen. Bei herkömmlichen Elektrolysegeräten wird in der Regel der Elektrolyt mit Wasser verdünnt von unten nach oben über eine Pumpe umgewälzt, wodurch die sich an den Plattenelektroden bildenden Bläschen leichter ablösen und an den Elektrolyt-Spiegel gelangen, oberhalb dessen sich die Gase sammeln, bevor sie über eine Auslassöffnung das Gehäuse verlassen. Die herkömmlichen Elektrolysegeräte weisen einen relativ niedrigen Wirkungsgrad in der Gaserzeugung auf. Ein hoher Anteil der verwendeten elektrischen Energie wird für die – meist unerwünschte – Aufheizung des Elektrolyten verbraucht. Bei den herkömmlichen Elekt-rolysezellen sind außerdem die mit Elektrolyt gefüllten Elektrodenzwischenräume nach oben offen, das heißt, dass das bei der Elektrolyse entstehende Gas durch den Elektrolyt hindurch aufsteigt, sich über dem Elektrolytspiegel sammelt und von dort über eine Auslassöffnung die Elektrolysezelle verlässt.
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Die Patentschrift
DE 32 18 259 C2 betrifft einen mehrzelligen Gasgenerator in Filterpressenbauweise. Der Gasgenerator besteht aus einer stapelförmigen An-ordnung von Elektroden und Abstandselementen. Durch die aufeinanderfolgende Anordnung der Elektroden und der Abstandselemente entsteht ein Gasgenerator, der eine Vielzahl von Elektrolysezellen aufweist. Jede dieser Zellen wird durch einen Verbindungskanal mit Elektrolyt versorgt. Die Verbindungskanäle
25 sind dazu mit einer gemeinsamen Einlasssammelleitung
23 verbunden.
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Seit geraumer Zeit werden z. B. auf der Internetplattform YouTube sogenannte Trockenzellen vorgestellt, die sich von den hergebrachten Elektrolysezellen dadurch unterscheiden, dass die Außenkontur der Elektroden gegen den Elektrolyten mittels O-Ring o. ä. abgedichtet ist und sich die Gase nicht im selben Gehäuse, in welchem sich die Elektroden befinden, sammeln, sondern durch einen Auslass. über ein Rohr oder einen Kanal nach oben in ein darüber liegendes sogenanntes Reservoir aufsteigen.
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Dieses enthält Elektrolyt und darüber einen Gasraum, in dem sich die aufgestiegenen Gase sammeln können, bevor sie den Gasraum durch einen Auslass verlassen. Aus dem Reservoir führt eine Leitung (Rohr, Kanal, Schlauch) in den unteren Bereich der Trockenzelle. Mit Einsetzen der Elektrolyse entsteht durch die aufsteigenden Gase ein Sog, welcher Elektrolyt aus dem Reservoir nachzieht, so dass die Elektroden von unten nach oben durchströmt werden, was bei der Ablösung der Gasbläschen an den Elektroden hilft und die Gasaus-beute vergrößert. Eine solche Zelle besteht in der Regel aus mehreren Plattenelektroden, die durch je eine gemeinsame Einlass- und Auslassöffnung und zugehörigen Leitungen, Rohre, Schläuche und/oder Kanäle mit dem Reservoir verbunden sind. Bei den bekannten Elektrodenanordnungen hat sich als wesentlicher Nachteil herausgestellt, dass ein Elektronensprung an den Kanten der parallel liegenden Elektrodenplatten, eine unerwünschte Veränderung des Übergangswiderstandes und eine hohe Verlustleistung gegeben sind. Außerdem hat sich gezeigt, dass in diesen Geräten vermehrt Knallgas gebildet wird, obwohl die Erzeugung von Brownsgas angestrebt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrolysegerät so zu gestalten, dass es nach Belieben erweiterbar ist, dass die Elemente einfach zu handhaben sind und dass eine hohe Effizienz gegeben ist. Des Weiteren soll der Elektrolysebehälter so gestaltet sein, dass er preiswert herstellbar und auf einfache Weise veränderbar ist.
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Die Aufgabe löst die Erfindung durch Ausgestaltung eines gattungsgemäßen Elektrolysegerätes mit der im Anspruch 1 angegebenen technischen Lehre. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind im Einzelnen in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
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Soweit im Nachfolgenden zwischen Elektrolyt und Wasser nicht differenziert wird, sollen unter Elektrolyt mit Wasser meist stark verdünnte Säuren oder Laugen verstanden werden. Bei der Wasserelektrolyse erfolgt eine Aufspaltung von Wasser in seine gasförmigen Bestandteile, wobei nur der Wasseranteil verbraucht wird, der sauere oder basische Ionenträger, der eigentliche Elektrolyt, bleibt unverändert bzw. ist der Verbrauch vernachlässigbar, so dass ein Austausch erst nach längerer Betriebszeit notwendig ist oder Nachdosierungen erforderlich werden. Dies kann auch erfolgen, indem mit Wasser verdünnter Elektrolyt zugegeben wird.
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Soweit im Nachfolgenden von Elektrolysezelle die Rede ist, wird darunter eine Einheit verstanden, bei der zwischen den spannungsbeaufschlagten Elektroden die Gasbildung stattfindet.
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Unter Elektrolysegerät soll die Gesamtheit aller Baugruppen zur Wasseraufspaltung verstanden werden, also Elektrolysezelle oder -zellen, Steuerung, Reservoirs für Wasser und Elektrolyt, Pumpen, Gasfilter, Ventile, Flüssigkeitsabscheider und Temperiereinrichtungen, wie Heiz- und Kühlelemente.
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Ein Elektrolysegerät nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in der Zelle in dem Hohlraum zwischen den benachbarten Plattenelektroden eine die Strömung des Elektrolyten und des Wassers begünstigende Struktur mit eine Zwischenwand mit Kanälen eingebracht ist, dass ein Reservoir einem Gasauslass vorgesehen ist und dass der Rahmen in den Eckenbereichen und/oder im Seitenbereich und/oder über die oberen und unteren Längsseiten verlaufend eine Bogenstruktur aufweist, wobei die Bögen in den Seitenbereichen konvex und die Bögen an den Längsseiten konkav ausgebildet sind und an den Verbindungsstellen zweier benachbarter Bögen die Einlässe und die Auslässe vorgesehen sind.
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Die einzelnen Zellen sind relativ schmal ausgebildet. Die aktive Fläche der Plattenelektroden ist jedoch sehr groß. Dies führt zu einer schnelleren und besseren Gasbildung. Des Weiteren kommt nur eine geringe Menge an Elektrolyt jeweils zum Einsatz. Die Dosierung lässt sich also auf ein Minimum einstellen.
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Dies gilt sowohl im Falle der gesonderten Zuführung des Elektrolyten als auch für die Wassermenge aus gesonderten Behältern. In der Regel wird aber immer ein Gemisch aus beiden, nämlich destilliertem Wasser und Lauge oder Säure, im Maße der Gaserzeugung zugeführt. Die Zuführung kann dabei je nach Anordnung eines Reservoirs durch Schwerkraft oder Pumpendruck bewirkt werden. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, nicht nur einen Einlass untenseitig in dem Gehäuserahmen der Zelle und/oder an den Seiten vorzugsweise im unteren Bereich vorzusehen, sondern mehrere solcher Einlässe, um eine möglichst gleichmäßige Durchströmung durch die Zelle zu erreichen, wodurch die durch Elektrolyse an den Plattenelektroden entstehenden Gasbläschen abgelöst und abgeführt werden. Der Wasserverbrauch wird dosiert ausgeglichen, indem in das Reservoir Wasser bedarfsweise nachgefüllt wird. Das Gesamtflüssigkeitsvolumen in der Zelle ist bei der Gasbildung relativ gering, was eine Gasbildung begünstigt. Da das Reservoir zugleich auch als Ausgleichsbehälter dient, kann sichergestellt werden, dass bei der Gasbildung so viel Flüssigkeit nachgefüllt wird, dass die Zelle mit Elektrolyt ausgefüllt ist und kein Gasraum im oberen Bereich gegeben ist.
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Es hat sich gezeigt, dass mit einer solchen Zelle die Energieeffizienz, ausgedrückt in pro erzeugtem Liter Browngas aufzuwendender Energie (Wh/l), wesentlich verbessert werden kann. Primär dürfte dies daran liegen, dass durch die Durchspülung der Zelle das gebildete Gas schnell von den Elektrodenplatten abgelöst und in das Reservoir und über dessen Auslass an den Gasverbraucher weiterbefördert wird, während ohne Durchspülung Gasbläschen an den Platten länger haften bleiben und die wirksame Oberfläche verkleinern.
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Da der gesamte Reaktionsraum in der Zelle mit Flüssigkeit (Elektrolyt und Wasser) gefüllt ist, ist ein Gasdruckaufbau in der Zelle und damit die Gefahr einer Explosion wesentlich reduziert. Auch ist ein Flammrückschlag von außen. in die gefüllte Zelle praktisch nicht möglich. Die bauliche Anordnung nach der Erfindung hat zudem den Vorteil, dass der Elektrolytbehälter und der Wasserbehälter abgesetzt von der Zelle untergebracht werden können und die benötigten Flüssigkeitsmengen über Regler durch Schwerkraft oder mittels Pumpen eingebracht werden. Im Falle, dass die Behälter oberhalb der Zelle angebracht sind, reicht eine Flüssigkeitszuführung über ein Regelventil aus, um die Dosierung kontinuierlich vornehmen zu können. Ist eine solche Anordnung nicht möglich, müssen in die Zuleitung regelbare Pumpen eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, dass die Elektrolyt- und/oder Wasserzufuhr untenseitig über mindestens einen Einlass mittels eines Anschlussstutzens in den Hohlraum der Zelle vorgesehen ist. Die einzelnen Zellen lassen sich auf einfache Weise auch aneinanderfügen und zu einem Verbund vereinen, wobei die äußeren Elektroden an die Stromversorgungsquelle angeschlossen werden. Dadurch kann die Gasproduktion wesentlich erhöht werden.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere durch einen modularen Aufbau aus. Dieser wird in der einen Ausführungsform dadurch realisiert, dass die einzelnen Zellen einfach aneinandergefügt und miteinander kraftschlüssig verbunden werden. Soweit die Gehäuse so ausgelegt sind, dass auch ein Verschweißen möglich ist, können die Zellen auch miteinander verschweißt werden. Dabei können die Zellen auch durch jeweils eine einzige Plattenelektrode voneinander getrennt sein. In diesem Fall sind die Dichtungsränder in den Gehäuserahmen so auszulegen, dass eine Abdichtung benachbarter Zellen in jedem Fall gegeben ist und auch die Elektrode eine Abdichtung der beiden seitlichen Hohlräume sicherstellt. Dies kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, z. B. ist es möglich, durch Verschweißen oder Verkleben der einzelnen Zellen dies zu bewerkstelligen oder aber auch durch Klemmverbindungen oder Schraubklemmverbindungen, wodurch ein Stapel aus einzelnen Zellen zusammengefügt wird. Die Gehäuserahmen können aber auch aus Hälften zusammengesetzt werden, z. B. einer unteren Hälfte und einer oberen Hälfte, wobei zunächst das untere Paket zusammengefügt wird und die Gehäuserahmenteile miteinander verbunden werden. Sie bilden dann Nuten in den Abdichtungsrändern, in die die Elektroden selbstdichtend eingesteckt werden können. Die aufsetzbare Gehäusehälfte, die auch klappbar daran befestigt sein kann, ist in gleicher Weise aufgebaut und greift mit den Nuten auf die freistehenden Plattenelektroden. Die beiden Hälften werden dann miteinander verbunden. Auch so ist der modulare Aufbau sichergestellt. Die Gehäusehälften müssen nicht aus Einzelrahmenteilen zusammengesetzt werden, sie können auch beispielsweise als Kunststoffspritzformteil gefertigt sein. Allein die Einklemmung der Elektroden stellt dabei eine Dichtigkeit bereits sicher. Zusätzlich kann aber auch nach dem Einstecken der einzelnen Elektroden eine zusätzliche Abdichtung zur Nut hin vorgenommen werden. In jedem Fall ist in den einzelnen Zellen, die in diesem modularen Aufbau erstellt werden, mindestens untenseitig ein Einlass für das Elektrolyt-Wasser-Gemisch vorgesehen. Es können auch mehrere solcher Einlässe verteilt im unteren Bereich vorgesehen sein, um eine optimale Durchströmung der Zelle bei der Gasbildung zu ermöglichen. Obenseitig sind die Gasauslässe vorgesehen, die beispielsweise in einen Kanal zusammengeführt und dann in einen abgetrennten Gasraum eingeleitet werden können. Die mehreren Zellen können auch in einer Fläche nebeneinander oder beliebig räumlich verteilt durch Reinschaltung miteinander verbunden sein. Die erste und die letzte Zelle sind dabei mit dem Plus- oder Minuspol der Stromquelle und der Pluspol der jeweils nächstfolgenden Zelle mit dem Minuspol der vorherigen Zelle verbunden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, ein Zellenpaket direkt mit einem Reservoir für das Elektrolyt-Wasser-Gemisch bzw. für Wasser zu kombinieren. Dies kann in der Weise erfolgen, dass in dem Gehäuserahmen untenseitig ein Kanal eingebracht ist, der Abzweigungen aufweist, die in den Hohlräumen der Zellen münden und mit einem Anschluss im Reservoir oberhalb oder seitlich der Zellen verbunden sind. Auch kann für die Zuleitung jeweils ein einzelner Kanal zu jeder Zelle geführt werden, der dann über einen gesonderten Anschluss mit dem Reservoir verbunden ist. Dieses Reservoir, also ein Behälter für diese Flüssigkeit, der im Volumen dem Verbrauch der Zellen angepasst ist, kann an die Zellen seitlich angefügt oder darüber angeordnet sein oder auch abgesetzt angeordnet sein. Im letzteren Falle sind Verbindungsleitungen erforderlich, um das Elektrolyt-Wasser-Gemisch der Zelle zuführen zu können.
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Es hat sich ferner als sehr vorteilhaft erwiesen, dieses Reservoir zugleich auch als Gasraum für das obenseitig über Auslässe aus den Zellen austretende Gas zu verwenden. Auch hier können die einzelnen Auslässe über einen Kanal miteinander verbunden sein, der wiederum mit einem Anschluss des Reservoirs verbunden ist. Es können aber auch die Gasauslässe einzeln über Kanäle oder Anschlüsse mit dem Reservoir verbunden sein. Zweckmäßigerweise wird das Gas in das Reservoir in einer Höhe eingeleitet, die unter einem Mindest-Flüssigkeitspegel liegt, so dass mitgeführter Elektrolyt automatisch der Flüssigkeit wieder zugeführt wird und das Gas einer Vorreinigung beim Durchtritt durch das Elektrolyt-Wasser-Gemisch im Reservoir erfährt. In dem über den Flüssigkeitspegel liegenden Hohlraum sammelt sich das Gas und wird über einen Auslass des Reservoirs abgeleitet. Zweckmäßigerweise wird das Gas dann noch einer weiteren Filterung unterzogen. Dies wird später noch im Einzelnen angegeben. Das Reservoir bietet also gleichermaßen einen Ausgleichbehälter zu den Zellen, wobei durch Bildung eines leichten Unterdruckes in den Zellen, hervorgerufen durch die Gasproduktion und die aufsteigenden Gasbläschen, automatisch eine Elektrolyt-Wasser-Gemisch-Nachführung erfolgt und die Zelle gefüllt ist.
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Das Reservoir kann teilweise auch unterhalb, seitlich oder oberhalb der Zellen angeordnet sein. Ferner kann in das Gehäuse des Elektrolysegerätes eine Flügelzellenpumpe integriert sein, die im Elektrolytzuführstrom oder -abführstrom liegt und so breit ist, dass sie alle Einlässe überstreicht, den Elektrolyt gleichmäßig über die Einlässe in die Hohlräume zwischen den Plattenelektroden drückt oder über die Auslässe absaugt.
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Ein Paket aus einzelnen Zellen oder aber auch ein Paket, das durch ein Gehäuse mit Nuten gebildet ist, lässt sich seitlich mit Seitenwänden abschließen. In diesen Fällen muss dafür Sorge getragen werden, dass über Kabeleinleitungen die Kontaktierung zu den äußeren Elektroden eines Paketes möglich ist. Auch können einzelne Pakete durch Zwischenfügen einer Trennwand miteinander verbunden sein. Diese Trennwand kann dann beispielsweise auch einen Auslass aufweisen und/oder einen Einlass, der über Kanäle zu den einzelnen Einlässen der Zellen verzweigt ist.
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Die Gehäuserahmenkonstruktion hat zudem den großen Vorteil, dass die Kanäle bereits beim Spritzen eines Gehäuserahmenteiles aus Kunststoff mit angeformt sein können. Ebenso ist der Behälter bzw. das Reservoir durch Öffnungsbildung in dem Rahmen oberhalb der Zellen mit anformbar. Die Gehäuserahmen werden nur aneinandergefügt, wobei nach dem Einlegen der Elektroden zugleich auch die Kanäle jeweils gebildet werden. Die Kanäle können also eine U-Struktur aufweisen. Durch das Aufsetzen der Elektroden, die den Abdichtungsrand voll abdecken, werden die Kanäle gebildet. Im Einlassbereich kann der Elektrolyt und im Auslassbereich das Gas entnommen werden bzw. münden die Kanäle bereits in dem Reservoir an entsprechend positionierter Stellung, wobei diese Teile dann durch Ausformungen des angefügten Gehäuseteils vollständig gebildet werden. Das Reservoir wird also aus freigeschnittenen Hohlräumen in dem Gehäuserahmen wie die Zellen gebildet und weist entsprechende Prägungen zur Kanalbildung auf. Die Rahmenstruktur für die Zelle stellt zudem sicher, dass der Plattenelektrodenrand über seinen ganzen Umfang eingestellt ist bzw. in einer Nut steckt, wodurch Spannungsspitzen an Kanten und eine unkontrollierte Gasbildung vermieden werden. Als besonders vorteilhaft im Hinblick auf effiziente Gasbildung hat sich ein Abstand der Plattenelektroden von ≥ 3 mm erwiesen.
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Durch das Zuschalten oder auch Abschalten von Zellen lässt sich darüber hinaus die Temperatur senken bzw. im Falle des Abschaltens von Zellen erhöhen. Die Leistung des Elektrolysegerätes wird durch das Hinzufügen von Plattenelektroden erhöht, da sich die wirksame Elektrodengesamtoberfläche vergrößert. An den einzelnen Elektroden einer Zelle sollte eine Spannung in einem Bereich von 1,1 V bis 2,5 V anliegen. Die an den äußeren Elektroden angelegte Spannung wird durch die Gesamtzahl der Zellen aufgeteilt. Es ist deshalb ersichtlich, dass beispielsweise der Betrieb eines Zellenpaketes aus sechs bis acht Zellen mit einer Batterie bzw. einem Akkumulator mit 12 V möglich ist bzw. eine Batterie mit 24 V eingesetzt werden kann, wenn zwölf bis sechzehn Zellen zusammengefügt werden.
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Grundsätzlich kann je nach Bauausführung des Elektrolysegeräts an die äußeren Plattenelektroden auch ein gepulster Elektrolysestrom, ein Wechselstrom oder ein Gleichstrom angelegt werden.
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Eine besonders einfache Montage und Fertigung der Zellen sind durch die Rahmenkonstruktion gegeben. Der Rahmen umschließt den Hohlraum, der durch die umrahmte Fläche und die Dicke des Rahmens im Bereich zwischen den Elektroden bestimmt ist. Der Rahmen definiert die Form. Der Hohlraum kann beispielsweise rund ausgebildet sein, einen Durchmesser von 15 cm bis 20 cm aufweisen und die innere Breite bzw. Dicke des Rahmens 6 mm bis 12 mm betragen. Diese Werte sind nur beispielhaft angegeben. Je nach Größe können sie auch variieren. Eine eckige Ausführung ist ebenfalls möglich. Es ist ferner auch eine Freiform möglich. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Rahmen in den Eckenbereichen und/oder im Seitenbereich und/oder über die oberen und unteren Längsseiten verlaufend in einer Bogenstruktur auszubilden, wobei die Bögen in den Seitenbereichen konvex und die Bögen an den Längsseiten konkav ausgebildet sind und an den Verbindungsstellen zweier benachbarter Bögen die Einlässe und die Auslässe vorgesehen sind. Die Bogenformen, die den Hohlraum begrenzen, gewährleisten bei der Gasbildung eine gute Durchströmung der Flüssigkeit in dem Hohlraum. Mit der Bauform werden Elektrolyt und Gas sehr widerstandsfrei zu- und abgeführt. Die trichterförmigen Aus- und Einlässe begünstigen das Strömungsverhalten. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass eine gleichmäßige, die Gasbläschen ablösende Elektrolytströmung über die gesamte Plattenoberfläche hin entsteht, wodurch mehr freie Elektrodenoberfläche zur Gaserzeugung zur Verfügung steht. Eine bessere Effizienz ist die Folge. Die Grundform kann dabei hoch und schmal oder hoch und breit gewählt werden, aber auch in der Höhe niedrigere Ausführungen können diese Struktur aufweisen.
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Der Hohlraum wird also durch den Rahmenzuschnitt definiert. Der Rahmen weist beidseitig Dichtungsränder auf, die so ausgebildet sind, dass die Plattenelektroden, die aus Metall oder leitendem Kunststoff oder aus Kohlefasern bestehen, einfach nur in den Rahmen hineingedrückt werden müssen, um abdichtend im Rahmen den Hohlraum zu bilden. Die Plattenelektroden können aber auch eingeklebt oder eingeschweißt werden, wenn entsprechende Zwischenlagen eingebracht sind oder wulstförmige Überstände die Plattenelektroden einfassen. Die Plattenelektroden sollten z. B. aus Nickel oder rostfreiem Edelstahl bestehen oder edelmetallbeschichtet ausgeführt sein, sollten eine solche Dicke aufweisen bzw. auf den Aufnahmerahmen so abgestimmt sein, dass sie mit der Rahmenaußenkante abschließen oder diese geringfügig überstehen, so dass die Zellen nach dem Zusammenbau zu einer mehrzelligen Einheit untereinander auch elektrisch kontaktiert sind. Wenn diese Voraussetzungen nicht erfüllt sind, kann eine gute Kontaktierung aber auch durch eine zwischengefügte Metallplatte, die in der Kontur den Plattenelektroden anzupassen ist, erzielt werden. Diese Platten können aber zugleich Anschlüsse für die Stromversorgungsquelle aufweisen. Solche Anschlüsse können aber auch an den äußeren Plattenelektroden eines Paketes aus mehreren Zellen vorgesehen sein. Die äußere Form der Plattenelektrode kann der Hohlraumform angepasst sein, sie kann aber auch hiervon abweichend eine andere Umfangsform aufweisen. In jedem Fall ist sie so groß auszulegen, dass sie in den Dichtungsrand eingesetzt werden kann. Auch kann die Zelle selbst eine Querschnittsform aufweisen, die abweichend von einer quadratischen oder rechteckigen Form rund oder oval sein oder auch eine Freiform besitzen kann.
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Um die Durchströmung durch eine Zelle zu verbessern, ist zwischen den benachbarten Plattenelektroden einer Zelle auch eine die Strömung des Elektrolyten und des Wassers begünstigende Struktur eingebracht sein. Zum Beispiel kann in dem Hohlraum mindestens teilweise eine Zwischenwand mit Kanälen parallel zu den Plattenelektroden verlaufend eingebracht sein. Die Kanäle können dabei so verlaufen, dass sie die Durchströmung verbessern.
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Ein- und Auslass können durch Anschlussstutzen realisiert werden, die in eine Bohrung des Rahmens mit einem Gewinde eingeschraubt werden und in die Bohrung oder in den Hohlraum der Zelle münden. Damit das durch Elektrolyse gewonnene Gas entweichen kann, z. B. zur Beigabe zum Luftkraftstoffgemisch bei der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor, ist in der Oberseite des Rahmens mindestens ein Auslass mit einem Anschlussstutzen vorgesehen. Das durch die Elektrolyse entstehende Gas wird, wenn die Zelle mit Elektrolyt vollständig gefüllt ist, vom die Zelle durchströmenden Elektrolyt über einen Auslass mit Anschlussstutzen an der Oberseite der Zelle in das Reservoir mitgenommen. Wenn trichterförmige Auslässe gegeben sind, so sind mehrere Auslässe, nämlich an den Senken, vorgesehen.
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Ein aus mehreren Zellen gebildetes Paket kann in ein Umgehäuse einsetzbar sein und/oder von Schraub- und/oder in deckungsgleiche Bohrungen eingesetzten Spanngliedern zusammengehalten werden. Zweckmäßigerweise sind dafür in den Eckenbereichen des Rahmens parallel zur Mittenachse verlaufend Durchgangsbohrungen vorgesehen, durch die beispielsweise eine Gewindestange oder eine Schraube mit bestimmter Länge einsteckbar ist, auf die dann eine Mutter aufgeschraubt wird.
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In jedem Fall empfiehlt es sich, dass oberhalb des Flüssigkeitspegels des Reservoirs in den dort vorhandenen Schaumraum möglichst kleinen Volumens ein Auslass mündet, der mit einer eingesetzten Filteranordnung versehen ist, die eine Membranfunktion aufweist, die das mittels Elektrolyse erzeugte Gas hindurchtreten lässt, Feuchtigkeit und Schaum jedoch zurückhält. Wenn in der Zelle. jedoch ein Schaumraum gegeben ist oder ein solcher während der Gaserzeugung entsteht, so sollte dieser möglichst klein gehalten werden, um, wie zuvor schon beschrieben, die Explosionsgefahr zu verringern.
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Sind mehrere Auslässe vorgesehen, so können auch bei einem Paket von Zellen diese parallel mit einem Reservoir verbunden sein, in welchem das Gas gespeichert wird. In einem solchen Reservoir können Temperatursensoren zur Ermittlung der Arbeitstemperatur vorgesehen sein. Eine damit verbundene Regeleinheit verteilt die Energie im Bedarfsfall nur an die Standardzellen oder auch an zusätzliche weitere Zellen bzw. Zellenpakete. Bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur können Zellen zugeschaltet und bei Unterschreiten abgeschaltet werden. Auf diese Weise lässt sich die Temperatur des Elektrolysevorganges konstant halten und auf das Niveau der Umgebungstemperatur einstellen, ohne dass weitere Kühlmaßnahmen erforderlich sind. Eine zusätzliche Kühlung ist zweckmäßig, wenn die Umgebungstemperatur höher als 50°C ist. Die Kühlung kann aber auch mittels eines Peltierelementes oder einer anderen Vorrichtung zum Kühlen, gegebenenfalls auch zum Heizen, erfolgen, um bei klimatischen oder örtlichen Veränderungen das Reaktorsystem hierauf einstellen zu können.
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Wenn mehrere Auslässe vorgesehen sind, können diese von Zelle zu Zelle in Kaskade oder sternförmig zusammengeschaltet oder parallel von einem Sammler abgehend oder zu einem Sammler hin verlaufend angeordnet sein.
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Die Auslässe der Zellen können mit den Eingängen eines Gasfilters und/oder eines Gasreservoirs verbunden sein, wobei an dem Gasfilter und/oder an dem Gasreservoir eine gemeinsame Gasableitung vorgesehen ist. Das Reservoir sollte ein Überdruckventil zur Vermeidung von druckaufbaubedingten Explosionen aufweisen, das wartungsarm und zuverlässig sowie selbstzurücksetzend ist. Minimaler Sicherheitsstandard ist eine Platzdichtung, die bei Überdruck platzt. Diese hat aber den Nachteil, dass sie nicht automatisch zurückgesetzt wird. Es empfiehlt sich deshalb, ein Überdruckventil zu verwenden, das eine Metallkugel aus magnetisierbarem Metall aufweist, die dichtend eine Austrittsöffnung des Ventils verschließt und von einem Magneten zur Abdichtung angezogen wird. Steigt der aufgebaute Druck, so öffnet das Ventil automatisch, sinkt der Druck ab, fällt die Kugel wieder auf den Rand der Öffnung und verschließt diese. Anstelle einer Kugel kann selbstverständlich auch ein Kegel oder ein Kegelstumpf verwendet werden.
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Der Füllstand im Reservoir kann durch einen zusätzlichen Ausgleichsbehälter auf optimalem Niveau gehalten werden, um den mit Gas gefüllten Reaktionsraum im Gastrenner, also im Reservoir, so gering wie möglich zu halten. Der Füllstand sollte weder zu hoch noch zu niedrig gehalten werden. Ist der Füllstand zu hoch, wird Fluid mitgerissen, wenn das Gas beispielsweise einem Motor zur Verbrennungsverbesserung zugeführt wird. Mit dem Überdruckventil kann zugleich auch ein Wasserabscheider gekoppelt sein, durch den das Gas hindurchgeleitet wird, um das Mitreißen von Elektrolyt z. B. in den Luftfilter eines Motors in einem Kraftfahrzeug oder in die Düse eines Schweißgerätes zu verhindern. Das Überdruckventil stellt sicher, dass kein Überdruck in dem Abscheidegehäuse sich aufbauen kann, was im ungünstigsten Fall zu einer Explosion führen würde.
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Damit ein aus mehreren Elektrolysezellen bestehender Gaserzeuger schwingungsfrei, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, aufgehängt werden kann, ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass mechanische Dämpfungsglieder an dem Gehäuse oder Verbund angebracht sind, über die das Elektrolysegerät in der Karosserie befestigt wird. Durch die geeigneten Dämpfer, wie Öl-Gasdämpfer, Gummiseile oder Schwingungsdämpfer, wird erreicht, dass das Elektrolysegerät von der Vibrationsquelle entkoppelt wird.
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Das Elektrolysegerät nach der Erfindung lässt sich in Verbindung mit einem Schweiß- oder Experimentalgerät ebenso einsetzen wie in Kraftfahrzeugen, um das Brownsche Gas zur Optimierung des Verbrennungsprozesses dem Motor zuzuführen. Es ist auch geeignet für die Verwendung in Verbrennungsprozessen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen ergänzend erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 in einer perspektivischen Darstellung einen Rahmen einer Zelle,
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2 eine in abweichendem Maßstab dargestellte Seitenansicht des Rahmens nach 1 mit eingesetzten Plattenelektroden,
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3 ein Paket aus sechs Zellen in perspektivischer Darstellung zum Anschluss an eine 12-V-Stromversorgungsquelle,
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4 einen Rahmen für eine Zelle mit einem besonders geformten Hohlraum,
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5 einen Teilausschnitt aus dem Rahmen in 4 in vergrößerter, jedoch nicht maßstabsgerechter Darstellung,
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6 ein Beispiel eines Überdruckventils,
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7 eine Variante eines Elektrolysegerätes aus einer Vielzahl von Zellen, die direkt mit einem Reservoir verbunden sind,
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8 das Unterteil eines Gehäuses mit den Zellen und einer Plattenelektrode,
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9 das Ausführungsbeispiel nach 7 im zerlegten Zustand,
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10 ein Elektrolysegerät mit einem doppelten Zellenstapel mit mittiger Abstandswand zum Koppeln mehrerer Zellenstapel und seitlichen Abdeckwänden,
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11 die Abstandswand zum Koppeln mehrerer Zellenstapel und zum Abführen des Gases, die in dem Paket in 10 eingesetzt ist,
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12 einen Gehäuserahmen, der sowohl einen Hohlraum für die Zelle als auch einen Hohlraum für ein Reservoir beinhaltet und in dem Kanäle eingearbeitet sind in der Seitenansicht,
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13 eine Schnittzeichnung längs der Schnittlinie B-B in 12, aus der der Zellenaufbau und die Abdeckwände sowie die Abstands- oder Trennwand ersichtlich sind,
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14 einen Schnitt längs der Schnittlinie C-C in 12, aus dem die Kanalstruktur im oberen Bereich und die Zuleitungsöffnung in den Abschlusswänden sichtbar ist,
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15 eine Draufsicht auf das in 12 dargestellte Zellenpaket und
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16 eine Vorderansicht des Ausführungsbeispiels nach 12 mit gestrichelt eingezeichneten Gehäuserahmenzellen und Reservoir.
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In 1 ist der Rahmen 2 eines Gehäuses einer Zelle 1 dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen etwa quadratisch ausgeführten Rahmen 2 aus Kunststoff, der gebrochene Ecken, einen Einlass 5 an der Unterseite, der über eine Durchgangsbohrung in der Rahmenwand bis in den Hohlraum 6 reicht, und einen Auslass 8 an der Oberseite, der gleichartig aufgebaut ist, aufweist. In dem Rahmen 2 sind ferner Durchgangsbohrungen 9 eingebracht, um das Gehäuse mit benachbarten Zellen 1 auf einfache Weise mittels Schrauben verbinden zu können, was aus 3 ersichtlich ist.
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In dem relativ schmal gehaltenen Rahmen 2, dessen Hohlraum 6 rund ausgeführt ist und dessen Breite nur wenige Millimeter, z. B. 8 mm, beträgt, ist im Seitenrandbereich 12 ein Dichtungsrand eingearbeitet, der so gestaltet ist, dass die Plattenelektroden 3, 4, wie aus 2 ersichtlich, eingesetzt und darin abgedichtet gehalten werden können. Die beiden Plattenelektroden 3, 4, aus Nickel oder rostfreiem Edelstahl oder aber auch aus Kohlefasern bestehend, können in den Dichtungsring eingedrückt und/oder darin verschweißt und/oder verklebt sein. In die Zelle 1 wird über den Einlass 5 sowohl der Elektrolyt, dies kann beispielsweise wässrige Natrium- oder Kaliumhydroxidlösung sein, und Wasser, das in das Brownsche Gas umgesetzt werden soll, eingegeben. Wenn die Zelle 1 an ein Reservoir 29 angeschlossen ist, aus dem ein Elektrolyt-Wasser-Gemisch durch Schwerkraft oder mittels Pumpe in die Zelle 1 gedrückt wird, so wird die Zelle 1 über den Einlass 5 und den Auslass 8 mit Elektrolyt, z. B. Natrium- oder Kaliumhydroxidlösung niedriger Konzentration, aus dem Reservoir durchspült. Die Breite einer solchen Zelle 1 liegt zwischen 10 mm bis 15 mm. Durch den geringen Abstand zwischen den beiden Plattenelektroden 3, 4 erfolgt eine optimale Gasbildung, wenn an den beiden Elektroden eine Spannung angelegt wird. Die Spannung der Stromversorgungsquelle sollte 1,45 V bis 2,1 V betragen. Die Leistungsaufnahme selbst hängt von der Größe der Platten im Wesentlichen ab. Die Leistungsaufnahme ist ferner von der Elektrolyttemperatur und der Konzentration abhängig. Die Temperatur lässt sich beispielsweise durch eine Temperiereinrichtung, die im Behälter 29 enthalten ist, auf einfache Weise einstellen oder sogar regeln.
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3 zeigt ein Paket aus sechs Einzelzellen 1. Das Paket ist durch Schraubglieder 10 miteinander verschraubt und bildet eine verbaubare Einheit. Die Plattenlektroden 3, 4 zwischen den benachbarten Zellen 1 liegen dicht aneinander, so dass nicht nur der elektrische Widerstand sehr gering ist, sondern auch eine Wärmeabfuhr oder Wärmeübertragung zwischen den Zellen 1 gewährleistet ist. Die beiden äußeren Plattenelektroden 3, 4 werden an die Stromversorgungsquelle angeschlossen.
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In 4 ist eine Zelle 1 mit drei Einlässen 5 und drei Auslässen 8 dargestellt, die flacher ausgebildet ist, aber eine bogenförmige Ausprägung des Hohlraumes 6 aufweist. Auch dieser Rahmen 2 weist einen Dichtungsrand 7 auf, der rechteckförmig ausgebildet ist und in dem eine Plattenelektrode 3, 4 einsetzbar ist. An beiden Seiten ist ein solcher Dichtungsrand vorgesehen. Die Besonderheit besteht darin, dass im Seitenbereich der Zelle 1 der Hohlraum 6 konvexe Bogenstrukturen aufweist und an den Längsseiten konkave Bogenabschnitte mit trichterförmigen Einlasszonen und Auslasszonen an den Verbindungsstellen 14.
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Ein vergrößerter Ausschnitt ist in 5 dargestellt. Die bauliche Anordnung fördert das Strömungsverhalten der hindurchfließenden wässrigen Elektrolytlösung und fördert damit den Reaktionsprozess bei der Gasaufspaltung. Das Gas wird über die Auslässe 8 zusammen mit dem strömenden Elektrolyten an ein Reservoir abgegeben, das vorzugsweise mit einem Überdruckventil gemäß 6 ausgestattet ist. Dieses magnetische Ventil weist eine gummierte Metallkugel 15 auf, die an einer Dichtungsfläche 17 anliegt, die den oberen, durch eine Kappe gesicherten Raum von dem Sammelraum abtrennt, der sich unter der Trennwand im Ventilgehäuse 16 befindet und eine Durchströmöffnung 18 aufweist. Der Magnet 19 zieht die Kugel mit einer bestimmten Magnetkraft an. Wird diese vom Gasdruck überwunden, hebt die Kugel von der Dichtungsfläche 17 ab, so dass Gas entweichen kann, wodurch die Explosionsgefahr im Reservoir selbst minimiert wird.
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In den 7, 8 und 9 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Gehäuserahmen 2 geteilt sind und jeweils zu einem Stapel zusammengefügt sind. Es entsteht praktisch eine untere Gehäusehälfte 25 und eine obere Gehäusehälfte 26. Die Abdichtungsflächen zu den Plattenelektrodenkanten sind dabei durch die beim Stapeln oder im Spritzgießverfahren o. ä. gebildeten Nuten 27 realisiert. Diese sind so dimensioniert, dass beim Einfügen der Plattenelektroden 3, 4 eine Abdichtung gegeben ist. Es ist aber ersichtlich, dass auch bei dieser Konstruktion keine Kanten der Plattenelektroden 3, 4 in dem zwischen zwei benachbarten Platten gebildeten Hohlraum, der mit Elektrolyt gefüllt ist, vorstehen. Zugleich ist an diesem Stapel auch ein unterer Kanal 32, in den die Einlässe der einzelnen Zellen 1 münden, mit angeformt bzw. eingesetzt. Obenseitig, wie aus 9 ersichtlich, ist auch ein gemeinsamer Kanal 33 vorgesehen, der die Auslässe der Zellen 1 miteinander verbindet. Beide Kanäle 32, 33 münden in einem Reservoir 29, in dem sich mit destilliertem Wasser verdünnter Elektrolyt befindet. Im Ausführungsbeispiel ist der obere Kanal 33 relativ hoch gelegt. Er kann aber auch in einem Kanal münden, der in dem Reservoir 29 angeordnet ist und einen Austritt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels aufweist. In jedem Fall ist oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Reservoir 29 ein Gasraum gegeben. Das Gas wird über einen Gasauslass 31 abgeführt und seiner Verwendung zugeführt. Der Gasauslass 31 kann mit dem zuvor beschriebenen Filter und den Drucksicherheitseinrichtungen gekoppelt sein. Selbstverständlich können anstelle eines Stapels von einzelnen Gehäuserahmen 2 die untere Gehäusehälfte 25 und die obere Gehäusehälfte 26 auch je im Ganzen z. B. im Spritzgießverfahren aus Kunststoff gefertigt werden, wobei zugehörige Kanäle 32, 33 mit angeformt werden können. In diesem Fall entfallen die zur Sicherung vorgesehenen Schraubglieder 10. Die Kontaktierung der äußeren Elektroden kann wie bereits beschrieben vorgenommen werden, es kann aber auch eine seitliche Abdeckwand vorgesehen sein, in der eine Bohrung eingebracht ist, durch die ein Kabel eingeführt werden kann, um mit den Kontaktierungsstellen verbunden werden zu können. Nicht dargestellt ist die Abdichtung, der zusammengefügten Gehäusehälften (25, 26) nach außen, z. B. durch Verschweißen oder mittels eines Dichtungsringes in der dann als Schraubflanschrand auszubildenden Berührungsfläche von der unteren Gehäusehälfte 25 und der oberen Gehäusehälfte 26, die dann jeweils durch geteilte seitliche Abdeckwände zu ergänzen sind, um den Schraubenflanschrand stirnseitig zu schließen.
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7 zeigt, dass die Ausführungsform sehr kompakt ist und beispielsweise auch in ein Kraftfahrzeug einfach einsetzbar ist, um das erzeugte Brownsche Gas zur Verbesserung der Verbrennung des Verbrennungsmotors dem Luft-Gas-Gemisch zuführen zu können.
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In den 10 bis 16 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das zeigt, dass es auch möglich ist, unter Verwendung der Rahmenkonstruktion, neben einem Zellenpaket gleichzeitig oberhalb der Zellen 1 ein Reservoir 29 zu bilden.
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Aus 10 ist ersichtlich, dass zwei Zellenpakete 22, 23 aus Gehäuserahmen 2 gebildet sind. Hier handelt es sich beispielsweise um Kunststoffrahmen, die wie im Ausführungsbeispiel in 1 einen Dichtungsrand 7 um einen Hohlraum 6, der ein Durchbruch in dem Rahmen ist, aufweisen. Zusätzlich ist in die Rahmenstruktur untenseitig für den Einlass 5 ein Verbindungskanal 34 in die Rahmenwand, beispielsweise U-förmig, eingearbeitet. Ein weiterer kanalförmiger Auslass 36 ist in gleicher Ausführung eingearbeitet. Beide Kanäle 32, 33 münden in dem obenseitig vorgesehen Hohlraum 35, der als Durchbruch vorgesehen ist und gemeinsam mit den aneinandergefügten Gehäuserahmen 2 ein Reservoir 29 bildet. Die Struktur des benachbarten Rahmens ist so aufgebaut, dass nach dem Einlegen der Plattenelektrode und dem Auflegen des nächsten Gehäuserahmens sowohl eine hermetische Abdichtung einer Zelle 1 erfolgt als auch die Kanäle 32, 33 ihre endgültige Ausprägung erhalten, so dass über dem Verbindungskanal 34 aus dem Reservoir 29 der Elektrolyt nachfließen kann und die Zelle voll ausfüllt und das durch die Elektrolyse entstandene Gas in das Reservoir 29 einströmt. Wenn der Elektrolytspiegel hoch genug im Reservoir ist, wird der mit dem Gas mitgeführte Elektrolyt direkt dem Elektrolyt-Wasser-Gemisch im Reservoir 29 zugeführt und das Gas gereinigt. Das Gas kann sich in dem darüber befindlichen Gasraum sammeln. Im Falle, dass der Auslass 8 obenseitig mündet, kann es durch die mit dem Gas mit transportierten Teile des Elektrolyten zu einer Schaumbildung kommen. In diesem Falle empfiehlt es sich, in den Gasauslass 31 einen Membranfilter einzusetzen. Jedes Zellenpaket 22 ist gleichstrukturiert ausgeführt. Zwischen den beiden Zellenpaketen ist ferner eine Abstandswand 24, wie sie in 11 dargestellt ist, eingefügt. Diese weist die gleiche Grundstruktur auf wie die Gehäuserahmen 2, nämlich auch einen Durchbruch 35 zur Bildung eines gemeinsamen Reservoirs 29, das aus den 12, 13 und 14 ersichtlich ist. Die in diesem Ausführungsbeispiel rechteckförmige Plattenelektrode wird auf den hier gegebenen großflächigen Dichtungsrand aufgelegt und bildet eine Seitenelektrode, die Abstandswand 24 weist zentrisch in dem unteren Feld, das die Plattenelektrode aufnimmt, eine Kabeldurchführung 28 auf, so dass von außen über eine seitliche Bohrung das Kabel eingeführt und mit der Elektrode verbunden werden kann. Auf der anderen Seite dieses Isolierkörpers befindet sich die andere Elektrode des Nachbarpaketes 22, 23, so dass auch dieses Paket kontaktiert werden kann.
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Aus 11 ist ferner ersichtlich, dass oben ein Kanal 33 ausgeformt ist, in dem ein Gasauslass 31 mündet, so dass das Gas sich in dem im Reservoir 29 oberhalb des Flüssigkeitspegels gebildeten Gasraumes ansammelt. Mittels der Abstandswand 24 können beliebig viele Zellenpakete zu einer Einheit zusammengefügt werden. Nicht dargestellt ist der Fall, dass nur ein einziges Zellenpaket benötigt wird: Eine der stirnseitigen Abdeckwände 20 ist in diesem Falle oben mit einem Gasauslass 31 versehen
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Die Schnittzeichnung in 14 zeigt den Kanal, der durch alle anderen Gehäuserahmen 2 geführt ist.
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Die Schnittzeichnung in 13 zeigt den Auslass 31, der in dem Kanal 33 mündet. Selbstverständlich können Dichtungsmittel wie Dichtungsringe 38 an den einzelnen Gehäuserahmen 2 sowie der Abstandswand 24 vorgesehen sein, um eine Dichtung zum Nachbarrahmen herzustellen. Wenn diese Teile aber verschweißt werden oder aus solchem Kunststoff gefertigt werden, der eine Eigenelastizität aufweist und somit eine Dichtung ermöglicht, so ist ein solches Paket auf einfache Weise über die vorgesehenen Bohrungen 37, die umlaufend am Randbereich vorgesehen sind, verbindbar. In die Bohrungen werden Stangen eingeführt, auf die Schrauben aufschraubbar sind, so dass das ganze Gebilde zusammengehalten wird, wobei gleichzeitig jede Zelle gegenüber der anderen abgedichtet ist und das Reservoir 29 gleichzeitig entsteht. Außenseitig sind zwei Abdeckwände 20 angefügt, die die Kabeldurchführungen 28 aufweisen, um die Kontaktierungen auf den äußeren Plattenelektroden 3, 4 vornehmen zu können.
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Des Weiteren zeigen 10 bis 16, dass auch eine Nachfüllöffnung 30 vorgesehen ist, um Elektrolyt und/oder Wasser nachfüllen zu können. Nicht dargestellt sind beispielsweise Temperaturfühler, die die Temperatur des Elektrolyt-Wasser-Gemisches in dem Reservoir 29 messen, um beispielsweise nicht dargestellte Temperiereinrichtungen einzuschalten, um die Temperatur zu halten.
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Die Gesamtheit der oberen rechteckförmigen Durchbrüche bzw. Hohlräume 6 bildet das Reservoir 29 für die wasserverdünnte Elektrolytlösung mit einem Gasraum darüber. Das Gas gelangt über den kanalförmigen Auslass 36 in den Gehäuserahmen 2 in das Reservoir 29, so dass die mit den Gasbläschen mitgezogenen Elektrolyte sich wieder absetzen können. Durch den Kreislauf wird ein Sog erzeugt, so dass über den Kanal 34 automatisch Elektrolyt aus dem Reservoir 29 nachgesogen wird. Dadurch wird eine Strömung in Gang gesetzt und erhalten, die für eine schnelle Ablösung der Gasbläschen von den Plattenelektroden 3, 4 sorgt und für einen steten Austausch des zwischen den Plattenelektroden 3, 4 arbeitenden Elektrolyts, wenn an die äußeren Elektroden die Stromquelle angeschlossen ist. Durch den steten Austausch des Elektrolyt-Wasser-Gemisches zwischen den Plattenelektroden wird zugleich eine Aufheizung des Elektrolyten minimiert. Gemäß diesem Konstruktionsprinzip hat jede Zelle einen separaten Elektrolytzufluss und -abfluss. Durch die Einbettung der Kanten der Plattenelektroden 3, 4 können keine Spannungsspitzen wirksam werden. Ein Aufbau des Zellenpaketes ist mit beliebig vielen Einzelzellen möglich. Das Zellenpaket ist kompakt, einfach zu montieren und in der Großserienfertigung kostengünstig herzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zelle
- 2
- Gehäuserahmen
- 3
- Plattenelektrode
- 4
- Plattenelektrode
- 5
- Einlass
- 6
- Hohlraum
- 7
- Dichtungsrand
- 8
- Auslass
- 9
- Bohrung
- 10
- Schraubglieder
- 11
- Eckenbereich
- 12
- Seitenrandbereich
- 13
- Bogen
- 14
- Verbindungsstelle
- 15
- Kugel
- 16
- Ventilgehäuse
- 17
- Dichtungsfläche
- 18
- Durchströmungsöffnung
- 19
- Magnet
- 20
- Abdeckwand
- 22
- Paket
- 23
- Paket
- 24
- Abstandswand
- 25
- untere Gehäusehälfte
- 26
- obere Gehäusehälfte
- 27
- Nuten
- 28
- Kabeldurchführung
- 29
- Reservoir
- 30
- Nachfüllöffnung
- 31
- Gasauslass
- 32
- Kanal
- 33
- Kanal
- 34
- Verbindungskanal
- 35
- Hohlraum
- 36
- kanalförmiger Auslass
- 37
- Bohrung
- 38
- Dichtungsring
