DE102005004589B4

DE102005004589B4 - Pressure increasing device for hydrogen

Info

Publication number: DE102005004589B4
Application number: DE102005004589A
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: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: DE102005004589A1

Abstract

Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff, mindestens zur anteiligen Versorgung eines in einem Brennraum gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Verbrauchers mit Wasserstoff, die wenigstens aus einem druckfesten Gefäß (12) besteht, das einen unter Wärmezu- (8) bzw. -abfuhr (9) zyklisch Wasserstoff de- bzw. absorbierenden Stoff enthält, 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, 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, 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) 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.Pressure increasing means for hydrogen, at least for the pro rata supply of a burning in a combustion chamber fuel gas consumer with hydrogen, which consists of at least one pressure-resistant vessel (12) with a heat supply (8) or -abfuhr (9) cyclic hydrogen de- or The material is absorbed by heat removal (9) and hydrogen supply (23) under lower gas pressure and is caused by heat supply (8) for hydrogen release (24) under higher gas pressure, cyclically changing at least a portion of the hydrogen absorbent material is subjected to a higher temperature, characterized in that during operation of the pressure increasing means, a first portion (14) of the vessel (12) always has the higher temperature and that at least the hydrogen de or absorbent material alternately a position in the first (14) or in a second part rich (15) of the vessel (12) assumes, wherein the high pressure side of the pressure increasing device is connected via a connecting device (4) to the combustion chamber of the consumer and the low pressure side of the pressure increasing device with a hydrogen storage (1) is connected and wherein the pressure increasing means at least before the combustion chamber the pressure of the gaseous hydrogen at least temporarily increased so that the gaseous hydrogen flows into the combustion chamber by utilizing a pressure gradient.

Description

Die Erfindung betrifft eine 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.The invention relates to a pressure increasing device for hydrogen according to the preamble of the first claim. In particular, the pressure increasing device is used in a fuel supply device of a motor vehicle which can be operated with hydrogen, the hydrogen extraction device of which comprises a container, in particular a cryotank, the pressure increasing device for gaseous hydrogen.

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.It is already known to store hydrogen, for example as a condensed gas in a container, in particular in a motor vehicle. For this liquefied storage special pressure-resistant containers are necessary, which should have a very good insulation due to the low storage temperatures. It is known to use to avoid heat input from the environment, double-walled, vacuum-insulated container.

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.Furthermore, hydrogen can also be stored in compressed gas storage tanks or in hydride storage tanks. However, if the storage takes place in the form of cryogenic, liquefied hydrogen, as condensed gas, an advantageously high range is achieved, for example, for vehicles, since in this state a high energy density is achieved, for example compared with storage of warm, compressed hydrogen 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.The cryogenic, liquid hydrogen supply is stored in a boiling state in a thermally very well insulated, pressure-tight container. The energy density of the boiling hydrogen is by storage at a temperature slightly above the boiling point at ambient pressure, about 20 K, maximum. In the storage tanks technically converted today, the hydrogen is typically present at temperatures of about 21 K to about 27 K and the corresponding boiling pressures of about 2 bar (abs.) To about 5 bar (abs.).

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.In the lower part of the reservoir, the boiling hydrogen is present as a more dense liquid phase (also referred to below as LH2) and lying above it as a gaseous phase (also called GH2 in the following).

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.The direct promotion of hydrogen (hereinafter also referred to as H2) from the storage container into a supply line, towards a consumer, takes place in the simplest case via the static pressure gradient between the tank interior and the surroundings, or through targeted pressurization of the storage container. In principle, it is possible by the geometric design of the starting inside the tank flow line, primarily LH2 or only GH2 to promote.

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.Stored H2 is generally taken from the gas phase as GH2. If H2 is removed as LH2 from the liquid phase, in a mobile application, the following conditioners, eg. B. booster, or the mode of a consumer yet designed for the promotion of GH2. This is necessary because due to the possible deviations from the normal position of the mobile container, or dynamic, accelerated states, the inlet opening of a sampling line for LH2 can be systematically washed around even at high levels of gas phase temporarily. This is possible in the time course of the emptying of the mobile container, in particular long before the time at which the gas phase in an identical immobile container reaches the inlet opening of the LH2 removal line by pure removal. For this reason, in mobile applications H2 is mainly taken from the gas phase.

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.The reservoir is supplied during the H2 removal heat, which leads to the evaporation of LH2 in the container and thus to maintain a required for the promotion tank pressure that would otherwise decrease by the removal to the extent that a promotion would no longer be possible. This heat supply required for pressure maintenance via a separate heater, the z. B. can be designed as electrically operated heating element or z. B. directly by supplying heated, gaseous H2, which is diverted targeted a heated flow stream and in the inner container (back) is passed.

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.The aim is, in an internal combustion engine, the fuel in the gaseous state at least partially by Hochdruckeinblasung in the or the already compressed gas containing combustion chamber or combustion chambers supplied to the combustion, since this minimizes the risk of flashback and the power density and the efficiency of the internal combustion engine can be increased can.

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.To implement such high pressure injection, the pressure in the stored fuel must ultimately be high enough. This high-pressure fuel is used for the direct injection into the already compressed gas or air-fuel mixture containing engine combustion chambers, which in time, however, only works as long as there is still a sufficiently large amount of fuel in the pressure tank. However, if a certain amount of fuel is removed from this, the pressure in this pressure tank inevitably drops to such an extent that direct fuel injection under high pressure is no longer possible.

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.Thereupon, the still contained and only under reduced pressure fuel, at least to a certain extent, the internal combustion engine are supplied under low pressure for combustion, in particular under external mixture formation. However, the amount of fuel provided in this method of the internal combustion engine is not sufficient for full-load operation, that is to say that at a certain degree of emptying of the pressure tank, only partial-load operation is possible with low load requirements.

Die DE 103 01 159 A1 zeigt eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik auf und beschreibt ein Entnahmesystem, bei dem die vorhandene Kraftstoffmenge möglichst lange zur Hochdruckeinblasung zur Verfügung steht. Es wird ein Kraftfahrzeug beschrieben, mit einer Brennkraftmaschine, die mit einem unter Normalbedingungen gasförmigen Kraftstoff betreibbar ist, indem ein Teil des Kraftstoffs, insbesondere für Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine, unter Niederdruck, insbesondere unterer äußerer Gemischbildung, in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt und ein weiterer Teil des Kraftstoffs, insbesondere für Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine, durch Hochdruckeinblasung in den bereits verdichtetes Gas enthaltenden Brennraum zur Verbrennung zugeführt wird. Dabei wird der für die Hochdruckeinblasung erforderliche Kraftstoffdruck letztlich durch den in einem Drucktank des Kraftfahrzeugs herrschenden Kraftstoffdruck bereitgestellt und steht daher nur bis zu einem gewissen Entleerungsgrad des Drucktanks zur Verfügung. Deshalb sind im Kraftfahrzeug mindestens zwei Drucktanks eingebaut, aus denen die Brennkraftmaschine alternativ oder gemeinsam mit Kraftstoff versorgt wird.The DE 103 01 159 A1 shows a remedy for this described problem and describes a sampling system in which the available amount of fuel as long as possible for Hochdruckeinblasung available. A motor vehicle is described with an internal combustion engine which can be operated with a fuel which is gaseous under normal conditions by passing part of the fuel, in particular for partial load operation of the internal combustion engine, under low pressure, in particular lower external mixture formation, into the combustion chamber of the internal combustion engine and another part of the fuel, in particular for full-load operation of the internal combustion engine, is supplied for combustion by high-pressure injection into the combustion chamber, which already contains compressed gas. In this case, the fuel pressure required for the high-pressure injection is ultimately provided by the fuel pressure prevailing in a pressure tank of the motor vehicle and is therefore only available up to a certain degree of emptying of the pressure tank. Therefore, at least two pressure tanks are installed in the motor vehicle, from which the internal combustion engine is alternatively or jointly supplied with fuel.

Dadurch steht ein größerer Teil der Gesamtfüllmenge der Drucktanks für den Betrieb der Brennkraftmaschine zur Verfügung, im Vergleich mit einem Kraftfahrzeug mit einem Drucktank. Allerdings kann immer nur ein Versorgungsdruck erreicht werden, der kleiner oder gleich dem Betriebsdruck des Drucktanks ist.As a result, a larger part of the total filling quantity of the pressure tanks is available for the operation of the internal combustion engine, in comparison with a motor vehicle having a pressure tank. However, only one supply pressure can be achieved, which is less than or equal to the operating pressure of the pressure tank.

Die JP 62-150 093 A (Abstract) beschreibt eine Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff, bei der die Druckerzeugung mit Metallhydrid-Kompressoren erfolgt, die mit sogenanntem klassischen Metallhydrid befüllt sind.The JP 62-150 093 A (Abstract) describes a pressure increasing device for hydrogen, in which the pressure is generated with metal hydride compressors, which are filled with so-called classic metal hydride.

Diese klassischen Metallhydride besitzen gravimetrische Speicherdichten von typischerweise unter 2%.These classic metal hydrides have gravimetric storage densities typically below 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.The metal hydride is used in finely pulverized form and placed in rotatable pressure-resistant containers, with connections for H2 supply and removal in a heat exchanger housing with a high and a low temperature range.

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.The metal hydride is cyclically charged with gaseous hydrogen and discharged. The control of this process is carried out by cyclically supplying and removing heat by rotating the containers in the heat exchanger housing. The loading of the metal hydride with hydrogen is carried out by absorbing the hydrogen molecules with heat release, the discharge of the metal hydride by desorbing with heat absorption.

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.Due to this mode of operation, the term metal hydride compressor will be replaced by sorption-hydride compressor. This should include all types of cyclable hydrides, regardless of their other material properties.

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.Characteristic of the prior art is that at any time in the pressure-resistant metal hydride compressor housing, the rotatable pressure-resistant containers, exactly one pressure and exactly one temperature is present.

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.In the prior art cycle times are typically several minutes. High compression ratios are due to the serial d. H. achieved multi-stage arrangement. Continuous promotion, d. H. an approximately Förderdruckschwankungsfreie hydrogen delivery is achieved by parallel arrangement of individual sorption beds and their time-delayed operation.

Diese Wasserstoff fördernden Sorptionshydridkompressoren nach dem Stand der Technik haben sowohl systematische Nachteile aufgrund ihrer grundsätzlichen, zyklischen Betriebsweise, als auch solche, die eine automotive Anwendbarkeit mit erhöhten Förderdrücken und mit Fördermassenströmen im relevanten Bereich von mehreren Kilogramm pro Stunde derzeit ausschließen.These prior art hydrogen promoting sorption hydride compressors have both systematic drawbacks due to their basic cyclical operation and those currently precluding automotive applicability with increased delivery pressures and mass flow rates in the relevant range of several kilograms per hour.

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.The weight of a Sorptionshydridkompressors including all components required for its operation is according to the prior art at delivery pressures of up to 350 bar and delivery rates of up to 25 kg / h several hundred kg. The construction volume including all components is then several 10 liters.

Die Zyklusdauern im Bereich etlicher Minuten erlauben keine Adaption an sich schnell ändernde Betriebspunktänderungen eines Verbrennungsmotors.The cycle times in the range of several minutes do not allow adaptation to rapidly changing operating point changes of an internal combustion engine.

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.During the cyclic operation, the sorption bed is heated in each case via the heat exchanger to the desorption temperature of the metal hydride or cooled to absorption temperature. It is not only the amount of heat that is required for desorbing and absorbing the H2 in the water Metal hydride is required to transfer, but also the amount of heat that is needed to change the temperature of the pressure-resistant container structure. This heat flow component attributable to the structure of the sorption bed is not negligible and may be several tenths of the total heat flow at higher feed pressures which require a relatively stronger pressure-resistant structure. Therefore, it systematically reduces a possible reduction of the cycle time by, for example, improved geometric design of the sorbent bed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Abhilfemaßnahmen für die genannten Nachteile aufzuzeigen. Außerdem sollen Versorgungsdrücke zum Verbraucher erzielt werden können, die weit über dem Betriebsdruckniveau des Wasserstoffspeichers liegen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.Object of the present invention is to show remedies for the disadvantages mentioned. In addition, supply pressures to the consumer can be achieved, which are well above the operating pressure level of the hydrogen storage. Advantageous embodiments and further developments are content of the dependent claims.

Nach der Erfindung besteht eine Druckerhöhungseinrichtung für Wasserstoff, mindestens zur anteiligen Versorgung eines in einem Brennraum gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Verbrauchers mit 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. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der 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. Dabei ist die Hochdruckseite der Druckerhöhungseinrichtung über eine Verbindungseinrichtung mit dem Brennraum des Verbrauchers verbunden und die Niederdruckseite der Druckerhöhungseinrichtung ist mit einem Wasserstoffspeicher, insbesondere einem Kryotank, verbunden und die Druckerhöhungseinrichtung erhöht mindestens vor dem Brennraum den Druck des gasförmigen Wasserstoffs mindestens zeitweise so, dass der gasförmige Wasserstoff unter Ausnutzung eines Druckgefälles in den Brennraum einströmt. Der Verbraucher kann dabei insbesondere eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sein.According to the invention, there is a pressure increasing device for hydrogen, at least for the pro rata supply of a consumer burning in a combustion chamber fuel with hydrogen, at least from a pressure-resistant vessel containing a cyclic hydrogen de or absorbing under heat supply or removal, in particular a Hydrid forming metal alloy, wherein the substance is supplied by heat removal and hydrogen supply under a lower gas pressure with hydrogen and is caused by heat supply to the hydrogen release under higher gas pressure, cyclically changing at least a portion of the hydrogen absorbing material is subjected to a higher temperature. The invention is characterized in that, during operation of the pressure increasing device, a first subregion of the vessel always has the higher temperature and that at least the hydrogen absorbing or absorbing substance alternately occupies a position in the first or in a second subregion of the vessel. This second sub-region of the vessel always has a lower temperature than the first sub-region during operation of the pressure-increasing device. In this case, the high-pressure side of the pressure increasing device is connected via a connecting device to the combustion chamber of the consumer and the low pressure side of the pressure increasing device is connected to a hydrogen storage, in particular a cryotank, and the pressure increasing device increases at least in front of the combustion chamber, the pressure of the gaseous hydrogen at least temporarily so that the gaseous Hydrogen flows into the combustion chamber by utilizing a pressure gradient. The consumer can be in particular an internal combustion engine of a motor vehicle.

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. Ferner ermöglicht eine solche Druckerhöhungseinrichtung 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.This has the advantage that the amounts of heat required for cyclical operation are significantly reduced. Therefore, a compression operation is possible in which the cycle time is shortened. Furthermore, this reduces the weight and the volume of the pressure increasing device, as well as improves the dynamics. Furthermore, such a pressure increasing device enables methods for internal mixture formation in the combustion chamber of an internal combustion engine, is very low in wear and thus advantageously reduces maintenance costs. It can be achieved very high life and very low failure rates, with a sudden collapse of the hydrogen supply can not occur because no abrupt error conditions are to be expected. A vibration-, vibration- and noise-free operation increases comfort and the operating point adaptation can also take place independently of the state of the consumer by varying the delivery pressure.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht die 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.In a preferred embodiment of the invention, the pressure increasing device consists of at least two pressure-resistant vessels, which are connected in series and / or parallel to increase the pressure of the gaseous hydrogen gradually and / or with a time delay. This has the advantage that the supply of gas to the consumer is reliably ensured. Furthermore, very high discharge pressures can be generated, which are significantly larger than the demand of the consumer.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das druckfeste Gefäß der Druckerhöhungseinrichtung in mindestens zwei Teilgehäuse unterteilt, die durch eine erste und eine zweite Verbindungsleitung hintereinander als Kreislauf zusammen geschaltet sind und von denen ein erstes Teilgehäuse während des Betriebs der Druckerhöhungseinrichtung immer die höhere Temperatur besitzt. Dabei nimmt mindestens der Wasserstoff de- bzw. absorbierende Stoff über die Teilgehäuse und die Verbindungsleitungen umlaufend eine Position im ersten oder im zweiten Teilgehäuse oder in den Verbindungsleitungen ein.In a further preferred embodiment of the invention, the pressure-resistant vessel of the pressure increasing device is divided into at least two sub-housing, which are connected in series as a circuit by a first and a second connecting line and of which a first sub-housing always has the higher temperature during operation of the pressure-increasing device. In this case, at least the hydrogen absorbing or absorbing substance via the sub-housing and the connecting lines circumferentially occupies a position in the first or in the second sub-housing or in the connecting lines.

Dies führt zu einer weiteren Reduktion des Gewichts und des Volumens, sowie zu einer weiteren Verbesserung der Dynamik in noch größerer Ausprägung. Eine weitere Reduktion der für den zyklischen Betrieb erforderlichen Wärmemengen und ein kontinuierlicher Kompressionsbetrieb werden erreicht.This leads to a further reduction of the weight and the volume, as well as to a further improvement of the dynamics in an even greater extent. A further reduction of the heat quantities required for the cyclical operation and a continuous compression operation are achieved.

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.A particularly simple pressure-increasing device is characterized in that the connecting device consists of at least one pressure line which connects an output of the pressure-increasing device with an input of the combustion chamber. If the connection device contains at least one compressed gas storage, this can also be used as a buffer, for example during the downtime of the load and not only during its operation.

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.An advantageous embodiment of the pressure increasing device is characterized in that the first portion of the vessel or the first sub-housing for heat supply waste heat of the consumer, in particular via the exhaust or its cooling device is supplied.

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.This has the advantage that no exergetic drive power is required for operation compared to mechanically acting compressors, compressors or pumps for the pressure booster. The operation can be carried out with anergetic waste heat and therefore have a favorable effect on the overall energy efficiency.

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.In a further preferred embodiment of the invention, a control device is provided for the pressure increasing device, which generates output data based on input data from the consumer and / or the compressed gas reservoir and / or the pressure increasing device and / or the hydrogen storage, at least for operating point adaptation of the pressure booster and / or Consumer and / or the compressed gas storage and / or the pressure booster and / or the hydrogen storage can be used.

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 und 3 stellen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von Sorptionshydridkompressoren gemäß der Erfindung dar.In the following the invention will be further explained by means of embodiments. 1 shows a schematic representation of a basic arrangement of a Sorptionshydridkompressors as pressure increasing means for operating an internal combustion engine. The 2 and 3 illustrate two different embodiments of Sorptionshydridkompressoren according to the invention.

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.In a not shown motor vehicle is according to 1 a hydrogen storage or generator 1 , In particular, a not shown cryogenic tank for the storage of liquid hydrogen, installed. The hydrogen serves as fuel for supplying an internal combustion engine driving the motor vehicle 2 as a consumer. An unshown withdrawal device for gaseous hydrogen from the hydrogen storage 1 supplied via a sampling line 3 the internal combustion engine 2 with hydrogen.

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.For printing and conveying the gaseous hydrogen leads the sampling line 3 to a pressure increasing device, which is a Sorptionshydridkompressor 5 used. On the output side with its pressure side this is via a connecting device 4 to the combustion chamber of the internal combustion engine 2 connected. Alternatively or in addition to the internal combustion engine 2 , however, fuel cells not drawn could also be supplied with printed hydrogen.

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.The sorption hydride compressor 5 is also suitable for the supply and removal of heat flows suitable lines 6 . 7 connected. The to operate the Sorptionshydridkompressors 5 required operating heat flows can be generated or provided in any way, but here are for heat 8th Waste heat streams of the internal combustion engine 2 used from exhaust flow and / or engine cooling.

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.The heat supply 8th and removal 9 can also be done by any other hydraulic or pneumatic transport heat-carrying media, such as heat 8th About exhaust streams or heat dissipation 9 by fan cooling. Or by utilizing evaporation and / or condensation enthalpies (eg by means of a so-called heat pipe). Or by any form of radiation (eg laser, microwave, UV, IR, otherwise electromagnetic waves). Or also by mechanical heat of reaction (eg frictional heat) or by transmission of pressure disturbances (eg by mechanical impulses, sound pressure). Or by electrical heating or cooling (eg by Peltier element). Or in particular by using absorption or Desorptionswärmeströmen, which can arise when changing the loading or saturation state of a hydride with hydrogen. Or from any combination of different, functionally integrated procedures. For heat dissipation 9 in particular, the cooling system of the internal combustion engine 2 and / or the heat flow supplied for maintaining the pressure of a cryotank.

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.The delivery pressure of the sorption hydride compressor 5 can be in the range of 2 bar abs. up to 350 bar abs. move. With intermediate storage of the delivered hydrogen in one or more between the sorption-hydride compressor 5 and the internal combustion engine 2 arranged compressed gas storage 10 can also delivery pressures up to 800 bar abs. be achieved. The compressed gas storage 10 can also during the downtime of the internal combustion engine 2 from sorption hydride compressor 5 for example, also to store hydrogen loss amounts from the hydrogen storage 1 come, in particular so-called boil-off gases. This is the compressed gas storage 10 to the connection device 4 , for example via a pressure line 11 , connected. In the pressure line 11 may be installed a not shown control device. The control device can, for example, at least one between compressed gas storage 10 and connection device 4 switched pressure control valve consist.

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. By the in the compressed gas storage 10 stored hydrogen gas can be the internal combustion engine 2 operated over periods of time, for example, a Sorptionshydridkompressor 5 needed to reach the operating pressure, or which requires a catalytic converter to reach its operating temperature. Or via which a hydrogen storage system is filled, which stores hydrogen as resource reserve ("reserve canister"). Furthermore, over periods of time in which liquid or gaseous media are heated in such a way that the period up to the parts of the internal combustion engine 2 or parts of an air conditioning device reach a favorable operating temperature, shortened.

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.In the sorption hydride compressor 5 It is possible to use both sorption hydrides according to the prior art and those which can be operated beyond this at elevated temperature levels, in particular also during the desorption phase. This is especially true at such temperature levels when supplying the internal combustion engine 2 by using this typical waste heat streams z. B. from the exhaust or cooling water are possible. Thus, compared to the prior art, significantly increased gravimetric storage densities are possible, as a result of which significantly lower weights and construction volumes of a sorption-hydride compressor are possible 5 can be achieved at a given flow rate.

Die Bauweise des Sorptionshydridkompressors 5 kann unterschiedlich sein. Es sind alle Kombinationen eines Sorptionsbetts denkbar, die durch ein- oder mehrstufiges Verschalten und/oder ein- oder mehrreihiges Verschalten von Sorptionsbetten hervorgehen. Außerdem Bauweisen und Betriebsweisen, die zum Beispiel der Betriebspunktadaption dienen und/oder der Reduktion der zum Zyklieren eines enthaltenen Hydrids zyklisch benötigten Wärmemengen.The construction of the sorption hydride compressor 5 can be different. All combinations of a sorption bed are conceivable which result from single-stage or multistage interconnection and / or single-row or multi-row interconnection of sorption beds. Also, constructions and operations that serve, for example, the operating point adaptation and / or the reduction of cyclically required amounts of heat for cycling a contained hydride.

Die 2 zeigt einen Sorptionshydridkompressor 5 mit einem Sorptionsbett von gleichem Druck und zwei unterschiedlichen Temperaturen.The 2 shows a Sorptionshydridkompressor 5 with a sorption bed of the same pressure and two different temperatures.

Das bedruckbare Gefäß 12 des Sorptionsbetts 13 ist in einen Heissteil 14 und in einen Kaltteil 15 untergliedert. Das Sorptionshydrid 16 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 her bewegt. 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.The printable container 12 of the sorbent bed 13 is in a hot part 14 and in a cold part 15 subdivided. The sorption hydride 16 is inside the vessel 12 between the hot part 14 and the cold part 15 movably arranged. For cycling the sorption hydride 16 this will be between the hot part 14 that is the sorption hydride 16 heated to desorption temperature TDesorb and holds, and the cold part 15 that is the sorption hydride 16 on absorption temperature TAbsorb cools and stops, each reciprocating. At any given time lies in the whole vessel 12 only a pressure p before, which moves cyclically between desorption and adsorption pressure. At any time lie in the vessel 12 but always two temperatures before. Therefore, to cyclically heat and cool the sorption hydride 16 essentially only the heat flows required for the temperature adjustment of the sorption 16 yourself are required. For the adaptation of the temperature of the housing structure systematically no heat flows are needed.

Die Bewegung des Sorptionshydrids 16 zwischen dem Heiß- und dem Kaltteil kann auf vielfältige Weisen durchgeführt werden, zum Beispiel mittels Schwerkraft, zum Beispiel durch zyklisches Drehen bzw. Stülpen des Sorptionshydridkompressors 5.The movement of the sorption hydride 16 between the hot and cold parts can be performed in a variety of ways, for example by gravity, for example by cyclically rotating or inverting the 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.Or by means of electromagnetic or other field forces, directly or through one or many moving intermediate bodies on the sorption 16 act. Furthermore, by means of pneumatic or hydraulic transmission of kinetic energy, which passes directly or via one or many intermediate bodies or other media or by means of pressure disturbances or pulse transmissions, for example by mechanical shock waves or sound.

Das Sorptionshydrid 16 kann in jeder Form vorliegen bzw. angeordnet sein, zum Beispiel als pulverförmiges oder granulatartiges Schüttgut, oder in gasdurchlässigen Kassetten oder Schlitten, oder als fließendes Medium.The sorption hydride 16 may be present or arranged in any form, for example as a powdery or granular bulk material, or in gas-permeable cassettes or carriages, or as a flowing medium.

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.Furthermore, any type of mixing or circulation or rearrangement of the sorption 16 take place either during a phase of the sorption cycle in which the sorption 16 in the hot part 14 or in the cold part 15 of the sorption hydride compressor 5 or in which the sorption hydride 16 between hot part 14 and cold part 15 is relocated. In this case, the mixing, as already described above, be carried out in many ways.

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.Inside the sorption hydride compressor 5 can in the transition region between hot 14 and cold part 15 or at any position be arranged any kind of not subscribed built-in part or mold element, the thermal insulation or the above-mentioned mixing of the sorption 16 serves.

Sorptionsbetten 13 dieses Typs können in ihren bedruckbaren Gefäßen ebenfalls 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.sorption 13 of this type may also be serial and parallel to a sorption-hydride compressor in their printable containers 5 be interconnected. In this case, the movement of the sorption can 16 in the sorption bed 13 can also be caused by an effect on several or all sorption beds at the same time 13 a sorption hydride compressor 5 acts. For example, a sorption hydride compressor assembly in which individual sorbent beds 13 are aligned with their printable containers against each other arbitrarily position twisted, rotated as a whole cyclically or slipped.

3 zeigt die prinzipelle Gestaltung eines Sorptionshydridkompressors 5 mit einem Sorptionsbett 13, in dem zwei Temperaturen und zwei Drücke herrschen. 3 shows the basic design of a Sorptionshydridkompressors 5 with a sorption bed 13 in which two temperatures and two pressures prevail.

Das bedruckbare Gefäß 12 des Sorptionsbetts 13 ist in zwei Teilgehäuse 17, 18 unterteilt, in denen während des Betriebs stets hinsichtlich Temperatur und Druck die Desorpstionsbedingungen (Heissteil 14) bzw. die Absorptionsbedingungen (Kaltteil 15) für das Sorptionshydrid 16 vorliegen und die über zwei Rohrleitungen 19, 20 verbunden sind, in denen sich jeweils ein Regelventil bzw. eine Drossel 21 und eine druckerhöhende Fördereinrichtung 22 befindet. Die Rohrleitungen 19, 20 mit den angeordneten Einrichtungen 21, 22 sind zu Förderung des verwendeten Sorptionhydrids 16 geeignet ausgelegt. Das Sorptionshydrid 16 befindet sich zu jeder Zeit sowohl im Heissteil 14, als auch im Kaltteil 15, und zu einem kleinen Teil in den genannten Rohrleitungen 19, 20.The printable container 12 of the sorbent bed 13 is in two sub-housings 17 . 18 subdivided in which during operation always with respect to temperature and pressure Desorpstionsbedingungen (Heissteil 14 ) or the absorption conditions (cold part 15 ) for the sorption hydride 16 present and over two pipelines 19 . 20 are connected, in each case a control valve or a throttle 21 and a pressure-increasing conveyor 22 located. The pipelines 19 . 20 with the arranged facilities 21 . 22 are to promote the sorption used 16 suitable designed. The sorption hydride 16 is always in the Heissteil at all times 14 , as well as in the cold section 15 , and to a small extent in the mentioned pipelines 19 . 20 ,

Im Heissteil 14 wird das darin enthaltene Sorptionshydrid 16 fortwährend vom Wasserstoff entladen (Desorption) und der abgegebene Wasserstoff unter Desorptionsdruck pDesorb nach außen abgeführt. Im Kaltteil 15 wird das darin enthaltene Sorptionshydrid 16 fortwährend mit Wasserstoff beladen (Absorption) und der aufgenommene Wasserstoff mit Absorptionsdruck pAbsorb von außen zugeführt.In the hot part 14 becomes the sorption hydride contained therein 16 continuously discharged from the hydrogen (desorption) and the discharged hydrogen discharged under desorption pressure pdesorb to the outside. In the cold part 15 becomes the sorption hydride contained therein 16 continuously charged with hydrogen (absorption) and the absorbed hydrogen fed with absorption pressure pAbsorb from the outside.

Damit diese beiden gleichzeitig laufenden Vorgänge nicht zum Erliegen kommen, wird das Sorptionshydrid 16 zwischen Heissteil 14 und Kaltteil 15 fortwährend über die Rohrleitungen 19, 20 von der Fördereinrichtung 22 zwischen beiden Teilgehäusen 17, 18 umgewälzt. Dabei gelangt das H2-reduzierte Sorptionshydrid 16 aus dem Heissteil 14 vorzugsweise durch Nutzen des Druckgefälles zum Kaltteil 15 in denselben. Vom Kaltteil 15 gelangt das H2-beladene Sorptionshydrid 16 mittels der Fördereinrichtung 22, zum Beispiel einer Pumpe, die es auf Desorptionsdruckniveau pDesorb anhebt, wieder in den Heissteil 14. Dabei sind verschiedene Betriebsweisen möglich. Das Sorptionshydrid 16 kann in einem konstanten oder quasikonstanten Massenstrom umgewälzt werden, dies kann aber auch batchweise oder in Abhängigkeit von beliebigen Zustandsgrößen oder Eingabegrößen im Sorptionshydridkompressor 5 oder im versorgten H2-Verbraucher oder im Kraftfahrzeug erfolgen.So that these two simultaneous processes do not come to a standstill, the sorption is 16 between hot part 14 and cold part 15 constantly over the pipelines 19 . 20 from the conveyor 22 between both sub-housings 17 . 18 circulated. This is where the H2-reduced sorption hydride passes 16 from the hot part 14 preferably by using the pressure gradient to the cold part 15 in the same. From the cold part 15 passes the H2-loaded sorption hydride 16 by means of the conveyor 22 , For example, a pump, which raises it to desorption pressure level pDesorb, back into the hot section 14 , Different modes of operation are possible. The sorption hydride 16 can be circulated in a constant or quasi-constant mass flow, but this can also be batchwise or depending on any state variables or input variables in Sorptionshydridkompressor 5 or in the supplied H2 consumer or in the motor vehicle.

Heissteil 14 und Kaltteil 15 können selbstverständlich relativ zueinander und relativ zur Umgebung beliebige räumliche Anordnungen und Orientierungen besitzen, die die Zufuhr und die Abfuhr von Wasserstoff und das Umwälzen des Sorptionshydrids ermöglichen.hot part 14 and cold part 15 may, of course, relative to each other and relative to the environment have any spatial arrangements and orientations that allow the supply and removal of hydrogen and the circulation of the sorption.

Zu jedem beliebigen Zeitpunkt während des Betriebes liegen in den beiden Teilgehäusen 17, 18 des Sorptionshydridkompressors 5 örtlich näherungsweise konstant insgesamt beide zum Sorptionszyklus gehörende Drücke und die korrespondierenden Temperaturen vor. Daher werden auch hier zum zyklischen Erwärmen und Abkühlen des Sorptiopnshydrids 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.At any time during operation are in the two sub-housings 17 . 18 of the sorption hydride compressor 5 locally approximately constant overall both pressures associated with the sorption cycle and the corresponding temperatures. Therefore, also here for cyclic heating and cooling of Sorptiopnshydrids 16 essentially only the heat flows required for the temperature adjustment of the sorption 16 yourself are required. For the adaptation of the temperature of the housing structure systematically no heat flows are needed.

Das Sorptionshydrid 16 kann in jeder Form vorliegen, zum Beispiel als pulverförmiges oder granulatartiges Schüttgut, oder als fließendes Medium.The sorption hydride 16 can be in any form, for example as a powdery or granular bulk material, or as a flowing medium.

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 oder umgewälzt wird. Dabei kann die Durchmischung, auf vielfältige Weise durchgeführt werden. Zum Beispiel mittels Schwerkraft, zum Beispiel durch zyklisches Drehen 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.Furthermore, any type of mixing or circulation or rearrangement of the sorption 16 take place either during a phase of the sorption cycle in which the sorption 16 in the hot part 14 or in the cold part 15 of the sorption hydride compressor 5 or in which the sorption hydride 16 between hot part 14 and cold part 15 shifted or circulated. The mixing can be carried out in many ways. For example, by gravity, for example by cyclically rotating the sorption hydride compressor 5 , Or by means of electromagnetic or other field forces, directly or through one or many moving intermediate bodies on the sorption 16 act. Furthermore, by means of pneumatic or hydraulic transmission of kinetic energy, which passes directly or via one or many intermediate bodies or other media or by means of pressure disturbances or pulse transmissions, for example by mechanical shock waves or sound.

Sorptionsbetten 13 dieses Typs, bzw. die zugehörigen bedruckbaren Gefäße können ebenfalls seriell und parallel zu einem Sorptionshydridkompressor 5 verschaltet werden.sorption 13 This type, or the associated printable containers can also be serial and parallel to a Sorptionshydridkompressor 5 be interconnected.

Claims

Pressure increasing device for hydrogen, at least for the proportionate supply of a consumer burning in a combustion chamber gaseous fuel with hydrogen, the at least from a pressure-resistant vessel ( 12 ), the one under heat ( 8th ) or removal ( 9 ) cyclically contains hydrogen or absorbent material, wherein the substance by heat removal ( 9 ) and hydrogen supply ( 23 ) is pressurized with hydrogen under a lower gas pressure and by supplying heat ( 8th ) for the release of hydrogen ( 24 ) under higher gas pressure for which cyclically alternately at least a portion of the hydrogen-absorbing substance is subjected to a higher temperature, characterized in that during operation of the pressure- increasing device a first sub-range ( 14 ) of the vessel ( 12 ) always has the higher temperature and that at least the hydrogen de-absorbing or absorbing substance alternately a position in the first ( 14 ) or in a second subarea ( 15 ) of the vessel ( 12 ), wherein the high pressure side of the pressure increasing device via a connecting device ( 4 ) is connected to the combustion chamber of the consumer and the low pressure side of the pressure booster with a hydrogen storage ( 1 ) And wherein the pressure increasing means at least in front of the combustion chamber, the pressure of the gaseous hydrogen at least temporarily increased so that the gaseous hydrogen flows into the combustion chamber by utilizing a pressure gradient.

Pressure increasing device for hydrogen according to claim 1, characterized in that it consists of at least two pressure-resistant vessels ( 12 ), which are connected in series and / or in parallel to increase the pressure of the gaseous hydrogen gradually and / or with a time delay.

Pressure increasing device according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure-resistant vessel ( 12 ) in at least two sub-housings ( 17 . 18 ), which are connected in series by a first and a second connecting line as a circuit and of which a first part housing ( 17 ) always has the higher temperature during operation of the pressure-increasing device and that at least the hydrogen de-absorbent or absorbent material on the sub-housing ( 17 . 18 ) and the connecting lines circumferentially a position in the first ( 17 ) or in the second partial housing ( 18 ) or in the connecting lines.

Pressure increasing device according to one of claims 1 to 3, characterized in that, the consumer an internal combustion engine ( 2 ) of a motor vehicle.

Pressure increasing device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the under heat ( 8th ) or removal ( 9 ) cyclically hydrogen absorbing or absorbing substance in the pressure-resistant vessel ( 12 ) is a hydride-forming metal alloy.

Pressure increasing device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hydrogen storage is a cryotank.

Pressure increasing device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the connecting device ( 4 ) consists of at least one pressure line which connects an output of the pressure booster with an input of the combustion chamber.

Pressure increasing device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the connecting device ( 4 ) at least one compressed gas storage ( 10 ) contains.

Pressure increasing device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first subregion ( 14 ) of the vessel ( 12 ) or the first part housing ( 17 ) for heat supply ( 8th ) Waste heat of the consumer is supplied.

Pressure increasing device according to claim 9, characterized in that the waste heat of the consumer via the exhaust or its cooling device is supplied.

Pressure increasing device according to one of claims 1 to 10, characterized in that a control device is provided which, on the basis of input data from the consumer and / or the compressed gas storage ( 10 ) and / or from the pressure booster and / or the hydrogen storage ( 1 ) Generates output data which at least for operating point adaptation of the consumer and / or the compressed gas storage ( 10 ) and / or the pressure booster and / or the hydrogen storage ( 1 ) be used.