DE102016009562A1

DE102016009562A1 - Device for providing gas

Info

Publication number: DE102016009562A1
Application number: DE102016009562.8A
Authority: DE
Inventors: Julia Colom Tomas; Willi Gabler; Stefan GERHARDT; Matthias Jesse
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung von erwärmtem entspanntem Gas (B) für ein Antriebsaggregat (2) mit einem Druckgasspeicher (3), mit einem Druckminderer (4), mit einem Wärmetauscher (5) in Strömungsrichtung des entspannten Gases nach dem Druckminderer (4), und mit einer mit dem Wärmetauscher (5) verbundenen Wärmequelle. Die erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Entleerventileinrichtung (12) für den Druckgasspeicher (3) vorgesehen ist, wobei die Entleerventileinrichtung (12) mit dem Wärmetauscher (5) zu einer Baueinheit (18) integriert ausgebildet ist.The invention relates to a device for providing heated expanded gas (B) for a drive unit (2) with a compressed gas reservoir (3), with a pressure reducer (4), with a heat exchanger (5) in the direction of flow of the expanded gas downstream of the pressure reducer (4 ), and a heat source connected to the heat exchanger (5). The method according to the invention is characterized in that an emptying valve device (12) is provided for the compressed gas reservoir (3), wherein the emptying valve device (12) is integrated with the heat exchanger (5) to form a structural unit (18).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von erwärmtem entspanntem Gas für ein Antriebsaggregat nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a method for providing heated expanded gas for a drive unit according to the closer defined in the preamble of claim 1. The invention further relates to the use of such a device.

Vorrichtungen zu Bereitstellung von erwärmtem entspanntem Gas für ein Antriebsaggregat sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist beispielsweise in der gattungsgemäßen DE 10 2010 011 556 A1 ein Wärmetauscher beschrieben, welcher in einer Gaszuleitung zwischen einem Druckgasspeicher und einem Druckminderer einerseits und dem Antriebsaggregat andererseits angeordnet ist. Die Wärmequelle kann dabei beispielsweise ein Kühlkreislauf für das Antriebsaggregat mit seinem Kühlmedium oder auch eine zu kühlende Komponente, wie beispielsweise eine elektromotorische Antriebskomponente oder Ähnliches, sein. Der Aufbau dient im Wesentlichen dazu, das in dem Antriebsaggregat als Brennstoff genutzte Gas nach dem Entspannen in dem Druckminderer soweit zu erwärmen, dass ein problemloser Betrieb möglich ist, ohne dass beispielsweise Leitungselemente einfrieren oder dergleichen.Devices for providing heated, relaxed gas to a power plant are known in the art. For example, in the generic DE 10 2010 011 556 A1 a heat exchanger described, which is arranged in a gas supply line between a compressed gas storage and a pressure reducer on the one hand and the drive unit on the other. The heat source may be, for example, a cooling circuit for the drive unit with its cooling medium or else a component to be cooled, such as an electromotive drive component or the like. The structure essentially serves to heat the gas used in the drive unit as fuel after relaxing in the pressure reducer to the extent that a trouble-free operation is possible without, for example, lead elements freeze or the like.

Aus dem weiteren Stand der Technik beispielsweise in Form der DE 10 2014 207 142 A1 oder auch der DE 10 2014 014 411 A1 sind weitere Aufbauten mit derartigen Wärmetauschern bekannt. Diese sind mit anderen Bauteilen zu Baueinheiten integriert. Die anderen Bauteile sind gemäß dieser Schriften beispielsweise Ladeluftkühler oder Kondensatoren, um die zu einer Brennstoffzelle als Antriebsaggregat strömende Luft abzukühlen oder im anderen Fall, um Wasserdampf in dem Abgas aus dem Antriebsaggregat, welches bevorzugt ebenfalls eine Brennstoffzelle sein kann, entsprechend auszukondensieren.From the further prior art, for example in the form of DE 10 2014 207 142 A1 or even the DE 10 2014 014 411 A1 Further structures with such heat exchangers are known. These are integrated with other components to form assemblies. The other components are according to these documents, for example, intercoolers or condensers to cool the air flowing to a fuel cell as a drive unit air or otherwise water vapor in the exhaust gas from the drive unit, which may preferably also be a fuel cell, condense accordingly.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, dass diese besonders einfach und effizient aufgebaut ist.The object of the present invention is now to develop a device according to the preamble of claim 1 to the effect that it is particularly simple and efficient.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 9 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.This object is solved by the features in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims dependent thereon. In claim 9, a particularly preferred use of the device according to the invention is also indicated.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass ergänzend zu den Bauteilen im gattungsgemäßen Stand der Technik, welche im Obergriff des Anspruchs 1 genannt sind, eine Entleerventileinrichtung für den Druckgasspeicher vorgesehen ist, wobei die Entleerventileinrichtung mit dem Wärmetauscher zu einer Baueinheit integriert ausgebildet ist. Eine solche Integration der Entleerventileinrichtung in den ohnehin vorhandenen Wärmetauscher ermöglicht dabei einen sehr einfachen und platzsparenden Aufbau. Dem Wärmetauscher muss das entspannte Gas zum Erwärmen ohnehin zugeführt werden. Integriert in den Wärmetauscher kann deshalb die Entleerventileinrichtung vorgesehen werden, sodass auf zusätzliche Schnittstellen in den Leitungen für das Gas, welche entsprechend aufwändig hinsichtlich der Montage und der Abdichtung sind, verzichtet werden kann. Vor allem bei der Verwendung von Wasserstoff als Gas spielt die Einsparung von Schnittstellen und damit einhergehenden Dichtstellen eine nicht unerhebliche Rolle. So kann hier durch die Einsparung ein besonderer Vorteil erzielt werden, da so eine höhere Dichtheit des Systems und damit weniger Verluste an Wasserstoff ermöglicht werden.In the device according to the invention, it is provided that, in addition to the components in the generic state of the art, which are mentioned in the preamble of claim 1, an emptying valve for the compressed gas storage is provided, wherein the emptying valve is formed integrally with the heat exchanger to form a unit. Such integration of the emptying valve in the already existing heat exchanger allows a very simple and space-saving design. The heat exchanger, the expanded gas for heating must be supplied anyway. Therefore, the emptying valve device can be provided integrated in the heat exchanger, so that additional interfaces in the lines for the gas, which are correspondingly expensive in terms of assembly and sealing, can be dispensed with. Especially when using hydrogen as gas, the saving of interfaces and associated sealing points plays a not insignificant role. Thus, a special advantage can be achieved here by the savings, as a higher density of the system and thus less losses of hydrogen are possible.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist eine Ventilaufnahme der Entleerventileinrichtung dabei zusammen mit einem Zufuhranschluss und einem Abfuhranschluss für das zu erwärmende Gas mit dem Wärmetauscher integriert ausgebildet. Die Ventilaufnahme kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung insbesondere mit dem Wärmetauscher verlötet sein. Die Ventilaufnahme mit den Elementen der Entleerventileinrichtung kann also beispielsweise in einem zwischen dem Zufuhranschluss und dem Abfuhranschluss für das zu erwärmende Gas befindlichen Materialblock integriert sein, sodass ein äußerst einfacher und effizienter Aufbau entsteht, welcher außerhalb des integrierten Bauteils aus dem Wärmetauscher und der Entleerventileinrichtung bzw. ihrer Ventilaufnahme keine zusätzlichen Schnittstellen hat.According to an advantageous development of the idea, a valve receptacle of the emptying valve device is formed integrally with the heat exchanger together with a supply connection and a discharge connection for the gas to be heated. The valve seat can be soldered according to an advantageous development, in particular with the heat exchanger. The valve receptacle with the elements of the emptying valve device can thus be integrated, for example, in a material block located between the supply port and the discharge port for the gas to be heated, so that an extremely simple and efficient structure is created, which outside of the integrated component of the heat exchanger and the emptying valve device or its valve receptacle has no additional interfaces.

Wie bei einem herkömmlichen Wärmetauscher reicht es aus, eine Zufuhrleitung für das Gas und eine Abfuhrleitung für das Gas anzuschließen, wobei dann neben der Funktionalität des Wärmetauschers zusätzlich, und dies bedeutet ohne weitere Schnittstellen für den Anschluss zu benötigen, die Entleerventileinrichtung mit integriert ist.As with a conventional heat exchanger, it is sufficient to connect a supply line for the gas and a discharge line for the gas, then in addition to the functionality of the heat exchanger in addition, and this means without further interfaces for the connection to need, the emptying valve is integrated.

Die Wärmequelle kann dabei wie im gattungsgemäßen Stand der Technik beschrieben, durch verschiedene Ausführungen gebildet werden, beispielsweise indem direkt Bauteile abgekühlt werden. Solche Bauteile können beispielsweise ein Kondensator, eine elektrische Antriebseinheit oder Ähnliches sein. Insbesondere ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung jedoch vorgesehen, dass die Wärmequelle durch ein Wärmeträgermedium gebildet wird. Ein solches Wärmeträgermedium, insbesondere wenn dies gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee das Kühlmedium in einem Kühlkreislauf des Antriebsaggregats ist, ist ideal geeignet, um auch bei schwankendem Bedarf an Gas und damit schwankendem Anfall an „Kälte” im Bereich des Wärmetauschers eine sichere und zuverlässige Erwärmung des Gases zu gewährleisten und die damit einhergehende Kühlleistung ideal in dem System zu nutzen. Indem so eine zusätzliche Abkühlung des Kühlmediums in dem Kühlkreislauf erfolgt und können die Kühlleistungsanforderungen, wie sie durch einen Kühlwärmetauscher oder Ähnliches erfüllt werden müssen, entsprechend reduziert werden. Dies ist insbesondere bei mobilen Anwendungen in Fahrzeugen von Vorteil, da so das Kühlsystem entlastet werden kann, was sich positiv auf die verfügbare Kühlleistung und den Bedarf an Kühlfläche auswirkt.The heat source can, as described in the generic state of the art, be formed by various designs, for example by directly cooling components. Such components may be, for example, a capacitor, an electric drive unit or the like. In particular, it is provided according to an advantageous development of the device, however, that the heat source is formed by a heat transfer medium. Such a heat transfer medium, in particular if, according to an advantageous development of the idea, the cooling medium is in a cooling circuit of the drive unit, is ideally suited to ensure a safe and reliable heating of the gas even with fluctuating demand for gas and thus fluctuating attack of "cold" in the heat exchanger and to use the associated cooling capacity ideal in the system , By thus providing additional cooling of the cooling medium in the cooling circuit, and the cooling power requirements, as they must be met by a cooling heat exchanger or the like, can be reduced accordingly. This is particularly advantageous in mobile applications in vehicles, as this can be relieved of the cooling system, which has a positive effect on the available cooling capacity and the need for cooling surface.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee ist die Entleerventileinrichtung so ausgebildet, dass diese wenigstens zwei einzelne Ventile aufweist, darunter wenigstens eine 3-Wegeventil, über welches ein Entleerkanal in der Entleerventileinrichtung mit der Gaszu- oder -ableitung mit dem Wärmetauscher verbunden ist, und wenigstens ein Absperrventil in dem Entleerkanal. Dieser Aufbau hat sich in der Praxis bewährt, da über das 3-Wegeventil, welches im Normalfall eine Durchströmung für das Gas ermöglicht, bei Bedarf diese Verbindung gesperrt und das Gas in den Entleerkanal umgeleitet werden kann. Erst wenn dies erfolgt ist, wird das im Normalfall geschlossene Absperrventil geöffnet, um das Gas insbesondere gezielt abzulassen, beispielsweise um es zwischen zu speichern oder um es unkritisch hinsichtlich eventueller Emissionen und unkritisch hinsichtlich der Ausbildung von explosiven Gemischen oder dergleichen gezielt abströmen zu lassen.According to an advantageous development of the idea, the emptying valve device is designed such that it has at least two individual valves, including at least one 3-way valve, via which an emptying channel in the emptying valve device is connected to the gas inlet or outlet with the heat exchanger, and at least one Shut-off valve in the discharge channel. This structure has proven itself in practice, because of the 3-way valve, which normally allows a flow for the gas, if necessary, this compound blocked and the gas can be diverted into the discharge channel. Only when this has been done, the normally closed shut-off valve is opened to drain the gas in particular targeted, for example, to save it between or to let it run off uncritically with regard to possible emissions and uncritical in terms of the formation of explosive mixtures or the like.

Wie bereits erwähnt kann das Antriebsaggregat dabei vorzugsweise als Brennstoffzelle ausgebildet sein. Das Gas ist dann idealerweise Wasserstoff, welcher in dem Druckgasspeicher bei einem Nenndruck von 70 MPa gespeichert ist.As already mentioned, the drive unit can preferably be designed as a fuel cell. The gas is then ideally hydrogen, which is stored in the compressed gas storage at a nominal pressure of 70 MPa.

Unabhängig von dieser bevorzugten Ausgestaltung des Antriebsaggregats als Brennstoffzelle und der Verwendung von Wasserstoff als Gas kann es nun gemäß einer vorteilhaften Verwendung vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Gasversorgung eines Antriebsaggregats in einem Fahrzeug dient, also letzten Endes über das Gas die Antriebsleistung für das Fahrzeug bereitgestellt wird. Neben der bereits erwähnten Brennstoffzelle, welche dann elektrische Antriebsleistung bereitstellen würde, sind auch andere Antriebsaggregate denkbar, beispielsweise Motoren, Gasturbinen oder Ähnliches.Regardless of this preferred embodiment of the drive unit as a fuel cell and the use of hydrogen as gas, it can now be provided according to an advantageous use that the device is used to supply gas to a drive unit in a vehicle, so ultimately provided via the gas, the drive power for the vehicle becomes. In addition to the already mentioned fuel cell, which would then provide electrical drive power, other drive units are conceivable, for example, engines, gas turbines or the like.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ihrer Verwendung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the device according to the invention and its use also result from the exemplary embodiment, which is described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug mit einem Antriebsaggregat und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a vehicle indicated in principle with a drive unit and a device according to the invention;

2 eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung; und 2 a possible embodiment of the device according to the invention in a schematic representation; and

3 eine dreidimensionale Ansicht eines möglichen konkretisierten Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 3 a three-dimensional view of a possible concretized structure of the device according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist stark schematisiert ein Fahrzeug 1 angedeutet, welches über ein Antriebsaggregat 2 angetrieben werden soll. Das Antriebsaggregat 2 kann dabei entweder als verbrennungsmotorisches Antriebsaggregat, als Gasturbine oder auch als Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Leistung für den Antrieb, welcher dann über einen Elektromotor erfolgen würde, ausgebildet sein. Das Antriebsaggregat 2 wird mit geeigneten Edukten A, B versorgt, welche zur Umsetzung benötigt werden.In the presentation of the 1 is highly schematized a vehicle 1 indicated, which via a drive unit 2 should be driven. The drive unit 2 In this case, it can be designed either as an internal combustion engine drive unit, as a gas turbine or as a fuel cell for generating electrical power for the drive, which would then take place via an electric motor. The drive unit 2 is supplied with suitable starting materials A, B, which are needed for the reaction.

In der Darstellung der 1 kann das mit A bezeichnete Edukt beispielsweise Luft sein, deren Sauerstoff in dem Antriebsaggregat 2 umgesetzt wird. Das mit B bezeichnete Edukt soll dabei ein gasförmiger Brennstoff sein, welcher in einem Druckgasspeicher 3 unter hohem Druck gespeichert ist. Je nach Einsatz des Brennstoffs B wird das Druckniveau dabei unterschiedlich sein. Kommt beispielsweise Erdgas zum Einsatz, so wird das Druckniveau typischerweise in einem Bereich von unterhalb 30 MPa liegen. Kommt dagegen Wasserstoff als Brennstoff B zum Einsatz, wovon beispielhaft für die nachfolgenden Ausführungen ausgegangen werden soll, dann wird das Druckniveau in dem Druckgasspeicher 3 typischerweise in einer Größenordnung von 70 MPa liegen. Der gasförmige Wasserstoff B wird, nachdem er den Druckgasspeicher verlassen hat, in einem Druckminderer 4 zur Entspannung des gasförmigen Wasserstoffs B entspannt und auf ein zur Verwendung in dem primären Antriebsaggregat 2 geeignetes Druckniveau gebracht. Der in dem Druckgasspeicher 3 unter hohem Druck stehende Wasserstoff B wird sich dabei stark abkühlen. Zwischen dem Druckminderer 4 zur Entspannung des Wasserstoffs B und dem Antriebsaggregat 2 befindet sich ein Wärmetauscher 5, in welchem der entspannte gasförmige Wasserstoff B erwärmt wird. Gleichzeitig kühlt er im Bereich dieses Wärmetauschers 5 ein zu kühlendes Medium oder in einer alternativen Ausgestaltung hiervon alternativ oder ergänzend eine zu kühlende Komponente bzw. zu kühlende Bauteile.In the presentation of the 1 For example, the educt denoted by A can be air, the oxygen in the drive unit 2 is implemented. The educt designated B is intended to be a gaseous fuel, which in a compressed gas storage 3 stored under high pressure. Depending on the use of the fuel B, the pressure level will be different. For example, if natural gas is used, the pressure level will typically be in a range below 30 MPa. If, on the other hand, hydrogen is used as the fuel B, which is to be assumed by way of example for the following statements, then the pressure level in the compressed gas reservoir becomes 3 typically in the order of 70 MPa. The gaseous hydrogen B, after it has left the compressed gas storage, in a pressure reducer 4 to relax the gaseous hydrogen B and to relax for use in the primary power plant 2 brought appropriate pressure level. The in the compressed gas storage 3 Under high pressure hydrogen B will cool down strongly. Between the pressure reducer 4 to relax the hydrogen B and the drive unit 2 there is a heat exchanger 5 in which the expanded gaseous hydrogen B is heated. At the same time it cools in the area of this heat exchanger 5 a medium to be cooled or in an alternative embodiment thereof, alternatively or additionally, a component to be cooled or components to be cooled.

In der Darstellung der 1 soll der Wärmetauscher 5 von einem Kühlmedium durchströmt werden, welches in einem Kühlkreislauf 6 für das Antriebsaggregat 2 strömt. Das Kühlmedium strömt in dem Kühlkreislauf 6 ausgehend von einer Kühlmittelfördereinrichtung 7 durch erste zu kühlende Komponenten beziehungsweise zu kühlende Bauteile 8, um dann in dem hier gewählten Ausführungsbeispiel durch den Wärmetauscher 5 zu strömen und mit der bereits aufgenommenen thermischen Energie der ersten zu kühlenden Komponenten oder Bauteile 8 den entspannten Wasserstoff B zu erwärmen. Das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf 6 wird dabei wieder abgekühlt und durchströmt dann das Antriebsaggregat 2, in welchem es entstehende Abwärme aufnimmt. Danach gelangt das Kühlmedium zu einem Kühlwärmetauscher 9, in welchem es beispielsweise durch Fahrtwind und/oder unterstützend durch ein hier nicht dargestelltes Gebläse entsprechend abgekühlt wird, ehe es zurück zur Kühlmittelfördereinrichtung 7 und erneut in den Kreislauf gelangt. In an sich bekannter Art und Weise ist außerdem ein Thermostatventil 10 und ein Bypass 11 um den Kühlwärmetauscher 9 in der Darstellung der 1 zu erkennen. In the presentation of the 1 should the heat exchanger 5 to be flowed through by a cooling medium, which in a cooling circuit 6 for the drive unit 2 flows. The cooling medium flows in the cooling circuit 6 starting from a coolant conveyor 7 by first components to be cooled or components to be cooled 8th to then in the embodiment chosen here by the heat exchanger 5 to flow and with the already recorded thermal energy of the first components or components to be cooled 8th to heat the relaxed hydrogen B The cooling medium in the cooling circuit 6 is cooled down again and then flows through the drive unit 2 , in which it absorbs waste heat. Thereafter, the cooling medium reaches a cooling heat exchanger 9 in which it is cooled, for example by airstream and / or supportive by a blower not shown here, before it back to the coolant conveyor 7 and get re-circulated. In a known manner also is a thermostatic valve 10 and a bypass 11 around the cooling heat exchanger 9 in the presentation of the 1 to recognize.

Dieser Aufbau ermöglicht nun einerseits die Erwärmung des bei der Entspannung stark abgekühlten Wasserstoffs B und andererseits eine Verbesserung der Kühlleistung in dem Kühlkreislauf 6, da im Bereich des Wärmetauschers 5 das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf 6 weiter abgekühlt wird. Dies ist prinzipiell bei jeder Art von Antriebsaggregat 2 denkbar und sinnvoll, insbesondere jedoch dann, wenn das Antriebsaggregat 2 als Brennstoffzelle ausgebildet ist. In diesem Fall ist es von entscheidendem Vorteil, wenn die Edukte A, B nicht mit einer allzu großen Temperaturdifferenz im Bereich der Brennstoffzelle 2 als Antriebsaggregat ankommen, da dies zu thermischen Spannungen, einem Einfrieren von Produktwasser, ein Verhärten oder Austrocknen der Membranen oder Ähnlichem führen könnte.This structure now makes it possible, on the one hand, to heat the hydrogen B, which is greatly cooled during the expansion, and, on the other hand, to improve the cooling capacity in the cooling circuit 6 because in the area of the heat exchanger 5 the cooling medium in the cooling circuit 6 is cooled further. This is in principle with any type of drive unit 2 conceivable and useful, but especially if the drive unit 2 is designed as a fuel cell. In this case, it is of decisive advantage if the starting materials A, B do not have an excessively large temperature difference in the area of the fuel cell 2 arrive as a power plant, as this could lead to thermal stresses, freezing of product water, hardening or drying of the membranes or the like.

Alternativ zur Nutzung des Kühlmediums in dem Kühlkreislauf 6 als Wärmequelle wäre auch beispielsweise die Nutzung einer direkt zu kühlenden Komponente, beispielsweise eines elektromotorischen Antriebs, einer Leistungselektronik oder Ähnliches, als Wärmequelle prinzipiell denkbar.Alternatively to the use of the cooling medium in the cooling circuit 6 As a heat source, for example, the use of a directly to be cooled component, such as an electric motor drive, power electronics or the like, as a heat source in principle conceivable.

Der Druckgasspeicher 3 weist nun zwischen dem Druckminderer 4 und dem Eintritt des Gases in das Antriebsaggregat 2 typischerweise eine in der Darstellung der 1 angedeutete Entleerventileinrichtung 12 auf. Diese Entleerventileinrichtung ist bei den allermeisten Ausführungen gemäß dem Stand der Technik dabei in einer Abzweigung der von dem Druckminderer 4 kommenden Leitung ausgebildet, wobei auch ein 3/2-Wegeventil 13, wie es nachfolgend noch dargestellt ist, direkt in dieser Verbindungsleitung angeordnet sein kann. Der Aufbau gemäß dem Stand der Technik führt dabei zu zusätzlichen notwendigen Schnittstellen, welche insbesondere bei der Verwendung von Wasserstoff B als Gas typischerweise aufwändig abgedichtet werden müssen.The compressed gas storage 3 now points between the pressure reducer 4 and the entry of the gas into the drive unit 2 typically one in the illustration of 1 indicated emptying valve device 12 on. This emptying valve device is in the vast majority of designs according to the prior art in a branch of the pressure reducer 4 formed next line, with a 3/2-way valve 13 , as will be shown below, can be arranged directly in this connection line. The structure according to the prior art leads to additional necessary interfaces, which typically have to be sealed consuming, especially when using hydrogen B as a gas.

Die Darstellung der 2 zeigt eine schematische Darstellung des Wärmetauschers 5, welcher in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel von oben nach unten von dem Kühlmedium in dem hier nicht mehr in seiner Gesamtheit dargestellten Kühlkreislauf 6 durchströmt wird. Das Gas kommt von dem Druckminderer 4 und strömt zuerst durch den Wärmetauscher 5 und dann durch die hier mit dem Wärmetauscher 5 integriert ausgebildete Entleerventileinrichtung 12. Diese Entleerventileinrichtung 12 besteht in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem beispielsweise elektromagnetisch ansteuerbaren 3/2-Wegeventil 13, welches so in der Gaszuleitung 14 oder in dem hier dargestellten Ausführungsfall in der Gasableitung 15 angeordnet ist, dass es im Normalfall geöffnet (normally open N. O.) von dem Gas in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel von links nach rechts durchströmt werden kann. Der dritte Weg ist im Normalfall geschlossen (normally closed N. C.), sodass hier kein Gas in den mit 16 bezeichneten Entleerkanal der Entleerventileinrichtung 12 einströmen kann. Ist eine Entleerung des Druckgasspeichers 3 gewünscht, dann wird das 3/2-Wegeventil 13 entsprechend umgeschaltet, sodass das Gas bzw. der Wasserstoff B in den Bereich des Entleerkanals 16 gelangt. Er kann dann über ein mit 17 bezeichnetes Absperrventil in die Umgebung abgelassen werden, beispielsweise in einen Zwischenspeicher oder in einen Bereich, in dem sichergestellt ist, dass sich keine hinsichtlich der Sicherheit kritischen Gas/Luft- bzw. Gas/Sauerstoffgemische ausbilden können.The presentation of the 2 shows a schematic representation of the heat exchanger 5 , which in the embodiment shown here from top to bottom of the cooling medium in the cooling circuit not shown here in its entirety 6 is flowed through. The gas comes from the pressure reducer 4 and flows through the heat exchanger first 5 and then through here with the heat exchanger 5 integrated trained emptying valve 12 , This emptying valve device 12 consists in the embodiment shown here, for example, an electromagnetically controllable 3/2-way valve 13 which is so in the gas supply 14 or in the embodiment illustrated here in the gas discharge 15 is arranged that it normally open (normally open NO) can be flowed through from the gas in the embodiment shown here from left to right. The third way is normally closed (normally closed NC), so that no gas in the with 16 designated discharge channel of the emptying valve device 12 can flow in. Is an emptying of the compressed gas storage 3 desired, then the 3/2-way valve 13 switched accordingly, so that the gas or the hydrogen B in the region of the discharge channel 16 arrives. He can then over with one 17 designated shut-off valve are discharged into the environment, for example in a buffer or in an area in which it is ensured that no safety-critical gas / air or gas / oxygen mixtures can form.

Durch die Integration der Entleerventileinrichtung 12 mit dem Wärmetauscher 5 zu einer gemeinsamen Baueinheit 18, welche auch in einer dreidimensionalen möglichen Ausführungsform in der Darstellung der 3 nochmals dargestellt ist, wird also ein sehr kompakter Aufbau erzielt, welcher mit einem Minimum an notwendigen Schnittstellen auskommt.By integrating the emptying valve device 12 with the heat exchanger 5 to a common unit 18 which also in a three-dimensional possible embodiment in the representation of 3 is shown again, so a very compact structure is achieved, which manages with a minimum of necessary interfaces.

Wir bereits erwähnt ist ein dreidimensionaler Aufbau, wie er beispielsweise in der Praxis realisiert sein kann, in der Darstellung der 3 zu erkennen. Dabei ist im unteren Bereich der Wärmetauscher 5 dargestellt, mit seinen Kühlwasseranschlüssen 19. Außerdem befindet sich auf dem Wärmetauscher 5, beispielsweise mit diesem verlötet, eine mit 20 bezeichnete Ventilaufnahme, welche einerseits die Zuleitung 14 und die Ableitung 15 für das Gas B aufweist und andererseits integriert, und daher in der Darstellung der 3 nicht explizit zu erkennen, die eigentliche Entleerventileinrichtung 12, beispielsweise mit dem in der Darstellung der 2 schematisch angedeuteten Aufbau. Von diesem Aufbau ist dabei lediglich ein Entleeranschluss 21 zu erkennen, welcher in der Darstellung der 3 an der Ventilaufnahme 20 oben angebaut ist. die integrierte Baueinheit 18 weist dabei durch die Ventilaufnahme 20 und die Entleerventileinrichtung 12 eine gegenüber den herkömmlichen Aufbauten eines Wärmetauschers 5 erhöhte Masse auf, was sich hinsichtlich der Wärmespeicherung und der damit einhergehenden möglichst gleichmäßigen Abgabe von Wärme an das entspannte Gas B als Vorteil herausgestellt hat.We already mentioned is a three-dimensional structure, as it may for example be realized in practice, in the representation of 3 to recognize. It is in the lower part of the heat exchanger 5 shown with its cooling water connections 19 , It is also located on the heat exchanger 5 For example, with this soldered, one with 20 designated valve seat, which on the one hand, the supply line 14 and the derivative 15 for the gas B and on the other hand integrated, and therefore in the representation of 3 not to explicitly recognize the actual emptying valve device 12 , for example, with the in the representation of 2 schematically indicated construction. Of this structure is only an emptying connection 21 to recognize which in the representation of the 3 at the valve seat 20 is grown above. the integrated unit 18 points through the valve holder 20 and the emptying valve device 12 one over the conventional structures of a heat exchanger 5 increased mass, which has been found in terms of heat storage and the concomitant even possible release of heat to the expanded gas B as an advantage.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010011556 A1 [0002]
DE 102014207142 A1 [0003]
DE 102014014411 A1 [0003]

Claims

Device for providing heated expanded gas (B) for a drive unit ( 2 ) with a compressed gas storage ( 3 ), with a pressure reducer ( 4 ), with a heat exchanger ( 5 ) in the flow direction of the expanded gas after the pressure reducer ( 4 ), and one with the heat exchanger ( 5 ) associated heat source, characterized in that an emptying valve device ( 12 ) for the compressed gas storage ( 3 ), wherein the emptying valve device ( 12 ) with the heat exchanger ( 5 ) to a structural unit ( 18 ) is integrated.

Device according to claim 1, characterized in that a valve receptacle ( 20 ) of the emptying valve device ( 12 ) together with a supply port ( 14 ) and a discharge port ( 15 ) for the gas (B) with the heat exchanger ( 5 ) is integrated.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the valve receptacle ( 20 ) with the heat exchanger ( 5 ) is soldered.

Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the heat source is formed by a heat transfer medium.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the heat transfer medium, the cooling medium in a cooling circuit ( 6 ) of the drive unit ( 2 ).

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the emptying valve device ( 12 ) at least two individual valves ( 13 . 17 ), including at least one 3-way valve ( 13 ) via which an emptying channel ( 16 ) with the supply port ( 14 ) or discharge port ( 15 ) for the gas (B) to the heat exchanger ( 5 ), and with at least one shut-off valve ( 17 ) in the discharge channel ( 16 ).

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the drive unit ( 2 ) is designed as a fuel cell.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the gas (B) is hydrogen, which in the compressed gas storage ( 3 ) is stored at a nominal pressure of 70 MPa.

Use of the device according to one of claims 1 to 8, for supplying gas to a drive unit ( 2 ) in a vehicle ( 1 ).