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Dokumentenidentifikation DE202007011089U1 20.12.2007
Titel Tragbare Wasserstoffmaschine
Anmelder Liao, Ying-Tso, Taichung City, TW;
Tsou, Ming-Ju, Taichung City, TW
Vertreter Viering, Jentschura & Partner, 81675 München
DE-Aktenzeichen 202007011089
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 20.12.2007
Registration date 15.11.2007
Application date from patent application 08.08.2007
IPC-Hauptklasse C01B 3/08(2006.01)A, F, I, 20070808, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Erzeugen von Wasserstoff, insbesondere ein Gerät, bei dem die Wasserstofferzeugung über die chemische Reaktion zwischen Metall und sauerer bzw. alkalischer Lösung erfolgt und welches unabhängig von der Einsatzstelle leicht zu transportieren ist.

Zur industriellen Wasserstoffherstellung kommen folgende Verfahren, wie beispielsweise Elektrolyse, Kohlenwasserstoffspaltung, Dampfreformierung, Gasaufbereitung usw. zum Einsatz. Zur Umsetzung der vorstehenden Verfahren ist jedoch eine große Anlage bzw. eine Stromversorgung erforderlich, was die Folge hat, dass das Aufstellen des Wasserstoffherstellgeräts nicht an beliebiger Einsatzstelle möglich ist. Deswegen ist der gewonnene Wasserstoff meistens mittels Hochdruckgasflasche zu transportieren oder zu speichern. Aufgrund der Sicherheit muss die Hochdruckgasflasche eine gewisse Festigkeit zum Widerstehen eines von fremder Kraft ausgeübten Stoßes oder des bestehenden Gasdrucks aufweisen. Folglich ist mit einer Zunahme des Volumens und des Gewichtes zu rechnen. Tatsächlich ist das Volumen des in einer Hochdruckgasflasche speicherbaren Wasserstoffes sehr gering. Obwohl der darin gespeicherte Wasserstoff bis auf 150 bar verdichtet wird, beträgt die Masse des in der Hochdruckgasflasche gespeicherten Wasserstoffes noch weniger als 1% der Masse der Hochdruckgasflasche. Dabei liegt die Speicherungseffizienz auf niedrigem Niveau. Nach dem Aufbrauchen des in der Hochdruckgasflasche gespeicherten Wasserstoffes muss die Gasflasche zum Nachfüllen zurück zur Herstellungsfabrik bzw. Tankstelle geschickt werden und eine sofortige Versorgung ist nicht möglich, was zum Unterbrechen der Arbeitsdurchführung führt und eine Umständlichkeit für den Benutzer anrichtet.

Durch die Erfindung wird eine tragbare Wasserstoffmaschine geschaffen, bei der eine direkte Wasserstoffgewinnung über die Reaktionslösung und metallischen Werkstoff erfolgt. Die erfindungsgemäße Maschine zeichnet sich durch bequemen Transport, einfache Einstellung aus, wobei eine ununterbrochene Wasserstoffgewinnung durch wiederholte Zugabe von Reaktionslösung und metallischem Werkstoff gewährleistet ist. Da eine leichte Nachfüllung sowie eine dauerhafte Versorgung des Wasserstoffes erzielt ist, kommt die erfindungsgemäße Maschine für den Einsatz in diversen Arbeitsplätzen bzw. für kombinierten Einsatz mit diversen Anlagen, wie z.B. Brennstoffzelle, Schweißgerät usw. in Frage.

Die Erfindung weist insbesondere die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist eine tragbare Wasserstoffmaschine geschaffen, die aufweist:

einen Hauptkörper, der mit einem hohlen Reaktionsraum ausgestattet ist, der eine Stoffzufuhröffnung sowie eine Abfuhröffnung aufweist, wobei die Stoffzufuhröffnung dem Benutzer die Einspeisung von Reaktionslösung und metallischem Werkstoff in den Reaktionsraum ermöglicht, um Wasserstoff mittels chemischer Reaktion im Reaktionsraum zu erzeugen;

eine Druckermittlungseinheit, die zum Ermitteln des Druckzustandes des im Reaktionsraum vorliegenden Gases einsetzbar ist;

eine Ermittlungseinheit der Reaktionslösung, die den Zustand der im Reaktionsraum befindlichen Reaktionslösung ermittelt; sowie

eine Gasablasseinheit, die der Abfuhr von Wasserstoff aus dem Reaktionsraum dient.

Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Wasserstoffmaschine;

2 eine erste schematische Ablaufdarstellung einer erfindungsgemäßen Wasserstoffmaschine;

3 eine zweite schematische Ablaufdarstellung einer erfindungsgemäßen Wasserstoffmaschine;

4 eine dritte schematische Ablaufdarstellung einer erfindungsgemäßen Wasserstoffmaschine; und

5 eine vierte schematische Ablaufdarstellung einer erfindungsgemäßen Wasserstoffmaschine.

Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße tragbare Wasserstoffmaschine hauptsächlich einen Hauptkörper 10, eine Druckermittlungseinheit 20, eine Ermittlungseinheit 30 der Reaktionslösung sowie eine Gasabfuhreinheit 40 auf.

Wie aus 1 bis 5 ersichtlich, ist der Hauptkörper 10 als hohlen Reaktionsraum 11 ausgeführt, dessen Wand aus säure- und alkalienbeständigem Werkstoff gefertigt ist. Der weist eine Stoffzufuhröffnung 12 über dem Abfuhröffnung 13 auf, wobei sich die Stoffzufuhröffnung 12 oben im Reaktionsraum 11 befindet, um eine einfache Einspeisung von Reaktionslösung und metallischem Werkstoff durch die Stoffzufuhröffnung 12 in den Reaktionsraum 11 zu ermöglichen. Die Reaktionslösung kann entweder sauer oder alkalisch sein, während der metallische Werkstoff als Aluminiumwerkstoff ausgeführt ist, wobei entweder Aluminium mit hoher Reinheit oder das aus Aluminium gefertigte Material aus der Rückgewinnung zum Wasserstoffherstellen mittels chemischer Reaktion im Reaktionsraum 11 einsetzbar ist. Zum Verhindern des Entweichens des Wasserstoffes ist die Stoffzufuhröffnung 12 mit einem Abdichtdeckel 121 versehen. Darüber hinaus befindet sich die Abfuhröffnung 13 am Boden des Reaktionsraums 11 und ist mit einem Ablassventil 131 ausgestattet, das den Ablass der Reaktionslösung steuert.

Wie sich aus 1 und 5 ergibt, ist die Druckermittlungseinheit 20 mit einem Manometer 21 versehen, der zum Anzeigen des im Reaktionsraum 11 vorliegenden Gasdruckes mit dem Reaktionsraum 11 verbunden ist. Außerdem weist die Druckermittlungseinheit 20 noch ein automatisches Entspannungsgerät 22 auf, welches den Gasdruck im Reaktionsraum 11 beim Überschreiten des voreingestellten Sicherheitsdrucks automatisch abbaut, um die Gefahr des Auftretens eines Überdrucks zu vermeiden.

Bezugnehmend auf 1 bis 5, weist die Ermittlungseinheit 30 der Reaktionslösung eine Anzeige 31 zum Anzeigen der Konzentration der Reaktionslösung auf, wobei die Konzentration der Reaktionslösung oder der PH-Wert anzeigbar ist. Auf diese Weise kann der Bediener über den aktuellen Zustand der Reaktionslösung informiert werden. Ferner ist ein Thermometer 32 zum Ermitteln der Temperatur der Reaktionslösung vorgesehen. Außerdem ist eine Füllstandanzeige 33 angeordnet, die ein mit Reaktionsraum 11 in Verbindung stehendes Schaufenster 331 außerhalb des Hauptkörpers 10 der Wasserstoffmaschine aufweist. Auf dem Schaufenster 331 ist eine Vielzahl von Skalenstrichen vorgesehen, um den Füllstand der Reaktionslösung im Reaktionsraum 11 anzuzeigen.

Wie sich aus 1 und 5 ergibt, ist die Gasabfuhreinheit 40 hauptsächlich als Gasabfuhrleitung 41 ausgeführt, die der Abfuhr des im Reaktionsraum 11 befindlichen Wasserstoffes zu dem entsprechenden Gerät dient. Ferner ist ein Gasvolumenzähler 42 in die Gasabfuhrleitung 41 eingebaut, der der Messung sowie der Anzeige des Gasdurchflusses in der Gasabfuhrleitung 41 dient. Zum Anpassen an den Bedarf des Benutzers ist ein Volumensteuerventil 43 zum flexiblen Einstellen des Gasdurchflusses in die Gasabfuhrleitung 41 eingesetzt. Um den im abgeführten Wasserstoff enthaltenen Dampf, Fremdkörper sowie anderes Nichtwasserstoffgas abzuscheiden, ist ein Gasfilter 44 zum Filtern sowie zum Verfeinern des abgeführten Wasserstoffes verwendet, in die verschiedenes physikalisches bzw. chemisches Filtermaterial eingebaut ist. Mittels eines Anschlusses 45 lässt sich die Gasabfuhrleitung 41 an die anderen mit Wasserstoff betriebenen Geräte, wie Brennstoffzelle, Brennstoffschneidgerät sowie Wasserstofffüllgerät, anschließen.

Bezugnehmend auf 2 wird die Reaktionslösung über die Stoffzufuhröffnung 12 in den Reaktionsraum 11 gefüllt, nachdem der oberhalb der Stoffzufuhröffnung 12 befindliche Abdichtdeckel 121 geöffnet worden ist. Der Benutzer kann die Menge der befüllten Reaktionslösung durch die Füllstandanzeige 33 direkt ablesen und sich mittels der Anzeige 31 zum Anzeigen der Konzentration der Reaktionslösung über die aktuelle Konzentration bzw. den aktuellen PH-Wert der Reaktionslösung informieren.

Wie aus 3 ersichtlich, wird das Aluminium nach dem Füllen der Reaktionslösung über die Stoffzufuhröffnung 12 zum Reaktionsraum 11 hinzugefügt. Danach ist der Abdichtdeckel 121 durch Drehen zu versiegeln. Eine chemische Reaktion geschieht zwischen Aluminium und Reaktionslösung, die mit folgender Formel darstellbar ist:

  • 1. Wasserstoff wird erzeugt, wenn Aluminium mit Alkali reagiert: 2 Al(s) + 2 OH + 6 H2O ==> 2 Al(OH)4 + 3H2(g) ↑
  • 2. Wasserstoff wird erzeugt, wenn Aluminium mit Säure reagiert: 2 Al(s) + 6 H+ ==> 2 Al3 + + 3 H2(g) ↑

Wie sich aus 4 ergibt, kann der Benutzer auf dem Manometer 21 den Druckzustand des im Reaktionsraum 11 vorliegenden Gases ablesen, wenn das Aluminium zum Erzeugen des Wasserstoffes mit der Reaktionslösung zu reagieren anfängt. Nachdem der Gasdruck im Reaktionsraum 11 den Effektdruck erreicht hat, kann der Benutzer das Volumensteuerventil 43 aufmachen und die Durchflussmenge des Gases mittels der Anzeige des Gasvolumenzählers 42 einstellen, um den Wasserstoff zu den anderen von Wasserstoff betriebenen Geräten zu führen.

Der Benutzer ist in der Lage, den aktuellen Verbrauchszustand der Reaktionslösung an der Anzeige 31 zum Anzeigen der Konzentration der Reaktionslösung abzulesen. Eine außergewöhnlich niedrige Konzentration der Reaktionslösung weist auf ein baldiges Aufbrauchen hin. In diesem Fall ist die benutzte Reaktionslösung [siehe 5] über das geöffnete Ablassventil 131 abzulassen, nachdem der Druck auf dem Manometer 21 auf normalen Druck reduziert worden ist. Dabei kann der Benutzer ebenfalls mittels der Füllstandanzeige 33 feststellen, ob die alte Reaktionslösung schon völlig abgelassen worden ist, um zu vermeiden, dass die verbleibende alte Reaktionslösung die spätere Reaktionseffizienz beeinträchtigt. Nachdem die benutzte Reaktionslösung vollständig abgelassen worden ist, kann der Wasserstoff erneut gewonnen werden, indem neue Reaktionslösung und neuer metallischer Werkstoff eingefüllt werden.

Während der Reaktion zwischen Aluminium und Reaktionslösung kann der Benutzer aufgrund der Anzeige des Thermometers 32 beurteilen, ob die aktuelle Reaktionsgeschwindigkeit in Ordnung ist. Ein rascher Anstieg des vom Thermometer 32 angezeigten Temperaturwertes bedeutet, dass die Reaktion zwischen Aluminium und Reaktionslösung zu heftig ist, was Gefahr verursachen kann. Durch schnelles Öffnen des Ablassventils 131 unten ist ein Teil von Reaktionslösung abzulassen, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu reduzieren und Gefahr zu vermeiden.

Zum Anpassen an die verschiedenen Reaktionsgeschwindigkeiten, die von variablen Bedürfnissen verschiedener Geräte bestimmt sind, kann das Aluminium in Blöcken, Platten, Streifen, Körnern oder in Pulver vorkommen. Wenn eine größere Durchflussmenge des Wasserstoffes benötigt wird, braucht der Benutzer lediglich ein Aluminium mit kleineren Körnern einzusetzen. Auf diese Weise lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit der Wasserstoffgewinnung leicht erhöhen und die Bedienungsmethode ist einfach und bequem.

Obwohl die Erfindung in Bezug auf ein Beispiel beschrieben wurde, welches derzeit als praktikabelste und bevorzugteste Ausführungsform betrachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Im Gegenteil sollen verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen abgedeckt werden, die sich im Umfang der beigefügten Ansprüche in deren breitesten Interpretation befinden.


Anspruch[de]
Tragbare Wasserstoffmaschine, aufweisend:

einen Hauptkörper (10), der mit einem hohlen Reaktionsraum (11) ausgestattet ist, der eine Stoffzufuhröffnung (12) sowie eine Abfuhröffnung (13) aufweist, wobei die Stoffzufuhröffnung (12) die Einspeisung von Reaktionslösung und metallischem Werkstoff in den Reaktionsraum (11) ermöglicht, um Wasserstoff mittels chemischer Reaktion im Reaktionsraum (11) zu erzeugen;

eine Druckermittlungseinheit (20), die zum Ermitteln des Druckzustandes des im Reaktionsraum (11) vorliegenden Gases einsetzbar ist;

eine Ermittlungseinheit (30) der Reaktionslösung, die den Zustand der im Reaktionsraum (11) befindlichen Reaktionslösung ermittelt; sowie

eine Gasablasseinheit (40), die zur Abfuhr von Wasserstoff aus dem Reaktionsraum (11) ausgebildet ist.
Wasserstoffmaschine nach Anspruch 1, angepasst an Aluminium als metallischer Werkstoff in Form von Blöcken und/oder Platten und/oder Streifen und/oder Körnern und/oder Pulver, zusammen mit einer sauren oder alkalischen Reaktionslösung. Wasserstoffmaschine nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

– dass sich die Stoffzufuhröffnung (12) oben am Reaktionsraum (11) befindet und mit einem Abdichtdeckel (121) versehen ist; und

– dass die Abfuhröffnung (13) unten am Reaktionsraum (11) angeordnet und mit einem Ablassventil (131) ausgestattet ist, von dem das Ablassen der Reaktionslösung steuerbar ist.
Wasserstoffmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

– dass die Druckermittlungseinheit (20) mit einem Manometer (21) versehen ist, der zum Anzeigen des im Reaktionsraum (11) vorliegenden Gasdruckes mit dem Reaktionsraum (11) verbunden ist; und

– dass die Druckermittlungseinheit (20) ferner ein automatisches Entspannungsgerät (22) aufweist, von dem der Gasdruck im Reaktionsraum (11) beim Überdruck automatisch abbaubar ist.
Wasserstoffmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinheit (30) der Reaktionslösung eine Anzeige (31) zum Anzeigen der Konzentration der Reaktionslösung aufweist, auf der die Konzentration der Reaktionslösung oder der PH-Wert anzeigbar ist. Wasserstoffmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinheit (30) der Reaktionslösung mit einem Thermometer (32) zum Anzeigen der Temperatur der Reaktionslösung versehen ist. Wasserstoffmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinheit (30) der Reaktionslösung eine Füllstandsanzeige (33) aufweist, die mit einem den Reaktionsraum (11) begrenzenden Schaufenster (331) außerhalb des Hauptkörpers (10) der Wasserstoffmaschine ausgestattet ist, wobei auf dem Schaufenster (331) eine Skala mit Skalenstrichen vorgesehen ist, an der der Füllstand der Reaktionslösung im Reaktionsraum (11) anzeigbar ist. Wasserstoffmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabfuhreinheit (40) den im Reaktionsraum (11) befindlichen Wasserstoff mit einer Gasabfuhrleitung (41) zu entsprechenden Geräten versehen ist, wobei die Gasabfuhreinheit (40) ferner mit einem Gasvolumenzähler (42) sowie einem Volumensteuerventil (43) ausgestattet ist, mit dem die Gasdurchflussmenge steuerbar ist. Wasserstoffmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabfuhreinheit (40) einen Gasfilter (44) aufweist. Wasserstoffmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabfuhreinheit (40) mit einem Anschluss (45) ausgestattet ist, der als Adapteranschluss ausgeführt ist.






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