DE102005004587A1

DE102005004587A1 - Einrichtung zur Speicherung und/oder Druckerhöhung für Wasserstoff

Info

Publication number: DE102005004587A1
Application number: DE102005004587A
Authority: DE
Inventors: Thomas Friedrich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speicher- und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff. Danach besteht diese wenigstens aus einem druckfesten Gefäß, das einen unter Wärmezu- bzw. -abfuhr zyklisch Wasserstoff de- bzw. absorbierenden Stoff enthält, insbesondere eine Hydrid bildende Metalllegierung, wobei der Stoff durch Wärmeabfuhr und Wasserstoffzufuhr unter geringerem Gasdruck mit Wasserstoff beaufschlagt wird und durch Wärmezufuhr zur Wasserstoffabgabe unter höherem Gasdruck veranlasst wird, wozu zyklisch wechselnd mindestens ein Teilbereich des Wasserstoff absorbierenden Stoffes mit einer höheren Temperatur beaufschlagt wird und wobei der zyklisch Wasserstoff de- bzw. absorbierende Stoff mindestens in einem Teilbetriebsbereich in festem Aggregatzustand, in pulverisierter Form vorliegt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die während der zyklischen Volumenzunahme des Wasserstoff absorbierenden Stoffes im druckfesten Gefäß eine gleichzeitige mechanische Selbsthemmung der Pulverschüttung verhindert, so dass im druckfesten Gefäß örtlich keine Druckspitzen entstehen können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Insbesondere findet die Druckerhöhungseinrichtung Anwendung in einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines mit Wasserstoff betreibbaren Kraftfahrzeugs, deren Wasserstoff-Entnahmeeinrichtung aus einem Behälter, insbesondere aus einem Kryotank, die Druckerhöhungseinrichtung für gasförmigen Wasserstoff umfasst.

Es ist bereits bekannt, Wasserstoff, zum Beispiel als kondensiertes Gas in einem Behälter, insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingebaut, zu speichern. Zu dieser verflüssigten Speicherung sind spezielle druckfeste Behälter notwendig, die aufgrund der tiefen Speichertemperaturen eine sehr gute Isolation besitzen sollten. Dabei ist bekannt, zur Vermeidung von Wärmeeintrag aus der Umgebung, doppelwandige, vakuumisolierte Behälter zu verwenden.

Des weiteren kann Wasserstoff auch in Druckgasspeichern oder in Hydridspeichern bevorratet werden. Erfolgt die Speicherung allerdings in Form von tiefkaltem, verflüssigtem Wasserstoff, als kondensiertes Gas, wird zum Beispiel für Fahrzeuge eine vorteilhaft hohe Reichweite erzielt, da in diesem Zustand eine hohe Energiedichte erreicht wird, zum Beispiel gegenüber einer Speicherung von warmem, komprimiertem Wasserstoff-Gas.

Der tiefkalte, flüssige Wasserstoffvorrat wird im siedenden Zustand in einem thermisch sehr gut isolierten, druckdichten Behälter gespeichert. Die Energiedichte des siedenden Wasserstoffs wird dabei durch Lagerung bei einer Temperatur wenig über der Siedetemperatur bei Umgebungsdruck, ca. 20 K, maximal. In den heute technisch umgesetzten Vorratsbehältern liegt der Wasserstoff typischerweise bei Temperaturen von ca. 21 K bis ca. 27 K und den damit korrespondierenden Siededrücken von ca. 2 bar (abs.) bis ca. 5 bar (abs.) vor.

Im unteren Teil des Vorratsbehälters liegt der siedende Wasserstoff als massedichtere flüssige Phase (wird im folgenden auch LH2 genannt) und darüber liegend als gasförmige Phase (wird im folgenden auch GH2 genannt) vor.

Die unmittelbare Förderung des Wasserstoffs (wird im folgenden auch H2 genannt) aus dem Vorratsbehälter in eine Vorlaufleitung, hin zu einem Verbraucher, erfolgt im einfachsten Fall über das zwischen Tankinnerem und der Umgebung anliegende statische Druckgefälle, oder durch eine gezielte Bedruckung des Vorratsbehälters. Dabei besteht grundsätzlich die Möglichkeit durch die geometrische Gestaltung der im Tankinneren beginnenden Vorlaufleitung, vorrangig LH2 oder nur GH2 zu fördern.

Gespeichertes H2 wird im allgemeinen aus der Gasphase als GH2 entnommen. Sofern H2 als LH2 aus der Flüssigphase entnommen wird, sind bei einer mobilen Anwendung die nachfolgenden Konditionierer, z.B. Druckerhöher, oder die Betriebsart eines Verbrauchers dennoch für die Förderung von GH2 ausgelegt. Dies ist erforderlich, da infolge der möglichen Abweichungen von der Normallage des mobilen Behälters, oder dynamischer, beschleunigter Zustände, die Zulauföffnung einer Entnahmeleitung für LH2 systematisch auch bei hohen Füllständen von Gasphase zeitweilig umspült sein kann. Dies ist im zeitlichen Verlauf der Entleerung des mobilen Behälters insbesondere lange vor dem Zeitpunkt möglich, vor dem die Gasphase in einem identischen immobilen Behälter die Zulauföffnung der LH2-Entnahmeleitung durch reine Entnahme erreicht. Aus diesem Grund wird bei mobilen Anwendungen H2 vorwiegend aus der Gasphase entnommen.

Dem Vorratsbehälter wird während der H2-Entnahme Wärme zugeführt, die zum Abdampfen von LH2 im Behälter und damit zur Aufrechterhaltung eines für die Förderung erforderlichen Behälterdruckes führt, der sonst durch die Entnahme soweit sinken würde, dass eine Förderung nicht mehr möglich wäre. Diese zur Druckhaltung benötigte Wärmezufuhr erfolgt über eine separate Heizung, die z.B. als elektrisch betriebenes Heizelement ausgeführt sein kann oder z.B. direkt durch Zufuhr von erwärmtem, gasförmigem H2, das einem erwärmten Vorlaufstrom gezielt abgezweigt und in den Innenbehälter (zurück-) geleitet wird.

Angestrebt wird, bei einer Brennkraftmaschine, den Kraftstoff im gasförmigen Aggregatzustand zumindest teilweise durch Hochdruckeinblasung in den oder die bereits ein verdichtetes Gas enthaltenden Brennraum bzw. Brennräume zur Verbrennung zuzuführen, da hierdurch die Gefahr von Rückzündungen minimiert und die Leistungsdichte sowie der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine erhöht werden können.

Zur Umsetzung einer derartigen Hochdruckeinblasung muss der Druck im gespeicherten Kraftstoff letztlich hoch genug sein. Dieser Hochdruck-Kraftstoff wird für die Direkteinblasung in die bereits verdichtetes Gas bzw. Luft-Kraftstoff-Gemisch enthaltenden Brennkraftmaschinen-Brennräume verwendet, was zeitlich jedoch nur solange funktioniert, als noch eine ausreichend große Menge von Kraftstoff im Drucktank vorhanden ist. Ist aus diesem jedoch eine gewisse Menge von Kraftstoff entnommen, so fällt zwangsläufig der Druck in diesem Drucktank soweit ab, dass eine Kraftstoff-Direkteinblasung unter Hochdruck nicht mehr möglich ist.

Daraufhin kann der noch enthaltene und nurmehr unter verringertem Druck vorliegende Kraftstoff, zumindest in einem gewissen Umfang, der Brennkraftmaschine unter Niederdruck zur Verbrennung zugeführt werden, insbesondere unter äußerer Gemischbildung. Allerdings reicht die bei diesem Verfahren der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellte Kraftstoffmenge für Volllastbetrieb nicht aus, das heißt, ab einem bestimmten Grad der Entleerung des Drucktanks ist nur noch Teillastbetrieb bei geringen Lastanforderungen möglich.

Die Patentanmeldung JP 60289583 beschreibt eine Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff, bei der die Druckerzeugung mit Metallhydrid-Kompressoren erfolgt, die mit sogenanntem klassischen Metallhydrid befüllt sind.

Diese klassischen Metallhydride besitzen gravimetrische Speicherdichten von typischerweise unter 2%.

Das Metallhydrid wird in fein pulverisierter Form verwendet und in drehbaren druckfesten Behältern, mit Anschlüssen für H2-Zufuhr und -Abfuhr in einem Wärmetauschergehäuse mit einem Bereich mit hoher und einem Bereich mit niedriger Temperatur angeordnet.

Das Metallhydrid wird zyklisch mit gasförmigem Wasserstoff beladen und entladen. Die Steuerung dieses Vorgangs erfolgt durch zyklisches Zuführen und Abführen von Wärme durch Drehen der Behälter in dem Wärmetauschergehäuse. Das Beladen des Metallhydrids mit Wasserstoff erfolgt durch Absorbieren der Wasserstoffmolekühle unter Wärmeabgabe, das Entladen des Metallhydrids durch Desorbieren unter Wärmeaufnahme.

Aufgrund dieser Betriebsweise wird im weiteren die Bezeichnung Metallhydrid-Kompressor übergreifend durch Sorptionshydridkompressor ersetzt. Damit sollen alle Arten von zyklierbaren Hydriden, ungeachtet ihrer sonstigen stofflichen Eigenschaften, mit umfasst sein.

Kennzeichnend für den Stand der Technik ist, dass zu jeder Zeit in dem druckfesten Metallhydrid-Kompressorgehäuse, den drehbaren druckfesten Behältern, genau ein Druck und genau eine Temperatur vorliegt und dass das Metallhydrid pulverisiert als Feststoff vorliegt.

Nach dem Stand der Technik betragen die Zyklusdauern typischerweise mehrere Minuten. Hohe Kompressionsdruckverhältnisse werden durch die serielle d.h. mehrstufige Anordnung erzielt. Eine kontinuierliche Förderung, d.h. eine näherungsweise förderdruckschwankungsfreie Wasserstoffförderung wird durch parallele Anordnung einzelner Sorptionsbetten und deren zeitversetzte Arbeitsweise erzielt.

Diese Wasserstoff fördernden Sorptionshydridkompressoren nach dem Stand der Technik haben sowohl systematische Nachteile, als auch solche, die eine automotive Anwendbarkeit mit erhöhten Förderdrücken und mit Fördermassenströmen im relevanten Bereich von mehreren Kilogramm pro Stunde derzeit ausschließen.

Das Gewicht eines Sorptionshydridkompressors einschließlich aller zu seinem Betrieb erforderlichen Komponenten beträgt nach dem Stand der Technik bei Förderdrücken von bis zu 350 bar und Förderraten von bis zu 25 kg/h etliche hundert kg. Das Bauvolumen einschließlich aller Komponenten beträgt dann etliche 10 Liter.

Die Zyklusdauern im Bereich etlicher Minuten erlauben keine Adaption an sich schnell ändernde Betriebspunktänderungen eines Verbrennungsmotors.

Während des zyklischen Betriebs wird das Sorptionsbett über den Wärmetauscher jeweils auf die Desorptionstemperatur des Metallhydrids erwärmt bzw. auf Absorptionstemperatur gekühlt. Dabei ist nicht nur die Wärmemenge, die für das Desorbieren und das Absorbieren des H2 im Metallhydrid benötigt wird, zu übertragen, sondern auch die Wärmemenge, die zum Temperaturwechsel der druckfesten Behälterstruktur benötigt wird. Dieser der Struktur des Sorptionbetts zuzuordnende Wärmestromanteil ist nicht vernachlässigbar und kann bei höheren Förderdrücken, die eine relativ stärkere druckfeste Struktur erfordern, mehrere Zehntel des Gesamtwärmestroms betragen. Daher mindert er systematisch eine mögliche Reduktion der Zyklendauer durch zum Beispiel verbesserte geometrische Gestaltung des Sorptionsbetts.

Jede Schüttung oder räumliche Anhäufung von pulverförmigem Sorptionshydrid besitzt systematisch die Eigenschaft, sich bei Beladung mit Wasserstoff während des Absorptionsvorgangs spezifisch um wenige 10er-Prozent auszudehnen. Diese Zunahme des Schüttvolumens findet auch gegenüber hohen mechanischen Gegendrücken statt. Dies hat zur Folge, dass ein Sorptionshydridkompressor oder ein Sorptionshydridspeicher im desorbierten Zustand zur Vermeidung einer Zerstörung infolge inneren Überdrucks ein über seine Baulänge insgesamt gleichmäßig verteiltes, hydridfreies Expansionsvolumen aufweisen muss. Bei einer nicht gleichmäßigen Verteilung des Sorptionshydrids, etwa bei einer vollständigen Ansammlung an einem Ende eines hinreichend schlanken Sorptionsbetts wird die Hydridschüttung während eines Absorptionsvorgangs ihre eigene Ausdehnung in den freien Gasraum durch eine mechanische Selbsthemmung der Schüttung systematisch verhindern.

Nach dem Stand der Technik ist in einem Sorptionshydridkompressor oder in einem Sorptionshydridspeicher unter mobilen Betriebsbedingungen, in denen sich das lose geschüttete Hydrid durch Erschütterungen oder sonstige instationäre Lagerungsbedingungen im druckfesten Behälter einseitig ansammeln kann, das Hydrid in separaten kleinvolumigen Kassetten formschlüssig umfasst, auf die sich eine dynamische Verlagerung des Hydrids begrenzt. Durch nur teilweise Befüllung dieser gasdurchlässigen Kassetten wird das je Kassette erforderliche Expansionsvolumen realisiert und bleibt auch unter dynamischen Betriebsbedingungen erhalten.

Die kassettierte Anordnung des Sorptionshydrids im Sorptionsbett nach dem Stand der Technik weist wesentliche Nachteile auf. So ist die Geometrie eines Soprtionsbetts auf solche Geometrien beschränkt, in die hinein geeignete Kassetten überhaupt montiert werden können, insbesondere sind dies geradlinige Kreiszylinder. Es entsteht zusätzliches Gewicht, zusätzlicher Bauraumbedarf und zusätzliche Wärmekapazität durch die Kassetteneinsätze selbst und die anteiligen druckfesten Behälter. Die zusätzliche Wärmekapazität erhöht die Zykluszeit und die zum Zyklieren benötigte Wärmemenge. Außerdem muss der Wärmetauscher infolge des durch die Kassettierung erhöhten zyklischen Wärmemengenbadarfs größer ausgelegt werden.

Entfällt die Kassettierung, kann infolge der möglichen Verschiebungen des Sorptionshydrids im Sorptionsbett eine Zerstörung des druckfesten Behälters durch lokal sehr hohen inneren Überdruck beim Absorbieren des Wasserstoffs auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Abhilfemaßnahmen für die vorgenannten Nachteile aufzuzeigen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Nach der Erfindung besteht eine Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff wenigstens aus einem druckfesten Gefäß, das einen unter Wärmezu- bzw. -abfuhr zyklisch Wasserstoff de- bzw. absorbierenden Stoff enthält, insbesondere eine Hydrid bildende Metalllegierung, wobei der Stoff durch Wärmeabfuhr und Wasserstoffzufuhr unter geringerem Gasdruck mit Wasserstoff beaufschlagt wird und durch Wärmezufuhr zur Wasserstoffabgabe unter höherem Gasdruck veranlasst wird, wozu zyklisch wechselnd mindestens ein Teilbereich des Wasserstoff absorbierenden Stoffes mit einer höheren Temperatur beaufschlagt wird und wobei der zyklisch Wasserstoff de- bzw. absorbierende Stoff mindestens in einem Teilbetriebsbereich in festem Aggregatzustand, in pulverisierter Form vorliegt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die während der zyklischen Volumenzunahme des Wasserstoff absorbierenden Stoffes im druckfesten Gefäß eine gleichzeitige mechanische Selbsthemmung der Pulverschüttung verhindert, so dass im druckfesten Gefäß örtlich keine Druckspitzen entstehen können.

Das hat den Vorteil, dass die Kassetten nach dem Stand der Technik entfallen können. Es entsteht weitgehende Freiheit bei der geometrischen Gestaltung des druckfesten Gefäßes, das das Sorptionshydrid enthält. Dadurch wird die Integrations- bzw. Adaptionsfähigkeit an automotive Bauraumsituationen erheblich verbessert. Weiter vorteilhaft ist die Reduktion des Gewichts des Sorptionshydridspeichers bzw. Sorptionshydridkompressors, die Reduktion dessen Bauraumbedarfs und der zum Zyklieren je Zyklus erforderlichen Wärmemenge, wodurch sich die Zykluszeit reduziert und sich weiterhin Gewicht und Bauraumbedarf des Wärmetauschers reduzieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einrichtung zum Verhindern der Selbsthemmung der Pulverschüttung aus mindestens einem druckelastischen Körper besteht, der im druckfesten Gefäß, insbesondere an dessen Gefäßwand, untergebracht ist. Die Anordnung von einem oder wenigen druckelastischen Körpern im Sorptionsbett hat den Vorteil, dass das erforderliche Expansionsvolumen durch Einbringen nur eines einzelnen oder weniger druckelastischer Körper hergestellt wird, und zwar in dem Maß, wie die Geometrie des Sorptionsbetts dies ermöglicht. Dabei ist der druckelastische Körper (oder die wenigen Körper) je nach Erfordernis der Betriebsdynamik entweder lose oder eben fix an einer für die Ausführung seiner Funktion günstigen Stelle im Sorptionsbett angeordnet.

Noch eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einrichtung zum Verhindern der Selbsthemmung der Pulverschüttung aus mehreren druckelastischen Körpern besteht, die lose verteilt in der Pulverschüttung oder an einer Gefäßwand des druckfesten Gefäßes im druckfesten Gefäß untergebracht sind.

Bei einer Mischung des Sorptionshydrids mit druckelastischen Körpern sind nach der Erfindung einerseits Sorptionsbetten ohne dynamische Umlagerung des Sorptionshydrids im Sorptionsbett während des Betriebs möglich.

Dazu wird das pulverförmige Sorptionshydrid mit einer Anzahl bzw. mit einer Vielzahl von losen, druckelastischen Körpern gleichmäßig durchmischt und diese Mischung zum vollständigen Füllen des Sorptionsbetts im desorbierten Zustand verwendet. Die druckelastischen Körper ändern erheblich ihr spezifisches Volumen („druckweiche Köper") entsprechend der Änderung des im Sorptionsbett anliegenden statischen Druckes. Dabei ist vorteilhaft, wenn der volumetrische Anteil der druckelastischen Körper in der Mischung mit dem Sorptionshydrid so bemessen ist, dass die bei einer zyklischen Druckänderung stets wiederholbar auftretende Volumenänderung der druckelastischen Körper mindestens genau dem zur zyklischen Expansion des Sorptionshydrids während der Absorptionsphase benötigten Expansionsvolumens entspricht.

Bei einem beschleunigungs- bzw. vibrationsfreien Betrieb des Sorptionsspeichers bzw. des Sorptionshydridkompressors wird dann die räumliche Verteilung der druckelastischen Körper im Hydrid über eine ausreichend hohe Anzahl von Betriebszyklen näherungsweise unverändert bleiben. Eine praktisch relevante Entmischung findet nicht statt.

Andererseits sind zum Beispiel für die automobile Anwendung Sorptionsbetten mit dynamischer Umlagerung des Sorptionshydrids im Sorptionsbett während des Betriebs vorteilhaft.

Hier wird das pulverförmige Sorptionshydrid mit einer Anzahl bzw. mit einer Vielzahl von losen, druckelastischen Körpern gleichmäßig zu durchmischt und diese Mischung wird zum vollständigen Füllen des Sorptionsbetts im desorbierten Zustand verwendet. Auch hier ändern die druckelastischen Körper erheblich ihr spezifisches Volumen („druckweiche Köper") entsprechend der Änderung des im Sorptionsbett anliegenden statischen Druckes. Dabei ist auch hier vorteilhaft, wenn der volumetrische Anteil der druckelastischen Körper in der Mischung mit dem Sorptionshydrid so bemessen ist, dass die bei einer zyklischen Druckänderung stets wiederholbar auftretende Volumenänderung der druckelastischen Körper mindestens genau dem zur zyklischen Expansion des Sorptionshydrids während der Absorptionsphase benötigten Expansionsvolumens entspricht.

Um bei einem beschleunigten, bzw. nicht vibrationsfreien Betrieb des Sorptionsspeichers bzw. des Sorptionshydridkompressors die räumliche Verteilung der druckelastischen Körper im Hydrid über eine ausreichend hohe Anzahl von Betriebszyklen näherungsweise zu erhalten, weisen die druckelastischen Körper bei Anliegen des De sorptionsdrucks eine mittlere Dichte auf, die näherungsweise der mittleren Dichte der undurchmischten Sorptionshydridschüttung im desorbierten Zustand entspricht. Eine praktisch relevante Entmischung findet dann nicht statt. Die hier beschriebene genaue mittlere Dichte der druckelastischen Körper kann vorteilhafterweise jedoch auch, insbesondere experimentell, in Entmischungsversuchen ermittelt werden.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einrichtung zum Verhindern der Selbsthemmung der Pulverschüttung aus mehreren druckelastischen Körpern besteht, die verteilt in der Pulverschüttung oder an einer Gefäßwand des druckfesten Gefäßes, am druckfesten Gefäß befestigt, untergebracht sind.

Die druckelastischen Körper im Sorptionsbett sind – anstelle sie mit dem Sorptionshydrid zu vermischen – praktisch gleichmäßig verteilt in einer Vielzahl im Sorptionsbett angeordnet und mittels einer einfachen Bauweise und grob toleriert fixiert. Damit liefern sie die gleiche Funktionalität einer Quasi-Durchmischung, wie beschrieben, ohne dass hier jedoch bei dynamischem, automobilem Betrieb eine Entmischung – also eine Ansammlung der druckelastischen Körper in einem bevorzugten Bereich des Sorptionsbetts – eintreten kann.

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die druckelastischen Körper, mit Gas gefüllte, insbesondere gasdichte, Federkörper, insbesondere aus Metall oder aus geschlossenzelligem Kunststoff, sind.

Vorteilhafterweise können Metallfaltenbälge oder Kunststoffschaum verwendet werden.

Alternativ dazu können die druckelastischen Körper, Federkörper, insbesondere aus Metall oder aus Kunststoff sein, die durch eine Verschiebung, aufgrund einer Volumenzunahme des Wasserstoff absorbierenden Stoffes, unabhängig vom statischen Innendruck des druckfesten Gefäßes, verformt werden.

In beiden Fällen kann vorteilhafterweise vorgesehen werden, dass die druckelastischen Körper durch eine Wärmeisolierung zwischen dem druckfesten Gefäß und dem zyklisch Wasserstoff de- bzw. absorbierenden Stoff gebildet werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der pulverförmige, Wasserstoff absorbierende Stoff mit einem mischfähigen, pulverförmigen Flussmittel, insbesondere Graphit, gleichmäßig gemischt.

Mit dem pulverförmigen Flussmittel wird vorteilhafterweise die Haftreibung zwischen einzelnen Bestandteilen des pulverförmigen Sorptionshydrids reduziert. Der volumetrische Anteil des pulverförmigen Flussmittels und die Durchmesser der Bestandteile des Flussmittelpulvers sind so bemessen, dass die mechanische Selbsthemmung des Sorptionshydridpulvers mindestens während des Absorptionsvorgangs soweit reduziert wird, daß eine Zerstörung des druckfesten Behälters nicht auftritt und auch unter dynamischen, automobilen Betriebsbedingungen eine Entmischung nicht stattfindet.

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der pulverförmige, Wasserstoff absorbierende Stoff, mindestens während eines Teilzyklusses des Absorptionsvorgangs, mittels eines in den druckfesten Behälter strömenden Gases, insbesondere Wasserstoff, mechanisch bewegt wird.

Ein solches Einblasen von Gas während der Absoprtionsphase in den druckfesten Behälter, zum Beispiel mit dem nachströmenden Wasserstoffmassenstrom, zum mechanischen Bewegen des sich während dieser Phase ausdehnenden Sorptionshydridpulvers, vermeidet die Gefahr einer Schädigung des druckfesten Behälters infolge Selbsthemmung des Sorptionshydrids. Die Lage und die Geometrie der Zuströmöffnung des Wasserstoffs im druckfesten Behälter ist dabei so gewählt, dass die Reibungs- und Druckkräfte zwischen einströmendem Wasserstoff und einzelnen Bestandteilen des Hydridpulvers ausreichen, die Haftreibung zwischen einzelnen Bestandteilen des Hydridpulvers in einem für die Überwindung der Selbsthemmung ausreichenden Anteil zu überwinden.

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der pulverförmige, Wasserstoff absorbierende Stoff, mindestens während eines Teilzyklusses des Absorptionsvorgangs, mittels eines an oder in dem druckfesten Gehäuse befindlichen Vibrationsgerätes mechanisch bewegt wird.

Wird während der Absoprtionsphase durch mindestens ein eine Vibration erzeugendes Bauelement am druckfesten Behälter oder im Sorptionshydrid das Sortptionshydridpulver durch mechanische Druckstöße zum Überwinden der Haftreibung zwischen einzelnen seiner Bestandteile angeregt, kann auf diese Weise die Gefahr einer Schädigung des druckfesten Behälters infolge Selbsthemmung des Sorptionshydrids vermieden werden. Zur Vergegenständlichung wird hier als Beispiel für ein Vibration erzeugenden Element ein Piezo-Element genannt. Die Lage und die Bauweise ist dabei so gewählt, dass die Haftreibung zwischen einzelnen Bestandteilen des Hydridpulvers in einem für die Überwindung der Selbsthemmung ausreichenden Anteil überwunden wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass während des Betriebs der Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung ein erster Teilbereich des Gefäßes immer die höhere Temperatur besitzt und dass mindestens der Wasserstoff de- bzw. absorbierende Stoff wechselnd eine Position im ersten oder in einem zweiten Teilbereich des Gefäßes einnimmt. Dieser zweite Teilbereich des Gefäßes besitzt während des Betriebs der Druckerhöhungseinrichtung immer eine geringere Temperatur als der erste Teilbereich.

Das hat den Vorteil, dass die für den zyklischen Betrieb erforderlichen Wärmemengen deutlich reduziert werden. Daher ist ein Kompressionsbetrieb möglich bei dem die Zyklusdauer verkürzt ist. Weiterhin werden dadurch das Gewicht und das Volumen der Druckerhöhungseinrichtung reduziert, sowie die Dynamik verbessert.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht die Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung aus mindestens zwei druckfesten Gefäßen, die hintereinander und/oder parallel zusammen geschaltet sind, um den Druck des gasförmigen Wasserstoffs stufenweise und/oder zeitversetzt zu erhöhen. Das hat den Vorteil, dass die Versorgung des Verbrauchers mit Gas zuverlässig sichergestellt ist. Des weiteren können sehr hohe Förderdrücke erzeugt werden, die deutlich größer sind als der Bedarf des Verbrauchers.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist eine Druckerhöhungseinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zur anteiligen Versorgung eines in einem Brennraum gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Verbrauchers mit Wasserstoff, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, dient, wobei die Hochdruckseite der Druckerhöhungseinrichtung über eine Verbindungseinrichtung mit dem Brennraum des Verbrauchers verbunden ist und die Niederdruckseite die Druckerhöhungseinrichtung mit einem Wasserstoffspeicher, insbesondere einem Kryotank, verbunden ist und wobei die Druckerhöhungseinrichtung mindestens vor dem Brennraum den Druck des gasförmigen Wasserstoffs mindestens zeitweise so erhöht, dass der gasförmige Wasserstoff unter Ausnutzung eines Druckgefälles in den Brennraum einströmt.

Eine solche Druckerhöhungseinrichtung ermöglicht Verfahren zur inneren Gemischbildung im Brennraum einer Brennkraftmaschine, ist sehr verschleißarm und senkt so vorteilhafterweise die Wartungskosten. Es können sehr hohe Standzeiten und sehr geringe Ausfallraten erreicht werden, wobei ein plötzlicher Zusammenbruch der Wasserstoffversorgung nicht vorkommen kann, da keine schlagartig auftretenden Fehlerzustände zu erwarten sind. Ein vibrations-, schwingungs- und geräuschfreier Betrieb erhöht den Komfort und die Betriebspunktadaption kann auch unabhängig vom Zustand des Verbrauchers durch Variation des Förderdrucks stattfinden.

Eine besonders einfach aufgebaute Druckerhöhungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung aus mindestens einer Druckleitung besteht, die einen Ausgang der Druckerhöhungseinrichtung mit einem Eingang des Brennraums verbindet. Wenn die Verbindungseinrichtung mindestens einen Druckgasspeicher enthält, kann dieser als Zwischenspeicher zum Beispiel auch während der Stillstandszeit des Verbrauchers beladen werden und nicht nur während dessen Betrieb.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Druckerhöhungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass dem ersten Teilbereich des Gefäßes oder dem ersten Teilgehäuse zur Wärmezufuhr Abwärme des Verbrauchers, insbesondere über dessen Abgas- oder dessen Kühleinrichtung, zugeführt wird.

Das hat den Vorteil, dass gegenüber mechanisch wirkenden Kompressoren, Verdichtern oder Pumpen für die Druckerhöhungseinrichtung keine exergetische Antriebsleistung zum Betrieb benötigt wird. Der Betrieb kann mit anergetischer Abwärme durchgeführt werden und sich daher günstig auf den energetischen Gesamtwirkungsgrad auswirken.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist für die Druckerhöhungseinrichtung eine Regeleinrichtung vorgesehen, die aufgrund von Eingangsdaten vom Verbraucher und/oder vom Druckgasspeicher und/oder von der Druckerhöhungseinrichtung und/oder vom Wasserstoffspeicher Ausgangsdaten erzeugt, die mindestens zur Betriebspunktadaption der Druckerhöhungseinrichtung und/oder des Verbrauchers und/oder des Druckgasspeichers und/oder der Druckerhöhungseinrichtung und/oder des Wasserstoffspeichers verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine grundsätzliche Anordnung eines Sorptionshydridkompressors als Druckerhöhungseinrichtung zum Betrieb eines Verbrennungsmotors. Die 2 bis 8 stellen weitere verschiedene Ausführungsbeispiele von Sorptionshydridkompressoren gemäß der Erfindung dar.
In einem nicht gezeichneten Kraftfahrzeug ist gemäß 1 ein Wasserstoffspeicher beziehungsweise -erzeuger 1, insbesondere ein nicht gezeichneter Kryotank zur Speicherung von Flüssigwasserstoff, eingebaut. Der Wasserstoff dient als Kraftstoff zur Versorgung einer das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine 2 als Verbraucher. Eine nicht gezeichnete Entnahmeeinrichtung für gasförmigen Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeicher 1 versorgt über eine Entnahmeleitung 3 die Brennkraftmaschine 2 mit Wasserstoff.
Zur Bedruckung und Förderung des gasförmigen Wasserstoffs führt die Entnahmeleitung 3 zu einer Druckerhöhungseinrichtung, die dazu einen Sorptionshydridkompressor 5 verwendet. Ausgangsseitig mit seiner Druckseite ist dieser über eine Verbindungseinrichtung 4 an den Brennraum der Brennkraftmaschine 2 angeschlossen. Alternativ oder zusätzlich zur Brennkraftmaschine 2, könnten allerdings auch nicht gezeichnete Brennstoffzellen mit bedrucktem Wasserstoff versorgt werden.
Der Sorptionshydridkompressor 5 ist außerdem an für die Zufuhr und die Abfuhr von Wärmeströmen geeigneten Leitungen 6, 7 angeschlossen. Die zum Betrieb des Sorptionshydridkompressors 5 benötigten Betriebswärmeströme können auf jede Art erzeugt oder bereitgestellt werden, hier werden jedoch zur Wärmezufuhr 8 Abwärmeströme der Brennkraftmaschine 2 aus Abgasstrom und/oder Motorkühlung verwendet.
Die Wärmezufuhr 8 und -abfuhr 9 kann auch durch jeden sonstigen hydraulischen oder pneumatischen Transport wärmeführender Medien erfolgen, zum Beispiel Wärmezufuhr 8 über Abgasströme bzw. Wärmeabfuhr 9 durch Gebläsekühlung. Oder auch durch Ausnutzung von Verdampfungs- und oder Kondensationsenthalpien (z.B. mittels einer sogenannten Heat-Pipe). Oder auch durch jede Form von Strahlung (z.B. Laser, Microwelle, UV, IR, sonst. elektromagentische Wellen). Oder auch durch mechanische Reaktionswärme (z.B. Reibungswärme) oder durch Übertragung von Druckstörungen (z.B. durch mechanische Impulsstöße, Schalldruck). Oder durch elektrisches Heizen oder Kühlen (z.B. durch Peltier-Element). Oder insbesondere auch durch Nutzung von Absorptions- bzw. Desorptionswärmeströmen, die bei Änderung des Belade- oder Sättigungszustandes eines Hydrids mit Wasserstoff entstehen können. Oder auch aus beliebigen Kombinationen verschiedener, funktional integrierter Verfahren. Zur Wärmeabfuhr 9 kann insbesondere auch das Kühlsystem der Brennkraftmaschine 2 und/oder auch der zur Druckhaltung eines Kryotanks zugeführte Wärmestrom verwendet werden.
Im Sorptionshydridkompressor 5 liegt das Sorptionshydrid mindestens in einem Teilbereich des gesamten Anwendungstemperaturbereichs von im wesentlichen minus sechzig bis plus einhundert Grad Celsius in pulverförmigem Aggregatzustand vor. Dieses pulverförmige Hydrid besitzt bei Ausdehnung infolge Wasserstoffabsorption normalerweise eine mechanisch selbsthemmende Eigenschaft und könnte daher ein druckfestes Gefäß hierdurch beschädigen, wenn keine Einrichtung vorgesehen wäre; die während der zyklischen Volumenzunahme des Wasserstoff absorbierenden Stoffes im druckfesten Gefäß des Sorptionshydridkompressors 5 die gleichzeitige mechanische Selbsthemmung der Pulverschüttung verhindern würde. Erst dadurch entstehen im druckfesten Gefäß des Sorptionshydridkompressors 5 örtlich keine Druckspitzen und eine Kassettierung des Sorptionshydrids nach dem Stand der Technik kann entfallen.
Der Förderdruck des Sorptionshydridkompressors 5 kann sich im Bereich von 2 bar abs. bis 350 bar abs. bewegen. Bei einer Zwischenspeicherung des geförderten Wasserstoffs in einem oder mehreren zwischen dem Sorptionshydridkompressor 5 und der Brennkraftmaschine 2 angeordneten Druckgasspeicher 10 können auch Förderdrücke bis über 800 bar abs. erreicht werden. Der Druckgasspeicher 10 kann auch während der Stillstandszeiten der Brennkraftmaschine 2 vom Sorptionshydridkompressor 5 beladen werden, zum Beispiel auch zur Speicherung von Wasserstoffverlustmengen, die aus dem Wasserstoffspeicher 1 stammen, insbesondere sogenannte Boil-Off-Gase. Dazu ist der Druckgasspeicher 10 an die Verbindungseinrichtung 4, zum Beispiel über eine Druckleitung 11, angeschlossen. In die Druckleitung 11 kann eine nicht gezeichnete Regeleinrichtung eingebaut sein. Die Regeleinrichtung kann zum Beispiel aus mindestens einem zwischen Druckgasspeicher 10 und Verbindungseinrichtung 4 eingeschalteten Druckregelventil bestehen.
Durch das im Druckgasspeicher 10 gespeicherte Wasserstoffgas kann die Brennkraftmaschine 2 über Zeiträume betrieben werden, die zum Beispiel ein Sorptionshydridkompressor 5 benötigt, um den Betriebsdruck zu erreichen, oder die ein Abgaskatalysator benötigt, um seine Betriebstemperatur zu erreichen. Oder über die ein Wasserstoffspeichersystem befüllt wird, das Wasserstoff als Betriebmittelreserve speichert („Reservekanister"). Des weiteren über Zeiträume, in denen flüssige oder gasförmige Medien derart erwärmt werden, dass sich der Zeitraum, bis zu dem Teile der Brennkraftmaschine 2 oder Teile einer Klimatisierungseinrichtung eine günstige Betriebstemperatur erreichen, verkürzt.
Im Sorptionshydridkompressor 5 können sowohl Sorptionshydride nach dem Stand der Technik angewendet werden, als auch solche, die über diesen hinausgehend auf erhöhten Temperaturniveaus, insbesondere auch während der Desorptionsphase betrieben werden können. Dies insbesondere auch auf solchen Temperaturniveaus, die bei Versorgung der Brennkraftmaschine 2 durch Nutzung von hierfür typischen Abwärmeströmen z.B. aus deren Abgas oder Kühlwasser möglich sind. Damit sind gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöhte gravimetrische Speicherdichten möglich, wodurch deutlich geringere Gewichte und Bauvolumina eines Sorptionshydridkompressors 5 bei gegebenem Förderstrom erzielt werden können.
Die Bauweise des Sorptionshydridkompressors 5 kann unterschiedlich sein. Es sind alle Kombinationen eines Sorptionsbetts in den druckfesten Gefäßen denkbar, die durch ein-oder mehrstufiges Verschalten und/oder ein- oder mehrreihiges Verschalten von druckfesten Gefäßen hervorgehen. Außerdem Bauweisen und Betriebsweisen, die zum Beispiel der Betriebspunktadaption dienen und/oder der Reduktion der zum Zyklieren eines enthaltenen Hydrids zyklisch benötigten Wärmemengen.
Die 2 zeigt einen Sorptionshydridkompressor 5 mit einem Sorptionsbett 13 von gleichem Druck und zwei unterschiedlichen Temperaturen.
Das bedruckbare Gefäß 12 des Sorptionsbetts 13 ist in einen Heissteil 14 und in einen Kaltteil 15 untergliedert. Das Sorptionshydrid 16, mit Graphit gleichmäßig durchmischt, ist innerhalb des Gefäßes 12 zwischen dem Heißteil 14 und dem Kaltteil 15 beweglich angeordnet. Zum Zyklieren des Sorptionshydrids 16 wird dieses zwischen dem Heißteil 14, das das Sorptionshydrid 16 auf Desorptionstemperatur TDesorb erwärmt und hält, und dem Kaltteil 15, das das Sorptionshydrid 16 auf Absorptionstemperatur TAbsorb abkühlt und hält, jeweils hin und herbewegt. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt liegt im ganzen Gefäß 12 nur ein Druck p vor, der sich zyklisch zwischen Desorptions- und Adsorptionsdruck bewegt. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt liegen im Gefäß 12 jedoch stets zwei Temperaturen vor. Daher werden zum zyklischen Erwärmen und Abkühlen des Sorptionshydrids 16 im wesentlichen nur die Wärmeströme benötigt, die für die Temperaturanpassung des Sorptionshydrids 16 selbst erforderlich sind. Für die Anpassung der Temperatur der Gehäusestruktur werden systematisch keine Wärmeströme benötigt.
Die Bewegung des Sorptionshydrids 16, durch Transport zwischen dem Heiß- 14 und dem Kaltteil 15, kann auf vielfältige Weisen durchgeführt werden, zum Beispiel mit tels Schwerkraft, zum Beispiel durch zyklisches Drehen bzw. Stülpen des Sorptionshydridkompressors 5.
Oder mittels elektromagnetischer oder sonstiger Feldkräfte, die direkt oder über einen oder viele bewegliche Zwischenkörper auf das Sorptionshydrid 16 einwirken. Des weiteren mittels pneumatischer oder hydraulischer Übertragung von Bewegungsenergie, die direkt oder über einen oder viele Zwischenkörper oder über weitere Medien übergeht oder mittels Druckstörungen oder Impulsübertragungen, zum Beispiel durch mechanische Stoßwellen oder Schall.
Weiterhin kann jede Art von Durchmischung oder Umwälzung oder Umschichtung des Sorptionshydrids 16 stattfinden und zwar entweder während einer Phase des Sorptionszyklus, in der das Sorptionshydrid 16 sich im Heißteil 14 oder im Kaltteil 15 des Sorptionshydridkompressors 5 befindet oder in der das Sorptionshydrid 16 zwischen Heissteil 14 und Kaltteil 15 verlagert wird. Dabei kann die Durchmischung, wie oben bereits beschrieben, auf vielfältige Weise durchgeführt werden.
Innerhalb des Sorptionshydridkompressors 5 kann im Übergangsbereich zwischen Heiss- 14 und Kaltteil 15 oder auch an beliebigen Stellen jede Art von nicht gezeichnetem Einbauteil oder Formelement angeordnet sein, das der thermischen Isolation oder der oben erwähnten Durchmischung des Sorptionshydrids 16 dient.
Sorptionsbetten 13 dieses Typs können ebenfalls in ihren bedruckbaren Gefäßen seriell und parallel zu einem Sorptionshydridkompressor 5 verschaltet werden. Dabei kann das Bewegen des Sorptionshydrids 16 im Sorptionsbett 13 auch durch einen Effekt hervorgerufen werden, der gleichzeitig auf mehrere oder alle Sorptionsbetten 13 eines Sorptionshydridkompressors 5 einwirkt. Zum Beispiel kann ein Sorptionshydridkompressor-Zusammenbau, in dem einzelne Sorptionsbetten 13 mit ihren bedruckbaren Gefäßen gegeneinander beliebig lageverdreht ausgerichtet sind, als ganzes zyklisch gedreht bzw. gestülpt werden.
In 3 ist der Sorptionhydridkompressor 5 einer Speicher- und/oder Druckerhöhungseinrichtung gezeichnet, der als Einrichtung zum Verhindern der Selbsthemmung der Pulverschüttung des Sorptionshydrids 16 einen druckelastischen Körper 17 besitzt, der im unteren Bereich des druckfesten Gefäßes 12 untergebracht ist. Durch Pfeile angedeutet gezeichnet sind Wärmezufuhr 8, Wärmeabfuhr 9 und Leitungen zur Wasserstoffzu- 23 und -abfuhr 24.
In den folgenden Figuren sind die in 3 bereits beschriebenen und mit Bezugszeichen versehenen Merkmale mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet, was eine erneute Beschreibung unter Umständen erübrigt.
Zur Verdeutlichung der Ausdehnung des pulverförmigen Hydrids 16 infolge Wasserstoffabsorption sind in den 3 und 4 jeweils -getrennt durch strichpunktierte Linien- zwei Zustände des Sorptionshydrids 16 dargestellt.
Rechts der Zustand des Sorpionshydrids 16 gegen Ende des Absorptionsvorgangs und links der Zustand des Sorpionshydrids 16 gegen Ende der Desorptionsphase.
In 4 besteht die Einrichtung zum Verhindern der Selbsthemmung der Pulverschüttung des Sorptionshydrids 16 beim Ausdehnen aus mehreren druckelastischen Körpern 17, ausgebildet als gasdichte Federkörper aus Metall, die in der Pulverschüttung lose verteilt sind.
In 5 besteht die Einrichtung zum Verhindern der Selbsthemmung der Pulverschüttung des Sorptionshydrids 16 beim Ausdehnen ebenfalls aus mehreren druckelastischen Körpern 17, ausgebildet als gasdichte Federkörper aus Metall, die in der Pulverschüttung verteilt, am druckfesten Gefäß 12, über gas- und hydriddurchlässige Halterungen 18 befestigt, untergebracht sind.
In 6 ist der Sorptionshydridkompressor 5 einer Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Sorptionshydrid 16 mit einem mischfähigen, pulverförmigen Flussmittel, insbesondere Graphit, gleichmäßig gemischt ist.
In 7 wird das pulverförmige Sorptionshydrid 16 im Sorptionhydridkompressor 5 einer Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff durch Einblasung von Wasserstoff 23, mindestens während eines Teilzyklusses des Absorptionsvorgangs, mechanisch bewegt, was ebenfalls die mechanische Selbsthemmung der Pulverschüttung verhindert.
In 8 wird der selbe Effekt durch ein im druckfesten Gehäuse 12 befindliches Vibrationsgerät 19 hervorgerufen, das das Sorptionshydrid 16 mindestens während eines Teilzyklusses des Absorptionsvorgangs mechanisch bewegt.

Claims

Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff, die wenigstens aus einem druckfesten Gefäß (12) besteht, das einen unter Wärmezu- (8) bzw. -abfuhr (9) zyklisch Wasserstoff de- bzw. absorbierenden Stoff enthält, insbesondere eine Hydrid bildende Metalllegierung, wobei der Stoff durch Wärmeabfuhr (9) und Wasserstoffzufuhr (23) unter geringerem Gasdruck mit Wasserstoff beaufschlagt wird und durch Wärmezufuhr (8) zur Wasserstoffabgabe (24) unter höherem Gasdruck veranlasst wird, wozu zyklisch wechselnd mindestens ein Teilbereich des Wasserstoff absorbierenden Stoffes mit einer höheren Temperatur beaufschlagt wird, wobei der zyklisch Wasserstoff de- bzw. absorbierende Stoff mindestens in einem Teilbetriebsbereich in festem Aggregatzustand, in pulverisierter Form vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die während der zyklischen Volumenzunahme des Wasserstoff absorbierenden Stoffes im druckfesten Gefäß (12) eine gleichzeitige mechanische Selbsthemmung der Pulverschüttung verhindert, so dass im druckfesten Gefäß (12) örtlich keine Druckspitzen entstehen können.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verhindern der Selbsthemmung der Pulverschüttung aus mindestens einem druckelastischen Körper (17) besteht, der im druckfesten Gefäß (12), insbesondere an dessen Gefäßwand, untergebracht ist.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verhindern der Selbsthemmung der Pulverschüttung aus mehreren druckelastischen Körpern (17) besteht, die lose verteilt in der Pulverschüttung oder an einer Gefäßwand des druckfesten Gefäßes (12) im druckfesten Gefäß (12) untergebracht sind.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Verhindern der Selbsthemmung der Pulverschüttung aus mehreren druckelastischen Körpern (17) besteht, die verteilt in der Pulverschüttung oder an einer Gefäßwand des druckfesten Gefäßes (12), am druckfesten Gefäß (12) befestigt, untergebracht sind.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die druckelastischen Körper (17), mit Gas gefüllte, insbesondere gasdichte, Federkörper, insbesondere aus Metall oder aus geschlossenzelligem Kunststoff, sind.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die druckelastischen Körper (17), Federkörper, insbesondere aus Metall oder aus Kunststoff sind, die durch eine Verschiebung, aufgrund einer Volumenzunahme des Wasserstoff absorbierenden Stoffes, unabhängig vom statischen Innendruck im druckfesten Gefäß (12), verformt werden.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die druckelastischen Körper (17) durch eine Wärmeisolierung zwischen dem druckfesten Gefäß (12) und dem zyklisch Wasserstoff de- bzw. absorbierenden Stoff gebildet werden.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der pulverförmige, Wasserstoff absorbierende Stoff mit einem mischfähigen, pulverförmigen Flussmittel, insbesondere Graphit, gleichmäßig gemischt ist.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der pulverförmige, Wasserstoff absorbierende Stoff, mindestens während eines Teilzyklusses des Absorptionsvorgangs, mittels eines in das druckfeste Gefäß (12) strömenden Gases, insbesondere Wasserstoff, mechanisch bewegt wird.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der pulverförmige, Wasserstoff absorbierende Stoff, mindestens während eines Teilzyklusses des Absorptionsvorgangs, mittels eines an oder in dem druckfesten Gefäß (12) befindlichen Vibrationsgerätes (19) mechanisch bewegt wird.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Druckerhöhungseinrichtung ein erster Teilbereich (14) des Gefäßes (12) immer die höhere Temperatur besitzt und dass mindestens der Wasserstoff de- bzw. absorbierende Stoff wechselnd eine Position im ersten (14) oder in einem zweiten Teilbereich (15) des Gefäßes (12) einnimmt.
Speicher und/oder Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser) aus mindestens zwei druckfesten Gefäßen (12) besteht, die hinterein ander und/oder parallel zusammen geschaltet sind, um den Druck des gasförmigen Wasserstoffs stufenweise und/oder zeitversetzt zu erhöhen.
Druckerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens zur anteiligen Versorgung eines in einem Brennraum gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Verbrauchers mit Wasserstoff, insbesondere einer Brennkraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, dient, wobei die Hochdruckseite der Druckerhöhungseinrichtung über eine Verbindungseinrichtung (4) mit dem Brennraum des Verbrauchers verbunden ist und die Niederdruckseite die Druckerhöhungseinrichtung mit einem Wasserstoffspeicher (1), insbesondere einem Kryotank, verbunden ist und wobei die Druckerhöhungseinrichtung mindestens vor dem Brennraum den Druck des gasförmigen Wasserstoffs mindestens zeitweise so erhöht, dass der gasförmige Wasserstoff unter Ausnutzung eines Druckgefälles in den Brennraum einströmt.
Druckerhöhungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (4) aus mindestens einer Druckleitung besteht, die einen Ausgang der Druckerhöhungseinrichtung mit einem Eingang des Brennraums verbindet.
Druckerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (4) mindestens einen Druckgasspeicher (10) enthält.
Druckerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Teilbereich (14) des Gefäßes (12) zur Wärmezufuhr (8) Abwärme des Verbrauchers, insbeson dere über dessen Abgas- oder dessen Kühleinrichtung, zugeführt wird.
Druckerhöhungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die aufgrund von Eingangsdaten vom Verbraucher und/oder vom Druckgasspeicher (10) und/oder von der Druckerhöhungseinrichtung und/oder vom Wasserstoffspeicher (1) Ausgangsdaten erzeugt, die mindestens zur Betriebspunktadaption des Verbrauchers und/oder des Druckgasspeichers (10) und/oder der Druckerhöhungseinrichtung und/oder des Wasserstoffspeichers (1) verwendet werden.