AT519439A2

AT519439A2 - Method of an electrochemical accumulator based on ether, carbon dioxide and water

Info

Publication number: AT519439A2
Application number: ATA528/2016A
Authority: AT
Inventors: Gruber-Schmidt Johann
Original assignee: Gs Gruber Schmidt
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-06-15

Abstract

Die Erfindung des Verfahrens eines elektrochemischen Akkummulator auf der Basis von Ether(39), Wasser(1) und Kohlendioxid(29) umfasst einen Elektrolyseur(4), eine Brennstoffzelle(8), einen Reformer(41), sowie die zugehörigen Tanks für DME oder DEE(39), Wasser(1) und Kohlendioxid(29), ergänzt durch einen elektrischen Akkummulator (19) und einer Druckwechselanlage(22) zur Gewinnung von Sauerstoff(23), die Rückgewinnung von Kohlendioxid(32,34,35) aus den Abgaströmen der Anode und Kathode mit Wärmetauscher(31 ,33), die Rückgewinnung von Wasser(15, 16, 18) aus den Abgaströmen der Anode und Kathode aus der Brennstoffzelle mit den Wärmetauscher(11, 14), die Umwandlung von Kohlendixod (36) und Wasserdampf(3) zu Synthesegas(S) über den Elektrolyseur(4), die Rückgewinnung von trockenen Sauerstoff(12) aus dem Abgas der Kathode und die Rückführung und die Rückgewinnung des trockenen Synthesegases(17) aus der Anode der Brennstoffzelle, die Pumpen( 51 ,54) die das Kohlendioxid(29) und Wasser(1) aus dem Tank pumpen und dem Elektrolyseur(4) zuführen, die Pumpe(55) für DME oder DEE, die dem Reformer(41) zuführen, der DME Rückgewinnungsanlage(47), mit der aus Synthesegas(S) erzeugt aus Kohlendioxid und Wasser DME(49) rückgewonnen werden kann, ein elektrischer Akkummulator(19), um elektrische Energie zuspeichern, die für den Elektrolyseur(4) verwendet wird, die für den Reformer(41) verwendet werden kann, um so basierend auf der Basis eines flüssigen Treibstoffes(39), diesen mit Nullemission umzuwandeln.The invention of the method of an electrochemical accumulator based on ether (39), water (1) and carbon dioxide (29) comprises an electrolyzer (4), a fuel cell (8), a reformer (41), and the associated tanks for DME or DEE (39), water (1) and carbon dioxide (29), supplemented by an electric accumulator (19) and a pressure swing unit (22) for the recovery of oxygen (23), the recovery of carbon dioxide (32,34,35) the exhaust gas flows of the anode and cathode with heat exchangers (31, 33), the recovery of water (15, 16, 18) from the exhaust gas flows of the anode and cathode of the fuel cell with the heat exchanger (11, 14), the conversion of carbon dioxide (36 ) and water vapor (3) to synthesis gas (S) via the electrolyzer (4), the recovery of dry oxygen (12) from the exhaust gas of the cathode and the recycling and recovery of the dry synthesis gas (17) from the anode of the fuel cell, Pumps (51, 54) containing the carbon dioxide (29) and Pump water (1) from the tank and feed it to the electrolyzer (4), the DME or DEE pump (55) leading to the reformer (41), the DME recovery unit (47) with the synthesis gas (S) generated Carbon dioxide and water DME (49) can be recovered, an electric accumulator (19) to store electrical energy used for the electrolyzer (4), which can be used for the reformer (41), based on the basis a liquid fuel (39) to convert it to zero emission.

Description

Verfahren eines elektrochemischen Akkumulators auf der Basis von Ether, Kohlendioxid und WasserMethod of an electrochemical accumulator based on ether, carbon dioxide and water

Die Erfindung des Verfahrens eines elektrochemischen Akkummulator auf der Basis von DME oder DEE(39), Wasser(1) und Kohlendioxid(29) umfasst einen Elektrolyseur(4), eine Brennstoffzelle(8), einen Reformer(41), sowie die zugehörigen Tanks für Dimethylether(DME) oder Diethylether(DEE)(39), Wasser(1) und Kohlendioxid(29), ergänzt durch einen elektrischen Akkummulator(19) und einer Druckwechselanlage(22) zur Gewinnung von Sauerstoff(23), die Rückgewinnung von Kohlendioxid(32,34,35) aus den Abgaströmen der Anode und Kathode mit Wärmetauscher(31,33), die Rückgewinnung von Wasser(15,16,18) aus den Abgaströmen der Anode und Kathode aus der Brennstoffzelle mit den Wärmetauscher(11,14), die Umwandlung von Kohlendixod(36) und Wasserdampf(3) zu Synthesegas(5) über den Elektrolyseur(4), die Rückgewinnung von trockenen Sauerstoff(12) aus dem Abgas der Kathode und die Rückführung und die Rückgewinnung des trockenen Synthesegases(17) aus der Anode der Brennstoffzelle, die Pumpen(51,54) die das Kohlendioxid(29) und Wasser(1) aus dem Tank pumpen und dem Elektrolyseur(4) zuführen, die Pumpe(55) für Dimethylether(DME) oder Diethylether(DEE), die dem Reformer(41) zuführen, der Dimethylether(DME) Rückgewinnungsanlage(47), mit der aus Synthesegas(5) erzeugt aus Kohlendioxid und Wasser Dimethylether(DME)(49) rückgewonnen werden kann, ein elektrischer Akkummulator(19), um elektrische Energie zuspeichern, die für den Elektrolyseur(4) verwendet wird, die für den Reformer(41) verwendet werden kann, der Anbindung für volatile solare Energie(28) und volatile Windenergie(28), um so als elektrochemischer Akkummulator elektrische Energie zu erzeugen, diese zu speichern, und um so basierend auf der Basis eines flüssigen Treibstoffes(39), diesen mit Nullemission umzuwandeln, und die Rückgewinnung mit Hilfe regenerative elektrischer Energie von Treibstoff Dimethylether(DME)(49) in stationären Anwendungen bei Maschinen und die damit neben der Erzeugung von elektrischer Energie auch die Speicherung von elektrischer Energie in Form des Treibstoffes Dimethylether(DME) oder Diethylether(DEE) aus überschüssiger Bewegungsenergie in mobilen Anwendungen bei Maschinen.The invention of the method of an electrochemical accumulator based on DME or DEE (39), water (1) and carbon dioxide (29) comprises an electrolyzer (4), a fuel cell (8), a reformer (41), and the associated tanks for dimethyl ether (DME) or diethyl ether (DEE) (39), water (1) and carbon dioxide (29), supplemented by an electric accumulator (19) and a pressure swing system (22) for the recovery of oxygen (23), the recovery of carbon dioxide (32,34,35) from the exhaust gas flows of the anode and cathode with heat exchanger (31,33), the recovery of water (15,16,18) from the exhaust gas flows of the anode and cathode of the fuel cell with the heat exchanger (11,14 ), the conversion of carbon dioxide (36) and water vapor (3) to synthesis gas (5) via the electrolyzer (4), the recovery of dry oxygen (12) from the exhaust gas of the cathode and the recycling and recovery of the dry synthesis gas (17 ) from the anode of the fuel cell, the pumps (51,54) d ie pump the carbon dioxide (29) and water (1) from the tank and feed it to the electrolyzer (4), the dimethyl ether (DME) or diethyl ether (DEE) pump (55) to the reformer (41); DME) recovery system (47) for recovering dimethyl ether (DME) (49) from synthesis gas (5) from carbon dioxide and water, an electric accumulator (19) for storing electrical energy used for the electrolyzer (4) For the reformer (41), the connection for volatile solar energy (28) and volatile wind energy (28) so as to generate electric energy as an electrochemical accumulator, store it, and so on a liquid fuel (39) to convert it to zero emission, and the recovery by means of regenerative electrical energy of fuel dimethyl ether (DME) (49) in stationary applications of machinery and thus in addition to the generation of electrical energy also the storage of electrical energy in the form of the fuel dimethyl ether (DME) or diethyl ether (DEE) from excess kinetic energy in mobile applications in machinery.

Der Begriff "Batterie" umfasst die aufladbaren und nicht wieder aufladbaren Energiespeicher zur Abgabe von elektrischer Energie, die auch aus einer Zusammenschaltung mehrerer galvanischer Zellen bestehen können, und dienen dazu elektrische Energie zu speichern und elektrische Energie in einer Zeiteinheit abzugeben. Typische Anwendungen sind die bekannte Starterbatterie bei Blockheizkraftwerken, oder die bekannte Traktionsbatterie für den Antrieb von Elektrofahrzeugen.The term "battery" includes the rechargeable and non-rechargeable energy storage for the delivery of electrical energy, which may also consist of an interconnection of multiple galvanic cells, and serve to store electrical energy and deliver electrical energy in a time unit. Typical applications are the well-known starter battery in combined heat and power plants, or the well-known traction battery for the drive of electric vehicles.

Als Primärelemente werden galvanische Zellen benannt, die nach der Entladung nicht wieder neu aufgeladen werden können. Die verschiedenen Typen werden nach den eingesetzten Materialien bezeichnet. Diese Ausführung wird in der hier vorliegenden Erfindung nicht weiter behandelt.As primary elements galvanic cells are named, which can not be recharged after discharge. The different types are named after the materials used. This embodiment is not further discussed in the present invention.

Die heute bekannten wiederaufladbaren Batterien auch als Akkumulatoren oder Sekundärelemente bezeichnet speichern eine begrenzte elektrische Energie, in Wh als Produkt aus Kapazität und Spannung bezeichnet, mit einem der Bauweise des Akkumulator enthaltenen Wirkungsgrad wieder gewonnen werden kann. Sinkt die elektrische Leistung unter einen Wert, sodass diese nicht mehr genutzt werden kann, dann muss der Akkumulator bekannterweise wieder neu aufgeladen werden. Die hier vorliegende Erfindung befasst sich mit dieser Form der Ausführung in einem sehr weitgefassten Sinn.The known today rechargeable batteries also referred to as accumulators or secondary elements store a limited amount of electrical energy, referred to in Wh as a product of capacity and voltage, can be recovered with an efficiency of the construction of the accumulator. If the electrical power falls below a value so that it can no longer be used, the accumulator must be recharged as is known. The present invention is concerned with this form of embodiment in a very broad sense.

Die wesentlichen Eigenschaften eines elektrischen Akkumulators sind: — Speicherung von begrenzter elektrischer Energie — Entladung der gespeicherten elektrischen EnergieThe essential characteristics of an electric accumulator are: - Storage of limited electrical energy - Discharge of the stored electrical energy

Mit dem Einsatz des elektrischen Akkumulators nach bekanntem Stand der Technik verbunden sind: Verlust an gespeicherter elektrischer Energie auch wenn keine Entnahme an elektrischer Energie vorliegt, begrenze Zahl der Ladezyklen und damit verbunden ein Verlust an Wiederaufladbarkeit, Einfluss auf die verfügbare elektrische Leistung bei hohen Temperaturen.The use of the electrical accumulator according to the known state of the art involves: loss of stored electrical energy even if there is no removal of electrical energy, limiting the number of charging cycles and, associated with that, a loss of rechargeability, influencing the available electrical power at high temperatures.

Zudem kommt das hohe spezifische Gewicht des Akkumulators gemessen an der verfügbaren elektrischen Leistung, also der Energiedichte, die zwischen 0,45 bis 0,65 MJ/kg oder 125 Wh/kg bis 650 Wh/kg liegen.In addition, the high specific gravity of the accumulator comes from the available electrical power, ie the energy density, which is between 0.45 to 0.65 MJ / kg or 125 Wh / kg to 650 Wh / kg.

Um große Leistungen von Akkumulatoren abrufen zu können, Leistungen zum Antrieb von schweren Zugmaschinen und Arbeitsmaschinen, nimmt das Bauvolumen der Akkumulator und damit verbunden das Gewicht zu.In order to be able to call up large capacities of accumulators, services for driving heavy tractors and machines, the volume of the accumulator and, associated therewith, the weight increases.

Geht man von einer Leistung des Motors einer Zugmaschine für 20t Last von P = 280 kW aus und der Leistung eines Motors einer Zugmaschine für 40t Last von P=510 kW aus, und will man eine Laufzeit von 1 Tag (24 Stunden, davon werden 10 Stunden mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h), was einer Kilometerleistung von 800 km entspricht. Dann ergeben sich die Leistungen der elektrischen Akkumulatoren bei einer Leistung von P=280 kW auf zumindest 2800kWh. Das entspricht Akkumulatorgewichten bei einer Energiedichte von 650 Wh/kg von 4,3t. Nach 10 Stunden muss der Akku wieder aufgeladen werden. Das sind 21% der Nutzlast von 20t.Assuming a power of the engine of a tractor for 20t load of P = 280 kW and the power of a motor of a tractor for 40t load of P = 510 kW, and you want a running time of 1 day (24 hours, of which 10 Hours at a speed of 80 km / h), which corresponds to a mileage of 800 km. Then the power of the electric accumulators at an output of P = 280 kW results in at least 2800 kWh. This corresponds to accumulator weights at an energy density of 650 Wh / kg of 4.3 t. After 10 hours, the battery must be recharged. That's 21% of the payload of 20t.

Die Leistungen der elektrischen Akkumulatoren bei einer Leistung von P=510 kW auf zumindest 5100kWh. Das entspricht Akkumulatorgewichten bei einer Energiedichte von 650 Wh/kg von 7,8t. Nach 10 Stunden muss der Akku wieder aufgeladen werden. Das sind 19,5% der Nutzlast bei 40t.The performance of the electric accumulators at a power of P = 510 kW to at least 5100kWh. This corresponds to accumulator weights at an energy density of 650 Wh / kg of 7.8 t. After 10 hours, the battery must be recharged. That's 19.5% of the payload at 40t.

Damit erkennt man, dass bei mobilen Anwendungen im Transportwesen der Schwerlastfahrzeuge, wie man diese als mit einer Transportlast von 20t bis 80t kennt, die heute verfügbare Energiedichte der elektrischen Akkumulatoren den Anforderungen nicht gewachsen ist. Zudem ist zu bedenken, dass die entsprechende Ladeinfrastruktur und die elektrischen Ladekapazitäten für derartige Akkumulatoren zu schaffen sind.This shows that in mobile applications in the transport of heavy-duty vehicles, as they are known with a transport load of 20t to 80t, the energy density of the electric accumulators available today is no match for the requirements. It should also be borne in mind that the corresponding charging infrastructure and the electrical charging capacities for such accumulators are to be created.

Betrachtet man in diesem Zusammenhang eine weitere Anwendung wie die stationären und geringfügig mobilen schweren Maschinen, zumeist Schwermaschinen, wie Baumaschinen, Transportmaschinen, Landwirtschaftsmaschinen, dann erkennt man, dass die hohe Arbeitsleistung zu Lasten der Geschwindigkeit geht, diese Maschinen sich zwar mit 10 km/h bis 50 km/h fortbewegen können, jedoch in der Regel merhstündig an einem Standort verharrend, Arbeitsleistung erbringen muss.If one looks at another application in this context, such as stationary and slightly mobile heavy machinery, mostly heavy machinery, such as construction machinery, transport machines, agricultural machinery, then one realizes that the high workload is at the expense of speed, these machines, although with 10 km / h can travel up to 50 km / h, but usually has to spend hours and hours working in one location.

Um einen Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Traktionsmotor zu koppeln, dann benötigt man entweder einen Elektromotor dessen erzeugte mechanische Leistung über ein Schaltkupplung und Getriebe auf dem Antriebsstranges des Verbrennungsmotors einwirkt. Das ist somit eine mechnanische Koppelung an Leistungen in Form von Drehmoment und Drehzahl. Die elektrische Energie erhält man über einen Akkumulator, der auf der Maschine installiert ist.To couple an internal combustion engine with an electric traction motor, then you need either an electric motor whose mechanical power generated acts on a clutch and transmission on the drive train of the engine. This is thus a mechanical coupling to power in the form of torque and speed. The electrical energy is obtained via an accumulator installed on the machine.

Eine andere Möglichkeit der Koppelung besteht darin, dass der Verbrennungsmotor einen Generator antreibt, der wiederum elektrische Energie erzeugt, dann wäre eine Koppelung der elektrischen Leistungen auf elektrischer Ebene möglich. Derartige Antriebe auch als Hybridantrieb bezeichnet, sind bekannt. Bekannt ist, dass bei der Hybridkombination von Verbrennungsmaschine und elektrischen Maschine, der verwendete Akkumulator nur einen geringen Anteil an Leistung aufbringen kann, in der Regel sind das rund 30%. Doch bei großen Leistungen von 500 kW sind 30% 150 kW eie und das sind so große elektrische Leistungen, die zu sehr großen Akkumulatoren führt. Die Hybridlösung ist also auf einen bestimmten Leistungsbereich und Anwendungsbereich wie im Kleinfahrzeug und Kleintransporter beschränkt.Another possibility of coupling is that the internal combustion engine drives a generator, which in turn generates electrical energy, then a coupling of the electrical power would be possible at the electrical level. Such drives also referred to as hybrid drive, are known. It is known that in the hybrid combination of combustion engine and electric machine, the accumulator used can only muster a small amount of power, which is usually around 30%. But at high power levels of 500kW, 30% is 150kW and that is so much electrical power that leads to very large batteries. The hybrid solution is therefore limited to a specific performance range and scope such as in small vehicles and vans.

Der Einsatz eines Verbrennungsmotors in stationären und mobilen Anwendungen führt immer zu Emissionen. Unter Emissionen versteht man das Abgas, das nicht nur aus Wasserdampf besteht, sondern auch Kohlendioxid, Schwefeloxide, Kohlenmonoxid, Stickoxide, sowie Staub, Ruß und Feinstaub beinhaltet. Die Emission eines Elektromotors ist nahezu Null. Die Emission einer Batterie ist ebenfalls geringer als die Emission eines Treibstofftanks.The use of an internal combustion engine in stationary and mobile applications always leads to emissions. Emissions are understood to mean the exhaust gas, which not only consists of water vapor, but also contains carbon dioxide, sulfur oxides, carbon monoxide, nitrogen oxides, as well as dust, soot and particulate matter. The emission of an electric motor is almost zero. The emission of a battery is also lower than the emission of a fuel tank.

Will man also keine Emission haben, dann scheidet der Verbrennungsmotor ausgestattet mit oder ohne einen elektrischen Traktionsmotor zu Gunsten eines elektrischen Antriebes gespeist von einer Batterie oder einem Akkumulator aus. Selbst der Einsatz von Dimethylether(DME) oder Diethylether(DEE) erzeugt aus biogener Masse, also auf erneuerbarer Basis, führt eingesetzt in einem Verbrennungsmotor zu Emissionen, wenn auch im geringeren Ausmaß, aber es sind Emissionen vorhanden, sodass der Verbrennungsmotor auch beim Einsatz von regenerativen Treibstoffen nicht emissionsfrei angesehen werden kann. Es ist bekannt, dass man in diesem Zusammenhang bestenfalls von einer Kohlendioxid ( C02 ) neutralen Emission sprechen kann, es verbleiben beim Einsatz der biogenen erneuerbaren Treibstoffe immer noch die Emission von Kohlenmonoxid, Stickoxid, Feinstaub auf grund der mangelhaften Verbrennung im Kolbenraum des Verbrennungsmotors, gleichgültig ob der bekannte Verbrennungsmotor eingesetzt wird, wie der Ottomotor bei Einsatz von Erdgas ( Methan ), wie der Dieselmotor bei Einsatz von Biodiesel.So if you want to have no emission, then the internal combustion engine equipped with or without an electric traction motor in favor of an electric drive fed from a battery or an accumulator. Even the use of dimethyl ether (DME) or diethyl ether (DEE) produced from biogenic mass, ie on a renewable basis, leads to emissions in an internal combustion engine, albeit to a lesser extent, but there are emissions, so that the internal combustion engine also with the use of renewable fuels can not be considered emission-free. It is known that one can speak in this context at best of a carbon dioxide (C02) neutral emission, it remains in the use of biogenic renewable fuels still the emission of carbon monoxide, nitrogen oxide, particulate matter due to poor combustion in the piston chamber of the internal combustion engine, indifferent whether the known combustion engine is used, such as the gasoline engine when using natural gas (methane), such as the diesel engine when using biodiesel.

Erneuerbare Energie ist ja nicht nur die biogene nachwachsende Energie, sondern auch die solare Energie und Windenergie, und selbst erneuerbare Treibstoffe erzeugt auf der Basis von solarer Energie oder Windenergie, eingesetzt in Verbrennungskraftmaschinen, führt zu Emissionen und ist somit nicht als Nullemission zu bewerten.Renewable energy is not only biogenic renewable energy, but also solar energy and wind energy, and even renewable fuels generated on the basis of solar energy or wind energy, used in internal combustion engines, leads to emissions and is therefore not to be regarded as zero emissions.

Die Aufgabe die dieser Erfindung nun zu Grunde liegen zu hat, besteht somit darin, einen elektrochemischen Akkumulator aufzubauen, der schnell aufladbar ist, elektrische Energie erzeugt, keine Emission ( Zero Emission ) aufweist, mit einem elektrischen Akkumulator ( elektrischen Energiespeicher ) koppelbar ist, eine sehr hohe Leistungsdichte hat, sodass man damit schwere Maschinen und Fahrzeuge antreiben und betreiben kann, eine große Laufleistung in der mobilen Anwendung hat, eine hohe Laufdauer bei stationären Anwendungen hat, reversible rückgewinnende Eigenschaften im Zusammenwirken mit der mobilen Bewegung bei Fahrzeugen und Maschinen aufweist, eine echte starke Kohlendioxidsenke aufweist, im dynamischen Verhalten die Möglichkeiten für rasche Leistungsänderungen aufweist, einen geringen Leistungsverlust im Zuge der Betriebsdauer zur Verfügung stellt.The object of this invention is based, therefore, is to build an electrochemical accumulator, which is fast charging, generates electrical energy, no emission (zero emission), with an electric accumulator (electrical energy storage) can be coupled, a has very high power density, so that it can drive and operate heavy machinery and vehicles, has a high mileage in the mobile application, has a long running life in stationary applications, reversible recovering properties in conjunction with the mobile motion of vehicles and machines has real strong carbon dioxide sink, which has the ability for rapid power changes in dynamic behavior, provides a low power loss over the service life.

Die Aufgaben eines elektrochemischen Akkumulators im weiteren Sinn sind: — Speicherung von begrenzter chemischer Energie, in Form eines Treibstoffes, die zu elektrischer Energie umgewandelt werden kann — Speicherung von begrenzter chemischer Energie, in Form von Stoffen, die mit Hilfe von elektrischer Energie zu elektrischer Energie umgewandelt werden kann — Entladung der gespeicherten elektrsichen Energie in Form von elektrischer EnergieThe tasks of an electrochemical accumulator in the broader sense are: - storage of limited chemical energy, in the form of a fuel that can be converted into electrical energy - storage of limited chemical energy, in the form of substances, which by means of electrical energy to electrical energy can be converted - discharge of stored electrical energy in the form of electrical energy

Das Patent US2016268583A1 umfasst die Herstellung und Fertigung eines elektrochemischen Akkumulators mit einer Kathode und Anode. Im Vergleich zu der hier vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen bekannten Lithium Jonen Akkumulator mit einem flüssigen Elektrolyten und somit um einen sehr einfachen Aufbau.The patent US2016268583A1 comprises the manufacture and manufacture of an electrochemical accumulator with a cathode and anode. Compared to the present invention is a known lithium ion accumulator with a liquid electrolyte and thus a very simple structure.

Das Patent CN104303351A behandelt einen elektrochemischen Akkumulator auf der Basis eines flüssigen Elektrolyten der mit zumindets einer Kathode und Anode ausgestattet ist. Das Patent konzentriert sich auf den Elektrolyten und die elektrische Leitfähigkeit und elektrischen Eigenschaften.The patent CN104303351A deals with a liquid electrolyte based electrochemical accumulator equipped with at least one cathode and anode. The patent focuses on the electrolyte and the electrical conductivity and electrical properties.

Das Patent WQ2015101527A1 beschreibt eine Kombination von zwei Systemen einen Superkapazitätsspeicher und einem klassischen Akkumulator mit ein und demselben Elektrolyten, wobei der Superkapazitätsspeicher als Kondensator die Eigenschaft aufweist im mobilen Einsatzbereich rasch große elektrische Leistungen zur Verfügung zu stellen und im reversiblen Sinne auch zu speichern, die Lade und Entladezeiten sind sehr kurz.The patent WQ2015101527A1 describes a combination of two systems, a supercapacitor and a classical accumulator with one and the same electrolyte, wherein the supercapacitor has as a condenser the property in the field of use to quickly provide large electrical power and also to store in a reversible sense, the charge and unloading times are very short.

Die Erfindung löst die Aufgabe nach der hohen notwendigen Energiedichte durch den Einsatz von Dimethylether ( DME ), das aus Synthesegas bestehend aus Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) über das Verfahren der direkten Synthese oder aus Kohlendioxid(C02) und Wasser(H20) über das Verfahren der Elektrolyse(4) und nachfolgender direkter Synthese(47) gewonnen werden kann. Dimethylether(DME)(49) bindet 6 Wasserstoffatome, 2 Kohlenstoffatome und 1 Sauerstoffatom. DieThe invention solves the problem after the high energy density required by the use of dimethyl ether (DME), which consists of synthesis gas consisting of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) via the process of direct synthesis or from carbon dioxide (C02) and water (H20) can be obtained via the process of electrolysis (4) and subsequent direct synthesis (47). Dimethyl ether (DME) (49) binds 6 hydrogen atoms, 2 carbon atoms and 1 oxygen atom. The

Oxidation von Dimethylether führt zu Kohiendioxid(C02) und Wasserdampf(H20) und zu einem Heizwert Hu=28,4 MJ/kg. Eine direkte Oxidation von Dimethylether(DME) findet in den hier erfindungsgemäßen Verfahren eines elektrochemischen Akkumulators nicht statt. Erfindungsgemäß wird Dimethylether(DME) in dem Reformer(41) und in Kombination mit einem Elektrolyseur(4) zu einen Gemisch aus Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) oder Kohiendioxid(C02) und Wasserstoff(H2) (5) reformiert.Oxidation of dimethyl ether leads to carbon dioxide (C02) and water vapor (H20) and to a heating value Hu = 28.4 MJ / kg. A direct oxidation of dimethyl ether (DME) does not take place in the inventive method of an electrochemical accumulator. According to the invention dimethyl ether (DME) in the reformer (41) and in combination with an electrolyzer (4) to a mixture of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) or carbon dioxide (C02) and hydrogen (H2) (5) reformed.

Dimethvlether________Dimethvlether________

Die Eigenschaften von Dimethylether(DME) für die weitere Betrachtung sind, die Molare Masse Mz = 46 g/mol, der untere Heizwert Hu = 28,4 MJ/kg, und die molare Bildungsenthalpie Hf = -184,1 kJ/mol.The properties of dimethyl ether (DME) for further consideration are, the molar mass Mz = 46 g / mol, the lower heating value Hu = 28.4 MJ / kg, and the molar enthalpy of formation Hf = -184.1 kJ / mol.

Die Erfindung löst die Aufgabe nach der hohen notwendigen Energiedichte auch durch den Einsatz von Diethylether ( DEE ), das aus Synthesegas bestehend aus Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) über das Verfahren der direkten Synthese oder aus Kohiendioxid(C02) und Wasser(H20) über das Verfahren des Reformers(41) und nachfolgender Elektrolyse(4) gewonnen werden kann. Dieethylether (DEE) bindet 10 Wasserstoffatome, 4 Kohlenstoffatome und 1 Sauerstoffatom. Die Oxidation von Dieethylether führt zu Kohiendioxid(C02) und Wasserdampf(H20) und zu einem Heizwert Hu=33,4 MJ/kg. Eine direkte Oxidation von Diethylether(DEE) findet in den hier erfindungsgemäßen Verfahren eines elektrochemischen Akkumulators nicht statt. Erfindungsgemäß wird Diethylether(DEE) zu einen Gemisch aus Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) oder Kohlendioxid(C02) und Wasserstoff(H2) reformiert.The invention solves the problem after the high energy density required also by the use of diethyl ether (DEE), which consists of synthesis gas consisting of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) via the process of direct synthesis or from carbon dioxide (C02) and water (H20 ) can be obtained via the process of the reformer (41) and subsequent electrolysis (4). The ethyl ether (DEE) binds 10 hydrogen atoms, 4 carbon atoms and 1 oxygen atom. The oxidation of diethyl ether leads to carbon dioxide (C02) and water vapor (H20) and to a heating value Hu = 33.4 MJ / kg. Direct oxidation of diethyl ether (DEE) does not take place in the process according to the invention of an electrochemical accumulator. According to the invention, diethyl ether (DEE) is reformed to a mixture of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2) or carbon dioxide (CO 2) and hydrogen (H 2).

Diethylether _ _Diethyl ether _ _

Die Eigenschaften von Diethylether(DEE) für die weitere Betrachtung sind, die Molare Masse Mz = 74 g/mol, der untere Heizwert Hu = 33,4 MJ/kg, und die molare Bildungsenthalpie Hf = -271,2 kJ/mol.The properties of diethyl ether (DEE) for further consideration are, the molar mass Mz = 74 g / mol, the lower heating value Hu = 33.4 MJ / kg, and the molar enthalpy of formation Hf = -271.2 kJ / mol.

Die Verwendung von Ether als Treibstoff in Form von Dimethylether(DME) oder Diethylether(DEE) hat den erfindungsgemäßen Vorteil, dass große Mengen an Wasserstoff einfach und bei sehr geringen Druck von p=15 bar in flüssiger Form gespeichert werden können. Es ist daher erfindungsgemäß nicht notwendig gasfrömige Treibstoffe unter Drücken von p= 400 bar bis 800 bar zu lagern, zu transportieren und zu verwenden.The use of ethers as fuel in the form of dimethyl ether (DME) or diethyl ether (DEE) has the advantage according to the invention that large amounts of hydrogen can be stored in liquid form simply and at very low pressure of p = 15 bar. It is therefore not necessary according to the invention to store, transport and use gaseous fuels at pressures of p = 400 bar to 800 bar.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Ether als Treibstoff ist die Möglichkeit der Erzeugung von Ether aus Kohlendioxid und Wasser über einen Reformer(41) in Kombination mit der Elektrolyse(4) erzeugtes Synthesegas(5), bestehend aus Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2). Damit besteht die Möglichkeit des Schließens eines Kreislaufes mit der Verwendung von Treibstoff in Form von Ether. Nullemission ist damit nicht nur bezogen auf die Emissionen von Abgasen, sondern eine nachhaltige Nullemission beinhaltet erfindungsgemäß auch in der Verwertung von Kohlendioxid(C02) und Wasser(H20), also bei den Treibhausgasen eine echte Kohlendioxidsenke und Wasserdampfsenke.Another advantage of using ether as fuel is the possibility of generating ethers from carbon dioxide and water via a reformer (41) in combination with the electrolysis (4) generated synthesis gas (5) consisting of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2 ). There is thus the possibility of closing a circuit with the use of fuel in the form of ether. Zero emission is thus not only related to the emissions of exhaust gases, but a sustainable zero emission according to the invention also in the utilization of carbon dioxide (C02) and water (H20), so in the greenhouse gases a real carbon sink and steam sink.

Um eine Nullemission (Zero Emission ) zu erreichen, also kein Kohlendioxid (C02) an die Umgebung abzugeben, wird erfindungsgemäß Kohlendioxid(C02) verflüssigt und in einem Tank(29) gespeichert. Die Erfindung nutzt die Eigenschaften von Kohlendioxid(C02) aus schon bei einem Druck von p=50 bar bei einer Temperatur von T=14°C flüssig, und bei einem Druck von p=70 bar bei einer Temperatur von T=28°C. Die flüssige Phase hat den Vorteil, dass größere Mengen an Kohlendioxid(C02) gelagert werden können.In order to achieve a zero emission (zero emission), that is to say no carbon dioxide (CO 2) to be released into the environment, according to the invention carbon dioxide (CO 2) is liquefied and stored in a tank (29). The invention uses the properties of carbon dioxide (CO 2) already at a pressure of p = 50 bar at a temperature of T = 14 ° C liquid, and at a pressure of p = 70 bar at a temperature of T = 28 ° C. The liquid phase has the advantage that larger amounts of carbon dioxide (C02) can be stored.

Kohlendioxid_Kohlendioxid_

Die Eigenschaften von Kohlendioxid (C02) für die weitere Betrachtung sind, die Molare Masse Mz = 44 g/mol, der untere Heizwert Hy = 0 MJ/kg, und die molare Bildungsenthalpie Hf = -393,3 kJ/mol.The properties of carbon dioxide (CO 2) for further consideration are, the molar mass Mz = 44 g / mol, the lower heating value Hy = 0 MJ / kg, and the molar enthalpy of formation Hf = -393.3 kJ / mol.

Wie bei Kohlendioxid(C02) wird auch bei Wasserdampf(H20) eine Nullemission ermöglicht. Das hat den Vorteil, dass Wasserdampf nicht an die Umgebung abgegeben wird, da Wasserdampf ebenfalls ein Treibhauspotenzial besitzt. Wasserdampf wird kondensiert und als Wasser im Tank(1) gespeichert.As with carbon dioxide (C02), zero emission is also possible with water vapor (H20). This has the advantage that water vapor is not released to the environment, since water vapor also has a greenhouse potential. Water vapor is condensed and stored as water in the tank (1).

WasserdampfSteam

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Die Eigenschaften von Wasserdampf (H20) für die weitere Betrachtung sind, die Molare Masse Mz = 18 g/mol, der untere Heizwert Hy = 0 MJ/kg, und die molare Bildungsenthalpie Hf = -245,2 kJ/mol.The properties of water vapor (H20) for further consideration are, the molar mass Mz = 18 g / mol, the lower heating value Hy = 0 MJ / kg, and the molar enthalpy of formation Hf = -245.2 kJ / mol.

Die Erfindung löst die Aufgabe nach der Funktion eines elektrochemischen Akkumulators durch die Koppelung von folgenden Prozessen, der Reformierung(SR, SR+WGS)(41), der Elektrolyse(EC)(4) und der Brennstoffzelle(FC)(8). Für den Einsatz von Dimethylether(DME)(39,49) ergeben sich folgende molare Massenbilanzen, bei der Dampfreformierung (SR)(41), der Wassergasreaktion (WGS)(41), der Elektrolyse(EC)(4) zu:The invention solves the problem of the function of an electrochemical accumulator by the coupling of the following processes, the reforming (SR, SR + WGS) (41), the electrolysis (EC) (4) and the fuel cell (FC) (8). For the use of dimethyl ether (DME) (39.49), the following molar mass balances are obtained, for steam reforming (SR) (41), the water gas reaction (WGS) (41), electrolysis (EC) (4):

Der Vorteil der Erfindung ist aus der Kombination von Reformierung (SR)(41) mit der Elektrolyse(EC)(4) ersichtlich. Aus der Reformierung(41) von 1 Mol Dimethylether(DME)(39,49) ergeben sich 6 Mol Wasserstoff(H2) und 2 Mol Kohlendioxid(C02) und in der Kombination mit der Elektrolyse(EC)(4) und dem Zusatz von 2Mol Wasserdampf(H2Ö) auf der Anodenseite 2 Mol Kohlenmonoxid(CO) und 8 Mol Wasserstoff(H2) und auf der Kathodenseite 5 Mol Sauerstoff(02). Die Erfindung löst die Frage nach dem zusätzlichen Sauerstoff (02) über Sauerstoff abgetrennt über das Verfahren der Druckwechseladsorption(PSA)(19). Erfindungsgemäß gewinnt man aus 1 Mol Dimethylether(DME) 8 Mol Waserstoff und 2 Mol Kohlenmonoxid(CO). Für den Einsatz von Diethylether(DEE) ergeben sich folgende molare Massenbilanzen, bei der Dampfreformierung(SR), der Wassergasreaktion(WGS), der Elektrolyse(EC) zu:The advantage of the invention can be seen from the combination of reforming (SR) (41) with electrolysis (EC) (4). The reforming (41) of 1 mole of dimethyl ether (DME) (39.49) gives 6 moles of hydrogen (H2) and 2 moles of carbon dioxide (CO 2) and in combination with electrolysis (EC) (4) and the addition of 2 mol of water vapor (H2O) on the anode side 2 mol carbon monoxide (CO) and 8 mol of hydrogen (H2) and on the cathode side 5 mol of oxygen (02). The invention solves the question of the additional oxygen (02) separated by oxygen via the process of pressure swing adsorption (PSA) (19). According to the invention, from 1 mol of dimethyl ether (DME), 8 mol of hydrogen and 2 mol of carbon monoxide (CO) are obtained. For the use of diethyl ether (DEE), the following molar mass balances are obtained, for steam reforming (SR), the water gas reaction (WGS), the electrolysis (EC) to:

Der Vorteil der Erfindung ist aus der Kombination von Reformierung (SR)(41) mit der Elektrolyse(EC)(4) ersichtlich. Aus der Reformierung von 1 Mol Diethylether(DEE) ergeben sich 8 Mol Wasserstoff(H2) und 4 Mol Kohlendioxid(C02) und in der Kombination mit der Elektrolyse(EC) und dem Zusatz von 4 Mol Wasserdampf(H20) auf der Anodenseite 4 Mol Kohlenmonoxid(CO) und 16 Mol Wasserstoff(H2) und auf der Kathodenseite 7 Mol Sauerstoff(02). Die Erfindung löst die Frage nach dem zusätzlichen Sauerstoff (02) über Sauerstoff abgetrennt über das Verfahren der Druckwechseladsorption(PSA)(22). Erfindungsgemäß gewinnt man aus 1 Mol Diethylether(DEE) 16 Mol Wasserstoff und 4 Mol Kohlenmonoxid(CO).The advantage of the invention can be seen from the combination of reforming (SR) (41) with electrolysis (EC) (4). From the reforming of 1 mole of diethyl ether (DEE), 8 moles of hydrogen (H2) and 4 moles of carbon dioxide (CO2) and in combination with the electrolysis (EC) and the addition of 4 moles of water vapor (H20) on the anode side 4 mol Carbon monoxide (CO) and 16 moles of hydrogen (H2) and on the cathode side 7 moles of oxygen (02). The invention solves the question of the additional oxygen (O 2) separated by oxygen via the process of pressure swing adsorption (PSA) (22). According to the invention, from 1 mole of diethyl ether (DEE), 16 moles of hydrogen and 4 moles of carbon monoxide (CO) are recovered.

Die Erfindung beinhaltet die Anbindung(28) und die Nutzung von erneuerbarer elektrischer Energie in Form von solarer Energie gewonnen durch Photovoltaik und in Form von Windenergie(28). Die erfindungsgemäße Einbindung eines elektrischen klassischen bekannten Akkumulators(19) ermöglicht die Speicherung von elektrischer volatiler erneuerbarer Energie und damit die Kombination von Reformierung(SR, SR+WGS)(41) und Elektrolyse(EC)(4) und so die Steigerung des Ertrages an Wasserstoff(H2) und Kohlenmonoxid(CO).The invention includes the connection (28) and the use of renewable electrical energy in the form of solar energy obtained by photovoltaic and in the form of wind energy (28). The integration of an electrical conventional known accumulator (19) according to the invention makes it possible to store electrically volatile renewable energy and thus the combination of reforming (SR, SR + WGS) (41) and electrolysis (EC) (4) and thus to increase the yield Hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO).

In der Anwendung bei mobilen Maschinen kann man bei größeren Geschwindigkeiten zudem die Bremsenergie als elektrische Energie umwandeln. Bei der Anwendung bei schweren Maschinen ist die Geschwindigkeit eher untergeordnert, aber wenn Laste gesenkt werden kann im Sinne einer smart Maschine die Senkenergie ( durch die Schwerkraft erzeugte Senkenergie ). Die erfindungsgemäße Einbindung eines elektrischen Akkumulators ermöglicht die Speicherung von elektrischer volatiler Energie in Form der Umwandlung von Bewegungsenergie zu elektrischer Energie.In the case of mobile machines, the braking energy can also be converted into electrical energy at higher speeds. When used in heavy machinery, the speed is rather subordinated, but when load can be lowered in the sense of a smart machine, the sinking energy (gravity energy generated by gravity). The integration of an electric accumulator according to the invention enables the storage of electrically volatile energy in the form of the conversion of kinetic energy to electrical energy.

Die Erfindung löst die Aufgabe einer notwendigen hohen Energiedichte und damit verbunden Leistungsdichte dadurch, das Dimethylether(DME)(39) oder Diethylether(DEE)(39) als nachbarladbarer Treibstoff verwendet wird. Die übliche Füllleistung der Tankstelle hat eine Füllleistung von 80 L/min bis 120 L/min, der Tank mit 600 L wird in 5 Minuten bis 7,5 Minuten gefüllt. Damit ist die Energiedichte des erfindungsgemäßen elektrochemischen Akkummulators bei der Verwendung von Dimethylether(DME) mit 28,4 MJ/kg und bei Diethylether(DEE) mit 33,4 MJ/kg gegeben.The invention solves the problem of a necessary high energy density and associated power density thereby, the dimethyl ether (DME) (39) or diethyl ether (DEE) (39) is used as nachbarladbarer fuel. The usual filling capacity of the filling station has a capacity of 80 L / min to 120 L / min, the tank with 600 L is filled in 5 minutes to 7.5 minutes. Thus, the energy density of the electrochemical accumulator according to the invention with the use of dimethyl ether (DME) with 28.4 MJ / kg and with diethyl ether (DEE) with 33.4 MJ / kg.

Die Verwertung von Synthesegas(5), bestehend aus Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) in der Umwandlung zu elektrischer Energie in Form einer Brennstoffzelle(SOFC)(8) ist bekannt:The utilization of synthesis gas (5), consisting of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) in the conversion to electrical energy in the form of a fuel cell (SOFC) (8) is known:

Um Synthesegas(5) zu erzeugen wird erfindungsgemäß neben einer Reformierungszelle(SR)(41) auch eine Elektrolysezelle(EC)(4) eingesetzt, die aus Kohlendioxid(C02) und Wasser(H20) synthetisches Gas(5) aus Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) erzeugt wird:In order to produce synthesis gas (5), according to the invention, in addition to a reforming cell (SR) (41), an electrolysis cell (EC) (4) is used, which consists of carbon dioxide (CO 2) and water (H 2 O) synthetic gas (5) of carbon monoxide (CO). and hydrogen (H2) is generated:

Die Elektrolyse(EC)(4) wird dabei bei einem Druck von p=50 bar oder p = 70 bar betrieben ausgehend von dem Druck des flüssigen Kohlendioxides(C02) im Tank. Neben dem Vorteil der einfachen Verflüssigung der Gase und Dämpfe kann auch eine geringfügige Steigerung des Wirkungsgrades der Elektrolysezelle(EC)(4) beobachtet werden.The electrolysis (EC) (4) is operated at a pressure of p = 50 bar or p = 70 bar, starting from the pressure of the liquid carbon dioxide (CO 2) in the tank. In addition to the advantage of simple liquefaction of the gases and vapors, a slight increase in the efficiency of the electrolysis cell (EC) (4) can be observed.

Als bestmögliche Lösung für die Elektroylsezelle(EC)(4) hat sich die Festoxid Elelktrolysezelle (SOEC) für diese Erfindung herausgestellt. Die Festoxidzelle wird bei einer Temperatur von T = 400°C bis 800°C betrieben, wobei die Temperatur eine Funktion der Materialien des eingesetzen Elektrolytes ist, der bei den angeführten Temperaturen die maximale Leitfähiglkeit an Jonen und elektronen besitzt. Die Energiedichte der Festoxid Elelktrolysezelle (SOEC)(4) weist einen Bereich von 1W/cm2 bis 6W/cm2 auf.The best possible solution for the electro-lysis cell (EC) (4) has been found to be the solid oxide electrolysis cell (SOEC) for this invention. The solid oxide cell is operated at a temperature of T = 400 ° C to 800 ° C, wherein the temperature is a function of the materials of the electrolyte used, which has the maximum conductivity at Jonen and electrons at the temperatures mentioned. The energy density of the solid oxide electrolysis cell (SOEC) (4) has a range of 1 W / cm 2 to 6 W / cm 2.

Die Erfindung beinhaltet die Möglichkeit elektrische Energie des Akkumulators(19) zur Umwandlung von Kohlendioxid(C02) und Wasser(H20) in der Elektrolysezelle(SOEC)(4) zu verwenden und so die regenerative Eigenschaft der Zelle zu unterstützen. Die Erfindung ermöglicht es mit dem...The invention includes the possibility of using electrical energy of the accumulator (19) for converting carbon dioxide (CO 2) and water (H 2 O) in the electrolysis cell (SOEC) (4), thus supporting the regenerative property of the cell. The invention makes it possible with the ...

Die Verwendung einer Dampfreformierung(SR)(41) ermöglicht die Erzeugung eines synthetischen Gases aus Dimethylether(DME) und Diethylether(DEE) in zwei Schritten: im ersten Reformierungsschritt wird der Ether zu einem Gas/Dampfgemisch aus Kohlenmonoxid(CO), Kohlendioxid(C02), Wasserdampf(H20), Wasserstoff(H2) besteht und im zweiten Schritt, der Wassergasreaktion(WGS), ein synthetisches Gas aus Kohlendioxid(C02),Wasserstoff(H2) zu:The use of steam reforming (SR) (41) allows the production of a synthetic gas from dimethyl ether (DME) and diethyl ether (DEE) in two steps: in the first reforming step, the ether is converted into a gas / vapor mixture of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (C02 ), Water vapor (H20), hydrogen (H2) and in the second step, the water gas reaction (WGS), a synthetic gas of carbon dioxide (C02), hydrogen (H2) to:

Um die Erfindung des elektrochemischen Akkumulators für einen große Reichweite oder Betriebsdauer zu verbessern werden Tankeinheiten verwendet: für den Ether ein Tank(39) mit dem Volumen von 600 Liter, für Kohlendioxid(C02) ein Tank(29) mit dem Volumen von 200 Liter und Wasser(H20) einen Tank(1) mit dem Volumen von 600 Liter.In order to improve the invention of the electrochemical accumulator for a long range or operating time tank units are used: for the ether, a tank (39) with the volume of 600 liters, for carbon dioxide (C02) a tank (29) with the volume of 200 liters and Water (H20) a tank (1) with the volume of 600 liters.

Die Erfindung nutzt das hohe Druckniveau von p = 50bar bis 70 bar, um die Phasenumwandlung von flüssig zu dampfförmig bei dem Ether und Kohlendioxid(C02) zu nutzen und in einfacher Form zu ermöglichen. Zudem kann bei einem Druck von p=50 bar bis 70 bar die Umwandlung von synthetischenThe invention uses the high pressure level of p = 50 bar to 70 bar in order to use the phase transformation from liquid to vapor in the ether and carbon dioxide (CO 2) and to enable in a simple form. In addition, at a pressure of p = 50 bar to 70 bar, the conversion of synthetic

Gas zu Dimethylether(DME) oder Diethylether(DEE) über das Verfahren der direkten Synthese in einfacher Form durchgeführt werden, ohne das Gas auf das Druckniveau von p=50 bar bis 70 bar zu verdichten. Die Verdichtungsarbeit über die Pumpe wird im flüssigen Zustand bei der Entnahme aus dem Tank durchgeführt, was zu einer sehr effizienten Lösung führt.Gas to dimethyl ether (DME) or diethyl ether (DEE) via the method of direct synthesis in a simple form without compressing the gas to the pressure level of p = 50 bar to 70 bar. The compression work on the pump is carried out in the liquid state upon removal from the tank, resulting in a very efficient solution.

Der Betriebsdruck von p=50 bar bis 70 bar stellt keine besondere Anforderung dar, entspricht dem Stand der Technik und ist auch bei Verbrennungsmaschinen im Kolbenraum vorhanden. Der Vorteil der Erfindung sind keine mechanisch bewegten Teile, nur mehr elektrochemische Umwandlungen in der Elektrolyse und in der Brennstoffzelle. Der Aufbau des elektrochemischen Akkummulators ist einfach und weist ein sehr hohes Mass an Flexibilität in der Nutzung von Stoffströmen und Energieformen auf, und weist eine höhere Energiedichte als jede Verbrennungskraftmaschine aus, ist in der möglichen Energieform flexibler und einfacher und kann auch in der KWK eingesetzt werden.The operating pressure of p = 50 bar to 70 bar represents no special requirement, corresponds to the prior art and is also available in internal combustion engines in the piston chamber. The advantage of the invention are not mechanically moving parts, only more electrochemical transformations in the electrolysis and in the fuel cell. The structure of the electrochemical accumulator is simple and has a very high degree of flexibility in the use of material flows and energy forms, and has a higher energy density than any internal combustion engine, is more flexible and simpler in the possible form of energy and can also be used in CHP ,

Die Leistungen der elektrochemischen Aggregate ist mit 500 kW eie gegeben, stellt somit eine interessante Einsatzvariante von mobilen und stationären Anwendungen dar.The performance of the electrochemical units is given with 500 kW eie, thus represents an interesting application variant of mobile and stationary applications.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat seinen optimalen Wirkungsgrad bei einer Betriebstemperatur von T=500°C. Die Betriebstemperatur liegt in einem Temperaturbereich von T=400°C bis T=800°C. Die Temperatur von T~ 500°C hat zudem den Vorteil, dass die eingesetzten Werkstoffe die Wirtschaftlichkeit des elektrochemischen Akkumulator unterstützen.The inventive method has its optimum efficiency at an operating temperature of T = 500 ° C. The operating temperature is in a temperature range from T = 400 ° C to T = 800 ° C. The temperature of T ~ 500 ° C also has the advantage that the materials used to support the efficiency of the electrochemical accumulator.

Diese Erfindung hat auch einen Nachteil. Im Vergleich zu dem bekannten offenen Prozess einer Verbrennungskraftmaschine, die einen mechanischen hohen Aufwand mit sich bringt, und durch den offenen Prozess und der Verbrennung in dem Kolbenraum, Emissionen in dem Abgas aufweist, ist diese Erfindung verfahrenstechnisch aufwendiger und stellt höhere Anforderungen an die Gasqualität und Treibstoffqualität.This invention also has a disadvantage. Compared to the known open process of an internal combustion engine, which involves a high mechanical complexity, and by the open process and the combustion in the piston chamber, emissions in the exhaust gas, this invention is procedurally more complex and makes higher demands on the gas quality and fuel quality.

Um den Vorteil der Erfindung zur Geltung bringen zu können, ist ein hoher Grad an mechatronischer Ausführung notwendig, die eine Verknüpfung mit den einzelnen Komponenten möglich und notwendig macht. Die Erfindung setzt die softwaremäßige Verkabelung und rohrleitungsmäßige (stoffstrommäßige) Verknüpfung voraus, die in sehr starkem Maß von der Leistungseinheit der elektrochemischen Akkumulatoren abhängt. Die Reglung und die Steuerung von vernetzten Komponenten ist wesentlich komplexer als die Steuerung einer klassischen bekannten Verbrennungskraftmaschine.In order to bring the advantage of the invention to bear, a high degree of mechatronic design is necessary, which makes a link with the individual components possible and necessary. The invention requires the software-based wiring and piping moderate (stoffstrommäßige) linkage, which depends very much on the power unit of the electrochemical batteries. The control and the control of networked components is much more complex than the control of a conventional conventional internal combustion engine.

Ein weiterer Nachteil dieser Erfindung ist der Einsatz neuer Werkstoffe, die in der Regel auf modifizierte Keramiken für eine höhere elektrische Leitungsdichte bei niedrigeren Temperaturen eingeschränkt werden kann.Another disadvantage of this invention is the use of new materials, which typically can be limited to modified ceramics for higher electrical line density at lower temperatures.

Ein Nachteil dieser Erfindung ist die Erzeugung und Verteilung von elektrischer Energie und nicht von mechanischer Energie. Die elektrische Energie hat zwar einen hohen Anteil an Exergie benötigt jedoch die Umwandlung zu mechanischer oder physiaklischer Energie oder thermischer Energie.A disadvantage of this invention is the generation and distribution of electrical energy rather than mechanical energy. Although the electrical energy has a high proportion of exergy, it needs conversion to mechanical or physiological energy or thermal energy.

Die in der Verbrennungskraftmaschine auftretende stossartige Verbrennung im Kolbenraum der Verbrennungskraftmaschine wird über die Mechanik in Bewegungsenergie in Form von Drehenergie umgewandelt wird. Die Erfindung bietet die Möglichkeit der Umwandlung von erzeugter elekrtischer Energie in mechanische Energie über den Einsatz eines elektrischen Motors.The shock-like combustion occurring in the internal combustion engine in the piston chamber of the internal combustion engine is converted by the mechanics into kinetic energy in the form of rotational energy. The invention offers the possibility of converting generated electrical energy into mechanical energy via the use of an electric motor.

Das Druckniveau der Erfindung weicht vom Umgebungsdruck ab. Es ist kein Umgebungsdruck in Verwendung, sondern das Druckniveau richtet sich nach den physiaklischen und chemischen Eigenschaften von Kohlendioxid(C02) und Wasser(H20).The pressure level of the invention differs from the ambient pressure. There is no ambient pressure in use, but the pressure level depends on the physiological and chemical properties of carbon dioxide (C02) and water (H20).

Der Nachteil dieser Erfindung ist, dass neben der Erzeugung von elektrischer Energie zudem auch zu thermischer Energie führt, die teilweise rekuperativ genutzt worden ist. Das bedeutet auch, dass die Erfindung des elektrochemischen Akkumulators auch dem KWK Betrieb zuzuordnen ist. Die Einbindung in den KWK Betrieb bedingt einen thermischen Wirkungsgrad von 90%.The disadvantage of this invention is that in addition to the generation of electrical energy also leads to thermal energy, which has been used partially recuperatively. This also means that the invention of the electrochemical accumulator is also assigned to the CHP operation. The integration into CHP operation requires a thermal efficiency of 90%.

Einer der Vorteile gegenüber dem Verbrennungsmotor ist die geringe Anzahl an mechanischen und bewegten Teilen. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der elektrochemischen Umwandlung inOne of the advantages over the internal combustion engine is the low number of mechanical and moving parts. The inventive method is based on the electrochemical conversion in

Kombination mit elektrischer Energie und der Speicherung von Treibstoff, Kohlendioxid(C02) und Wasser(H20). Die in der Erfindung verwendeten Komponenten zur Beförderung von Fluiden und Gasen sind GasBooster und Pumpen. Pumpen für die flüssigen Medien, in der praktischen Ausführung sind das Kolbenpumpen, die geringe Volumenströme auf hohe Drücke verdichten können. Derselbe Vorteil ist bei den Gas Boostern gegeben, die als Kolbenverdichter für die geringfügige Druckerhöhung und Beförderung von überhitzten Dämpfen und Gasen geeignet sind.Combined with electrical energy and storage of fuel, carbon dioxide (C02) and water (H20). The components used to carry fluids and gases in the invention are gas boosters and pumps. Pumps for liquid media, in the practical version are the piston pumps, which can compact low flow rates to high pressures. The same advantage is given to the gas boosters, which are suitable as piston compressors for the slight pressure increase and transport of superheated vapors and gases.

Neben dem hohen elektrischen Wirkungsgrad bei der Brennstoffzelle in der Größenordnung von ~ 62% mit interner Reformierung und ~70% bei direkter Umwandlung, wird auch thermische Energie in Form von Wärme erzeugt. Die Nutzung der thermischen Energie führt dieIn addition to the high electrical efficiency of the fuel cell in the order of ~ 62% with internal reforming and ~ 70% in direct conversion, thermal energy is also generated in the form of heat. The use of thermal energy leads the

Die Verwendung von Dimethylether(DME)(39) oder Diethylether(DEE)(39) hat den erfindungsgemäßen Vorteil, flüssige Phase mit hohem energetischen Energieinhalt, ein Treibstoff, der sich erfindungsgemäß aus einem Synthesegas (5)( Kohlendioxid(C02), Wasserstoff(H2), Kohlenmonoxid(CO)) wiedergewinnen und somit rückgewinnen lässt.The use of dimethyl ether (DME) (39) or diethyl ether (DEE) (39) has the advantage according to the invention, liquid phase with high energetic energy content, a propellant, which according to the invention from a synthesis gas (5) (carbon dioxide (C02), hydrogen ( H2), carbon monoxide (CO)) and thus recover.

Der verwendete elektrische Akkumulator(19) dient dazu elektrische Energie kurzfristig zu speichern und zur Verfügung zu stellen. Die elektrische Energie dient dazu die Hilfsantriebe zu versorgen, die Heizung der Elektrolysezelle und der Brennstoffzellen zu ermöglichen. Durch die recuperative Nutzung der Abwärme aus der Elektrolysezelle und der Brennstoffzelle ist die benötigte elektrische Energie in der Größenordnung von 10% der erzeugten elektrischen Leistung.The used electrical accumulator (19) serves to store electrical energy in the short term and to make available. The electrical energy serves to supply the auxiliary drives, to enable the heating of the electrolysis cell and the fuel cell. Due to the recuperative use of the waste heat from the electrolysis cell and the fuel cell, the required electrical energy in the order of 10% of the electrical power generated.

Durch die Verwendung von wasserstoffreichen Treibstoffen wie Dimethylether(DME)(39) und Diethylether(DEE)(39) ergeben sich bei der Oxidation von Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) die Reaktionsprodukte (C02) und Wasser (H20), die in eigenen Tanks gespeichert werden. Die Reaktionsprodukte treten mit dem nicht verrbauchten ( umgesetzten ) Wasserstoff und Kohlenmonoxid auf der Anodenseite auf. Die Abscheidung erfolgt auf der Basis der Ausnutzung der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Kohlendioxid und Wasser. Kohlendioxid kondensiert bei einem Druck von 50 bar bei 14°C und bei einem Druck von 70 bar bei einer Temperatur von 28°C. Wasser kondensiert bei einem Druck von 50 bar bei einer Temperatur von 263°C und bei einem Druck von p=70bar bei einer Temperatur T=285°C. Damit erkennt man, dass bei Ausnutzung der latenten exergiereichen Abwärme aus dem Anodengas und Kathodengas die die Grenztemperatur für Wasserdampf bei T=263°C (285°C) gegeben ist. Durch die unterschiedlichenThe use of hydrogen-rich fuels such as dimethyl ether (DME) (39) and diethyl ether (DEE) (39) results in the oxidation of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2), the reaction products (C02) and water (H20) own tanks are stored. The reaction products occur with the uncorrupted (reacted) hydrogen and carbon monoxide on the anode side. The deposition is based on the utilization of the chemical and physical properties of carbon dioxide and water. Carbon dioxide condenses at a pressure of 50 bar at 14 ° C and at a pressure of 70 bar at a temperature of 28 ° C. Water condenses at a pressure of 50 bar at a temperature of 263 ° C and at a pressure of p = 70bar at a temperature T = 285 ° C. Thus it can be seen that when using the latent exergiereichen waste heat from the anode gas and cathode gas which is the limit temperature for steam at T = 263 ° C (285 ° C). By the different ones

Kondensationstemperaturen der Phasen Kohlendioxid und Wasserdampf ergibt sich erfindungsgemäß eine Auftrennung in Kohlendioxid und Wasser, die in den Tanks(1) für Wasser und Tank(29) für Kohlendioxid gespeichert werden. Die nun in beiden Tanks(1,29) in flüssiger Phase verfügbaren Stoffe Kohlendioxid(C02) und Wasser(H20) werden als Ausgangsstoffe für die Erzeugung von Treibstoff in Form von Dimethylether(DME) und Diethylether(DEE) verwendet. Dabei wird die im Akku(19) gespeicherte elektrische Energie(22) verwendet. Zudem wird überschüssige elektrische Energie aus der Brennstoffzelle(8) für die Rückgewinnung von Treibstoff aus Kohlendioxid und Wasser verwendet. Die hier angeführte Eigenschaft ist vor allen bei Einsatz des elektrochemischen Akkumulators bei mobilen Anwendungen und bei Anwendungen wo Lasten gehoben und bewegt werden, und die Bewegungsenergie in Form von elektrischer Energie rückgewonnen werden kann.Condensation temperatures of the phases carbon dioxide and water vapor results according to the invention a separation into carbon dioxide and water, which are stored in the tanks (1) for water and tank (29) for carbon dioxide. Carbon dioxide (C02) and water (H20), which are now available in both tanks (1,29) in the liquid phase, are used as starting materials for the production of fuel in the form of dimethyl ether (DME) and diethyl ether (DEE). In this case, the stored in the battery (19) electrical energy (22) is used. In addition, excess electrical energy from the fuel cell (8) is used for the recovery of fuel from carbon dioxide and water. The feature mentioned here is above all when using the electrochemical accumulator in mobile applications and in applications where loads are lifted and moved, and the kinetic energy in the form of electrical energy can be recovered.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Nullemission, die darin besteht, dass weder Kohlendioxid(C02) noch Wasserdampf(H20) nicht an die Umgebung abgegeben werden, beides sind bekannte Treibhausgase.Another advantage of the invention is the zero emission, which is that neither carbon dioxide (C02) nor water vapor (H20) are released into the environment, both are known greenhouse gases.

Ein weiterer Vorteil ist die Reichweite des elektrischen Akkumulators bei mobilen Anwendungen mit einer Größenordnung von 600 km bis 800 km bei schweren Zugmaschinen im Leistungsbereich von 500 PS bis 800 PS. Das ist vor allem bei dem Transport von Gütern über grosse Strecken durch schwere Zugmaschinen von besonderem Vorteil. Durch die Kombination mit einem elektrischen Akkummulator als Speicher von elektrischer Energie, dieser hybride Ansatz ist in Stadtbereich von grossem Vorteil im Überlandverkehr von geringem Nutzen. Die Reichweite von 1000 km ermöglicht eine regionale Infrastruktur, die auch wirtschaftlich und technisch vertretbar ist. Zudem hat die Erfindung den Vorteil, dass eine rasche Befüllung des Treibstofftanks(39) möglich macht, eine rasche Entleerung des Kohlendioxid(C02) Tanks(29) möglich macht, eine rasche Befüllung und Entleerung des Wassertank(l) möglich macht. Damit ist es aber auch möglich bei mobilen Anwendungen auf die regionalenAnother advantage is the range of the electric accumulator in mobile applications with a size of 600 km to 800 km in heavy tractors in the power range of 500 hp to 800 hp. This is particularly advantageous for the transport of goods over long distances through heavy tractors. By combining it with an electric accumulator as a storage of electrical energy, this hybrid approach is of little use in urban areas of great advantage in overland transport. The range of 1000 km enables a regional infrastructure, which is also economically and technically feasible. In addition, the invention has the advantage that rapid filling of the fuel tank (39) makes possible a rapid emptying of the carbon dioxide (C02) tank (29) makes possible, a rapid filling and emptying of the water tank (l) makes possible. But it is also possible for mobile applications on the regional

Infrastrukturen zu reagieren, das kann der klassische Verbrennungsmotor nicht. Und man erkennt dass es sich um ein geschlossenes regeneratives System, das den Hauptsätzen der Thermodynamik entspricht.Infrastructures to respond, the classic internal combustion engine can not. And you realize that it is a closed regenerative system that corresponds to the main theorems of thermodynamics.

Die weiterer Vorteil dieser Erfindung ist die Einbindung der volatilen solaren Energie und volatilen Windenergie einzubinden und bei stationären Anwendungen zu Nutzen. Diese Energieformen ermöglichen es Kohlendioxid(C02) in Zusammenwirken mit Wasser zu einem Treibstoff erfindungsgemäß zu Dimethylether(DME) und Diethylether(DEE) umzuwandeln. Man kann daher auch von einer echten Kohlendioxidsenke sprechen.The further advantage of this invention is the integration of volatile solar energy and volatile wind energy and to use in stationary applications. These forms of energy make it possible to convert carbon dioxide (CO 2) in cooperation with water into a fuel according to the invention to dimethyl ether (DME) and diethyl ether (DEE). One can therefore speak of a real carbon sink.

Die Möglichkeit der Nutzung von Kohlendioxid(C02) und Wasser(H20) mit Hilfe von volatiler gespeicherter elektrischer Energie und mit Bewegungsenergie, die in Form von elektrischer Energie gespeichert wird, und dann in einen wiederverwertbaren Treibstoff umgewandelt wird. Dabei ist die erfindungsgemäße Kombination von Elektrolyse(4), Reformierung (41) und die Brennstoffzelle(8) von Vorteil.The possibility of using carbon dioxide (C02) and water (H20) with the help of volatile stored electrical energy and kinetic energy, which is stored in the form of electrical energy, and then converted into a recyclable fuel. The inventive combination of electrolysis (4), reforming (41) and the fuel cell (8) is advantageous.

Erfindungsgemäß wird ein Druckniveau für den Betrieb des elektrochemischen Akkumulators so gewählt, dass geringe Eigenenergie benötigt wird, indem die Druckverluste im System kompensiert werden. Aus den thermodynamischen Eigenschaften von Kohlendioxid(C02) und Wasser(H26) kann man erkennen, dass das Druckniveau des elektrochemischen Akkumulator in einem Druckbereich von p=50 bar bis 70 bar liegt.According to the invention, a pressure level for the operation of the electrochemical accumulator is chosen so that low intrinsic energy is required by the pressure losses are compensated in the system. From the thermodynamic properties of carbon dioxide (C02) and water (H26) it can be seen that the pressure level of the electrochemical accumulator is in a pressure range of p = 50 bar to 70 bar.

Die Erfindung unterstützt den Ausbau von dezentralen Energieversorgungen und ermöglicht smart systemische Ausrichtung der Energieversorgung. Die Erfindungen unterstützt die Umwandlung des starren elektrischen Netzes zu einem smart system, um so die Möglichkeit zu schaffen elektrische Energie zu erzeugen und zu nutzen. In der Abbildung 7 ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zwischen dem bekannten elektrischen Akkumulators dargestellt. Es wird zeigt, dass der Verlust der Kapazität als Funktion der Zyklenzahl des Ladens und Entladens deutlich geringer ist als der einer klassischen Batterie.The invention supports the expansion of decentralized power supplies and enables smart systemic alignment of the power supply. The invention supports the transformation of the rigid electrical network into a smart system, thus creating the possibility of generating and using electrical energy. FIG. 7 shows the advantage of the method according to the invention in comparison between the known electric accumulator. It is shown that the loss of capacity as a function of the number of cycles of charging and discharging is significantly lower than that of a conventional battery.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung liegt in der Möglichkeit des Up scalings des elektrochemischen Akkummulators. Das ist ein wesentlicher Unterschied zu den biogenen Anwendungen, die auf der Basis beschränkter Ressourcen, keine nachhaltige Skalierbarkeit ergibt. Anders das erfindungsgemäßeAnother advantage of this invention is the possibility of upsampling the electrochemical accumulator. This is a significant difference to the biogenic applications that, based on limited resources, do not provide sustainable scalability. Unlike the invention

Die Erfindung hat das Potenzial bei Schwermaschinen als Ersatz vom klassischen Verbrennungsmotor (Dieselmotor) verwendet zu werden.The invention has the potential to be used in heavy machinery as a replacement for the classic internal combustion engine (diesel engine).

Die Erfindung basiert auf der Nutzung einfacher und energetisch günstiger Wasserstoffspeicher in Form von Dimethylether(DME) und Diethylether(DEE), Treibstoffe, die einfach herstellbar sind, die einen hohen Anteil an Wasserstoff speichern, einfach lagerbar und technisch handelbar sind.The invention is based on the use of simple and energetically favorable hydrogen storage in the form of dimethyl ether (DME) and diethyl ether (DEE), fuels that are easy to produce, which store a high proportion of hydrogen, are easily storable and technically tradable.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist es, die Anwendung und der Einsatz dieser Erfindung in Netzstrukturschwachen Regionen. Man kann nicht immer ein elektrisches Netz voraussetzen und die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die erfindungsgemäße Verwendung von Treibstoffen wie Dimethylether(DME) und Diethylether(DEE).Another advantage of this invention is the application and use of this invention in low-fiber regions. You can not always assume an electrical network and the invention solves the problem by the inventive use of fuels such as dimethyl ether (DME) and diethyl ether (DEE).

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Verwertung von Restgasen aus anderen Produktionsprozessen. Durch die Reinigung der Restgase und die Umwandlung zu einem Synthetischen Gas bestehend aus Kohelenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2).Another advantage of the invention is the utilization of residual gases from other production processes. By purifying the residual gases and converting them into a synthetic gas consisting of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2).

Die Anwendung dieser Erfindung ermöglicht den Ersatz von klassischen bekannten Verbrennungsmaschinen in einem Leistungsbereich von 50 kW eie bis 500 kW eie. Eine typische Anwendung sind die bekannten Blockheizkraftwerke(BHKW) in KWK Anwendungen. Eine weitere Anwendung ist der Ersatz von bekannten Dieselverbrennungsmaschinen in mobilen Anwendungen im Leistungsbereich 100 kW eie bis 500 kW eie. Allen Anwendungen ist eine Eigenschaft gemeinsam; die Nullemission (Zero Emission).The application of this invention allows the replacement of classic known combustion engines in a power range of 50 kW eie to 500 kW eie. A typical application are the known combined heat and power plants (CHP) in CHP applications. Another application is the replacement of known diesel combustion engines in mobile applications in the power range 100 kW eie to 500 kW eie. All applications share a property; the zero emission.

Zeichen und Symbole 1 Wassertank ( p=50 bar, p=70bar) (H20) 2 Verdampfer ( H20) 3 Wasserdampf(H20) 4 Elektrolyseanlage 5 Synthesegas(Kohlenmonoxid(CO), Wasserstoff(H2)) 6 Sauerstoff(02) 7 Wärmetauscher(Sauerstoff(02), Sauerstoff mit Wasserdampf(H20), Kohlendioxid(C02)) 8 Brennstoffzelle 9 Wärmetauscher(Kohlenmonoxid(CO),Wasserstoff(H2),Wasserdampf(H20), Kohlendioxid(C02)) 10 Sauerstoff(02), Wasserdampf(H20) und Kohlendioxid(C02) aus der Brennstoffzelle 11 Kondensator Wasserdampf (H20) 12 Sauerstoff (02)( trocken) 13 Synthesegas ( Kohlenmonoxid(CO), Wasserstoff(H2)) 14 Kondensator Wasserdampf (H20) 15 Wasser (H20) 16 Wasser (H20) 17 Synthesegas ( Kohlenmonoxid(CO), Kohlendioxid(C02), Wasserstoff(H2), Wasserdampf(H20)) 18 Wasser(H20) 19 elektrischer Akkummulator 20 elektrische Energie 21 Luft 22 Druckwechseladsorption (Sauerstoff(02), Stickstoff(N2)) 23 elektrische Leitung 24 Sauerstoff(02) von der Druckwechseladsorption 25 Stickstoff (N2) 26 Wärmetauscher 27 Synthesegas aus der Brennstoffzelle 28 Externe elektrische Energie 29 Kohlendioxid-Tank(C02) 30 Wärmetaucher - Verdampfer (H20) 31 Wärmetauscher - Kondensator ( Kohlendioxid ) 32 Kohlendioxid (C02) 33 Wärmetauscher - Kondensator ( Kohlendioxid ) 34 Kohlendioxid (C02) 35 Kohlendioxid (C02) 36 Kohlendioxid (C02) 37 Wärmetauscher 38 Dimethylether(DME) Dampf 39 Dimethylether(DME)/Diethylether(DEE) Tank • 40 Wärmetauscher - Verdampfer 41 Reformer(SR) - Dimethylether(DME), Diethylether(DEE) 42 Wasserdampf (H20) 43 elektrische Energie 44 Synthesegas ( Kohlenmonoxid(CO), Kohlendioxid(C02), Wasserstoff(H2), Wasserdampf(H20)) 45 Synthesegas ( Kohlenmonoxid(CO), Kohlendioxid(C02), Wasserstoff(H2),Symbols and symbols 1 Water tank (p = 50 bar, p = 70bar) (H20) 2 Evaporator (H20) 3 Water vapor (H20) 4 Electrolysis system 5 Synthesis gas (carbon monoxide (CO), hydrogen (H2)) 6 Oxygen (02) 7 Heat exchanger (Oxygen (02), oxygen with water vapor (H20), carbon dioxide (CO2)) 8 fuel cell 9 heat exchanger (carbon monoxide (CO), hydrogen (H2), water vapor (H20), carbon dioxide (CO2)) 10 oxygen (02), water vapor (H20) and carbon dioxide (C02) from the fuel cell 11 Condenser water vapor (H20) 12 oxygen (02) (dry) 13 synthesis gas (carbon monoxide (CO), hydrogen (H2)) 14 condenser water vapor (H20) 15 water (H20) 16 Water (H20) 17 synthesis gas (carbon monoxide (CO), carbon dioxide (C02), hydrogen (H2), water vapor (H20)) 18 water (H20) 19 electrical accumulator 20 electrical energy 21 air 22 pressure swing adsorption (oxygen (02), nitrogen ( N2)) 23 electric line 24 oxygen (02) from the pressure swing adsorption 25 nitrogen (N2) 26 heat exchanger 27 synthesis gas from the Brenn fuel cell 28 External electrical energy 29 Carbon dioxide tank (C02) 30 Heat exchanger - evaporator (H20) 31 Heat exchanger - condenser (carbon dioxide) 32 Carbon dioxide (C02) 33 Heat exchanger - condenser (carbon dioxide) 34 Carbon dioxide (C02) 35 Carbon dioxide (CO2) 36 Carbon dioxide (C02) 37 Heat exchanger 38 dimethyl ether (DME) vapor 39 dimethyl ether (DME) / diethyl ether (DEE) tank • 40 heat exchangers - evaporator 41 reformer (SR) - dimethyl ether (DME), diethyl ether (DEE) 42 water vapor (H20) 43 electrical energy 44 Synthesis gas (carbon monoxide (CO), carbon dioxide (C02), hydrogen (H2), water vapor (H20)) 45 Synthesis gas (carbon monoxide (CO), carbon dioxide (C02), hydrogen (H2),

Wasserdampf(H20)) 46 Synthesegas ( Kohlenmonoxid(CO), Kohlendioxid(C02), Wasserstoff(H2),Steam (H20)) 46 Synthesis gas (carbon monoxide (CO), carbon dioxide (C02), hydrogen (H2),

Wasserdampf(H20)) 47 Dimethylether(DME) Rückgewinnungsanlage 48 Wasser (H20) 49 Dimethylether(DME) 50 Synthesegas ( Kohlenmonoxid(CO), Kohlendioxid(C02), Wasserstoff(H2), Wasserdampf(H20)) 51 Pumpe - Wasser (H20) 52 Gas Booster - Sauerstoff (02) 53 Gas Booster - Synthesegas ( Kohlenmonoxid(CO), Kohlendioxid(C02), Wasserstoff(H2), Wasserdampf(H20)) 54 Pumpe - Kohlendioxid (C02) 55 Pumpe Dimethylether(DME) 56 Verbindung Synthesegas(C0,H2,C02) des Reformers mit dem Elektrolyseur 57 elektrische Leistung aus der BrennstoffzelleSteam (H20)) 47 Dimethyl ether (DME) Recovery unit 48 Water (H20) 49 Dimethyl ether (DME) 50 Synthesis gas (carbon monoxide (CO), carbon dioxide (C02), hydrogen (H2), water vapor (H20)) 51 Pump - water (H20 ) 52 Gas Booster - Oxygen (02) 53 Gas Booster - Syngas (Carbon Monoxide (CO), Carbon Dioxide (C02), Hydrogen (H2), Water Vapor (H20)) 54 Pump - Carbon Dioxide (C02) 55 Pump Dimethyl Ether (DME) 56 Compound Synthesis gas (C0, H2, C02) of the reformer with the electrolyzer 57 electrical power from the fuel cell

Abbildungen Abbildung 1Figures Figure 1

Die Abbildung 1 zeigt erfindungsgemäß die Kombination von Elektrolysezelle mit einer Brennstofkelle. Das Wasser wird in einem Tank(1) gespeichert und mit einer Pumpe(51) zu der Elektrolysezelle(4) geleitet. Das aus der Elektrolysezelle gewonnene Sauerstoff(02) (6) wird der Brennstoffzelle zugeführt. Ergänzt wird der Sauerstoffanteil über einen Druckwechseladsoptionsmodul(22), wo Luft(21) angesaugt wird und in Sauerstoff(24) und Stickstoff(25). Dieser Sauerstoff wird mit dem Sauerstoff, der in der Brennstoffzelle nicht verbraucht worden ist (12) und durch einen Gasbooster(52) befördert wird ebenfalls dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelle (4) beigemischt. Der in der Elektrolyse erzeugte Wasserstoff (5) wird zusammen mit dem unverbrauchten Wasserstoff (13) aus der Brennstoffzelle(8) dem Wasserstoff(5) über einen Gasbooster(53) beigemischt. Die Wärmetuascher (11) und (14) dienen dazu das im Zuge des Betriebes der Brennstoffzelle (8) erzeugte Wasser auf der Sauerstoffseite(12) und auf der Wasserstoffseite(13) rückzugewinnen (18) dem Wassertank(l) wieder zugefügt wird. Die von der Brennstoffzelle(8) erzeugte elektrische Energie(56) steht über die Leitung (28) zur weiteren Verwendung zur Verfügung. Ergänzt und unterstützt wird das System aus Elektrolyse(4) und Brennstoffzelle(8) durch einen Akku (19), der einen zeitlich begrenzten Zwischenspeicher darstellt und das System unterstützt. Über die Leitung (28) steht der erzeugte Strom des elektrochemischen Akkus zur weiteren Verwendung zur Verfügung.Figure 1 shows according to the invention the combination of electrolytic cell with a fuel cell. The water is stored in a tank (1) and directed by a pump (51) to the electrolysis cell (4). The oxygen (02) (6) recovered from the electrolytic cell is supplied to the fuel cell. The oxygen content is supplemented by a pressure swing adsorption module (22), where air (21) is sucked in and oxygen (24) and nitrogen (25). This oxygen is mixed with the oxygen that has not been consumed in the fuel cell (12) and carried by a gas booster (52) is also added to the oxygen from the electrolysis cell (4). The hydrogen (5) produced in the electrolysis is admixed together with the unused hydrogen (13) from the fuel cell (8) to the hydrogen (5) via a gas booster (53). The heat exchangers (11) and (14) serve to recover (18) the water generated in the course of operation of the fuel cell (8) on the oxygen side (12) and on the hydrogen side (18) is added to the water tank (l) again. The electrical energy (56) generated by the fuel cell (8) is available for further use via the line (28). The system of electrolysis (4) and fuel cell (8) is supplemented and supported by a battery (19), which represents a temporary buffer and supports the system. Via line (28) the generated current of the electrochemical battery is available for further use.

Abbildung 2Figure 2

Die Abbildung 2 zeigt erfindungsgemäß die Kombination von einer thermischen Elektrolysezelle(4) mit einer Brennstoffzelle(8), die bei höherer Temperatur in einem Temperaturbereich von T=400°C bis 800°C betrieben wird. Als Fluid wird Wasser(1) und in Form von Wasserdampf(3) verwendet. Dabei wird die 30% erzeugte Abwärme aus der Elektrolysezelle(4) und der Brennstoffzelle(8) ausgenutzt. Das Wasser wird in einem Tank(1) gespeichert und mit einer Pumpe(51) in einen Wärmetauscher(2), der als Verdampfer verwendet wird und über einen Wärmetauscher(26), der als Überhitzer verwendet wird, zu der Elektrolysezelle(4) geleitet. Der aus der Elektrolysezelle gewonnene Sauerstoff(02) (6) wird über einen Wärmetauscher(7), der die Abwärme aus dem Wasserdampf und Sauerstoff Gas Dampfgemisch (10) der Brennstoffzelle(8) zugeführt. Ergänzt wird der Sauerstoffanteil über einenFigure 2 shows according to the invention the combination of a thermal electrolysis cell (4) with a fuel cell (8), which is operated at a higher temperature in a temperature range of T = 400 ° C to 800 ° C. The fluid used is water (1) and in the form of water vapor (3). The 30% waste heat generated from the electrolytic cell (4) and the fuel cell (8) is utilized. The water is stored in a tank (1) and directed by a pump (51) into a heat exchanger (2) used as an evaporator and via a heat exchanger (26) used as a superheater to the electrolytic cell (4) , The oxygen (02) (6) obtained from the electrolysis cell is fed via a heat exchanger (7) to which the waste heat from the water vapor and oxygen gas vapor mixture (10) of the fuel cell (8). The oxygen content is supplemented by a

Druckwechseladsoptionsmodul(22), wo Luft(21) angesaugt wird und in Sauerstoff(24) und Stickstoff(25). Dieser Sauerstoff wird mit dem Sauerstoff, der in der Brennstoffzelle nicht verbraucht worden ist (12) und durch einen Gasbooster(52) befördert wird ebenfalls dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelle (4) beigemischt. Der in der Elektrolyse erzeugte Wasserstoff (5) wird zusammen mit dem unverbrauchten Wasserstoff (13) aus der Brennstoffzelle(8) dem Wasserstoff(5) über einen Gasbooster(53) beigemischt. Das Gas und Dampfgemisch aus Wasserstoff und Wasserdampf (27) aus der Brennstoffzelle(8) dem rekuperativen Wärmetauscher(9) des Wasserstoffes(5) aus der Elektrolysezelle(4) zugeführt wurde, danach der Gas und Dampfstromes (27) über den Wärmetauscher(2) zur rekuperativen Wärmenutzung innerhalb des elektrochemischen Akkummulators und der Wasserdampf wird über dem Wärmetauscher(14) in Form eines Kondensates(15) ausgeschieden und in der Folge über den Gasbooster(53) als getrockneter Wasserstoff (17) dem Wasserstoff(5) aus der Elektrolysezelle(4) zugeführt. Die Wärmetuascher (11) und (14) dienen dazu das im Zuge des Betriebes der Brennstoffzelle (8) erzeugte Wasser auf der Sauerstoffseite(12) und auf der Wasserstoffseite(13) rückzugewinnen (18) dem Wassertank(l) wieder zugefügt wird. Die von der Brennstoffzelle(8) erzeugte elektrische Energie(56) steht über die Leitung (28) zur weiteren Verwendung zur Verfügung. Ergänzt und unterstützt wird das System aus Elektrolyse(4) und Brennstoffzelle(8) durch einen Akku (19), der einen zeitlich begrenzten Zwischenspeicher darstellt und das System unterstützt. Über die Leitung (28) steht der erzeugte Strom des elektrochemischen Akkummulators zur weiteren Verwendung zur Verfügung.Pressure swing adsorption module (22), where air (21) is sucked into oxygen (24) and nitrogen (25). This oxygen is mixed with the oxygen that has not been consumed in the fuel cell (12) and carried by a gas booster (52) is also added to the oxygen from the electrolysis cell (4). The hydrogen (5) produced in the electrolysis is admixed together with the unused hydrogen (13) from the fuel cell (8) to the hydrogen (5) via a gas booster (53). The gas and vapor mixture of hydrogen and water vapor (27) from the fuel cell (8) was supplied to the recuperative heat exchanger (9) of the hydrogen (5) from the electrolytic cell (4), then the gas and vapor stream (27) via the heat exchanger (2 ) for recuperative heat utilization within the electrochemical accumulator and the water vapor is excreted over the heat exchanger (14) in the form of a condensate (15) and subsequently via the gas booster (53) as dried hydrogen (17) the hydrogen (5) from the electrolysis cell (4) supplied. The heat exchangers (11) and (14) serve to recover (18) the water generated in the course of operation of the fuel cell (8) on the oxygen side (12) and on the hydrogen side (18) is added to the water tank (l) again. The electrical energy (56) generated by the fuel cell (8) is available for further use via the line (28). The system of electrolysis (4) and fuel cell (8) is supplemented and supported by a battery (19), which represents a temporary buffer and supports the system. Via line (28) the generated current of the electrochemical accumulator is available for further use.

Abbildung 3Figure 3

Die Abbildung 3 zeigt erfindungsgemäß die Kombination von einer thermischen Elektrolysezelle(4) mit einer Brennstoffzelle(8), die bei höherer Temperatur in einem Temperaturbereich von T=400°C bis 800°C betrieben wird. Dabei werden als Basisfluid ein Gemisch aus Kohlendioxid(C02) im Tank(29) undFIG. 3 shows, according to the invention, the combination of a thermal electrolysis cell (4) with a fuel cell (8) which is operated at a higher temperature in a temperature range from T = 400 ° C. to 800 ° C. In this case, as a base fluid, a mixture of carbon dioxide (C02) in the tank (29) and

Wasser im Tank(1) in Form Kohlendioxiddampf (36) und Wasserdampf(3) verwendet. Kohlendioxid wird in flüssiger Form im Tank(29) über die Pumpe(54) einem Wärmetauscher(30) als Verdampfer zugeführt, und das dampfförmige Kohlendioxid(36) dem Wärmetauscher (37) als Überhitzer der Elektrolysezelle(4) zugeführt. Dabei wird die 30% erzeugte Abwärme aus der Elektrolysezelle(4) und der Brennstoffzelle(8) ausgenutzt. Das Wasser wird in einem Tank(1) gespeichert und mit einer Pumpe(51) in einen Wärmetauscher(2), der als Verdampfer verwendet wird und über einen Wärmetauscher(26), der als Überhitzer verwendet wird, zu der Elektrolysezelle(4) geleitet. Der aus der Elektrolysezelle gewonnene Sauerstoff(02) (6) wird über einen Wärmetauscher(7), der die Abwärme aus dem Wasserdampf und Sauerstoff Gas Dampfgemisch (10) der Brennstoffzelle(8) zugeführt. Ergänzt wird der Sauerstoffanteil über einen Druckwechseladsoptionsmodul(22), wo Luft(21) angesaugt wird und in Sauerstoff(24) und Stickstoff(25). Dieser Sauerstoff wird mit dem Sauerstoff, der in der Brennstoffzelle nicht verbraucht worden ist (12) und durch einen Gasbooster(52) befördert wird ebenfalls dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelle (4) beigemischt. Der in der Elektrolyse erzeugte Wasserstoff (5) wird zusammen mit dem unverbrauchten Wasserstoff (13) aus der Brennstoffzelle(8) dem Wasserstoff(5) über einen Gasbooster(53) beigemischt. Das Gas und Dampfgemisch aus Wasserstoff und Wasserdampf (27) aus der Brennstoffzelle(8) dem rekuperativen Wärmetauscher(9) des Wasserstoffes(5) aus der Elektrolysezelle(4) zugeführt wurde, danach der Gas und Dampfstromes (27) über den Wärmetauscher(2) zur rekuperativen Wärmenutzung innerhalb des elektrochemischen Akkummulators und der Wasserdampf wird über dem Wärmetauscher(14) in Form eines Kondensates(15) ausgeschieden und in der Folge über den Gasbooster(53) als getrockneter Wasserstoff (17) dem Wasserstoff(5) aus der Elektrolysezelle(4) zugeführt.Water in the tank (1) in the form of carbon dioxide vapor (36) and water vapor (3) used. Carbon dioxide is supplied in liquid form in the tank (29) via the pump (54) to a heat exchanger (30) as an evaporator, and the vaporous carbon dioxide (36) to the heat exchanger (37) supplied as a superheater of the electrolysis cell (4). The 30% waste heat generated from the electrolytic cell (4) and the fuel cell (8) is utilized. The water is stored in a tank (1) and directed by a pump (51) into a heat exchanger (2) used as an evaporator and via a heat exchanger (26) used as a superheater to the electrolytic cell (4) , The oxygen (02) (6) obtained from the electrolysis cell is fed via a heat exchanger (7) to which the waste heat from the water vapor and oxygen gas vapor mixture (10) of the fuel cell (8). The oxygen content is supplemented by a pressure swing adsorption module (22), where air (21) is sucked in and oxygen (24) and nitrogen (25). This oxygen is mixed with the oxygen that has not been consumed in the fuel cell (12) and carried by a gas booster (52) is also added to the oxygen from the electrolysis cell (4). The hydrogen (5) produced in the electrolysis is admixed together with the unused hydrogen (13) from the fuel cell (8) to the hydrogen (5) via a gas booster (53). The gas and vapor mixture of hydrogen and water vapor (27) from the fuel cell (8) was supplied to the recuperative heat exchanger (9) of the hydrogen (5) from the electrolytic cell (4), then the gas and vapor stream (27) via the heat exchanger (2 ) for recuperative heat utilization within the electrochemical accumulator and the water vapor is excreted over the heat exchanger (14) in the form of a condensate (15) and subsequently via the gas booster (53) as dried hydrogen (17) the hydrogen (5) from the electrolysis cell (4) supplied.

Die Wärmetauscher (11) und (14) dienen dazu das im Zuge des Betriebes der Brennstoffzelle (8) erzeugte Wasser auf der Sauerstoffseite(12) und auf der Wasserstoffseite(13) rückzugewinnen (18) dem Wassertank(l) wieder zugefügt wird. Die Wärmetauscher(33) auf der Synthesegasseite bestehend aus Kohlenmonoxid(CO), Wasserstoff(H2), Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf(H20) und Wärmetauscher(31) auf der Sauerstoffseite bestehend aus Sauerstoff(02), Kohlendioxid(C02) und Wasserdampf(H20) dienen dazu das flüssige Kohlendioxid ( 34,32) aus den Gas - Dampfströmen auszuscheiden und als flüssiges Kohlendioxid(35) dem Tank(29) zugeführt wird.The heat exchangers (11) and (14) serve to recover the water produced in the course of operation of the fuel cell (8) on the oxygen side (12) and on the hydrogen side (18) (18) is added back to the water tank (1). The heat exchanger (33) on the synthesis gas side consisting of carbon monoxide (CO), hydrogen (H2), carbon dioxide (C02) and water vapor (H20) and heat exchanger (31) on the oxygen side consisting of oxygen (02), carbon dioxide (C02) and water vapor (H20) are used to separate the liquid carbon dioxide (34,32) from the gas vapor streams and as liquid carbon dioxide (35) is supplied to the tank (29).

Die von der Brennstoffzelle(8) erzeugte elektrische Energie(56) steht über die Leitung (28) zur weiteren Verwendung zur Verfügung. Ergänzt und unterstützt wird das System aus Elektrolyse(4) und Brennstoffzelle(8) durch einen Akku (19), der einen zeitlich begrenzten Zwischenspeicher darstellt und das System unterstützt. Über die Leitung (28) steht der erzeugte Strom des elektrochemischen Akkummulators zur weiteren Verwendung zur Verfügung.The electrical energy (56) generated by the fuel cell (8) is available for further use via the line (28). The system of electrolysis (4) and fuel cell (8) is supplemented and supported by a battery (19), which represents a temporary buffer and supports the system. Via line (28) the generated current of the electrochemical accumulator is available for further use.

Abbildung 4Figure 4

Die Abbildung 4 zeigt erfindungsgemäß die Kombination von einer thermischen Elektrolysezelle(4) mit einer Brennstoffzelle(8), die bei höherer Temperatur in einem Temperaturbereich von T=400°C bis 800°C betrieben wird. Dabei werden als Basisfluid ein Gemisch aus Kohlendioxid(C02) im Tank(29) und Wasser im Tank(1) in Form Kohlendioxiddampf (36) und Wasserdampf(3) verwendet. Kohlendioxid wird in flüssiger Form im Tank(29) über die Pumpe(54) einem Wärmetauscher(30) als Verdampfer zugeführt, und das dampfförmige Kohlendioxid(36) dem Wärmetauscher (37) als Überhitzer der Elektrolysezelle(4) zugeführt.Figure 4 shows according to the invention the combination of a thermal electrolysis cell (4) with a fuel cell (8), which is operated at a higher temperature in a temperature range of T = 400 ° C to 800 ° C. In this case, the base fluid used is a mixture of carbon dioxide (CO 2) in the tank (29) and water in the tank (1) in the form of carbon dioxide vapor (36) and water vapor (3). Carbon dioxide is supplied in liquid form in the tank (29) via the pump (54) to a heat exchanger (30) as an evaporator, and the vaporous carbon dioxide (36) to the heat exchanger (37) supplied as a superheater of the electrolysis cell (4).

Dimethylether(DME)(39) oder Diethylether(DEE)(39) wird in flüssiger Form in einem Tank(39) gespeichert und mit einer Pumpe(55) einem Verdampfer(40) zugeführt. Das dampfförmige DME oder DEE wird einem Reformer(41) zugeführt, gemeinsam mit Wasserdampf(42), um so ein Synthesegas zu erzeugen, bestehend aus Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2), oder Kohlendioxid(C02) und Wasserstoff(H2) (5), das der Brennstoffzelle(8) zugeführt wird.Dimethyl ether (DME) (39) or diethyl ether (DEE) (39) is stored in liquid form in a tank (39) and fed to a vaporizer (40) by a pump (55). The vaporous DME or DEE is fed to a reformer (41), together with water vapor (42), to produce a synthesis gas consisting of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2), or carbon dioxide (C02) and hydrogen (H2) ( 5) which is supplied to the fuel cell (8).

Dabei wird die 30% erzeugte Abwärme aus der Elektrolysezelle(4) und der Brennstoffzelle(8) ausgenutzt. Das Wasser wird in einem Tank(1) gespeichert und mit einer Pumpe(51) in einen Wärmetauscher(2), der als Verdampfer verwendet wird und über einen Wärmetauscher(26), der als Überhitzer verwendet wird, zu der Elektrolysezelle(4) geleitet. Der aus der Elektrolysezelle gewonnene Sauerstoff(02) (6) wird über einen Wärmetauscher(7), der die Abwärme aus dem Wasserdampf und Sauerstoff Gas Dampfgemisch (10) der Brennstoffzelle(8) zugeführt. Ergänzt wird der Sauerstoffanteil über einen Druckwechseladsoptionsmodul(22), wo Luft(21) angesaugt wird und in Sauerstoff(24) und Stickstoff(25). Dieser Sauerstoff wird mit dem Sauerstoff, der in der Brennstoffzelle nicht verbraucht worden ist (12) und durch einen Gasbooster(52) befördert wird ebenfalls dem Sauerstoff aus der Elektrolysezelle (4) beigemischt. Der in der Elektrolyse erzeugte Wasserstoff (5) wird zusammen mit dem unverbrauchten Wasserstoff (13) aus der Brennstoffzelle(8) dem Wasserstoff(5) über einen Gasbooster(53) beigemischt. Das Gas und Dampfgemisch aus Wasserstoff und Wasserdampf (27) aus der Brennstoffzelle(8) dem rekuperativen Wärmetauscher(9) des Wasserstoffes(5) aus der Elektrolysezelle(4) zugeführt wurde, danach der Gas und Dampfstromes (27) über den Wärmetauscher(2) zur rekuperativen Wärmenutzung innerhalb des elektrochemischen Akkummulators und der Wasserdampf wird über dem Wärmetauscher(14) in Form eines Kondensates(15) ausgeschieden und in der Folge über den Gasbooster(53) als getrockneter Wasserstoff (17) dem Wasserstoff(5) aus der Elektrolysezelle(4) zugeführt.The 30% waste heat generated from the electrolytic cell (4) and the fuel cell (8) is utilized. The water is stored in a tank (1) and directed by a pump (51) into a heat exchanger (2) used as an evaporator and via a heat exchanger (26) used as a superheater to the electrolytic cell (4) , The oxygen (02) (6) obtained from the electrolysis cell is fed via a heat exchanger (7) to which the waste heat from the water vapor and oxygen gas vapor mixture (10) of the fuel cell (8). The oxygen content is supplemented by a pressure swing adsorption module (22), where air (21) is sucked in and oxygen (24) and nitrogen (25). This oxygen is mixed with the oxygen that has not been consumed in the fuel cell (12) and carried by a gas booster (52) is also added to the oxygen from the electrolysis cell (4). The hydrogen (5) produced in the electrolysis is admixed together with the unused hydrogen (13) from the fuel cell (8) to the hydrogen (5) via a gas booster (53). The gas and vapor mixture of hydrogen and water vapor (27) from the fuel cell (8) was supplied to the recuperative heat exchanger (9) of the hydrogen (5) from the electrolytic cell (4), then the gas and vapor stream (27) via the heat exchanger (2 ) for recuperative heat utilization within the electrochemical accumulator and the water vapor is excreted over the heat exchanger (14) in the form of a condensate (15) and subsequently via the gas booster (53) as dried hydrogen (17) the hydrogen (5) from the electrolysis cell (4) supplied.

Die von der Brennstoffzelle(8) erzeugte elektrische Energie(56) steht über die Leitung (28) zur weiteren Verwendung zur Verfügung. Ergänzt und unterstützt wird das System aus Elektrolyse(4) und Brennstoffzelle(8) durch einen Akku (19), der einen zeitlich begrenzten Zwischenspeicher darstellt und das System unterstützt. Über die Leitung (28) steht der erzeugte Strom des elektrochemischen Akkummulators zur weiteren Verwendung zur Verfügung (28).The electrical energy (56) generated by the fuel cell (8) is available for further use via the line (28). The system of electrolysis (4) and fuel cell (8) is supplemented and supported by a battery (19), which represents a temporary buffer and supports the system. Via line (28), the generated current of the electrochemical accumulator is available for further use (28).

Abbildung 5Figure 5

Die Abbildung 5 zeigt erfindungsgemäß die Kombination von einer thermischen Elektrolysezelle(4) mit einer Brennstoffzelle(8), die bei höherer Temperatur in einem Temperaturbereich von T=400°C bis 800°C betrieben wird. Dabei werden als Basisfluid ein Gemisch aus Kohlendioxid(C02) im Tank(29) und Wasser im Tank(1) in Form Kohlendioxiddampf (36) und Wasserdampf(3) verwendet. Kohlendioxid wird in flüssiger Form im Tank(29) über die Pumpe(54) einem Wärmetauscher(30) als Verdampfer zugeführt, und das dampfförmige Kohlendioxid(36) dem Wärmetauscher (37) als Überhitzer der Elektrolysezelle(4) zugeführt.Figure 5 shows according to the invention the combination of a thermal electrolysis cell (4) with a fuel cell (8), which is operated at a higher temperature in a temperature range of T = 400 ° C to 800 ° C. In this case, the base fluid used is a mixture of carbon dioxide (CO 2) in the tank (29) and water in the tank (1) in the form of carbon dioxide vapor (36) and water vapor (3). Carbon dioxide is supplied in liquid form in the tank (29) via the pump (54) to a heat exchanger (30) as an evaporator, and the vaporous carbon dioxide (36) to the heat exchanger (37) supplied as a superheater of the electrolysis cell (4).

Ein Teil oder der gesamte Anteil des Synthesegas(46) aus der Elektrolyseanlage(4) wird der DME Rückgewinnungsanlage(47) zugeführt, das unverbrauchte Synthesegas aus der DME Rückgewinnung(47) wird dem Synthesegas zugeführt, das gewonnene Wasser(48) wird dem Tank(1) zugeführt. Das gewonnene DME(49) wird dem Tank(39) zugeführt.A part or all of the synthesis gas (46) from the electrolysis plant (4) is fed to the DME recovery plant (47), the unused synthesis gas from the DME recovery (47) is fed to the syngas, the recovered water (48) is the tank (1) supplied. The recovered DME (49) is supplied to the tank (39).

Abbildung 6Figure 6

Die Abbildung 6 zeigt erfindungsgemäß die Kombination des Synthesegases( C02,H2) des Reformers(41) mit dem Elektrolyseur(4), um so den Ertrag in Kohlenmonoxid(CO) und Wasserstoff(H2) zu optimierenFigure 6 shows according to the invention the combination of the synthesis gas (C02, H2) of the reformer (41) with the electrolyzer (4), so as to optimize the yield in carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2)

Abbildung 7Figure 7

In der Abbildung 7 ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zwischen dem bekannten elektrischen Akkumulators dargestellt. Es wird zeigt, dass der Verlust der Kapazität als Funktion der Zyklenzahl des Ladens und Entladens deutlich geringer ist als der einer klassischen Batterie.FIG. 7 shows the advantage of the method according to the invention in comparison between the known electric accumulator. It is shown that the loss of capacity as a function of the number of cycles of charging and discharging is significantly lower than that of a conventional battery.

Claims

claims

1. The method of a water-based electrochemical accumulator (H20) comprising the reservoir of water (1), the pump (51), the heat exchangers (26,2), the electrolysis (4), the fuel cell (8), the heat exchangers (7,9,11,14), the compressors (52,53), the accumulator (19) characterized in that - the tank (1) for water (H20) is used - the volume of the water tank minimum V = 50 L, maximum V = 1000L, preferably V = 600 L - the pressure in the water tank minimum p = 1 bara, maximum 100 bara, preferably p = 2 bara - the temperature in the water tank minimum T = 5 ° C maximum T = 50 ° C, preferably T = 35 ° C - the pump (51) carries the water (H20) from the water tank (L) - the pump (51) is designed as a piston pump with electric drive - the pump (51) a pressure difference of dp = 1 bar, maximum dp = 70 bar, preferably dp = 5 bar - the heat exchanger (2) is designed for water on one side and syngas (27) on the other side - the Wärmetau shear (2) on the water side for a pressure of minimum p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 2 bara, if only water (1) is used - the heat exchanger (2) on the water side for a minimum pressure p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara, if water (1) and carbon dioxide (CO 2) (29) are used - the heat exchanger (2) is used as evaporator from water to steam - the heat exchanger is designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger has a mean temperature level of T = 120 ° C - the heat exchanger is designed in countercurrent construction - the heat exchanger (26) is designed for steam on one side and synthesis gas (IO) on the other side - the heat exchanger (26) on the steam side for a minimum pressure p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara, if water (1) and carbon dioxide (C02) (29) is used - the heat exchanger (26 ) on the water vapor side for a pressure of at least p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 2 bara, if only water (1) is used - the heat exchanger (26) is used as a superheater for water vapor - the heat exchanger (26) is designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger (26 ) has an average temperature level of T = 200 ° C - the heat exchanger (26) is designed in countercurrent construction - the electrolyzer (4) is used for the electrical electrolysis of water vapor - the electrolyzer (4) for a minimum pressure p = 1bara, maximum p = 100bara, preferably p = 5 bara is used - the electrolyzer (4) with the help of electrical energy hydrogen (H2) on the anode side (5) and oxygen on the cathode side (6) generates - the electrolyzer (4) with the electrolyte Solid oxide ceramic for an operating temperature of T = 300 ° C, maximum t = 800 ° C, preferably T = 500 ° C is designed. - The electrolyzer (4) with the electrolyte solid oxide ceramic for an operating pressure of minimum p = 1bar, maximum p = 100bar, preferably p = 2bar is designed. - The electrolyzer (4) can draw the electrical energy from the electric accumulator (19) - the electrolyzer (4) can draw the electrical energy from the fuel cell (8) in terms of self-supply - the electrolyzer (4) with the electrolyte solid oxide ceramic for a electrical power of minimum P = 1kW, maximum p = 1000kW, preferably P = 500kW is designed. the fuel cell (8) can convert hydrogen (H2) (5) on the anode side and oxygen (02) (6) on the cathode side to electrical energy - the fuel cell (8) with the solid oxide ceramic electrolyte for a minimum operating temperature of T = 300 ° C, maximum t = 800 ° C, preferably T = 500 ° C is designed. - The fuel cell (8) with the electrolyte solid oxide ceramic for an electrical power of minimum P = 1kW, maximum p = 1000kW, preferably P = 500kW is designed. - The Brennstoffzel! e (8) with the electrolyte solid oxide ceramic for an operating pressure of minimum p = 1bar, maximum p = 100bar, preferably p = 2bar is designed. - The heat exchanger (7) for oxygen (6) (02) on the one hand and the exhaust gas from the cathode (10) of the fuel cell (8) for oxygen and water vapor on the other side is designed - the heat exchanger (7) on the Oxygen side (6) for a pressure of minimum p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara, if water (1) and carbon dioxide (C02) (29) is used - the heat exchanger (7) on the oxygen side (6) for a minimum pressure p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 2 bara, if only water (1) is used - the heat exchanger (7) on the oxygen exhaust side (IO) for a minimum pressure p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara, if water (1) and carbon dioxide (CO 2) (29) is used - the heat exchanger (7) on the oxygen exhaust gas side (IO) for a minimum pressure p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 2 bara, if only water (1) is used - the heat exchanger (7) is used as a recuperator - the heat Aus (7) is designed as a tube bundle heat exchanger - the heat exchanger (7) has an average temperature level of T = 300 ° C - the heat exchanger (7) is designed in countercurrent construction - the heat exchanger (9) for hydrogen (6) (H2) on the one side and the exhaust gas from the anode (10) of the fuel cell (8) is designed for oxygen and water vapor on the other side - the heat exchanger (9) on the hydrogen side (6) for a minimum pressure p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara - the heat exchanger (9) on the hydrogen side (IO) for a pressure of minimum p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara - the heat exchanger (9) as a recuperator is used - the heat exchanger (9) is designed as a tube bundle heat exchanger - the heat exchanger (9) has an average temperature level of T = 300 ° C - the heat exchanger (9) is designed in countercurrent design -the compressor (52) as a gas booster for the dry Oxygen (02) (12) ve is used - the compressor (52) is designed as a piston compressor - the compressor (52) is hydraulically driven - the compressor (52) of a pressure difference in dry oxygen (02) (12) minimum dp = 1bar, maximum dp = 10bar, preferably dp = 2 bar - the heat exchanger (14) is designed for cooling water on one side and the exhaust gas from the anode (27) of the fuel cell (8) for hydrogen and water vapor on the other side - the heat exchanger (14) the hydrogen side (6) for a pressure of at least p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara, if water (1) and carbon dioxide (C02) (29) is used - the heat exchanger (14) on the Hydrogen side (6) for a pressure of minimum p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 2 bara, if only water (1) is used - the heat exchanger (14) on the hydrogen exhaust side (27) for a minimum pressure p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara, if water (1) and carbon dioxide ( C02) (29) is used - the heat exchanger (14) on the hydrogen exhaust side (27) for a pressure of at least p = 1 bara, at most p = 100 bara, preferably p = 2 bara, if only water (1) is used - the heat exchanger (14) is used as a condenser for the water vapor (15) contained in the hydrogen - the heat exchanger (14) is designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger (14) has an average temperature level of T = 85 ° C - the heat exchanger (14) is designed in countercurrent construction - the heat exchanger (11) for water for cooling on one side and the exhaust gas from the cathode (10) of the fuel cell (8) for oxygen and water vapor is designed on the other side - the heat exchanger (11) on the Oxygen side (6) for a pressure of minimum p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara, if water (1) and carbon dioxide (C02) (29) is used - the heat exchanger (11) on the oxygen side (6) for a minimum pressure p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 2 bara, if only water (l) is used - the heat exchanger (11) on the oxygen off-gas side (IO) for a minimum pressure p = 16 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara, when water (1) and carbon dioxide (CO 2) (29) is used - the heat exchanger (11) on the oxygen off-gas side (IO) for a minimum pressure p = 16 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 2 bara has, if only water (1) is used - the heat exchanger (11) is used as a condenser for the water vapor contained in the oxygen (16) - the heat exchanger 11) is designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger (11) has a mean temperature level of T = 85 ° C - the heat exchanger 11) · η countercurrent construction is performed - the water condensate (15) together with the water condensate (16) the tank (1) is recycled -the compressor (53) as a gas booster for the dry hydrogen (H2) (17) is used - the compressor (53) is used as a reciprocating compressor the compressor (53) is hydraulically driven - the compressor (53) having a pressure difference in the dry hydrogen (H2) (17) has a minimum dp = 1bar, maximum dp = 10bar, preferably dp = 2 bar -the accumulator (19 ) is used as an electrical energy storage, - the accumulator (19) has an electrical power of at least P = 1kW maximum P = 500kW, preferably P = 100kW - the accumulator (19) provides electrical energy in the form of direct current, with a voltage level from minimum U = 24VDC, maximum U = 96VDC, preferably U = 48VDC

2. The claim of 1 comprising a connection for renewable volatile electrical energy (28), characterized in that - external electrical energy with a power minimum P = 5 kW, maximum P = 100 kW, preferably P = 75 kW can be supplied

2. The claim of 1 comprising the storage carbon dioxide (C02) (29), the pump (54), the heat exchangers (30,37), the electrolysis (4), the fuel cell (8), the heat exchangers (31,33) , Compressor (53), characterized in that - the tank (29) is used for carbon dioxide (C02) - the volume of the carbon dioxide tank (29) minimally V = 50 L, maximum V = 1000L, preferably V = 600 L - the pressure in the carbon dioxide tank (29) has a minimum p = 1 bara, a maximum of 100 bara, preferably p = 70bara - the temperature in the carbon dioxide tank (29) minimum T = 5 ° C maximum T = 50 ° C, preferably T = 25 ° C - Pump (54) carries the water (C02) from the carbon dioxide tank (29) - the pump (54) is designed as a piston pump with electric drive - the pump (54) a pressure difference of minimum dp = 1 bar, maximum dp = 70 bar, preferably dp = 5 bar - the heat exchanger (30) for carbon dioxide (29) on one side and syngas (27) on the other side is designed - the heat exchanger (30) on the carbon dioxide page (29) for a pressure of at least p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara - the heat exchanger (30) is used as an evaporator of carbon dioxide to carbon dioxide vapor - the heat exchanger is designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger middle temperature level of T = 110 ° C - the countercurrent heat exchanger is designed - the heat exchanger (37) for carbon dioxide vapor on the one hand and syngas (IO) on the other side is designed - the heat exchanger (37) on the carbon dioxide vapor side for a Pressure minimum p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara - the heat exchanger (37) is used as a superheater for carbon dioxide vapor - the heat exchanger (37) is designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger (37) has a medium temperature level of T = 200 ° C - the heat exchanger (37) is designed in countercurrent construction - the electrolyzer (4) for the electrolysis of Koh Lioxid dioxide and water vapor is used - the electrolyzer (4) for a pressure of minimum p = 1bara, maximum p = 100bara, preferably p = 70 bara is used - the electrolyzer (4) by means of electrical energy (20) carbon monoxide (CO) and Hydrogen (H2) on the anode side (5) and oxygen (02) on the cathode side (6) produced - the electrolyzer (4) with the electrolyte solid oxide ceramic for an operating temperature of T = 300 ° C, maximum t = 800 ° C, T = 500 ° C is preferably designed, - the electrolyzer (4) with the solid oxide ceramic electrolyte for an operating pressure of minimum p = 1bar, maximum p = 100bar, preferably p = 70bar is designed. - The electrolyzer (4) can obtain the electrical energy from the electric accumulator (19) - the electrolyser (4) can draw the electrical energy from the fuel cell (8) in the form of self-supply - the electrolyzer (4) with the electrolyte solid oxide ceramic for an operating pressure of minimum p = 1bar, maximum p = 100bar, preferably p = 70bar is designed. - The electrolyzer (4) with the electrolyte solid oxide ceramic for an electrical power of minimum P = 1kW, maximum p = 1000kW, preferably P = 500kW is designed. the fuel cell (8) converts carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) (5) on the anode side and oxygen (02) (6) on the cathode side into electrical energy (57) - the fuel cell (8) with the solid oxide ceramic electrolyte is designed for an operating temperature of at least T = 300 ° C, maximum t = 800 ° C, preferably T = 500 ° C. - The fuel cell (8) with the solid oxide ceramic electrolyte for an operating pressure of minimum p = 1bar, maximum p = 100bar, preferably p = 70bar is designed. - The fuel cell (8) with the solid oxide ceramic electrolyte for an electrical power of at least P = 1kW, maximum p = 1000kW, preferably P = 500kW is designed. - The heat exchanger (9) for carbon dioxide (CO) and hydrogen (6) (H2) on the one hand and the exhaust gas from the cathode (10) of the fuel cell (8) consisting of synthetic exhaust gas, carbon dioxide vapor and steam on the other side designed - the heat exchanger (31) is designed for water for cooling on one side and the exhaust gas from the cathode (10) of the fuel cell (8) for oxygen and carbon dioxide vapor on the other side - the heat exchanger (31) on the oxygen side (IO) for a minimum pressure p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara - the heat exchanger (31) on the oxygen side (IO) for a pressure of minimum p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara - the heat exchanger (31) is used as a condenser for the carbon dioxide vapor contained in the oxygen - the heat exchanger (31) is designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger (31) has a mean temperature level of T = 45 ° C - the heat exchange he (31) is designed in countercurrent construction - the heat exchanger (33) is designed for cooling water on one side and the exhaust gas from the anode (27) of the fuel cell (8) for hydrogen, carbon dioxide, carbon dioxide vapor on the other side - Heat exchanger (33) on the hydrogen side (27) for a pressure of at least p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara - the heat exchanger (33) on the hydrogen side (27) for a pressure of at least p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara - the heat exchanger (33) is used as a condenser for the in the gas of hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), contained carbon dioxide vapor (C02) - the heat exchanger (33) designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger (33) has an average temperature level of T = 45 ° C - the heat exchanger (33) is designed in countercurrent construction - the carbon dioxide condensate (32) together with the carbon dioxide condensate (34) is returned to the tank (29) -of the Compressor (53) is used as a gas booster for the dry carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) gas (17) - the compressor (53) is designed as a reciprocating compressor - the compressor (53) is hydraulically driven - the compressor (53) which has a pressure difference in the dry hydrogen (H 2) and carbon monoxide (CO) (17) of at least dp = 1 bar, at most dp = 10 bar, preferably dp = 2 bar

3. The claim of 2 comprising a connection for renewable volatile electrical energy (28), characterized in that - external electrical energy with a power minimum P = 5 kW, maximum P = 100 kW, preferably P = 75 kW can be supplied

4. The claim of 2 comprising a tank for dimethyl ether (DME) (39), pump (55), heat exchanger (40), a reformer (41), an air separation (22), characterized in that - the tank (39) for dimethyl ether (DME) is used - the volume of the dimethyl ether tank (39) has a minimum V = 50 L, maximum V = 1000L, preferably V = 600 L - the pressure in the dimethyl ether tank (39) is at least p = 1 bara, maximum 100 bara, preferably has p = 15bara - the temperature in the dimethyl ether tank minimum T = 5 ° C maximum T = 50 ° C, preferably T = 35 ° C - the pump (55) the dimethyl ether (DME) from the dimethyl ether tank (39) conveys - Pump is designed as a piston pump with electric drive - the heat exchanger (40) for dimethyl ether (DME) (39) on the one hand and syngas (44,45) is designed on the other side - the heat exchanger (40) on the Dimethyletherseite for a Pressure minimum p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara has - the heat exchanger (40) as an evaporator of Dimethy lether (DME) to dimethyl ether vapor (38) is used - the heat exchanger is designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger has a mean temperature level of T = 110 ° C - the heat exchanger is designed in countercurrent - the reformer (41) for the reforming of dimethyl ether vapor ( 38) together with water vapor (42) is used - the reformer (41) for a pressure of at least p = 1bara, maximum p = 100bara, preferably p = 70 bara is used - the reformer (41) by means of electrical energy carbon dioxide (C02 ) and hydrogen (H2) generated - the reformer (41) with the nickel-zirconium-based catalyst for an operating temperature of T = 100 ° C, maximum t = 800 ° C, preferably T = 600 ° C is designed. - The reformer (41) can obtain the electrical energy from the electric accumulator (19) - The reformer (41) can receive the electrical energy from the fuel cell (8) in terms of self-supply - the synthesis gas from the reformer (41) of the fuel cell ( 8) - the reformer (41) of a reforming capacity of dimethyl ether (DME) (39) minimum vol = 11 / h, maximum vol = 50l / h, preferably vol = 5l / h - an air separation (22) for the production of additional oxygen (02) from air (21) - an air separation (22) which works on the basis of pressure swing adsorption - an air separation (22) which is designed with an operating pressure of minimum p = 1bar, maximum p = 100bar, preferably p = 70bar - An air separation (22) with a flow rate of oxygen (02) (24) minimum Vol = 1 Nm3 / h, maximum Vol = 50Nm3 / h, preferably Vol = 5Nm3 / h

5. The claim of 3 comprising the compound (56) of reformer (41) for electrolysis (4), characterized in that - the synthesis gas, consisting of carbon dioxide (C02) and hydrogen (H2) from the reformer (41) now with the electrolysis (4) in the yield of hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO) can be improved

6. The claim of 2 comprising a tank for diethyl ether (DEE) (39), pump (55), heat exchanger (40), a reformer (41), an air separation (22), characterized in that - the tank (39) used for diethyl ether (DEE) - the volume of the dimethyl ether tank (39) has a minimum V = 50 L, maximum V = 1000 L, preferably V = 600 L - the pressure in the diethyl ether tank (39) is at least p = 1 bara, maximum 100 bara, preferably has p = 15bara - the temperature in the dimethyl ether tank minimum T = 5 ° C maximum T = 50 ° C, preferably T = 35 ° C - the pump (55) the diethyl ether (DEE) from the dimethyl ether tank (39) conveys - Pump is designed as a piston pump with electric drive - the heat exchanger (40) for diethyl ether (DEE) (39) on the one hand and syngas (44,45) is designed on the other side - the heat exchanger (40) on the Diethyletherseite for a Pressure minimum p = 1 bara, maximum p = 100 bara, preferably p = 70 bara - the heat exchanger (40) as an evaporator of diethyl ether ( DEE) to diethyl ether vapor (38) is used - the heat exchanger is designed as a plate heat exchanger - the heat exchanger has a mean temperature level of T = 110 ° C - the heat exchanger is designed in countercurrent - the reformer (41) for the reforming of diethyl ether vapor (38) is used together with water vapor (42) - the reformer (41) is used for a pressure of minimum p = 1bara, maximum p = 100bara, preferably p = 70 bara - the reformer (41) by means of electrical energy carbon dioxide (C02) and Hydrogen (H2) generated - the reformer (41) with the catalyst based on nickel-zirconium for an operating temperature of T = 100 ° C, maximum t = 800 ° C, preferably T = 600 ° C is designed. - The reformer (41) can obtain the electrical energy from the electric accumulator (19) - The reformer (41) can receive the electrical energy from the fuel cell (8) in terms of self-supply - the synthesis gas from the reformer (41) of the fuel cell ( 8) - the reformer (41) of a reforming capacity of diethyl ether (DEE) (39) minimum vol = 11 / h, maximum vol = 50l / h, preferably vol = 5l / h - an air separation (22) for the production of additional oxygen (02) (24) from air (21) - an air separation (22) which works on the basis of pressure swing adsorption - an air separation (22) with an operating pressure of minimum p = 1bar, maximum p = 100bar, preferably p = 70bar is designed - an air separation (22) with a flow rate of oxygen (02) (24) minimum vol = 1 Nm3 / h, maximum vol = 50Nm3 / h, preferably Vol = 10Nm3 / h

7. The claim according to 4 comprising a dimethyl ether (DME) plant (47), characterized in that - synthesis gas (5) can be converted by the electrolyzer (4) to dimethyl ether (49) - the condensed water (48) from the DME recovery plant ( 47) the water tank (1) can be supplied - the unused offgas (50) consisting of hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO) of the fuel cell (8) is supplied - by the dimethyl ether (DME) recovery from water (1) and Carbon dioxide (29) is fed into the DME tank (39), - the dimethyl ether (DME) system (47) is operated with a minimum pressure p = 30 bar, maximum p = 100 bar, preferably p = 50 bar - the dimethyl ether (DME) Plant (47) with a minimum temperature T = 200 ° C, maximum T = 300 ° C, preferably T = 250 ° C is operated - the dimethyl ether (DME) plant (47) with a production capacity of minimum Vol = 1 l / h , maximum V = 50l / h, preferably 5l / h