DE10111749C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von elementarem Sauerstoff - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeu­ gung von elementarem Sauerstoff sowie deren Verwendung in unterschiedlichen Gebieten.

Elementarer bzw. nahezu reiner Sauerstoff wird oftmals dann benötigt, wenn ei­ nem Benutzer bzw. einem Patienten aus medizinischen oder sonstigen Gründen anstatt des herkömmlichen in der Umgebungsluft vorkommenden Sauerstoffs ent­ sprechend reiner Sauerstoff zugeführt werden soll.

Aus dem Stand der Technik sind hierzu im wesentlichen drei mögliche Vorrich­ tungen bzw. Verfahren bekannt.

So kommen beispielsweise sogenannte Sauerstoff oder O₂-Konzentratoren zum Einsatz. In diesen werden zwei Molekularsiebe wechselweise angesteuert, indem Luft über einen Luftfilter angesaugt, mit einem Kompressor verdichtet und über Ventile den Molekularsieben wechselweise zugeführt wird. Die Molekularsiebe sind mit Zeolithen gefüllt, die Gase absorbieren. Durch den erzeugten Druck wird das Adsorptionsverhältnis von Sauerstoff zu Stickstoff in hohem Maße zu Stick­ stoff hin verschoben, so dass das Molekularsieb nahezu reiner Sauerstoff verlässt, wovon ca. ein Drittel dem Benutzer bzw. Patienten zugeführt wird. O₂-Konzentratoren sind im allgemeinen fehlerbehaftet und anfällig. Zudem sind die Kompressoren entsprechend geräuschintensiv und die Geräte voluminös.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung nahezu reinen Sauerstoffs beruht auf der Tatsache, einen in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegenden Sauerstoff, der in entsprechenden Druckbehältnissen gelagert ist, über einen aus dem Stand der Technik an sich hinlänglich bekannten Umwandlungsprozess in einen gasförmi­ gen Aggregatszustand zu überführen und sodann einem Patienten zuzuführen. Dieser Möglichkeit wohnt der Nachteil inne, dass stets flüssiger Sauerstoff zur Verfügung stehen muss, was gerade bei einem Einsatz insbesondere außerhalb einer Klinik einen gewissen Aufwand erfordert.

Es ist des weiteren auch bekannt, den erforderlichen Sauerstoff in Druckgasfla­ schen bereitzustellen. Auch hier ist ein gewisser logistischer Aufwand nicht zu vermeiden, zudem sind die Druckflaschen, die einen Druck bis zu 200 bar aus­ halten müssen, entsprechend schwer und schwierig zu transportieren.

Allen drei oben genannten Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von ele­ mentarem Sauerstoff ist der wesentlich Nachteil gemeinsam, dass sie für einen mobilen Einsatz aufgrund ihrer spezifischen konstruktiven Ausgestaltung einer­ seits und ihrer Notwendigkeit zur Bereitstellung von Ausgangsstoffen andererseits nur bedingt oder überhaupt nicht mobil einsatzfähig sind.

Aus der DE-OS 21 26 403 ist beispielsweise ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff für Beatmungsgeräte bekannt, bei der der Sauer­ stoff auf elektrolytischem Wege in einer Elektrolysezelle gewonnen wird, und der dabei entstehende Wasserstoff nachfolgend durch Verbindung mit dem Sauerstoff der Luft in Wasser überführt und der Zelle wieder zugeführt wird. Der Sauerstoff soll der Erhöhung des Sauerstoffpartialdruckes der Inhalationsluft eines Patienten dienen. Die Vorrichtung zeichnet sich durch den Nachteil aus, dass sie sehr auf­ wendig ist, da zusätzliche Einrichtungen wie Befeuchter, Heizung, Reaktions­ kammer, Kondensationskammer usw. vorgesehen sind, die die gesamte Vorrich­ tung unhandlich für die Zwecke der mobilen Patientenbeatmung machen.

Des Weiteren ist aus der nachveröffentlichten Schrift DE 100 53 546 A1 ein elektrochemischer Sauerstoffgenerator bekannt, der die Verfahren der Elektrolyse und der Brennstoffzellenreaktion in einer PEM-Zelle verbindet, um Sauerstoff zu erzeugen. Dieses System weist jedoch den Nachteil auf, dass die Menge des so erzeugten Sauerstoffs nicht auf den Benutzer bzw. Patienten individuell abstimm­ bar ist.

Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das auf ein­ fachste Weise einem Benutzer nahezu reinen Sauerstoff zur Verfügung stellen kann. Darüber hinaus ist es die Aufgabe dieser Erfindung, eine dieses Verfahren implementierende Vorrichtung bereitzustellen, die leicht zu handhaben und ent­ sprechend geräuscharm sowie leicht ist.

Gelöst werden diese Aufgaben einerseits mit einem Verfahren jeweils gemäß dem Anspruch 1 und Anspruch 5 sowie jeweils einer Vorrichtung nach Anspruch 10 bzw. 20.

Prinzipiell stellt die vorliegende Erfindung zwei Verfahren zur Erzeugung von elementarem Sauerstoff bereit, ebenso wie jeweils diese Verfahren umsetzende Vorrichtungen.

Gemäß der Erfindung ist beiden Verfahren, die sich hinsichtlich der Sauerstoffer­ zeugung unterscheiden, gemeinsam, dass bei der Sauerstofferzeugung, der er­ zeugte Sauerstoff der Atemluft selektiv zu Anfang der Inhalationsphase des Pati­ enten beigemischt wird. Es hat sich gezeigt, dass nur ca. 8% des gesamten Volu­ menstroms während der Inhalationsphase eines Menschen in der Lunge umgesetzt und in den Blutkreislauf übertragen werden. Nur genau dieser Anteil wird daher durch ein elektronisches Steuersystem, auch als sog. Demand-System bezeichnet, in der Vorrichtung gemäß der Erfindung zu Anfang der Inhalationsphase dem Benutzer zur Verfügung gestellt.

Bei einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels der an sich bekann­ ten Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und in elementaren Sauerstoff aufgespalten, der der Atemluft dann beigemischt wird. Der dabei entstehende Wasserstoff kann dann über eine daran gekoppelte Brennstoffreaktion zusammen mit Umgebungs­ luft wieder in Wasser umgewandelt werden, wobei es erfindungswesentlich ist, dass die Elektrolyse und die Brennstoffreaktion so miteinander gekoppelt sind, dass sie einen Reaktionskreislauf ausbilden und gleichzeitig und kontinuierlich ablaufen können. Gemäß der Erfindung wird die bei der Brennstoffreaktion frei­ werdende elektrische Energie dann zur Reduktion des Energiebedarfs für die Auf­ spaltung herangezogen.

Nach einer weiteren Ausführung dieses Verfahrens wird das bei der Brennstoffre­ aktion gewonnene Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt.

Nach einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die zur Aufrechterhal­ tung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie entweder durch die mit der Elektrolyse gekoppelte Brennstoffreaktion selbst oder durch eine von die­ ser getrennt ablaufenden zweiten Brennstoffreaktion erzeugt, wobei beiden Brennstoffreaktionen dann zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird, der nicht von der Elektrolyse stammt, oder aber von einer separaten Energiequelle geliefert.

Der hierzu notwendige zusätzliche Wasserstoff kann direkt aus einem Speicher, insbesondere einem Metallhybridspeicher oder Druckspeicher, bereitgestellt wer­ den, wobei der Wasserstoff gemäß einer Ausführung der Erfindung mittels eines Brennstoffreformprozesses eines Brennstoffes, beispielsweise Natriumborhydrid, gewonnen wird.

In einer vorteilhaften Ausführung dieses Verfahrens kann der Brennstoff bei­ spielsweise Methanol sein.

Gemäß der Erfindung lässt sich elementarer Sauerstoff in einem zweiten Verfah­ ren auch dadurch erzeugen, dass der Elektrolyseprozess und die Brennstoffreakti­ on miteinander so verwoben werden, dass der Zwischenschritt der Überführung des bei der Elektrolyse erzeugten Wasserstoffs in die Brennstoffreaktion entfällt. Hierzu wird gemäß der Erfindung Wasser katalytisch an einer Anodenseite einer Zelle in Wasserstoffionen und Sauerstoffionen aufgespalten, wobei sich die Was­ serstoffionen durch eine Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) auf eine Kathoden­ seite dieser Zelle bewegen, in der diese katalytisch mit Umgebungsluft wieder zu Wasser umgewandelt werden. An der Anodenseite reagieren die Sauerstoffionen unter Abgabe von Elektronen zu elementaren Sauerstoff, der dann der Atemluft beigemischt wird.

Gemäß der Erfindung kann auch bei diesem zweiten Verfahren das auf der Ka­ thodenseite gewonnene Wasser der Aufspaltung an der Anodenseite wieder zuge­ führt.

Auch bei dieser erfindungsgemäßen Verfahrensvariante lässt sich die zur Auf­ rechterhaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie durch eine zusätzliche, getrennt zu dem Verfahren ablaufende Brennstoffreaktion bereit­ stellen, indem zusätzlicher Wasserstoff, der gegebenenfalls aus einem Brennstoff reformierbar ist, dieser zugeführt wird.

Zur Durchführung des erstgenannten Verfahrens wird gemäß der Erfindung ein Elektrolyseur mit einer Brennstoffzelle elektrisch und zur Übertragung von Flui­ den verbunden.

Hierbei ist es gemäß der Erfindung vorteilhaft, wenn der Elektrolyseur und/oder die Brennstoffzelle als sog. PEM-Zelle ausgebildet sind. Bei dieser wird als Elekt­ rolyt eine Kunststoffmembran verwendet, die den Ionentransport durchführt und dabei nur Protonen leitet. Der Vorteil von Polymermembranen gegenüber Kali­ lauge als Elektrolyt ist neben einer Systemvereinfachung vor allem eine damit erreichbare höhere Leistungsdichte. Darüber hinaus ist eine PEM-Zelle im Ver­ gleich zu einer alkalischen Einheit unempfindlich gegenüber Verunreinigungen durch Kohlendioxid, wodurch auf die Verwendung sehr reiner Reaktionsgase ver­ zichtet werden kann und damit auch ein Brennstoffzellenbetrieb mit Luft möglich ist.

Bei dem PEM-Elektrolyseur wird auf der Anodenseite Wasser bei angelegter äu­ ßerer Spannung elektrolytisch direkt in gasförmigen elementaren Sauerstoff, Elektronen und H⁺-Ionen nach der Gleichung 2H₂O → 4e^- + 4H⁺ + O₂ aufgespal­ tet. Die H⁺-Ionen (Protonen) wandern durch eine protonenleitende PEM-Membran zur Kathode und bilden dort mit den über einen äußeren Leiterkreis fließenden Elektronen Wasserstoffgas nach der Gleichung 4H⁺ + 4e^- → 2H₂, wobei sich die Gesamtreaktion ergibt zu 2H₂O → 2H₂ + O₂. Der reine Sauerstoff O₂ wird dann abgeführt, um der Atemluft eines Patienten beigemischt zu werden, während der Wasserstoff an eine PEM-Brennstoffzelle weitergeleitet wird.

Die Funktionsweise dieser Brennstoffzelle entspricht quasi dem umgekehrten Prinzip der entsprechenden Elektrolysezelle. Das an die Anode dieser Zelle ge­ führte Wasserstoffgas wird oxidiert, wobei es durch die katalytische Wirkung der Elektrode in Protonen und Elektronen zerfällt (2H₂ → 4H⁺ + 4e^-). Die H⁺-Ionen gelangen wiederum durch eine protonenleitende PEM-Membran auf die Katho­ denseite. Die Elektronen wandern bei geschlossenem äußeren Stromkreis zur Ka­ thode und verrichten auf diesem Wege elektrische Arbeit. Der an die Kathode geführte, in der Umgebungsluft enthaltene (nicht reine) Sauerstoff wird sodann reduziert, wobei zusammen mit den Protonen Wasser gebildet wird (4e^- + 4H⁺ + O₂ → 2H₂O), so dass sich die Gesamtreaktion zu 2H₂ + O₂ → 2H₂O ergibt.

Wie vorhergehend bereits erwähnt, wird das dabei gewonnene Wasser wieder dem Aufspaltungsprozess an der Anodenseite des PEM-Elektrolyseurs zugeführt.

Das zweitgenannte Verfahren lässt sich gemäß der Erfindung mit einer Vorrich­ tung durchführen, die den Elektrolyseur und die Brennstoffzelle in einer Zelle, vorzugsweise als PEM-Zelle, vereint. Hierbei wird gemäß der Erfindung der Schritt zur Erzeugung des gasförmigen Wasserstoffs aus der Elektrolyse und des­ sen Weiterleitung als Ausgangsprodukt für eine Brennstoffreaktion ausgelassen, wobei nur eine Polymermembran als Elektrolyt zum Einsatz kommt. Auf der Anodenseite wird zugeführtes Wasser katalytisch in Sauerstoffionen und Was­ serstoffionen aufgespalten (H₂O → O^2- + 2H⁺). Die Wasserionen (Protonen) wer­ den durch die Polymermembran zur Kathodenseite der Zelle geleitet und reagie­ ren dort katalytisch mit aus der Umgebungsluft zugeleiteten Sauerstoff zu Wasser nach 4H⁺ + O₂ + 4c^- → 2H₂O. Das so entstandene Wasser kann wiederum zurück­ geleitet und der Anodenseite dieser Zelle zugeführt werden.

An der Anodenseite bilden die Sauerstoffionen unter Abgabe von Elektronen dann den elementaren Sauerstoff nach 2O^2- → O₂ + 4e^- aus. Der gasförmige elementare Sauerstoff kann dann aus dieser Zelle abgeführt werden und der Atemluft eines Benutzers entsprechend beigemischt werden.

In beiden Varianten des Verfahrens bzw. der Vorrichtung gemäß der Erfindung entsteht auf der Anodenseite der gasförmige reine Sauerstoff in Bläschenform in dem zugeleiteten Wasser, wobei dieses dann abgeleitet und in einer Ausführungs­ form der Erfindung einem Wasserabscheider zugeführt wird, in dem sich die Blä­ schen des reinen Sauerstoffs von dem Wasser trennen und dann dieser entspre­ chend abgeführt werden kann.

Als Lieferanten für die elektrische Energie zur Durchführung der einzelnen Reak­ tionen kann erfindungsgemäß entweder eine direkter Stromnetzanschluss oder ein austauschbarer Akku dienen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als Stromliefe­ rant eine weitere Brennstoffzelle, vorzugsweise eine Direkt-Methanol- Brennstoffzelle, wobei das Methanol gegebenenfalls über ein Kartuschensystem bereitgestellt wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Sauerstoff in einem Speicher gesammelt, aus dem er dann mittels der elektronischen, mikroprozes­ sorgesteuerten Steuereinheit selektiv entnommen werden kann und dem Benutzer zugeführt wird.

Es wird deutlich, dass durch die Verwendung eines Elektrolyseurs und einer Brennstoffzelle, entweder getrennt voneinander oder in einer einzigen Zelle kom­ biniert, vorzugsweise in ihrer Ausführung als PEM-Zelle, eine leichte und kom­ pakte Einheit gebildet wird, die aufgrund der darin ablaufenden Reaktionen auch äußerst geräuscharm ist. Darüber hinaus ermöglicht die elektronisch gesteuerte selektive Abnahme des erzeugten Sauerstoffs eine weitergehende Verkleinerung der Einheit, da nicht das gesamte Inhalationsvolumen, sondern lediglich ein be­ stimmter Bruchteil, an elementarem Sauerstoff erzeugt werden muss. Die Ver­ wendung von herkömmlichem Wasser als Sauerstofflieferant vereinfacht auch den Einsatz dieser Vorrichtung, so dass diese unproblematisch zu Hause einsetzbar ist und in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung auch als mobile Einheit ausges­ taltet sein kann.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Vorrichtungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Im folgenden soll die Funktionsweise des der Erfindung zugrundeliegenden Prin­ zips anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt die einzige

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Verfahren bzw. der Vor­ richtung der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Prinzips zur Erzeu­ gung von elementarem Sauerstoff mit einer Erzeugereinheit 1. Die Erzeugerein­ heit 1 besteht je nach Ausführungsform entweder aus einem Elektrolyseur, der mit einer Brennstoffzelle gekoppelt ist, oder aus einer einzigen PEM-Zelle, die die Funktionen eines Elektrolyseurs und einer Brennstoffzelle vereint. Der prinzi­ pielle Aufbau solcher Zellen ist allgemein bekannt.

Die Erzeugereinheit 1 wird aus einem Wasserspeicher 2 mit Wasser als Aus­ gangsstoff gespeist. In der Erzeugereinheit 1 laufen dann die entsprechenden Re­ aktionen der Elektrolyse und der Brennstoffreaktion ab.

Der dabei entstehende reine Sauerstoff entsteht in Bläschenform in dem an der Anodenseite der Erzeugereinheit 1 vorhandenen Wasser. Dieses wird gemeinsam mit dem elementaren Sauerstoff abgeführt und einem Wasserabscheider 3 zuge­ leitet, in dem sich der reine Sauerstoff von dem Wasser trennt, so dass der Was­ serabscheider 3 einerseits als ein Sauerstoffspeicher 4 und andererseits als der Wasserspeicher 2 dient.

An der Kathodenseite der Erzeugereinheit 1 wird Umgebungsluft über eine Lei­ tung 5 zugeführt, um die Rückumwandlung in Wasser zu ermöglichen. Das dabei entstehende Wasser wird, ebenso wie der dabei anfallende Stickstoff über eine gemeinsame Leitung 6 gegebenenfalls über einen Wasserabscheider 7 abgeführt.

Das Wasser wird, nachdem es in einem Wasserspeicher 8 gesammelt wurde, über eine rückführende Leitung 9 der zuführenden Wasserleitung 10 von dem Wasser­ speicher 2 wieder beigemischt, so dass sich ein geschlossener Kreislauf bildet.

Über eine Versorgungsleitung 11 wird der Atemluft des Patienten der reine Sauer­ stoff aus dem Sauerstoffspeicher 4 zugeführt.

Ein elektronisches Steuersystem 12, auch Demand-System genannt, das von einer CPU 13 kontrolliert wird, regelt über ein Ventil 14 die selektive Entnahme des reinen Sauerstoffs.

Die CPU 13 steuert wiederum über ein Ventil 15 die Zuführung von Wasser aus einem Wassernachfüllsystem 16.

Die CPU 13 bzw. das Demand-System 12 können dabei mit Sensoren in Verbin­ dung stehen, die den jeweiligen Bedarf an reinem Sauerstoff in Abhängigkeit der Inhalation des Benutzers ermitteln.

Von einer nicht dargestellten Energiequelle, die als Akku, Stromnetzanschluss oder als weitere Brennstoffzelle ausgebildet sein kann, wird das gesamte System mit dem zur Durchführung der Steuerung und zur Durchführung der Aufspal­ tungs- und Umwandlungsprozesse notwendigen elektrischen Energie versorgt, wobei ein Stromwandler 17 zum Einsatz kommt.

Claims (31)

1. Verfahren zur Erhöhung der Konzentration von elementaren Sauerstoff in der Atemluft, bei welchem Wasser mittels elektrischer Energie in Wasserstoff und in elementaren Sauerstoff aufgespalten (Elektrolyse), der elementare Sau­ erstoff der Atemluft beigemischt und der Wasserstoff mit Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt (Brennstoffreaktion) wird, wobei die Auf­ spaltung des Wassers in Wasserstoff und in elementaren Sauerstoff und die Umwandlung des Wasserstoffs mit Umgebungsluft in Wasser unter Ausbil­ dung eines Reaktionskreislaufes gleichzeitig und kontinuierlich ablaufen und miteinander gekoppelt sind, indem die bei der Umwandlung gewonnene elektrische Energie zur Reduktion des Energiebedarfs für die Aufspaltung ge­ nutzt wird,
bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktions­ kreislaufes notwendige elektrische Energie durch eine weitere, dazu getrennt ablaufende Brennstoffreaktion erzeugt wird, welcher zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird,
und wobei der so erzeugte Sauerstoff selektiv der Atemluft zu Anfang der Inhalationsphase beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das bei der Umwandlung gewonne­ ne Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie ei­ ner Energiequelle entnommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der zusätzliche Wasserstoff aus Methanol gewonnen wird.

5. Verfahren zur Erhöhung der Konzentration von elementarem Sauerstoff in der Atemluft, bei welchem Wasser mittels elektrischer Energie katalytisch in Wasserstoffionen und Sauerstoffionen aufgespalten wird, wobei sich die Sau­ erstoffionen unter Abgabe von Elektronen zu elementaren Sauerstoff verbin­ den, der der Atemluft beigemischt wird, und die Wasserstoffionen katalytisch mit den Elektronen und Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt wer­ den, wobei die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoffionen und Sauerstoff­ ionen, deren Verbindung zu elementarem Sauerstoff und die Umwandlung der Wasserstoffionen mit Umgebungsluft zu Wasser unter Ausbildung eines Re­ aktionskreislaufes gleichzeitig und kontinuierlich ablaufen, und wobei der so erzeugte Sauerstoff selektiv der Atemluft zu Anfang der Inhalationsphase beigemischt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das gewonnene Wasser der Auf­ spaltung wieder zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie ei­ ner Energiequelle entnommen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie durch eine getrennt ablaufende Brennstoffreaktion erzeugt wird, der zusätz­ lich Wasserstoff zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der zusätzliche Wasserstoff aus Methanol gewonnen wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Erhöhung der Konzentration von elementarem Sauerstoff in der Atemluft, aus einem Elektrolyseur zur Aufspaltung von Wasser in Wasser­ stoff und elementaren Sauerstoff, aus einer Brennstoffzelle zur Umwandlung des Wasserstoffs mit Umgebungsluft in Wasser, wobei der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle elektrisch und zur Übertragung von Fluiden in Verbin­ dung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Aufrechterhaltung des Reaktionskreislaufes eine zusätzliche elektrische Energiequelle vorgesehen ist, die als eine weitere Brennstoffzelle ausgebildet ist, und
dass ein elektronisches Steuersystem (12, 13) vorgesehen ist, das den erzeug­ ten Sauerstoff selektiv der Atemluft zu Anfang der Inhalationsphase bei­ mischt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroly­ seur und/oder die Brennstoffzelle(n) als PEM(Polymer Elektrolyt Membran)- Zelle (1) ausgebildet ist/sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff­ zelle mit einem wiederbefüllbaren oder austauschbaren Wasserstoffspeicher (2), insbesondere einem Metallhybridspeicher oder Druckspeicher, in Verbin­ dung steht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser­ stoffspeicher (2) mit einem Brennstoff-Reformer in Verbindung steht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Brennstoffzelle als eine Direkt-Methanol-Brennstoffzelle ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Ein­ weg- oder Mehrwegkartuschensystem für das Methanol aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Brennstoffzelle mit dem wiederbefüllbaren oder austauschbaren Wasser­ stoffspeicher in Verbindung steht.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektrolyseur und einer Leitung (11) für den Sauerstoff ein integrierter oder abnehmbarer Sauerstoffspeicher (4), insbesondere Druckspeicher, vorgesehen ist, in welchem der in dem Elektrolyseur konti­ nuierlich erzeugte Sauerstoff gesammelt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauer­ stoffspeicher (4) mit dem elektronischen Steuersystem (12, 13) gekoppelt ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass diese als stationäre oder mobile Einheit ausgebildet ist.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 9, zur Erhöhung der Konzentration von elementarem Sauerstoff in der Atemluft, aus einem Elektrolyseur zur Aufspaltung von Wasser in Wasser­ stoff und elementaren Sauerstoff, und aus einer Brennstoffzelle zur Um­ wandlung des Wasserstoffs mit Umgebungsluft in Wasser, wobei der Elek­ trolyseur und die Brennstoffzelle in einer Zelle, insbesondere als PEM-Zelle, vereint sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches Steuersystem (12, 13) vorgesehen ist, das den erzeugten Sauerstoff selektiv der Atemluft zu Anfang der Inhalationsphase beimischt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrecht­ erhaltung des Reaktionskreislaufes eine zusätzliche elektrische Energiequelle vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche elektrische Energiequelle als ein Akku und/oder als ein Stromnetzanschluss ausgebildet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Energiequelle als eine weitere Brennstoffzelle ausgebildet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff­ zelle als eine Direkt-Methanol-Brennstoffzelle ausgebildet ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Ein­ weg- oder Mehrwegkartuschensystem für das Methanol aufweist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff­ zelle mit einem wiederbefüllbaren oder austauschbaren Wasserstoffspeicher (2), insbesondere einem Metallhybridspeicher oder Druckspeicher, in Verbin­ dung steht.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser­ stoffspeicher (2) mit einem Brennstoff-Reformer in Verbindung steht.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass für den Sauerstoff ein integrierter oder abnehmbarer Sauerstoffspeicher (4), insbesondere Druckspeicher, vorgesehen ist, in welchem der erzeugte Sauerstoff gesammelt wird.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauer­ stoffspeicher (4) mit dem elektronischen Steuersystem (12, 13) gekoppelt ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass diese als stationäre oder mobile Einheit ausgebildet ist.

31. Verwendung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 und einer Vor­ richtung nach den Ansprüchen 10 bis 30 zur unterstützenden Versorgung von Patienten mit pathologischen Lungenschäden oder zur Unterstützung der künstlichen Beatmung von Intensivpatienten oder zur Trainingsunterstützung von Sportlern oder zur Unterstützung einer Sauerstofftherapie.