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Umfang der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Kombination eines Flüssigkeitsspenders und einer
elektrochemischen Zelle und insbesondere einen Flüssigkeitsspender, welcher
durch Elektrizität
elektrisch betrieben wird, die in einer elektrochemischen Zelle
durch elektrolytische Umwandlung des zu spendenden bzw. des abzugebenden
Brennstoffes erzeugt wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Flüssigkeitsspender
sind bekannt, die Flüssigkeiten
spenden bzw. abgeben, unter Verwendung einer Spendervorrichtung,
die Elektrizität
einsetzt, um die Flüssigkeit
abzugeben, zum Beispiel durch den Betrieb einer elektrischen Pumpe,
um die Flüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter
zu pumpen, durch Steuerung und/oder Messen der abgegebenen Flüssigkeit
und durch Verwendung von Sensoren, um zum Beispiel die Nähe der Hand
eines Benutzers an einem Reinigungsflüssigkeitsspender zu spüren. Ein Beispiel
eines elektrisch betriebenen Flüssigkeitsspenders
mit Kontrollstromkreisen und Annäherungssensoren
ist in dem U.S. Patent 5,836,482 der Anmelder offenbart, welche
insbesondere einen flexiblen Wegwerfkunststoffbehälter zeigt,
welche eine flüssige
Handseife enthält
und zwei herkömmliche Batterien
trägt,
welche, wenn der Beutel mit einem Spender verbunden wird, die Energie
bereitstellen, um mittels einer elektrischen Pumpe die Seife aus dem
Beutel abzugeben. Elektrische Annäherungssensoren können den
Betrieb der Pumpe steuern.
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Bekannte
Flüssigkeitsspender,
welche batteriebetrieben sind, weisen den Nachteil auf, dass separate
Batterien bereitgestellt müssen.
Herkömmliche
Batterien müssen
periodisch ersetzt werden und sind schwierig zu recyceln. Flüssigkeitsbehälter zum Wegwerfen
sind bekannt, die aus wiederverwendbaren Kunststoffmaterialien bestehen,
da die bekannten Batterien jedoch nicht aus einfach zurückzugewinnenden
Materialien bestehen, müssen
sie separat aus den Vorratsbehältern
zurückgewonnen
werden.
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Brennstoffzellen
zur Erzeugung elektrischer Energie durch Umwandlung von Alkoholverbindungen,
wie Ethanol, sind bekannt, wie auch Verfahren zur Herstellung solcher
Brennstoffzellen in Massenproduktionen, wie auf Kunststofffilmen.
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Direct
Alcohol Fuel Cells (DAFC) werden in dem U.S. Patent 5,132,193 von
Ready, ausgestellt am 21. Juli 1992 gelehrt, welches die Erzeugung
von Elektrizität
in einer kleinen kompakten mit Alkoholbrennstoff versetzten Brennstoffzelle-Energieanlage lehrt,
wobei die Vergiftung durch die Reaktionszwischenprodukte vermieden
oder minimiert wird. Als Alkoholbrennstoffe sind niedrige primäre Alkohole
bevorzugt, insbesondere Methanol und Ethanol, wobei andere niedrige
primäre
Alkohole, wie 1-Propanol, 1-Butanol und n-Amylalkohol, auch geeignet sind.
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Miniaturbrennstoffzellen,
die mit Ethanol betrieben werden und geeignet sind, Elektroniken
zu betreiben, sind in dem U.S. Patent 5,364,711 von Wamada, ausgestellt
am 15. November 1994 und in dem U.S. Patent 5,432,023 von Wamada,
ausgestellt am 11. Juli 1995, offenbart. Diese Patente lehren die Vorteile
der Verwendung von Miniaturbrennstoffzellen und eine Anzahl von
Verfahren zur Herstellung von Brennstoffzellen. Das U.S. Patent
5,759,712 von Hockaday beschreibt das Verpacken einer Brennstoffzelle
auf einem allgemeinen Hybridsystem, welches eine Brennstoffzelle
und andere Energiequellen umfassen kann, wie eine Batterie.
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Miniaturflüssigkeitsbrennstoffzellen
sind bekannt, wie in dem U.S. Patent 6,326,097 von Hockeday diskutiert,
welches am 4. Dezember 2001 ausgestellt wurde. Hockeday ist auf
das Verkuppeln solcher Brennstoffzellen mit tragbaren elektrischen
Einrichtungen gerichtet, wie Mobiltelefonen. Hockaday lehrt Mikrobrennstoffzellenfelder,
welche auf einem Kunststofffilm in einem Spulenverfahren massenproduziert werden
kann.
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Elektrochemische
Zellen sind bekannt, die relativ billig sind. Geschlossene elektrochemische Elektrozellen
zeigen einen Nachteil, dass typischerweise Gase, welche an einer
der Elek-troden erzeugt werden können,
die Lebensdauer der Zelle reduzieren und/oder eine übermäßige Sammlung
der Gase ist nicht bereitgestellt und dies führt dazu, dass die Zelte unbrauchbar
wird. Offenzellige elektrochemische Batterien und Brennstoffzellen
sind bekannt, zeigen jedoch einen Nachteil, dass sie Brennstoff verbrauchen
und der Brennstoff ersetzt werden muss.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Um
wenigstens teilweise die Nachteile der bisher bekannten Einrichtungen
zu überwinden,
stellt die vorliegende Erfindung in Kombination einen Flüssigkeitsspender,
welcher Elektrizität
einsetzt, um eine Flüssigkeit
aus einem Vorratsbehälter
abzugeben, und eine elektrochemische Zelle zur Erzeugung der elektrischen
Leistung zur Verfügung,
wobei die elektrische Energie aus einer chemischen Umwandlung der
abzugebenden Flüssigkeit
erhalten wird. Die Flüssigkeit
soll abgegeben werden, um zu einem anderen Zweck verwendet zu werden,
als die elektrische Energie zum Abgeben bereitzustellen. Daher wird
die Flüssigkeit
zum Beispiel nach dem Abgeben als eine Reinigungs- oder eine Desinfektionslösung verwendet.
Die Flüssigkeit
enthält
geeignete Verbindungen, wie Alkoholverbindungen, welche chemisch in
elektrochemische Zellen umgewandelt werden können, um einen Stromfluss zwischen
den Elektroden zu erzeugen.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsspender
in Kombination mit einer elektrischen Zelle bereitzustellen, welche einen
Bestandteil der Flüssigkeit
chemisch umwandelt, um einen elektrischen Strom zur Abgabe der Flüssigkeit
zu erzeugen.
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Es
ist ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsspender
mit einem eine Flüssigkeit
enthaltenden Wegwerfbehälter
bereitzustellen, enthaltend eine Flüssigkeit, welche chemisch umgewandelt
werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen, um eine Einrichtung
anzutreiben, welche mit dem Spendermechanismus verbunden ist, und
wobei die Flüssigkeit
in dem flüssigkeitshaltigen
Vorratsbehälter
ausreichend Energie bereitstellt, um im Wesentlichen die ganze Flüssigkeit
aus dem Reservoir abzugeben.
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Ein
weiterer Gegenstand ist es, eine Flüssigkeit zum Abgeben aus einem
Vorratsbehälter
bereitzustellen, welche elektrisch umgewandelt werden kann, um in
einer elektrochemischen Zelle Elektrizität zu erzeugen, vorzugsweise
als ein Brennstoff in einer Brennstoffzelle, wobei die Flüssigkeit
nachdem sie wenigstens teilweise chemisch umgewandelt wurde, weiterhin
den Nutzen nach der Umwandlung und Abgabe zum Beispiel als ein Desinfektionsmittel
oder Reinigungsmittel hat.
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Ein
weiterer Gegenstand ist es, einen Flüssigkeitsspender in Verbindung
mit einer Brennstoffzelle bereitzustellen, um unter Verwendung der
abzugebenden Flüssigkeit
als Brennstoff Elektrizität
zu erzeugen.
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Demzufolge
stellt die vorliegende Erfindung in einem Gegenstand einen Flüssigkeitsspender
und eine elektrochemische Zelle zur Verfügung, wobei der Flüssigkeitsspender
umfasst:
einen Vorratsbehälter,
welcher eine Flüssigkeit
enthält,
die gespendet bzw. abgegeben werden soll und einen Spendermechanismus,
der einen elektrischen Strom benötigt,
um die Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
zu spenden bzw. abzugeben,
eine Brennstoffzelle umfassend einen
Elektrolyten und zwei Elektroden, und zwar eine Anode und eine Kathode,
wobei die Anode und die Kathode voneinander über den Elektrolyt zwischen
der Anode und der Kathode getrennt sind,
Brennstoff für die Zelle,
umfassend die Flüssigkeit aus
dem Vorratsbehälter
in Verbindung mit einer ersten der Elektroden,
die Anode und
Kathode, die elektrisch über
den Spendermechanismus gekoppelt sind, um durch chemische Umwandlung
der Flüssigkeit
an der ersten der Elektroden einen Stromfluss durch den Spendermechanismus
bereitzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt in Kombination einen Flüssigkeitsspender
und eine elektrochemische Zelle zur Verfügung, um durch chemische Umwandlung
der abzugebenden Flüssigkeit
elektrische Energie zu erzeugen. Die erzeugte elektrische Energie
wird vorzugsweise eingesetzt, um eine Einrichtung zu betreiben,
welche mit dem Abgeben der Flüssigkeit
assoziiert ist, zum Beispiel dem Betrieb einer elektrischen Pumpe,
um Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
zu pumpen. Die Flüssigkeit
wird vorzugsweise abgegeben, um nach dem Abgeben für einen
anderen Einsatz verwendet zu werden, als als Quelle der elektrochemischen
Energie zur Abgabe der Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter.
Zum Beispiel sind bevorzugte Flüssigkeiten,
welche Alkoholverbindungen enthalten, zur Verwendung in Reinigungs-
und Desinfektionsanwendungen geeignet.
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Die
elektrochemische Zelle weist vorzugsweise ein Elektrolyten und zwei
Elektroden auf, welche voneinander durch den Elektrolyten zwischen diesen
getrennt sind. Ein Strom fließt
zwischen den Elektroden als ein Ergebnis der chemischen Umwandlung
der Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter. Solch
ein Flüssigkeitsfluss
wird direkt oder indirekt ein gesetzt, um eine elektrische Last zu
betreiben, die mit dem Erzielen des Gegenstandes des Abgebens der
Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
assoziiert ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Elektroden elektrisch über
den Spendermechanismus gekoppelt, um einen Stromfluss direkt zu
dem Spendermechanismus bereitzustellen, durch die chemischen Umwandlung
der Flüssigkeit
an einer der Elektroden.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann eine separate aufladbare elektrische Speichereinrichtung, wie
eine Batterie, als ein Teil des Spendermechanismus bereitgestellt
werden, und elektrische Energie von der chemischen Umwandlung der
Flüssigkeit kann
eingesetzt werden, um die Speichereinrichtung zu laden, wobei die
Speichereinrichtung verwendet werden kann, um den Rest des Spendermechanismus
anzutreiben.
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Der
Spendermechanismus kann vorzugsweise eine elektrische Pumpe umfassen,
vorzugsweise eine elektrische Gleichstrompumpe, welche mit niedriger
Stromspannung und/oder Leistungsbedingungen betrieben werden kann,
um die Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
abzugeben. Der Spendermechanismus kann einen Steuermechanismus umfassen,
mit einem Kreislauf zum Steuern, Beobachten, Terminieren und/oder
zum Abgeben, Dosieren und/oder Betrieb der Pumpe umfassen. Zum Beispiel
können
Sensoren, welche eine Hand eines Benutzers in einer berührungsfreien
Handseifenspendervorrichtung wahrnehmen, den Spendermechanismus
umfassen. Alternativ kann die von der Flüssigkeit erzeugte Energie ein
Maß des
Zeitraumes sein, über
welchen die Flüssigkeit
in dem Vorratsbehälter gewesen
ist, um die Lagerdauer anzugeben, oder als einen Hinweis auf die
abgegebene Menge der Flüssigkeit.
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Die
elektrochemische Zelle kann eine Brennstoffzelle oder eine offene
Batterie umfassen. Wenn die Zelle eine Brennstoffzelle ist, umfasst
die Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
Brennstoff für
die Brennstoffzelle, wobei sich die Flüssigkeit in Verbindung mit
einer ersten Elektrode befindet, bezeichnet als Brennstoffelektrode.
Die andere zweite Elektrode, welche als Nichtbrennstoffelektrode
bezeichnet wird, befindet sich vorzugsweise in Verbindung mit der
Außenluft,
welche inherent Sauerstoff enthält.
Die Brennstoffzelle stellt einen Stromfluss zwischen den Elektroden,
vorzugsweise durch chemische Umwandlung der Flüssigkeit an der Brennstoffelektrode und
den Verbrauch von Sauerstoff an der Nichtbrennstoffelektrode zur
Verfügung,
um Wasser als eine Nichtbrennstoffelektrode zu bilden. Bevorzugte
Flüssigkeiten
für die
Brennstoffzelle umfassen solche, die Alkoholverbindungen enthalten,
besonders bevorzugt Ethanol. Solche Flüssigkeiten, die zur Verwendung
als ein Brennstoff in einer Brennstoffzelle geeignet sind, und gleichzeitig
für andere
Zwecke geeignet sind, sind Reiniger und Desinfektionsmittel, wie
für hygienische
und medizinische Verwendungen, Getränke, Fensterreinigungsmittel,
Enteisen und dergleichen.
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Die
Brennstoffelektrode kann sich in Verbindung mit der Flüssigkeit
befinden, bevor oder nachdem die Flüssigkeit durch eine abgebende
Pumpe geleitet wird. Wenn sich die Brennstoffelektrode in Verbindung
mit der Flüssigkeit
befindet, bevor die Flüssigkeit
durch eine Pumpe geführt
wird, wie wenn sie an dem Boden eines Vorratsbehälters oder unterhalb eines
Vorratsbehälters
angeordnet ist, kann die Brennstoffelektrode mit der Flüssigkeit
die ganze Zeit im Eingriff stehen, über welche der Vorratsbehälter wenigstens
etwas Flüssigkeit
enthält.
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In
einer Brennstoffzelle befindet sich die Brennstoffelektrode vorzugsweise
in Verbindung mit dem Vorratsbehälter
und der Elektrolyt zwischen der Brennstoffelektrode und der Nicht-Brennstoffelektrode
stellt vorzugsweise eine Barriere zwischen der Flüssigkeit
in dem Reservoir und der Atmosphäre
zur Verfügung,
welche dadurch eine Bewegung der Flüssigkeitsbestandteile verhindert,
und ist vorzugsweise für
die Verbindungen, welche die Flüssigkeit
enthalten undurchdringbar. Vorzugsweise enthält der Vorratsbehälter die
Flüssigkeit
und die Brennstoffelektrode in einem abgedichteten Behälter, jedoch
einen Auslass, über
welchen die Flüssigkeit
abgegeben werden kann, und noch bevorzugter, wobei der abgedichtete
Behälter
mit einem zusammenlegbaren Behälter
oder Beutel bereitgestellt ist. Ein abgedichteter Vorratsbehälter ist
besonders bevorzugt, wenn die Flüssigkeit
Verbindungen enthält,
welche flüchtig sind
und unter normalen Temperaturen verdampfen würden.
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Wenn
die Zelle nicht den Verbrauch von Sauerstoff oder anderer Materie
an der Nicht-Brennstoffelektrode
erfordert und daher wie eine Batterie betrieben wird, können gleichzeitig
mit der Umwandlung der Flüssigkeit
an der Brennstoffelektrode, Gase an der Nicht-Brennstoffelektrode
erzeugt werden. Diese Gase können
in dem gleichen zusammenlegbaren und ausdehnbaren abgedichteten
Vorratsbehälter enthalten
sein, welcher die Flüssigkeit
enthält.
Gasdruck wird in dem ausdehnbaren abgedichteten Vorratsbehälter erzeugt,
welcher die Flüssigkeit
enthält, und
welcher das Ausstoßen
der Flüssigkeit
aus dem Reservoir unterstützen
kann. Die Gase können
alternativ innerhalb eines aus dehnbaren Vorratsbehälters enthalten
sein, welcher eine getrennte ausdehnbare Kammer innerhalb eines
zusammenlegbaren und ausdehnbaren abgedichteten Vorratsbehälters für die Flüssigkeit
aufweisen kann.
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In
einer anderen einfachen Anordnung können zwei Elektroden innerhalb
der Flüssigkeit
bereitgestellt werden, und von der Flüssigkeit getrennt werden, wobei
die Flüssigkeit
sowohl als Brennstoff wie auch als Elektrolyt dient.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Gegenstände
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung deutlich, zusammen mit den begleitenden Zeichnungen,
wobei:
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1 eine
schematische Ansicht einer Spendervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 ein
schematisches Diagramm eines verbesserten Steuerkreislaufs zur Verwendung
mit der Spendervorrichtung aus 1 darstellt;
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3 eine
schematische Ansicht einer Spendervorrichtung darstellt, welche
eine Vorrichtung einsetzt, die der Vorrichtung in 1 identisch ist,
zusammen mit einem sekundären
Vorratsbehälter;
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4 eine
schematische Ansicht einer Spendervorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 eine schematische Ansicht einer Spendervorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 eine
schematische Ansicht einer Brennstoffzelle darstellt, welche eingesetzt
wird, um die Brennstoffzelle in der Ausführungsform gemäß der 4 zu
ersetzen;
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7 eine
schematische Ansicht einer Spendervorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung darstellt, und
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8 eine
schematische Ansicht einer Spendervorrichtung gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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Bezug
wird zunächst
auf 1 genommen, welche eine schematische Ansicht eines
kombinierten Spenders und einer Brennstoffzelle gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Der Flüssigkeitsspender
umfasst einen zusammenlegbaren, abgedichteten Vorratsbehälter 10,
der an einem Auslass 12 offen ist. Der Vorratsbehälter ist
so angeordnet, dass die Flüssigkeit 11 innerhalb
des Vorratsbehälters
durch die Schwerkraft durch den Auslass 12 fließt. Der
Vorratsbehälter 10 weist
flexible Wände auf,
die vorzugsweise aus einem flexiblen wiederverwendbaren Kunststoffbogenmaterial
besteht.
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Die
Brennstoffzelle 14 umfasst eine Brennstoffelektrode 16,
einen Elektrolyten 18 und eine Nicht-Brennstoffelektrode 20.
Ein Flüssigkeitsdurchgang 22 erstreckt
sich durch die Brennstoffelektrode 16, um so Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter 10 in Verbindung
und Kontakt mit der Brennstoffelektrode 16 anzuordnen.
Der Flüssigkeitsdurchgang 22 erstreckt
sich von einem Einlass 24 zu einem Auslass 26.
Durch den Auslass 12 des Vorratsbehälters 10, welcher
mit dem Durchgangseinlass 24 verbunden ist, wird Flüssigkeit
durch den Flüssigkeitsdurchgang 22 zu
dem Durchgangsauslass 26 geleitet.
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Ein
Nicht-Brennstoffdurchgang 28 erstreckt sich durch die Nicht-Brennstoffelektrode 20,
um Außenluft,
welche; Sauerstoff enthält,
in Verbindung mit der Nicht-Brennstoffelektrode zu bringen und zu
ermöglichen,
dass Wasser, welches an der Nicht-Brennstoffelektrode erzeugt wird,
den Nicht-Brennstoffdurchgang 28 verlässt. Der Nicht-Brennstoffdurchgang
erstreckt sich von einem Einlass 30 zu einem Auslass 32.
Luft kann in den Nicht-Brennstoffdurchgang 28 über den
Einlass 30 eintreten und sofern notwendig, kann Wasser
den Nicht-Brennstoffdurchgang 28 unter dem Einfluss der Schwerkraft über den
Auslass 32 verlassen.
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Ein
Spendermechanismus ist bereitgestellt, umfassend eine mechanische
Flügelradpumpe 34 mit
Flügeln,
welche nicht dargestellt sind, innerhalb eines Gehäuses, wobei
die Flügel
zur Rotation über einen
elektrischen Pumpenmotor 36 gekuppelt sind. Die Pumpe 34 weist
einen Einlass 38 und einen Auslass 40 auf. Der
Pumpeneinlass 38 ist mit dem Auslass 26 des Flüssigkeitsdurchgangs 22 verbunden.
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Wenn
die Pumpe 34 von dem Pumpenmotor 36 betrieben
wird, wird Flüssigkeit
aus dem Pumpenauslass 40 gedrängt, wobei die Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter 10 durch
den Flüssigkeitsdurchgang 22 gezogen
wurde.
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1 zeigt
schematisch einen einfachen elektrischen Kreislauf, einschließlich eines
Drahtes 42 zur Verbindung der Brennstoffelektrode 16 mit
einem Anschluss des Motors 36, einem Draht 43,
zur Verbindung des anderen Anschlusses an den Motor 36,
mit einem Anschluss an einem Schalter 44 und einen Draht 45,
welcher den anderen Anschluss des Schalters 44 mit der
Nicht-Brennstoffelektrode 20 verbindet. Der Schalter 44 ist
schematisch dargestellt, umfassend einen Gleitknopf 46,
vorgespannt mit dem Schaltkontakt 48 durch eine Feder 49 auf eine
offene Position. Beim manuellen Verschließen des Schalters durch Drücken des
Knopfes 46 werden die zwei Elektroden elektrisch durch
den Motor 36 miteinander verbunden und die Brennstoffzelle
wird in eine Betriebsposition gebracht, in welcher Strom, welcher
zwischen den Elektroden fließt,
den Motor 36 antreiben kann und Flüssigkeit aus dem Reservoir abgeben
kann.
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Auf
eine bekannte Weise wandelt die Brennstoffzelle, ob Säureelektrolyt,
Brennstoffzelle oder Alkalielektrolyt-Brennstoffzelle, vorzugsweise
chemische Bestandteile in der Flüssigkeit
an der Brennstoffelektrode 16 um, zu der gleichen Zeit,
zu der Sauerstoff aus der Luft von der Nicht-Brennstoffelektrode verbraucht
wird, normalerweise um Wasser zu erzeugen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Brennstoffzelle eine Säureelektrolytbrennstoffzelle, wobei
Brennstoff chemisch umgewandelt wird, um Wasserstoffionen freizugeben,
welche durch den Elektrolyt zu der Nicht-Brennstoffelektrode durchgeleitet
werden, welche dann mit Sauerstoff verbunden werden, um Wasser an
der Nicht-Brennstoffelektrode zu
bilden, und durch welche Elektronen zwischen der Nicht-Brennstoffelektrode
und der Brennstoffelektrode fließen. Die Brennstoffzelle kann
jedoch auch als eine alkalielektrolytische Zelle dienen, wobei Hydroxyionen
durch den Elektrolyten geleitet werden.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht eines komplexeren abgebenden Mechanismus
als Ersatz für
den in 1 dargestellten. 2 zeigt
die Anschlussdrähte 43 und 45 aus
den zwei Elektroden, verbunden mit den Anschlüssen an einem zentralen Kreislauf 50,
welcher geeignet ist, elektrisch mit dem Motor 36 verbunden
zu werden, mit dem Schalter 44 und wie auch durch einen
Sensor 47 und eine Batterie 52. Der Kontrollkreislauf 50 kann
strukturiert sein, um unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen. Zum
Beispiel kann der Kontrollkreislauf elektrische Energie zu der Batterie
führen,
um elektrische Kraft, die von der Zelle erzeugt wird, zu speichern.
Der Kontrollkreislauf kann den Stromfluss aus der Batterie steuern,
um den Pumpenmotor zu betreiben. Der Kontrollkreislauf kann den
Betrieb des Pumpenmotors kontrollieren, wenn die Steuerung aktiviert
wird, zum Beispiel, um die Pumpe nur über einen kurzen Intervall
zu betreiben, um eine vorbestimmte Menge der Flüssigkeit abzugeben. Der Schalter
kann ein manueller Schalter sein, gesteuert durch den Betreiber oder
einen Annäherungssensor,
der elektrischen Strom erfordert, um die Sensoren zu betreiben,
wie Infrarotbewegungs- oder Annäherungssensoren.
Der Kontrollkreislauf kann Sensoren aufweisen, die eingegebene Codes
oder den Fingerabdruck eines Benutzers erkennt und Timer, Rekorder
oder dergleichen, welche durch elektrische Leistung der Brennstoffzelle
betrieben werden können.
Der Kontrollkreislauf kann die Zeit aufzeichnen, über die
der Vorratsbehälter
mit der Brennstoffzelle verbunden ist oder die Menge der elektrischen
Kraft, die erzeugt wird, um das Volumen der abgegebenen Flüssigkeit zu
bestimmen.
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Bezug
wird auf 3 genommen, welche den Spender
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, welcher identisch mit der Einrichtung aus 1 ist,
jedoch zusätzlich
zu dem ersten Vorratsbehälter 10 und
der ersten Pumpe 34, welche durch einen ersten Motor 36 betrieben
wird, einen zweiten Vorratsbehälter 110 und
eine zweite Pumpe 134 enthält, die von einem zweiten Motor 136 betrieben
wird. Wie deutlich wird, ist der zweite Motor 136 elektrisch
in Reihe mit dem ersten Motor verbunden, durch einen Kreislauf umfassend
den Draht 54, welcher den zweiten Motor 136 auf
eine Weise verbindet, so dass es ermöglicht, dass er auch angetrieben
wird, wenn der Schalter 44 geschlossen ist. Natürlich kann
der zweite Motor 136 auch parallel zu dem ersten Motor
angeordnet sein.
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Die
Anordnung aus 3 ermöglicht die Abgabe sowohl einer
ersten Flüssigkeit 11 aus
dem Vorratsbehälter 10,
welche zur Verwendung als ein Brennstoff geeignet ist, und einer
zweiten Flüssigkeit 41 innerhalb
des zweiten Vorratsbehälters 110,
welche nicht als Flüssigkeit
verwendet werden muss. Der Ausstoß von beiden Pumpen 34 und 134 ist
als an einem gemeinsamen Auslass 62 verbunden dargestellt,
und vorzugsweise werden die Flüssigkeiten 11 und 111 dort
vermischt. Der Betrieb und/oder die Größe der Pumpen 34 und 134 können gewählt und/oder
gesteuert werden, um gewünschte
Anteile der Flüssigkeiten 11 und 111 abzugeben.
Es sollte auch festgehalten werden, dass während 3 die Verwendung
von zwei Vorratsbehältern
zeigt, zwei, drei oder mehr Vorratsbehälter an ihren Öffnungen verbunden
sein können,
wie in 3 dargestellt, und Brennstoffzellen können in
einem oder einigen oder allen der Vorratsbehältern bereitgestellt sein,
auf die Weise auf welche sie in dem Vorratsbehälter 10 bereitgestellt
wurden.
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Bezug
wird auf 4 genommen, welche schematisch
eine Anordnung darstellt, wobei die Brennstoffelektrode 16 sich
in Verbindung mit der Flüssigkeit
in dem Behälter 10 befindet,
durch eine Seitenwand 56 des Vorratsbehälters. Die Brennstoffzelle 14 kann
sich durch eine Öffnung
in der Seitenwand des Vorratsbehälters
erstrecken, zum Beispiel entfernbar abgedichtet mit der Seitenwand über den Durchmesser
der Brennstoffzelle. Alternativ kann die Seitenwand der Vorratsbehälterwand
integral ausgebildet sein, um wenigstens die Brennstoffzelle zu
tragen.
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In
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Vorratsbehälter 10 vorzugsweise
ein ersetzbarer Vorratsbehälter,
solchermaßen,
dass wenn die Flüssigkeit
in dem Vorratsbehälter
verbraucht ist, der Vorratsbehälter 10 von
der Brennstoffzelle 14 abgekoppelt werden kann und ein
neuer Vorratsbehälter,
welcher mit Flüssigkeit
angefüllt
ist, verbunden werden kann. Vorzugsweise ist der Vorratsbehälter vollständig aus
einem einfach zurückzugewinnenden bzw.
wiederzuverwendenden Kunststoffmaterial gebildet. In dem Fall der
Ausführungsform
der 3 ist es möglich,
dass der Vorratsbehälter
zwei Öffnungen aufweist,
wobei die erste der Auslass 12 ist, durch welche die Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
abgegeben wird und wobei die zweite eine Öffnung ist, welche geeignet
ist, um abdichtbar und freisetzbar mit der Brennstoffzelle im Eingriff
zu stehen, zum Beispiel, an welcher der Vorratsbehälter an
der Brennstoffzelle befestigbar und von dieser entfernbar ist, so dass
der Vorratsbehälter
unabhängig
von der Brennstoffzelle entfernt werden kann.
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Im
Gegensatz zu den Ausführungsformen der 1, 3 und 4,
bei welchen die Brennstoffzelle 14 stromaufwärts der
Pumpe 34 angeordnet ist, zeigt 5 eine
Ausführungsform,
wobei die Brennstoffzelle 14 stromabwärts der Pumpe 34 angeordnet
ist, wobei die Flüssigkeit
durch den Flüssigkeitsdurchgang 22 in
der Brennstoffelektrode 16 geleitet wird, nachdem sie den
Pumpenauslass 40 verlässt.
In der Konfiguration gemäß 5 kann es vorteilhaft sein, dass der Durchgangsauslass 26 einen ausreichenden
Widerstand bereitstellt, um einen Ausfluss der Flüssigkeit
aus dem Auslass nur aufgrund der Schwerkraft zu verhindern. Der
Auslass könnte
ein Widerstandsventil aufweisen oder eine verringerte Öffnungsgröße. Vorzugsweise
kann der Durchgang 22 voll Flüssigkeit gehalten werden, wobei
der Fluss aus dem Durchgang nur wirksam wird, wenn die Flüssigkeit
in den Durchgang durch die Pumpe erfolgt. Alternativ, wie in 6 deutlich
wird, welche 5 entspricht, mit Ausnahme
der Konfiguration des Flüssigkeitsdurchgangs 22,
kann der Durchgang 22 den Einlass und Auslass an relativen Höhen angeordnet
haben, um so einen Hohlraum zu bilden, in welchem aufgrund der Schwerkraft
ein geringes Volumen der Flüssigkeit
in dem Flüssigkeitsdurchgang 22 verbleibt.
Das Volumen des Brennstoffs, beibehalten in dem Hohlraum des Brennstoffelektrolyts,
wird vorzugsweise ausgewählt,
um ausreichend zu sein, eine Batterie zu laden oder eine andere
elektrische Speichereinrichtung, mit wenigstens ausreichend elektrischer
Energie, um eine gewünschte
Einheitsmenge der Flüssigkeit
abzugeben.
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Eine
bevorzugte Flüssigkeit
zur Verwendung als Brennstoff ist eine Flüssigkeit, enthaltend Alkoholverbindungen,
und besonders bevorzugt Ethanol, welches auch als Ethylalkohol bekannt
ist.
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Alkohole
können
ausgewählt
werden aus der Gruppe umfassend einen Methylalkohol (auch als Methanol
bekannt), Ethylalkohol, Propylalkohol, Isopropylalkohol (auch als
Isopropanol bekannt), Butylalkohol, Isobutylalkohol, sec-Butylalkohol,
tert-Butylalkohol, 1-Pentanol, 1-Hexanol, Ethylenglycol, Propylenglycol,
Glycerol (auch als Glycerin bekannt) und Benzylalkohol.
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Unter
diesen Alkoholverbindungen sind solche bevorzugt, welche nicht schädlich sind
und eine geringere Entflammbarkeit aufweisen. Kommerziell erhältliche
Desinfektionsmittel und Reiniger sind bekannt, die beträchtliche
Anteile solcher Alkoholverbindungen enthalten. Zum Beispiel besitzt
Gojo Industries of Akron, Ohio ein Erzeugnis mit dem Namen "Purell" (Marke) Instand
Hand Sanitizer Dry Hands Formula, welches eine Flüssigkeit
ist und ungefähr
62 % Ethanol enthält,
in dem Bereich von ungefähr
10 % Isopropanol und ungefähr
3 % Glycerin. Andere geeignete Flüssigkeiten als ein Brennstoff wären Wasser/Ethanolmischungen,
welche ein wirksames Äquivalent
für Kraftfahrzeugfrontscheibenreinigungsflüssigkeiten
sind. Andere Flüssigkeiten,
welche geeignet wären,
umfassen alkoholische Getränke
zum Verbrauch wie Wodka, welcher einen ausreichend hohen Alkoholgehalt
hat.
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Bezug
wird auf 7 genommen, welcher eine andere
elektrochemische Zelle gemäß einer vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. In der in 7 dargestellten
Ausführungsform
umfasst der Vorratsbehälter 10 einen
zusammenlegbaren Beutel gebildet aus Bogenmaterialien und nur an
dem Auslass 12 offen. Der Vorratsbehälter 10 enthält eine
erste Elektrode 16 und eine zweite Elektrode 20.
Der Vorratsbehälter 10 ist
aus einem Kunststoffbogenmaterial gebildet und weist eine erste
Wand 15 und eine zweite Wand 17 auf. Eine dünne Schicht
eines leitfähigen
Materials 16 wird auf der Innenfläche der ersten Wand 15 getragen
und die erste Elektrode 16 wird als dünne vorzugsweise flexible Schicht
auf der Oberseite des leitfähigen
Materials 60 getragen. Ähnlich
ist auf der zweiten Wand 17 des Beutels eine dünne Schicht 62 aus
leitfähigem
Material bereitgestellt und die leitfähige Schicht 62 trägt die zweite
Elektrode 20 als dünne
vorzugsweise flexible Schicht darauf.
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Ein
Trennelement 64 ist bereitgestellt, welches auf der zweiten
Elektrode 20 liegt, wobei das Trennelement porös ist und
ohne Einschränkung
ermöglicht,
dass Gase und Flüssigkeit
frei hindurchgeleitet werden können.
Das Trennelement 64 stellt eine physische Barriere dagegen
bereit, dass die zwei Elektroden 16 und 20 in
physischen Kontakt miteinander kommen, und ist notwendig, da die
Seitenwände
des Beutels flexibel sind und es sonst beim Zusammenlegen möglich wäre, dass
die Elektroden oder ihre leitfähigen
Schichten oder Drähte
in Kontakt miteinander kämen.
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Ein
Draht angegeben als 42 erstreckt sich von der ersten Elektrode 16 zu
einem Anschluss an den Motor 36 und ein anderer Draht,
bezeichnet als 45, erstreckt sich von der zweiten Elektrode 20 zu
einem Anschluss des Schalters 44. Durch den Draht 42,
welcher den anderen Anschluss des Motors 36 mit dem Schalter 44 verbindet,
wird ein einfacher Kreislauf bereitgestellt, um den Motor 36 zu
betreiben und die Pumpe 34, um Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter abzugeben.
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In
den in 7 dargestellten Ausführungsformen bildet die Flüssigkeit 11 den
Elektrolyten zwischen den zwei Elektroden 16 und 20.
Die chemische Umwandlung der Flüssigkeit
tritt an einer der Elektroden auf und Gase können an der anderen der Elektroden
freigegeben werden. Solche Gase können nach oben zu dem oberen
Bereich des Vorratsbehälters
aufsteigen, wie in 66 dargestellt.
Der den Vorratsbehälter
bildende Beutel ist vorzugsweise geeignet, dass er zusammengelegt
wird und sich wieder ausdehnt. Mit einem anfänglichen Volumen der Flüssigkeit,
welche in dem Beutel angeord net ist, um den Beutel zu füllen, kann
der Beutel eine Größe aufweisen,
um einen geeigneten zusätzlichen
Raum bereitzustellen, sofern notwendig, um Gase, welche erzeugt
werden, aufzunehmen. Die Erzeugung eines Gasdruckes innerhalb des
Vorratsbehälters 10 kann das
Ausstoßen
der Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
unterstützen.
Als eine Modifikation der in 7 dargestellten
Einrichtung, kann das Trennelement durch ein anderes Element ersetzt
werden, welches als ein Äquivalent
des Elektrolyten 18 in anderen Ausführungsformen dient.
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Bezug
wird auf 8 genommen, welche eine weitere
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, mit einer Ähnlichkeit zu der Ausführungsform
in 7. In der in 8 dargestellten Ausführungsform
wird der flexible Vorratsbehälter 10 wirksam
mit zwei Kammern ausgebildet. Der Vorratsbehälter 10 weist zwei
flexible Außenwände 15 und 17 und
eine innere Trennwand 19 auf, welche aus einem Flüssigkeits-
und Gasundurchdringlichen flexiblen Bogenmaterial besteht. Die Trennwand 19 weist eine
zentrale Öffnung
auf, in welcher eine dreischichtige Brennstoffzelle 14 umfassend
Membranen, umfassend eine erste Elektrode 16, einen Elektrolyt 18 und
eine zweite Elektrode 16 abdichtbar aufnimmt. Die Trennwand 19 und
die erste Wand 15 bilden die erste Kammer 68,
welche mit der Flüssigkeit 11 angefüllt ist,
so dass sich die Flüssigkeit 11 in
Kontakt mit der ersten Elektrode 16 befindet. Die Trennwand 19 und
die zweite Wand 17 bilden eine zweite Kammer 70,
welche für
die zweite Elektrode 20 offen ist. Die Trennwand 19 steht
abdichtbar im Eingriff mit einer oder mehreren der ersten Elektrode 16 des
Elektrolyten 18 und der zweiten Elektrode 20,
um so die erste Kammer 68 bereitzustellen, welche von der zweiten
Kammer 70 abgedichtet ist. Die erste Kammer 68 ist
anfänglich
mit Flüssigkeit
angefüllt
und faltet sich zusammen, wenn die Flüssigkeit abgegeben wird. Die
zweite Kammer 17 ist anfänglich zusammengefaltet und
soll das an der zweiten Elektrode 20 erzeugte Gas aufnehmen
und sich hierdurch ausdehnen. Die Trennung des Gases in der zweiten
Kammer der Flüssigkeit 11 in
der ersten Kammer kann vorteilhaft sein, um sicherzustellen, dass
die Anwesenheit des Gases in der Flüssigkeit 11 nicht
den Betrieb der Zelle hinsichtlich des Erzeugens der Elektrizität verschlechtert.
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Die
in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen
sind geeignet, wenn die Flüssigkeit 11 flüchtig ist
und in einem geschlossenen Behälter
gehalten werden muss. Insofern als das Gas, welches an der zweiten
Elektrode erzeugt wird, nicht schädlich ist und/oder die erzeugten
Mengen nicht beträchtlich
sind, kann das Gas einfach an die Atmosphäre abgegeben werden. Wahlweise
kann, wie in 7 dargestellt, ein Druckfrei gabeventil 62 bereitgestellt
werden, um so das Gas zu belüften,
wenn ein übermäßiger Druck
entwickelt wird.
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Die
Elektroden und leitfähigen
Schichten an den Seitenwänden
der Vorratsbehälter
können
relativ dünne
Schichten umfassen, die auf Substrate gedruckt sind, wie zum Beispiel
auf eine Weise, die der in dem U.S. Patent 5,897,522 von Nitzan,
ausgegeben am 27. April 1999 und U.S. Patent 6,326,097 von Hockaday,
ausgegeben am 4. Dezember 2001 gelehrten ähnlich sind.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
zeigen einen Flüssigkeitsspender
zur Abgabe von Flüssigkeiten.
Der Flüssigkeitsspender
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst Spender, wobei die Flüssigkeit als ein Spray oder
als ein Schaum abgegeben wird. Zum Beispiel kann durch eine geeignete
Auswahl einer Pumpe und einer Düse
die Flüssigkeit
als ein zerstäubter
Nebel ausgesprüht
werden. Bekannte Sprühspender
umfassen Spender, um ein Spray aus einem Alkoholdesinfektionsmittel
auf die Füße einer
Person abzugeben. Schaumspender sind als ein Schaum bereitgestellt,
durch das Vermischen einer Flüssigkeit,
welche mit Luft abgegeben wird.
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Mobs
oder Schrubber sind bekannt, um Böden zu reinigen, welche einen
Vorratsbehälter
umfassen, um eine Reinigungsflüssigkeit
auf den Boden abzugeben, indem die Reinigungsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter unter
Verwendung einer batteriebetriebenen Pumpe, aktiviert durch einen
Schalter in der Nähe
des Griffs des Mobs oder Scheuerlappens abzugeben. Eine Kombination
von Pump und Zelle gemäß der vorliegenden
Erfindung würde
wenigstens die Notwendigkeit für
Batterien in solch einem Mob reduzieren.
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Systeme
sind bekannt, wobei eine Desinfektionsflüssigkeit zu einem Wasservolumen
zugegeben wird, wie zum Beispiel zur Verwendung in einer Geschinspülmaschine
als ein Bad, durch welches das Geschirr in einem Schritt des Verfahrens
des Geschirrreinigers bewegt werden. Die Menge des zuzugebenden
Desinfektionsmittels muss als eine Funktion des Volumens des Wassers
in dem Bad bestimmt werden. Eine elektrochemische Zelle könnte in
Kombination mit einer Vorrichtung verwendet werden, um die Menge
des Desinfektionsmittels, welches abgegeben werden soll zu bestimmen,
indem das Wasservolumen in dem Bad gemessen wird und/oder eine gewünschte Menge
des Desinfektionsmittels abgegeben wird.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben, es können
jedoch viele Modifikationen und Variationen durchgeführt werden.
Bezüglich
einer Definition der Erfindung wird auf die folgenden Ansprüche Bezug genommen.