VORRICHTUNG, VERFAHREN UND VERWENDUNG ZUR ELEKTROLYTISCHEN ERZEUGUNG EINES GASGEMISCHES FÜR VERBRENNUNGSMOTOREN UND HEIZUNGSANLAGEN

Abstract

 Die Erfindung betrifft die Elektrolyse von Wassemebel und die Nutzung des erhaltenen Gasgemisches als Zusatz in Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen.
Sie umfasst eine Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung eines Gasgemisches für Verbrennungsmotoren (11), umfassend:
• einen Wassernebelerzeuger (7),
• einen Strahlungserzeuger (8), ausgewählt aus Laser-, Mikrowellen- und UV-Erzeuger, und
• mindestens zwei Elektrolyseplatten (1),
- welche umeinander verdrillt angeordnet sind, und die
- diagonal an den Elektrolyseplatten (1) angeordnete Trennisolierstreifen (2) zwischen den Elektrolyseplatten (1) aufweisen,

sowie ein Verfahren mit den entsprechenden Schritten. Gegenstände sind auch die Verwendung zur Erzeugung des Gasgemisches, zur Kühlung eines Luft-Gasgemisches vor Eintritt in Verbrennungsmotoren und schließlich
ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Elektrolyse von Wassernebel, und die Nutzung des erhaltenen Gasgemisches als Zusatz in Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen mit einem integrierten Brenner.

[0002] Es ist aus DE10 2020 125 713 A1 bekannt, Wassernebel als Elektrolyt bei der Wasserelektrolyse einzusetzen.

[0003] Hinsichtlich besonderer Motorausgestaltungen arbeitet ein sogenannter Wassermotor mit Mischkraftstoffen (bspw. einer Ethanol-Wasser-Mischung), wobei das Wasser in seine gasförmigen Bestandteile H₂ und O₂ aufgespalten wird, die später in modifizierten Motoren unter Energiefreisetzung wieder miteinander reagieren können. Beschrieben wird eine Aqua-Flex-Betriebsart mit einer Mischung von Bio-Alkohol mit bis zu 80% Wasser.

[0004] Von Prof. Konstantin Meyl ("Wassermotor mit Ozon", OSIRIS-Verlag) werden die in der Natur bei der Wolkenbildung beobachteten drei energetischen Zustände H₂O, H₄O₂ und H₃O₆ vorgestellt und es wird erläutert, dass dem Wassernebel (H₄O₂) auch ein leicht höheres Energielevel zugeschrieben wird.

[0005] Elektrolysevorrichtungen jedenfalls haben vielfach parallel angeordnete, gerade Platten. Auch runde Platten, die parallel angeordnet sind, sind bekannt.

[0006] Inzwischen sind mit DE10 2020 125 713 A1 auch umeinander verdrillte Elektrolyseplatten mit diagonal angeordneten Trennisolierstreifen bekannt. Wird mit diesen Wasser elektrolysiert und das erhaltene Gasgemisch bei der Verbrennung in Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen genutzt, sind damit Einsparungen im Kraftstoffverbrauch möglich.

[0007] CH 614 237 offenbart eine Elektrolysezelle welche in einem gewickelten Aufbau mit zwei Lagen Metallfolie sowie mit einer jeweils zwischen den Metallfolien eingebrachten Distanz-Trenn-Einlage angeordnet sind. In dieser Anordnung werden die Metallfolien vollständig mit einer wässrigen Elektrolytlösung konfrontiert.

[0008] Was die Schaltung von Elektrolyseplatten angeht ist es verbreitet, mehrere Elektrolyseurplattenpaare in Reihe zu schalten. So können eine oder mehrere Gruppen von 6 bzw. 12 Platten an eine Betriebsspannung von 12 bzw. 24 V angeschlossen werden.

[0009] Für alle bekannten Lösungen zur elektrolytischen Herstellung eines Gasgemisches aus Wasser, welches bei der Verbrennung zugesetzt werden kann, besteht ein Bedarf nach weiteren Kraftstoffeinsparungen bzw. effektiveren Verbrennungen, wenn diese Gasgemische bei Verbrennungsmotoren oder (Verbrennungs-)Heizungsanlagen eingesetzt werden.

[0010] Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Lösung (eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren), mit der sich aus destilliertem Wasser ein Gasgemisch herstellen lässt, dass beim Einsatz in Verbrennungsmotoren und (Verbrennungs-)Heizungsanlagen zu weiteren Kraftstoffeinsparungen führt. Insbesondere sollte die Verbrennung sauberer verlaufen. Vorrichtung und Verfahren sollen einfach funktionieren. Die Vorrichtung soll des Weiteren auch platzsparend sein. Bevorzugt soll Verfahren und Vorrichtung einsetzbar sein bei Verbrennungsmotoren oder Heizungsanlagen. Dort soll die Effizienz bei der Kraftstoffverbrennung erhöht werden.

[0011] Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen sind als abhängige Patentansprüche erfasst.

[0012] Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung eines Gasgemisches für Verbrennungsmotoren, umfassend:

• einen Wassernebelerzeuger,
• einen Strahlungserzeuger, ausgewählt aus Laser-, Mikrowellen- und UV-Erzeuger, und
• mindestens zwei Elektrolyseplatten,
  • welche umeinander verdrillt angeordnet sind, und die
  • diagonal an den Elektrolyseplatten angeordnete Trennisolierstreifen zwischen den Elektrolyseplatten aufweisen.

[0013] Ersichtlicher Weise wird der Wassernebel mittels des Wassernebelerzeugers aus Wasser erzeugt.

[0014] "Verdrillt" bedeutet im Sinne der Erfindung eine gerollte Anordnung paralleler Elektrolyseplatten, so dass die Elektrolyseplatten sich annähernd zylindrisch aufspannen, so wie beispielhaft in Fig. 1 gezeigt.

[0015] Die Elektrolyseplatten sind die Elektroden der Elektrolysevorrichtung.

[0016] "Trennisolierstreifen" im Sinne der Erfindung sind Streifen aus einem nichtleitenden Material, die einen konstanten Abstand der Platten untereinander gewährleisten. Die zumeist rechteckigen Elektrolyseplatten sind erfindungsgemäß untereinander weitestgehend diagonal mit Trennisolierstreifen bestückt.

[0017] Wassernebel ist fein verteiltes Wasser in Luft und nicht zu verwechseln mit Wasserdampf.

[0018] Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung eines Gasgemisches für Verbrennungsmotoren, mit den Schritten:

• Erzeugung von Wassernebel (mittels des o.a. Wassernebelerzeugers, sinnvollerweise aus Wasser mittels bspw. Ultraschallnebelköpfen),
• Energieeintrag in den Wassernebel mittels Strahlung (mittels des o.a. Strahlungserzeugers), ausgewählt aus Laser-, Mikrowellen- und UV-Strahlung,
• Elektrolyse des Wassernebels mittels (der o.a.:)
  • mindestens zwei Elektrolyseplatten, welche umeinander verdrillt angeordnet sind, und die
  • diagonal an den Elektrolyseplatten angeordnete Trennisolierstreifen zwischen den Elektrolyseplatten aufweisen.

[0019] Am Einlass vor der Erzeugung des Wassernebels wird sinnvollerweise ein Transportgas (in die Vorrichtung bzw. für das Verfahren) eingeführt, welches den Wassernebel zum Abschnitt für den Energieeintrag in den Wassernebel mittels Strahlung führt und schließlich in den Bereich der Elektrolyse mit den mindestens zwei Elektrolyseplatten. Das Wasser liegt sinnvollerweise im Wassernebelerzeuger in flüssiger Form vor.

[0020] Es ist damit auch umfasst, dass der Wassernebel noch weitere Inhaltsstoffe enthält. Das können beispielsweise reaktive Spezies sein (wie z.B. Singulett-Sauerstoff, OH-Radikale, Wasserstoffperoxid, Ozon, kurzlebige angebrochene oder in der Bindung gelockerte H-O Verbindungen), die sich positiv auf den Druckfreisetzungsverlauf sowie die Änderung des Radikalkettenmechanismus und somit auch auf eine bessere Gleichraumverbrennung z.B. im Motorraum auswirken.

[0021] Bekanntermaßen wird bei einer Elektrolyse ein Elektrolyt an die Elektrolyseplatten herangeführt bzw. werden diese in den Elektrolyten getaucht bzw. damit umspült. Bei der Erfindung dagegen wird Wassernebel als Elektrolyt verwendet und dieser sinnvollerweise mittels eines Transportgases (im einfachsten Fall Luft) zu den Elektrolyseplatten transportiert. Bei der Erfindung wird H₂O bzw. H₄O₂ schrittweise zu einem Teil aufgespalten.

[0022] Es ist Kern der Erfindung, dass der Wassernebel vor der Elektrolyse energetisch angeregt und ionisiert wird - mittels des Energieeintrags durch die oben genannten Strahlungserzeuger.

[0023] Dieser Energieeintrag mittels Strahlung, ausgewählt aus Laser, Mikrowellen und UV, führt zu einer lonisation oder auch schon zu einer teilweisen Aufspaltung des Wassernebels vor der Elektrolyse.

[0024] Laserstrahlung weist bekanntermaßen eine Wellenlänge im Bereich 400-700nm auf, Mikrowellenstrahlung von 1 mm-30cm und UV-Strahlung von 200-<400nm.

[0025] Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens) zur elektrolytischen Erzeugung eines Gasgemisches für Verbrennungsmotoren und Heizungsanlagen, und auch die Verwendung zur Kühlung eines Luft-Gasgemisches vor dessen Eintritt in Verbrennungsmotoren; insbesondere auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem o.a. erfindungsgemäßen Verfahren.

[0026] Schließlich ist auch Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit den Schritten:

• Bereitstellen eines Wassernebelerzeugers,
• Bereitstellen eines Strahlungserzeugers, ausgewählt aus Laser-, Mikrowellen- und UV-Erzeuger, und
• Bereitstellen mindestens einer Elektrolyseplatteneinheit aus genau zwei Elektrolyseplatten, wobei
  • die eine erste Platte auf beiden Seiten die diagonalen Trennisolierstreifen aufweist, und
  • die andere zweite Platte mittels Verdrillen um die erste diese erste Platte beidseitig umhüllt,

(und sinnvollerweise Kombination von Wassernebelerzeuger, Strahlungserzeuger und Elektrolyseplatteneinheit in dieser Reihenfolge zur Durchströmung mittels eines Trägergases).

[0027] Es ist jeweils auch umfasst, dass mehrere Wassernebelerzeuger bzw. mehrere Strahlungserzeuger vorgesehen sein können.

[0028] Die Platzierung des Strahlungserzeugers kann in Strömungsrichtung vor oder auch nach der Elektrolyseplatteneinheit erfolgen.

[0029] Sinnvoller Weise findet das jeweilige Bereitstellen in einem Strömungskanal in entsprechender Reihenfolge statt. Es ist vorteilhaft, am Eingang des Strömungskanals einen Trägergasanschluss vorzusehen, damit ein Trägergas den Wassernebel zum Strahlungserzeuger und danach zu den Elektrolyseplatten befördern kann. Dieses Trägergas kann dann das mit der Erfindung gewonnene Gasgemisch zum Verbrennungsmotor bzw. der Heizungsanlage befördern.

[0030] Ausführungen betreffend die erfindungsgemäße Vorrichtung betreffen auch die erfindungsgemäßen Verfahren bzw. die Verwendungen. So findet die Wassernebelerzeugung mit dem Wassernebelerzeuger statt, der Energieeintrag mittels Strahlung mit dem Strahlungserzeuger und die Elektrolyse mittels der (Elektrolyseplatteneinheit mit) mindestens zwei Elektrolyseplatten.

[0031] Vorteil der Erfindung ist, dass damit bereits genau zwei Elektrolyseplatten für die Elektrolyse von Wassernebel bei der Erzeugungseines Gasgemisches für Verbrennungsmotoren ausreichend sind, um dennoch eine effektive Elektrolyse auf möglichst geringem Raum zu erreichen.

[0032] Ein weiterer Vorteil ist, dass die zusätzliche Einstrahlung von Laser-, Mikrowellen- bzw. UV-Strahlung auf den Wassernebel offensichtlich das Energieniveau des nach der Elektrolyse erzeugten Gasgemisches (für die Verbrennung in einem Verbrennungsmotor) so verändert, dass bei der Verbrennung bessere Kennwerte erreicht werden. Dieser nachgeschaltete Verbrennungsvorgang läuft gleichmäßiger ab. Dadurch läuft der Motor ruhiger, ist sauberer (bessere Abgasqualitäten) und weniger rußanfällig, und durch die konstantere Verbrennung ist der Verbrennungsmotor schließlich effizienter (bezogen auf gleiche Leistung). In der Regel wird neben der Kraftstoffeinsparung auch eine geringe Mehrleistung erreicht.

[0033] Bekanntermaßen verbessern die diagonalen Trennisolierstreifen die Verwirbelung von den am Elektrolyseur-Output austretenden Gasen. Es entstehen so Kanäle mit einer Fließrichtung, an den Platten vorbei. Durch die diagonale Anordnung der Trennisolierstreifen sind die Wege länger und die Verwirbelung ist ebenfalls maximiert. Am Ausgang entsteht ein Gasgemisch, welches das hierbei entstehende Elektrolyseprodukt sowie auch das Transportgas enthält. Aufgrund des langen Weges ist zusätzlich die Wahrscheinlichkeit einer guten Verwirbelung wesentlich höher. Außerdem entsteht im Falle eines gasförmigen Elektrolyten, beispielsweise in der Form eines mit Wassernebel vermischten Trägergases, ein zusätzlicher Saugwirbel am Ausgang nach den Elektrolyseplatten, so dass die Gasmischung am Ausgang zusätzlich abgekühlt wird. Das ist vorteilhaft beispielsweise beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Zusammenspiel mit Verbrennungsmotoren. Bekanntermaßen wird durch die insgesamt bessere Verwirbelung und somit bessere Vermischung durchgeführter Gase mit den bei der Elektrolyse entstehenden Gasen die Homogenität der Gasmischung insbesondere schneller hergestellt. Die Explosionsgefahr innerhalb der Vorrichtung wird damit vermieden, so dass kein Bubbler oder Rückschlagventil notwendig sind. Denn die Explosionsgefahr von HHO-Gas (Browns-Gas) wird durch die starke Anreicherung eines Transportgases mit Wassernebel beseitigt. Es entsteht somit ein Wassernebel-Gasgemisch.

[0034] Die verdrillte Anordnung der Elektrolyseplatten ist sehr platzsparend, was insbesondere in PKWs und LKWs von großer Bedeutung ist.

[0035] Erfindungsgemäß kann der Wassernebel vorteilhaft als alleiniger Elektrolyt eingesetzt werden. Die Elektrolysespannung, die zwischen den Elektrolyseplatten angelegt wird, ist dabei ein Vielfaches der sonst üblichen Elektrolysespannung von 2 V (pro Elektrolyseplattenpaar). Sie liegt bei der Erfindung zwischen den jeweiligen Plattenpaaren bevorzugt bei 12-100 V, insbesondere bei 24-60 V. Die Elektrolyseplatten sind bevorzugt parallel geschalten. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in dem Fall eine Stromzuleitung zu verwenden, die geeignet ist für diesen Spannungsbereich, und eine Stromstärke zwischen 1 - 10 A, insbesondere 3,5 A.

[0036] Darüber hinaus kommt es zu einer Ionisierung eines Teils des erhaltenen Gasgemisches für Verbrennungsmotoren. Die Erfindung erlaubt die Arbeit mit nur zwei Elektrolyseplatten, so dass Material gespart werden kann, und aufgrund der verdrillten Anordnung weniger Arbeitsgänge notwendig sind. Die runde, zylindrische Form der verdrillten Platten bietet mehr Möglichkeiten für die Integrierung in Schlauch und Rohrsysteme bei den zu installierenden Anwender-Anlagen.

[0037] Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Wassernebel ist, dass der aus destilliertem Wasser erzeugte Wassernebel hochohmig ist und somit auch für Nadelimpulse besser geeignet ist als klassische KO- oder NaOH-Elektrolyseure.

[0038] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung handelt es sich bei den mindestens zwei Elektrolyseplatten um genau zwei Elektrolyseplatten. Vorteil dabei ist, dass mit dieser kleinstmöglichen Anzahl an Platten bereits der volle Nutzen der Erfindung zu Tage treten kann. Die Vorrichtung bleibt dennoch platzsparend und das Verfahren ist weniger komplex.

[0039] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet die Elektrolyse des Wassernebels mittels der Elektrolyseplatten bei 12 V bis <1000 V statt, besonders bevorzugt bei 24-60 V, oder genau bei 60 V.

[0040] In einer ebenfalls bevorzugten Ausführung erfolgt die Elektrolyse des Wassernebels mittels Spannungsimpulsen der Frequenz 1kHz bis 10GHz, besonders bevorzugt 10kHz bis 1MHz (das betrifft die Puls-Ansteuerung der Elektrolyseplatteneinheit, wobei die Polarität nicht wechselt - genannt Nadel-Impulsansteuerung). Die Spannung innerhalb des Elektrolyseurs kann dann Werte von bspw. 100V bis zu 1000V erreichen, insbesondere auch ca. 200V.

[0041] In einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Elektrolyse mittels Spannungsimpulsen derart, dass eine vorgeschaltete Induktivspule so abgestimmt ist, dass die darin kurz gespeicherte Energie so groß ist, wie durch die Kapazität der Elektrolyseplatten kurz gespeichert werden kann, so dass die optimale Schwingkreisgüte dieses Reihenschwingkreises gewährleistet wird. Die Pulsfrequenz orientiert sich dann an der Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises.

[0042] Vorteil solcher Strahlungspulse mit der angegebenen Pulsfrequenz ist eine Energieersparnis im Vergleich zur Gleichspannung.

[0043] In einem Reihenschwingkreis, umfassend die Elektrolyseplatteneinheit (Kondensator) tritt durch den zwischen den Platten einströmenden Wassernebel ein dazu parallel wirkender ohmscher Widerstand von etwa 4-20 Ohm auf, welcher aber die Schwingkreisgüte mindert. Der Blindwiderstand der Kapazität des Elektrolyseurs, abhängig auch von der Impulsfrequenz, wirkt dazu dann parallel zur Kapazität und zu diesem ursächlich durch den Wassernebel wirkenden ohmschen Widerstand. Eine Effizienzsteigerung sowie auch eine Erhöhung der Wirksamkeit der Elektrolyse sind durch die Impulsansteuerung selbst sowie durch eine leichte Resonanzüberhöhung zu erklären.

[0044] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung liegt der Plattenabstands bei 0,2-1mm, besonders bevorzugt bei 0,5-1mm. Bei gleicher Spannung wird mit kleinerem Plattenabstand die Elektrolyseleistung etwas größer.

[0045] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung handelt es sich bei der Strahlung um Laserstrahlung (d.h. der Strahlungserzeuger ist ein Lasererzeuger), ganz besonders bevorzugt wird die Elektrolyse dabei wie oben beschrieben mit Spannungsimpulsen der oben beschriebenen Frequenzen betrieben. Vorteil dieser Ausführungsform ist ein besonders effektiver Energieeintrag auf den Wassernebel.

[0046] In einer ebenfalls bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Erzeugung von Wassernebel mit einer Ultraschallvorrichtung, einer Düse oder einer Abgaswärme-abgebenden Vorrichtung, so dass dann der Wassernebel bei der Erfindung durch Ultraschall, durch die Düse mittels Versprühung oder durch Abgaswärme (der Abgaswärmeabgebenden Vorrichtung mittels Verdampfung) erzeugt wird. Besonders bevorzugt ist es eine Ultraschallvorrichtung oder eine Düse.

[0047] Bei der Variante mit Ultraschallvorrichtung umfasst diese insbesondere eine Ultraschallkammer für einen oder mehrere Ultraschallköpfe.

[0048] Bevorzugt ist am Einlass des Wassernebelerzeugers der Vorrichtung (bzw. im Verfahren in Strömungsrichtung vor der Erzeugung des Wassernebels) eine Transportgaszuführung vorgesehen. Der Wassernebel wird dabei mit Hilfe eines Transportgases (auch Trägergas genannt) an den Elektrolyseplatten vorbei geleitet. Transportgase sind bevorzugt ausgewählt aus Luft und brennbaren Gasen wie beispielsweise Propan oder Butan oder Mischungen dieser mit Luft.

[0049] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird also der Wassernebel mittels des Trägergases Luft transportiert, welche von einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angesaugt oder mittels Gebläse transportiert wird.

[0050] Bevorzugt handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung um eine Verwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere als Ladeluftkühler.

[0051] In einer bevorzugten Ausführung ist dem Wassernebelerzeuger (in Strömungsrichtung) ein Luftfilter vorgeschaltet. Bevorzugt ist auch, dass vor dem Eintritt des mit der Erfindung gewonnenen Gasgemisches in den Verbrennungsmotor (bzw. die Heizungsanlage) eine Drosselklappe vorgesehen ist.

[0052] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Trennisolierstreifen der umeinander verdrillten Elektrolyseplatten in einem Abstand untereinander von 1-5cm, oder auch 1-3cm, besonders bevorzugt 2±0,2 cm angeordnet (bei Messung des Abstands der auf den Platten parallel angeordneten Streifen, d.h. nach Aufrollen der Platten bzw. vor Verdrillung gemessen) Je größer der Abstand, desto weniger Trennisolierstreifen sind notwendig, womit Aufwand gespart wird und eine etwas größere aktive Fläche der Elektrolyseplatten zur Verfügung steht.

[0053] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wassernebelerzeuger bestrombar ausgestaltet. Bestrombar bedeutet, dass am Wassernebelerzeuger durch Anlegen einer Spannung ein elektrisches Feld aufgebaut wird, welches den Wassernebel schon polarisiert, bevor er zum Energieeintrag mittels Strahlung (durch einen Strahlungserzeuger) und danach zu den Elektrolyseplatten gelangt. Vorzugsweise ist das elektrische Feld über die ganze erfindungsgemäße Vorrichtung ausgedehnt, so dass das Wasser seine Polarisierung direkt bis zur Berührung der Elektrolyseplatten behält und sogar der nicht elektrolysierte Teil noch am Ausgang der Elektrolysevorrichtung kurz vor einer möglichen Einspritzung in einen Verbrennungsraum von Motor/Heizung polarisiert ist.

[0054] In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird eine zusätzliche Polarisation des Wassernebels (in Strömungsrichtung) vor den Elektrolyseplatten bzw. der Elektrolyseplatteneinheit erreicht, indem der Wassernebel in ein elektrisches Feld gebracht, bspw. mittels Bestromung der Einspritzdüse des Wassernebelerzeugers erzeugt wird oder durch elektrisch isolierte Metallrohrabschnitte (in Strömungsrichtung) zwischen dem Strahlungserzeuger und den Elektrolyseplatten bzw. der Elektrolyseplatteneinheit geführt wird. Das sind zwei verschiedene, installierbare Varianten der Polarisierung durch ein elektrisches Feld.

[0055] In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Elektrolyse mit gepulster Spannung durchgeführt.

[0056] Die Temperatur bei der erfindungsgemäßen Elektrolyse (also die Temperatur, die im Raum zwischen den Elektrolyseplatten vorherrscht) liegt bevorzugt bei < 70 °C, besonders bevorzugt < 60 °C, insbesondere zwischen 45 und 50 °C. Die Temperatur ist aber immer etwas höher als Umgebungstemperatur, d.h. mindestens 30°C.

[0057] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Elektrolyseplatten 0,1 bis 1,5 mm dick, besonders bevorzugt 0,2-0,4mm, oder sogar 0,25-0,3mm. Insbesondere kann es ein dünnes Metallblech von < 1 mm Dicke sein. Ebenfalls bevorzugt ist ein Plattenabstand von 0,2 bis 1 mm. Vorteil dieser Dicken und Abstandsbereiche ist, dass die ganze Vorrichtung einen geringen Platzbedarf hat. Das erhöht die Eignung für PKW.

[0058] Je dicker die Elektrolyseplatten, desto formstabiler und desto größer können die Abstände der Trennstreifen sein.

[0059] In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Platten 0,25-0,3mm dick und der Abstand der Trennisolierstreifen liegt bei 2±0,2 cm.

[0060] Bevorzugt kann der Wassernebel (bspw. im Falle der Verwendung der Erfindung in Kraftfahrzeugen) auch mit Alkohol wie beispielsweise Methanol angereichert werden, um Frostsicherheit im Winter zu erreichen.

[0061] Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der mindestens zwei Elektrolyseplatten (einer Elektrolyseplatteneinheit) mit der erfindungsgemäßen umeinander verdrillten Anordnung und den diagonal an den Platten angeordneten Trennisolierstreifen dazwischen.

[0062] Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des Verfahrens zur Erzeugung des Gasgemisches mit einem nach beiden Seiten isolierten Metallrohr für ein zusätzliches elektrisches Feld zur vorbehandelnden Polarisierung des Wassernebels.

[0063] Alle genannten Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.

[0064] Die Erfindung wird durch die nachführenden Ausführungsbeispiele verdeutlicht.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiel 1:

[0065] Das Ausführungsbeispiel 1 ist schematisch in Fig. 2 gezeigt.

[0066] Zum Einsatz kommt das Trägergas 12 Luft.

[0067] Der Wassernebel 13 wurde erzeugt mit einer Ultraschallvorrichtung (Wassernebelerzeuger 7), die eine Ultraschallkammer mit zwei Ultraschallköpfen umfasst.

[0068] Mittels des Trägergases 12 Luft, welches von einem Verbrennungsmotor 11 angesaugt wird, wird der erzeugte Wassernebel 13 zum Strahlungserzeuger 8 für den Energieeintrag in den Wassernebel 13 geleitet.

[0069] Der Energieeintrag in den Wassernebel 13 erfolgte mittels Laserstrahlung. Die Elektrolyse des Wassernebels 13 erfolgte in Form von Spannungsimpulsen mit einer Impulsfrequenz (Anzahl Impulse pro Zeit) von 100kHz und 200V Spannung.

[0070] Ein zwischen Strahlungserzeuger 8 und Elektrolyseplatteneinheit 9 angeordnetes nach beiden Seiten isoliertes Metallrohr 14 dient der Erzeugung eines zusätzlichen elektrischen Feldes für die Polarisierung des Wassernebels 13.

[0071] Die verwendete Elektrolyseplatteneinheit 9 ist die, welche detailliert in Fig. 1 dargestellt ist.

[0072] Die Dicke der Trennisolierstreifen beträgt 3mm, welche bei dem Wickelvorgang etwa auf 0,5-1mm zusammengedrückt wird. Der Abstand der Trennisolierstreifen (parallele Anordnung der Streifen) beträgt 2cm.

[0073] Bei Verwendung in einem PKW wurde nach dem Tanken die erfindungsgemäße Vorrichtung eingeschalten und etwa nach 100km wurde bei einer längeren gefahrenen Geschwindigkeit zwischen etwa 120km/h und 140km/h eine mögliche Reichweite von 1.980km angezeigt.

[0074] Das entspricht dann bei einer sonst (ohne die Vorrichtung) max. angezeigten Reichweite von 1400km etwa einer Kraftstoffeinsparung von ca. 30%.

Vergleichsbeispiel - Wassernebel am HHO-Elektrolyseur (verdrillte Ausführung, mit bestromter Düse) - ohne Energieeintrag mittels Strahlung

[0075] Im folgenden Vergleichsbeispiel wurde ein Wassernebel (also ein Gemisch von Wassernebel und Luft) am Einlass der Elektrolysevorrichtung zugeführt, indem der Turboluftstrom eines 2 L-Dieselmotors als Trägergas verwendet bzw. durch die Elektrolysevorrichtung geleitet wurde. Der Nebel wurde mittels einer Düse erzeugt. Das gebildete Gasgemisch wird einem Verbrennungsmotor zugeführt. Der Elektrolyseur besitzt drei Elektrolyseplatten aus Edelstahlblechfolie (< 1 mm dick), die verdrillt angeordnet sind. Das heißt, sie sind zu einer annähernd zylindrischen Form aufgewickelt und in eine passende Edelstahl-Metallhülse eingeschoben worden. Zwischen ihnen sind diagonal verlaufende Trennisolierstreifen aus bekannten Materialien am mittleren Blech beidseitig angebracht.

[0076] Die Elektrolyseplatten sind parallel geschalten. Der Elektrolyseur hat 3 Elektrolyseplatten.

[0077] Die für die Polarisation des Wassernebels nötige Elektrolysespannung liegtim Vergleichsbeispiel mit 12 - 14,5 V im Bereich der Bordnetzspannung bei PKWs und liegt damitwesentlich höher als gängige Elektrolysespannung (ca. 2 V). Die Stromstärke lag bei dem 2L-Diesesmotor (steuerungsreguliert) bei max. 3,5 A. Die gleichen Spannungs-Werte lagen auch an der Düse zur Wassernebelerzeugung an. Es wurde ein Vollstrom-Elektrolyseur verwendet, d.h. der gesamte Trägergasstrom (hier der Turbostrom des Dieselmotors) wird durch den Elektrolyseur geleitet.

[0078] Die Elektrolysetemperatur lag bei 45 bis 50 °C.

[0079] Erreichte Reichweite bei Zuführung des HHO-Gases der Elektrolyse und zusätzlicher Zuführung von Wassernebel am Einlass des Elektrolyseurs: 2080 km.

[0080] Der Strom für den dabei eingesetzten Wassernebel-Elektrolyseur wurde mit diesem Kraftstoffverbrauch bereits aufgebracht/erzielt.

Experiment Nr.	Motor	Elektrolyseur	Strom-Input am Elektrolyseur	Reichweite
Vergleichs-Bsp.	2L-Dieselmotor eines PKW Citroen C5 (140 PS)	HHO-Elektrolyseur	max. 3,5 A / 12 V	2080 km

Bezugszeichen

[0081] 

1

Elektrolyseplatte

2

Trennisolierstreifen

3

Gehäuse (um die Elektrolyseplatten)

4

Elektrische Anschlussleitung, erster Pol

5

Elektrische Anschlussleitung, zweiter Pol

6

Luftfilter

7

Wassernebelerzeuger

8

Strahlungserzeuger

9

Elektrolyseplatteneinheit (mit den mindestens zwei Elektrolyseplatten 1)

10

Drosselklappe

11

Verbrennungsmotor(-Ansaugtrakt)

12

Trägergas(-strom)

13

Wassernebel

14

Isoliertes Metallrohr zur Einbringung eines elektrischen Feldes

Ansprüche

1. Vorrichtung zur elektrolytischen Erzeugung eines Gasgemisches für Verbrennungsmotoren (11), umfassend:

• einen Wassernebelerzeuger (7),

• einen Strahlungserzeuger (8), ausgewählt aus Laser-, Mikrowellen- und UV-Erzeuger, und

• mindestens zwei Elektrolyseplatten (1),

- welche umeinander verdrillt angeordnet sind, und die

- diagonal an den Elektrolyseplatten (1) angeordnete Trennisolierstreifen (2) zwischen den Elektrolyseplatten (1) aufweisen.

2. Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung eines Gasgemisches für Verbrennungsmotoren (11), mit den Schritten:

• Erzeugung von Wassernebel (13),

• Energieeintrag in den Wassernebel (13) mittels Strahlung, ausgewählt aus Laser-, Mikrowellen- und UV-Strahlung,

• Elektrolyse des Wassernebels (13) mittels

- mindestens zwei Elektrolyseplatten (1), welche umeinander verdrillt angeordnet sind, und die

- diagonal an den Elektrolyseplatten (1) angeordnete Trennisolierstreifen (2) zwischen den Elektrolyseplatten (1) aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Elektrolyse des Wassernebels (13) mittels der Elektrolyseplatten (1) bei 12 V bis <1000 V stattfindet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Plattenabstand bei 0,2-1mm liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Elektrolyseplatten eine Dicke von 0,25-0,3 mm aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Trennisolierstreifen der umeinander verdrillten Elektrolyseplatten in einem Abstand untereinander von 1-5 cm angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Elektrolyse des Wassernebels (13) in Form von Spannungsimpulsen der Frequenz 1kHz bis 10GHz erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei es sich bei der Strahlung um Laserstrahlung handelt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Erzeugung von Wassernebel (13) mit einer Ultraschallvorrichtung, einer Düse oder einer Abgaswärme-abgebenden Vorrichtung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Wassernebel (13) mittels des Trägergases (12) Luft transportiert wird, welche von einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors (11) angesaugt oder mittels Gebläse transportiert wird.

11. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zur elektrolytischen Erzeugung eines Gasgemisches für Verbrennungsmotoren (11) und Heizungsanlagen.

12. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Kühlung eines Luft-Gasgemisches vor dessen Eintritt in Verbrennungsmotoren (11).

13. Verwendung nach einem der Ansprüche 11 oder 12 in Kraftfahrzeugen.

14. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, mit den Schritten:

• Bereitstellen eines Wassernebelerzeugers (7),

• Bereitstellen eines Strahlungserzeugers (8), ausgewählt aus Laser-, Mikrowellen- und UV-Erzeuger, und

• Bereitstellen mindestens einer Elektrolyseplatteneinheit (9) aus genau zwei Elektrolyseplatten (1), wobei

- die eine erste Platte auf beiden Seiten die diagonalen Trennisolierstreifen (2) aufweist, und

- die andere zweite Platte, mittels Verdrillen um die erste, diese erste Platte beidseitig umhüllt.

Zeichnung