DE102009025887B3

DE102009025887B3 - Elektrolysegerät

Info

Publication number: DE102009025887B3
Application number: DE102009025887A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Fackler; Michael Kohler; Gerhard Walther
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2029-05-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrolysegerät zum Erzeugen eines oder mehrerer Gase aus Wasser zur Förderung der Verbrennung in einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Verbrennungsraum, welchem ein mit dem Gas angereicherter Brennstoff zuführbar ist, mit einem Gehäuse (1) mit stehend angeordneten Elektroden (2), einem Einlass (3) für den Elektrolyten und/oder für das Wasser, einem Auslass (4) für das durch Elektrolyse gewonnene Gas und einem oberhalb der Elektrodenanordnung (2) vorgesehenen Schaumraum (5) und einer angeordneten Filteranordnung (6) zum Verhindern des Durchtritts des bei der Elektrolyse entstehenden Schaums und/oder Elektrolytrückstände. Das Gerät zeichnet sich dadurch aus, dass die Filteranordnung (6) in dem Auslass (4) angeordnet ist und eine Membranfunktion aufweist, die das durch die Elektrolyse erzeugte Gas hindurchtreten lässt, Feuchtigkeit und Schaum jedoch zurückhält, und dass der Auslass unmittelbar in den Schaumraum (5) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrolysegerät mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Ein Elektrolysegerät der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 10 2008 003 126 A1 und der WO 2009/018814 A2 bekannt. Aus diesen Schriften ist es ferner bekannt, den Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine durch Einbringung eines mit Wasserstoff angereicherten Brennstoffes in den Verbrennungsraum zu erhöhen. Der Wasserstoff wird in einem Elektrolysegerät aus Wasser erzeugt. Als Elektrolyt wird beispielsweise Kaliumhydroxid in einer Konzentration von über 25% verwendet. Vorzugsweise liegt die Konzentration über 28%, z. B. zwischen 32% und 34%. Derartig hohe Konzentrationen führen zu einem verhältnismäßig aggressiven Elektrolyten, was eine übermäßige Aufschäumung des Elektrolyten und einen Austrag des katalytisch genutzten Kaliumhydroxid bewirken kann. Durch geeignete Materialauswahl sowie durch einfache bauliche Maßnahmen, wie beispielsweise eine hohe Bauhöhe über dem Flüssigkeitspegel in dem Elektrolysebehälter, wird der Aggressivität und dem Aufschäumen begegnet. Durch geeignete Wahl der Temperatur, des Unterdrucks, der Konzentration des Elektrolyten sowie der Stromstärke kann dafür gesorgt werden, dass der Elektrolyt in dem Elektrolysebehälter gleichförmig perlt. Es steigen also verhältnismäßig regelmäßig verteilt kleine Gasbläschen auf. Es kann aber auch zu sprudelnden chaotischen Gasblasenbildungen kommen.
Das Perlen, aber auch das leichte Sieden, führt bei geeigneten Elektrolyten, wie Kaliumhydroxid oder aber auch bei anderen Elektrolyten, zur Bildung von Schaum im Schaumraum oberhalb der Elektrodenanordnung. Die Menge an gebildetem Schaum ist im Wesentlichen vom Grad der Blasenbildung abhängig. Kocht der Elektrolyt, so führt dies zu einer chaotischen Blasenbildung und es entstehen sehr große Blasen, die hoch aufschäumen. Letzteres kann dazu führen, dass in vermehrtem Maße Elektrolyt und Wasser aus dem Elektrolysebehälter in den Verbrennungsraum ausgetragen werden, was den Verbrennungsprozess negativ beeinflusst. Andererseits hat sich eine geringe Menge Schaum auf der Oberfläche des Elektrolyten als vorteilhaft erwiesen. Hierdurch werden sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff kurzzeitig zwischengespeichert, so dass die Gase bei einer erhöhten Anforderung durch die Verbrennung sehr kurzfristig auch in ausreichendem Maße bereitstehen. Dabei erweist sich eine Steuerung der Elektrolyse über den Unterdruck der Verbrennungskraftmaschine als besonders vorteilhaft, da eine Drucksenkung bei einer Verbrennungskraftmaschine unmittelbar einen erhöhten Bedarf an Wasserstoff und Sauerstoff auslöst. Die Elektrolyse kann aber auch anders gesteuert werden, beispielsweise durch eine λ-Sonde.
Um ein Zurückhalten des Elektrolytschaums zu erreichen, ist in dem bekannten Elektrolysegerät gemäß den genannten Schriften mindestens in dem Behälter ein Filter großflächig eingebaut. Hierdurch ist es möglich, die Verbrennungskraftmaschine innerhalb etwas großzügigeren Betriebsbedingungen zu betreiben, und die Gefahr, dass unnötig Elektrolyt, insbesondere auch Wasser, ausgetragen wird, in Grenzen gehalten. Es ist weiterhin angegeben, dass insbesondere die Rückhalteeinrichtung auch eine Gasauslassöffnung in einer Schaumraumwandung umfassen kann. Erfahrungsgemäß kann Schaum eine enge Öffnung nur schwer durchdringen, so dass die Schaumblasen dazu neigen, vor einem Durchdringen durch die Öffnung zu platzen. Auf diese Weise kann baulich besonders einfach eine Rückhalteeinrichtung bereitgestellt werden. Dieser Abschnitt lehrt nichts anderes, als anstelle eines Filters im Schaumraum eine enge Öffnung als Gasaustrittsöffnung vorzusehen.
Es hat sich gezeigt, dass die bekannten Filteranordnungen zur Vermeidung des Austrags von Schaum und Wasser sowie Elektrolyt aufwändig sind oder so kleine Gasaustrittsöffnungen notwendig machen, dass eine gewünschte Gasaustrittsmenge zur Beimischung zum Brennstoff bzw. zu der Luft, die vom Motor angesogen wird, nicht sichergestellt werden kann. Insbesondere ist auch ein leichter Austausch einer verbrauchten Filteranordnung ohne eine Demontage des Gerätes nicht möglich. Aus den genannten Schriften ist es ferner bekannt, die Elektroden plattenförmig hintereinander anzuordnen und die beiden äußeren Elektroden an die Pole einer Stromversorgungsquelle anzuschließen. Es ist ferner bekannt, die Elektroden innerhalb des Gehäuses in einem Käfig anzuordnen, dessen Seitenwände Durchströmungsöffnungen aufweisen.
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.
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 Anionenerzeugen kann, um das Wasser in Wasser- und Sauerstoff umsetzen. Das Gerät umfasst ein elektrolytisches Bad, das als abgeschlossener Aufnahmeraum ausgeführt ist und einen Ausgang sowie einen Eingang zur Einführung des Elektrolyts und des Wassers und einen Ablass 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 Elektrodenplatte 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.
Aus der WO 2004/097072 A1 ist es bekannt, in einem zylinderförmigen Gehäuse die Elektroden hülsenförmig ausgebildet ineinander gesteckt 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. Das so gebildete Elektrodenpaket ist in ein Gehäuse eingesetzt.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Elektrolysegerät anzugeben, das effizienter arbeitet, preiswerter herzustellen und einfacher zu montieren ist und sicherstellt, dass Filtereinrichtungen zum Verhindern, dass bei dem Gasaustrag Schaum oder Elektrolyt oder Wasser mit ausgetragen wird, auf einfache Weise austauschbar sind. Ferner soll durch gezielte Auswahl der Materialien für die einzelnen Bauteile ein effektiver und zuverlässiger Dauerbetrieb der Zelle gewährleistet sein.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch Ausgestaltung des Elektrolysegerätes gemäß der im Anspruch 1 angegebenen technischen Lehre.
Gemäß der Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass die Filteranordnung unmittelbar in den Auslass eingesetzt ist und eine Membranfunktion aufweist, die das durch die Elektrolyse erzeugte Gas hindurchtreten lässt, Feuchtigkeit und Schaum jedoch zurückhält, und dass der Auslass unmittelbar in den Schaumraum mündet.
Zweckmäßigerweise kann der Auslass in der Abdeckplatte des Gehäuses vorgesehen sein, beispielsweise ist dort eine Durchgangsbohrung mit Gewinde vorgesehen, in die ein Anschlussstutzen zum Anschließen eines Gasschlauches einschraubbar ist. In das gleiche Gewinde kann auch die Filteranordnung eingeschraubt werden, wenn diese mit einem Schraubring mit Außengewinde versehen ist. Die Filteranordnung kann aber auch in den Anschlussstutzen integriert sein, so dass der Anschlussstutzen mitsamt der Filteranordnung in die Gewindebohrung von außen einschraubbar ist. Die Filteranordnung kann auch marginal in den Schaumraum vorstehend angeordnet sein, was von der baulichen Ausführung abhängt. Auch kann der Auslass in der Mantelwand des Gehäuses vorgesehen sein. Zweckmäßig ist jedoch, die Filteranordnung in der Abdeckplatte oder der Mantelwand versenkt anzubringen bzw. in den Anschlussstutzen zu integrieren.
Es ist ersichtlich, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein einfacher Austausch der Filteranordnung möglich ist, ohne dass das Elektrolysegerät demontiert werden muss. Der Austausch ist z. B. notwendig, wenn die Filterporen verschlossen sind, beispielsweise durch Aushärten von Schaumrückständen.
In einfachster Ausfertigung besteht die Filteranordnung aus mindestens einem ein- oder mehrlagigen Feinsieb aus Draht oder Kunststoff, das mindestens auf der zum Schaumraum hingewandten Seite mit einem präparierten Kunststoffelastomer, vorzugsweise einen Silikonelastomer, beschichtet ist. Beispielsweise kann ein Zweikomponentensilikonkautschuk hierzu verwendet werden, in dessen Silikonharzkomponente Silikonentschäumer zu einem Anteil von minimal 8% und maximal 35% gemischt wird. Ein solches Silikonelastomer hat an sich schon eine Antischäumwirkung; durch die Einlagerung von Entschäumern in die Elastomerstruktur wird die Wirkung jedoch deutlich verstärkt. Das auf das Sieb aufgebrachte Kunststoffelastomer hat darüber hinaus die Eigenschaft, dass es das Gas hindurchtreten lässt. Es wirkt wie eine Membran und weist Feinstlöcher auf, durch die Wasser oder Schaum nicht hindurchzutreten vermag.
Ein Silikonelastomer wird bekanntlich als Kitt zum Abdichten verwendet. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein solcher Kitt in bearbeiteter Form bestens zur Bildung dieser dünnen Membranschicht geeignet ist. Ein solches beschichtetes Sieb kann beispielsweise in einen Schraub- oder Spannring eingelegt und mit einem Konterring darin fixiert werden. Der Schraubring ist in die Gewindebohrung des Auslasses einschraubbar. Zur leichteren Handhabung kann entweder ein ringförmiger Schraubenkopf vorgesehen oder auch ein Schraubkreuz angebracht sein, auf das ein Schraubwerkzeug aufsteckbar ist. Der Einsatz kann aber auch unmittelbar in den einschraubbaren oder einpressbaren Anschlussstutzen für den Gasschlauch eingesetzt sein. Der Stutzen, der in die Bohrung oder Gewindebohrung des Auslasses eingesetzt wird, weist hierzu entsprechende Lagerungsstellen für den Filter auf. Die Filteranordnung kann aber auch zwei beabstandet zueinander angeordnete, eine Filterkammer bildende Begrenzungselemente aufweisen. Die Begrenzungselemente können ebenfalls aus einem Feinsieb oder auch aus Gewebe, Geflecht und/oder Vlies bestehen. Sie sind strukturell so aufgebaut wie die zuvor beschriebene Filteranordnung mit der Siebstruktur. In die begrenzte Filterkammer kann ein Filtergranulat eingegeben werden, beispielsweise poröse oder andere Kugeln aus unterschiedlichen Materialien, die das Gas zwar durch die Zwischenräume hindurchlassen, Feuchtigkeit oder Wasser jedoch zurückhalten. Es können auch kleine Kunststoffkügelchen in dem Hohlraum als Filtermaterial enthalten sein. Um die Effizienz eines solchen Filters zu erhöhen und gänzlich den Austritt von Schaum und Feuchtigkeit zu vermeiden, kann darüber hinaus auf der dem Schaumraum zugewandten Seite das Begrenzungselement mit einem Kunststoffelastomer beschichtet sein, wie dies oben beschrieben ist. Anstelle der Filterkammer mit beschicktem Filtermaterial aus Schüttgut kann aber auch ein poriger gasdurchlässiger Blockfilter eingesetzt sein, der beispielsweise der Innenkontur der Filterkammer angepasst ausgebildet ist. In der Regel handelt es sich hier um zylinderförmige Filterkammern, die im Stutzen vorgesehen sind oder als separates Element in einem Einschraubteil enthalten sind. Der Filter kann auch als Schraubfilter oder als einrast- oder einklemmbarer Filter ausgeführt sein, der mit Hilfe eines Werkzeuges aus der Aufnahme herausziehbar ist, wenn er gewechselt werden soll.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung und bauliche Anordnungen der Elektroden und des Filters sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.
Die Hauptelektroden bestehen aus massivem metallischen Material mit möglichst geringem elektrischen Widerstand. Die im elektrischen Potentialfeld liegenden Elektroden können aus einem weniger gut leitendem Material bestehen, da eine durch Spannungsabfall bedingte Erwärmung dort nicht stattfindet. Es bietet sich Kohlenstoff als Elektrodenmaterial an, da dieses Material sich elektrolytisch nicht abträgt. Um eine möglichst große Oberfläche zu schaffen, d. h., die Elektroden möglichst effektiv bezüglich der Gasausbeute zu gestalten, werden die Elektroden aus ein oder mehreren Lagen Kohlefasermatten hergestellt. Die Festigkeit der Kohlefaserelektroden wird durch Randverklebungen mit laugenbeständigen Klebern, wie Epoxidharzen, erreicht. Zwischen den einzelnen Elektroden sind Abstandshalter aus nicht elektrisch leitendem Material angebracht, um Kurzschlüsse durch Verformen der Elektroden zu vermeiden.
Aufgrund der Flexibilität der Kohlefasermatten lassen sich Elektroden ganz beliebiger Geometrie herstellen. Die bevorzugten Elektrodengeometrien sind Platten und Zylinder. Zylinderförmige Elektroden können in einfacher Weise gewickelt werden, indem anfangs eine Bahn hergestellt wird, die abwechselnd aus entsprechenden Teilstücken an Kohlefasermatten und Kunststoffnetzmatten besteht. Abstandshalter können mit der Kunststoffnetzmatte verklebt werden. Anschließend wird die heterogene Bahn entsprechend gewickelt. Das Kunststoffnetz verhindert darüber hinaus das Austreten einzelner Kohlefasern, die Kurzschlüsse erzeugen können.
Kohlenstoff ist bezüglich Korrosion während der Elektrolyse im Gegensatz zu üblichen Metallelektroden inert. Die große Oberfläche – bedingt durch die Faserstruktur – verbessert die Gasausbeute und erlaubt die Konstruktion kleinerer Geräte bei gleicher Leistung.
Um den Nutzen des Elektrolysegerätes zu erhöhen, ist ferner vorgesehen, dass die Elektroden z. B. in einer Basisplatte aus Kunststoff in Nuten einerseits und in korrespondierend angeordneten Nuten in einer Deckplatte andererseits eingesetzt sind, dass in der Basis- und der Deckplatte Schlitze oder Löcher eingebracht sind, dass die Basisplatte beabstandet zum Boden des Gehäuses angeordnet ist und dass der Pegel des Elektrolyten mit dem Wasser bis in den Schaumraum hineinreichend vorgesehen ist.
Diese bauliche Anordnung hat den Vorteil, dass eine natürliche Zirkulation des Elektrolyts gegeben ist und die Elektrolyse sich auf den Bereich der Elektrode beschränkt. Innerhalb des Elektrolysebehälters sind hierzu plattenförmige Elektroden angeordnet, die in Reihe angeordnet sein können oder aber auch als in Hülsenform ineinandergesteckt angeordnet sein können. Eine der beiden äußeren Elektroden ist mit einem Pluspol einer Batterie oder einer anderen Stromversorgungsquelle verbunden, die beispielsweise im Kraftfahrzeug vorhanden ist und eine 12-Volt- oder eine 24-Volt-Batterie sein kann, während die andere der beiden äußeren Platten mit dem Minuspol verbunden ist. Die übrigen Platten sind im Wesentlichen gleichförmig verteilt zwischen den beiden äußeren Platten angeordnet. Auf diese Weise bildet sich zwischen den Platten ein Spannungsgefälle, das verbunden mit den Elektrolyten den Kationen- und Anionenstrom auslöst, um elektrolytisch aus dem beigefügten Wasser H₂O als Gas herauszulösen.
Vorrichtungen, die mit Hilfe von elektrischem Strom Knallgas erzeugen, sind Stand der Technik. Bei Einstellung eines Elektrodenpotentials von < 2 V entsteht aus einer wässrigen Lösung von Natrium- oder Kaliumhydroxid anstelle von Knallgas eine Gasmischung, die sich in den Eigenschaften von Knallgas grundlegend unterscheidet. Dieses Gas kann aufgrund der besonderen Eigenschaften den Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsmotor schon bei relativ niedriger Temperatur anstoßen, wodurch eine Optimierung der Verbrennung erzielbar ist. Während Knallgas aus stöchiometrischen Teilen an molekularem Sauerstoff und molekularem Wasserstoff besteht, handelt es sich bei dem genannten Gas um eine Mischung aus molekularem Sauerstoff und wasserstabilisierten Wasserstoffatomen. Sie sind für sich allein instabile Radikale, die aber über Wassermoleküle durch delokalisierte Bindungen stabilisiert werden können.
Die Zelle besteht aus zwei Hauptelektroden, die direkt mit einer Spannungsquelle (Autobatterie) verbunden sind. Diese Elektroden müssen aus gut leitendem Material bestehen, um Wärmebildung durch Spannungsverluste weitgehend zu vermindern. Zwischen den Hauptelektroden werden weitere Elektroden angeordnet, die aber weder untereinander noch mit einer der Hauptelektroden verbunden sind. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass bei Anlegen einer Spannung an den Hauptelektroden zwischen den einzelnen Elektroden eine weitgehend konstante Potentialdifferenz besteht. Im Falle einer Autobatterie als Spannungsquelle werden neben den beiden Hauptelektroden noch fünf weitere Elektroden erforderlich, um eine Potentialdifferenz von < 2 V zu erreichen.
Zu einem praxisgerechten Dauerbetrieb einer solchen Zelle sind für die einzelnen Bauteile besondere Materialien und Vorrichtungen erforderlich.
Durch die Erfindung wird vermieden, dass sich Metallelektroden im Dauerbetrieb langsam elektrolytisch abbauen. Ferner wird die Schaumbildung effektiv unterbunden, da die Blasen beim Anstoßen an den Filter bzw. die Membran zerplatzen.
Zweckmäßig ist es, die Mantelwand des Gehäuses zugleich als Elektrode auszubilden, um beispielsweise einen Minuspol einer Batterie eines Kraftfahrzeuges anzuschließen. Um eine gute Wärmeabfuhr zu ermöglichen, kann die Mantelwand beispielsweise aus Kupfer bestehen. Damit die Elektroden als Paket verbaut werden können, ist ferner vorgesehen, dass diese zwischen einer Basis- und einer Deckplatte angeordnet sind. Die beiden Platten weisen zur Aufnahme Nuten auf, in die die Elektroden eingestellt werden. Beide Platten werden über Spannelemente, z. B. Gewindeschraubstangen, zusammengehalten, wobei eine Gewindeschraubstange auch an einer Elektrode anliegen kann und somit mit dem anderen Pol der Batterie verbindbar ist. Die elektrolytische Wirkung soll ausschließlich zwischen den Elektroden auf das eingegebene Wasser ausgeübt werden. Das Wasser kann je nach Verbrauch dosiert nachgefüllt werden.
Zur besseren Zirkulation des Elektrolyt-Wassergemisches bei der Elektrolyse ist ferner bei einer hülsenförmigen Ausprägung der Elektroden mittig in der Basis- und der Deckplatte ein Durchbruch vorgesehen. Darüber hinaus weisen die Platten weitere Schlitze und Bohrungen auf, damit die Flüssigkeit durchtreten kann. Oberhalb der Elektrodenanordnung befindet sich der Schaumraum, in dem das Gas zunächst zwischengespeichert wird und dann über den Auslass gefiltert an den Verbrennungsmotor abgebbar ist. Das generierte Gas wird zweckmäßigerweise vor dem Ansaugfilter des Motors der Luft zugegeben, wodurch der natürliche Verbrennungsprozess optimiert werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass durch das von dem Elektrolysegerät erzeugte Gas bei einem Ottomotor 50% bis ca. 90% weniger CO, HC und NO_X bei der Verbrennung entsteht und bei einem Dieselmotor die Feinstaubpartikel und Stickoxide wesentlich reduziert werden. Die Anordnung der Elektroden vermeidet die Bildung von Strombrücken und damit Kurzschlüssen, weil die Abstände definiert sind. Die Arretierungsnuten dienen zur festen Verankerung und Führung der Elektroden.
Durch den Gesamtaufbau und der Filterung des Gases im Auslassbereich ist auch bei längerem Gebrauch eine Elektrolyse mit dem Gerät gewährleistet. Das Gerät weist eine hohe Lebensdauer auf und im Bedarfsfall können die Filteranordnungen auf einfache Weise ausgetauscht werden. Wärmestau und Überhitzung werden durch den freien Elektrolytdurchfluss weitestgehend vermieden. Die Kunststoffelastomerbeschichtung des Filters bewirkt, dass die Oberflächenspannung im Gasstrom mitgeführter und auf das Kunststoffelastomer auftreffender Schaumblasen aufgehoben wird, wodurch diese platzen. Die flüssigen Bestandteile werden zurückgehalten und z. B. in den Elektrolysebehälter zurückgeführt. Die gasförmigen Bestandteile können dann durch den Filter austreten.
Versuche haben gezeigt, dass die Elektroden auch aus Edelstahl bestehen können. Auch können Nickelelektroden eingesetzt werden. Versuche mit Elektroden aus einem Stützgewebe oder Geflecht aus Kohlefasern haben gezeigt, dass die Effizienz der Elektrolyse hier wesentlich verbessert werden kann. Darüber hinaus sind solche Elektroden außerordentlich leicht, so dass das Elektrolysegerät als leichte Baueinheit in ein Kraftfahrzeug, z. B. einen PKW oder auch in ein Motorrad, eingebaut werden kann. Als Elektrolyt können verschiedene bekannte Elektrolyte, z. B. Natrium- oder Kaliumhydroxid, verwendet werden.
Um eine Überhitzung bei der Elektrolyse zu vermeiden, kann der Gehäusemantel auch als Hohlraum ausgebildet und mit einer Kühlflüssigkeit befüllt sein. Diese kann statisch eingebracht werden oder auch permanent nachgekühlt werden. Bei zylinderförmiger Anordnung und auch bei Blockanordnung mittels Platten sind die Elektroden in einem zylinder- oder quaderförmigen Gehäuse verbaubar, das neben dem Boden auch eine Abdeckplatte aufweist. Über Stutzen an der Abdeckplatte, die obenseitig angeordnet sind, können die Verbindungsleitungen für die Wasserzufuhr sowie für die Gasabfuhr angeschlossen sein. Des Weiteren können die elektrischen Kontakte an der Abdeckplatte innen- und auch außenseitig vorgesehen sein, um die Stromverbindungen zu den beiden äußeren Elektroden einerseits und der Stromquelle andererseits herstellen zu können. Die inneren und äußeren Elektroden können über Schraub-, Rast- oder Klemmkontakte mit den Polen einer Stromversorgungsquelle verbunden sein. Außenseitig kann ein Steckkontakt vorgesehen sein, um beim Ausbau des Gerätes eine leichte Trennung von der Stromversorgung vornehmen zu können.
Wird das Elektrolysegerät im Winter eingesetzt oder in Motoren mit hoher Kühlung, so hat es sich als zweckdienlich erwiesen, den Elektrolyten mit dem Wasser auf eine bestimmte Reaktionstemperatur zu bringen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass in den doppelwandigen Mantel anstelle eines Kühlmittels auch erwärmte Flüssigkeiten, wie das Kühlwasser des Motors, eingebracht werden kann. Auch ist es möglich, auf eine Mantelwand eine Rohrleitung oder einen Widerstandsdraht aufzubringen, um hierüber die Prozesswärme des Elektrolysegerätes einstellen zu können.
Auch ist es möglich, sowohl zum Erwärmen als auch zum Abkühlen elektrische oder flüssige Heizmittel direkt in dem Gehäuse vorzusehen bzw einzubringen. Hierzu können beispielsweise in ein Rohr eingesetzte Widerstandsheizdrähte verwendet werden oder durch ein Rohr, das durch den Elektrodenraum geführt ist, eine erwärmte Flüssigkeit hindurchgeleitet werden. Die Erwärmung des Elektrolyten führt auch zu einer stärkeren Umwälzung der Elektrolytflüssigkeit. Anstelle eines Widerstandsdrahtes als Wärmequelle kann auch eine Glühkerze oder eine Glühkerzenstrecke vorgesehen sein. Um die Prozesstemperatur der Elektrolytflüssigkeit zu regeln, sind entsprechende Steuereinrichtungen vorgesehen. Diese Steuereinrichtungen können auch so ausgelegt sein, dass die Elektrolyse selbst erst einsetzt, wenn der Verbrennungsmotor bereits arbeitet. Dadurch wird verhindert, dass sich das Verbrennungsgas unbeabsichtigt bilden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels ergänzend erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 in einer perspektivischen Darstellung mit einem herausgenommenen Segment ein Elektrolysegerät nach der Erfindung mit rundem, zylinderförmigem Gehäuse,
2 einen Querschnitt im verkleinerten Maßstab durch das in 1 dargestellte Gehäuse ohne Anschlussstutzen,
3 einen Auszug aus dem unteren Bereich des Gehäuses (Kreis B aus 2) und
4 eine Schnittzeichnung durch die Abdeckplatte mit eingesetztem Auslassstutzen und Filteranordnung nach der Erfindung.
In der perspektivischen Darstellung in 1 ist ein Ausschnitt eines Elektrolysegerätes nach der Erfindung dargestellt. Zur Verdeutlichung des Aufbaus ist ein Segment herausgenommen worden.
Die Darstellung zeigt ein Gehäuse 1, das im Wesentlichen aus einer Mantelwand 15 gebildet ist; diese Mantelwand 15 besteht beispielsweise aus Kupfer und ist zugleich die äußere Elektrode der Elektrodenanordnung des Elektrolysegerätes. Die Mantelwand 15 ist abgedichtet an der Bodenplatte 14 befestigt. Auf der Bodenplatte 14 liegt im Innenraum ein Abstandsring 19 auf, der einen Hohlraum zwischen der Bodenplatte 14 und der sich darüber befindlichen Basisplatte 9 sicherstellt. Die Basisplatte 9 weist obenseitig Arretierungsnuten 11 auf, die im gleichen Abstand parallel angeordnet sind. In diese Arretierungsnuten 11 sind hülsen- oder rohrförmige Elektroden 2 eingesetzt, wie aus der Darstellung ersichtlich. Sie werden durch die Nuten 11 in ihrer Lage fixiert, so dass Kurzschlüsse zwischen den benachbarten Platten vermieden werden. Obenseitig sind die rohrförmigen Elektroden 2 ebenfalls in Nuten 12 gelagert, die in einer Deckplatte 10 angeordnet sind. Die Nuten 11 und 12 sind nicht gänzlich umlaufend vorgesehen, sondern auf Segmentabschnitten, während die Zwischenräume durch Schlitze 13 freigeschnitten sind, die ein Durchströmen des mit Wasser angereicherten Elektrolyts ermöglichen. Eine entsprechende geschlitzte Anordnung ist auch in der Basisplatte 9 vorgesehen, was aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist.
Sowohl in der Basisplatte 9 als auch in der Deckplatte 10 sind ferner Durchbrüche 24 zentrisch eingebracht, so dass auch hierüber ein Strömungsverhalten des Elektrolyten mit dem Wasser sichergestellt ist. Oberhalb der Deckplatte 10 ist ein Schaumraum 5 vorgesehen, in welchem der bei der Elektrolyse entstehende Schaum sich aufbauen kann, der zugleich aber auch das durch die Elektrolyse erzeugte Gas speichert. Obenseitig abgeschlossen ist das Gehäuse 1 durch eine Abdeckplatte 17, die mittels verteilt angeordneter Schraubverbinder 22 an einem Flansch 25 des Gehäuses 1 angeschraubt ist. In der Abdeckplatte 17 befindet sich eine Gewindebohrung als Auslass 4 für das Gas. In diese Gewindebohrung ist eine Filteranordnung 6 innenseitig eingeschraubt. Obenseitig ist ein Anschlussstutzen 8 eingeschraubt, auf den ein Schlauch zur Entnahme des Gases und zur Zuführung desselben in die Luftzufuhr des Verbrennungsmotors vor dem Ansaugfilter anschließbar ist. Des Weiteren ist eine Bohrung als Einlass 3 vorgesehen, über die der Elektrolyt und das Wasser bedarfsweise nachgefüllt werden, das durch die Elektrolyse in seine Gasbestandteile zerlegt werden soll.
1 zeigt ferner, dass die Basisplatte 9 mit der Deckplatte 10 über Spannmittel 16, nämlich Gewindestangen, miteinander verbunden ist, so dass die Elektrodenanordnung als Block in das Gehäuse 1 von oben bei abgenommener Abdeckplatte 17 einsetzbar ist. Es ist ferner aus der Abbildung ein Kontaktstab 20 zu sehen, der an der Innenseite der inneren Flächenelektrode anliegt und hierüber einen elektrischen Kontakt zu derselben herstellt. Die Mantelwand 15, die zugleich die äußere Elektrode bildet, ist beispielsweise über einen nicht dargestellten Kontakt mit dem Minuspol der Batterie eines Kraftfahrzeuges verbunden, während der Kontaktstab 20 über einen kopfseitigen Schraubkontakt mit dem Pluspol der Batterie verbunden ist, so dass sich zwischen den benachbarten Elektroden Spannungen aufbauen können, die zusammen mit dem Elektrolyt zu der Elektrolyse des Wassers führen. Mittig ist ein Messfühler 21 vorgesehen, der mit einem Schwimmer 23 zusammenwirkt und zur Steuerung der Nachführung des Wassers und/oder Elektrolyten dient.
Aus 2 ist in einem Querschnitt der Aufbau des Elektrolysegerätes ebenfalls ersichtlich. Insbesondere ist zu sehen, dass der Kontaktstab 20 an der inneren Elektrode 2 anliegt oder angeschweißt ist. Ebenso ist untenseitig ersichtlich, dass ein Abstandsring 19 eingezogen ist (in 3 vergrößert dargestellt), um einen Zwischenraum zum Boden 14 innerhalb des Gehäuses 1 herzustellen.
In 4 ist die erfindungsgemäß ausgebildete Filteranordnung 6 vergrößert dargestellt, die in die Gewindebohrung des Gasauslasses eingeschraubt ist. Die Filteranordnung 6 besteht im Wesentlichen aus einem Feinsieb 7, das mit einem Silikonelastomer an der Unterseite beschichtet ist. Das Feinsieb 7 dient als Träger, während dem Silikonelastomer eine Membranfunktion zukommt. Der Filter 6 lässt das Gas, das durch die Elektrolyse entstanden ist, durch, so dass dieses über den Anschlussstutzen 8 in einen Schlauch einleitbar ist, der nicht dargestellt ist. Es ist aus der Darstellung ersichtlich, dass sowohl der Anschlussstutzen 8 als auch die Filteranordnung 6 auf einfache Weise aus der Gewindebohrung heraus schraubbar und austauschbar sind.
Eine Abdichtung 18 dient, wie aus 2 ersichtlich, zum Abdichten des Schaumraumes 5.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Elektrode
3: Einlass
4: Auslass
5: Schaumraum
6: Filteranordnung
7: Feinsieb
8: Anschlussstutzen
9: Basisplatte
10: Deckplatte
11: Nuten
12: Nuten
13: Schlitze
14: Boden
15: Mantelwand (Elektrode)
16: Spannmittel
17: Abdeckplatte
18: Dichtung
19: Abstandsring
20: Kontaktstab mit Schraubkontakt
21: Messfühler mit Schwimmer
22: Schraubverbinder
23: Schwimmer
24: Durchbruch
25: Flansch

Claims

Elektrolysegerät zum Erzeugen eines oder mehrerer Gase aus Wasser zur Förderung der Verbrennung in einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Verbrennungsraum, welchem ein mit dem Gas angereicherter Brennstoff zuführbar ist, mit einem Gehäuse (1) mit stehend angeordneten Elektroden (2), einem Einlass (3) für den Elektrolyten und/oder für das Wasser, einen Auslass (4) für das durch Elektrolyse gewonnene Gas und einem oberhalb der Elektrodenanordnung (2) vorgesehenen Schaumraum (5) und einer angeordneten Filteranordnung (6) zum Verhindern des Durchtritts des bei der Elektrolyse entstehenden Schaums und/oder Elektrolytrückstände, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranordnung (6) in dem Auslass (4) angeordnet ist und eine Membranfunktion aufweist, die das durch die Elektrolyse erzeugte Gas hindurchtreten lässt, Feuchtigkeit und Schaum jedoch zurückhält, und dass der Auslass unmittelbar in den Schaumraum (5) mündet.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (6) aus mindestens einem ein- oder mehrlagigen Feinsieb (7) aus Draht oder Kunststoff besteht und dass mindestens auf der zum Schaumraum (5) hingewandten Seite ein Elastomer, insbesondere ein Silikonelastomer, aufgebracht ist.
Elektrolysegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranordnung (6) beabstandet zueinander zwei, eine Filterkammer bildende Begrenzungselemente aus einem Feinsieb, Gewebe, Geflecht und/oder Vlies aufweist und dass die Filterkammer mit Filtergranulat beschickt ist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das untere Begrenzungselement eine gasdurchlässige Beschichtung aufweist.
Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranordnung (6) einen dünnwandigen Filter (7) aufweist oder aus einem porigen, gasdurchlässigen Blockfilter besteht.
Elektrolysegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranordnung (6) als Schraubfilter ausgeführt ist und in eine Gewindebohrung des Auslasses (4) in einen Verschlussdeckel (17) oder in einen Anschlussstutzen (8) des Gehäuses (1) austauschbar eingeschraubt ist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) in einer Basisplatte (9) aus Kunststoff in Nuten (11) einerseits und in Nuten (12) in einer Deckplatte (10) andererseits eingesetzt sind, dass in der Basis- und der Deckplatte (9, 10) Schlitze (13) oder Löcher eingebracht sind, dass die Basisplatte (9) beabstandet zum Boden (14) des Gehäuses (1) angeordnet ist und dass der Pegel des Elektrolyten mit dem Wasser bis in den Schaumraum (5) hineinreichend vorgesehen ist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) aus ineinander gesteckten Hülsen bestehen, die konzentrisch im Gehäuse (1) angeordnet sind, und dass das Gehäuse (1) eine Zylinderform aufweist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) als Platten in Reihe angeordnet sind und das Gehäuse (1) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Elektroden < 2 mm ist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelwand (15) des Gehäuses (1) als Elektrode ausgebildet ist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis- und Deckplatte (9, 10) über Spannmittel (16) nach Einsetzen der Elektroden (2) miteinander verbunden sind und dass die äußeren Elektroden (2) an die Pole einer Gleichstromquelle angeschlossen sind.
Elektrolysegerät nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei zylinderförmiger Anordnung der Elektroden (2) in der Basis- und Deckplatte (9, 10) zentrische Durchbrüche zur Förderung der Strömung des Elektrolyt-Wasser-Gemisches durch die Elektrodenanordnung vorgesehen sind.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) aus Edelstahl bestehen.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Elektrode (2, 15) aus Kupfer besteht.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2) aus einem Stützgewebe oder -geflecht aus Kohlefasern bestehen oder dass derartige Elektroden (2) mit Elektroden (2) aus Metall kombiniert sind.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel doppelwandig ausgebildet ist und in den Hohlraum eine Kühlflüssigkeit und/oder zum Erwärmen eine warme Flüssigkeit einbringbar ist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse oder um die Mantelwand ein Wärme abgebendes Mittel oder ein Wärmetauscher angeordnet ist und dass hierüber der Elektrolyt mit dem Wasser auf eine Temperatur steuerbar ist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasser- und/oder Elektrolytzuleitung über einen Einlass (3) in der Abdeckplatte (17) vorgesehen ist.
Elektrolysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren und äußeren Elektroden über Schraub-, Rast- oder aufsetzbare Rast- oder Klemmkontakte mit den Polen einer Stromversorgungsquelle verbindbar sind.
Elektrolysegerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanschlüsse aus der Abdeckplatte (17) herausgeführt oder mit Steckkontakten hieran verbunden sind.