DE102013202294A1 - Energy storage for use in hydraulic hybrid system of motor vehicle for storing energy by change in volume of gas in pressure container, has pressure container that is changeable in volume, and gas that is arranged within pressure container - Google Patents

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Abstract

The energy storage (1) has a pressure container (2) that is changeable in volume, and a gas that is arranged under pressure within the pressure container. A unit (5) is provided for changing multiple gas molecules in a gaseous aggregate state in the pressure container. The gas molecules are enlarged in the gaseous aggregate state in the pressure container during an increase in volume of the pressure container with the unit. The gas molecules are reduced in the gaseous aggregate state in the pressure container during a reduction in volume of the pressure container with the unit. An independent claim is included for a method for operating an energy storage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 und ein hydraulisches Hybridsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.The present invention relates to an energy store according to the preamble of claim 1, a method for operating an energy store according to the preamble of claim 10 and a hydraulic hybrid system according to the preamble of claim 15.

Stand der TechnikState of the art

In Kraftfahrzeugen werden hydraulische Hybridsysteme eingesetzt, um mittels eines hydraulischen Motors hydraulische Energie in mechanische Energie umwandeln zu können und mittels einer hydraulischen Pumpe mechanische Energie in hydraulische Energie umwandeln zu können. Die mechanische Energie, beispielsweise von einem Verbrennungsmotor oder als kinetische Energie in einem Rekuperationsbetrieb, kann dabei von der hydraulischen Pumpe in hydraulische Energie umgewandelt werden, indem der Druck eines Hydraulikfluides, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit, durch die hydraulische Pumpe erhöht wird. Das Hydraulikfluid mit dem erhöhten Druck kann dabei in einem Energiespeicher gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt kann mittels des Hydraulikfluides in dem Energiespeicher von dem hydraulischen Motor die hydraulische Energie in dem Energiespeicher in mechanische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Die Hydraulikflüssigkeit als Hydraulikfluid dient nur zur Druckübertragung zu dem und in dem Energiespeicher.In motor vehicles hybrid hydraulic systems are used in order to convert hydraulic energy into mechanical energy by means of a hydraulic motor and to be able to convert mechanical energy into hydraulic energy by means of a hydraulic pump. The mechanical energy, for example, from an internal combustion engine or as kinetic energy in a recuperation, can be converted by the hydraulic pump into hydraulic energy by the pressure of a hydraulic fluid, in particular a hydraulic fluid is increased by the hydraulic pump. The hydraulic fluid with the increased pressure can be stored in an energy store and at a later time can be used by the hydraulic motor in the energy storage in mechanical energy to drive the motor vehicle by means of the hydraulic fluid in the energy storage of the hydraulic motor. The hydraulic fluid as hydraulic fluid is used only for pressure transmission to and in the energy storage.

Als Energiespeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, d. h. eines Hydraulikfluides unter einem erhöhten Druck, sind beispielsweise Gasfederspeicher bekannt. Innerhalb eines Gehäuses ist ein von einem Hydraulikfluid, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, beweglicher Kolben angeordnet, so dass dadurch der Druck des Gases mit einer Volumenverminderung aufgrund der Bewegung des Kolbens des dem Gas zur Verfügung stehenden Arbeitsraumes erhöht wird und dadurch hydraulische Energie in dem Energiespeicher gespeichert werden kann. As energy storage for storing hydraulic energy, d. H. a hydraulic fluid under an increased pressure, for example, gas spring accumulator are known. Within a housing, a piston movable by a hydraulic fluid, in particular a hydraulic fluid, is arranged, thereby increasing the pressure of the gas with a decrease in volume due to the movement of the piston of the working space available to the gas, thereby storing hydraulic energy in the energy storage can.

Die DE 10 2006 004 120 A1 zeigt einen Hydrospeicher, insbesondere Blasenspeicher, zur Aufnahme mindestens eines Fluidmediums mit einem Druckbehälter und einem ersten Kunststoffmantel und einem dem ersten Kunststoffmantel zumindest teilweise umfassenden zweiten Kunststoffmantel, wobei der erste Kunststoffmantel zumindest an seinem einen Ende ein Kragenteil aufweist, das eine Öffnung für ein Ventil für eine Ansteuerung der Medienzu- und -abfuhr umfasst und wobei das Kragenteil und der zweite Kunststoffmantel sich an einem dazwischen liegenden Außenstützring abstützen, der sich in Richtung einer Spaltöffnung zwischen den genannten Mänteln keilartig verjüngt. The DE 10 2006 004 120 A1 shows a hydraulic accumulator, in particular bladder accumulator, for receiving at least one fluid medium with a pressure vessel and a first plastic sheath and the first plastic sheath at least partially comprehensive second plastic sheath, wherein the first plastic sheath has at least at one end a collar portion having an opening for a valve for a control of the media supply and removal comprises and wherein the collar part and the second plastic shell are supported on an intermediate outer support ring, which tapers in the direction of a gap opening between said shells.

Auch aus der DE 102 30 743 A1 ist ein Hydrospeicher als Blasenspeicher mit einem Gaseinlasskörper bekannt, der mit Teilen des Speichergehäuses verbindbar ist und der mindestens eine Anlagefläche für ein elastisch nachgiebiges Trennelement aufweist, das innerhalb des Speichergehäuses angeordnet zwei Räume voneinander trennt. Also from the DE 102 30 743 A1 a hydraulic accumulator is known as a bladder accumulator with a gas inlet body, which is connectable to parts of the storage housing and which has at least one contact surface for an elastically yielding separating element which separates two spaces within the storage housing.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Erfindungsgemäßer Energiespeicher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zur Speicherung von Energie mittels einer Volumenveränderung eines unter Druck stehenden Gases in einem Druckbehälter, umfassend einen im Volumen veränderbaren Druckbehälter, ein Gas, welches unter Druck innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist, eine Vorrichtung zur Veränderung des Volumens des Druckbehälters, so dass bei einer Volumenvergrößerung des Druckbehälters mit der Vorrichtung mechanische Energie von dem Energiespeicher abgebbar ist und bei einer Volumenverkleinerung des Druckbehälters mit der Vorrichtung mechanische Energie dem Energiespeicher zuführbar ist, wobei der Energiespeicher wenigstens ein Mittel zur Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in einem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter aufweist. Der Energiespeicher weist in vorteilhafter Weise wenigstens ein Mittel zur Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand, das heißt zur Veränderung der Gasmenge in dem gasförmigen Aggregatzustand, auf. In vorteilhafter Weise kann dadurch bei einer Veränderung des Volumens des Druckbehälters die Volumenänderung als ein im Wesentlichen isobarer Prozess ausgeführt werden, sodass dadurch in vorteilhafter Weise der volumetrische Energiegehalt des Energiespeichers hoch ist, das heißt pro Volumeneinheit des Energiespeichers, insbesondere pro Volumeneinheit des Druckbehälters, eine große Energiemenge in dem Energiespeicher gespeichert werden kann. Bei einer isobaren Zustandsänderung des Gases in dem Druckbehälter kann somit mehr Energie in dem Energiespeicher pro Volumeneinheit des Druckbehälters gespeichert werden als beispielsweise bei einer adiabatischen Zustandsänderung oder isothermen Zustandsänderung wie im Stand der Technik. Energy storage device according to the invention, in particular for a motor vehicle, for storing energy by means of a volume change of a pressurized gas in a pressure vessel, comprising a volume-variable pressure vessel, a gas which is arranged under pressure within the pressure vessel, a device for changing the volume of the With an increase in volume of the pressure vessel with the device mechanical energy from the energy storage device can be dispensed and with a reduction in volume of the pressure vessel with the device mechanical energy can be supplied to the energy storage, the energy storage at least one means for changing the number of gas molecules in a gaseous Has aggregate state in the pressure vessel. The energy store advantageously has at least one means for changing the number of gas molecules in the gaseous state of matter, that is to say for changing the gas quantity in the gaseous state of matter. Advantageously, this can be carried out as a substantially isobaric process in a change in the volume of the pressure vessel, the volume change, thereby advantageously the volumetric energy content of the energy store is high, that is per unit volume of the energy storage, in particular per unit volume of the pressure vessel, a large amount of energy can be stored in the energy storage. In the case of an isobaric change of state of the gas in the pressure vessel, therefore, more energy can be stored in the energy store per unit volume of the pressure vessel than, for example, an adiabatic change of state or an isothermal state change, as in the prior art.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist bei einer Volumenvergrößerung des Druckbehälters mit dem wenigstens einem Mittel die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter vergrößerbar und bei einer Volumenverkleinerung des Druckbehälters ist mit dem wenigstens einem Mittel die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter verkleinerbar.In an additional embodiment, with an increase in volume of the pressure vessel with the at least one agent, the number of gas molecules in the gaseous state in the pressure vessel can be increased and with a reduction in volume of the pressure vessel with the at least one means the number of gas molecules in the gaseous state of aggregation in the pressure vessel reduced in size.

In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Anzahl der Gasmoleküle mit dem wenigstens einem Mittel um wenigstens 5 %, 10 %, 20 %, 40 %, 50 % oder 70 % veränderbar.In an additional embodiment, the number of gas molecules with the at least one agent is variable by at least 5%, 10%, 20%, 40%, 50% or 70%.

Zweckmäßig ist die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand mit dem wenigstens einem Mittel veränderbar mit einer Phasenumwandlung von einem festen oder flüssigen Aggregatzustand der Moleküle des Gases in einen gasförmigen Aggregatzustand der Moleküle des Gases und umgekehrt. Beispielsweise wird als Gas, das heißt als Arbeitsgas ein Gas mit einem hohen kritischen Druck eingesetzt, beispielsweise Kohlendioxid, Ammoniak, Schwefeldioxid, Lachgas, Distickstoffoxid (N2O) oder Wasserdampf. Der kritische Druck ist derjenige Druck des Gases, oberhalb dessen kein Gleichgewicht zwischen einem gasförmigen Aggregatzustand des Gases und einem flüssigen oder festen Aggregatzustand des Gases vorliegt. Unterhalb des kritischen Drucks liegt bei dem Gas ein Gleichgewicht zwischen dem gasförmigen Aggregatzustand des Gases und einem festen oder flüssigen Aggregatzustand des Gases vor. Zur Speicherung von entsprechend großer Energiemengen in dem Energiespeicher ist beispielsweise ein Druck in dem Druckbehälter als Arbeitsdruck zwischen 40 bar oder 400 bar notwendig.Suitably, the number of gas molecules in the gaseous state of matter with the at least one agent is variable with a phase transformation of a solid or liquid state of matter of the molecules of the gas into a gaseous state of matter of the molecules of the gas and vice versa. For example, a gas with a high critical pressure is used as the gas, that is to say as working gas, for example carbon dioxide, ammonia, sulfur dioxide, nitrous oxide, nitrous oxide (N 2 O) or water vapor. The critical pressure is that pressure of the gas above which there is no equilibrium between a gaseous state of matter of the gas and a liquid or solid state of matter of the gas. Below the critical pressure, the gas has an equilibrium between the gaseous state of matter of the gas and a solid or liquid state of matter of the gas. To store correspondingly large amounts of energy in the energy storage, for example, a pressure in the pressure vessel as a working pressure between 40 bar or 400 bar is necessary.

In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand mit dem wenigstens einem Mittel veränderbar mit einer chemischen Gleichgewichtsreaktion und auf einer ersten Seite der Reaktionsgleichung liegen die Moleküle des Gases in einem festen oder flüssigen Aggregatzustand vor und auf der anderen zweiten Seite der Reaktionsgleichung liegen die Gasmoleküle in einem gasförmigen Aggregatzustand vor. Das wenigstens eine Mittel ist somit beispielsweise das Gas in dem festen oder flüssigen Aggregatzustand aufgrund der Gleichgewichtsreaktion an der ersten Seite der Reaktionsgleichung. In a supplementary embodiment, the number of gas molecules in the gaseous state with the at least one agent is variable with a chemical equilibrium reaction and on a first side of the reaction equation the molecules of the gas are in a solid or liquid state and on the other second side of the reaction equation the gas molecules are in a gaseous state. Thus, the at least one agent is, for example, the gas in the solid or liquid state due to the equilibrium reaction on the first side of the reaction equation.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Druckbehälter in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt und die erste und zweite Kammer sind mit einem Druckübersetzer miteinander gekoppelt.In an additional embodiment, the pressure vessel is subdivided into a first chamber and a second chamber, and the first and second chambers are coupled together with a pressure intensifier.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der Druckbehälter in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt und diese sind unmittelbar miteinander gekoppelt ohne einen Druckübersetzer und vorzugsweise ist in der zweiten Kammer das Gas in dem festen oder flüssigen Aggregatzustand angeordnet, beispielsweise aufgrund der chemischen Gleichgewichtsreaktion oder einer Phasenumwandlung. In an additional embodiment, the pressure vessel is subdivided into a first chamber and a second chamber and these are directly coupled to each other without a pressure booster, and preferably in the second chamber the gas is disposed in the solid or liquid state, for example, due to the chemical equilibrium reaction or phase transformation ,

In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist mit dem wenigstens einen Mittel zur Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in dem Druckbehälter, insbesondere ausschließlich, die Anzahl der Gasmoleküle in der zweiten Kammer veränderbar und vorzugsweise ist die Vorrichtung an der ersten Kammer angeordnet.In an additional embodiment, with the at least one means for changing the number of gas molecules in the pressure vessel, in particular exclusively, the number of gas molecules in the second chamber is variable and preferably the device is arranged on the first chamber.

In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Druck in der zweiten Kammer kleiner als in der ersten Kammer bei einer Kopplung der ersten und zweiten Kammer mit einem Druckübersetzer, insbesondere ist der Druck in der zweiten Kammer um wenigstens 10 %, 20%, 30 % oder 50 % kleiner als in der ersten Kammer. Dadurch kann in der zweiten Kammer ein Gas mit einem kleineren kritischen Druck eingesetzt werden als das Gas, welches in der ersten Kammer angeordnet ist. In a supplementary embodiment, the pressure in the second chamber is less than in the first chamber when the first and second chambers are coupled to a pressure booster, in particular the pressure in the second chamber is at least 10%, 20%, 30% or 50%. smaller than in the first chamber. Thereby, a gas with a smaller critical pressure can be used in the second chamber than the gas which is arranged in the first chamber.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der Druckbehälter als eine elastische Blase ausgebildet, so dass der Energiespeicher ein Blasenspeicher ist und die Blase als Druckbehälter innerhalb eines Außendruckbehälters angeordnet ist oder der Druckbehälter einen Kolben als Vorrichtung zur Veränderung des Volumens des Druckbehälters umfasst, so dass der Energiespeicher als ein Kolbenspeicher ausgebildet ist und/oder die Gesamtanzahl der Moleküle bzw. Atome des Gases in dem festen und/oder flüssigen und gasförmigen Aggregatzustand in dem Energiespeicher, insbesondere bei der Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand, konstant ist. Die Gesamtanzahl der Moleküle bzw. Atome des Gases in dem Energiespeicher ist im Betrieb des Energiespeichers im Wesentlichen konstant, das heißt, zum Betrieb des Energiespeichers wird dem Energiespeicher kein Gas zugeführt oder abgeführt und lediglich bei der Inbetriebnahme des Energiespeichers wird dem Energiespeicher Gas zugeführt. In an additional embodiment, the pressure vessel is designed as an elastic bladder, so that the energy accumulator is a bladder accumulator and the bladder is arranged as a pressure vessel within an outer pressure vessel or the pressure vessel comprises a piston as a device for changing the volume of the pressure vessel, so that the energy store as a piston accumulator is formed and / or the total number of molecules or atoms of the gas in the solid and / or liquid and gaseous state in the energy storage, in particular in the change in the number of gas molecules in the gaseous state, is constant. The total number of molecules or atoms of the gas in the energy storage is substantially constant during operation of the energy storage, that is, the energy storage no gas is supplied to the operation of the energy storage or dissipated and only when commissioning the energy storage energy storage gas is supplied.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung Hydraulikfluid, insbesondere Hydraulikflüssigkeit, und mittels eines Förderns von Hydraulikfluid in den Energiespeicher ist das Volumen des Druckbehälters verkleinerbar und mittels eines Förderns von Hydraulikfluid aus dem Energiespeicher ist das Volumen des Druckbehälters vergrößerbar und/oder mit dem Energiespeicher ist ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar.In an additional embodiment, the device comprises hydraulic fluid, in particular hydraulic fluid, and by means of a conveying of hydraulic fluid into the energy store, the volume of the pressure vessel is reduced and by means of conveying hydraulic fluid from the energy store, the volume of the pressure vessel is increased and / or with the energy storage is a procedure described in this patent application.

Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers, insbesondere eines in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Energiespeichers, mit den Schritten: Verkleinern des Volumens eines Druckbehälters mit Gas, so dass dadurch Energie in dem Energiespeicher gespeichert wird, Vergrößern des Volumens des Druckbehälters mit Gas, so dass dadurch Energie dem Energiespeicher entzogen wird, wobei während des Verkleinerns des Volumens des Druckbehälters innerhalb des Druckbehälters die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand verkleinert wird und während des Vergrößerns des Volumens des Druckbehälters innerhalb des Druckbehälters die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand vergrößert wird.Inventive method for operating an energy storage, in particular of an energy storage described in this patent application, comprising the steps of: reducing the volume of a pressure vessel with gas, thereby energy is stored in the energy storage, increasing the volume of the pressure vessel with gas, thereby energy the Energy storage is withdrawn, wherein during the reduction of the volume of the pressure vessel within the pressure vessel, the number of gas molecules in the gaseous state of matter is reduced and increased during the enlargement of the volume of the pressure vessel within the pressure vessel, the number of gas molecules in the gaseous state.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird die Volumenveränderung des Druckbehälters im Wesentlichen isobar ausgeführt aufgrund des Veränderns der Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter, insbesondere wird während der Volumenveränderung der Druck in dem Druckbehälter um weniger als 30 %, 20 %, 10 % oder 5 % verändert und/oder die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter werden um wenigstens 5 %, 10 %, 20 %, 40 %, 50 % oder 70 % verändert und/oder die Gesamtanzahl der Moleküle bzw. Atome des Gases in dem festen und/oder flüssigen und gasförmigen Aggregatzustand in dem Energiespeicher, insbesondere bei der Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand, wird im Wesentlichen konstant gehalten und/oder für den Betrieb des Energiespeichers, insbesondere zum Speichern von Energie in dem Energiespeicher und zum Entziehen von Energie aus dem Druckspeicher, dem Druckbehälter kein Gas zugeführt und/oder kein Gas aus dem Druckbehälter wird.In an additional embodiment, the volume change of the pressure vessel is made substantially isobaric due to changing the number of gas molecules in the gaseous state in the pressure vessel, in particular during the volume change the pressure in the pressure vessel is less than 30%, 20%, 10% or 5% changes and / or the number of gas molecules in the gaseous state in the pressure vessel are changed by at least 5%, 10%, 20%, 40%, 50% or 70% and / or the total number of molecules or atoms of the gas in the solid and / or liquid and gaseous state of matter in the energy store, in particular when changing the number of gas molecules in the gaseous state, is kept substantially constant and / or for the operation of the energy storage, in particular for storing energy in the energy storage and for removing energy from the accumulator, the Druckbehä no gas is supplied and / or no gas from the pressure vessel.

Zweckmäßig wird die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter vergrößert, indem die Moleküle bzw. Atome des Gases von einem festen oder flüssigen Aggregatzustand in einen gasförmigen Zustand der Moleküle des Gases umgewandelt werden und die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter verkleinert wird, indem die Moleküle des Gases von einem gasförmigen Zustand in einen festen oder flüssigen Aggregatzustand umgewandelt werden. Conveniently, the number of gas molecules in the gaseous state in the pressure vessel is increased by converting the molecules or atoms of the gas from a solid or liquid state to a gaseous state of the molecules of the gas and the number of gaseous molecules in the gaseous state Pressure vessel is reduced by the molecules of the gas are converted from a gaseous state into a solid or liquid state of matter.

In einer ergänzenden Ausgestaltung wird die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter mit einer chemischen Gleichgewichtsreaktion erhöht, indem bei einer chemischen Gleichgewichtsreaktion auf einer ersten Seite der Reaktionsgleichung die Gasmoleküle in einem festen oder flüssigen Aggregatzustand und/oder in einer Verbindung oder Bindung mit anderen Atomen vorliegen und auf der anderen zweiten Seite der Reaktionsgleichung die Gasmoleküle in einem gasförmigen Aggregatzustand und/oder ohne Verbindung oder Bindung mit anderen Atomen vorliegen und die chemische Gleichgewichtsreaktion von der ersten Seite zu der zweite Seite reagiert bzw. mehr von der ersten Seite zu der zweiten Seite reagiert als von der zweiten Seite zu der ersten Seite und dies wird umgekehrt ausgeführt, so dass die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter erniedrigt wird.In a supplementary embodiment, the number of gas molecules in the gaseous state in the pressure vessel is increased with a chemical equilibrium reaction by the gas molecules in a solid or liquid state and / or in a compound or bond in a chemical equilibrium reaction on a first side of the reaction equation On the other side of the reaction equation, the gas molecules are in a gaseous state and / or without connection or bonding with other atoms, and the chemical equilibrium reaction from the first side to the second side responds more from the first side to the second side second side reacts as from the second side to the first side and this is carried out conversely, so that the number of gas molecules in the gaseous state in the pressure vessel is lowered.

Vorzugsweise wird mittels eines Einleitens eines Hydraulikfluides in den Energiespeicher das Volumen des Druckbehälters mit Gas verkleinert und mittels eines Ausleiten eines Hydraulikfluides aus dem Energiespeicher wird das Volumen des Druckbehälters mit Gas vergrößert und beim Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem Energiespeicher wird mechanische Arbeit abgegeben und beim Einleiten des Hydraulikfluides wird mechanische Arbeit aufgewendet zum Einleiten des Hydraulikfluides in den Energiespeicher und/oder der Druck des Gases in dem Druckbehälter wird während des Betriebes zwischen 50 bar und 800 bar, vorzugsweise zwischen 100 bar und 600 bar, insbesondere zwischen 200 bar und 400 bar, gehalten. Der Druck des Gases in dem Druckbehälter weist somit einen großen Druck auf, sodass dadurch der Energiespeicher einen großen volumetrischen Energiegehalt aufweist. Beispielsweise liegt somit der Druck des Gases in dem Druckbehälter in dem Bereich von 400 bar im Wesentlichen konstant aufgrund der isobaren Zustandsänderung. Preferably, the volume of the pressure vessel is reduced by gas by means of introducing a hydraulic fluid into the energy storage and by means of a hydraulic fluid from the energy storage, the volume of the pressure vessel is increased with gas and when discharging the hydraulic fluid from the energy storage mechanical work is discharged and at the initiation of Hydraulic fluid mechanical work is spent to introduce the hydraulic fluid into the energy storage and / or the pressure of the gas in the pressure vessel is maintained during operation between 50 bar and 800 bar, preferably between 100 bar and 600 bar, in particular between 200 bar and 400 bar , The pressure of the gas in the pressure vessel thus has a high pressure, so that thereby the energy storage has a large volumetric energy content. For example, therefore, the pressure of the gas in the pressure vessel in the range of 400 bar is substantially constant due to the isobaric state change.

Erfindungsgemäßes hydraulisches Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen hydraulischen Motor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, eine hydraulische Pumpe zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, einen Energiespeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, wobei der Energiespeicher als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebener Energiespeicher ausgebildet ist und/oder von dem hydraulischen Hybridsystem ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.Hydraulic hybrid system according to the invention for a motor vehicle, comprising a hydraulic motor for converting hydraulic energy into mechanical energy, a hydraulic pump for converting mechanical energy into hydraulic energy, an energy storage device for storing hydraulic energy, wherein the energy store as an energy storage described in this patent application is formed and / or by the hydraulic hybrid system a method described in this patent application process is executable.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:In the following, an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 einen Längsschnitt eines Energiespeichers in einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 a longitudinal section of an energy store in a first embodiment,

2 einen Längsschnitt des Energiespeichers in einem zweiten Ausführungsbeispiel, 2 a longitudinal section of the energy storage in a second embodiment,

3 ein Diagramm einer Volumenveränderung eines Druckbehälters des Energiespeichers und 3 a diagram of a change in volume of a pressure vessel of the energy storage and

4 eine stark vereinfachte Darstellung eines hydraulischen Hybridsystems. 4 a greatly simplified representation of a hydraulic hybrid system.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

Ein in 1 dargestellter Energiespeicher 1 wird dazu verwendet, um in einem hydraulischen Hybridsystem 20 (2) in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug hydraulische Energie von einer hydraulischen Pumpe 24 zu speichern und anschließend zu einem späteren Zeitpunkt die gespeicherte hydraulische Energie in einem hydraulischen Motor 23 in mechanische Energie umzuwandeln und dadurch das nicht dargestellte Kraftfahrzeug anzutreiben.An in 1 illustrated energy storage 1 is used to in a hydraulic hybrid system 20 ( 2 ) In a motor vehicle, not shown, hydraulic energy from a hydraulic pump 24 and then stored at a later time the stored hydraulic energy in a hydraulic motor 23 convert into mechanical energy and thereby drive the motor vehicle, not shown.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Energiespeichers 1 dargestellt. Der Energiespeicher 1 umfasst einen Druckbehälter 2 aus Stahl und an dem Druckbehälter 2 aus Stahl ist außerdem ein Zylinder 31 für einen Kolben 30 ausgebildet. Der Zylinder 31 bildet dabei teilweise auch den Druckbehälter 2. Innerhalb des Zylinders 31 ist der Kolben 30 beweglich gelagert. Mittels eines Gasventils 10 kann bei der Inbetriebnahme des Energiespeichers 1 in den Druckbehälter 2 Gas eingefüllt werden. Der Kolben 30 steht dabei in unmittelbarer Verbindung mit einer ersten Kammer 6 des Druckbehälters 2. Innerhalb des Zylinders 31 ist in 1 rechts von dem Kolben 30 eine Hydraulikflüssigkeit 17 als Hydraulikfluid angeordnet und durch ein Speicherventil 9, welches bei einem geöffneten Speicherventil 9 eine Speicheröffnung 8 bildet, kann durch eine Hydraulikleitung 18 Hydraulikflüssigkeit 17 in den Zylinder 31 eingeleitet werden, sodass dadurch der Kolben 30, gemäß der Darstellung in 1, nach links bewegt wird und dadurch das Volumen des Druckbehälters 2 verkleinert wird. Umgekehrt wird bei einem Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit 17 aus dem Zylinder 31 der Kolben 30 nach rechts bewegt und dadurch das Volumen des Druckbehälters 2 vergrößert. Der Energiespeicher 1 weist außerdem eine zweite Kammer 7 des Druckbehälters 2 auf und mittels eines Druckübersetzers 11 ist die erste Kammer 6 mit der zweiten Kammer 7 gekoppelt. Hierzu ist ein Druckübersetzer-Kolben 12 an einem Druckübersetzer-Zylinder 32 gelagert. Der Druckübersetzer-Kolben 12 weist an der Fläche, welche in Verbindung mit der ersten Kammer 6 steht, eine wesentlich kleinere Fläche auf als an der Fläche, welche in Verbindung mit der zweiten Kammer 7 steht. In der ersten Kammer 6 weist das Gas einen Druck von beispielsweise 400 bar auf und in der zweiten Kammer 7 weist das Gas beispielsweise einen Druck von 150 bar auf. Innerhalb der zweiten Kammer 7 liegt das Gas sowohl als gasförmige Moleküle 13 als auch als flüssige Gasmoleküle 14 vor. Der kritische Druck des Gases in der zweiten Kammer 7 liegt beispielsweise bei 150 bar. Bei einer Bewegung des Kolbens 30 an der ersten Kammer 6 nach rechts und einer dadurch bedingten Volumenvergrößerung der ersten Kammer 6 (ohne Berücksichtigung der Bewegung des Druckübersetzer-Kolbens 12) bewegt sich der Druckübersetzer-Kolben 12, gemäß der Darstellung in 1, nach oben, und dadurch verringert sich der Druck in der zweiten Kammer 7, da dadurch das Volumen der zweiten Kammer 7 vergrößert wird. Diese Volumenerhöhung in der zweiten Kammer 7 bewirkt eine Reduzierung des Drucks des Gases in der zweiten Kammer 7 in einem geringen Umfang, sodass dadurch eine Phasenumwandlung von dem Gas als flüssiges Gasmolekül 14 in Gasmoleküle als gasförmige Gasmoleküle 13 auftritt. Dadurch bleibt der Druck in der zweiten Kammer 7 im Wesentlichen konstant und es liegt somit eine isobare Zustandsänderung in der zweiten Kammer 7 vor. Aufgrund der Kopplung der ersten Kammer 6 mit der zweiten Kammer 7 liegt auch in der ersten Kammer 6 eine im Wesentlichen isobare Zustandsänderung vor, da eine Volumenvergrößerung der ersten Kammer 6 aufgrund einer Bewegung des Kolbens 30 der Volumenverkleinerung der ersten Kammer 6 aufgrund der Bewegung des Druckübersetzer-Kolbens 12 entspricht und umgekehrt.In 1 is a first embodiment of the energy storage 1 shown. The energy storage 1 includes a pressure vessel 2 made of steel and on the pressure vessel 2 Steel is also a cylinder 31 for a piston 30 educated. The cylinder 31 partially forms the pressure vessel 2 , Inside the cylinder 31 is the piston 30 movably mounted. By means of a gas valve 10 can when commissioning the energy storage 1 in the pressure vessel 2 Gas be filled. The piston 30 stands in direct connection with a first chamber 6 of the pressure vessel 2 , Inside the cylinder 31 is in 1 right from the piston 30 a hydraulic fluid 17 arranged as hydraulic fluid and through a storage valve 9 which is at an open storage valve 9 a storage opening 8th can form, through a hydraulic line 18 hydraulic fluid 17 in the cylinder 31 be initiated so that thereby the piston 30 , as shown in 1 , is moved to the left and thereby the volume of the pressure vessel 2 is reduced. Conversely, when hydraulic fluid is discharged 17 out of the cylinder 31 The piston 30 moved to the right and thereby the volume of the pressure vessel 2 increased. The energy storage 1 also has a second chamber 7 of the pressure vessel 2 on and by means of a pressure intensifier 11 is the first chamber 6 with the second chamber 7 coupled. For this purpose, a pressure booster piston 12 on a pressure booster cylinder 32 stored. The pressure booster piston 12 points to the surface, which in conjunction with the first chamber 6 is a much smaller area than on the surface, which in conjunction with the second chamber 7 stands. In the first chamber 6 For example, the gas has a pressure of 400 bar on and in the second chamber 7 For example, the gas has a pressure of 150 bar. Inside the second chamber 7 the gas is both gaseous molecules 13 as well as liquid gas molecules 14 in front. The critical pressure of the gas in the second chamber 7 is for example at 150 bar. During a movement of the piston 30 at the first chamber 6 to the right and a consequent increase in volume of the first chamber 6 (without consideration of the movement of the pressure booster piston 12 ) moves the pressure booster piston 12 , as shown in 1 , upwards, and this reduces the pressure in the second chamber 7 because it gives the volume of the second chamber 7 is enlarged. This increase in volume in the second chamber 7 causes a reduction in the pressure of the gas in the second chamber 7 to a small extent, thereby causing a phase transformation of the gas as a liquid gas molecule 14 in gas molecules as gaseous gas molecules 13 occurs. This leaves the pressure in the second chamber 7 is substantially constant and thus there is an isobaric change of state in the second chamber 7 in front. Due to the coupling of the first chamber 6 with the second chamber 7 is also in the first chamber 6 a substantially isobaric state change because an increase in volume of the first chamber 6 due to a movement of the piston 30 the volume reduction of the first chamber 6 due to the movement of the pressure booster piston 12 corresponds and vice versa.

Die erste und zweite Kammer 6, 7 bilden dadurch einen Arbeitsraum 3 für das Gas. Die Hydraulikflüssigkeit 17 in dem Zylinder 31 sowie der Kolben 30 und Druckübersetzer-Kolben 12 bilden eine Vorrichtung 4 zur Veränderung des Volumens des Druckbehälters 2. Das Gas in dem flüssigen Aggregatzustand als flüssige Gasmoleküle 14 in der zweiten Kammer 7 des Druckbehälters 2 bildet ein Mittel 5 zur Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand. The first and second chambers 6 . 7 thereby form a work space 3 for the gas. The hydraulic fluid 17 in the cylinder 31 as well as the piston 30 and pressure booster piston 12 form a device 4 for changing the volume of the pressure vessel 2 , The gas in the liquid state as liquid gas molecules 14 in the second chamber 7 of the pressure vessel 2 forms a means 5 for changing the number of gas molecules in the gaseous state.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Energiespeicher 1 ebenfalls als ein Kolbenspeicher 33, wie in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Im Unterschied hierzu weist der Energiespeicher 1 an dem Druckbehälter 2 nur eine Kammer auf und die Gasmoleküle in dem flüssigen Aggregatzustand, das heißt die flüssigen Gasmoleküle 14 sind in dieser nur einen Kammer mit angeordnet. Der Energiespeicher 1 weist somit keinen Druckübersetzer 11 auf. Als Gas werden in diesem Energiespeicher 1 beispielsweise Kohlendioxid (CO2), Ammoniak (NH3), Schwefeldioxid (SO2), Lachgas, Distickstoffoxid (N2O) oder Wasserdampf eingesetzt. Diese Gase weisen einen geeigneten hohen kritischen Druck auf, sodass dadurch der Energiespeicher 1 einen großen volumetrischen Energiegehalt aufweist. In another embodiment, not shown, the energy storage 1 also as a piston accumulator 33 as in the in 1 illustrated embodiment formed. In contrast to this, the energy store 1 at the pressure vessel 2 only one chamber and the gas molecules in the liquid state, that is, the liquid gas molecules 14 are arranged in this only one chamber with. The energy storage 1 thus has no pressure booster 11 on. As gas are in this energy storage 1 For example, carbon dioxide (CO 2 ), ammonia (NH 3 ), sulfur dioxide (SO 2 ), nitrous oxide, nitrous oxide (N 2 O) or water vapor used. These gases have a suitable high critical pressure, so that thereby the energy storage 1 has a high volumetric energy content.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Energiespeichers 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschrieben. Der Energiespeicher 1 ist als ein Blasenspeicher 34 ausgebildet. Der Druckbehälter 2 ist aus einer elastischen Gummiblase 16 aus Gummi gebildet und das Gasventil 10 mündet in den Druckbehälter aus der Gummiblase. Die Gummiblase 16 ist innerhalb eines Außendruckbehälters 19 aus Stahl angeordnet und zwischen der Gummiblase 16 als Druckbehälter 2 und dem Außendruckbehälter 19 ist der Außendruckbehälter 19 mit der Hydraulikflüssigkeit 17 gefüllt. Durch das Speicherventil 9 und die Hydraulikleitung 18 kann Hydraulikflüssigkeit in den Raum außerhalb der Gummiblase 16 als Druckbehälter 2 und innerhalb des Außendruckbehälters 19 eingeleitet werden, sodass dadurch aufgrund der elastischen Eigenschaften der Gummiblase 16 als Druckbehälter 2 das Volumen des Druckbehälters 2 mit den gasförmigen Gasmolekülen 13 reduziert wird oder umgekehrt bei einem Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit 17 aus dem Außendruckbehälter 19. Die elastische Blase 16 bildet damit auch die Vorrichtung 4 zur Veränderung des Volumens des Druckbehälters 2. Innerhalb des Druckbehälters 2 als Gummiblase 16 ist das Gas einerseits in Form von gasförmigen Gasmolekülen 13 und andererseits als Gasmoleküle in einem festen Aggregatzustand angeordnet. Als fester oder flüssiger Aggregatzustand der Gasmoleküle 15 wird vorzugsweise auch eine chemische Verbindung oder Bindung oder Umwandlung der Moleküle des Gases betrachtet. Bei einem Gas in dem Druckbehälter 2, beispielsweise von Wasserstoff, erfolgt die Speicherung des Wasserstoffs in einem festen Aggregatzustand durch die nachfolgende chemische Gleichgewichtsreaktion in Natriumalanat (NaAlH4): NaAlH4 <> Na5AlH6 + 2/3Al + H2 <> NaH + Al + 3/2H2 In 2 is another embodiment of the energy storage 1 shown. In the following, essentially only the differences from the first embodiment will be according to FIG 1 described. The energy storage 1 is as a bubble store 34 educated. The pressure vessel 2 is made of an elastic rubber bubble 16 Made of rubber and the gas valve 10 flows into the pressure vessel from the rubber bladder. The rubber bubble 16 is inside an external pressure vessel 19 from steel arranged and between the rubber bubble 16 as a pressure vessel 2 and the external pressure vessel 19 is the external pressure vessel 19 with the hydraulic fluid 17 filled. Through the storage valve 9 and the hydraulic line 18 can hydraulic fluid in the space outside the rubber bubble 16 as a pressure vessel 2 and inside the external pressure vessel 19 initiated, so that due to the elastic properties of the rubber bubble 16 as a pressure vessel 2 the volume of the pressure vessel 2 with the gaseous gas molecules 13 is reduced or vice versa in a discharge of hydraulic fluid 17 from the external pressure vessel 19 , The elastic bubble 16 thus also forms the device 4 for changing the volume of the pressure vessel 2 , Inside the pressure vessel 2 as a rubber bubble 16 the gas is on the one hand in the form of gaseous gas molecules 13 and, on the other hand, arranged as gas molecules in a solid state of matter. As a solid or liquid state of matter of the gas molecules 15 It is also preferable to consider a chemical compound or binding or transformation of the molecules of the gas. For a gas in the pressure vessel 2 , For example, of hydrogen, the storage of hydrogen in a solid state of matter takes place by the following chemical equilibrium reaction in sodium alanate (NaAlH 4 ): NaAlH 4 <> Na 5 AlH 6 + 2 / 3Al + H 2 <> NaH + Al + 3 / 2H 2

Durch eine Dotierung dieser Gleichgewichtsreaktion mit einem geeigneten Katalysator, zum Beispiel Titanium, kann diese in kurzer Zeit ablaufen. Auf der in der chemischen Gleichgewichtsreaktion ganz links stehenden Seite liegen die Gasmoleküle in einer Verbindung vor, welche in einem festen Aggregatzustand innerhalb des Druckbehälters angeordnet ist. Auf der äußersten rechten Seite der chemischen Gleichgewichtsreaktion liegen die Gasmoleküle als zweite Seite der chemischen Gleichgewichtsreaktion in einem gasförmigen Aggregatzustand vor. By doping this equilibrium reaction with a suitable catalyst, for example titanium, this can take place in a short time. On the left in the chemical equilibrium reaction side, the gas molecules are present in a compound which is arranged in a solid state of aggregation within the pressure vessel. On the extreme right side of the chemical equilibrium reaction are the gas molecules as the second side of the chemical equilibrium reaction in a gaseous state.

Anstelle von Wasserstoff kann als Arbeitsgas auch Kohlendioxid eingesetzt werden. Kohlendioxid reagiert mit den meisten Metalloxiden und Metallhydroxiden der Alkalimetalle und Erdalkalimetalle unter Bildung von Karbonaten. Beispielsweise reagiert Natriumhydrogenkarbonat mit Kohlendioxid und Wasser in der Gleichgewichtsreaktion: NaHCO3 <> Na2CO3 + CO2 + H2O Instead of hydrogen can also be used as working gas and carbon dioxide. Carbon dioxide reacts with most metal oxides and metal hydroxides of the alkali metals and alkaline earth metals to form carbonates. For example, sodium bicarbonate reacts with carbon dioxide and water in the equilibrium reaction: NaHCO 3 <> Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

Eine weitere Möglichkeit der Bindung von Kohlendioxid als Gas bzw. Arbeitsgas ist die Reaktion mit einem kovalenten organischen Gitter. Diese können Kohlendioxid bei Raumtemperaturen in großen Mengen binden und geben dieses bei höheren Temperaturen wieder ab. Bei einer Komprimierung des Gases als Kohlendioxid wird die Temperatur erhöht, sodass dadurch auch das Kohlendioxid wieder abgegeben wird. Another way of binding carbon dioxide as a gas or working gas is the reaction with a covalent organic lattice. These can bind carbon dioxide at room temperatures in large quantities and release it at higher temperatures. When the gas is compressed as carbon dioxide, the temperature is increased, so that the carbon dioxide is released again.

In 3 ist ein Diagramm einer Volumenveränderung des Druckbehälters 2 angegeben. An der Abszisse ist das Volumen des Druckbehälters 2 in Liter aufgetragen und an der Ordinate der Druck in dem Druckbehälter 2 in bar. In 3 is a diagram of a volume change of the pressure vessel 2 specified. At the abscissa is the volume of the pressure vessel 2 in liters and on the ordinate the pressure in the pressure vessel 2 in cash.

Aufgrund der Zufuhr von Gasmolekülen bei einer Volumenvergrößerung des Druckbehälters 2 bleibt der Druck in dem Druckbehälter 2 im Wesentlichen konstant, das heißt, es liegt eine isobare Zustandsveränderung vor. Diese isobare Zustandsveränderung gemäß dem erfindungsgemäßen Energiespeicher 1 ist in 3 mit einer durchgezogenen Linie als Gerade dargestellt. Die in 3 strichliert dargestellte Linie zeigt eine isotrope oder isotherme Zustandsänderung bei einem Energiespeicher 1 aus dem Stand der Technik. Die in dem Energiespeicher 1 gespeicherte mechanische Arbeit bzw. Energie entspricht bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicher 1 der Fläche unterhalb der durchgezogenen Gerade. Bei dem Energiespeicher 1 aus dem Stand der Technik ist ebenfalls die gespeicherte mechanische Arbeit bzw. Energie die Fläche unterhalb der strichlierten Linie. In dem erfindungsgemäßen Energiespeicher 1 ist somit die speicherbare Energie als mechanische Arbeit wesentlich größer bei einem gleichen Volumen des Druckbehälters 2. Due to the supply of gas molecules at an increase in volume of the pressure vessel 2 the pressure remains in the pressure vessel 2 essentially constant, that is, there is an isobaric state change. This isobaric state change according to the energy store according to the invention 1 is in 3 represented by a solid line as a straight line. In the 3 dashed line shows an isotropic or isothermal state change in an energy storage 1 from the prior art. The in the energy storage 1 stored mechanical work or energy corresponds to the energy storage device according to the invention 1 the area below the solid line. In the energy storage 1 From the state of the art, too, the stored mechanical work or energy is the area below the dashed line. In the energy storage device according to the invention 1 Thus, the storable energy as mechanical work is much larger with an equal volume of the pressure vessel 2 ,

In dem erfindungsgemäßen Energiespeicher 1 wird eine im Wesentlichen isobare Zustandsänderung ausgeführt. Dies erfolgt insbesondere mittels einer chemischen Gleichgewichtsreaktion oder einer Phasenumwandlung. Bei einer geringfügigen Reduzierung des Druckes in dem Druckbehälter 2 aufgrund einer Volumenvergrößerung des Druckbehälters 2 sind zunächst der Druck des Gases in dem Druckbehälter geringfügig bis zu dem kritischen Druck ab und ab dem kritischen Druck des Gases wird die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand erhöht, so dass trotz einer weiteren Volumenvergrößerung des Druckbehälters 2 die Volumenvergrößerung isobar ausgeführt wird, d. h. mit im Wesentlichen konstantem und hohem Druck.In the energy storage device according to the invention 1 a substantially isobaric change of state is carried out. This is done in particular by means of a chemical equilibrium reaction or a phase transformation. With a slight reduction in the pressure in the pressure vessel 2 due to an increase in volume of the pressure vessel 2 are initially the pressure of the gas in the pressure vessel slightly up to the critical pressure and from the critical pressure of the gas, the number of gas molecules is increased in the gaseous state, so that despite a further increase in volume of the pressure vessel 2 the volume increase is carried out isobarically, ie with substantially constant and high pressure.

Hierbei ist eine Wärmezufuhr und eine Wärmeabfuhr zu dem Energiespeicher 1 bzw. dem Druckbehälter 2 erforderlich. Die Wärmezufuhr kann beispielsweise aus der Umgebung oder vom Abgas eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs ausgeführt werden. Alternativ kann die Wärme auch einer Fahrgastzelle des Innenraums entzogen werden, sodass dadurch beispielsweise der Energiespeicher 1 auch die Funktion einer Klimaanlage übernehmen kann. Here, a heat supply and a heat dissipation to the energy storage 1 or the pressure vessel 2 required. The heat supply can be carried out, for example, from the environment or from the exhaust gas of an internal combustion engine of the motor vehicle. Alternatively, the heat can be withdrawn from a passenger compartment of the interior, so that, for example, the energy storage 1 also can take over the function of an air conditioner.

In 4 ist ein hydraulisches Hybridsystem 20 abgebildet. Das hydraulische Hybridsystem 20 umfasst einen Verbrennungsmotor 21 und zwei Wellen 22. Mit dem Verbrennungsmotor 21 und der Welle 22 wird die hydraulische Pumpe 24 angetrieben und dadurch Hydraulikflüssigkeit von der hydraulischen Pumpe 24 zu dem hydraulischen Motor 23 gefördert. Der hydraulische Motor 23 und die hydraulische Pumpe 24 sind dabei jeweils als Schrägscheibenmaschinen 25 ausgebildet. Dadurch kann mittels der Hydraulikleitungen 26, welche den hydraulischen Motor 23 mit der hydraulischen Pumpe 24 jeweils fluidleitend verbinden, die Welle 22 an dem hydraulischen Motor 23 angetrieben und von der Welle 22 wird ein Differentialgetriebe 27 angetrieben. Mit dem Differentialgetriebe 27 sind zwei Radwellen 29 sowie jeweils ein Antriebsrad 28 an den Radwellen 29 verbunden. Dadurch können Antriebsräder 28 des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges durch einen hydraulischen Antriebsteilstrang mit dem hydraulischen Motor 23 und der hydraulischen Pumpe 24 angetrieben werden. Aufgrund der Ausbildung des hydraulischen Motors 23 und der hydraulischen Pumpe 24 als Schrägscheibenmaschine 25 dient der hydraulische Motor 23 und die hydraulische Pumpe 24 auch als stufenloses hydraulisches Getriebe. Zweckmäßig weist das hydraulische Hybridsystem 20 auch einen mechanischen Antriebsteilstrang auf zur ausschließlichen mechanischen Kraftübertragung von dem Verbrennungsmotor 21 zu den beiden Antriebsrädern 28 (nicht dargestellt).In 4 is a hydraulic hybrid system 20 displayed. The hydraulic hybrid system 20 includes an internal combustion engine 21 and two waves 22 , With the internal combustion engine 21 and the wave 22 becomes the hydraulic pump 24 driven and thereby hydraulic fluid from the hydraulic pump 24 to the hydraulic engine 23 promoted. The hydraulic engine 23 and the hydraulic pump 24 are each as swash plate machines 25 educated. As a result, by means of the hydraulic lines 26 that the hydraulic engine 23 with the hydraulic pump 24 each connect fluidly, the shaft 22 on the hydraulic engine 23 driven and off the shaft 22 becomes a differential gear 27 driven. With the differential gear 27 are two wheel shafts 29 and in each case a drive wheel 28 at the wheel shafts 29 connected. This allows drive wheels 28 of the motor vehicle, not shown by a hydraulic drive train with the hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 are driven. Due to the design of the hydraulic motor 23 and the hydraulic pump 24 as a swashplate machine 25 serves the hydraulic engine 23 and the hydraulic pump 24 also as a continuously variable hydraulic transmission. Suitably, the hydraulic hybrid system 20 Also, a mechanical drive sub-string on the exclusive mechanical power transmission from the engine 21 to the two drive wheels 28 (not shown).

Bei einem Betrieb der hydraulischen Pumpe 24 kann ein Teil der Hydraulikflüssigkeit nicht zu dem hydraulischen Motor 23 sondern durch weitere Hydraulikleitungen 26 zu dem Energiespeicher 1 geleitet und gespeichert und dadurch hydraulische Energie in den Energiespeicher 1 gespeichert werden. Ferner kann in einem Rekuperationsbetrieb der hydraulische Motor 23 auch als hydraulische Pumpe 24 betrieben werden um dadurch kinetische Energie des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges durch das Leiten von Hydraulikflüssigkeit von dem hydraulischen Motor 23, welcher als hydraulische Pumpe 24 fungiert, in den Energiespeicher 1 gespeichert werden. Durch das Leiten von Hydraulikflüssigkeit unter einem höheren Druck von dem Energiespeicher 1 zu dem hydraulischen Motor 23 kann das Kraftfahrzeug angetrieben werden. During operation of the hydraulic pump 24 a part of the hydraulic fluid can not reach the hydraulic motor 23 but by further hydraulic lines 26 to the energy store 1 directed and stored and thereby hydraulic energy in the energy storage 1 get saved. Further, in a recuperation operation, the hydraulic motor 23 also as a hydraulic pump 24 are thereby kinetic energy of the motor vehicle, not shown by the conduction of hydraulic fluid from the hydraulic motor 23 , which as a hydraulic pump 24 acts in the energy storage 1 get saved. By passing hydraulic fluid under a higher pressure from the energy storage 1 to the hydraulic engine 23 the motor vehicle can be driven.

Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Energiespeichers 1 sowie dem erfindungsgemäßen hydraulischen Hybridsystem 20 wesentliche Vorteile verbunden. Die Zustandsänderung in dem Druckbehälter 2 des Energiespeichers 1 wird im Wesentlichen isobar ausgeführt, da bei einer Volumenvergrößerung des Druckbehälters 2 die Anzahl der Gasmoleküle in einem gasförmigen Aggregatzustand erhöht wird und umgekehrt. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer Phasenumwandlung einer chemischen Gleichgewichtreaktion oder einer Bindung des Gases an einem organischen Gitter. Der Energiespeicher 1 weist dadurch einen stark erhöhten volumetrischen Energiegehalt auf. Dadurch kann in vorteilhafter Weise bei einem Einsatz des Energiespeichers 1 in einem Kraftfahrzeug Bauraum eingespart werden bzw. ein großer Energiegehalt in dem Energiespeicher 1 gespeichert werden. Overall considered with the energy storage device according to the invention 1 and the method according to the invention for operating the energy store 1 as well as the hydraulic hybrid system according to the invention 20 significant benefits. The state change in the pressure vessel 2 of the energy store 1 is essentially carried out isobar because at an increase in volume of the pressure vessel 2 the number of gas molecules in a gaseous state is increased and vice versa. This is done, for example, by means of a phase transformation of a chemical equilibrium reaction or a bonding of the gas to an organic lattice. The energy storage 1 thus has a greatly increased volumetric energy content. This can advantageously in an application of the energy storage 1 be saved in a motor vehicle space or a large energy content in the energy storage 1 get saved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006004120 A1 [0004] DE 102006004120 A1 [0004]
  • DE 10230743 A1 [0005] DE 10230743 A1 [0005]

Claims (15)

Energiespeicher (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zur Speicherung von Energie mittels einer Volumenveränderung eines unter Druck stehenden Gases in einem Druckbehälter (2), umfassend – einen im Volumen veränderbaren Druckbehälter (2), – ein Gas, welches unter Druck innerhalb des Druckbehälters (2) angeordnet ist, – eine Vorrichtung (4) zur Veränderung des Volumens des Druckbehälters (2), so dass bei einer Volumenvergrößerung des Druckbehälters (2) mit der Vorrichtung (4) mechanische Energie von dem Energiespeicher (1) abgebbar ist und bei einer Volumenverkleinerung des Druckbehälters (2) mit der Vorrichtung (4) mechanische Energie dem Energiespeicher (1) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) wenigstens ein Mittel (5) zur Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in einem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter (2) aufweist.Energy storage ( 1 ), in particular for a motor vehicle, for storing energy by means of a volume change of a pressurized gas in a pressure vessel ( 2 ), comprising - a volume changeable pressure vessel ( 2 ), - a gas, which under pressure within the pressure vessel ( 2 ), - a device ( 4 ) for changing the volume of the pressure vessel ( 2 ), so that when the volume of the pressure vessel increases ( 2 ) with the device ( 4 ) mechanical energy from the energy store ( 1 ) is deliverable and at a reduction in volume of the pressure vessel ( 2 ) with the device ( 4 ) mechanical energy the energy storage ( 1 ) can be supplied, characterized in that the energy store ( 1 ) at least one means ( 5 ) for changing the number of gas molecules in a gaseous state of matter in the pressure vessel ( 2 ) having. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Volumenvergrößerung des Druckbehälters (2) mit dem wenigstens einem Mittel (5) die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter (2) vergrößerbar ist und bei einer Volumenverkleinerung des Druckbehälters (2) mit dem wenigstens einem Mittel (5) die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter (2) verkleinerbar ist. Energy store according to claim 1, characterized in that at an increase in volume of the pressure vessel ( 2 ) with the at least one means ( 5 ) the number of gas molecules in the gaseous state of matter in the pressure vessel ( 2 ) is enlarged and at a reduction in volume of the pressure vessel ( 2 ) with the at least one means ( 5 ) the number of gas molecules in the gaseous state of matter in the pressure vessel ( 2 ) is reducible. Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand mit dem wenigstens einem Mittel (5) um wenigstens 5%, 10%, 20%, 40%, 50% oder 70% veränderbar ist.Energy store according to claim 1 or 2, characterized in that the number of gas molecules in the gaseous state of matter with the at least one means ( 5 ) is changeable by at least 5%, 10%, 20%, 40%, 50% or 70%. Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand mit dem wenigstens einem Mittel (5) veränderbar ist mit einer Phasenumwandlung von einem festen oder flüssigen Aggregatzustand der Moleküle des Gases in einen gasförmigen Zustand der Moleküle des Gases und umgekehrt.Energy store according to one or more of the preceding claims, characterized in that the number of gas molecules in the gaseous state of matter with the at least one agent ( 5 ) is variable with a phase transformation of a solid or liquid state of matter of the molecules of the gas into a gaseous state of the molecules of the gas and vice versa. Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand mit dem wenigstens einem Mittel (5) veränderbar ist mit einer chemischen Gleichgewichtsreaktion und auf einer ersten Seite der Reaktionsgleichung die Moleküle des Gases in einem festen oder flüssigen Aggregatzustand vorliegen und auf der anderen zweiten Seite der Reaktionsgleichung die Gasmoleküle in einem gasförmigen Aggregatzustand vorliegen.Energy store according to one or more of the preceding claims, characterized in that the number of gas molecules in the gaseous state of matter with the at least one agent ( 5 ) is variable with a chemical equilibrium reaction and on a first side of the reaction equation, the molecules of the gas in a solid or liquid state and present on the other side of the reaction equation, the gas molecules in a gaseous state. Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (2) in eine erste Kammer (6) und eine zweite Kammer (7) unterteilt ist und die erste und zweite Kammer (6, 7) mit einem Druckübersetzer (11) miteinander gekoppelt sind.Energy store according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pressure vessel ( 2 ) into a first chamber ( 6 ) and a second chamber ( 7 ) and the first and second chambers ( 6 . 7 ) with a pressure intensifier ( 11 ) are coupled together. Energiespeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem wenigstens einen Mittel (5) zur Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in dem Druckbehälter (2), insbesondere ausschließlich, die Anzahl der Gasmoleküle in der zweiten Kammer (7) veränderbar ist und vorzugsweise die Vorrichtung (4) an der ersten Kammer (6) angeordnet ist.Energy store according to claim 6, characterized in that with the at least one means ( 5 ) for changing the number of gas molecules in the pressure vessel ( 2 ), in particular exclusively, the number of gas molecules in the second chamber ( 7 ) is variable and preferably the device ( 4 ) at the first chamber ( 6 ) is arranged. Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (2) als eine elastische Blase (16) ausgebildet ist, so dass der Energiespeicher (1) ein Blasenspeicher (34) ist und die Blase (16) als Druckbehälter (2) innerhalb eines Außendruckbehälters (19) angeordnet ist oder der Druckbehälter (2) einen Kolben (30) als Vorrichtung (4) zur Veränderung des Volumens des Druckbehälters (2) umfasst, so dass der Energiespeicher (1) als ein Kolbenspeicher (33) ausgebildet ist und/oder die Gesamtanzahl der Moleküle bzw. Atome des Gases in dem festen und/oder flüssigen und gasförmigen Aggregatzustand in dem Energiespeicher (1), insbesondere bei der Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand, konstant ist.Energy store according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pressure vessel ( 2 ) as an elastic bladder ( 16 ) is formed, so that the energy storage ( 1 ) a bladder memory ( 34 ) and the bubble ( 16 ) as a pressure vessel ( 2 ) within an external pressure vessel ( 19 ) or the pressure vessel ( 2 ) a piston ( 30 ) as a device ( 4 ) for changing the volume of the pressure vessel ( 2 ), so that the energy store ( 1 ) as a piston accumulator ( 33 ) and / or the total number of molecules or atoms of the gas in the solid and / or liquid and gaseous state of matter in the energy store ( 1 ), especially when changing the number of gas molecules in the gaseous state, is constant. Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) Hydraulikfluid, insbesondere Hydraulikflüssigkeit, umfasst und mittels eines Förderns von Hydraulikfluid in den Energiespeicher (1) das Volumen des Druckbehälters (2) verkleinerbar ist und mittels eines Förderns von Hydraulikfluid aus dem Energiespeicher (1) das Volumen des Druckbehälters (2) vergrößerbar ist und/oder mit dem Energiespeicher (1) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 10 bis 14 ausführbar ist.Energy store according to one or more of the preceding claims, characterized in that the device ( 4 ) Comprises hydraulic fluid, in particular hydraulic fluid, and by means of a conveying of hydraulic fluid into the energy store ( 1 ) the volume of the pressure vessel ( 2 ) is reducible and by means of a conveying of hydraulic fluid from the energy store ( 1 ) the volume of the pressure vessel ( 2 ) is enlargeable and / or with the energy storage ( 1 ) a method according to one or more of claims 10 to 14 is executable. Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers (1), insbesondere eines Energiespeicher (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Verkleinern des Volumens eines Druckbehälters (2) mit Gas, so dass dadurch Energie in dem Energiespeicher (1) gespeichert wird, – Vergrößern des Volumens des Druckbehälters (2) mit Gas, so dass dadurch Energie dem Energiespeicher (1) entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verkleinerns des Volumens des Druckbehälters (2) innerhalb des Druckbehälters (2) die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand verkleinert wird und während des Vergrößerns des Volumens des Druckbehälters (2) innerhalb des Druckbehälters (2) die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand vergrößert wird.Method for operating an energy store ( 1 ), in particular an energy store ( 1 ) according to one or more of the preceding claims, comprising the steps: - Reducing the volume of a pressure vessel ( 2 ) with gas, thereby energy in the energy storage ( 1 ), - increasing the volume of the pressure vessel ( 2 ) with gas, so that thereby energy the energy storage ( 1 ) is withdrawn, characterized in that during the reduction of the volume of the pressure vessel ( 2 ) within the pressure vessel ( 2 ) the number of gas molecules in the gaseous state of aggregation is reduced and during the enlargement of the volume of the pressure vessel ( 2 ) within the pressure vessel ( 2 ) the number of gas molecules in the gaseous state is increased. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenveränderung des Druckbehälters (2) im Wesentlichen isobar ausgeführt wird aufgrund des Veränderns der Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter (2), insbesondere während der Volumenveränderung der Druck in dem Druckbehälter (2) um weniger als 30%, 20%, 10% oder 5% verändert wird und/oder die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter (2) um wenigstens 5%, 10%, 20%, 40%, 50% oder 70% verändert werden und/oder die Gesamtanzahl der Moleküle bzw. Atome des Gases in dem festen und/oder flüssigen und gasförmigen Aggregatzustand in dem Energiespeicher (1), insbesondere bei der Veränderung der Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand, im Wesentlichen konstant gehalten wird und/oder für den Betrieb des Energiespeichers (1), insbesondere zum Speichern von Energie in dem Energiespeicher (1) und zum Entziehen von Energie aus dem Druckspeicher (2), dem Druckbehälter (2) kein Gas zugeführt wird und/oder kein Gas aus dem Druckbehälter (2) abgeleitet wird.Method according to claim 10, characterized in that the volume change of the pressure vessel ( 2 ) is performed substantially isobarically due to the variation of the number of gas molecules in the gaseous state of matter in the pressure vessel ( 2 ), in particular during the change in volume of the pressure in the pressure vessel ( 2 ) is changed by less than 30%, 20%, 10% or 5% and / or the number of gas molecules in the gaseous state of matter in the pressure vessel ( 2 ) are changed by at least 5%, 10%, 20%, 40%, 50% or 70% and / or the total number of molecules or atoms of the gas in the solid and / or liquid and gaseous state in the energy storage ( 1 ), in particular when changing the number of gas molecules in the gaseous state of matter, is kept substantially constant and / or for the operation of the energy store ( 1 ), in particular for storing energy in the energy store ( 1 ) and to withdraw energy from the accumulator ( 2 ), the pressure vessel ( 2 ) no gas is supplied and / or no gas from the pressure vessel ( 2 ) is derived. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter (2) vergrößert wird, indem die Moleküle bzw. Atome des Gases von einem festen oder flüssigen Aggregatzustand in einen gasförmigen Zustand der Moleküle des Gases umgewandelt werden und die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter (2) verkleinert wird, indem die Moleküle des Gases von einem gasförmigen Zustand in einen festen oder flüssigen Aggregatzustand umgewandelt werden.A method according to claim 10 or 11, characterized in that the number of gas molecules in the gaseous state of matter in the pressure vessel ( 2 ) is converted by the molecules or atoms of the gas from a solid or liquid state of matter into a gaseous state of the molecules of the gas and the number of gas molecules in the gaseous state in the pressure vessel ( 2 ) is reduced by converting the molecules of the gas from a gaseous state into a solid or liquid state of matter. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter (2) mit einer chemischen Gleichgewichtsreaktion erhöht wird indem bei einer chemischen Gleichgewichtsreaktion auf einer ersten Seite der Reaktionsgleichung die Gasmoleküle in einem festen oder flüssigen Aggregatzustand und/oder in einer Verbindung oder Bindung mit anderen Atomen vorliegen und auf der anderen zweiten Seite der Reaktionsgleichung die Gasmoleküle in einem gasförmigen Aggregatzustand und/oder ohne Verbindung oder Bindung mit anderen Atomen vorliegen und die chemische Gleichgewichtsreaktion von der ersten Seite zu der zweite Seite reagiert bzw. mehr von der ersten Seite zu der zweiten Seite reagiert als von der zweiten Seite zu der ersten Seite und dies umgekehrt ausgeführt wird, so dass die Anzahl der Gasmoleküle in dem gasförmigen Aggregatzustand in dem Druckbehälter (2) erniedrigt wird.Method according to one or more of claims 10 to 12, characterized in that the number of gas molecules in the gaseous state of matter in the pressure vessel ( 2 In a chemical equilibrium reaction on a first side of the reaction equation, the gas molecules are present in a solid or liquid state and / or in a compound or bond with other atoms and on the other side of the reaction equation the gas molecules in one gaseous state of aggregation and / or without connection or bonding with other atoms, and the chemical equilibrium reaction responds from the first side to the second side or responds more from the first side to the second side than from the second side to the first side and vice versa is performed so that the number of gas molecules in the gaseous state of matter in the pressure vessel ( 2 ) is lowered. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Einleitens eines Hydraulikfluides in den Energiespeicher (1) das Volumen des Druckbehälters (2) mit Gas verkleinert wird und mittels eines Ausleiten eines Hydraulikfluides aus dem Energiespeicher (1) das Volumen des Druckbehälters (2) mit Gas vergrößert wird und beim Ausleiten des Hydraulikfluides aus dem Energiespeicher (1) mechanische Arbeit abgegeben wird und beim Einleiten des Hydraulikfluides mechanische Arbeit aufgewendet wird zum Einleiten des Hydraulikfluides in den Energiespeicher (1) und/oder der Druck des Gases in dem Druckbehälter (2) während des Betriebes zwischen 50 bar und 800 bar, vorzugsweise zwischen 100 bar und 600 bar, insbesondere zwischen 200 bar und 400 bar, gehalten wird.Method according to one or more of claims 10 to 13, characterized in that (in the energy storage means of introducing a hydraulic fluid 1 ) the volume of the pressure vessel ( 2 ) is reduced with gas and by means of a discharge of a hydraulic fluid from the energy store ( 1 ) the volume of the pressure vessel ( 2 ) is increased with gas and when discharging the hydraulic fluid from the energy storage ( 1 ) mechanical work is dispensed and mechanical work is expended when introducing the hydraulic fluid for introducing the hydraulic fluid into the energy store ( 1 ) and / or the pressure of the gas in the pressure vessel ( 2 ) is maintained during operation between 50 bar and 800 bar, preferably between 100 bar and 600 bar, in particular between 200 bar and 400 bar. Hydraulisches Hybridsystem (20) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – einen hydraulischen Motor (23) zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, – eine hydraulische Pumpe (24) zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, – einen Energiespeicher (1) zur Speicherung von hydraulischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) als ein Energiespeicher (1) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist und/oder von dem hydraulischen Hybridsystem (20) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 10 bis 14 ausführbar ist.Hydraulic hybrid system ( 20 ) for a motor vehicle, comprising - a hydraulic motor ( 23 ) for the conversion of hydraulic energy into mechanical energy, - a hydraulic pump ( 24 ) for the conversion of mechanical energy into hydraulic energy, - an energy store ( 1 ) for storing hydraulic energy, characterized in that the energy store ( 1 ) as an energy store ( 1 ) according to one or more of claims 1 to 9 and / or of the hydraulic hybrid system ( 20 ) a method according to one or more of claims 10 to 14 is executable.
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