Optimierung durch Änderungen am Überdruckventil
Das Überdruckventil im Deckel dient in erster Linie der Gerätesicherheit, weil eine PEM-Zelle bis zu 30 bar Druck aufbauen kann, was so ziemlich alle Flaschen zerstören würde. Ist in der Flasche nach dem Schließen des Deckels gar keine Luft eingeschlossen, baut sich in sehr kurzer Zeit ein zerstörerischer Druck auf, was dieses Sicherheitsventil verhindern soll.
Meine Messungen an mehreren identischen Deckeln haben jedoch ergeben, dass diese primitiven "Notventile" sehr unzuverlässig sein können. In einem der Deckel öffnete das Ventil schon bei 3 bar, im anderen erst bei 5 bar (zu spät, um Schäden am Gerät auszuschließen). Auch öffnet das Ventil ggf. 0,5 bar später, wenn Wasser anstatt Gas das Ventil öffnet. Bei den versteckten Ventilen im Deckel sammelt sich Wasser im Deckel, wenn es beim Öffnen ins Wasser taucht (also wenn die Flasche sehr hoch gefüllt wurde, oder beim Boosten schräg steht).
Deshalb macht es durchaus Sinn, ein besseres, einstellbares Ventil einzubauen, welches z.B. immer genau bei 4 bar öffnet. Dann schadet es auch nicht, mit wenig Lufteinschluss länger oder mehrfach in zeitlichem Abstand zu boosten, um den H₂‑Gehalt im Wasser zu steigern. Wichtig ist dann aber, dass das Ventil ins Wasser eintaucht und beim Öffnen Wasser ablässt und kein H₂‑Gas über der Wasseroberfläche. Öffnet das Ventil unter Wasser, so quillt nur tropfenweise Wasser aus dem Ventil. Öffnet es mit Luft- oder H2-Gas-Austritt, so fällt der Druck schlagartig um 1–2 bar ab, was der erreichten Wasserqualität schadet.
Dieses Diagramm zeigt den Druckverlauf in einer Flasche mit einem Druckventil, das auf 3 bar eingestellt wird, während 2 Stunden lang andauernd "geboostet" wird. Wie man sieht, ist nach ca. 6 Min. der Druck von 3 bar erreicht, das Ventil öffnet und bis 1h 10min tritt tropfenweise Wasser aus dem Ventil. Dann erreicht das Ventil die Gasdruckblase über dem Wasser, es entlässt Gas statt Luft und der Druck in der Flasche sinkt schlagartig um 1,5 bar, also auf den halben Druck! Danach geht die Drucksteigerung bei wieder geschlossenem Ventil sehr viel langsamer (weil mehr Gas in der Flasche ist) und mit Gas öffnet das Ventil etwa 0,5 bar früher als zuvor mit Wasser.
Um den Druck mithilfe des Überdruckventils auf einem konstant hohen Wert zu halten und einen schlagartigen Druckabfall zu vermeiden, sollte also Wasser und kein Gas am Ventil anstehen. Das kann erreicht werden, wenn der Eingang des Ventils im Deckel mit einem Röhrchen, das ins Wasser taucht, verlängert wird.
Möchte man zusätzlich auch noch eine Druckanzeige im Wasser haben, dann kann, sollte das Röhrchen durchsichtig sein und bis zum Boden des Wasserbehälters reichen, jedoch neben der PEM-Zelle enden, damit keine aufsteigenden H2-Bläschen in das Röhrchen gelangen können.
Denn dann zeigt der aufsteigende Wasserpegel in dem Röhrchen zugleich den steigenden Wasserdruck im H₂‑Wasser an! (Siehe hier: Flaschendruck messen, Druckmessung mit einer Spritze)
So sieht dann ein modifizierter Deckel aus, der für mich das Optimum darstellt. Die Flasche kann und sollte jetzt möglichst luftfrei mit Wasser gefüllt werden!
Links: Wasser steigt im Schlauch (ca. 1 bar) Mitte: Wasserstand kurz unter dem Deckel (fast 4 bar) Rechts: Wasser quillt tropfenweise aus dem Ventil
(so kann der Einbau eines besseren Ventils in den Deckel erfolgen)
Alternativ: Schlauchanschluss an Öffnung des Original-Ventils im Deckel geklebt.
Auch ohne Eingriff in den Original-Deckel kann ggf. die Ventilöffnung mit einem Schlauch oder Röhrchen verlängert werden, was die Wirkung des Überdruckventils verbessert. Dann sammelt sich jedoch Wasser im Deckel, was lästig oder unhygienisch sein kann.
Durch Recken oder Kürzen der Feder des Überdruckventils im Deckel kann der Druck eingestellt werden, bei dem das Ventil öffnet. Bei diesem Original-Deckel habe ich das Ventil auf 4 bar eingestellt. Wenn es öffnet, fällt der Druck aber auf 2,8 bar ab, und ganz dicht ist das Ventil erst wieder bei 2,4 bar. Deshalb lohnt es sich, ein besseres Ventil so wie oben einzubauen, bei dem der Druck von 4 bar auch beim Öffnen voll erhalten bleibt.
Einbau von Überdruckventilen in Deckel oder Plexiglas-Zylinder
Deckel und Plexiglas-Zylinder lassen sich meist als Ersatzteil für wenig Geld nachbestellen. Nach der automatischen Abschaltung bei gewünschtem Gasdruck im H2-Wasser durch den elektrischen Druckschalter im Deckel ist die manuelle Abschaltung gemäß der Druckanzeige am Manometer die zweitbeste Lösung!
Mit den primitiven Überdruckventilen im Deckel kann der Druck schlagartig um bis zu 2 bar abfallen, wenn diese öffnen, um Gas abzulassen. Wenn vor dem Öffnen des Überdruckventils das Boosten abgeschaltet wird, bleibt der Druck und damit auch die H₂‑Anreicherung voll erhalten.
Hier beschreibe ich, worauf es bei dem Ventil ankommt, und warum das versteckte Überdruckventil im Deckel nur eine Notlösung ist.
Besseres, einstellbares Überdruckventil im Deckel (mit rotem Epoxidharz eingegossen)
Anschluss für Manometer oder einstellbares Überdruckventil im Plexiglas-Zylinder
Hier beschreibe ich den Bau eines Gewindeanschlusses und seine Anwendungsmöglichkeiten.
Optimierung der elektrischen Komponenten
Die elektrische Ansteuerung der PEM-Zelle zur H2-Gas-Erzeugung ist denkbar einfach. Es genügt eine Gleichspannungsquelle, die eine konstante Spannung oder eine konstante Stromstärke liefert, und ein Einschalter. Als Stromquelle dient meist ein Lithium-Ionen-Akku, der als einziges Bauteil leicht gewechselt werden kann. Die integrierte Elektronik kümmert sich dann um das Laden des Akkus, die Bereitstellung einer konstanten Stromversorgung für die PEM-Zelle und um den Einschaltknopf, der nicht nur einfach den Strom einschaltet, sondern einen Timer mit Pieptönen startet und dabei für die Optik buntes Licht einschaltet. Zur Optimierung könnte man die Speisespannung leicht variieren, was aber die fest verbaute Elektronik in der Regel nicht möglich macht.
Geringere Spannung führt zu kleineren Gasbläschen, die sich leichter im Wasser lösen. Höhere Spannung erzeugt mehr Gas, wodurch der Druck in der Flasche schneller steigt. Das Optimum ist ein Kompromiss, der je nach Flasche etwas anders ausfällt: abhängig vom Wasservolumen, der eingeschlossenen Luftmenge und ggf. besonders von dem verbauten Überdruckventil im Deckel.
Die einzige Optimierung, die ich an der Elektronik vorgenommen habe, ist, den nervigen Piepser auszubauen, damit ich die Flasche auch in stiller, meditativer Umgebung verwenden kann. Sonst ist die Reaktion: "Wer hat da wieder vergessen, sein Handy auszuschalten!"
Der Piepser ist ein rundes Bauteil mit einem Loch oben, aus dem der Schall kommt. Der ist einfach auszulöten, kann aber auch brutal abgezwickt werden. (Bauteil im rechten Bild ausgelötet)
Optimierung durch Einbau eines elektrischen Überdruckschalters im Deckel
Das erfordert etwas handwerkliches Geschick, ist aber absolut lohnend! Weniger Mutigen empfehle ich, 1–2 Ersatzdeckel zu bestellen. Dann kann nichts schiefgehen. Im Deckel wird das Sicherheitsventil durch einen elektrischen Druckschalter ersetzt, der die Stromzufuhr zur PEM-Zelle unterbricht, wenn der am Druckschalter einstellbare Druck überschritten wird. Der Arbeitsdruck der Flasche ist dann einstellbar zwischen 1 und 10 bar, wobei ich 4 bar gewählt habe.
Das Geniale an der Lösung ist, dass der Innendruck beim Abschalten erhalten bleibt und nicht wie bei einem Luft-Überdruckventil rapide abfällt. Auch hält der Akku viel länger, weil das Gerät ohne H₂‑Gas-Erzeugung fast keinen Strom mehr verbraucht. Die H2-Erzeugung schaltet sich auch von selbst wieder ein, wenn sich erneut etwas Gas von der Wasseroberfläche gelöst hat und dadurch der Druck etwas abgesunken ist. Dadurch ist es möglich, die maximale Laufzeit der Flasche zu wählen (hier bei dem Nano-Booster 2.0 sind das 40 min!) und es wird dennoch nur ein Minimum an Strom verbraucht, um ein Maximum an H₂‑Gehalt im Wasser zu erreichen! Auch bleibt der H₂‑Gehalt im Wasser so über lange Zeit erhalten, bis zum Öffnen der Flasche erhalten. Es muss also nicht möglichst direkt nach dem Abschalt-Pieps der Flasche getrunken werden. Zudem arbeitet die Flasche dann auch sicher und optimal, wenn fast keine Luft vor dem Boosten eingeschlossen ist. Mir ist unverständlich, warum so teure Geräte immer noch keine echte Druckregelung eingebaut haben.
Hier beschreibe ich den Umbau (Materialkosten 30-40 EUR).
Adapter für die Verwendung von Mehrwegflaschen aus Glas oder PET
(mit elektrischem Druckschalter und Manometer)
Mit einem mitgelieferten Adapter ist es möglich, auch beliebige Getränkeflaschen zu nutzen. Diese Flaschen können dann mit H₂‑Wasser geladen auf den Tisch gestellt werden. Damit entfällt aber der Notausgang bei zu viel Druck in der Flasche, das Ventil im Deckel. In einen selbstgebauten Adapter lässt sich so ein Sicherheitsventil wieder einbauen, oder noch viel besser eine elektrische Abschaltung bei gewünschtem Maximaldruck realisieren, so wie bei dem elektrischen Überdruckschalter im Deckel
Links: Grund-Adapter mit Manometer und elektrischem Schalter, mit 0,5‑Liter-PET-Mehrwegflasche (auch für die Glaszylinder der Booster von AquaLiving oder Age2Go geeignet)
Mitte: Mit einem zusätzlich aufgeschraubten Adapter für die schönen Glaskaraffen von Soda-Stream.
Rechts: elektrischer Schalt-Adapter von oben
Hier beschreibe ich den Bau des Adapters und seine vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten.
