DE202020005927U1 - Energiebereitstellungssystem, Fahrzeug und Betankungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Energiebereitstellungssystem, umfassend eine Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (14; 104), welche ein Energieträgermedium mit einem Bereitstellungsdruck bereitstellt, eine Energiebereitstellungseinrichtung (16; 140), welche durch Verwendung des Energieträgermediums elektrische Energie zur Nutzung bereitstellt, eine Druckminderungseinrichtung (36; 114) zur Verringerung des Bereitstellungsdrucks des Energieträgermediums auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung (16; 140), und eine der Druckminderungseinrichtung (36; 114) zugeordnete Expansionseinrichtung (38; 116), welche eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durchführt und bei der Expansion frei werdende Energie zur Nutzung bereitstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Energiebereitstellungssystem.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug und/oder Wasserfahrzeug.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Betankungsvorrichtung für Energieträgermedium, welches insbesondere Wasserstoff ist.
  • Die DE 10 2016 220 345 A1 offenbart ein Druckbehältersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff, und mindestens einen Druckminderer, der mit dem Druckbehälter fluidverbunden ist, wobei der mindestens eine Druckminderer eine Leckagefreie Fluidkraftmaschine ist.
  • Die DE 102 37 164 A1 offenbart eine Brennstoffzellenanlage mit einer Brennstoffzelleneinheit, einem Brennstoffdruckspeicher zur Speicherung eines mit Speicherdruck beaufschlagten Brennstoffes und einer Druckmindereinheit zur Verminderung des Speicherdrucks auf einen Betriebsdruck. Die Druckmindereinheit ist als Kühlvorrichtung zur Kühlung wenigstens eines Kühlelements ausgebildet.
  • Die DE 10 2016 212 250 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff, mindestens einen Brennstoffverbraucher, und mindestens einen Verdichter, der stromab von dem mindestens einen Druckbehälter und stromauf von dem mindestens einen Brennstoffverbraucher angeordnet ist. Der Verdichter ist dazu ausgebildet, den Brennstoff aus dem Druckbehälter zum Brennstoffverbraucher zu fördern.
  • Aus der DE 10 2012 010 909 A1 ist eine Vorrichtung zur thermomechanischen Energieumwandlung bekannt.
  • Aus der DE 103 23 534 A1 ist ein Druckgasantrieb für einen Expansionsmotor bekannt.
  • Aus der DE 34 11 987 A1 sind eine Verbrennungskraftmaschine, ein Druckgasmotor und ein Kompressor in Form eines Kolbenmotors bekannt.
  • Aus der DE 34 03 132 A1 ist ein Drehkolbenmotor bekannt, welcher mit von außen zugeführtem Druckgas oder durch Treibstoffverbrennung angetrieben werden kann.
  • Aus der AT 35 304 B ist ein Gasturbinenmotor, insbesondere wasserstoffbetriebener Gasturbinenmotor, bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energiebereitstellungssystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches bei einer Anwendung, an welcher das Energiebereitstellungssystem eingesetzt wird, einen erhöhten Wirkungsgrad bewirkt.
  • Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Energiebereitstellungssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung vorgesehen ist, welche ein Energieträgermedium mit einem Bereitstellungsdruck bereitstellt, dass eine Energiebereitstellungseinrichtung vorgesehen ist, welche durch Verwendung des Energieträgermediums elektrische Energie zur Nutzung bereitstellt, dass eine Druckminderungseinrichtung zur Verringerung des Bereitstellungsdrucks des Energieträgermediums auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung vorgesehen ist, und dass eine der Druckminderungseinrichtung zugeordnete Expansionseinrichtung vorgesehen ist, welche eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durchführt und bei der Expansion frei werdende Energie zur Nutzung bereitstellt.
  • Mittels der Expansionseinrichtung lässt sich bei der Expansion des Energieträgermediums zu dessen Druckminderung frei werdende Energie nutzen. Bei dem Energieträgermedium handelt es sich beispielsweise um ein gasförmiges Medium, insbesondere um einen gasförmigen Kraftstoff, wie zum Beispiel gasförmiger Wasserstoff. Insbesondere lässt sich mittels der Expansionseinrichtung potentielle Energie nutzen, welche in einem komprimierten Gas gespeichert ist und bei der Expansion des Gases frei wird.
  • Die mittels der Expansionseinrichtung bereitgestellte Energie lässt sich beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeugs oder einer Maschine nutzen. Beispielsweise lässt sich die bereitgestellte Energie durch Umwandlung in elektrische Energie zur Versorgung einer Elektroantriebseinrichtung nutzen.
  • Der Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung liegt unterhalb des Bereitstellungsdrucks, mit welchem das Energieträgermedium von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung bereitgestellt wird.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Energieträgermedium ein Treibstoff und/oder ein Kraftstoff ist, und insbesondere dass die Energiebereitstellungseinrichtung durch Verbrennung des Treibstoffs und/oder des Kraftstoffs Energie zur Nutzung bereitstellt.
  • Unter einer Verbrennung ist insbesondere eine Verbrennungsreaktion im chemischen Sinne zu verstehen. Insbesondere ist unter einer Verbrennung auch eine kalte Verbrennung zu verstehen, wie sie beispielsweise im Fall einer Brennstoffzelle erfolgt.
  • Insbesondere wird die in dem Energieträgermedium enthaltene Energie mittels der Energiebereitstellungseinrichtung durch einen Energieumwandlungsprozess genutzt und/oder bereitgestellt. Der Energieumwandlungsprozess ist oder umfasst insbesondere eine chemische Reaktion, wie beispielsweise eine Redoxreaktion.
  • Beispielsweise wird in dem Energieträgermedium enthaltene Energie mittels der Energiebereitstellungseinrichtung umgewandelt und insbesondere in Bewegungsenergie und/oder elektrische Energie und/oder mechanische Energie und/oder thermische Energie umgewandelt.
  • Das Energieträgermedium ist insbesondere ein Stoff, dessen Energiegehalt mittels der Energiebereitstellungseinrichtung nutzbar und/oder bereitstellbar ist.
  • Beispielsweise ist oder umfasst das Energieträgermedium Wasserstoff und/oder Erdgas und/oder Methan und/oder Methanol.
  • Es ist grundsätzlich auch möglich, dass das Energieträgermedium Druckluft ist oder umfasst.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Bereitstellungsdruck und dem Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich mindestens 200 bar und insbesondere mindestens 650 bar und insbesondere mindestens 800 bar und insbesondere mindestens 1000 bar beträgt. Insbesondere sind der Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich und/oder die Druckdifferenz abhängig von der Art und/oder Beschaffenheit der Energiebereitstellungseinrichtung. Beispielsweise sind der Bereitstellungsdruck und/oder die Druckdifferenz von einer in einer Speichereinrichtung gespeicherten Menge des Energieträgermediums abhängig.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Bereitstellungsdruck und dem Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich höchstens 1050 bar und insbesondere höchstens 900 bar und insbesondere höchstens 750 bar beträgt.
  • Beispielsweise beträgt eine Druckdifferenz zwischen dem Bereitstellungsdruck und dem Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich ca. 1035 bar oder ca. 850 bar oder ca. 700 bar oder ca. 697 bar.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mittels der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung ein flüssiges und/oder gasförmiges Energieträgermedium bereitgestellt wird. Beispielsweise wird flüssiger und/oder gasförmiger Kraftstoff, wie beispielsweise Wasserstoff, bereitgestellt.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung mindestens 1 bar und insbesondere mindestens 2 bar und/oder höchstens 4 bar und insbesondere höchstens 3 bar beträgt.
  • Beispielsweise beträgt der Arbeitsdruck der Energiebereitstellungseinrichtung ca. 3 bar.
  • Insbesondere wird das Energieträgermedium bei der Verringerung des Bereitstellungsdrucks in der Druckminderungseinrichtung chemisch nicht verändert und/oder in der Druckminderungseinrichtung nicht oxidiert und/oder reduziert. Insbesondere entspricht in die Druckminderungseinrichtung eingekoppeltes Energieträgermedium chemisch aus der Druckminderungseinrichtung ausgekoppeltem Energieträgermedium.
  • Insbesondere wird der Druckminderungseinrichtung unverbrannter Kraftstoff zugeführt und/oder die Druckminderungseinrichtung stellt unverbrannten Kraftstoff an die Energiebereitstellungseinrichtung bereit.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Druckminderungseinrichtung an einer Verbindungseinrichtung zur Herstellung einer fluidwirksamen Verbindung zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung und der Energiebereitstellungseinrichtung angeordnet ist und/oder einer Verbindungseinrichtung zur Herstellung einer fluidwirksamen Verbindung zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung und der Energiebereitstellungseinrichtung zugeordnet ist. Es lässt sich dadurch die Druckminderungseinrichtung auf technisch einfache Weise in das Energiebereitstellungssystem integrieren.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Druckminderungseinrichtung in die Verbindungseinrichtung integriert ist. Es lässt sich dadurch das Energiebereitstellungssystem kompakt ausführen.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Druckminderungseinrichtung und/oder die Verbindungseinrichtung bezogen auf eine Strömungsrichtung des Energieträgermediums zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung und der Energiebereitstellungseinrichtung angeordnet sind.
  • Unter der Strömungsrichtung des Energieträgermediums ist insbesondere eine Haupt-Strömungsrichtung und/oder Haupt-Flussrichtung des Energieträgermediums von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung zu der Energiebereitstellungseinrichtung zu verstehen.
  • Die Druckminderungseinrichtung ist beispielsweise an mindestens einem Leitungselement der Verbindungseinrichtung angeordnet, mittels welchem eine fluidwirksame Verbindung zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung und der Energiebereitstellungseinrichtung hergestellt ist oder herstellbar ist.
  • Durch das mindestens eine Leitungselement ist insbesondere Energieträgermedium und/oder Fluid durchleitbar. Das mindestens eine Leitungselement ist oder umfasst beispielsweise ein Rohrelement zur Durchleitung von Energieträgermedium und/oder Fluid.
  • Die Verbindungseinrichtung umfasst beispielsweise ein oder mehrere Leitungselemente und/oder Rohrelemente, durch welche das Energieträgermedium durchleitbar ist und/oder welche von dem Energieträgermedium durchströmbar sind.
  • Günstig kann es sein, wenn die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung eine Speichereinrichtung für das Energieträgermedium ist oder umfasst, und insbesondere wenn die Speichereinrichtung ein Tank und/oder Druckgastank und/oder ein Wasserstofftank ist und/oder ein Erdgastank und/oder ein Methantank und/oder ein Methanoltank ist. Es lässt sich dadurch das Energiebereitstellungssystem insbesondere mobil einsetzen und/oder in ein Fahrzeug integrieren. Beispielsweise ist die Speichereinrichtung ein Metallhydridspeicher.
  • Insbesondere ist mittels der Speichereinrichtung Energieträgermedium speicherbar und/oder lagerbar und/oder transportierbar.
  • Beispielsweise ist in der Speichereinrichtung Energieträgermedium mit einem Druck von mindestens 150 bar und insbesondere mindestens 200 bar und insbesondere mindestens 650 bar und insbesondere mindestens 800 bar und insbesondere mindestens 1000 bar speicherbar. Beispielsweise ist in der Speichereinrichtung Energieträgermedium mit einem Druck von ca. 200 bar und/oder ca. 700 bar und/oder ca. 850 bar und/oder ca. 1035 bar speicherbar. Beispielsweise ist in der Speichereinrichtung Erdgas mit einem Druck von ca. 200 bar und/oder Wasserstoffgas mit einem Druck von ca. 700 bar und/oder ca. 850 bar und/oder ca. 1035 bar speicherbar.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, dass in der Speichereinrichtung Energieträgermedium mit einem Druck von mehr als 1035 bar speicherbar ist.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn der Bereitstellungsdruck mindestens 150 bar und insbesondere mindestens 650 bar und insbesondere mindestens 800 bar und insbesondere mindestens 1000 bar beträgt und/oder wenn der Bereitstellungsdruck höchstens 1050 bar und insbesondere höchstens 900 bar und insbesondere höchstens 750 bar beträgt. Beispielsweise beträgt der Bereitstellungsdruck ca. 700 bar oder ca. 850 bar oder ca. 1035 bar. In dem Energieträgermedium und/oder dem Gas ist bei diesen Bereitstellungsdrücken besonders viel Energie und insbesondere potentielle Energie gespeichert, welche bei der Verringerung des Drucks und/oder bei der Expansion zur Nutzung bereitgestellt werden kann. Weiterhin lässt sich dadurch der Energieträgermedium mit einer möglichst hohen Dichte in einem Tank speichern.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung ein Anschluss ist oder einen Anschluss umfasst, mittels welchem Energieträgermedium bereitstellbar ist oder bereitgestellt wird. Der Anschluss ist beispielsweise ein stationärer Gebäudeanschluss und/oder ein Anschluss, welcher einer Speichereinrichtung für Energieträgermedium zugeordnet ist.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Energiebereitstellungseinrichtung eine Brennstoffzelle ist oder umfasst, und insbesondere wenn die Brennstoffzelle eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle ist. Es lässt sich dadurch Wasserstoff als Energieträgermedium für das Energiebereitstellungssystem nutzen. Es lässt sich dadurch Energie mittels des Energiebereitstellungssystems mit einem hohen Wirkungsgrad bereitstellen.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine andere Ausführungsform einer Brennstoffzelle verwendet wird. Beispielsweise kann als Brennstoffzelle auch eine Erdgas-Sauerstoff-Brennstoffzelle verwendet werden.
  • Beispielsweise ist die Brennstoffzelle eine alkalische Brennstoffzelle und/oder eine kohlenstoffbasierte Brennstoffzelle und/oder eine Festoxidbrennstoffzelle und/oder eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle. Beispielsweise verwendet die Brennstoffzelle CO2 und/oder CO und/oder H2O als Oxidationsmittel.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Energiebereitstellungseinrichtung ein Verbrennungsmotor ist oder einen Verbrennungsmotor umfasst. Der Verbrennungsmotor ist beispielsweise mit Wasserstoff als Kraftstoff betreibbar oder wird mit Wasserstoff als Kraftstoff betrieben.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Energiebereitstellungssystem eine Antriebseinrichtung, insbesondere Elektroantriebseinrichtung, wobei die Energiebereitstellungseinrichtung und/oder die Expansionseinrichtung Energie, insbesondere elektrische Energie und/oder mechanische Energie, für die Antriebseinrichtung bereitstellen. Insbesondere wird die bereitgestellte elektrische Energie und/oder mechanische Energie in die Antriebseinrichtung eingekoppelt. Insbesondere lässt sich dadurch die von der Energiebereitstellungseinrichtung und/oder von der Expansionseinrichtung bereitgestellte Energie mit einem hohen Wirkungsgrad in Bewegungsenergie, beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeugs, umwandeln.
  • Die Antriebseinrichtung ist insbesondere elektrisch wirksam und/oder mechanisch wirksam mit der Energiebereitstellungseinrichtung und/oder mit der Expansionseinrichtung und/oder mit einer elektrischen Generatoreinrichtung der Druckminderungseinrichtung verbunden.
  • Die Antriebseinrichtung ist oder umfasst insbesondere eine Elektroantriebseinrichtung.
  • Insbesondere umfasst die Elektroantriebseinrichtung ein oder mehrere Elektromotoren, welche beispielsweise mit Gleich-oder Wechselstrom betreibbar sind. Die Elektromotoren sind mit der Energiebereitstellungseinrichtung elektrisch wirksam verbunden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung eine Getriebeeinrichtung zur Einkopplung und/oder Auskopplung von mechanischer Energie zu/von der Antriebseinrichtung aufweist. Die Getriebeeinrichtung umfasst beispielsweise ein oder mehrere Planetengetriebe.
  • Beispielsweise ist die Getriebeeinrichtung mechanisch mit der Energiebereitstellungseinrichtung und/oder mit der Expansionseinrichtung und/oder mit einer Elektroantriebseinrichtung der Antriebseinrichtung verbunden. Diese Elektroantriebseinrichtung wird beispielsweise mittels der Expansionseinrichtung und/oder mittels einer elektrischen Generatoreinrichtung der Druckminderungseinrichtung mit Energie versorgt.
  • Die Energiebereitstellungseinrichtung stellt elektrische Energie bereit. Insbesondere ist die Energiebereitstellungseinrichtung mit einer Elektroantriebseinrichtung des Energiebereitstellungssystems und/oder mit einer elektrischen Batterieeinrichtung des Energiebereitstellungssystems elektrisch wirksam verbunden. Mittels der Elektroantriebseinrichtung lässt sich die bereitgestellte elektrische Energie mit einem hohen Wirkungsgrad in Bewegungsenergie und/oder Rotationsenergie umwandeln. Mittels der elektrischen Batterieeinrichtung lässt sich die elektrische Energie puffern und/oder speichern.
  • Zusätzlich ist es auch möglich, dass die Energiebereitstellungseinrichtung mechanische Energie und insbesondere Bewegungsenergie und/oder Rotationsenergie bereitstellt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Energiebereitstellungseinrichtung als Verbrennungsmotor ausgeführt ist.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn das Energiebereitstellungssystem eine elektrische Batterieeinrichtung umfasst, wobei die elektrische Batterieeinrichtung mit der Energiebereitstellungseinrichtung und/oder mit einer Antriebseinrichtung des Energiebereitstellungssystems und/oder mit einer der Druckminderungseinrichtung zugeordneten elektrischen Generatoreinrichtung elektrisch wirksam verbunden ist. Mittels der elektrischen Batterieeinrichtung lässt sich elektrische Energie puffern und/oder speichern. Beispielsweise lässt sich mittels der elektrischen Batterieeinrichtung überschüssige Energie puffern und/oder speichern, welche insbesondere von der elektrischen Generatoreinrichtung und/oder von der Energiebereitstellungseinrichtung bereitgestellt wird. Die gepufferte und/oder gespeicherte Energie lässt sich dann beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt zur Versorgung der Elektroantriebseinrichtung verwenden.
  • Beispielsweise ist die elektrische Batterieeinrichtung direkt mit der Elektroantriebseinrichtung verbunden. Unter der direkten Verbindung ist insbesondere zu verstehen, dass die Batterieeinrichtung nicht oder nicht ausschließlich über die Energiebereitstellungseinrichtung mit der Elektroantriebseinrichtung verbunden ist.
  • Günstig kann es sein, wenn die Expansionseinrichtung mindestens ein Expansionselement aufweist, wobei das mindestens eine Expansionselement eine Gasexpansionsturbine und/oder ein Gasexpansionsmotor und/oder ein Druckgas-Kolbenmotor und/oder ein Lamellenmotor ist oder umfasst. Mittels des mindestens einen Expansionselements lässt sich Energieträgermedium und/oder Gas zur Druckminderung expandieren und die bei der Expansion frei werdende Energie beispielsweise in mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie umwandeln.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Expansionselement ein Membranelement und/oder ein piezoelektrisches Element ist oder umfasst. Membran- oder piezoelektrische Elemente arbeiten funktionsbedingt ölfrei. Es lässt sich dadurch die Expansionseinrichtung insbesondere ölfrei betreiben.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine Expansionselement einen Eingang aufweist, über welchen Energieträgermedium und/oder Gas mit einem Eingangsdruck in das mindestens eine Expansionselement einkoppelbar ist, und einen Ausgang, über welchen Energieträgermedium und/oder Gas aus dem mindestens einen Expansionselement mit einem Ausgangsdruck auskoppelbar ist, wobei der Ausgangsdruck geringer als der Eingangsdruck ist.
  • Eine Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck ist von der Art und/oder Beschaffenheit des mindestens einen Expansionselements abhängig. Bei Lamellenmotoren und/oder Druckgas-Kolbenmotoren beträgt ein Eingangsdruck beispielsweise mindestens 6 bar und/oder höchstens 15 bar. Eine Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck beträgt bei Lamellenmotoren und/oder Druckgas-Kolbenmotoren beispielsweise mindestens 1 bar und/oder höchstens 15 bar.
  • Zur Auskopplung der bei der Expansion des Energieträgermediums und/oder des Gases frei werdenden Energie weist das mindestens eine Expansionselement beispielsweise mindestens ein mechanisches Wellenelement auf. Das mindestens eine mechanische Wellenelement ist insbesondere bewegbar und/oder drehbar. Es lässt sich dadurch die bei der Expansion frei werdende Energie beispielsweise als mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie auskoppeln.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Expansionseinrichtung und/oder mindestens ein Expansionselement der Expansionseinrichtung ölfrei arbeiten. Es lässt sich dadurch eine Verunreinigung des Energieträgermediums bei der Expansion vermeiden. Durch eine Verunreinigung des Energieträgermediums, insbesondere Wasserstoffs, kann es beispielsweise zu einer Beschädigung der Energiebereitstellungseinrichtung, insbesondere Brennstoffzelle, kommen.
  • Günstig kann es sein, wenn die bei der Expansion des Energieträgermediums frei werdende Energie mittels der Expansionseinrichtung in mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie umgewandelt wird, und insbesondere wenn die Expansionseinrichtung mittels mindestens eines mechanischen Wellenelements mit einer elektrischen Generatoreinrichtung der Druckminderungseinrichtung verbunden ist. Es lässt sich dadurch die bei der Expansion des Energieträgermediums frei werdende Energie auf technisch einfache Weise aus der Expansionseinrichtung auskoppeln und insbesondere in elektrische Energie umwandeln, welche beispielsweise von einem Elektroantriebssystem genutzt werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die bei der Expansion des Energieträgermediums frei werdende Energie mittels der Expansionseinrichtung, beispielsweise mittels eines piezoelektrischen Elements, in elektrische Energie und insbesondere direkt in elektrische Energie umgewandelt wird.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mindestens ein Expansionselement der Expansionseinrichtung mindestens ein mechanisches Wellenelement aufweist. Beispielsweise ist das mindestens eine mechanische Wellenelement mittels eines Kolbenelements und/oder eines Rotorelements und/oder eines Schaufelradelements des mindestens einen Expansionselements antreibbar.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Druckminderungseinrichtung eine elektrische Generatoreinrichtung aufweist, welche bei der Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung frei werdende Energie in elektrische Energie umwandelt. Beispielsweise ist die elektrische Generatoreinrichtung mit einer Elektroantriebseinrichtung und/oder mit einer elektrischen Batterieeinrichtung des Energiebereitstellungssystems verbunden. Es lässt sich dadurch die bei der Expansion und/oder der Druckminderung des Energieträgermediums frei werdende Energie zur Nutzung durch die Elektroantriebseinrichtung bereitstellen.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mittels der elektrischen Generatoreinrichtung mechanische Energie oder Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelbar ist oder umgewandelt wird, wobei die mechanische Energie oder Bewegungsenergie von der Expansionseinrichtung und/oder von mindestens einem Expansionselement der Expansionseinrichtung bereitgestellt wird.
  • Günstig kann es sein, wenn die Expansionseinrichtung eine Mehrzahl von Expansionselementen aufweist, wobei die Expansionselemente bezogen auf eine Strömungsrichtung des Energieträgermediums jeweils hintereinander angeordnet sind. Insbesondere ist dadurch eine stufenweise Verringerung des Bereitstellungsdrucks des Energieträgermediums durchführbar oder wird durchgeführt. Es lässt sich dadurch beispielsweise ein Temperaturabfall und/oder ein Temperaturgefälle an einem jeweiligen Expansionselement reduzieren.
  • Es kann dann vorgesehen sein, dass die Expansionselemente jeweils mindestens ein mechanisches Wellenelement aufweisen, wobei die jeweiligen mechanischen Wellenelemente voneinander verschiedener Expansionselemente mit einer Getriebeeinrichtung verbunden sind. Insbesondere ist die Getriebeeinrichtung dann, beispielsweise mittels eines weiteren mechanischen Wellenelements, mit einer elektrischen Generatoreinrichtung der Druckminderungseinrichtung verbunden. Beispielsweise umfasst die Getriebeeinrichtung ein oder mehrere Planetengetriebe. Mittels der Getriebeeinrichtung lassen sich unterschiedliche Drehzahlen und/oder Drehmomente voneinander verschiedener mechanischer Wellenelemente auf ein weiteres mechanisches Wellenelement übersetzen.
  • Günstig kann es sein, wenn voneinander verschiedene Expansionselemente vorgesehen sind, mittels welchen jeweils eine Verringerung eines Drucks in voneinander verschiedenen Druckbereichen durchführbar ist oder durchgeführt wird. Es lässt sich dadurch eine stufenweise Verringerung des Bereitstellungsdrucks realisieren.
  • Insbesondere sind mehrere voneinander verschiedene Expansionselemente der Expansionseinrichtung jeweils unterschiedlich ausgebildet und insbesondere jeweils für unterschiedliche Druckbereiche ausgebildet. Unter unterschiedlichen Druckbereichen sind beispielsweise unterschiedliche Eingangs-, und/oder Ausgangsdrücke und/oder unterschiedliche Druckdifferenzen zwischen Eingangs-, und Ausgangsdruck an dem jeweiligen Expansionselement zu verstehen.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass mehrere voneinander verschiedene Expansionselemente der Expansionseinrichtung jeweils gleichartig ausgebildet sind und insbesondere jeweils für gleiche Druckbereiche ausgebildet sind.
  • Beispielsweise weist die Expansionseinrichtung Expansionselemente in drei unterschiedlichen Ausführungsformen auf. Diese Expansionselemente sind jeweils für unterschiedliche Druckbereiche, wie z.B. Hochdruck, Mitteldruck oder Niederdruck, ausgelegt.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Expansionseinrichtung mindestens ein Hochdruckexpansionselement und/oder mindestens ein Mitteldruckexpansionselement und/oder mindestens ein Niederdruckexpansionselement aufweist. Es lässt sich dadurch eine stufenweise Verringerung des Bereitstellungsdrucks des Energieträgermediums durchführen.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Expansionseinrichtung eine Mehrzahl von Expansionselementen aufweist, wobei die Expansionselemente bezogen auf eine Strömungsrichtung des Energieträgermediums jeweils parallel zueinander angeordnet sind. Es lässt sich dadurch der Bereitstellungsdruck des Energieträgermediums auf mehrere Zweige mit voneinander verschiedenen Expansionselementen aufteilen, wodurch ein Eingangsdruck an einem jeweiligen Expansionselement verringert wird. Es lässt sich dadurch beispielsweise die Druck- und/oder Temperaturbelastung an einem jeweiligen Expansionselement reduzieren.
  • Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Expansionseinrichtung eine Kombination aus parallel und hintereinander angeordneten Expansionselementen aufweist.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Druckminderungseinrichtung mindestens ein Umgehungselement zur Umgehung der Expansionseinrichtung und/oder zur Umgehung mindestens eines Expansionselements der Expansionseinrichtung aufweist. Das mindestens eine Umgehungselement ist beispielsweise als Bypass ausgebildet. Mittels des mindestens einen Umgehungselements lässt sich die Expansionseinrichtung und/oder das mindestens eine Expansionselement im Störungsfall und/oder Fehlerfall umgehen und/oder überbrücken. Es lässt sich dadurch beispielsweise ein Großteil des Energieträgermediums an dem mindestens einen Expansionselement vorbeileiten. Dadurch kann beispielsweise ein Expansionselement, welches für einen geringeren Durchfluss und/oder geringeren Eingangsdruck von Energieträgermedium ausgelegt ist, verwendet werden und/oder es kann ein für ein bestimmtes Expansionselement geeigneter Eingangsdruck bereitgestellt werden. Dadurch können beispielsweise bei Bedarf Expansionselemente mit geringeren räumlichen Abmessungen verwendet werden, wodurch sich das Energiebereitstellungssystem bei Bedarf kompakt und platzsparend ausführen lässt.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass jedem Expansionselement der Expansionseinrichtung ein Umgehungselement zugeordnet ist. Es sind dadurch ein oder mehrere oder alle Expansionselemente der Expansionseinrichtung umgehbar und/oder überbrückbar.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Energiebereitstellungssystem eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung aufweist, mittels welcher eine Umgehung der jeweiligen Expansionselemente steuerbar und/oder regelbar ist. Es lassen sich dadurch die Druckminderungseinrichtung und/oder die Expansionseinrichtung beispielsweise für unterschiedliche Bereitstellungsdrücke des Energieträgermediums und/oder für unterschiedliche Arbeitsdrücke oder Arbeitsdruckbereiche der Energiebereitstellungseinrichtung konfigurieren.
  • Günstig kann es sein, wenn die Druckminderungseinrichtung mindestens ein Vordruckminderungselement aufweist, welches bezogen auf eine Strömungsrichtung des Energieträgermediums der Expansionseinrichtung und/oder mindestens einem Expansionselement der Expansionseinrichtung vorgeschaltet ist. Mittels des Vordruckminderungselements lässt sich ein geeigneter Eingangsdruck für die Expansionseinrichtung und/oder für das mindestens eine Expansionselement bereitstellen. Beispielsweise wird mittels des mindestens einen Vordruckminderungselements der Bereitstellungsdruck des Energieträgermediums auf einen Eingangsdruck der Expansionseinrichtung und/oder des mindestens einen Expansionselements reduziert. Weiterhin lässt sich mittels des mindestens einen Vordruckminderungselements insbesondere eine Vergleichmäßigung des Eingangsdrucks an der Expansionseinrichtung und/oder an dem mindestens einen Expansionselement durchführen. Mittels des mindestens einen Vordruckminderungselements lassen sich beispielsweise im Fall einer Parallelschaltung von mehreren Expansionselementen gleiche Eingangsdrücke für die jeweiligen Expansionselemente bereitstellen.
  • Beispielsweise ist das mindestens eine Vordruckminderungselement bezogen auf die Strömungsrichtung des Energieträgermediums zwischen einem Ausgang der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung und der Expansionseinrichtung angeordnet.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mehreren Expansionselementen oder jedem Expansionselement der Expansionseinrichtung ein Vordruckminderungselement zugeordnet ist und/oder vorgeschaltet ist. Es lässt sich dadurch für die jeweiligen Expansionselemente ein geeigneter Eingangsdruck bereitstellen.
  • Beispielsweise sind dann ein oder mehrere Vordruckminderungselemente bezogen auf die Strömungsrichtung des Energieträgermediums jeweils zwischen einem Ausgang eines Expansionselements und einem Eingang eines dem Expansionselement nachgeschalteten weiteren Expansionselements angeordnet.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass, bezogen auf die Strömungsrichtung des Energieträgermediums, mindestens ein Umgehungselement zur Umgehung der Expansionseinrichtung zwischen dem mindestens einen Vordruckminderungselement und einem Eingang der Energiebereitstellungseinrichtung für Energieträgermedium angeordnet ist. Es lässt sich dadurch im Fall einer Überbrückung der Expansionseinrichtung und/oder des mindestens einen Expansionselements beispielsweise eine direkte Verbindung zwischen einem Ausgang des Vordruckminderungselements und dem Eingang der Energiebereitstellungseinrichtung herstellen.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn die Druckminderungseinrichtung mindestens ein Hinterdruckminderungselement aufweist, welches bezogen auf eine Strömungsrichtung des Energieträgermediums der Expansionseinrichtung und/oder mindestens einem Expansionselement der Expansionseinrichtung nachgeschaltet ist. Mittels des Hinterdruckminderungselements lässt sich ein geeigneter Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich für die Energiebereitstellungseinrichtung bereitstellen. Es lässt sich dadurch weiterhin insbesondere eine Vergleichmäßigung eines Drucks des an die Energiebereitstellungseinrichtung bereitgestellten Energieträgermediums durchführen.
  • Beispielsweise ist das mindestens eine Hinterdruckminderungselement bezogen auf die Strömungsrichtung des Energieträgermediums zwischen der Expansionseinrichtung und der Energiebereitstellungseinrichtung angeordnet. Beispielsweise ist das mindestens eine Hinterdruckminderungselement zwischen einem bezogen auf die Strömungsrichtung des Energieträgermediums letzten Expansionselement der Expansionseinrichtung und der Energiebereitstellungseinrichtung angeordnet.
  • Insbesondere wird das mindestens eine Hinterdruckminderungselement in Kombination mit einem Druckgas-Kolbenmotor als Expansionselement der Expansionseinrichtung eingesetzt.
  • Das Vordruckminderungselement und/oder das Hinterdruckminderungselement arbeiten beispielsweise nach dem Prinzip eines Druckminderers und/oder eines Druckminderungsventils oder umfassen einen Druckminderer und/oder ein Druckminderungsventil.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass jedem Expansionselement der Expansionseinrichtung ein Hinterdruckminderungselement zugeordnet ist und/oder nachgeschaltet ist.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine Hinterdruckminderungselement mittels mindestens eines Umgehungselements der Druckminderungseinrichtung zur Umgehung der Expansionseinrichtung und/oder mindestens eines Expansionselements der Expansionseinrichtung umgehbar ist.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Energiebereitstellungssystem explosionsgeschützt ausgeführt ist und/oder eine Explosionsschutzeinrichtung aufweist. Beispielsweise sind alle fluidführenden und/oder gasführenden Komponenten des Energiebereitstellungssystems explosionsgeschützt ausgeführt. Es lässt sich dadurch das Energiebereitstellungssystem mit entzündlichen Energieträgermedien, wie beispielsweise Wasserstoff, verwenden.
  • Ein erfindungsgemäßes Energiebereitstellungssystem lässt sich vorteilhafterweise in oder bei einem Fahrzeug verwenden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug bereitgestellt, insbesondere Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug und/oder Wasserfahrzeug, welches ein erfindungsgemäßes Energiebereitstellungssystem umfasst.
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist insbesondere ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems auf.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mittels des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems eine Antriebseinrichtung, insbesondere Elektroantriebseinrichtung, des Fahrzeugs mit Energie versorgbar ist. Es lässt sich dadurch das Fahrzeug, mittels des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems antreiben.
  • Beispielsweise ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug, wie z. B. ein Lastkraftwagen, ein Omnibus oder ein Personenkraftwagen.
  • Beispielsweise ist das Fahrzeug ein Straßen- und/oder schienengebundenes Fahrzeug und/oder ein Schienenfahrzeug.
  • Beispielsweise ist das Fahrzeug ein maritimes Fahrzeug und/oder ein Schiff und/oder ein Unterseeboot.
  • Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem zum Antrieb und/oder zur Bereitstellung von Energie für pneumatische Maschinen oder Werkzeuge, beispielsweise in den Bereichen Medizin und Produktion, verwenden. Beispielsweise lässt sich das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem für Druckspeicheranlagen verwenden.
  • Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem für stationäre oder mobile Anwendungen verwenden. Beispielsweise lässt sich das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem zur Bereitstellung von Energie und insbesondere elektrischer Energie für Systeme zur Hausenergieversorgung oder zur Notstromversorgung verwenden.
  • Beispielsweise lässt sich das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem zur Stromversorgung und insbesondere zur Stromversorgung mittels Wasserstoff als Energieträgermedium verwenden.
  • Ein erfindungsgemäßes Energiebereitstellungssystem lässt sich auch auf vorteilhafte Weise bei einer Betankungsvorrichtung für Energieträgermedium einsetzen, wobei das Energieträgermedium insbesondere Wasserstoff (insbesondere gasförmiger Wasserstoff) ist.
  • Es lässt sich insbesondere in einer Anfangsphase des Betankungsvorgangs Druckenergie rückgewinnen, die dann entsprechend genutzt werden kann.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystem eine Betankungsvorrichtung für Energieträgermedium vorgesehen ist, wobei das Energieträgermedium insbesondere Wasserstoff ist, und wobei die Betankungsvorrichtung die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung, die Druckminderungseinrichtung und die Expansionseinrichtung umfasst, und wobei die Energiebereitstellungseinrichtung an einem zu betankenden Objekt angeordnet ist. Es ergibt sich dadurch eine optimierte Energienutzung mit einem optimierten Wirkungsgrad. Das zu betankende Objekt ist beispielsweise ein Fahrzeug, welches mit einer entsprechenden Energiebereitstellungseinrichtung versehen ist.
  • Es ist dann günstig, wenn das zu betankende Objekt eine Tankeinrichtung umfasst, welche über die Betankungsvorrichtung betankbar ist.
  • Es ist ferner günstig, wenn die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung Energieträgermedium auf einem ersten Druckniveau bereitstellt, und in der Tankeinrichtung des Objekts Energieträgermedium auf einem zweiten Druckniveau gespeichert ist, wobei das zweite Druckniveau kleiner ist als das erste Druckniveau. An der Druckminderungseinrichtung/Expansionseinrichtung lässt sich Druckenergie zurückgewinnen, welche beispielsweise dann zur Erzeugung eines nutzbaren elektrischen Stroms verwendet wird.
  • Erfindungsgemäß ist eine Betankungsvorrichtung für Energieträgermedium, welches insbesondere Wasserstoff ist, bereitgestellt, welche eine Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung umfasst, welche eine Druckminderungseinrichtung für das Energieträgermedium umfasst, welche eine Expansionseinrichtung umfasst, die der Druckminderungseinrichtung zugeordnet ist, und die eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durchführt, welche mindestens einen Abgabeanschluss für Energieträgermedium umfasst, wobei die Druckminderungseinrichtung in fluidwirksamer Verbindung mit dem mindestens einen Abgabeanschluss steht, und welche eine elektrische Generatoreinrichtung umfasst, die an die Expansionseinrichtung gekoppelt ist und die nutzbaren elektrischen Strom bereitstellt.
  • Die Betankungsvorrichtung stellt Energieträgermedium auf einem Druckniveau eines Arbeitspunkts bzw. Arbeitspunktbereichs bereit. Dieser Arbeitspunkt bzw. Arbeitspunktbereich ist so gewählt, dass über eine entsprechende Druckdifferenz eine Tankeinrichtung an einem zu betankenden Objekt befüllbar ist. Diese Druckdifferenz muss jedoch nicht in allen Phasen des Betankungsvorgangs gleich groß sein. Am Anfang eines Betankungsvorgangs kann diese Druckdifferenz auch geringer sein.
  • Es lässt sich dann die Druckminderungseinrichtung einsetzen, um den Druck zu mindern, und dabei lässt sich über die Expansionseinrichtung frei werdende Energie bereitstellen, durch die wiederum über die elektrische Generatoreinrichtung ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugbar ist.
  • Dieser nutzbare elektrische Strom kann für die Betankungsvorrichtung und/oder ein zu betankendes Objekt verwendet werden. Beispielsweise lässt sich eine Beleuchtung oder ein Display der Betankungsvorrichtung entsprechend betreiben. Es kann beispielsweise auch ein oder mehrere Elektromotoren der Betankungsvorrichtung entsprechend durch den nutzbaren elektrischen Strom mit elektrischer Energie versorgt werden. Es ist auch alternativ oder zusätzlich möglich, dass ein zu betankendes Objekt entsprechend mit elektrischer Energie versorgt wird und beispielsweise eine wiederaufladbare Batterieeinrichtung des zu betankenden Objekts aufgeladen wird.
  • Wenn dann in einer späteren Phase des Betankungsvorgangs eine höhere Druckdifferenz benötigt wird, kann die Druckminderungseinrichtung/Expansionseinrichtung abgeschaltet werden bzw. umgangen werden, um so einen hohen Befüllungsgrad zu ermöglichen.
  • Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung Energieträgermedium auf einem ersten Druckniveau bereitstellt, und dass Energieträgermedium in einer zu betankenden Tankeinrichtung auf einem zweiten Druckniveau aufgenommen ist, wobei das zweite Druckniveau kleiner ist als das erste Druckniveau. Durch die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckniveau und dem zweiten Druckniveau lässt sich dann entsprechend ein Betankungsvorgang antreiben. Es ist dabei insbesondere das erste Druckniveau im Vergleich zu dem zweiten Druckniveau so gewählt, dass ein hoher Befüllungsgrad für die Tankeinrichtung erreichbar ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung eine Kompressoreinrichtung, welche Energieträgermedium auf dem ersten Druckniveau bereitstellt. Es lässt sich dann durch den Betrieb der Kompressoreinrichtung gezielt das erste Druckniveau erreichen, um eine Befüllung der Tankeinrichtung mit einem hohen Befüllungsgrad zu erreichen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung einen Speicher für Energieträgermedium, welcher der Kompressoreinrichtung Energieträgermedium auf einem dritten Druckniveau bereitstellt, welches kleiner ist als das erste Druckniveau. Dadurch lässt sich bei Bedarf ausgehend von Energieträgermedium auf dem dritten Druckniveau Energieträgermedium auf dem ersten Druckniveau bereitstellen. Energieträgermedium auf dem hohen ersten Druckniveau muss nicht gespeichert bzw. nicht für längere Zeit gespeichert werden.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn (sowohl) die Druckminderungseinrichtung (als auch) und die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung in fluidwirksamer Verbindung mit dem mindestens eine Abgabeanschluss stehen, und wenn eine Bypass-Einrichtung vorgesehen ist, welche fluidwirksam mit der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung und dem mindestens einen Abgabeanschluss verbunden ist, wobei insbesondere die Bypass-Einrichtung parallel zu der Druckminderungseinrichtung angeordnet ist. Über die Bypass-Einrichtung lässt sich die Druckminderungseinrichtung umgehen. Es lässt sich dadurch Energieträgermedium an dem mindestens einen Abgabeanschluss auf einem hohen Druckniveau bereitstellen, wenn erforderlich. Falls dieses Druckniveau nicht erforderlich ist, lässt sich Energieträgermedium der Druckminderungseinrichtung/Expansionseinrichtung zuführen und es lässt sich entsprechend Druckenergie rückgewinnen.
  • Günstig ist es, wenn an der Bypass-Einrichtung ein schaltbares und/oder steuerbares und/oder regelbares Ventil angeordnet ist. Dadurch lässt sich nach Bedarf eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung erreichen und die Bypass-Einrichtung lässt sich sperren bzw. freigeben.
  • Insbesondere ist es günstig, wenn mindestens eines der Folgenden vorgesehen ist:
    • - es ist wahlweise einstellbar, ob Energieträgermedium von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung direkt dem mindestens einen Abgabeanschluss zugeführt ist oder der Druckminderungseinrichtung zugeführt ist;
    • - es ist eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines Zuführungswegs von Energieträgermedium von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung zu dem mindestens einen Abgabeanschluss vorgesehen.
  • Es lässt sich dadurch einstellen, auf welchem Druckniveau Energieträgermedium an dem mindestens einen Abgabeanschluss ansteht. Es kann dann, wenn ein entsprechend hoher Druck benötigt wird, um insbesondere einen hohen Befüllungsgrad zu erreichen, Energieträgermedium auf einem hohen Druckniveau bereitgestellt werden. Wenn dies nicht notwendig ist, lässt sich dann insbesondere durch Durchlaufen der Druckminderungseinrichtung und Expansionseinrichtung Druckenergie rückgewinnen. Dadurch wiederum lässt sich ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugen.
  • Ferner ist es günstig, wenn mindestens eines der Folgenden vorgesehen ist:
    • - es ist mindestens ein elektrischer Anschluss zur Bereitstellung nutzbarer elektrischer Energie vorgesehen, welcher elektrisch wirksam mit der elektrischen Generatoreinrichtung und/oder einer Batterieeinrichtung verbunden ist;
    • - die elektrische Generatoreinrichtung ist mit einer wiederaufladbaren Batterieeinrichtung verbunden;
    • - die elektrische Generatoreinrichtung und/oder eine Batterieeinrichtung ist elektrisch wirksam mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern der Betankungsvorrichtung verbunden;
    • - die elektrische Generatoreinrichtung und/oder eine Batterieeinrichtung ist elektrisch wirksam mit einer Kompressoreinrichtung der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung verbunden.
  • An dem mindestens einen elektrischen Anschluss der Betankungsvorrichtung kann ein Anwender elektrische Energie entnehmen. Es lässt sich dadurch beispielsweise eine Batterieeinrichtung eines Objekts, welches mit Energieträgermedium betankt wird, oder eines anderen Objekts, mit elektrischem Strom aufladen. Während eines Betankungsvorgangs kann dann sowohl eine Energieträgermediumbetankung als auch eine „Strombetankung“ an einer Batterieeinrichtung erfolgen.
  • Wenn die Betankungsvorrichtung eine wiederaufladbare Batterieeinrichtung aufweist, welche mit der elektrischen Generatoreinrichtung elektrisch wirksam verbunden ist, dann lässt sich der entsprechende erzeugte elektrische Strom zur Aufladung der Batterieeinrichtung verwenden. Es lässt sich dort elektrische Energie speichern, welche dann zu einem anderen Zeitpunkt genutzt werden kann. Beispielsweise kann dann über die Batterieeinrichtung ein elektrischer Anschluss der Betankungsvorrichtung entsprechend versorgt werden.
  • Günstig ist es, wenn die elektrische Generatoreinrichtung und/oder eine Batterieeinrichtung elektrisch wirksam mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern der Betankungsvorrichtung verbunden ist. Ein Beispiel für solche elektrische Verbraucher ist beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung der Betankungsvorrichtung oder eine Anzeigeeinrichtung. Ein solcher elektrischer Verbraucher kann beispielsweise auch ein entsprechender Antrieb einer Kompressoreinrichtung sein. Durch Rückgewinnung von Druckenergie lässt sich ein entsprechender elektrischer Strom zur Nutzung durch die Betankungsvorrichtung bereitstellen.
  • Es ist bei dem eingangs genannten Verfahren vorgesehen, dass ein Energieträgermedium mit einem Bereitstellungsdruck mittels einer Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung bereitgestellt wird, durch Verwendung des bereitgestellten Energieträgermediums mittels einer Energiebereitstellungseinrichtung Energie zur Nutzung bereitgestellt wird, und dass der Bereitstellungsdruck des Energieträgermediums mittels einer Druckminderungseinrichtung auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung verringert wird, wobei der Druckminderungseinrichtung eine Expansionseinrichtung zugeordnet ist, mittels welcher eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durchgeführt wird und bei der Expansion frei werdende Energie zur Nutzung bereitgestellt wird.
  • Das Verfahren weist insbesondere ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems und/oder des erfindungsgemäßen Fahrzeugs auf.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Verfahren mittels des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems und/oder des erfindungsgemäßen Fahrzeugs durchführbar ist oder durchgeführt wird.
  • Insbesondere führt das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem und/oder das erfindungsgemäße Fahrzeug das Verfahren aus oder es ist das Verfahren mittels des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems und/oder des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ausführbar.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die bei der Expansion frei werdende Energie in mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie und/oder elektrische Energie und/oder thermische Energie umgewandelt wird. Beispielsweise wird die bei der Expansion frei werdende Energie zunächst in mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie umgewandelt und anschließend in elektrische Energie umgewandelt.
  • Es wird auch ein Verfahren zum Betanken eines Objekts, welches eine Tankeinrichtung umfasst, mit einem Energieträgermedium, welches insbesondere Wasserstoff (gasförmiger Wasserstoff) ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
    • Energieträgermedium wird auf einem ersten Druckniveau bereitgestellt und
    • Energieträgermedium ist in der Tankeinrichtung des Objekts auf einem zweiten Druckniveau aufgenommen, wobei das zweite Druckniveau kleiner ist als das erste Druckniveau;
    • Energieträgermedium auf dem ersten Druckniveau wird mindestens zeitweise einer Druckminderungseinrichtung zugeführt, welche Energieträgermedium auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich bringt, welcher zwischen dem ersten Druckniveau und dem zweiten Druckniveau liegt;
    • an der Druckminderungseinrichtung wird eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durchgeführt und mittels bei der Expansion frei werdender Energie wird ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugt.
  • Das Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Betankungsvorrichtung erläuterten Vorteile auf.
  • Wenn der Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich kleiner als das erste Druckniveau ist und dabei ausreichend ist, um eine Betankung der Tankeinrichtung durchzuführen, dann lässt sich bei einem Betankungsvorgang über die Druckminderungseinrichtung mit der Expansion des Energieträgermediums Druckenergie nutzen und insbesondere „zurückgewinnen“. Dadurch wiederum lässt sich ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugen, welcher durch die entsprechende Betankungsvorrichtung und/oder durch das zu betankende Objekt nutzbar ist.
  • Grundsätzlich ist anzumerken, dass sich Druckenergie nicht auf direktem Wege zurückgewinnen lässt. Es wird die Druckenergie des Energieträgermediums genutzt, um Energie im weiteren Sinne zurückzugewinnen. Die nutzbare Energieform ist an der Expansionseinrichtung aus der Gasexpansion als kinetische Energie gewonnen. Um also die Druckenergie nutzen zu können, ist zunächst eine Energieumwandlung nötig.
  • Wenn das Energieträgermedium beispielsweise durch eine Kompressoreinrichtung auf ein geeignetes Druckniveau (insbesondere das erste Druckniveau) gebracht wird und dann eine Absenkung an der Druckminderungseinrichtung auf ein niedrigeres Druckniveau erfolgt (und dabei an der Expansionsmaschine eine Energieumwandlung erfolgt), dann wird dadurch gewissermaßen teilweise Druckenergie zurückgewonnen, wenn die Gesamtenergiebilanz betrachtet wird.
  • Insbesondere wird der nutzbare elektrische Strom für ein externes Objekt bereitgestellt und/oder wird für die Durchführung eines Betankungsvorgangs verwendet. Dadurch ergibt sich eine effektive energetische Nutzung. Das externe Objekt kann das zu betankende Objekt sein oder ein anderes Objekt.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn in einer Anfangsphase eines Betankungsvorgangs Energieträgermedium der Druckminderungseinrichtung zugeführt wird. In der Regel ist es so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsdruck bzw. Arbeitsdruckbereich und dem zweiten Druckniveau am Anfang eines Betankungsvorgangs kleiner sein kann als am Ende eines Betankungsvorgangs. Das erste Druckniveau ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass sich ein hoher Befüllungsgrad der Tankeinrichtung erreichen lässt. Am Anfang eines Betankungsvorgangs kann aber der Arbeitsdruck bzw. Arbeitsdruckbereich des Energieträgermediums unterhalb des ersten Druckniveaus liegen. Es lässt sich dann die Druckminderungseinrichtung nutzen, um den Druck zu erniedrigen und dabei Druckenergie zurückzugewinnen. In dieser Phase kann dann ein nutzbarer elektrischer Strom gewonnen werden.
  • Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn über eine Bypass-Einrichtung insbesondere nach Ablauf einer Anfangsphase eines Betankungsvorgangs Energieträgermedium an der Druckminderungseinrichtung vorbeigeführt wird und direkt einem Abgabeanschluss für Energieträgermedium zugeführt wird. Es lässt sich so eine entsprechende hohe Druckdifferenz erreichen, um einen hohen Befüllungsgrad der Tankeinrichtung zu erreichen. In diesem Verfahren wird dann insbesondere kein nutzbarer elektrischer Strom mehr erzeugt.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Zuführungsweg von Energieträgermedium von einer Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung zum Abgabeanschluss gesteuert und/oder geregelt wird und insbesondere im Laufe eines Betankungsvorgangs der Zuführungsweg variiert wird. Es kann dann insbesondere im Lauf eines Betankungsvorgangs der jeweils geeignete Zuführungsweg gewählt werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn am Anfang des Betankungsvorgangs ein Zuführungsweg von Energieträgermedium zu dem Abgabeanschluss gewählt wird, an welchem eine Druckminderung durch Expansion erfolgt und entsprechend dann ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugt wird. Es ergibt sich so eine Wirkungsgradoptimierung. In einer späteren Phase des Betankungsvorgangs, bei dem zur Erreichung eines hohen Befüllungsgrads einer entsprechenden Tankeinrichtung eine größere Druckdifferenz notwendig ist, wird ein Zuführungsweg gewählt, welcher eben Energieträgermedium auf einem hohen Druckniveau und insbesondere mindestens näherungsweise auf dem Druckniveau bereitstellt, mit welchem Energieträgermedium von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung abgegeben wird.
  • Falls nicht anders angegeben, ist unter den Angaben „zumindest näherungsweise“ und „circa“ zu verstehen, dass ein Wert und/oder ein Abstand und/oder ein Winkel um höchstens 10 % und insbesondere um höchstens 5 % von dem angegebenen Wert und/oder Abstand und/oder Winkel abweicht.
  • Falls nicht anders angegeben, sind unter den genannten Druckangaben jeweils absolute Druckangaben inklusive des Umgebungsdrucks zu verstehen.
  • Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energiebereitstellungssystems;
    • 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Energiebereitstellungssystems;
    • 3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Expansionselements des Energiebereitstellungssystems;
    • 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Expansionselements des Energiebereitstellungssystems;
    • 5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Expansionselements des Energiebereitstellungssystems;
    • 6 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, umfassend ein Energiebereitstellungssystem;
    • 7 eine Variante des Ausführungsbeispiels des Energiebereitstellungssystems gemäß 2;
    • 8 eine Variante des Ausführungsbeispiels des Energiebereitstellungssystems gemäß 1;
    • 9 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels des Energiebereitstellungssystems gemäß 1;
    • 10 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels des Energiebereitstellungssystems gemäß 1; und
    • 11 ein Ausführungsbeispiel einer Betankungsvorrichtung in schematischer Darstellung.
  • Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines Energiebereitstellungssystems ist in 1 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet. Dieses Energiebereitstellungssystem 10 dient beispielsweise zur Bereitstellung von Energie für ein Fahrzeug 12 (6), insbesondere Landfahrzeug und/oder Kraftfahrzeug, oder für eine Maschine, beispielsweise pneumatische Maschine.
  • Das Energiebereitstellungssystem 10 umfasst eine Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 und eine Energiebereitstellungseinrichtung 16, welche mit der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 mittels einer Verbindungseinrichtung 18 fluidwirksam verbunden ist.
  • Die Verbindungseinrichtung 18 weist beispielsweise ein oder mehrere Leitungselemente 20 auf, mittels welchen eine fluidwirksame Verbindung hergestellt ist.
  • Die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Speichereinrichtung 21 und insbesondere als Wasserstofftank 22 ausgebildet. Die Speichereinrichtung 21 ist insbesondere ein Hochdrucktank, in welchem Energieträgermedium und insbesondere Wasserstoff mit einem Druck von beispielsweise ca. 700 bar gespeichert ist oder speicherbar ist.
  • Die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 weist einen Ausgang 24 auf, an welchem das Energieträgermedium mit einem Bereitstellungsdruck bereitgestellt wird. Mittels des Ausgangs 24 ist das Energieträgermedium aus der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 auskoppelbar.
  • Insbesondere wird an dem Ausgang 24 gasförmiges Energieträgermedium bereitgestellt. Beispielsweise beträgt der Bereitstellungsdruck ca. 700 bar. Der an dem Ausgang 24 bereitgestelltes Energieträgermedium ist beispielsweise Wasserstoffgas.
  • Der Ausgang 24 ist mittels der Verbindungseinrichtung 18 mit einem Eingang 26 für Energieträgermedium der Energiebereitstellungseinrichtung 16 verbunden. Mittels des Eingangs 26 ist Energieträgermedium in die Energiebereitstellungseinrichtung 16 einkoppelbar.
  • Beispielsweise ist oder umfasst die Energiebereitstellungseinrichtung 16 eine Brennstoffzelle 28, welche beispielsweise eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle ist.
  • Die Energiebereitstellungseinrichtung 16 erzeugt unter Verwendung des von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 bereitgestellten Energieträgermediums nutzbare elektrische Energie. Zur Nutzung der bereitgestellten Energie ist die Energiebereitstellungseinrichtung 16 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Antriebseinrichtung 30 verbunden.
  • Die Antriebseinrichtung 30 ist oder umfasst beispielsweise eine Elektroantriebseinrichtung 32, welche mittels elektrischer Energie betrieben wird. Die Elektroantriebseinrichtung 32 ist elektrisch wirksam mit der Energiebereitstellungseinrichtung 16 verbunden.
  • Die Elektroantriebseinrichtung 32 weist insbesondere ein oder mehrere Elektromotoren 34 auf, welche beispielsweise zum Antrieb des Fahrzeugs 12 dienen.
  • Es ist vorgesehen, dass über den Eingang 26 Energieträgermedium, insbesondere gasförmiger Kraftstoff, mit einem Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung 16 in die Energiebereitstellungseinrichtung 16 eingekoppelt wird. Für den Fall der Brennstoffzelle 28 beträgt der Arbeitsdruckbereich beispielsweise mindestens 1 bar und/oder höchstens 3 bar. Beispielsweise beträgt der Arbeitsdruck für den Fall der Brennstoffzelle 28 ca. 2 bar.
  • Zur Verringerung des Bereitstellungsdrucks des Energieträgermediums auf den Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung 16 ist eine Druckminderungseinrichtung 36 vorgesehen, welche der Verbindungseinrichtung 18 zugeordnet ist und/oder in die Verbindungseinrichtung 18 integriert ist. Mittels der Druckminderungseinrichtung 36 wird der Bereitstellungsdruck auf den Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich reduziert.
  • Zur Verringerung des Bereitstellungsdrucks auf den Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung 16 wird eine Expansion des Energieträgermediums mittels der Druckminderungseinrichtung 36 durchgeführt. Bei dieser Expansion wird Energie freigesetzt. Beispielsweise wird bei der Expansion von komprimiertem gasförmigem Energieträgermedium im Gas enthaltene potentielle Energie freigesetzt.
  • Zur Nutzung der bei der Expansion frei werdenden Energie umfasst das Energiebereitstellungssystem 10 eine Expansionseinrichtung 38, welche der Druckminderungseinrichtung 36 zugeordnet ist und/oder in die Druckminderungseinrichtung 36 integriert ist. Die Expansionseinrichtung 38 weist ein oder mehrere Expansionselemente 40 auf, mittels welchen eine Expansion des Energieträgermediums durchgeführt wird und dabei frei werdende Energie zur Nutzung bereitgestellt wird.
  • Bei dem in 1 gezeigten Beispiel weist die Expansionseinrichtung 38 ein Expansionselement 40 auf. Das Expansionselement 40 umfasst einen Eingang 42 und einen Ausgang 44. Mittels des Eingangs 42 ist Energieträgermedium und/oder Gas mit einem Eingangsdruck in das Expansionselement 40 einkoppelbar. Mittels des Ausgangs 44 ist Energieträgermedium und/oder Gas mit einem Ausgangsdruck aus dem Expansionselement 40 auskoppelbar.
  • Der Ausgangsdruck ist geringer als der Eingangsdruck. Zwischen dem Ausgangsdruck und dem Eingangsdruck liegt eine Druckdifferenz vor, welche an dem Expansionselement 40 abfällt.
  • Der für das Expansionselement 40 geeignete Eingangsdruck und/oder Ausgangsdruck und/oder die Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck an dem Expansionselement ist abhängig von der Art und Beschaffenheit des Expansionselements 40. Beispielsweise beträgt die Druckdifferenz mindestens 150 bar und/oder höchstens 700 bar.
  • Die Druckminderungseinrichtung 36 und/oder die Expansionseinrichtung 38 und/oder das Expansionselement 40 sind bezogen auf eine Strömungsrichtung 46 des Energieträgermediums zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 und der Energiebereitstellungseinrichtung 16 angeordnet.
  • Der Eingang 42 des Expansionselements 40 ist mittels eines ersten Leitungselements 20a mit dem Ausgang 24 der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 fluidwirksam verbunden. Der Ausgang 44 des Expansionselements 40 ist mittels eines zweiten Leitungselements 20b mit dem Eingang 26 der Energiebereitstellungseinrichtung 16 fluidwirksam verbunden.
  • Das Expansionselement 40 ist beispielsweise ein Druckgas-Kolbenmotor oder ein Lamellenmotor oder eine Gasexpansionsturbine. Dies wird weiter unten im Detail beschrieben.
  • Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die bei der Expansion des Energieträgermediums und/oder Gases frei werdende Energie mittels des Expansionselements 40 in mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie umgewandelt. Zur Auskopplung der mechanischen Energie aus dem Expansionselement 40 weist das Expansionselement 40 ein mechanisches Wellenelement 48 auf, welches beispielsweise bewegbar und/oder drehbar ist.
  • Zur Umwandlung der aus dem Expansionselement 40 ausgekoppelten mechanischen Energie und/oder Bewegungsenergie umfasst die Druckminderungseinrichtung 36 eine elektrische Generatoreinrichtung 50, welche mittels des mechanischen Wellenelements 48 mit dem Expansionselement 40 mechanisch verbunden ist. Die elektrische Generatoreinrichtung 50 wandelt die mittels des mechanischen Wellenelements 48 eingekoppelte mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Beispielsweise arbeitet die elektrische Generatoreinrichtung 50 mittels elektromagnetischer Induktion.
  • Zur Nutzung der von der elektrischen Generatoreinrichtung 50 bereitgestellten elektrischen Energie ist die elektrische Generatoreinrichtung 50 beispielsweise mit der Antriebseinrichtung 30 und/oder der Elektroantriebseinrichtung 32 elektrisch wirksam verbunden. Dadurch lässt sich die bei der Druckminderung des Energieträgermediums und/oder des Gases mittels der Druckminderungseinrichtung 36 frei werdende Energie beispielsweise zum Antrieb des Fahrzeugs 12 nutzen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Energiebereitstellungssystem 10 eine elektrische Batterieeinrichtung 52 aufweist, mittels welcher elektrische Energie pufferbar und/oder speicherbar ist. Hierzu ist die elektrische Batterieeinrichtung 52 mit der elektrischen Generatoreinrichtung 50 und/oder mit der Antriebseinrichtung 30 und/oder mit der Energiebereitstellungseinrichtung 16 elektrisch wirksam verbunden.
  • Beispielsweise wird im Betrieb des Energiebereitstellungssystems 10 elektrische Energie von der elektrischen Generatoreinrichtung 50 und/oder der Energiebereitstellungseinrichtung 16 in die elektrische Batterieeinrichtung 52 eingekoppelt. Von der elektrischen Batterieeinrichtung 52 und/oder der Energiebereitstellungseinrichtung 16 bereitgestellte Energie wird beispielsweise zur Versorgung der Antriebseinrichtung 30 mit elektrischer Energie verwendet.
  • Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Druckminderungseinrichtung 36 ein oder mehrere Vordruckminderungselemente 54 aufweist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist ein Vordruckminderungselement 54 vorgesehen, welches bezogen auf die Strömungsrichtung 46 des Energieträgermediums zwischen dem Expansionselement 40 und der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 angeordnet ist.
  • Das Vordruckminderungselement 54 verringert den Bereitstellungsdruck, mittels welchem Energieträgermedium und/oder Gas von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 bereitgestellt wird, auf einen für die Expansionseinrichtung 38 und/oder das Expansionselement 40 geeigneten Eingangsdruck oder Eingangsdruckbereich.
  • Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Druckminderungseinrichtung 36 mindestens ein Hinterdruckminderungselement 56 aufweist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist ein Hinterdruckminderungselement 56 vorgesehen, welches bezogen auf die Strömungsrichtung 46 des Energieträgermediums und/oder Gases zwischen dem Expansionselement 40 und der Energiebereitstellungseinrichtung 16 angeordnet ist.
  • Das Hinterdruckminderungselement 56 verringert einen Ausgangsdruck, mit welchem Energieträgermedium und/oder Gas aus dem Expansionselement 40 ausgekoppelt wird, auf einen für die Energiebereitstellungseinrichtung 16 geeigneten Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich.
  • Weiterhin lässt sich mittels des Vordruckminderungselements 54 und/oder des Hinterdruckminderungselements 56 eine Pufferung und/oder Vergleichmäßigung des Energieträgermedium- und/oder Gasflusses erreichen. Es lässt sich dadurch der Energiebereitstellungseinrichtung 16 Energieträgermedium und/oder Gas mit einem zumindest näherungsweise konstanten und/oder gleichmäßigen Druck bereitstellen.
  • Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Druckminderungseinrichtung mindestens ein Umgehungselement 58 zur Umgehung der Expansionseinrichtung 38 und/oder des Expansionselements 40 aufweist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist ein Umgehungselement 58 vorgesehen, mittels welchem das Expansionselement 40 umgehbar und/oder überbrückbar ist. Dadurch lässt sich Energieträgermedium und/oder Gas bei Bedarf, wie beispielsweise in einem Störungsfall und/oder Fehlerfall der Expansionseinrichtung 38, an der Expansionseinrichtung 38 und/oder an dem Expansionselement 40 vorbeileiten.
  • Das Umgehungselement 58 weist beispielsweise ein oder mehrere Leitungselemente auf, durch welche Energieträgermedium und/oder Gas durchleitbar ist.
  • Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Umgehungselement 58 bezogen auf die Strömungsrichtung 46 des Energieträgermediums und/oder Gases zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 und der Energiebereitstellungseinrichtung 16 angeordnet.
  • Das Umgehungselement 58 weist beispielsweise einen Eingang 60 zu Einkopplung von Gas und/oder Energieträgermedium und einen Ausgang 62 zur Auskopplung von Gas und/oder Energieträgermedium auf. Der Eingang 60 und/oder der Ausgang 62 sind beispielsweise jeweils mittels eines Ventilelements 64 mit der Verbindungseinrichtung 18 und/oder dem ersten Leitungselement 20a bzw. dem zweiten Leitungselement 20b verbunden.
  • Beispielsweise ist das Ventilelement 64 als 3-Wege-Ventil ausgebildet.
  • Beispielsweise ist der Eingang 60 bezogen auf die Strömungsrichtung 46 zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 und dem Expansionselement 40 und insbesondere zwischen dem Vordruckminderungselement 54 und dem Expansionselement 40 angeordnet. Der Ausgang 62 ist beispielsweise zwischen dem Expansionselement 40 und der Energiebereitstellungseinrichtung 16 und insbesondere zwischen dem Hinterdruckminderungselement 56 und der Energiebereitstellungseinrichtung 16 angeordnet.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Energiebereitstellungssystems 10' ist in 2 dargestellt und umfasst eine Expansionseinrichtung 38' welche eine Mehrzahl von Expansionselementen 40 aufweist.
  • Das Energiebereitstellungssystem 10' ist grundsätzlich gleichartig ausgebildet wie das vorstehend beschriebene Energiebereitstellungssystem 10. Insbesondere weist das Energiebereitstellungssystem 10' ein oder mehrere Merkmale des vorstehend beschriebenen Energiebereitstellungssystems 10 auf. Das Energiebereitstellungssystem 10' weist grundsätzlich die gleiche Funktionsweise auf wie das Energiebereitstellungssystem 10.
  • Die Expansionseinrichtung 38' der Druckminderungseinrichtung 36 weist ein erstes Expansionselement 40a, ein zweites Expansionselement 40b und ein drittes Expansionselement 40c auf. Die Expansionselemente 40a, 40b und 40c sind bezogen auf die Strömungsrichtung 46 des Energieträgermediums und/oder Gases hintereinander angeordnet.
  • Die Expansionselemente 40a, 40b und 40c sind grundsätzlich gleichartig ausgebildet wie das vorstehend beschriebene Expansionselement 40. Die Expansionselemente 40a, 40b und 40c weisen jeweils den Eingang 42 für Energieträgermedium und/oder Gas und den Ausgang 44 für Energieträgermedium und/oder Gas auf.
  • Der Ausgang 24 der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 ist mit dem Eingang 42 des ersten Expansionselements 40a fluidwirksam verbunden. Der Ausgang 44 des ersten Expansionselements 40a ist mit dem Eingang 42 des zweiten Expansionselements 40b fluidwirksam verbunden. Der Ausgang 44 des zweiten Expansionselements 40b ist mit dem Eingang 42 des dritten Expansionselements 40c fluidwirksam verbunden. Der Ausgang 44 des dritten Expansionselements 40c ist mit dem Eingang 26 der Energiebereitstellungseinrichtung 16 fluidwirksam verbunden.
  • Mittels der Expansionseinrichtung 38' lässt sich beispielsweise eine stufenweise Verringerung des Bereitstellungsdrucks der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 realisieren.
  • Das erste Expansionselement 40a ist beispielsweise ein Hochdruckexpansionselement. Beispielsweise wird in das erste Expansionselement 40a Energieträgermedium und/oder Gas mit einem Druck von mindestens 500 bar und/oder höchstens 700 bar eingekoppelt.
  • Das zweite Expansionselement 40b ist beispielsweise ein Mitteldruckexpansionselement. Beispielsweise wird in das zweite Expansionselement 40b Energieträgermedium und/oder Gas mit einem Druck von mindestens 300 bar und/oder höchstens 500 bar eingekoppelt.
  • Das dritte Expansionselement 40c ist beispielsweise ein Niederdruckexpansionselement. Beispielsweise wird in das dritte Expansionselement 40c Energieträgermedium und/oder Gas mit einem Druck von mindestens 5 bar und/oder höchstens 15 bar eingekoppelt.
  • Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass dem ersten Expansionselement 40a und/oder dem zweiten Expansionselement 40b und/oder dem dritten Expansionselement 40c bezogen auf die Strömungsrichtung 46 jeweils ein Vordruckminderungselement 54 vorgeschaltet ist.
  • Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist ein erstes Vordruckminderungselement 54a vorgesehen, welches dem ersten Expansionselement 40a vorgeschaltet ist, und es ist ein zweites Vordruckminderungselement 54b vorgesehen, welches dem zweiten Expansionselement 40b vorgeschaltet ist, und es ist ein drittes Vordruckminderungselement 54c vorgesehen, welches dem dritten Expansionselement 40c vorgeschaltet ist.
  • Mittels der Vordruckminderungselemente 54a, 54b und 54c wird jeweils ein für das entsprechende Expansionselement 40a bzw. 40b bzw. 40c geeigneter Eingangsdruck bereitgestellt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass dem ersten Expansionselement 40a und/oder dem zweiten Expansionselement 40b und/oder dem dritten Expansionselement 40c bezogen auf die Strömungsrichtung 46 jeweils ein Hinterdruckminderungselement nachgeschaltet ist. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist dem dritten Expansionselement 40c ein Hinterdruckminderungselement 56 nachgeschaltet.
  • Das Hinterdruckminderungselement 56 dient zur Bereitstellung eines für die Energiebereitstellungseinrichtung 16 geeigneten Arbeitsdrucks oder Arbeitsdruckbereichs.
  • Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass dem ersten Expansionselement 40a und/oder dem zweiten Expansionselement 40b und/oder dem dritten Expansionselement 40c jeweils ein Umgehungselement 58 zugeordnet ist, mittels welchem das jeweilige Expansionselement 40a bzw. 40b bzw. 40c überbrückbar ist.
  • Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist dem ersten Expansionselement 40a ein erstes Umgehungselement 58a zugeordnet und dem zweiten Expansionselement 40b ein zweites Umgehungselement 58b zugeordnet und dem dritten Expansionselement 40c ein drittes Umgehungselement 58c zugeordnet. Mittels des jeweiligen Umgehungselements 58a bzw. 58b bzw. 58c ist das jeweils zugeordnete Expansionselement 40a bzw. 40b bzw. 40c umgehbar und/oder überbrückbar. Es lässt sich dadurch beispielsweise steuern und/oder regeln, welche der Expansionselemente 40a, 40b und 40c zur Druckminderung verwendet werden.
  • Es lassen sich dadurch beispielsweise in Abhängigkeit einer jeweiligen Konfiguration der Umgehungselemente 58a, 58b und 58c mittels der Druckminderungseinrichtung 36 unterschiedliche Arbeitsdrücke oder Arbeitsdruckbereiche für die Energiebereitstellungseinrichtung 16 bereitstellen. Weiterhin lässt sich dadurch die Druckminderungseinrichtung 36 mit unterschiedlichen Bereitstellungsdrücken, mit welchen Energieträgermedium und/oder Gas von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 bereitgestellt wird, verwenden oder es lässt sich die Druckminderungseinrichtung 36 an unterschiedliche Bereitstellungsdrücke anpassen.
  • Falls das dritte Expansionselement 40c und insbesondere das zweite Expansionselement 40b mittels des dritten Umgehungselements 58c bzw. des zweiten Umgehungselements 58b umgangen werden, wird mittels des dritten Vordruckminderungselements 54c bzw. des zweiten Vordruckminderungselements 54b ein geeigneter Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich für die Energiebereitstellungseinrichtung 16 bereitgestellt. In diesem Fall dienen die Vordruckminderungselemente 54c bzw. 54b als entsprechende Hinterdruckminderungselemente, welche den Expansionselementen 40b bzw. 40a nachgeschaltet sind.
  • Bei einer Variante der Druckminderungseinrichtung 36 weist die Expansionseinrichtung 38' alternativ oder zusätzlich eine Mehrzahl von Expansionselementen 40 auf, welche bezogen auf die Strömungsrichtung 46 des Energieträgermediums und/oder Gases parallel zueinander angeordnet sind (7).
  • Bei dem in 7 gezeigten Beispiel umfasst die Expansionseinrichtung 38' mehrere Expansionselemente 40, welche zueinander parallel geschaltet sind. Beispielsweise sind drei Expansionselemente 40a, 40b und 40c vorgesehen. Die Expansionselemente sind insbesondere jeweils gleichartig und/oder für gleiche Druckbereiche ausgebildet.
  • Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass mehrere der Expansionselemente 40 unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und/oder für voneinander verschiedene Druckbereiche ausgelegt sind.
  • Bei dem in 7 gezeigten Beispiel kann es vorgesehen sein, dass einem oder mehreren der Expansionselemente 40 der Expansionseinrichtung 38' jeweils ein Umgehungselement 58 (angedeutet in 7) zugeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, dass jedem der Expansionselemente 40 der Expansionseinrichtung 38' ein Umgehungselement 58 zugeordnet ist.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass jedem der Expansionselemente 40a, 40b und 40c ein Vordruckminderungselement 54a bzw. 54b bzw. 54c zugeordnet und/oder vorgeschaltet ist. Dadurch lässt sich für jedes der Expansionselemente 40a, 40b und 40c ein geeigneter Eingangsdruck bereitstellen.
  • Bei der in 8 gezeigten Variante des Energiebereitstellungssystems 10 umfasst die Antriebseinrichtung 30 eine Getriebeeinrichtung 65. Das in 8 gezeigte Ausführungsbeispiel weist insbesondere ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile des vorstehend beschriebenen Energiebereitstellungssystems 10 auf. Für gleiche Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
  • Die Getriebeeinrichtung 65 umfasst beispielsweise ein oder mehrere Planetengetriebe.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Expansionselement 40, beispielsweise mittels des mechanischen Wellenelements 48, mit der Getriebeeinrichtung 65 mechanisch verbunden.
  • Die Energiebereitstellungseinrichtung 16 ist bei dem gezeigten Beispiel insbesondere als Verbrennungsmotor ausgebildet. Die Energiebereitstellungseinrichtung 16 ist, beispielsweise mittels eines mechanischen Wellenelements 48', mit der Getriebeeinrichtung 65 mechanisch verbunden.
  • In die Getriebeeinrichtung 65 wird mittels der Energiebereitstellungseinrichtung 16 und des Expansionselement 40 mechanische Energie und insbesondere Bewegungsenergie und/oder Rotationsenergie eingekoppelt.
  • Die Antriebseinrichtung 30 weist ein Antriebselement 166 zur Auskopplung von mechanischer Energie und insbesondere Bewegungsenergie und/oder Rotationsenergie auf. Das Antriebselement 166 dient beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeugs und ist beispielsweise mit dessen Rädern verbunden.
  • Das Antriebselement 166 ist beispielsweise mittels eines mechanischen Antriebswellenelements 168 mit der Getriebeeinrichtung 65 mechanisch verbunden.
  • Bei der in 9 gezeigten Variante des Energiebereitstellungssystems 10 wird die von dem Expansionselement 40 bereitgestellte mechanische Energie in Abwandlung zu dem in 8 gezeigten Beispiel nicht direkt in die Getriebeeinrichtung 65 eingekoppelt. Das Expansionselement 40 ist mittels des mechanischen Wellenelements 48 mit der elektrischen Generatoreinrichtung 50 verbunden.
  • Die elektrische Generatoreinrichtung 50 ist, insbesondere über die elektrische Batterieeinrichtung 52, elektrisch wirksam mit dem Elektromotor 34 der Antriebseinrichtung 30 verbunden ist.
  • Der Elektromotor 34 wandelt eingekoppelte elektrische Energie in mechanische Energie und insbesondere Bewegungsenergie und/oder Rotationsenergie um. Zur Einkopplung der von dem Elektromotor 34 bereitgestellten mechanischen Energie in die Getriebeeinrichtung 65 ist der Elektromotor 34, beispielsweise mittels eines mechanischen Wellenelements 48'a, mechanisch mit der Getriebeeinrichtung 65 verbunden.
  • Bei der in 10 gezeigten Variante des Energiebereitstellungssystems 10 weist das Expansionselement 40 ein erstes mechanisches Wellenelement 48a und ein zweites mechanisches Wellenelement 48b zur Auskopplung mechanischer Energie auf. Das erste mechanische Wellenelement 48a ist mit der Getriebeeinrichtung 65 verbunden. Das zweite mechanische Wellenelement 48b ist mit der elektrischen Generatoreinrichtung 50 verbunden.
  • Die elektrische Generatoreinrichtung 50 ist, insbesondere über die elektrische Batterieeinrichtung 52, mit dem Elektromotor 34 verbunden.
  • Bei dem in 10 gezeigten Beispiel wird die aus dem Expansionselement 40 ausgekoppelte Energie mittels des ersten mechanischen Wellenelements 48a als mechanische Energie in die Antriebseinrichtung 30 eingekoppelt und mittels des zweiten mechanischen Wellenelements 48b und der elektrischen Generatoreinrichtung 50 als elektrische Energie in die Antriebseinrichtung 30 eingekoppelt.
  • Es ist grundsätzlich möglich, dass die in den 8 bis 10 gezeigten Varianten des Energiebereitstellungssystems 10 ein oder mehrere Merkmale des vorstehend beschriebenen Energiebereitstellungssystems 10', wie beispielsweise eine Mehrzahl von Expansionselementen 40, aufweisen.
  • Das Expansionselement 40 ist beispielsweise ein Druckgas-Kolbenmotor 66 (3).
  • Der Druckgas-Kolbenmotor umfasst zur Einkopplung von Gas und/oder Fluid den Eingang 42 und zur Auskopplung von Gas und/oder Fluid den Ausgang 44. Beispielsweise sind an dem Eingang 42 und/oder an dem Ausgang 44 ein oder mehrere Ventilelemente 68 zur Steuerung eines Zu- und/oder Abflusses von Fluid zu/von dem Druckgas-Kolbenmotor angeordnet.
  • Der Druckgas-Kolbenmotor 66 weist ein oder mehrere Kolbenelemente 70 auf, welche mittels einem oder mehrerer Pleuelelemente 72 mit einer Kurbelwelle 74 mechanisch verbunden sind. Die Kurbelwelle 74 ist zur Auskopplung von mechanischer Energie und/oder Bewegungsenergie mit dem mechanischen Wellenelement 48 verbunden.
  • Komprimiertes Energieträgermedium und/oder komprimiertes Gas wird über den Eingang 42 eingekoppelt und in dem Druckgas-Kolbenmotor expandiert, wobei die Kolbenelemente 70 und/oder die Kurbelwelle 74 in Bewegung versetzt werden. Expandiertes Energieträgermedium und/oder expandiertes Gas wird über den Ausgang 44 aus dem Druckgas-Kolbenmotor 66 ausgekoppelt.
  • Bei einer Variante ist das Expansionselement 40 ein Lamellenmotor 76 ( 4). Der Lamellenmotor 76 umfasst den Eingang 42 zur Einkopplung von Energieträgermedium und/oder Gas und den Ausgang 44 zur Auskopplung von Energieträgermedium und/oder Gas.
  • Bei einem Durchfluss des Energieträgermediums und/oder des Gases durch den Lamellenmotor 76 wird das Energieträgermedium und/oder das Gas expandiert und dabei ein Rotorelement 78 des Lamellenmotors 76 in Bewegung versetzt. Dieses Rotorelement 78 ist bezüglich eines Starterelements 80 bewegbar und/oder drehbar angeordnet. An dem Rotorelement 78 sind ein oder mehrere Lamellenelemente 82 angeordnet, welche mit dem Rotorelement 78 drehfest verbunden sind.
  • Im Betrieb des Lamellenmotors 76 trifft komprimiertes Energieträgermedium und/oder komprimiertes Gas auf die Lamellenelemente 82, wodurch das Rotorelement 78 in Bewegung und/oder Rotation versetzt wird. Hierbei wird das Energieträgermedium und/oder das Gas expandiert und anschließend mittels des Ausgangs 44 ausgekoppelt.
  • Zur Auskopplung der bei der Expansion des Energieträgermediums und/oder des Gases entstandenen mechanischen Energie und/oder Bewegungsenergie ist das Rotorelement 78 mit dem mechanischen Wellenelement 48 verbunden.
  • Bei der in 5 gezeigten Variante ist das Expansionselement 40 als Gasexpansionsturbine 84 ausgebildet. Die Gasexpansionsturbine 84 weist den Eingang 42 zu Einkopplung von Energieträgermedium und/oder Gas und den Ausgang 44 zur Auskopplung von Energieträgermedium und/oder Gas auf.
  • Die Gasexpansionsturbine 84 weist ein Schaufelradelement 86 auf, welches innerhalb eines Gehäuses 88 angeordnet ist und bezüglich des Gehäuses 88 mittels eines Wellenelements 90 drehbar und/oder bewegbar gelagert ist.
  • Im Betrieb der Gasexpansionsturbine 84 wird komprimiertes Energieträgermedium und/oder komprimiertes Gas über den Eingang 42 in die Gasexpansionsturbine 84 eingekoppelt und innerhalb der Gasexpansionsturbine 84 expandiert, wobei das Schaufelradelement 86 bei der Expansion in Bewegung und/oder Rotation versetzt wird. Anschließend wird expandiertes Energieträgermedium und/oder expandiertes Gas über den Ausgang 44 ausgekoppelt.
  • Zur Auskopplung der bei der Expansion des Energieträgermediums und/oder des Gases frei werdenden mechanischen Energie und/oder Bewegungsenergie ist das Wellenelement 90 beispielsweise mit dem mechanischen Wellenelement 48 verbunden.
  • Das Energiebereitstellungssystem 10 oder 10' wird beispielsweise zum Antrieb des Fahrzeugs 12 verwendet, welches das Energiebereitstellungssystem 10, 10' umfasst.
  • Das Fahrzeug 12 ist beispielsweise ein Landfahrzeug, Luftfahrzeug, Schienenfahrzeug oder Wasserfahrzeug. Beispielsweise ist das Fahrzeug 12, ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Omnibus.
  • Insbesondere ist das Fahrzeug 12 mit Wasserstoff als Energieträgermedium betreibbar.
  • Das Energiebereitstellungssystem 10 funktioniert wie folgt:
    • Durch die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 wird ein Energieträgermedium zur Einkopplung in die Energiebereitstellungseinrichtung 16 bereitgestellt. Das Energieträgermedium wird von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 mit einem Bereitstellungsdruck bereitgestellt, welcher oberhalb des Arbeitsdrucks oder Arbeitsdruckbereichs der Energiebereitstellungseinrichtung 16 liegt.
  • Die Druckminderungseinrichtung 36 führt eine Verringerung des Bereitstellungsdrucks auf den Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung 16 durch. Hierzu wird das Energieträgermedium mittels der Expansionseinrichtung 38 zur Verringerung des Drucks expandiert, wobei bei der Expansion Energie und insbesondere potentielle Energie frei wird.
  • Die bei der Expansion des Energieträgermediums frei werdende Energie wird als mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie mittels des mechanischen Wellenelements 48 ausgekoppelt und in die elektrische Generatoreinrichtung 50 eingekoppelt. Mittels der elektrischen Generatoreinrichtung 50 wird die mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Bereitstellungsdruck mittels des Vordruckminderungselements 54 auf einen für die Expansionseinrichtung 38 geeigneten Eingangsdruck reduziert wird.
  • Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass ein Druck, mit welchem das Energieträgermedium aus der Expansionseinrichtung ausgekoppelt wird, mittels des Hinterdruckminderungselements 56 auf den Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung 16 verringert wird. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass mittels des Hinterdruckminderungselements 46 eine Vergleichmäßigung des Drucks von an die Energiebereitstellungseinrichtung 16 bereitgestellten Energieträgermediums durchgeführt wird.
  • Die von der elektrischen Generatoreinrichtung 50 erzeugte elektrische Energie wird der elektrischen Batterieeinrichtung 52 und/oder der Antriebseinrichtung 30 zugeführt.
  • Die von der Energiebereitstellungseinrichtung 16 durch Verwendung des Energieträgermediums bereitgestellte Energie wird der elektrischen Batterieeinrichtung 52 und/oder der Antriebseinrichtung 30 zugeführt.
  • Die elektrische Batterieeinrichtung 52 speichert und/oder puffert die zugeführte elektrische Energie. Beispielsweise stellt die elektrische Batterieeinrichtung 52 die gekoppelte und/oder gespeicherte Energie bei Bedarf für die Antriebseinrichtung 30 bereit.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass Wasserstoff Energieträgermedium verwendet wird. Die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 ist oder umfasst dann beispielsweise den Wasserstofftank 22. Die Energiebereitstellungseinrichtung 16 ist dann beispielsweise als Brennstoffzelle 28 ausgebildet.
  • Insbesondere ist die Antriebseinrichtung 30 als Elektroantriebseinrichtung 32 ausgebildet.
  • Bei den in den 8, 9 und 10 gezeigten Varianten ist die Energiebereitstellungseinrichtung 16 insbesondere als Verbrennungsmotor ausgebildet.
  • Die von dem Verbrennungsmotor und dem Expansionselement 40 bereitgestellte Energie, beispielsweise mechanische und/oder elektrische Energie, wird in die Getriebeeinrichtung 65 eingekoppelt und kann beispielsweise mittels des Antriebselements 166 zum Antrieb eines Fahrzeugs genutzt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die von dem Expansionselement 40 bereitgestellte mechanische Energie zunächst mittels der elektrischen Generatoreinrichtung 50 in elektrische Energie umgewandelt wird und anschließend mittels des Elektromotors 34 der Antriebseinrichtung 30 in mechanische Energie zur Einkopplung in die Getriebeeinrichtung 65 umgewandelt wird.
  • Es kann dabei vorgesehen sein, dass die von der elektrischen Generatoreinrichtung 50 bereitgestellte elektrische Energie mittels der elektrischen Batterieeinrichtung 52 gepuffert und/oder gespeichert wird.
  • Mittels des Energiebereitstellungssystems 10 lässt sich dadurch wie beschrieben bei der Expansion des Energieträgermediums und/oder des Wasserstoffgases zur Druckminderung frei werdende Energie nutzen.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Betankungsvorrichtung 102, welche in 11 schematisch gezeigt und mit 102 bezeichnet ist, setzt ein erfindungsgemäßes Energiebereitstellungssystem ein, wie untenstehend noch näher erläutert wird.
  • Die Betankungsvorrichtung 102 umfasst eine Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 104. Die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 104 stellt Energieträgermedium und insbesondere gasförmiges Energieträgermedium (und insbesondere gasförmigen Wasserstoff) an einem Ausgang 106 auf einem ersten Druckniveau p1 bereit.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 104 einen Speicher 108 für Energieträgermedium und insbesondere gasförmiges Energieträgermedium. In dem Speicher 108 ist das Energieträgermedium auf einem dritten Druckniveau p3 gespeichert. Das dritte Druckniveau p3 liegt unter dem ersten Druckniveau p1.
  • Der Speicher 108 ist fluidwirksam an eine Kompressoreinrichtung 110 angeschlossen. Die Kompressoreinrichtung 110 umfasst einen Antrieb 112. Der Antrieb 112 wiederum ist oder umfasst vorzugsweise einen Elektromotor.
  • Energieträgermedium (und insbesondere gasförmiges Energieträgermedium) wird von dem Speicher 108 der Kompressoreinrichtung 110 zugeführt. Es wird dann durch die Kompressoreinrichtung 110 das Druckniveau für das Energieträgermedium von dem dritten Druckniveau p3 auf das erste Druckniveau p1 gehoben.
  • Die Betankungsvorrichtung 102 umfasst ferner eine Druckminderungseinrichtung 114 mit einer Expansionseinrichtung 116. Die Druckminderungseinrichtung 114 mit der Expansionseinrichtung 116 ist an den Ausgang 106 angeschlossen.
  • An der Druckminderungseinrichtung 114 lässt sich das Druckniveau im Energieträgermedium mittels Expansion des Energieträgermediums absenken.
  • Die Druckminderungseinrichtung 114 mit der Expansionseinrichtung 116 funktioniert grundsätzlich gleich wie oben beispielsweise mittels der 3 bis 5 beschrieben.
  • Der Kombination aus Druckminderungseinrichtung 114 und Expansionseinrichtung 116 ist eine elektrische Generatoreinrichtung 118 nachgeschaltet.
  • Bei der Druckminderung durch Expansion an der Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 entsteht frei werdende Energie, wobei dann an der elektrischen Generatoreinrichtung 118 ein nutzbarer Strom erzeugt wird.
  • Die Kopplung der Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 an die elektrische Generatoreinrichtung 118 ist grundsätzlich wie oben beschrieben.
  • Bei einer Ausführungsform werden ein oder mehrere elektrische Verbraucher der Betankungsvorrichtung 102 durch die elektrische Generatoreinrichtung 118 (direkt oder indirekt) mit nutzbarem elektrischen Strom versorgt.
  • Beispielsweise ist ein elektrischer Verbraucher 120 eine Beleuchtung oder eine Anzeige der Betankungsvorrichtung 102.
  • Auch der Antrieb 112 der Kompressoreinrichtung 110 ist ein elektrischer Verbraucher der Betankungsvorrichtung 102, welcher grundsätzlich mit nutzbarem elektrischen Strom durch die elektrische Generatoreinrichtung 118 versorgbar ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Betankungsvorrichtung 102 eine wiederaufladbare Batterieeinrichtung 122, welche elektrisch wirksam an die elektrische Generatoreinrichtung 118 gekoppelt ist.
  • Über die Batterieeinrichtung 122 lässt sich elektrische Energie, welche von der elektrischen Generatoreinrichtung 118 bereitgestellt ist, speichern.
  • Es ist auch möglich, dass ein oder mehrere elektrische Verbraucher 120 (einschließlich gegebenenfalls des Antriebs 112) mit nutzbarem elektrischen Strom über die Batterieeinrichtung 122 versorgt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich weist die Betankungsvorrichtung 102 einen elektrischen Anschluss 124 auf. Der elektrische Anschluss steht in elektrisch wirksamer Verbindung mit der elektrischen Generatoreinrichtung 118 und/oder mit der Batterieeinrichtung 122.
  • An dem elektrischen Anschluss 124 kann die Betankungsvorrichtung 102 nutzbaren elektrischen Strom bereitstellen.
  • Insbesondere ist an dem elektrischen Anschluss 124 eine entsprechende Kupplung angeordnet.
  • Die Betankungsvorrichtung 102 weist (mindestens) einen Abgabeanschluss 126 für Energieträgermedium auf. An diesem Abgabeanschluss 126 ist (insbesondere gasförmiges) Energieträgermedium auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich abgebbar. Der Abgabeanschluss 126 ist ein Zapfanschluss der Betankungsvorrichtung 102, an dem entsprechend Energieträgermedium zapfbar ist.
  • Die Kombination aus Druckminderungseinrichtung 114 und Expansionseinrichtung 116 ist fluidwirksam mit dem Abgabeanschluss 126 verbunden. An der Druckminderungseinrichtung 114 wird das Druckniveau des Energieträgermediums ausgehend von dem ersten Druckniveau p1 gesenkt. Es wird dann entsprechend Energieträgermedium (und insbesondere gasförmiges Energieträgermedium) mit dem Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich unterhalb des ersten Druckniveaus an dem Abgabeanschluss 126 bereitgestellt.
  • Die Betankungsvorrichtung 102 umfasst ferner eine Bypass-Einrichtung 128, welche den Ausgang 106 mit dem Abgabeanschluss 126 verbindet.
  • Die Bypass-Einrichtung 128 ist parallel zu der Druckminderungseinrichtung 114 angeordnet.
  • An der Bypass-Einrichtung 128 sitzt ein Ventil 130. Das Ventil 130 ist schaltbar und/oder steuerbar und/oder regelbar.
  • Über die Bypass-Einrichtung 128 ist es möglich, bezüglich Energieträgermedium, welches von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 104 bereitgestellt wird, die Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 zu umgehen.
  • Es ist dadurch möglich, an dem Abgabeanschluss 126 Energieträgermedium auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich mit dem Druckniveau p1 bereitzustellen.
  • Insbesondere ist durch das Ventil 130 steuerbar bzw. regelbar, ob die Bypass-Einrichtung 128 bezüglich der Durchströmung mit Energieträgermedium aktiviert ist oder nicht.
  • Es kann dann wahlweise Energieträgermedium durch die Bypass-Einrichtung 128 oder die Druckminderungseinrichtung 114 durchströmen. Bei dem erstgenannten Betriebsmodus wird ein Energieträgermedium an dem Abgabeanschluss 126 auf dem ersten Druckniveau p1 bereitgestellt.
  • Es kann auch, wenn das Ventil 130 geschlossen wird, Energieträgermedium die Druckminderungseinrichtung 114 mit der Expansionseinrichtung 116 durchströmen. In diesem Falle wird Energieträgermedium an dem Abgabeanschluss 126 auf dem Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich bereitgestellt, welcher kleiner ist als das erste Druckniveau p1.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 132 vorgesehen, welche das Ventil 130 ansteuert (und gegebenenfalls auch die Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 ansteuert).
  • Über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 132 lässt sich die Bypass-Einrichtung 128 insbesondere zeitlich gesteuert aktivieren bzw. deaktivieren. Es kann dadurch eingestellt werden, auf welchem Druckniveau Energieträgermedium an dem Abgabeanschluss 126 bereitgestellt ist.
  • Über die Betankungsvorrichtung 102 lässt sich ein Objekt 134 wie ein Fahrzeug mit Energieträgermedium und insbesondere gasförmigem Energieträgermedium betanken.
  • Das Objekt 134 weist eine Tankeinrichtung 136 auf. Dieser Tankeinrichtung 136 ist nach der Betankung Energieträgermedium auf einem zweiten Druckniveau p2 aufgenommen. Das zweite Druckniveau p2 ist kleiner als das erste Druckniveau p1 der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 104 der Betankungsvorrichtung 102.
  • Die Tankeinrichtung 136 weist einen entsprechenden Eingangsanschluss 138 auf.
  • Wenn der Eingangsanschluss 138 an den Abgabeanschluss 126 angeschlossen ist, lässt sich entsprechend die Tankeinrichtung 136 befüllen.
  • Das Objekt 134 weist insbesondere eine Energiebereitstellungseinrichtung 140 auf, wie beispielsweise ein Brennstoffzellensystem. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Energieträgermedium aus der Tankeinrichtung 136 die Energiebereitstellungseinrichtung 140 versorgt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Objekt 134 eine Batterieeinrichtung 142 auf, welches eine wiederaufladbare Batterieeinrichtung ist.
  • Bei einem Betankungsvorgang des Objekts 134 ist es dann möglich, die Batterieeinrichtung 142 an den elektrischen Anschluss 124 der Betankungsvorrichtung 102 anzuschließen und dabei die Batterieeinrichtung 142 aufzuladen.
  • Grundsätzlich ist das Objekt 134 nach dem Betanken von der Betankungsvorrichtung 102 lösbar. Bei dem Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einer Energiebereitstellungseinrichtung 140 kann dieses dann von der Betankungsvorrichtung 102 „wegfahren“.
  • Über die Betankungseinrichtung 102 und das Objekt 134 ist ein erfindungsgemäßes Energiebereitstellungssystem realisiert, wobei dieses Energiebereitstellungssystem die Betankungsvorrichtung 102 umfasst und die Energiebereitstellungseinrichtung 140 an dem Objekt 134.
  • Grundsätzlich ist das Druckniveau, mit dem Energieträgermedium an dem Abgabeanschluss 126 bereitgestellt wird, größer als das zweite Druckniveau p2 für Energieträgermedium in der Tankeinrichtung 136. Durch die entsprechende Druckdifferenz wird dann der Betankungsvorgang der Tankeinrichtung 136 getrieben.
  • In der Regel ist es so, dass am Anfang eines Betankungsvorgangs der Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich p4 des Energieträgermediums, welches an dem Abgabeanschluss 126 entnehmbar ist, kleiner sein darf als zu einem späteren Zeitpunkt. Insbesondere muss in dieser Zwischenphase das Energieträgermedium, welches an dem Abgabeanschluss 126 ansteht, nicht auf dem hohen ersten Druckniveau p1 liegen. Es ist dann in dieser Zwischenphase möglich, Energieträgermedium (bei geschlossenem Ventil 130) der Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 zuzuführen. Es lässt sich dadurch wiederum durch die elektrische Generatoreinrichtung 118 ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugen, welcher durch einen oder mehrere elektrische Verbraucher 120 der Betankungsvorrichtung 102, und/oder durch die Batterieeinrichtung 142 des Objekts 134 nutzbar ist.
  • Zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die Druckdifferenz von Energieträgermedium, welches die Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 durchlaufen hat, nicht mehr ausreichend ist, um die Tankeinrichtung 136 weiter zu betanken, kann gesteuert über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 132 das Ventil 130 geöffnet werden (und gegebenenfalls die Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 fluidwirksam abgekoppelt werden). Der Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich p4 für Energieträgermedium, welches dann an dem Abgabeanschluss 126 entnehmbar ist, liegt dann auf dem ersten Druckniveau p1. Dieses ist entsprechend so gewählt, dass die Tankeinrichtung 136 sicher mit Energieträgermedium (und insbesondere gasförmigem Energieträgermedium) befüllbar ist.
  • Es lässt sich so ein optimierter Befüllungsvorgang der Tankeinrichtung 136 des Objekts 134 durch die Betankungsvorrichtung 102 realisieren.
  • In einer Anfangsphase als Zwischenstadium bei Beginn der Betankung lässt sich Energieträgermedium durch die Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 durchführen und es lässt sich dabei ein nutzbarer elektrischer Strom durch die elektrische Generatoreinrichtung 118 erzeugen. Dieser kann durch die Betankungsvorrichtung 102 und/oder durch das Objekt 134 und insbesondere zur Aufladung der Batterieeinrichtung 142 verwendet werden.
  • In einem späteren Stadium des Betankungsvorgangs, wenn die sich ergebende Druckdifferenz p4 - p2 nicht mehr ausreichend ist bzw. wenn sich keine Druckdifferenz mehr aufbaut, wird über Öffnung des Ventils 130 und gegebenenfalls Abkopplung der Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 die notwendige Druckdifferenz p4 - p2 = p1 - p2 bereitgestellt.
  • Die Betankungsvorrichtung 102 ist insbesondere eine Betankungsvorrichtung für Wasserstoff und insbesondere gasförmigen Wasserstoff.
  • Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel liegt das erste Druckniveau p1 bei 900 bar oder mehr.
  • Das dritte Druckniveau p3 liegt bei ca. 200 bar bis 300 bar.
  • Der Druck p2 liegt beispielsweise bei ca. 700 bar.
  • Durch die Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 lässt sich am Anfang eines Betankungsvorgangs die Druckenergie zurückgewinnen.
  • Am Ende eines Tankvorgangs wird das hohe Drucklevel p1 zur Befüllung der Tankeinrichtung 136 verwendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Energiebereitstellungssystem
    10'
    Energiebereitstellungssystem
    12
    Fahrzeug
    14
    Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung
    16
    Energiebereitstellungseinrichtung
    18
    Verbindungseinrichtung
    19
    Leitungselement
    20a
    erstes Leitungselement
    20b
    zweites Leitungselement
    21
    Speichereinrichtung
    22
    Wasserstofftank
    24
    Ausgang
    26
    Eingang
    28
    Brennstoffzelle
    30
    Antriebseinrichtung
    32
    Elektroantriebseinrichtung
    34
    Elektromotor
    36
    Druckminderungseinrichtung
    38
    Expansionseinrichtung
    38'
    Expansionseinrichtung
    40
    Expansionselement
    40a
    erstes Expansionselement
    40b
    zweites Expansionselement
    40c
    drittes Expansionselement
    42
    Eingang
    44
    Ausgang
    46
    Strömungsrichtung
    48
    mechanisches Wellenelement
    48a
    mechanisches Wellenelement
    48b
    mechanisches Wellenelement
    48'
    mechanisches Wellenelement
    48'a
    mechanisches Wellenelement
    50
    elektrische Generatoreinrichtung
    52
    elektrische Batterieeinrichtung
    54
    Vordruckminderungselement
    54a
    erstes Vordruckminderungselement
    54b
    zweites Vordruckminderungselement
    54c
    drittes Vordruckminderungselement
    56
    Hinterdruckminderungselement
    58
    Umgehungselement
    58a
    erstes Umgehungselement
    58b
    zweites Umgehungselement
    58c
    drittes Umgehungselement
    60
    Eingang
    62
    Ausgang
    64
    Ventilelement
    65
    Getriebeeinrichtung
    66
    Druckgas-Kolbenmotor
    166
    Antriebselement
    68
    Ventilelement
    168
    mechanisches Antriebswellenelement
    70
    Kolbenelement
    72
    Pleuelelement
    74
    Kurbelwelle
    76
    Lamellenmotor
    78
    Rotorelement
    80
    Statorelement
    82
    Lamellenelement
    84
    Gasexpansionsturbine
    86
    Schaufelradelement
    88
    Gehäuse
    90
    Wellenelement
    102
    Betankungsvorrichtung
    104
    Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung
    106
    Ausgang
    108
    Speicher
    110
    Kompressoreinrichtung
    112
    Antrieb
    114
    Druckminderungseinrichtung
    116
    Expansionseinrichtung
    118
    Elektrische Generatoreinrichtung
    120
    Elektrischer Verbraucher
    122
    Batterieeinrichtung
    124
    Elektrischer Anschluss
    126
    Abgabeanschluss
    128
    Bypass-Einrichtung
    130
    Ventil
    132
    Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
    134
    Objekt
    136
    Tankeinrichtung
    138
    Eingangsanschluss
    140
    Energiebereitstellungseinrichtung
    142
    Batterieeinrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016220345 A1 [0004]
    • DE 10237164 A1 [0005]
    • DE 102016212250 A1 [0006]
    • DE 102012010909 A1 [0007]
    • DE 10323534 A1 [0008]
    • DE 3411987 A1 [0009]
    • DE 3403132 A1 [0010]

Claims (30)

  1. Energiebereitstellungssystem, umfassend eine Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (14; 104), welche ein Energieträgermedium mit einem Bereitstellungsdruck bereitstellt, eine Energiebereitstellungseinrichtung (16; 140), welche durch Verwendung des Energieträgermediums elektrische Energie zur Nutzung bereitstellt, eine Druckminderungseinrichtung (36; 114) zur Verringerung des Bereitstellungsdrucks des Energieträgermediums auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung (16; 140), und eine der Druckminderungseinrichtung (36; 114) zugeordnete Expansionseinrichtung (38; 116), welche eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durchführt und bei der Expansion frei werdende Energie zur Nutzung bereitstellt.
  2. Energiebereitstellungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieträgermedium ein Treibstoff und/oder ein Kraftstoff ist, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebereitstellungseinrichtung (16) durch Verbrennung des Treibstoffs und/oder Kraftstoffs Energie zur Nutzung bereitstellt.
  3. Energiebereitstellungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungseinrichtung (36) an einer Verbindungseinrichtung (18) zur Herstellung einer fluidwirksamen Verbindung zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (14) und der Energiebereitstellungseinrichtung (16) angeordnet ist und/oder einer Verbindungseinrichtung (18) zur Herstellung einer fluidwirksamen Verbindung zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (14) und der Energiebereitstellungseinrichtung (16) zugeordnet ist.
  4. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (14) eine Speichereinrichtung (21) für das Energieträgermedium ist oder umfasst, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (21) ein Tank und/oder ein Druckgastank und/oder ein Wasserstofftank (22) und/oder ein Erdgastank und/oder ein Methantank und/oder ein Methanoltank ist.
  5. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereitstellungsdruck mindestens 150 bar und insbesondere mindestens 650 bar und insbesondere mindestens 800 bar und insbesondere mindestens 1000 bar beträgt und/oder dass der Bereitstellungsdruck höchstens 1050 bar und insbesondere höchstens 900 bar und insbesondere höchstens 750 bar beträgt.
  6. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebereitstellungseinrichtung (16) eine Brennstoffzelle (28) ist oder umfasst, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (28) eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle ist.
  7. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung (30), insbesondere Elektroantriebseinrichtung (32), wobei die Energiebereitstellungseinrichtung (16) und/oder die Expansionseinrichtung (38) Energie, insbesondere elektrische Energie und/oder mechanische Energie, für die Antriebseinrichtung (30) bereitstellen.
  8. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebereitstellungseinrichtung (16) mit einer Elektroantriebseinrichtung (32) des Energiebereitstellungssystems und/oder mit einer elektrischen Batterieeinrichtung (52) des Energiebereitstellungssystems elektrisch wirksam verbunden ist.
  9. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrische Batterieeinrichtung (52), wobei die elektrische Batterieeinrichtung (52) mit der Energiebereitstellungseinrichtung (16) und/oder mit einer Antriebseinrichtung (30) des Energiebereitstellungssystems und/oder mit einer der Druckminderungseinrichtung (36) zugeordneten elektrischen Generatoreinrichtung (50) elektrisch wirksam verbunden ist.
  10. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (38; 38') mindestens ein Expansionselement (40; 40a, 40b, 40c) aufweist, wobei das mindestens eine Expansionselement (40; 40a, 40b, 40c) eine Gasexpansionsturbine (84) und/oder ein Gasexpansionsmotor und/oder ein Druckgas-Kolbenmotor (66) und/oder ein Lamellenmotor (76) ist oder umfasst.
  11. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei Expansion des Energieträgermediums frei werdende Energie mittels der Expansionseinrichtung (38; 38') in mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie umgewandelt wird, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (38; 38') mittels mindestens eines mechanischen Wellenelements (48) mit mindestens einer elektrischen Generatoreinrichtung (50) der Druckminderungseinrichtung (36) verbunden ist.
  12. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungseinrichtung (36) eine elektrische Generatoreinrichtung (50) aufweist, welche bei der Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung frei werdende Energie in elektrische Energie umwandelt.
  13. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (38; 38') eine Mehrzahl von Expansionselementen (40; 40a, 40b, 40c) aufweist, wobei die Expansionselemente (40; 40a, 40b, 40c) bezogen auf eine Strömungsrichtung (46) des Energieträgermediums jeweils hintereinander angeordnet sind.
  14. Energiebereitstellungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das voneinander verschiedene Expansionselemente (40; 40a, 40b, 40c) vorgesehen sind, mittels welchen jeweils eine Verringerung eines Drucks in voneinander verschiedenen Druckbereichen durchführbar ist oder durchgeführt wird.
  15. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (38; 38') eine Mehrzahl von Expansionselementen (40; 40a, 40b, 40c) aufweist, wobei die Expansionselemente (40; 40a, 40b, 40c) bezogen auf eine Strömungsrichtung (46) des Energieträgermediums jeweils parallel zueinander angeordnet sind.
  16. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungseinrichtung (36) mindestens ein Umgehungselement (58; 58a, 58b, 58c) zur Umgehung der Expansionseinrichtung (38; 38') und/oder zur Umgehung mindestens eines Expansionselements (40; 40a, 40b, 40c) der Expansionseinrichtung (38; 38') aufweist.
  17. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungseinrichtung (36) mindestens ein Vordruckminderungselement (54; 54a, 54b, 54c) aufweist, welches bezogen auf eine Strömungsrichtung (46) des Energieträgermediums der Expansionseinrichtung (38) und/oder mindestens einem Expansionselement (40; 40a, 40b, 40c) der Expansionseinrichtung (38) vorgeschaltet ist.
  18. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungseinrichtung (36) mindestens ein Hinterdruckminderungselement (56) aufweist, welches bezogen auf eine Strömungsrichtung (46) des Energieträgermediums der Expansionseinrichtung (38; 38') und/oder mindestens einem Expansionselement (40; 40a, 40b, 40c) der Expansionseinrichtung (38, 38') nachgeschaltet ist.
  19. Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug und/oder Wasserfahrzeug, umfassend ein Energiebereitstellungssystem (10; 10') gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
  20. Energiebereitstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine Betankungsvorrichtung (102) für Energieträgermedium, wobei das Energieträgermedium insbesondere Wasserstoff ist, welche die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104), die Druckminderungseinrichtung (114) und die Expansionseinrichtung (116) umfasst, wobei die Energiebereitstellungseinrichtung (140) an einem zu betankenden Objekt (134) angeordnet ist.
  21. Energiebereitstellungssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das zu betankende Objekt (134) eine Tankeinrichtung (136) umfasst, welche über die Betankungsvorrichtung (102) betankbar ist.
  22. Energiebereitstellungssystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) Energieträgermedium auf einem ersten Druckniveau (p1) bereitstellt, und dass in der Tankeinrichtung (136) des Objekts (134) Energieträgermedium auf einem zweiten Druckniveau (p2) gespeichert ist, wobei das zweite Druckniveau (p2) kleiner ist als das erste Druckniveau (p1).
  23. Betankungsvorrichtung für Energieträgermedium, welches insbesondere Wasserstoff ist, umfassend eine Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104), eine Druckminderungseinrichtung (114) für das Energieträgermedium, eine Expansionseinrichtung (116), welche der Druckminderungseinrichtung (114) zugeordnet ist, und welche eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durchführt, mindestens einen Abgabeanschluss (126) für Energieträgermedium, wobei die Druckminderungseinrichtung (114) in fluidwirksamer Verbindung mit dem mindestens einen Abgabeanschluss (126) steht, und eine elektrische Generatoreinrichtung (118), welche an die Expansionseinrichtung (116) gekoppelt ist und welche nutzbaren elektrischen Strom bereitstellt.
  24. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) Energieträgermedium auf einem ersten Druckniveau (p1) bereitstellt, und dass Energieträgermedium in einer zu betankenden Tankeinrichtung (136) auf einem zweiten Druckniveau (p2) aufgenommen ist, wobei das zweite Druckniveau (p2) kleiner ist als das erste Druckniveau (p1).
  25. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) eine Kompressoreinrichtung (110) umfasst, welche Energieträgermedium auf dem ersten Druckniveau (p1) bereitstellt.
  26. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) einen Speicher (108) für Energieträgermedium umfasst, welcher der Kompressoreinrichtung (110) Energieträgermedium auf einem dritten Druckniveau (p3) bereitstellt, welches kleiner ist als das erste Druckniveau (p1).
  27. Betankungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungseinrichtung (116) und die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) in fluidwirksamer Verbindung mit dem mindestens einen Abgabeanschluss (126) stehen, und dass eine Bypass-Einrichtung (128) vorgesehen ist, welche fluidwirksam mit der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) und dem mindestens einen Abgabeanschluss (126) verbunden ist, wobei insbesondere die Bypass-Einrichtung (128) parallel zu der Druckminderungseinrichtung (116) angeordnet ist.
  28. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bypass-Einrichtung (128) ein schaltbares und/oder steuerbares und/oder regelbares Ventil (130) angeordnet ist.
  29. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - es ist wahlweise einstellbar, ob Energieträgermedium von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) direkt dem mindestens einen Abgabeanschluss (126) zugeführt ist oder der Druckminderungseinrichtung (116) zugeführt ist; - es ist eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (132) zur Steuerung und/oder Regelung eines Zuführungswegs von Energieträgermedium von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) zu dem mindestens einen Abgabeanschluss (126) vorgesehen.
  30. Betankungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - es ist mindestens ein elektrischer Anschluss (124) zur Bereitstellung nutzbarer elektrischer Energie vorgesehen, welcher elektrisch wirksam mit der elektrischen Generatoreinrichtung (118) und/oder einer Batterieeinrichtung (122) verbunden ist; - die elektrische Generatoreinrichtung (118) ist mit einer wiederaufladbaren Batterieeinrichtung (122) verbunden; - die elektrische Generatoreinrichtung (118) und/oder eine Batterieeinrichtung (122) ist elektrisch wirksam mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern (120; 112) der Betankungsvorrichtung verbunden; - die elektrische Generatoreinrichtung (118) und/oder eine Batterieeinrichtung (122) ist elektrisch wirksam mit einer Kompressoreinrichtung (110) der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) verbunden.
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