EP4065877A2 - Energiebereitstellungssystem, fahrzeug, betankungsvorrichtung, verfahren zur bereitstellung von energie und verfahren zum betreiben einer betankungsvorrichtung - Google Patents

Energiebereitstellungssystem, fahrzeug, betankungsvorrichtung, verfahren zur bereitstellung von energie und verfahren zum betreiben einer betankungsvorrichtung

Info

Publication number
EP4065877A2
EP4065877A2 EP20808075.4A EP20808075A EP4065877A2 EP 4065877 A2 EP4065877 A2 EP 4065877A2 EP 20808075 A EP20808075 A EP 20808075A EP 4065877 A2 EP4065877 A2 EP 4065877A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
carrier medium
pressure
expansion
energy carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20808075.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolas MUCK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP4065877A2 publication Critical patent/EP4065877A2/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/056—Small (<1 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
    • F17C2227/0157—Compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0358—Heat exchange with the fluid by cooling by expansion
    • F17C2227/0362—Heat exchange with the fluid by cooling by expansion in a turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/03—Control means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/04—Effects achieved by gas storage or gas handling using an independent energy source, e.g. battery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/065—Fluid distribution for refuelling vehicle fuel tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/07—Generating electrical power as side effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0134—Applications for fluid transport or storage placed above the ground
    • F17C2270/0139—Fuel stations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0178—Cars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • Energy supply system vehicle, refueling device, method for providing energy and method for operating a refueling device
  • the invention relates to an energy supply system.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular a land vehicle and / or aircraft and / or watercraft.
  • the invention further relates to a refueling device for energy carriers, which is in particular hydrogen.
  • the invention also relates to a method for providing energy by means of an energy supply system.
  • the invention also relates to a method for refueling an object, which comprises a tank device, with an energy carrier medium which is, in particular, hydrogen.
  • DE 10 2016 220 345 A1 discloses a pressure vessel system for a motor vehicle, comprising at least one pressure vessel for storing fuel, and at least one pressure reducer that is fluidly connected to the pressure vessel, the at least one pressure reducer being a leakage-free fluid power machine.
  • DE 102 37 164 A1 discloses a fuel cell system with a fuel cell unit, a fuel pressure accumulator for storing a fuel charged with accumulator pressure and a pressure reducing unit for reducing the accumulator pressure to an operating pressure.
  • the pressure reducing unit is designed as a cooling device for cooling at least one cooling element.
  • DE 10 2016 212 250 A1 discloses a motor vehicle comprising at least one pressure vessel for storing fuel, at least one fuel consumer, and at least one compressor which is arranged downstream of the at least one pressure vessel and upstream of the at least one fuel consumer. The compressor is designed to deliver the fuel from the pressure vessel to the fuel consumer.
  • thermomechanical energy conversion A device for thermomechanical energy conversion is known from DE 10 2012 010 909 A1.
  • a compressed gas drive for an expansion motor is known from DE 103 23 534 A1.
  • a gas turbine engine in particular a hydrogen-powered gas turbine engine, is known from AT 35 304 B.
  • the invention is based on the object of providing an energy supply system of the type mentioned at the outset which, in an application in which the energy supply system is used, brings about an increased degree of efficiency.
  • an energy carrier medium supply device which includes an energy carrier medium a supply pressure provides that an energy supply device is provided which provides electrical energy for use by using the energy carrier medium, that a pressure reducing device is provided for reducing the supply pressure of the energy carrier medium to a working pressure or working pressure range of the energy supply device, and that one associated with the pressure reducing device is provided Expansion device is provided, which leads to an expansion of the energy carrier medium to reduce the pressure and makes available energy released during the expansion for use.
  • the energy released during the expansion of the energy carrier medium can be used to reduce its pressure.
  • the energy carrier medium is, for example, a gaseous medium, in particular a gaseous fuel, such as, for example, gaseous hydrogen.
  • potential energy can be used which is stored in a compressed gas and is released during the expansion of the gas.
  • the energy provided by means of the expansion device can be used, for example, to drive a vehicle or a machine.
  • the energy provided can be used to supply an electric drive device by converting it into electrical energy.
  • the working pressure or working pressure range of the energy supply device is below the supply pressure with which the energy carrier medium is made available by the energy carrier medium supply device.
  • the energy carrier medium is a fuel and / or a fuel
  • the energy supply device provides energy for use by burning the fuel and / or the fuel.
  • Combustion is to be understood in particular as a combustion reaction in the chemical sense.
  • a combustion is also to be understood as a cold combustion, as occurs, for example, in the case of a fuel cell.
  • the energy contained in the energy carrier medium is used and / or made available by means of the energy supply device through an energy conversion process.
  • the energy conversion process is or includes, in particular, a chemical reaction, such as a redox reaction.
  • energy contained in the energy carrier medium is converted by means of the energy supply device and, in particular, converted into motion energy and / or electrical energy and / or mechanical energy and / or thermal energy.
  • the energy carrier medium is in particular a substance whose energy content can be used and / or provided by means of the energy supply device.
  • the energy carrier medium is or comprises hydrogen and / or natural gas and / or methane and / or methanol.
  • the energy carrier medium prefferably be or include compressed air.
  • a pressure difference between the supply pressure and the working pressure or working pressure range is at least 200 bar and in particular at least 650 bar and in particular at least 800 bar and in particular at least 1000 bar.
  • the working pressure or working pressure range and / or the pressure difference are dependent on the type and / or nature of the energy supply Facility.
  • the supply pressure and / or the pressure difference are dependent on an amount of the energy carrier medium stored in a storage device.
  • a pressure difference between the supply pressure and the working pressure or working pressure range is at most 1050 bar and in particular at most 900 bar and in particular at most 750 bar.
  • a pressure difference between the supply pressure and the working pressure or working pressure range is approx. 1035 bar or approx. 850 bar or approx. 700 bar or approx. 697 bar.
  • a liquid and / or gaseous energy carrier medium is made available by means of the energy carrier medium supply device.
  • liquid and / or gaseous fuel such as hydrogen, is provided.
  • the working pressure range of the energy supply device is at least 1 bar and in particular at least 2 bar and / or at most 4 bar and in particular at most 3 bar.
  • the working pressure of the energy supply device is approx. 3 bar.
  • the energy carrier medium when the supply pressure is reduced in the pressure reducing device, the energy carrier medium is not chemically changed and / or is not oxidized and / or reduced in the pressure reducing device.
  • the energy carrier medium coupled into the pressure reducing device corresponds chemically from the pressure reducing device to the coupled energy carrier medium.
  • the pressure reducing device is supplied with unburned fuel and / or the pressure reducing device provides unburned fuel to the energy supply device.
  • the pressure reducing device is arranged on a connection device for establishing a fluid connection between the energy carrier medium supply device and the energy supply device and / or is assigned to a connection device for producing a fluid connection between the energy carrier medium supply device and the energy supply device is.
  • the pressure reducing device can be integrated into the energy supply system in a technically simple manner.
  • the pressure reducing device is integrated into the connecting device.
  • the energy supply system can be made compact.
  • the pressure reduction device and / or the connection device are arranged between the energy carrier medium supply device and the energy supply device in relation to a flow direction of the energy carrier medium.
  • the flow direction of the energy carrier medium is to be understood in particular as a main flow direction and / or main flow direction of the energy carrier medium from the energy carrier medium supply device to the energy supply device.
  • the pressure reducing device is arranged, for example, on at least one line element of the connecting device, by means of which a fluid-effective connection between the energy carrier medium supply device and the energy supply device is or can be produced.
  • energy carrier medium and / or fluid can be passed through the at least one line element.
  • the at least one line element is or comprises, for example, a pipe element for the passage of energy carrier medium and / or fluid.
  • the connecting device comprises, for example, one or more line elements and / or pipe elements through which the energy carrier medium can be passed and / or through which the energy carrier medium can flow.
  • the energy carrier medium supply device is or comprises a storage device for the energy carrier medium, and in particular if the storage device is a tank and / or a pressurized gas tank and / or a hydrogen tank and / or a natural gas tank and / or a methane tank and / or a methanol tank.
  • the energy supply system can be used, in particular, in a mobile manner and / or integrated into a vehicle.
  • the storage device is a metal hydride storage.
  • the energy carrier medium can be stored and / or stored and / or transported by means of the storage device.
  • the energy carrier medium can be stored in the storage device at a pressure of at least 150 bar and in particular at least 200 bar and in particular at least 650 bar and in particular at least 800 bar and in particular at least 1000 bar.
  • energy carrier medium with a pressure of approx. 200 bar and / or approx. 700 bar and / or approx. 850 bar and / or approx. 1035 bar can be stored in the storage device.
  • natural gas with a pressure of approx. 200 bar and / or hydrogen gas with a pressure of approx. 700 bar and / or approx. 850 bar and / or approx. 1035 bar can be stored in the storage device.
  • the energy carrier medium can be stored in the storage device at a pressure of more than 1035 bar.
  • the supply pressure is at least 150 bar and in particular at least 650 bar and in particular at least 800 bar and in particular at least 1000 bar and / or if the supply pressure is at most 1050 bar and in particular at most 900 bar and in particular at most 750 bar.
  • the supply pressure is about 700 bar or about 850 bar or about 1035 bar.
  • the energy carrier medium provision device is a connection or comprises a connection by means of which the energy carrier medium can be or is made available.
  • the connection is, for example, a stationary building connection and / or a connection which is assigned to a storage device for an energy carrier medium.
  • the energy supply device is or comprises a fuel cell, and in particular if the fuel cell is a hydrogen-oxygen fuel cell.
  • hydrogen can be used as an energy carrier medium for the energy supply system.
  • energy can be provided with a high degree of efficiency by means of the energy supply system.
  • a natural gas-oxygen fuel cell can also be used as the fuel cell.
  • the fuel cell is an alkaline fuel cell and / or a carbon-based fuel cell and / or a solid oxide fuel cell and / or a polymer electrolyte membrane fuel cell.
  • the fuel cell uses CO2 and / or CO and / or H2O as the oxidizing agent.
  • the energy supply device is an internal combustion engine or comprises an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can be operated, for example, with hydrogen as the fuel or is operated with hydrogen as the fuel.
  • the energy supply system comprises a drive device, in particular an electric drive device, the energy supply device and / or the expansion device providing energy, in particular electrical energy and / or mechanical energy, for the drive device.
  • the provided electrical energy and / or mechanical energy is coupled into the drive device.
  • the energy provided by the energy supply device and / or by the expansion device can thereby be converted with a high degree of efficiency into kinetic energy, for example to drive a vehicle.
  • the drive device is in particular electrically effective and / or mechanically effective connected to the energy supply device and / or to the expansion device and / or to an electrical generator device of the pressure reducing device.
  • the drive device is or comprises, in particular, an electric drive device.
  • the electric drive device comprises one or more electric motors which can be operated, for example, with direct or alternating current.
  • the electric motors are electrically connected to the energy supply device.
  • the drive device has a gear device for coupling and / or decoupling mechanical energy to / from the drive device.
  • the transmission device comprises, for example, one or more planetary gears.
  • the transmission device is mechanically connected to the energy supply device and / or to the expansion device and / or to an electric drive device of the drive device.
  • This electric drive device is supplied with energy for example by means of the Expansionseinrich device and / or by means of an electric generator device of the pressure reducing device.
  • the energy supply device provides electrical energy.
  • the energy supply device is electrically effectively connected to an electric drive device of the energy supply system and / or to an electrical battery device of the energy supply system.
  • the electric drive device By means of the electric drive device, the electrical energy provided can be converted into kinetic energy and / or rotational energy with a high degree of efficiency.
  • the electrical energy can be buffered and / or stored by means of the electrical battery device.
  • the energy supply device may provide mechanical energy and, in particular, kinetic energy and / or rotational energy. This is the case, for example, when the energy supply device is designed as an internal combustion engine.
  • the energy supply system comprises an electrical battery device, with the electrical battery device as well the energy supply device and / or with a drive device of the energy supply system and / or with an electrical generator device assigned to the pressure reducing device is electrically connected.
  • Electrical energy can be buffered and / or stored by means of the electrical battery device.
  • excess energy can be buffered and / or stored by means of the electric battery device, which is provided in particular by the electric generator device and / or by the energy supply device.
  • the buffered and / or stored energy can then be used, for example, at a later point in time to supply the electric drive device.
  • the electric battery device is directly connected to the electric drive device.
  • the direct connection is to be understood in particular as the fact that the battery device is not or not exclusively connected to the electric drive device via the energy supply device.
  • the expansion device has at least one expansion element, the at least one expansion element being or including a gas expansion turbine and / or a gas expansion motor and / or a compressed gas piston motor and / or a vane motor.
  • the energy carrier medium and / or gas can be expanded to reduce the pressure and the energy released during the expansion can be converted into mechanical energy and / or motion energy, for example.
  • the at least one expansion element is or comprises a membrane element and / or a piezoelectric element.
  • Membrane or piezoelectric elements work oil-free due to their function.
  • the expansion device can be operated in particular oil-free.
  • the at least one expansion element has an input via which the energy carrier medium and / or gas with an input pressure can be coupled into the at least one expansion element, and an output via which energy carrier medium and / or gas from the at least one Expansion element can be decoupled with an output pressure, the output pressure being lower than the input pressure.
  • a pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure is dependent on the type and / or nature of the at least one expansion element.
  • an inlet pressure is, for example, at least 6 bar and / or at most 15 bar.
  • a pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure in vane motors and / or compressed gas piston motors is, for example, at least 1 bar and / or at most 15 bar.
  • the at least one expansion element has, for example, at least one mechanical shaft element.
  • the at least one mechanical shaft element is in particular movable and / or rotatable.
  • the energy released during expansion can be decoupled as mechanical energy and / or kinetic energy, for example.
  • the expansion device and / or at least one expansion element of the expansion device operate oil-free. In this way, contamination of the energy carrier medium during expansion can be avoided. Contamination of the energy carrier medium, in particular hydrogen, can damage the energy supply device, in particular the fuel cell, for example. It can be beneficial if the energy released during the expansion of the energy carrier medium is converted into mechanical energy and / or kinetic energy by means of the expansion device, and in particular if the expansion device is connected to an electrical generator device of the pressure reducing device by means of at least one mechanical shaft element. In this way, the energy released during the expansion of the energy carrier medium can be decoupled from the expansion device in a technically simple manner and, in particular, converted into electrical energy which can be used, for example, by an electric drive system.
  • the energy released during the expansion of the energy carrier medium is converted into electrical energy and in particular directly into electrical energy by means of the expansion device, for example by means of a piezoelectric element.
  • At least one expansion element of the expansion device has at least one mechanical shaft element.
  • the at least one mechanical shaft element can be driven by means of a piston element and / or a rotor element and / or a paddle wheel element of the at least one expansion element.
  • the pressure reducing device has an electrical generator device, which converts energy released into electrical energy during the expansion of the energy carrier medium to reduce the pressure.
  • the electric generator device is connected to an electric drive device and / or to an electric battery device of the energy supply system.
  • the energy released during the expansion and / or the pressure reduction of the energy carrier medium can be made available for use by the electric drive device.
  • mechanical energy or kinetic energy can be or is converted into electrical energy by means of the electrical generator device, the mechanical energy or kinetic energy being provided by the expansion device and / or by at least one expansion element of the expansion device.
  • the expansion device has a plurality of expansion elements, the expansion elements being arranged one behind the other in relation to a flow direction of the energy carrier medium.
  • a gradual reduction in the supply pressure of the energy carrier medium can thereby be carried out or is carried out. In this way, for example, a temperature drop and / or a temperature gradient at a respective expansion element can be reduced.
  • the expansion elements each have at least one mechanical shaft element, the respective mechanical shaft elements of different expansion elements being connected to a transmission device.
  • the transmission device is then connected, for example by means of a further mechanical shaft element, to an electrical generator device of the pressure-reducing device.
  • the transmission device comprises one or more planetary gears.
  • expansion elements that are different from one another are provided, by means of which a pressure reduction can be carried out or is carried out in each case in different pressure ranges from one another. In this way, a gradual reduction in the supply pressure can be achieved.
  • several mutually different expansion elements of the expansion device are each designed differently and in particular each designed for different pressure areas. Under different pressure ranges are to be understood, for example, different inlet and / or outlet pressures and / or different pressure differences between inlet and outlet pressure on the respective expansion element.
  • expansion elements of the expansion device that are different from one another are each designed in the same way and, in particular, are each designed for the same pressure areas.
  • the expansion device has expansion elements in three different embodiments. These expansion elements are each designed for different pressure ranges, such as high pressure, medium pressure or low pressure.
  • the expansion device has at least one high pressure expansion element and / or at least one medium pressure expansion element and / or at least one low pressure expansion element. A gradual reduction in the supply pressure of the energy carrier medium can thereby be carried out.
  • the expansion device has a plurality of expansion elements, the expansion elements being arranged parallel to one another in relation to a flow direction of the energy carrier medium.
  • the supply pressure of the energy carrier medium can be divided into several branches with expansion elements that differ from one another, as a result of which an inlet pressure at a respective expansion element is reduced. It can be used, for example, the Reduce pressure and / or temperature load on a respective expansion element.
  • the expansion device it is also possible for the expansion device to have a combination of expansion elements arranged in parallel and one behind the other.
  • the pressure reduction device has at least one bypass element for bypassing the expansion device and / or for bypassing at least one expansion element of the expansion device.
  • the at least one bypass element is designed as a bypass, for example.
  • the expansion device and / or the at least one expansion element can be bypassed and / or bridged in the event of a malfunction and / or fault.
  • a large part of the energy carrier medium can bypass the at least one expansion element.
  • an expansion element which is designed for a lower flow rate and / or a lower inlet pressure of the energy carrier medium can be used and / or an inlet pressure suitable for a certain expansion element can be provided.
  • expansion elements with smaller spatial dimensions can be used if necessary, so that the energy supply system can be made compact and space-saving if required.
  • a bypass element is assigned to each expansion element of the expansion device.
  • one or more or all of the expansion elements of the expansion device can be bypassed and / or bridged.
  • the energy supply system has a control and / or regulating device by means of which bypassing the respective expansion elements can be controlled and / or regulated. It can thereby be the pressure reducing device and / or Configure expansion device, for example, for different supply pressures of the energy carrier medium and / or for different working pressures or working pressure ranges of the energy supply device.
  • the pressure reducing device has at least one pre-pressure reducing element which, with respect to a flow direction of the energy carrier medium, is connected upstream of the expansion device and / or at least one expansion element of the expansion device.
  • a suitable inlet pressure for the expansion device and / or for the at least one expansion element can be provided by means of the admission pressure reduction element.
  • the supply pressure of the energy carrier medium is reduced to an inlet pressure of the expansion device and / or of the at least one expansion element by means of the at least one admission pressure reduction element.
  • the inlet pressure at the expansion device and / or at the at least one expansion element can in particular be made more uniform by means of the at least one admission pressure reduction element.
  • the at least one admission pressure reduction element for example, in the case of a parallel connection of several expansion elements, the same input pressures can be provided for the respective expansion elements.
  • the at least one admission pressure reduction element is arranged between an output of the energy carrier medium supply device and the expansion device in relation to the flow direction of the energy carrier medium.
  • each expansion element of the expansion device is assigned a pre-pressure reducing element and / or is connected upstream.
  • a suitable inlet pressure can be provided for the respective expansion elements.
  • one or more pre-pressure reducing elements are then arranged between an outlet of an expansion element and an inlet of a further expansion element connected downstream of the expansion element, based on the direction of flow of the energy carrier medium.
  • At least one bypass element for bypassing the expansion device is arranged between the at least one pre-pressure reducing element and an input of the energy supply device for the energy carrier medium.
  • a direct connection can be established, for example, between an output of the admission pressure reduction element and the input of the energy supply device.
  • the pressure reducing device has at least one downstream pressure reducing element, which is connected downstream of the expansion device and / or at least one expansion element of the expansion device in relation to a flow direction of the energy carrier medium.
  • a suitable working pressure or working pressure range for the energy supply device can be provided by means of the downstream pressure reduction element. In this way, it is also possible, in particular, to make a pressure of the energy carrier medium provided to the energy supply device more uniform.
  • the at least one downstream pressure reduction element is arranged between the expansion device and the energy supply device in relation to the direction of flow of the energy carrier medium.
  • the at least one downstream pressure reduction element is arranged between a last expansion element of the expansion device and the energy supply device in relation to the direction of flow of the energy carrier medium.
  • the at least one back pressure reduction element is used in combination with a compressed gas piston engine as an expansion element of the expansion device.
  • the inlet pressure reducing element and / or the outlet pressure reducing element work, for example, on the principle of a pressure reducer and / or a pressure reducing valve or comprise a pressure reducer and / or a pressure reducing valve.
  • each expansion element of the expansion device is assigned a back pressure reduction element and / or is connected downstream.
  • the at least one downstream pressure reduction element can be bypassed by means of at least one bypass element of the pressure reduction device for bypassing the expansion device and / or at least one expansion element of the expansion device.
  • the energy supply system is designed to be explosion-proof and / or has an explosion protection device.
  • all fluid-carrying and / or gas-carrying components of the energy supply system are designed to be explosion-proof.
  • the energy supply system can be used with flammable energy carriers such as hydrogen.
  • An energy supply system according to the invention can advantageously be used in or with a vehicle.
  • a vehicle in particular a land vehicle and / or aircraft and / or watercraft, which comprises an energy supply system according to the invention.
  • the vehicle according to the invention has in particular one or more features and / or advantages of the energy supply system according to the invention.
  • a drive device in particular an electric drive device, of the vehicle can be supplied with energy by means of the energy supply system according to the invention.
  • the vehicle can thereby be driven by means of the energy supply system according to the invention.
  • the vehicle is a motor vehicle such. B. dare a truck, a bus or a passenger car.
  • the vehicle is a road and / or rail vehicle and / or a rail vehicle.
  • the vehicle is a maritime vehicle and / or a ship and / or a submarine.
  • the energy supply system according to the invention can be used to drive and / or supply energy for pneumatic machines or tools, for example in the fields of medicine and production.
  • the energy supply system according to the invention can be used for pressure storage systems.
  • the energy supply system according to the invention can be used for stationary or mobile applications.
  • the energy supply system according to the invention can be used to supply energy and, in particular, electrical energy for systems for house energy supply or for emergency power supply.
  • the energy supply system according to the invention can be used for power supply and in particular for power supply by means of hydrogen as the energy carrier medium.
  • An energy supply system according to the invention can also be used in an advantageous manner in a refueling device for an energy carrier medium, the energy carrier medium being in particular hydrogen (in particular gaseous hydrogen).
  • pressure energy can be recovered, which can then be used accordingly.
  • a refueling device for energy carrier medium is provided in the energy supply system according to the invention, wherein the energy carrier medium is in particular hydrogen, and wherein the refueling device comprises the energy carrier medium supply device, the pressure reduction device and the expansion device, and wherein the energy supply device on a object to be refueled is arranged.
  • the object to be refueled is, for example, a vehicle which is provided with a corresponding energy supply device.
  • the object to be refueled comprises a tank device which can be refueled via the refueling device.
  • the energy carrier medium provision device provides energy carrier medium at a first pressure level, and energy carrier medium is stored in the object's tank device at a second pressure level, the second pressure level being lower than the first pressure level.
  • pressure energy can be recovered, which is then used, for example, to generate a usable electrical current.
  • a refueling device for energy carrier medium which is in particular hydrogen
  • an energy carrier medium supply device which comprises a pressure reduction device for the energy carrier medium which comprises an expansion device which is assigned to the pressure reduction device and which is used to expand the energy carrier medium
  • Performs pressure reduction which comprises at least one output connection for energy carrier medium, wherein the pressure reducing device is in fluidly effective connection with the at least one output connection, and which comprises an electrical generator device, which is coupled to the expansion device and which provides usable electrical power.
  • the refueling device provides energy carrier medium at a pressure level of an operating point or operating point range.
  • This working point or working point range is selected such that a tank device on an object to be refueled can be filled via a corresponding pressure difference.
  • this pressure difference does not have to be the same in all phases of the refueling process. At the beginning of a refueling process, this pressure difference can also be lower.
  • the pressure reducing device can then be used in order to reduce the pressure, and energy released by the expansion device can be provided by means of which, in turn, a usable electrical current can be generated via the electrical generator device.
  • This usable electrical current can be used for the refueling device and / or an object to be refueled. For example, lighting or a display of the refueling device can be operated accordingly. For example, one or more electric motors of the refueling device can be supplied with electrical energy accordingly by the usable electrical current. It is also alternatively or additionally possible that an object to be refueled accordingly is supplied with electrical energy and, for example, a rechargeable battery device of the object to be refueled is charged.
  • the pressure reducing device / expansion device can be switched off or bypassed in order to enable a high degree of filling.
  • the energy carrier medium provision device provides energy carrier medium at a first pressure level, and that energy carrier medium is received in a tank device to be refueled at a second pressure level, the second pressure level being lower than the first pressure level.
  • a refueling process can then be driven accordingly through the pressure difference between the first pressure level and the second pressure level.
  • the first pressure level is selected in comparison to the second pressure level in such a way that a high degree of filling can be achieved for the tank device.
  • the energy carrier medium provision device comprises a compressor device which makes energy carrier medium available at the first pressure level.
  • the first pressure level can then be achieved in a targeted manner by operating the compressor device in order to fill the tank device with a high degree of filling.
  • the energy carrier medium provision device comprises a storage device for energy carrier medium which provides the compressor device with energy carrier medium at a third pressure level which is lower than the first pressure level.
  • the pressure reducing device (as well as) and the energy carrier medium supply device are in fluid connection with the at least one delivery connection, and if a bypass device is provided, which fluidly interacts with the energy carrier medium supply device and the at least one delivery connection is connected, wherein in particular the bypass device is arranged parallel to the pressure reduction device.
  • the pressure reducing device can be bypassed via the bypass device.
  • the energy carrier medium can be provided at the at least one delivery connection at a high pressure level, if necessary. If this pressure level is not required, the energy carrier medium can be fed to the pressure reducing device / expansion device and pressure energy can be recovered accordingly.
  • a switchable and / or controllable and / or regulatable valve is arranged on the bypass device. As a result, a corresponding control or regulation can be achieved as required and the bypass device can be blocked or released.
  • At least one of the following is provided: it can optionally be set whether the energy carrier medium is fed from the energy carrier medium supply device directly to the at least one delivery connection or is fed to the pressure reducing device; it is a control and / or regulating device for controlling and / or regulating a feed path of energy carrier medium from the energy carrier medium supply device is provided to the at least one delivery connection.
  • the energy carrier medium can be provided at a high pressure level. If this is not necessary, pressure energy can then be recovered in particular by passing through the pressure reducing device and expansion device. This in turn enables usable electrical power to be generated.
  • At least one electrical connection for providing usable electrical energy is provided, which is connected in an electrically effective manner to the electrical generator device and / or a battery device; the electrical generator device is connected to a rechargeable battery device; the electrical generator device and / or a battery device is electrically effectively connected to one or more electrical consumers of the refueling device; the electrical generator device and / or a battery device is electrically connected to a compressor device of the energy carrier medium supply device.
  • a user can draw electrical energy from the at least one electrical connection of the refueling device. It can be For example, a battery device of an object that is being refueled with an energy carrier medium, or of another object, is charged with electrical current. During a refueling process, both energy carrier medium refueling and “current refueling” can then take place on a battery device.
  • the refueling device has a rechargeable battery device, which is electrically effectively connected to the electrical generator device, then the corresponding generated electrical current can be used to charge the battery device. Electrical energy can be stored there, which can then be used at another point in time. For example, an electrical connection of the refueling device can then be supplied accordingly via the battery device.
  • the electrical generator device and / or a battery device is connected in an electrically effective manner to one or more electrical consumers of the refueling device.
  • An example of such electrical consumers is, for example, a lighting device of the refueling device or a display device.
  • Such an electrical consumer can, for example, also be a corresponding drive of a compressor device. By recovering pressure energy, a corresponding electrical current can be made available for use by the refueling device.
  • an energy carrier medium is provided with a supply pressure by means of an energy carrier medium supply device, by using the energy carrier medium provided by an energy supply device, energy is made available for use, and that the supply pressure of the energy carrier medium is increased by means of a pressure reducing device a working pressure or working pressure range of the energy supply device is reduced, the pressure Reduction device is assigned an expansion device, by means of which an expansion of the energy carrier medium for pressure reduction is carried out and energy released during the expansion is made available for use.
  • the method according to the invention has in particular one or more features and / or advantages of the energy supply system according to the invention and / or the vehicle according to the invention.
  • the method according to the invention can be or is carried out by means of the energy supply system according to the invention and / or the vehicle according to the invention.
  • the energy supply system according to the invention and / or the vehicle according to the invention executes the method according to the invention or the method according to the invention can be executed by means of the energy supply system according to the invention and / or the vehicle according to the invention.
  • the energy released during the expansion is converted into mechanical energy and / or kinetic energy and / or electrical energy and / or thermal energy.
  • the energy released during expansion is first converted into mechanical energy and / or kinetic energy and then converted into electrical energy.
  • a method for refueling an object which comprises a tank facility, is provided with an energy carrier medium, which is in particular hydrogen (gaseous hydrogen), the method comprising: Energy carrier medium is provided at a first pressure level and energy carrier medium is received in the tank device of the object at a second pressure level, the second pressure level being smaller than the first pressure level;
  • energy carrier medium is provided at a first pressure level and energy carrier medium is received in the tank device of the object at a second pressure level, the second pressure level being smaller than the first pressure level;
  • Energy carrier medium at the first pressure level is at least temporarily fed to a pressure reducing device which brings the energy carrier medium to a working pressure or working pressure range which is between the first pressure level and the second pressure level; an expansion of the energy carrier medium for pressure reduction is carried out at the pressure reducing device and a usable electrical current is generated by means of the energy released during the expansion.
  • the method according to the invention has the advantages already explained in connection with the refueling device according to the invention.
  • the working pressure or working pressure range is lower than the first pressure level and is sufficient to refuel the tank device, then pressure energy can be used and in particular "recovered” during a refueling process via the pressure reducing device with the expansion of the energy carrier medium. This in turn allows a usable electrical current to be generated, which can be used by the corresponding refueling device and / or by the object to be refueled.
  • pressure energy cannot be recovered in a direct way.
  • the pressure energy of the energy carrier medium is used to recover energy in the broader sense.
  • the usable form of energy is obtained as kinetic energy at the expansion device from the gas expansion.
  • an energy conversion is first necessary. If the energy carrier medium is brought to a suitable pressure level (in particular the first pressure level), for example by a compressor device, and then the pressure reducing device is lowered to a lower pressure level (and energy is converted on the expansion machine), then this becomes more certain measured partially recovered pressure energy when the total energy balance is considered.
  • the usable electrical current is made available for an external object and / or is used to carry out a refueling process.
  • the external object can be the object to be refueled or another object.
  • the energy carrier medium is fed to the pressure reducing device.
  • the pressure difference between the working pressure or working pressure range and the second pressure level at the beginning of a refueling process can be smaller than at the end of a refueling process.
  • the first pressure level is preferably selected in such a way that a high degree of filling of the tank device can be achieved.
  • the working pressure or working pressure range of the energy carrier medium can be below the first pressure level.
  • the pressure reducing device can then be used to lower the pressure and thereby to recover pressure energy. In this phase, a usable electrical current can then be obtained.
  • energy carrier medium is guided past the pressure reducing device via a bypass device and is fed directly to a delivery connection for energy carrier medium.
  • a correspondingly high pressure difference can thus be achieved in order to achieve a high degree of filling of the tank device.
  • no more usable electrical current is generated.
  • a supply path for energy carrier medium is controlled and / or regulated from an energy carrier medium supply device to the delivery connection and, in particular, the supply path is varied in the course of a refueling process.
  • the appropriate feed route can then be selected, in particular during a refueling process.
  • a supply path for energy carrier medium to the delivery connection is selected, at which a pressure reduction takes place through expansion and a usable electric current is then generated accordingly. This results in an optimization of the efficiency.
  • a feed path is selected which provides the energy carrier medium at a high pressure level and in particular at least approximately at the pressure level with which energy carrier medium is delivered by the energy carrier medium supply device.
  • the terms "at least approximately” and “approximately” are to be understood as meaning that a value and / or a distance and / or an angle by a maximum of 10% and in particular by a maximum of 5% of the specified value and / or distance and / or angle deviates.
  • the stated pressure information is to be understood as an absolute pressure information including the ambient pressure.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an energy supply system
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of an energy supply system
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of an expansion element of the energy supply system
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of an expansion element of the energy supply system
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a third exemplary embodiment of an expansion element of the energy supply system
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a vehicle, comprising an energy supply system
  • FIG. 7 shows a variant of the exemplary embodiment of the energy supply system according to FIG. 2;
  • FIG. 8 shows a variant of the exemplary embodiment of the energy supply system according to FIG. 1;
  • FIG. 9 shows a further variant of the exemplary embodiment of the energy supply system according to FIG. 1;
  • FIG. 10 shows a further variant of the exemplary embodiment of the energy supply system according to FIG. 1;
  • FIG. 11 shows an exemplary embodiment of a refueling device in a schematic representation.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of an energy supply system is shown in FIG. 1 and denoted there by 10.
  • This energy supply system 10 is used, for example, to supply energy for a vehicle 12 (FIG. 6), in particular a land vehicle and / or motor vehicle, or for a machine, for example a pneumatic machine.
  • the energy supply system 10 comprises an energy carrier medium supply device 14 and an energy supply device 16 which is fluidly connected to the energy carrier medium supply device 14 by means of a connection device 18.
  • the connecting device 18 has, for example, one or more line elements 20, by means of which a fluid-effective connection is established.
  • the energy carrier medium supply device 14 is designed as a storage device 21 and in particular as a hydrogen tank 22.
  • the storage device 21 is in particular a high-pressure tank in which the energy carrier medium and in particular hydrogen is stored or can be stored at a pressure of, for example, approximately 700 bar.
  • the energy carrier medium supply device 14 has an output 24 at which the energy carrier medium is made available with a supply pressure.
  • the energy carrier medium can be decoupled from the energy carrier medium supply device 14 by means of the output 24.
  • gaseous energy carrier medium is provided at the output 24.
  • the supply pressure is approx. 700 bar.
  • the energy carrier medium provided at the output 24 is, for example, hydrogen gas.
  • the output 24 is connected by means of the connection device 18 to an input 26 for the energy carrier medium of the energy supply device 16.
  • the energy carrier medium can be coupled into the energy supply device 16 by means of the input 26.
  • the energy supply device 16 is or comprises a fuel cell 28, which is, for example, a hydrogen-oxygen fuel cell.
  • the energy supply device 16 generates usable electrical energy using the energy carrier medium provided by the energy carrier medium supply device 14. To use the energy made available, the energy supply device 16 is connected to a drive device 30 in the exemplary embodiment shown.
  • the drive device 30 is or comprises, for example, an electric drive device 32 which is operated by means of electrical energy.
  • the electric drive device 32 is connected in an electrically effective manner to the energy supply device 16.
  • the electric drive device 32 has, in particular, one or more electric motors 34, which are used, for example, to drive the vehicle 12.
  • the energy carrier medium in particular gaseous fuel
  • a working pressure or working pressure range of the energy supply device 16 is coupled into the energy supply device 16 via the input 26.
  • the working pressure range is, for example, at least 1 bar and / or at most 3 bar.
  • the working pressure is approximately 2 bar.
  • a pressure reducing device 36 is provided, which is assigned to the connecting device 18 and / or is integrated into the connecting device 18. By means of the pressure reducing device 36, the supply pressure is reduced to the working pressure or working pressure range.
  • an expansion of the energy carrier medium is carried out by means of the pressure reduction device 36. During this expansion, energy is released. For example, during the expansion of compressed gaseous energy carrier medium, potential energy contained in the gas is released.
  • the energy supply system 10 comprises an expansion device 38 which is assigned to the pressure reducing device 36 and / or is integrated into the pressure reducing device 36.
  • the expansion device 38 has one or more expansion elements 40, by means of which an expansion of the energy carrier medium is carried out and the energy released in the process is made available for use.
  • the expansion device 38 has an expansion element 40.
  • the expansion element 40 comprises an inlet 42 and an outlet 44.
  • energy carrier medium and / or gas with an inlet pressure can be coupled into the expansion element 40.
  • outlet 44 the energy carrier medium and / or gas with an outlet pressure can be decoupled from the expansion element 40.
  • the outlet pressure is lower than the inlet pressure. There is a pressure difference between the output pressure and the input pressure, which drops at the expansion element 40.
  • the inlet pressure and / or outlet pressure suitable for expansion element 40 and / or the pressure difference between inlet pressure and outlet pressure at the expansion element depends on the type and nature of expansion element 40. For example, the pressure difference is at least 150 bar and / or at most 700 bar.
  • the pressure reducing device 36 and / or the expansion device 38 and / or the expansion element 40 are arranged in relation to a flow direction 46 of the energy carrier medium between the energy carrier medium supply device 14 and the energy supply device 16.
  • the input 42 of the expansion element 40 is fluidly connected to the output 24 of the energy carrier medium supply device 14 by means of a first line element 20a.
  • the output 44 of the expansion element 40 is fluidly connected to the input 26 of the energy supply device 16 by means of a second line element 20b.
  • the expansion element 40 is, for example, a compressed gas piston engine or a vane motor or a gas expansion turbine. This is described in detail below.
  • the energy released during the expansion of the energy carrier medium and / or gas is converted into mechanical energy and / or kinetic energy by means of the expansion element 40.
  • the expansion element 40 has a mechanical shaft element 48 which is, for example, movable and / or rotatable.
  • the pressure reduction device 36 comprises an electrical generator device 50 which, by means of the mechanical shaft element 48, is mechanically connected to the expansion element 40 connected is.
  • the electrical generator device 50 converts the mechanical energy and / or kinetic energy coupled in by means of the mechanical shaft element 48 into electrical energy.
  • the electrical generator device 50 works by means of electromagnetic induction.
  • the electrical generator device 50 is, for example, effectively electrically connected to the drive device 30 and / or the electric drive device 32.
  • the energy released when the energy carrier medium and / or the gas is reduced in pressure by means of the pressure reduction device 36 can be used, for example, to drive the vehicle 12.
  • the energy supply system 10 has an electrical battery device 52, by means of which electrical energy can be buffered and / or stored.
  • the electrical battery device 52 is effectively electrically connected to the electrical generator device 50 and / or to the drive device 30 and / or to the energy supply device 16.
  • electrical energy from the electrical generator device 50 and / or the energy supply device 16 is coupled into the electrical battery device 52.
  • Energy provided by the electrical battery device 52 and / or the energy supply device 16 is used, for example, to supply the drive device 30 with electrical energy.
  • the pressure reducing device 36 has one or more pre-pressure reducing elements 54.
  • a pre-pressure reduction element 54 is provided, which is arranged between the expansion element 40 and the energy carrier medium supply device 14 in relation to the flow direction 46 of the energy carrier medium.
  • the pre-pressure reduction element 54 reduces the supply pressure, by means of which the energy carrier medium and / or gas is provided by the energy carrier medium supply device 14, to an input pressure or input pressure range suitable for the expansion device 38 and / or the expansion element 40.
  • the pressure-reducing device 36 has at least one downstream pressure-reducing element 56.
  • a back pressure reduction element 56 is provided, which is arranged between the expansion element 40 and the energy supply device 16 in relation to the flow direction 46 of the energy carrier medium and / or gas.
  • the downstream pressure reduction element 56 reduces an output pressure with which the energy carrier medium and / or gas is decoupled from the expansion element 40 to a working pressure or working pressure range suitable for the energy supply device 16.
  • the energy supply device 16 can be supplied with an energy carrier medium and / or gas with an at least approximately constant and / or uniform pressure.
  • the pressure reducing device has at least one bypass element 58 for bypassing the expansion device 38 and / or the expansion element 40.
  • a bypass element 58 is provided, by means of which the expansion element 40 can be bypassed and / or bridged. This allows the energy carrier medium and / or gas to be added As required, for example in the event of a malfunction and / or failure of the expansion device 38, bypass the expansion device 38 and / or the expansion element 40.
  • the bypass element 58 has, for example, one or more line elements through which the energy carrier medium and / or gas can be passed.
  • bypass element 58 is arranged between the energy carrier medium supply device 14 and the energy supply device 16 in relation to the flow direction 46 of the energy carrier medium and / or gas.
  • the bypass element 58 has, for example, an input 60 for coupling gas and / or energy carrier medium and an output 62 for decoupling gas and / or energy carrier medium.
  • the input 60 and / or the output 62 are, for example, each connected to the connecting device 18 and / or the first line element 20a or the second line element 20b by means of a valve element 64.
  • valve element 64 is designed as a 3-way valve.
  • the input 60 is arranged between the energy carrier medium supply device 14 and the expansion element 40, and in particular between the admission pressure reduction element 54 and the expansion element 40, in relation to the flow direction 46.
  • the output 62 is arranged, for example, between the expansion element 40 and the energy supply device 16 and in particular between the downstream pressure reducing element 56 and the energy supply device 16.
  • FIG. 2 Another exemplary embodiment of an energy supply system 10 ′ is shown in FIG. 2 and comprises an expansion device 38 ′ which has a plurality of expansion elements 40.
  • the energy supply system 10 ′ is basically designed in the same way as the energy supply system 10 described above.
  • the energy supply system 10 ′ has one or more features of the energy supply system 10 described above.
  • the energy supply system 10 ′ basically has the same functionality as the energy supply system 10.
  • the expansion device 38 ′ of the pressure reduction device 36 has a first expansion element 40a, a second expansion element 40b and a third expansion element 40c.
  • the expansion elements 40a, 40b and 40c are arranged one behind the other in relation to the flow direction 46 of the energy carrier medium and / or gas.
  • the expansion elements 40a, 40b and 40c are basically formed in the same way as the expansion element 40 described above.
  • the expansion elements 40a, 40b and 40c each have the input 42 for energy carrier medium and / or gas and the output 44 for energy carrier medium and / or gas .
  • the output 24 of the energy carrier medium supply device 14 is fluidly connected to the input 42 of the first expansion element 40a.
  • the outlet 44 of the first expansion element 40a is fluidly connected to the inlet 42 of the second expansion element 40b.
  • the outlet 44 of the second expansion element 40b is fluidically connected to the inlet 42 of the third expansion element 40c.
  • the outlet 44 of the third expansion element 40c is fluidly connected to the inlet 26 of the energy supply device 16.
  • the first expansion element 40a is, for example, a high pressure expansion element.
  • energy carrier medium and / or gas with a pressure of at least 500 bar and / or at most 700 bar is coupled into the first expansion element 40a.
  • the second expansion element 40b is, for example, a medium-pressure expansion element.
  • energy carrier medium and / or gas with a pressure of at least 300 bar and / or at most 500 bar is coupled into the second expansion element 40b.
  • the third expansion element 40c is, for example, a low-pressure expansion element.
  • energy carrier medium and / or gas with a pressure of at least 5 bar and / or at most 15 bar is coupled into the third expansion element 40c.
  • first expansion element 40a and / or the second expansion element 40b and / or the third expansion element 40c is preceded by a pre-pressure reducing element 54 in relation to the flow direction 46.
  • a first pre-pressure reducing element 54a is provided, which is connected upstream of the first expansion element 40a, and a second pre-pressure reducing element 54b is provided, which is connected upstream of the second expansion element 40b, and a third pre-pressure reducing element 54c is provided , which is connected upstream of the third expansion element 40c.
  • first expansion element 40a and / or the second expansion element 40b and / or the third expansion element 40c is followed by a downstream pressure reduction element in relation to the flow direction 46.
  • the third expansion element 40c is followed by a back pressure reducing element 56.
  • the downstream pressure reduction element 56 is used to provide a working pressure or working pressure range suitable for the energy supply device 16.
  • first expansion element 40a and / or the second expansion element 40b and / or the third expansion element 40c is assigned a bypass element 58, by means of which the respective expansion element 40a or 40b or 40c can be bridged .
  • a first bypass element 58a is assigned to the first expansion element 40a and a second bypass element 58b is assigned to the second expansion element 40b and a third bypass element 58c is assigned to the third expansion element 40c.
  • the associated expansion element 40a or 40b or 40c can be bypassed and / or bridged by means of the respective bypass element 58a or 58b or 58c. In this way, for example, it is possible to control and / or regulate which of the expansion elements 40a, 40b and 40c are used to reduce the pressure.
  • the pressure reducing device 36 can thereby be used with different supply pressures with which the energy carrier medium and / or gas is provided by the energy carrier medium supply device 14, or the pressure reducing device 36 can be adapted to different supply pressures.
  • the third expansion element 40c and in particular the second expansion element 40b are bypassed by means of the third bypass element 58c or the second bypass element 58b, a suitable working pressure or working pressure range for the energy supply device 16 is created by means of the third pre-pressure reducing element 54c or the second pre-pressure reducing element 54b provided.
  • the upstream pressure reducing elements 54c and 54b serve as corresponding downstream pressure reducing elements, which are connected after the expansion elements 40b and 40a.
  • the expansion device 38 in a variant of the pressure reduction device 36, the expansion device 38 'alternatively or additionally has a plurality of expansion elements 40, which are arranged parallel to one another in relation to the flow direction 46 of the energy carrier medium and / or gas (FIG. 7).
  • the expansion device 38 ′ comprises a plurality of expansion elements 40 which are connected in parallel to one another.
  • the expansion elements 40a, 40b and 40c are provided.
  • the expansion elements are in particular designed in the same way and / or for the same pressure areas. As an alternative to this, it is also possible that several of the expansion elements 40 have different properties and / or are designed for different pressure ranges from one another.
  • a bypass element 58 (indicated in FIG. 7) to be assigned to one or more of the expansion elements 40 of the expansion device 38 ′. It can be provided that a bypass element 58 is assigned to each of the expansion elements 40 of the expansion device 38 ′.
  • each of the expansion elements 40a, 40b and 40c is assigned and / or preceded by a pre-pressure reducing element 54a or 54b or 54c.
  • a suitable inlet pressure can be provided for each of the expansion elements 40a, 40b and 40c.
  • the drive device 30 comprises a transmission device 65.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 8 in particular has one or more features and / or advantages of the energy supply system 10 described above. The same reference numerals are used for the same elements.
  • the transmission device 65 comprises, for example, one or more planetary gears.
  • the expansion element 40 is mechanically connected to the transmission device 65, for example by means of the mechanical shaft element 48.
  • the energy supply device 16 is designed in particular as an internal combustion engine.
  • the energy supply device 16 is mechanically connected to the transmission device 65, for example by means of a mechanical shaft element 48 ′.
  • Mechanical energy and in particular kinetic energy and / or rotational energy are coupled into the transmission device 65 by means of the energy supply device 16 and the expansion element 40.
  • the drive device 30 has a drive element 166 for decoupling mechanical energy and in particular kinetic energy and / or rotational energy.
  • the drive element 166 is used, for example, to drive a vehicle and is connected, for example, to its wheels.
  • the drive element 166 is mechanically connected to the transmission device 65, for example by means of a mechanical drive shaft element 168.
  • the mechanical energy made available by the expansion element 40 is not coupled directly into the transmission device 65.
  • the expansion element 40 is connected to the electrical generator device 50 by means of the mechanical shaft element 48.
  • the electric generator device 50 is connected in an electrically effective manner to the electric motor 34 of the drive device 30, in particular via the electric battery device 52.
  • the electric motor 34 converts coupled electrical energy into mechanical energy and in particular kinetic energy and / or rotational energy.
  • the electric motor 34 is mechanically connected to the transmission device 65, for example by means of a mechanical shaft element 48'a.
  • the expansion element 40 has a first mechanical shaft element 48a and a second mechanical shaft element 48b for coupling out mechanical energy.
  • the first mechanical shaft member 48a is connected to the transmission device 65.
  • the second mechanical shaft element 48b is connected to the electric generator device 50.
  • the electric generator device 50 is connected to the electric motor 34, in particular via the electric battery device 52.
  • the energy decoupled from the expansion element 40 is coupled into the drive device 30 as mechanical energy by means of the first mechanical shaft element 48a and coupled into the drive device 30 as electrical energy by means of the second mechanical shaft element 48b and the electrical generator device 50.
  • the expansion element 40 is, for example, a compressed gas piston engine 66 (FIG. 3).
  • the compressed gas piston engine comprises the input 42 for coupling gas and / or fluid and the output 44 for coupling out gas and / or fluid.
  • one or more valve elements 68 for controlling a Arranged inflow and / or outflow of fluid to / from the compressed gas piston engine.
  • the compressed gas piston engine 66 has one or more piston elements 70, which by means of one or more connecting rod elements 72 with a crankshaft 74 are mechanically connected.
  • the crankshaft 74 is connected to the mechanical shaft element 48 for coupling out mechanical energy and / or kinetic energy.
  • Compressed energy carrier medium and / or compressed gas is coupled in via input 42 and expanded in the compressed gas piston engine, piston elements 70 and / or crankshaft 74 being set in motion. Expanded energy carrier medium and / or expanded gas is decoupled from the compressed gas piston engine 66 via the outlet 44.
  • the expansion element 40 is a vane motor 76 (FIG. 4).
  • the vane motor 76 comprises the input 42 for coupling in the energy carrier medium and / or gas and the output 44 for coupling out the energy carrier medium and / or gas.
  • the energy carrier medium and / or the gas flows through the vane motor 76, the energy carrier medium and / or the gas is expanded and a rotor element 78 of the vane motor 76 is set in motion.
  • This rotor element 78 is movably and / or rotatably arranged with respect to a starter element 80.
  • Arranged on the rotor element 78 are one or more lamella elements 82 which are connected to the rotor element 78 in a rotationally fixed manner.
  • the rotor element 78 is connected to the mechanical shaft element 48.
  • the expansion element 40 is designed as a gas expansion turbine 84.
  • the gas expansion turbine 84 has the input 42 for coupling energy carrier medium and / or gas and the output 44 for decoupling energy carrier medium and / or gas.
  • the gas expansion turbine 84 has a paddle wheel element 86 which is arranged within a housing 88 and is mounted rotatably and / or movably with respect to the housing 88 by means of a shaft element 90.
  • compressed energy carrier medium and / or compressed gas is coupled into the gas expansion turbine 84 via the inlet 42 and expanded within the gas expansion turbine 84, the impeller element 86 being set in motion and / or rotation during the expansion. Expanded energy carrier medium and / or expanded gas is then decoupled via outlet 44.
  • the shaft element 90 is connected to the mechanical shaft element 48, for example.
  • the energy supply system 10 or 10 ' is used, for example, to drive the vehicle 12, which the energy supply system 10,
  • the vehicle 12 is, for example, a land vehicle, aircraft, rail vehicle or watercraft.
  • the vehicle 12 is a passenger vehicle, truck or bus.
  • the vehicle 12 can be operated with hydrogen as the energy carrier medium.
  • the energy supply system 10 functions as follows:
  • the energy carrier medium supply device 14 provides an energy carrier medium for coupling into the energy supply device 16.
  • the energy carrier medium is provided by the energy carrier medium supply device 14 with a supply pressure which is above the working pressure or working pressure range of the energy supply device 16.
  • the pressure reduction device 36 reduces the supply pressure to the working pressure or working pressure range of the energy supply device 16.
  • the energy carrier medium is expanded by means of the expansion device 38 to reduce the pressure, with energy and in particular potential energy being released during the expansion.
  • the energy released during the expansion of the energy carrier medium is decoupled as mechanical energy and / or kinetic energy by means of the mechanical shaft element 48 and is coupled into the electrical generator device 50.
  • the mechanical energy and / or kinetic energy is converted into electrical energy by means of the electrical generator device 50.
  • the supply pressure is reduced by means of the pre-pressure reducing element 54 to an inlet pressure suitable for the expansion device 38.
  • a pressure with which the energy carrier medium is decoupled from the expansion device is reduced to the working pressure or working pressure range of the energy supply device 16 by means of the downstream pressure reduction element 56. It can furthermore be provided that by means of the back pressure reducing element 46 an equalization of the pressure from to the Energy supply device 16 provided energy carrier medium is carried out.
  • the electrical energy generated by the electrical generator device 50 is fed to the electrical battery device 52 and / or the drive device 30.
  • the energy provided by the energy supply device 16 through the use of the energy carrier medium is supplied to the electric battery device 52 and / or the drive device 30.
  • the electrical battery device 52 stores and / or buffers the electrical energy to be supplied.
  • the electrical battery device 52 provides the coupled and / or stored energy for the drive device 30 when required.
  • the hydrogen energy carrier medium is used.
  • the energy carrier medium supply device 14 is or comprises, for example, the hydrogen tank 22.
  • the energy supply device 16 is then embodied as a fuel cell 28, for example.
  • the drive device 30 is designed as an electric drive device 32.
  • the energy supply device 16 is designed, in particular, as an internal combustion engine.
  • the energy provided by the internal combustion engine and the expansion element 40 for example mechanical and / or electrical energy, is coupled into the transmission device 65 and can be used, for example, by means of the drive element 166 to drive a vehicle.
  • the mechanical energy provided by the expansion element 40 is first converted into electrical energy by means of the electrical generator device 50 and then converted into mechanical energy for coupling into the transmission device 65 by means of the electric motor 34 of the drive device 30 .
  • the electrical energy provided by the electrical generator device 50 is buffered and / or stored by means of the electrical battery device 52.
  • energy released during the expansion of the energy carrier medium and / or the hydrogen gas can be used to reduce the pressure.
  • FIG. 11 An exemplary embodiment of a refueling device 102, which is shown schematically in FIG. 11 and denoted by 102, uses an energy supply system according to the invention, as will be explained in more detail below.
  • the refueling device 102 comprises an energy carrier medium provision device 104.
  • the energy carrier medium provision device 104 provides energy carrier medium and in particular gaseous energy carrier medium (and in particular gaseous hydrogen) at an outlet 106 at a first pressure level pi.
  • the energy carrier medium provision device 104 comprises a memory 108 for energy carrier medium and in particular gaseous energy carrier medium.
  • the energy carrier medium is stored in the memory 108 at a third pressure level p3.
  • the third pressure level p3 is below the first pressure level pi.
  • the memory 108 is fluidly connected to a compressor device 110 on.
  • the compressor device 110 comprises a drive 112.
  • the drive 112 in turn is or preferably comprises an electric motor.
  • Energy carrier medium (and in particular gaseous energy carrier medium) is supplied from storage unit 108 to compressor device 110.
  • the pressure level for the energy carrier medium is then raised by the compressor device 110 from the third pressure level p3 to the first pressure level pi.
  • the refueling device 102 further comprises a pressure reduction device 114 with an expansion device 116.
  • the pressure reduction device 114 with the expansion device 116 is connected to the outlet 106.
  • the pressure level in the energy carrier medium can be reduced at the pressure reducing device 114 by means of expansion of the energy carrier medium.
  • the pressure reduction device 114 with the expansion device 116 functions in principle in the same way as described above, for example by means of FIGS. 3 to 5.
  • pressure reducing device 114 The combination of pressure reducing device 114 and expansion device 116 is followed by an electrical generator device 118.
  • the coupling of the pressure reducing device 114 / expansion device 116 to the electrical generator device 118 is basically as described above.
  • one or more electrical consumers of the refueling device 102 are supplied (directly or indirectly) with usable electrical power by the electrical generator device 118.
  • an electrical consumer 120 is lighting or a display of the fueling device 102.
  • the drive 112 of the compressor device 110 is also an electrical consumer of the refueling device 102, which can basically be provided with usable electrical current through the electrical generator device 118.
  • the refueling device 102 comprises a rechargeable battery device 122, which is coupled in an electrically effective manner to the electrical generator device 118.
  • Electrical energy which is provided by the electrical generator device 118, can be stored via the battery device 122.
  • one or more electrical loads 120 (including, if applicable, the drive 112) to be supplied with usable electrical current via the battery device 122.
  • the refueling device 102 has an electrical connection 124.
  • the electrical connection is in an electrically effective connection with the electrical generator device 118 and / or with the battery device 122.
  • the refueling device 102 can provide usable electrical power.
  • the refueling device 102 has (at least) one delivery connection 126 for energy carrier medium. At this delivery connection 126 (in particular gaseous) energy carrier medium can be delivered to a working pressure or working pressure range.
  • the delivery connection 126 is a dispensing connection of the refueling device 102, at which the corresponding energy carrier medium can be tapped.
  • the combination of pressure reducing device 114 and expansion device 116 is fluidly connected to the delivery connection 126.
  • the pressure level of the energy carrier medium is lowered starting from the first pressure level pi.
  • An energy carrier medium (and in particular a gaseous energy carrier medium) with the working pressure or working pressure range below the first pressure level is then provided at the delivery connection 126.
  • the refueling device 102 further comprises a bypass device 128, which connects the outlet 106 to the delivery connection 126.
  • the bypass device 128 is arranged parallel to the pressure reduction device 114.
  • a valve 130 is seated on the bypass device 128.
  • the valve 130 can be switched and / or controlled and / or regulated.
  • bypass device 128 it is possible to bypass the pressure reduction device 114 / expansion device 116 with regard to the energy carrier medium which is provided by the energy carrier medium supply device 104.
  • valve 130 can be used to control or regulate whether the bypass device 128 is activated or not with regard to the flow of energy carrier medium.
  • Energy carrier medium can then optionally flow through the bypass device 128 or the pressure reduction device 114.
  • an energy carrier medium is provided at the delivery connection 126 at the first pressure level pi.
  • energy carrier medium can also flow through the pressure reducing device 114 with the expansion device 116.
  • the energy carrier medium is provided at the delivery connection 126 at the working pressure or working pressure range, which is smaller than the first pressure level pi.
  • a control and / or regulating device 132 is provided which controls the valve 130 (and if necessary also controls the pressure reduction device 114 / expansion device 116).
  • the bypass device 128 can, in particular, be activated or deactivated in a time-controlled manner. It can thereby be set at which pressure level the energy carrier medium is provided at the delivery connection 126.
  • an object 134 such as a vehicle can be refueled with an energy carrier medium and, in particular, a gaseous energy carrier medium.
  • the object 134 has a tank device 136.
  • This tank device 136 is received after the fueling of the energy carrier medium at a second pressure level p2.
  • the second pressure level p2 is lower than the first Pressure level pi of the energy carrier medium supply device 104 of the refueling device 102.
  • the tank device 136 has a corresponding inlet connection 138.
  • the tank device 136 When the inlet connection 138 is connected to the discharge connection 126, the tank device 136 can be filled accordingly.
  • the object 134 has in particular an energy supply device 140, such as a fuel cell system.
  • an energy supply device 140 such as a fuel cell system.
  • the energy carrier medium from the tank device 136 supplies the energy supply device 140.
  • the object 134 includes a battery device 142, which is a rechargeable battery device.
  • the object 134 can be detached from the refueling device 102 after refueling.
  • the vehicle can then “drive away” from the fueling device 102.
  • An energy supply system is implemented via the refueling device 102 and the object 134, this energy supply system comprising the refueling device 102 and the energy supply device 140 on the object 134.
  • the pressure level with which the energy carrier medium is provided at the delivery connection 126 is greater than the second pressure level p2 for energy carrier medium in the tank device 136.
  • the refueling process of the tank device 136 is then driven by the corresponding pressure difference.
  • the working pressure or working pressure range p4 of the energy carrier medium, which can be removed from the delivery connection 126 may be smaller than at a later point in time.
  • the energy carrier medium which is present at the delivery connection 126 does not have to be at the high first pressure level pi. It is then possible in this intermediate phase to supply the energy carrier medium (with the valve 130 closed) to the pressure reduction device 114 / expansion device 116.
  • the electrical generator device 118 can in turn generate a usable electrical current which can be used by one or more electrical loads 120 of the refueling device 102 and / or by the battery device 142 of the object 134.
  • the valve 130 can be controlled via the control and / or regulating device 132 are opened (and, if necessary, the pressure reducing device 114 / expansion device 116 are fluidically decoupled).
  • the energy carrier medium can be passed through the pressure reducing device 114 / expansion device 116 and a usable electrical current can be generated by the electrical generator device 118. This can be used by the refueling device 102 and / or by the object 134 and in particular to charge the battery device 142.
  • the refueling device 102 is in particular a refueling device for hydrogen and in particular gaseous hydrogen.
  • the first pressure level pi is 900 bar or more.
  • the third pressure level p3 is approx. 200 bar to 300 bar.
  • the pressure p2 is, for example, approx. 700 bar.
  • the pressure energy can be recovered at the beginning of a refueling process.
  • the high pressure level pi is used to fill the tank device 136.
  • LIST OF REFERENCE NUMERALS Energy supply system 'energy supply system vehicle energy carrier medium supply device energy supply device connecting device line element a first line element b second line element storage device hydrogen tank output input fuel cell drive device electric drive device electric motor pressure reducing device expansion device' expansion device expansion element a first expansion element b second expansion direction mechanical shaft element a mechanical shaft element input expansion element a mechanical flow element 'mechanical shaft element' a mechanical shaft element electrical generator device electric battery device admission pressure reduction element a first admission pressure reduction elementb second admission pressure reduction elementc third admission pressure reduction element outlet pressure reduction element bypass element a first bypass element b second bypass element c third bypass element input output valve element gear unit compressed-gas piston element 6 drive element drive element valve element crankshaft element pneumatic piston element 6 drive element drive element valve element Gas expansion turbine Bucket wheel element Housing Shaft element 2 Refueling device Energy carrier medium supply device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

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

Description

Energiebereitstellungssystem, Fahrzeug, Betankungsvorrichtung, Verfahren zur Bereitstellung von Energie und Verfahren zum Betreiben einer Betankungsvorrichtung
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 Energieträger medium, welches insbesondere Wasserstoff ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung von Energie mittels eines Energiebereitstellungssystems.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betanken eines Objekts, welches eine Tankeinrichtung umfasst, mit einem Energieträgermedium, welches ins besondere Wasserstoff ist.
Die DE 10 2016 220 345 Al offenbart ein Druckbehältersystem für ein Kraft fahrzeug, umfassend mindestens einen Druckbehälter zur Speicherung von Brennstoff, und mindestens einen Druckminderer, der mit dem Druckbehälter fluidverbunden ist, wobei der mindestens eine Druckminderer eine Leckage freie Fluidkraftmaschine ist.
Die DE 102 37 164 Al offenbart eine Brennstoffzellenanlage mit einer Brenn stoffzelleneinheit, einem Brennstoffdruckspeicher zur Speicherung eines mit Speicherdruck beaufschlagten Brennstoffes und einer Druckmindereinheit zur Verminderung des Speicherdrucks auf einen Betriebsdruck. Die Druck mindereinheit ist als Kühlvorrichtung zur Kühlung wenigstens eines Kühl elements ausgebildet. Die DE 10 2016 212 250 Al offenbart ein Kraftfahrzeug, umfassend min destens 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 aus gebildet, den Brennstoff aus dem Druckbehälter zum Brennstoffverbraucher zu fördern.
Aus der DE 10 2012 010 909 Al ist eine Vorrichtung zur thermomechanischen Energieumwandlung bekannt.
Aus der DE 103 23 534 Al ist ein Druckgasantrieb für einen Expansionsmotor bekannt.
Aus der DE 34 11 987 Al sind eine Verbrennungskraftmaschine, ein Druckgas motor und ein Kompressor in Form eines Kolbenmotors bekannt.
Aus der DE 34 03 132 Al 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 wasserstoff betriebener 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 Wir kungsgrad bewirkt.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Energiebereitstellungssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Energieträgermedium-Bereit stellungseinrichtung vorgesehen ist, welche ein Energieträgermedium mit einem Bereitstellungsdruck bereitstellt, dass eine Energiebereitstellungs einrichtung vorgesehen ist, welche durch Verwendung des Energieträger mediums elektrische Energie zur Nutzung bereitstellt, dass eine Druck minderungseinrichtung zur Verringerung des Bereitstellungsdrucks des Energieträgermediums auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung vorgesehen ist, und dass eine der Druck minderungseinrichtung zugeordnete Expansionseinrichtung vorgesehen ist, welche eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durch führt und bei der Expansion frei werdende Energie zur Nutzung bereitstellt.
Mittels der Expansionseinrichtung lässt sich bei der Expansion des Energie trägermediums 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 gas förmiger Wasserstoff. Insbesondere lässt sich mittels der Expansions einrichtung 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 bei spielsweise zum Antrieb eines Fahrzeugs oder einer Maschine nutzen. Bei spielsweise lässt sich die bereitgestellte Energie durch Umwandlung in elektri sche Energie zur Versorgung einer Elektroantriebseinrichtung nutzen.
Der Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungs einrichtung 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 Energie bereitstellungseinrichtung 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 Energieumwandlungs prozess 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 Bewe gungsenergie 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 min destens 200 bar und insbesondere mindestens 650 bar und insbesondere min destens 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 Energiebereitstellungs- einrichtung. Beispielsweise sind der Bereitstellungsdruck und/oder die Druck differenz 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 Energieträger medium-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 min destens 2 bar und/oder höchstens 4 bar und insbesondere höchstens 3 bar be trägt.
Beispielsweise beträgt der Arbeitsdruck der Energiebereitstellungseinrichtung ca. 3 bar.
Insbesondere wird das Energieträgermedium bei der Verringerung des Bereit stellungsdrucks 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 aus gekoppeltem 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 Ver bindungseinrichtung zur Herstellung einer fluidwirksamen Verbindung zwi schen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung und der Energie bereitstellungseinrichtung angeordnet ist und/oder einer Verbindungs einrichtung zur Herstellung einer fluidwirksamen Verbindung zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung und der Energiebereit stellungseinrichtung zugeordnet ist. Es lässt sich dadurch die Druck minderungseinrichtung auf technisch einfache Weise in das Energiebereit stellungssystem integrieren.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Druckminderungseinrichtung in die Verbindungseinrichtung integriert ist. Es lässt sich dadurch das Energie bereitstellungssystem kompakt ausführen.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Druckminderungseinrichtung und/oder die Verbindungseinrichtung bezogen auf eine Strömungsrichtung des Energieträgermediums zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungs einrichtung und der Energiebereitstellungseinrichtung angeordnet sind.
Unter der Strömungsrichtung des Energieträgermediums ist insbesondere eine Haupt-Strömungsrichtung und/oder Haupt-Flussrichtung des Energieträger mediums 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-Bereit stellungseinrichtung und der Energiebereitstellungseinrichtung hergestellt ist oder herstellbar ist. Durch das mindestens eine Leitungselement ist insbesondere Energieträger medium und/oder Fluid durchleitbar. Das mindestens eine Leitungselement ist oder umfasst beispielsweise ein Rohrelement zur Durchleitung von Energie trägermedium und/oder Fluid.
Die Verbindungseinrichtung umfasst beispielsweise ein oder mehrere Leitungs elemente und/oder Rohrelemente, durch welche das Energieträgermedium durchleitbar ist und/oder welche von dem Energieträgermedium durchström- bar sind.
Günstig kann es sein, wenn die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrich tung eine Speichereinrichtung für das Energieträgermedium ist oder umfasst, und insbesondere wenn die Speichereinrichtung ein Tank und/oder Druckgas tank und/oder ein Wasserstofftank ist und/oder ein Erdgastank und/oder ein Methantank und/oder ein Methanoltank ist. Es lässt sich dadurch das Energie bereitstellungssystem insbesondere mobil einsetzen und/oder in ein Fahrzeug integrieren. Beispielsweise ist die Speichereinrichtung ein Metallhydrid speicher.
Insbesondere ist mittels der Speichereinrichtung Energieträgermedium spei cherbar 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 ins besondere mindestens 650 bar und insbesondere mindestens 800 bar und ins besondere 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 speicher bar. 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 Energie trägermedium 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 Bereit stellungsdruck höchstens 1050 bar und insbesondere höchstens 900 bar und insbesondere höchstens 750 bar beträgt. Beispielsweise beträgt der Bereit stellungsdruck 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, wel che bei der Verringerung des Drucks und/oder bei der Expansion zur Nutzung bereitgestellt werden kann. Weiterhin lässt sich dadurch der Energieträger medium mit einer möglichst hohen Dichte in einem Tank speichern.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Energieträgermedium-Bereit stellungseinrichtung 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 zu geordnet 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 Wasser stoff 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 Festoxid brennstoffzelle und/oder eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle. Beispielsweise ver wendet die Brennstoffzelle CO2 und/oder CO und/oder H2O als Oxidations mittel.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Energiebereitstellungseinrich tung 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 An triebseinrichtung, insbesondere Elektroantriebseinrichtung, wobei die Energie bereitstellungseinrichtung und/oder die Expansionseinrichtung Energie, ins besondere elektrische Energie und/oder mechanische Energie, für die An triebseinrichtung bereitstellen. Insbesondere wird die bereitgestellte elektri sche Energie und/oder mechanische Energie in die Antriebseinrichtung ein gekoppelt. Insbesondere lässt sich dadurch die von der Energiebereitstellungs einrichtung und/oder von der Expansionseinrichtung bereitgestellte Energie mit einem hohen Wirkungsgrad in Bewegungsenergie, beispielsweise zum An trieb eines Fahrzeugs, umwandeln.
Die Antriebseinrichtung ist insbesondere elektrisch wirksam und/oder mecha nisch wirksam mit der Energiebereitstellungseinrichtung und/oder mit der Ex pansionseinrichtung und/oder mit einer elektrischen Generatoreinrichtung der Druckminderungseinrichtung verbunden.
Die Antriebseinrichtung ist oder umfasst insbesondere eine Elektroantriebs einrichtung. Insbesondere umfasst die Elektroantriebseinrichtung ein oder mehrere Elektromotoren, welche beispielsweise mit Gleich-oder Wechselstrom betreib bar sind. Die Elektromotoren sind mit der Energiebereitstellungseinrichtung elektrisch wirksam verbunden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung eine Getriebeeinrich tung zur Einkopplung und/oder Auskopplung von mechanischer Energie zu/von der Antriebseinrichtung aufweist. Die Getriebeeinrichtung umfasst beispiels weise ein oder mehrere Planetengetriebe.
Beispielsweise ist die Getriebeeinrichtung mechanisch mit der Energie bereitstellungseinrichtung und/oder mit der Expansionseinrichtung und/oder mit einer Elektroantriebseinrichtung der Antriebseinrichtung verbunden. Diese Elektroantriebseinrichtung wird beispielsweise mittels der Expansionseinrich tung und/oder mittels einer elektrischen Generatoreinrichtung der Druck minderungseinrichtung mit Energie versorgt.
Die Energiebereitstellungseinrichtung stellt elektrische Energie bereit. Ins besondere ist die Energiebereitstellungseinrichtung mit einer Elektroantriebs einrichtung des Energiebereitstellungssystems und/oder mit einer elektrischen Batterieeinrichtung des Energiebereitstellungssystems elektrisch wirksam ver bunden. Mittels der Elektroantriebseinrichtung lässt sich die bereitgestellte elektrische Energie mit einem hohen Wirkungsgrad in Bewegungsenergie und/oder Rotationsenergie umwandeln. Mittels der elektrischen Batterie einrichtung lässt sich die elektrische Energie puffern und/oder speichern.
Zusätzlich ist es auch möglich, dass die Energiebereitstellungseinrichtung mechanische Energie und insbesondere Bewegungsenergie und/oder Rota tionsenergie bereitstellt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Energiebereitstellungseinrichtung als Verbrennungsmotor ausgeführt ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Energiebereitstellungssystem eine elektri sche Batterieeinrichtung umfasst, wobei die elektrische Batterieeinrichtung mit der Energiebereitstellungseinrichtung und/oder mit einer Antriebseinrichtung des Energiebereitstellungssystems und/oder mit einer der Druckminderungs einrichtung zugeordneten elektrischen Generatoreinrichtung elektrisch wirk sam verbunden ist. Mittels der elektrischen Batterieeinrichtung lässt sich elekt rische Energie puffern und/oder speichern. Beispielsweise lässt sich mittels der elektrischen Batterieeinrichtung überschüssige Energie puffern und/oder spei chern, welche insbesondere von der elektrischen Generatoreinrichtung und/oder von der Energiebereitstellungseinrichtung bereitgestellt wird. Die ge pufferte und/oder gespeicherte Energie lässt sich dann beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt zur Versorgung der Elektroantriebseinrichtung ver wenden.
Beispielsweise ist die elektrische Batterieeinrichtung direkt mit der Elektro antriebseinrichtung verbunden. Unter der direkten Verbindung ist insbeson dere 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 Ex pansionselement aufweist, wobei das mindestens eine Expansionselement eine Gasexpansionsturbine und/oder ein Gasexpansionsmotor und/oder ein Druck gas-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 Be wegungsenergie 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 Expansions element einen Eingang aufweist, über welchen Energieträgermedium und/oder Gas mit einem Eingangsdruck in das mindestens eine Expansionselement ein koppelbar ist, und einen Ausgang, über welchen Energieträgermedium und/oder Gas aus dem mindestens einen Expansionselement mit einem Aus gangsdruck auskoppelbar ist, wobei der Ausgangsdruck geringer als der Ein gangsdruck ist.
Eine Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck ist von der Art und/oder Beschaffenheit des mindestens einen Expansions elements 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-Kolben motoren 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 Expansions element 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 Energieträger mediums, insbesondere Wasserstoffs, kann es beispielsweise zu einer Beschä digung der Energiebereitstellungseinrichtung, insbesondere Brennstoffzelle, kommen. Günstig kann es sein, wenn die bei der Expansion des Energieträgermediums frei werdende Energie mittels der Expansionseinrichtung in mechanische Ener gie und/oder Bewegungsenergie umgewandelt wird, und insbesondere wenn die Expansionseinrichtung mittels mindestens eines mechanischen Wellen elements mit einer elektrischen Generatoreinrichtung der Druckminderungs einrichtung 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 Expansions einrichtung, beispielsweise mittels eines piezoelektrischen Elements, in elektri sche Energie und insbesondere direkt in elektrische Energie umgewandelt wird.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mindestens ein Expansions element der Expansionseinrichtung mindestens ein mechanisches Wellen element aufweist. Beispielsweise ist das mindestens eine mechanische Wellen element mittels eines Kolbenelements und/oder eines Rotorelements und/oder eines Schaufelradelements des mindestens einen Expansionselements antreib- bar.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Druckminderungseinrichtung eine elektri sche Generatoreinrichtung aufweist, welche bei der Expansion des Energie trägermediums zur Druckminderung frei werdende Energie in elektrische Ener gie umwandelt. Beispielsweise ist die elektrische Generatoreinrichtung mit einer Elektroantriebseinrichtung und/oder mit einer elektrischen Batterie einrichtung des Energiebereitstellungssystems verbunden. Es lässt sich dadurch die bei der Expansion und/oder der Druckminderung des Energie trägermediums frei werdende Energie zur Nutzung durch die Elektroantriebs einrichtung bereitstellen. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mittels der elektrischen Gene ratoreinrichtung 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 Ex pansionselementen aufweist, wobei die Expansionselemente bezogen auf eine Strömungsrichtung des Energieträgermediums jeweils hintereinander angeord net sind. Insbesondere ist dadurch eine stufenweise Verringerung des Bereit stellungsdrucks des Energieträgermediums durchführbar oder wird durch geführt. 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 min destens ein mechanisches Wellenelement aufweisen, wobei die jeweiligen mechanischen Wellenelemente voneinander verschiedener Expansions elemente mit einer Getriebeeinrichtung verbunden sind. Insbesondere ist die Getriebeeinrichtung dann, beispielsweise mittels eines weiteren mechanischen Wellenelements, mit einer elektrischen Generatoreinrichtung der Druck minderungseinrichtung verbunden. Beispielsweise umfasst die Getriebeeinrich tung ein oder mehrere Planetengetriebe. Mittels der Getriebeeinrichtung lassen sich unterschiedliche Drehzahlen und/oder Drehmomente voneinander ver schiedener 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 Bereitstellungs drucks realisieren. Insbesondere sind mehrere voneinander verschiedene Expansionselemente der Expansionseinrichtung jeweils unterschiedlich ausgebildet und insbeson dere jeweils für unterschiedliche Druckbereiche ausgebildet. Unter unter schiedlichen Druckbereichen sind beispielsweise unterschiedliche Eingangs-, und/oder Ausgangsdrücke und/oder unterschiedliche Druckdifferenzen zwi schen Eingangs-, und Ausgangsdruck an dem jeweiligen Expansionselement zu verstehen.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass mehrere voneinander ver schiedene Expansionselemente der Expansionseinrichtung jeweils gleichartig ausgebildet sind und insbesondere jeweils für gleiche Druckbereiche aus gebildet sind.
Beispielsweise weist die Expansionseinrichtung Expansionselemente in drei unterschiedlichen Ausführungsformen auf. Diese Expansionselemente sind je weils für unterschiedliche Druckbereiche, wie z.B. Hochdruck, Mitteldruck oder Niederdruck, ausgelegt.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Expansionseinrichtung min destens ein Hochdruckexpansionselement und/oder mindestens ein Mittel druckexpansionselement und/oder mindestens ein Niederdruckexpansions element 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 Energie trägermediums auf mehrere Zweige mit voneinander verschiedenen Expan sionselementen 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 Kombi nation 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 Expan sionseinrichtung aufweist. Das mindestens eine Umgehungselement ist bei spielsweise als Bypass ausgebildet. Mittels des mindestens einen Umgehungs elements 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 Energie trägermediums an dem mindestens einen Expansionselement vorbeileiten. Dadurch kann beispielsweise ein Expansionselement, welches für einen ge ringeren Durchfluss und/oder geringeren Eingangsdruck von Energieträger medium ausgelegt ist, verwendet werden und/oder es kann ein für ein be stimmtes Expansionselement geeigneter Eingangsdruck bereitgestellt werden. Dadurch können beispielsweise bei Bedarf Expansionselemente mit geringeren räumlichen Abmessungen verwendet werden, wodurch sich das Energiebereit stellungssystem 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 regel bar ist. Es lassen sich dadurch die Druckminderungseinrichtung und/oder die Expansionseinrichtung beispielsweise für unterschiedliche Bereitstellungs drücke 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 Strömungs richtung des Energieträgermediums der Expansionseinrichtung und/oder min destens einem Expansionselement der Expansionseinrichtung vorgeschaltet ist. Mittels des Vordruckminderungselements lässt sich ein geeigneter Ein gangsdruck für die Expansionseinrichtung und/oder für das mindestens eine Expansionselement bereitstellen. Beispielsweise wird mittels des mindestens einen Vordruckminderungselements der Bereitstellungsdruck des Energie trägermediums 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 Ein gangsdrücke für die jeweiligen Expansionselemente bereitstellen.
Beispielsweise ist das mindestens eine Vordruckminderungselement bezogen auf die Strömungsrichtung des Energieträgermediums zwischen einem Aus gang der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung und der Expan sionseinrichtung angeordnet.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mehreren Expansionselementen oder jedem Expansionselement der Expansionseinrichtung ein Vordruck minderungselement 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 be zogen auf die Strömungsrichtung des Energieträgermediums jeweils zwischen einem Ausgang eines Expansionselements und einem Eingang eines dem Ex pansionselement nachgeschalteten weiteren Expansionselements angeordnet.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass, bezogen auf die Strömungs richtung des Energieträgermediums, mindestens ein Umgehungselement zur Umgehung der Expansionseinrichtung zwischen dem mindestens einen Vor druckminderungselement und einem Eingang der Energiebereitstellungs einrichtung 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 Ener giebereitstellungseinrichtung hersteilen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Druckminderungseinrichtung mindestens ein Hinterdruckminderungselement aufweist, welches bezogen auf eine Strö mungsrichtung 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 Energiebereit stellungseinrichtung bereitstellen. Es lässt sich dadurch weiterhin insbesondere eine Vergleichmäßigung eines Drucks des an die Energiebereitstellungs einrichtung bereitgestellten Energieträgermediums durchführen.
Beispielsweise ist das mindestens eine Hinterdruckminderungselement be zogen auf die Strömungsrichtung des Energieträgermediums zwischen der Ex pansionseinrichtung und der Energiebereitstellungseinrichtung angeordnet. Beispielsweise ist das mindestens eine Hinterdruckminderungselement zwi schen einem bezogen auf die Strömungsrichtung des Energieträgermediums letzten Expansionselement der Expansionseinrichtung und der Energiebereit stellungseinrichtung angeordnet. Insbesondere wird das mindestens eine Hinterdruckminderungselement in Kombination mit einem Druckgas-Kolbenmotor als Expansionselement der Ex pansionseinrichtung eingesetzt.
Das Vordruckminderungselement und/oder das Hinterdruckminderungs element 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 Hinterdruck minderungselement mittels mindestens eines Umgehungselements der Druck minderungseinrichtung 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 Kom ponenten des Energiebereitstellungssystems explosionsgeschützt ausgeführt. Es lässt sich dadurch das Energiebereitstellungssystem mit entzündlichen Energieträgermedien, wie beispielsweise Wasserstoff, verwenden.
Ein erfindungsgemäßes Energiebereitstellungssystem lässt sich vorteilhafter weise in oder bei einem Fahrzeug verwenden.
Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug bereitgestellt, insbesondere Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug und/oder Wasserfahrzeug, welches ein erfindungs gemäßes Energiebereitstellungssystem umfasst. Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist insbesondere ein oder mehrere Merk male und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems auf.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mittels des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems eine Antriebseinrichtung, insbesondere Elektro antriebseinrichtung, des Fahrzeugs mit Energie versorgbar ist. Es lässt sich dadurch das Fahrzeug, mittels des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungs systems antreiben.
Beispielsweise ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug, wie z. B. ein Lastkraft wagen, 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 Hausenergie versorgung oder zur Notstromversorgung verwenden. Beispielsweise lässt sich das erfindungsgemäße Energiebereitstellungssystem zur Stromversorgung und insbesondere zur Stromversorgung mittels Wasser stoff als Energieträgermedium verwenden.
Ein erfindungsgemäßes Energiebereitstellungssystem lässt sich auch auf vor teilhafte Weise bei einer Betankungsvorrichtung für Energieträgermedium ein- setzen, wobei das Energieträgermedium insbesondere Wasserstoff (insbeson dere 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 Energie bereitstellungssystem eine Betankungsvorrichtung für Energieträgermedium vorgesehen ist, wobei das Energieträgermedium insbesondere Wasserstoff ist, und wobei die Betankungsvorrichtung die Energieträgermedium-Bereit stellungseinrichtung, die Druckminderungseinrichtung und die Expansions einrichtung 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 um fasst, welche über die Betankungsvorrichtung betankbar ist.
Es ist ferner günstig, wenn die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrich tung 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 Er zeugung eines nutzbaren elektrischen Stroms verwendet wird. Erfindungsgemäß ist eine Betankungsvorrichtung für Energieträgermedium, welches insbesondere Wasserstoff ist, bereitgestellt, welche eine Energie trägermedium-Bereitstellungseinrichtung umfasst, welche eine Druck minderungseinrichtung für das Energieträgermedium umfasst, welche eine Expansionseinrichtung umfasst, die der Druckminderungseinrichtung zu geordnet ist, und die eine Expansion des Energieträgermediums zur Druck minderung durchführt, welche mindestens einen Abgabeanschluss für Energie trägermedium umfasst, wobei die Druckminderungseinrichtung in fluid wirksamer Verbindung mit dem mindestens einen Abgabeanschluss steht, und welche eine elektrische Generatoreinrichtung umfasst, die an die Expansions einrichtung 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 Druck differenz eine Tankeinrichtung an einem zu betankenden Objekt befüllbar ist. Diese Druckdifferenz muss jedoch nicht in allen Phasen des Betankungs vorgangs 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 Generator einrichtung 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 ent sprechend betreiben. Es kann beispielsweise auch ein oder mehrere Elektro motoren der Betankungsvorrichtung entsprechend durch den nutzbaren elektrischen Strom mit elektrischer Energie versorgt werden. Es ist auch alter nativ oder zusätzlich möglich, dass ein zu betankendes Objekt entsprechend mit elektrischer Energie versorgt wird und beispielsweise eine wiederauflad bare Batterieeinrichtung des zu betankenden Objekts aufgeladen wird.
Wenn dann in einer späteren Phase des Betankungsvorgangs eine höhere Druckdifferenz benötigt wird, kann die Druckminderungseinrichtung/Expan sionseinrichtung abgeschaltet werden bzw. umgangen werden, um so einen hohen Befüllungsgrad zu ermöglichen.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Energieträgermedium-Bereit stellungseinrichtung Energieträgermedium auf einem ersten Druckniveau be reitstellt, und dass Energieträgermedium in einer zu betankenden Tank einrichtung auf einem zweiten Druckniveau aufgenommen ist, wobei das zweite Druckniveau kleiner ist als das erste Druckniveau. Durch die Druck differenz 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-Bereit stellungseinrichtung eine Kompressoreinrichtung, welche Energieträger medium 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 er reichen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Energieträgermedium-Bereit stellungseinrichtung 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. Energie trägermedium auf dem hohen ersten Druckniveau muss nicht gespeichert bzw. nicht für längere Zeit gespeichert werden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn (sowohl) die Druckminderungseinrich tung (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-Einrich tung parallel zu der Druckminderungseinrichtung angeordnet ist. Über die By pass-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 Druck minderungseinrichtung/Expansionseinrichtung zuführen und es lässt sich ent sprechend 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 vor gesehen ist: es ist wahlweise einstellbar, ob Energieträgermedium von der Energie trägermedium-Bereitstellungseinrichtung direkt dem mindestens einen Abgabeanschluss zugeführt ist oder der Druckminderungseinrichtung zu geführt 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 Energieträger medium 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 Ver brauchern der Betankungsvorrichtung verbunden; die elektrische Generatoreinrichtung und/oder eine Batterieeinrichtung ist elektrisch wirksam mit einer Kompressoreinrichtung der Energie trägermedium-Bereitstellungseinrichtung verbunden.
An dem mindestens einen elektrischen Anschluss der Betankungsvorrichtung kann ein Anwender elektrische Energie entnehmen. Es lässt sich dadurch bei- spielsweise eine Batterieeinrichtung eines Objekts, welches mit Energieträger- medium betankt wird, oder eines anderen Objekts, mit elektrischem Strom aufladen. Während eines Betankungsvorgangs kann dann sowohl eine Energie trägermediumbetankung als auch eine "Strombetankung" an einer Batterie einrichtung 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 Kom pressoreinrichtung sein. Durch Rückgewinnung von Druckenergie lässt sich ein entsprechender elektrischer Strom zur Nutzung durch die Betankungsvorrich tung bereitstellen.
Erfindungsgemäß ist es 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 Energie bereitstellungseinrichtung Energie zur Nutzung bereitgestellt wird, und dass der Bereitstellungsdruck des Energieträgermediums mittels einer Druck minderungseinrichtung auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung verringert wird, wobei der Druck- minderungseinrichtung eine Expansionseinrichtung zugeordnet ist, mittels wel cher eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durch geführt wird und bei der Expansion frei werdende Energie zur Nutzung bereit gestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere ein oder mehrere Merk male und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Energiebereitstellungssystems und/oder des erfindungsgemäßen Fahrzeugs auf.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße 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 erfindungsgemäße Verfahren aus oder es ist das erfindungsgemäße Verfahren mittels des erfindungs gemäßen Energiebereitstellungssystems und/oder des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ausführbar.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die bei der Expansion frei wer dende Energie in mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie und/oder elektrische Energie und/oder thermische Energie umgewandelt wird. Beispiels weise wird die bei der Expansion frei werdende Energie zunächst in mecha nische Energie und/oder Bewegungsenergie umgewandelt und anschließend in elektrische Energie umgewandelt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betanken eines Objekts, welches eine Tankeinrichtung umfasst, mit einem Energieträgermedium, welches ins besondere 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 zwei ten 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 Energieträger mediums zur Druckminderung durchgeführt und mittels bei der Expansion frei werdender Energie wird ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Betankungsvorrichtung erläuterten Vorteile auf.
Wenn der Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich kleiner als das erste Druck niveau ist und dabei ausreichend ist, um eine Betankung der Tankeinrichtung durchzuführen, dann lässt sich bei einem Betankungsvorgang über die Druck minderungseinrichtung mit der Expansion des Energieträgermediums Druckenergie nutzen und insbesondere "zurückgewinnen". Dadurch wiederum lässt sich ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugen, welcher durch die ent sprechende 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 Energieträger mediums genutzt, um Energie im weiteren Sinne zurückzugewinnen. Die nutz bare 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 Kompressor einrichtung auf ein geeignetes Druckniveau (insbesondere das erste Druck niveau) gebracht wird und dann eine Absenkung an der Druckminderungs einrichtung auf ein niedrigeres Druckniveau erfolgt (und dabei an der Expan sionsmaschine eine Energieumwandlung erfolgt), dann wird dadurch gewisser maßen teilweise Druckenergie zurückgewonnen, wenn die Gesamtenergie bilanz betrachtet wird.
Insbesondere wird der nutzbare elektrische Strom für ein externes Objekt be reitgestellt 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 Be tankungsvorgangs Energieträgermedium der Druckminderungseinrichtung zu geführt wird. In der Regel ist es so, dass die Druckdifferenz zwischen dem Ar beitsdruck bzw. Arbeitsdruckbereich und dem zweiten Druckniveau am Anfang eines Betankungsvorgangs kleiner sein kann als am Ende eines Betankungs vorgangs. 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. Arbeitsdruck bereich 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 ins besondere 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 Energieträger medium von einer Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung zum Ab gabeanschluss gesteuert und/oder geregelt wird und insbesondere im Laufe eines Betankungsvorgangs der Zuführungsweg variiert wird. Es kann dann ins besondere im Lauf eines Betankungsvorgangs der jeweils geeignete Zufüh rungsweg 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 er zeugt wird. Es ergibt sich so eine Wirkungsgradoptimierung. In einer späteren Phase des Betankungsvorgangs, bei dem zur Erreichung eines hohen Be füllungsgrads einer entsprechenden Tankeinrichtung eine größere Druck differenz notwendig ist, wird ein Zuführungsweg gewählt, welcher eben Energieträgermedium auf einem hohen Druckniveau und insbesondere min destens näherungsweise auf dem Druckniveau bereitstellt, mit welchem Energieträgermedium von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung abgegeben wird.
Falls nicht anders angegeben, ist unter den Angaben "zumindest näherungs weise" 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 Zu sammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energiebereitstellungssystems; Figur 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Energiebereitstellungssystems;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Expansionselements des Energiebereitstellungssystems;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Expansionselements des Energiebereitstellungssystems;
Figur 5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Expansionselements des Energiebereitstellungssystems;
Figur 6 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, umfassend ein Energiebereitstellungssystem;
Figur 7 eine Variante des Ausführungsbeispiels des Energiebereitstellungs systems gemäß Figur 2;
Figur 8 eine Variante des Ausführungsbeispiels des Energiebereitstellungs systems gemäß Figur 1;
Figur 9 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels des Energiebereit stellungssystems gemäß Figur 1;
Figur 10 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels des Energiebereit stellungssystems gemäß Figur 1; und
Figur 11 ein Ausführungsbeispiel einer Betankungsvorrichtung in schema tischer Darstellung.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Ein Ausführungsbeispiel eines Energiebereitstellungssystems ist in Figur 1 ge zeigt und dort mit 10 bezeichnet. Dieses Energiebereitstellungssystem 10 dient beispielsweise zur Bereitstellung von Energie für ein Fahrzeug 12 (Figur 6), insbesondere Landfahrzeug und/oder Kraftfahrzeug, oder für eine Maschine, beispielsweise pneumatische Maschine.
Das Energiebereitstellungssystem 10 umfasst eine Energieträgermedium-Be reitstellungseinrichtung 14 und eine Energiebereitstellungseinrichtung 16, wel che 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 her gestellt ist.
Die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Speichereinrichtung 21 und insbesondere als Wasser stofftank 22 ausgebildet. Die Speichereinrichtung 21 ist insbesondere ein Hochdrucktank, in welchem Energieträgermedium und insbesondere Wasser stoff 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 be reitgestellt. 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 ver bunden. Mittels des Eingangs 26 ist Energieträgermedium in die Energiebereit stellungseinrichtung 16 einkoppelbar.
Beispielsweise ist oder umfasst die Energiebereitstellungseinrichtung 16 eine Brennstoffzelle 28, welche beispielsweise eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brenn- stoffzelle ist.
Die Energiebereitstellungseinrichtung 16 erzeugt unter Verwendung des von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 bereitgestellten Energieträgermediums nutzbare elektrische Energie. Zur Nutzung der bereit gestellten Energie ist die Energiebereitstellungseinrichtung 16 bei dem gezeig ten Ausführungsbeispiel mit einer Antriebseinrichtung 30 verbunden.
Die Antriebseinrichtung 30 ist oder umfasst beispielsweise eine Elektro antriebseinrichtung 32, welche mittels elektrischer Energie betrieben wird. Die Elektroantriebseinrichtung 32 ist elektrisch wirksam mit der Energiebereit stellungseinrichtung 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, insbeson dere gasförmiger Kraftstoff, mit einem Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung 16 in die Energiebereitstellungs einrichtung 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 Ver bindungseinrichtung 18 zugeordnet ist und/oder in die Verbindungseinrichtung 18 integriert ist. Mittels der Druckminderungseinrichtung 36 wird der Bereit stellungsdruck auf den Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich reduziert.
Zur Verringerung des Bereitstellungsdrucks auf den Arbeitsdruck oder Arbeits druckbereich der Energiebereitstellungseinrichtung 16 wird eine Expansion des Energieträgermediums mittels der Druckminderungseinrichtung 36 durch geführt. 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 Druck minderungseinrichtung 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 Figur 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 ein koppelbar. 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 Aus gangsdruck und dem Eingangsdruck liegt eine Druckdifferenz vor, welche an dem Expansionselement 40 abfällt. Der für das Expansionselement 40 geeignete Eingangsdruck und/oder Aus gangsdruck und/oder die Druckdifferenz zwischen Eingangsdruck und Aus gangsdruck an dem Expansionselement ist abhängig von der Art und Be schaffenheit des Expansionselements 40. Beispielsweise beträgt die Druck differenz 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-Bereit stellungseinrichtung 14 und der Energiebereitstellungseinrichtung 16 an geordnet.
Der Eingang 42 des Expansionselements 40 ist mittels eines ersten Leitungs elements 20a mit dem Ausgang 24 der Energieträgermedium-Bereitstellungs einrichtung 14 fluidwirksam verbunden. Der Ausgang 44 des Expansions elements 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 Figur 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 Expan sionselement 40 weist das Expansionselement 40 ein mechanisches Wellen element 48 auf, welches beispielsweise bewegbar und/oder drehbar ist.
Zur Umwandlung der aus dem Expansionselement 40 ausgekoppelten mecha nischen Energie und/oder Bewegungsenergie umfasst die Druckminderungs einrichtung 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 Druckminderungs einrichtung 36 frei werdende Energie beispielsweise zum Antrieb des Fahr zeugs 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 Batterieeinrich tung 52 mit der elektrischen Generatoreinrichtung 50 und/oder mit der An triebseinrichtung 30 und/oder mit der Energiebereitstellungseinrichtung 16 elektrisch wirksam verbunden.
Beispielsweise wird im Betrieb des Energiebereitstellungssystems 10 elektri sche Energie von der elektrischen Generatoreinrichtung 50 und/oder der Ener giebereitstellungseinrichtung 16 in die elektrische Batterieeinrichtung 52 ein gekoppelt. Von der elektrischen Batterieeinrichtung 52 und/oder der Energie bereitstellungseinrichtung 16 bereitgestellte Energie wird beispielsweise zur Versorgung der Antriebseinrichtung 30 mit elektrischer Energie verwendet.
Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Druck minderungseinrichtung 36 ein oder mehrere Vordruckminderungselemente 54 aufweist. Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ist ein Vordruckminderungs element 54 vorgesehen, welches bezogen auf die Strömungsrichtung 46 des Energieträgermediums zwischen dem Expansionselement 40 und der Energie trägermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 angeordnet ist. Das Vordruckminderungselement 54 verringert den Bereitstellungsdruck, mittels welchem Energieträgermedium und/oder Gas von der Energieträger medium-Bereitstellungseinrichtung 14 bereitgestellt wird, auf einen für die Ex pansionseinrichtung 38 und/oder das Expansionselement 40 geeigneten Ein gangsdruck oder Eingangsdruckbereich.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Druck minderungseinrichtung 36 mindestens ein Hinterdruckminderungselement 56 aufweist. Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ist ein Hinterdruckminderungs element 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 ge eigneten Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich.
Weiterhin lässt sich mittels des Vordruckminderungselements 54 und/oder des Hinterdruckminderungselements 56 eine Pufferung und/oder Vergleich mäßigung 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 Druck minderungseinrichtung mindestens ein Umgehungselement 58 zur Umgehung der Expansionseinrichtung 38 und/oder des Expansionselements 40 aufweist. Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ist ein Umgehungselement 58 vor gesehen, 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 Ex pansionseinrichtung 38, an der Expansionseinrichtung 38 und/oder an dem Expansionselement 40 vorbeileiten.
Das Umgehungselement 58 weist beispielsweise ein oder mehrere Leitungs elemente auf, durch welche Energieträgermedium und/oder Gas durchleitbar ist.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ist das Umgehungselement 58 bezogen auf die Strömungsrichtung 46 des Energieträgermediums und/oder Gases zwi schen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 und der Ener giebereitstellungseinrichtung 16 angeordnet.
Das Umgehungselement 58 weist beispielsweise einen Eingang 60 zu Ein kopplung 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 Ventil elements 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 zwi schen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 und dem Ex pansionselement 40 und insbesondere zwischen dem Vordruckminderungs element 54 und dem Expansionselement 40 angeordnet. Der Ausgang 62 ist beispielsweise zwischen dem Expansionselement 40 und der Energiebereit stellungseinrichtung 16 und insbesondere zwischen dem Hinterdruck minderungselement 56 und der Energiebereitstellungseinrichtung 16 an geordnet. Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Energiebereitstellungssystems 10' ist in Figur 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. Insbeson dere weist das Energiebereitstellungssystem 10' ein oder mehrere Merkmale des vorstehend beschriebenen Energiebereitstellungssystems 10 auf. Das Energiebereitstellungssystem 10' weist grundsätzlich die gleiche Funktions weise 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 aus gebildet wie das vorstehend beschriebene Expansionselement 40. Die Expan sionselemente 40a, 40b und 40c weisen jeweils den Eingang 42 für Energie trägermedium 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 ver bunden. Der Ausgang 44 des ersten Expansionselements 40a ist mit dem Ein gang 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 Energiebereit stellungseinrichtung 16 fluidwirksam verbunden. Mittels der Expansionseinrichtung 38' lässt sich beispielsweise eine stufen weise Verringerung des Bereitstellungsdrucks der Energieträgermedium-Be reitstellungseinrichtung 14 realisieren.
Das erste Expansionselement 40a ist beispielsweise ein Hochdruckexpansions element. Beispielsweise wird in das erste Expansionselement 40a Energie trägermedium und/oder Gas mit einem Druck von mindestens 500 bar und/oder höchstens 700 bar eingekoppelt.
Das zweite Expansionselement 40b ist beispielsweise ein Mitteldruck expansionselement. 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 Niederdruck expansionselement. 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 Ex pansionselement 40a und/oder dem zweiten Expansionselement 40b und/oder dem dritten Expansionselement 40c bezogen auf die Strömungsrichtung 46 je weils ein Vordruckminderungselement 54 vorgeschaltet ist.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel ist ein erstes Vordruckminderungs element 54a vorgesehen, welches dem ersten Expansionselement 40a vor geschaltet ist, und es ist ein zweites Vordruckminderungselement 54b vor gesehen, 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 Ein gangsdruck bereitgestellt.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass dem ersten Expan sionselement 40a und/oder dem zweiten Expansionselement 40b und/oder dem dritten Expansionselement 40c bezogen auf die Strömungsrichtung 46 je weils ein Hinterdruckminderungselement nachgeschaltet ist. Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel ist dem dritten Expansionselement 40c ein Hinterdruck minderungselement 56 nachgeschaltet.
Das Hinterdruckminderungselement 56 dient zur Bereitstellung eines für die Energiebereitstellungseinrichtung 16 geeigneten Arbeitsdrucks oder Arbeits druckbereichs.
Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass dem ersten Expan sionselement 40a und/oder dem zweiten Expansionselement 40b und/oder dem dritten Expansionselement 40c jeweils ein Umgehungselement 58 zu geordnet ist, mittels welchem das jeweilige Expansionselement 40a bzw. 40b bzw. 40c überbrückbar ist.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel ist dem ersten Expansionselement 40a ein erstes Umgehungselement 58a zugeordnet und dem zweiten Expansions element 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 zu geordnete 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 ver wendet werden. Es lassen sich dadurch beispielsweise in Abhängigkeit einer jeweiligen Konfi guration der Umgehungselemente 58a, 58b und 58c mittels der Druck minderungseinrichtung 36 unterschiedliche Arbeitsdrücke oder Arbeitsdruck bereiche 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 öder es lässt sich die Druckminderungseinrichtung 36 an unter schiedliche Bereitstellungsdrücke anpassen.
Falls das dritte Expansionselement 40c und insbesondere das zweite Expan sionselement 40b mittels des dritten Umgehungselements 58c bzw. des zwei ten Umgehungselements 58b umgangen werden, wird mittels des dritten Vor druckminderungselements 54c bzw. des zweiten Vordruckminderungselements 54b ein geeigneter Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich für die Energie bereitstellungseinrichtung 16 bereitgestellt. In diesem Fall dienen die Vor druckminderungselemente 54c bzw. 54b als entsprechende Hinterdruck minderungselemente, welche den Expansionselementen 40b bzw. 40a nach geschaltet sind.
Bei einer Variante der Druckminderungseinrichtung 36 weist die Expansions einrichtung 38' alternativ oder zusätzlich eine Mehrzahl von Expansions elementen 40 auf, welche bezogen auf die Strömungsrichtung 46 des Energie trägermediums und/oder Gases parallel zueinander angeordnet sind (Figur 7).
Bei dem in Figur 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 ver schiedene Druckbereiche ausgelegt sind.
Bei dem in Figur 7 gezeigten Beispiel kann es vorgesehen sein, dass einem oder mehreren der Expansionselemente 40 der Expansionseinrichtung 38' je weils ein Umgehungselement 58 (angedeutet in Figur 7) zugeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, dass jedem der Expansionselemente 40 der Expan sionseinrichtung 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 zu geordnet und/oder vorgeschaltet ist. Dadurch lässt sich für jedes der Expan sionselemente 40a, 40b und 40c ein geeigneter Eingangsdruck bereitstellen.
Bei der in Figur 8 gezeigten Variante des Energiebereitstellungssystems 10 umfasst die Antriebseinrichtung 30 eine Getriebeeinrichtung 65. Das in Figur 8 gezeigte Ausführungsbeispiel weist insbesondere ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile des vorstehend beschriebenen Energiebereitstellungs systems 10 auf. Für gleiche Elemente werden gleiche Bezugszeichen ver wendet.
Die Getriebeeinrichtung 65 umfasst beispielsweise ein oder mehrere Planeten getriebe.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Expansionselement 40, bei spielsweise mittels des mechanischen Wellenelements 48, mit der Getriebe einrichtung 65 mechanisch verbunden.
Die Energiebereitstellungseinrichtung 16 ist bei dem gezeigten Beispiel ins besondere als Verbrennungsmotor ausgebildet. Die Energiebereitstellungs einrichtung 16 ist, beispielsweise mittels eines mechanischen Wellenelements 48', mit der Getriebeeinrichtung 65 mechanisch verbunden. In die Getriebeeinrichtung 65 wird mittels der Energiebereitstellungs einrichtung 16 und des Expansionselement 40 mechanische Energie und ins besondere 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 An trieb eines Fahrzeugs und ist beispielsweise mit dessen Rädern verbunden.
Das Antriebselement 166 ist beispielsweise mittels eines mechanischen An triebswellenelements 168 mit der Getriebeeinrichtung 65 mechanisch ver bunden.
Bei der in Figur 9 gezeigten Variante des Energiebereitstellungssystems 10 wird die von dem Expansionselement 40 bereitgestellte mechanische Energie in Abwandlung zu dem in Figur 8 gezeigten Beispiel nicht direkt in die Ge triebeeinrichtung 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 An triebseinrichtung 30 verbunden ist.
Der Elektromotor 34 wandelt eingekoppelte elektrische Energie in mecha nische Energie und insbesondere Bewegungsenergie und/oder Rotations energie 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 Figur 10 gezeigten Variante des Energiebereitstellungssystems 10 weist das Expansionselement 40 ein erstes mechanisches Wellenelement 48a und ein zweites mechanisches Wellenelement 48b zur Auskopplung mecha nischer Energie auf. Das erste mechanische Wellenelement 48a ist mit der Ge triebeeinrichtung 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 Figur 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 Figuren 8 bis 10 gezeigten Varianten des Energiebereitstellungssystems 10 ein oder mehrere Merkmale des vorstehend beschriebenen Energiebereitstellungssystems 10', wie bei spielsweise eine Mehrzahl von Expansionselementen 40, aufweisen.
Das Expansionselement 40 ist beispielsweise ein Druckgas-Kolbenmotor 66 (Figur 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 ver setzt 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 (Figur 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 ex pandiert und dabei ein Rotorelement 78 des Lamellenmotors 76 in Bewegung versetzt. Dieses Rotorelement 78 ist bezüglich eines Starterelements 80 be wegbar 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 Figur 5 gezeigten Variante ist das Expansionselement 40 als Gas expansionsturbine 84 ausgebildet. Die Gasexpansionsturbine 84 weist den Ein gang 42 zu Einkopplung von Energieträgermedium und/oder Gas und den Aus gang 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 Energieträger medium und/oder komprimiertes Gas über den Eingang 42 in die Gas expansionsturbine 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 Energie trägermedium 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, Schienen fahrzeug oder Wasserfahrzeug. Beispielsweise ist das Fahrzeug 12, ein Per sonenkraftwagen, 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 Energieträger medium-Bereitstellungseinrichtung 14 mit einem Bereitstellungsdruck bereit gestellt, welcher oberhalb des Arbeitsdrucks oder Arbeitsdruckbereichs der Energiebereitstellungseinrichtung 16 liegt.
Die Druckminderungseinrichtung 36 führt eine Verringerung des Bereit stellungsdrucks auf den Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich der Energie bereitstellungseinrichtung 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 mecha nischen Wellenelements 48 ausgekoppelt und in die elektrische Generator einrichtung 50 eingekoppelt. Mittels der elektrischen Generatoreinrichtung 50 wird die mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie in elektrische Ener gie umgewandelt.
Es kann vorgesehen sein, dass der Bereitstellungsdruck mittels des Vordruck minderungselements 54 auf einen für die Expansionseinrichtung 38 geeigneten Eingangsdruck reduziert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass ein Druck, mit wel chem 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 Hinterdruck minderungselements 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 Batterie einrichtung 52 und/oder der Antriebseinrichtung 30 zugeführt.
Die elektrische Batterieeinrichtung 52 speichert und/oder puffert die zu geführte elektrische Energie. Beispielsweise stellt die elektrische Batterie einrichtung 52 die gekoppelte und/oder gespeicherte Energie bei Bedarf für die Antriebseinrichtung 30 bereit.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass Wasserstoff Energieträger medium verwendet wird. Die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 14 ist oder umfasst dann beispielsweise den Wasserstofftank 22. Die Energie bereitstellungseinrichtung 16 ist dann beispielsweise als Brennstoffzelle 28 ausgebildet.
Insbesondere ist die Antriebseinrichtung 30 als Elektroantriebseinrichtung 32 ausgebildet.
Bei den in den Figuren 8, 9 und 10 gezeigten Varianten ist die Energiebereit stellungseinrichtung 16 insbesondere als Verbrennungsmotor ausgebildet.
Die von dem Verbrennungsmotor und dem Expansionselement 40 bereit gestellte 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 wer den. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die von dem Expan sionselement 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 um gewandelt wird.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die von der elektrischen Generator einrichtung 50 bereitgestellte elektrische Energie mittels der elektrischen Batterieeinrichtung 52 gepuffert und/oder gespeichert wird.
Mittels des Energiebereitstellungssystems 10 lässt sich dadurch wie be schrieben bei der Expansion des Energieträgermediums und/oder des Wasser stoffgases zur Druckminderung frei werdende Energie nutzen.
Ein Ausführungsbeispiel einer Betankungsvorrichtung 102, welche in Figur 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-Bereit stellungseinrichtung 104. Die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 104 stellt Energieträgermedium und insbesondere gasförmiges Energieträger medium (und insbesondere gasförmigen Wasserstoff) an einem Ausgang 106 auf einem ersten Druckniveau pi bereit.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Energieträgermedium-Bereit stellungseinrichtung 104 einen Speicher 108 für Energieträgermedium und ins besondere gasförmiges Energieträgermedium. In dem Speicher 108 ist das Energieträgermedium auf einem dritten Druckniveau p3 gespeichert. Das dritte Druckniveau p3 liegt unter dem ersten Druckniveau pi. Der Speicher 108 ist fluidwirksam an eine Kompressoreinrichtung 110 an geschlossen. 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 Energie trägermedium von dem dritten Druckniveau p3 auf das erste Druckniveau pi gehoben.
Die Betankungsvorrichtung 102 umfasst ferner eine Druckminderungseinrich tung 114 mit einer Expansionseinrichtung 116. Die Druckminderungseinrich tung 114 mit der Expansionseinrichtung 116 ist an den Ausgang 106 an geschlossen.
An der Druckminderungseinrichtung 114 lässt sich das Druckniveau im Energieträgermedium mittels Expansion des Energieträgermediums absenken.
Die Druckminderungseinrichtung 114 mit der Expansionseinrichtung 116 funk tioniert grundsätzlich gleich wie oben beispielsweise mittels der Figuren 3 bis 5 beschrieben.
Der Kombination aus Druckminderungseinrichtung 114 und Expansionseinrich tung 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 be schrieben. 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 Ver braucher der Betankungsvorrichtung 102, welcher grundsätzlich mit nutz barem elektrischen Strom durch die elektrische Generatoreinrichtung 118 ver sorgbar 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 (ein schließlich gegebenenfalls des Antriebs 112) mit nutzbarem elektrischen Strom über die Batterieeinrichtung 122 versorgt werden.
Alternativ oder zusätzlich weist die Betankungsvorrichtung 102 einen elektri schen Anschluss 124 auf. Der elektrische Anschluss steht in elektrisch wirk samer Verbindung mit der elektrischen Generatoreinrichtung 118 und/oder mit der Batterieeinrichtung 122.
An dem elektrischen Anschluss 124 kann die Betankungsvorrichtung 102 nutz baren 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 (ins besondere 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 Expansionseinrich tung 116 ist fluidwirksam mit dem Abgabeanschluss 126 verbunden. An der Druckminderungseinrichtung 114 wird das Druckniveau des Energieträger mediums ausgehend von dem ersten Druckniveau pi gesenkt. Es wird dann entsprechend Energieträgermedium (und insbesondere gasförmiges Energie trägermedium) 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 Energieträger medium, welches von der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung 104 bereitgestellt wird, die Druckminderungseinrichtung 114/Expansions einrichtung 116 zu umgehen.
Es ist dadurch möglich, an dem Abgabeanschluss 126 Energieträgermedium auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich mit dem Druckniveau pi be reitzustellen. Insbesondere ist durch das Ventil 130 steuerbar bzw. regelbar, ob die Bypass- Einrichtung 128 bezüglich der Durchströmung mit Energieträgermedium akti viert ist oder nicht.
Es kann dann wahlweise Energieträgermedium durch die Bypass-Einrichtung 128 oder die Druckminderungseinrichtung 114 durchströmen. Bei dem erst genannten Betriebsmodus wird ein Energieträgermedium an dem Abgabe anschluss 126 auf dem ersten Druckniveau pi 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 Abgabe anschluss 126 auf dem Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich bereitgestellt, welcher kleiner ist als das erste Druckniveau pi.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Steuerungs- und/oder Regelungs einrichtung 132 vorgesehen, welche das Ventil 130 ansteuert (und ge gebenenfalls auch die Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 ansteuert).
Über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 132 lässt sich die By pass-Einrichtung 128 insbesondere zeitlich gesteuert aktivieren bzw. de aktivieren. 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 Fahr zeug mit Energieträgermedium und insbesondere gasförmigem Energieträger medium betanken.
Das Objekt 134 weist eine Tankeinrichtung 136 auf. Dieser Tankeinrichtung 136 ist nach der Betankung Energieträgermedium auf einem zweiten Druck niveau p2 aufgenommen. Das zweite Druckniveau p2 ist kleiner als das erste Druckniveau pi 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 vor gesehen, 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 Betankungs vorrichtung 102 anzuschließen und dabei die Batterieeinrichtung 142 auf zuladen.
Grundsätzlich ist das Objekt 134 nach dem Betanken von der Betankungs vorrichtung 102 lösbar. Bei dem Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs mit einer Energiebereitstellungseinrichtung 140 kann dieses dann von der Be tankungsvorrichtung 102 "wegfahren".
Über die Betankungseinrichtung 102 und das Objekt 134 ist ein erfindungs gemäßes Energiebereitstellungssystem realisiert, wobei dieses Energiebereit stellungssystem die Betankungsvorrichtung 102 umfasst und die Energie bereitstellungseinrichtung 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 ge trieben.
In der Regel ist es so, dass am Anfang eines Betankungsvorgangs der Arbeits druck 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 Energieträger medium, welches an dem Abgabeanschluss 126 ansteht, nicht auf dem hohen ersten Druckniveau pi liegen. Es ist dann in dieser Zwischenphase möglich, Energieträgermedium (bei geschlossenem Ventil 130) der Druckminderungs einrichtung 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 Batterie einrichtung 142 des Objekts 134 nutzbar ist.
Zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die Druckdifferenz von Energieträger medium, 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 Regelungs einrichtung 132 das Ventil 130 geöffnet werden (und gegebenenfalls die Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 fluidwirksam ab gekoppelt werden). Der Arbeitsdruck oder Arbeitsdruckbereich p4 für Energie trägermedium, welches dann an dem Abgabeanschluss 126 entnehmbar ist, liegt dann auf dem ersten Druckniveau pi. Dieses ist entsprechend so gewählt, dass die Tankeinrichtung 136 sicher mit Energieträgermedium (und ins besondere 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/Expan sionseinrichtung 116 durchführen und es lässt sich dabei ein nutzbarer elektri scher 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 wer den.
In einem späteren Stadium des Betankungsvorgangs, wenn die sich ergebende Druckdifferenz p4 - p2 nicht mehr ausreichend ist bzw. wenn sich keine Druck differenz mehr aufbaut, wird über Öffnung des Ventils 130 und gegebenenfalls Abkopplung der Druckminderungseinrichtung 114/Expansionseinrichtung 116 die notwendige Druckdifferenz p4 - p2 = pi - p2 bereitgestellt.
Die Betankungsvorrichtung 102 ist insbesondere eine Betankungsvorrichtung für Wasserstoff und insbesondere gasförmigen Wasserstoff.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel liegt das erste Druckniveau pi 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 pi zur Befüllung der Tankeinrichtung 136 verwendet. Bezugszeichenliste Energiebereitstellungssystem ' Energiebereitstellungssystem Fahrzeug Energieträgermedium- Bereitstellungseinrichtung Energiebereitstellungseinrichtung Verbindungseinrichtung Leitungselement a erstes Leitungselement b zweites Leitungselement Speichereinrichtung Wasserstofftank Ausgang Eingang Brennstoffzelle Antriebseinrichtung Elektroantriebseinrichtung Elektromotor Druckminderungseinrichtung Expansionseinrichtung ' Expansionseinrichtung Expansionselement a erstes Expansionselement b zweites Expansionselement c drittes Expansionselement Eingang Ausgang Strömungsrichtung mechanisches Wellenelement a mechanisches Wellenelement b mechanisches Wellenelement ' mechanisches Wellenelement 'a mechanisches Wellenelement elektrische Generatoreinrichtung elektrische Batterieeinrichtung Vordruckminderungselement a erstes Vordruckminderungselementb zweites Vordruckminderungselementc drittes Vordruckminderungselement Hinterdruckminderungselement Umgehungselement a erstes Umgehungselement b zweites Umgehungselement c drittes Umgehungselement Eingang Ausgang Ventilelement Getriebeeinrichtung Druckgas-Kolbenmotor 6 Antriebselement Ventilelement 8 mechanisches Antriebswellenelement Kolbenelement Pleuelelement Kurbelwelle Lamellenmotor Rotorelement Statorelement Lamellenelement Gasexpansionsturbine Schaufelradelement Gehäuse Wellenelement 2 Betankungsvorrichtung Energieträgermedium- Bereitstellungseinrichtung
Ausgang
Speicher
Kompressoreinrichtung
Antrieb
Druckminderungseinrichtung
Expansionseinrichtung
Elektrische Generatoreinrichtung
Elektrischer Verbraucher
Batterieeinrichtung
Elektrischer Anschluss
Abgabeanschluss
Bypass- Einrichtung
Ventil
Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung Objekt
Tankeinrichtung
Eingangsanschluss
Energiebereitstellungseinrichtung
Batterieeinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Energiebereitstellungssystem, umfassend eine Energieträgermedium- Bereitstellungseinrichtung (14; 104), welche ein Energieträgermedium mit einem Bereitstellungsdruck bereitstellt, eine Energiebereitstellungs einrichtung (16; 140), welche durch Verwendung des Energieträger mediums elektrische Energie zur Nutzung bereitstellt, eine Druckminde rungseinrichtung (36; 114) zur Verringerung des Bereitstellungsdrucks des Energieträgermediums auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruck bereich der Energiebereitstellungseinrichtung (16; 140), und eine der Druckminderungseinrichtung (36; 114) zugeordnete Expansions einrichtung (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 Energiebereit stellungseinrichtung (16) durch Verbrennung des Treibstoffs und/oder Kraftstoffs Energie zur Nutzung bereitstellt.
3. Energiebereitstellungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Druckminderungseinrichtung (36) an einer Ver bindungseinrichtung (18) zur Herstellung einer fluidwirksamen Ver bindung zwischen der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (14) und der Energiebereitstellungseinrichtung (16) angeordnet ist und/oder einer Verbindungseinrichtung (18) zur Herstellung einer fluid wirksamen Verbindung zwischen der Energieträgermedium-Bereit stellungseinrichtung (14) und der Energiebereitstellungseinrichtung (16) zugeordnet ist.
4. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungs einrichtung (14) eine Speichereinrichtung (21) für das Energieträger medium 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 min destens 800 bar und insbesondere mindestens 1000 bar beträgt und/oder dass der Bereitstellungsdruck höchstens 1050 bar und ins besondere höchstens 900 bar und insbesondere höchstens 750 bar be trägt.
6. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebereitstellungseinrichtung (16) eine Brennstoffzelle (28) ist oder umfasst, und insbesondere dadurch ge kennzeichnet, 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 Energiebereitstellungs einrichtung (16) und/oder die Expansionseinrichtung (38) Energie, ins besondere 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 Energiebereitstellungs systems 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 Energiebereitstellungs einrichtung (16) und/oder mit einer Antriebseinrichtung (30) des Energiebereitstellungssystems und/oder mit einer der Druckminderungs einrichtung (36) zugeordneten elektrischen Generatoreinrichtung (50) elektrisch wirksam verbunden ist.
10. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (38; 38') min destens ein Expansionselement (40; 40a, 40b, 40c) aufweist, wobei das mindestens eine Expansionselement (40; 40a, 40b, 40c) eine Gas expansionsturbine (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 Energieträger mediums frei werdende Energie mittels der Expansionseinrichtung (38; 38') in mechanische Energie und/oder Bewegungsenergie umgewandelt wird, und insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Expansions einrichtung (38; 38') mittels mindestens eines mechanischen Wellen elements (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 Strö mungsrichtung (46) des Energieträgermediums jeweils hintereinander angeordnet sind.
14. Energiebereitstellungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, 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 Strö mungsrichtung (46) des Energieträgermediums jeweils parallel zu einander 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 Expansionseinrich tung (38; 38') aufweist.
17. Energiebereitstellungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungseinrichtung (36) mindestens ein Vordruckminderungselement (54; 54a, 54b, 54c) auf weist, welches bezogen auf eine Strömungsrichtung (46) des Energie trägermediums 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 Expansions element (40; 40a, 40b, 40c) der Expansionseinrichtung (38, 38') nach geschaltet ist.
19. Verwendung des Energiebereitstellungssystems (10; 10') gemäß einem der vorangehenden Ansprüche in oder bei einem Fahrzeug.
20. Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug und/oder Luftfahrzeug und/oder Wasserfahrzeug, umfassend ein Energiebereitstellungssystem (10; 10') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18.
21. Verwendung des Energiebereitstellungssystems gemäß einem der An sprüche 1 bis 18 bei einer Betankungsvorrichtung (102) für Energie trägermedium, wobei das Energieträgermedium insbesondere Wasser stoff ist.
22. Energiebereitstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ge kennzeichnet durch eine Betankungsvorrichtung (102) für Energieträger medium, 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.
23. Energiebereitstellungssystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, dass das zu betankende Objekt (134) eine Tankeinrichtung (136) umfasst, welche über die Betankungsvorrichtung (102) betankbar ist.
24. Energiebereitstellungssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich net, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) Energieträgermedium auf einem ersten Druckniveau (pi) bereitstellt, und dass in der Tankeinrichtung (136) des Objekts (134) Energieträger medium auf einem zweiten Druckniveau (P2) gespeichert ist, wobei das zweite Druckniveau (P2) kleiner ist als das erste Druckniveau (pi).
25. Betankungsvorrichtung für Energieträgermedium, welches insbesondere Wasserstoff ist, umfassend eine Energieträgermedium-Bereitstellungs einrichtung (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, wo bei die Druckminderungseinrichtung (114) in fluidwirksamer Verbindung mit dem mindestens einen Abgabeanschluss (126) steht, und eine elektrische Generatoreinrichtung (118), welche an die Expansionseinrich tung (116) gekoppelt ist und welche nutzbaren elektrischen Strom bereitstellt.
26. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) Energie trägermedium auf einem ersten Druckniveau (pi) 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 (pi).
27. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) eine Kom pressoreinrichtung (110) umfasst, welche Energieträgermedium auf dem ersten Druckniveau (pi) bereitstellt.
28. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) einen Speicher (108) für Energieträgermedium umfasst, welcher der Kom pressoreinrichtung (110) Energieträgermedium auf einem dritten Druck niveau (p3) bereitstellt, welches kleiner ist als das erste Druckniveau (PO-
29. Betankungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, 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 fluid wirksam mit der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) und dem mindestens einen Abgabeanschluss (126) verbunden ist, wobei insbesondere die Bypass-Einrichtung (128) parallel zu der Druck minderungseinrichtung (116) angeordnet ist.
30. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bypass-Einrichtung (128) ein schaltbares und/oder steuerbares und/oder regelbares Ventil (130) angeordnet ist.
31. Betankungsvorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch min destens 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 Energie trägermedium von der Energieträgermedium-Bereitstellungs einrichtung (104) zu dem mindestens einen Abgabeanschluss (126) vorgesehen.
32. Betankungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 31, gekenn zeichnet durch mindestens eines der Folgenden: es ist mindestens ein elektrischer Anschluss (124) zur Bereit stellung 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 wieder aufladbaren Batterieeinrichtung (122) verbunden; die elektrische Generatoreinrichtung (118) und/oder eine Batterie einrichtung (122) ist elektrisch wirksam mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern (120; 112) der Betankungsvorrichtung verbunden; die elektrische Generatoreinrichtung (118) und/oder eine Batterie einrichtung (122) ist elektrisch wirksam mit einer Kompressor einrichtung (110) der Energieträgermedium-Bereitstellungseinrich tung (104) verbunden.
33. Verfahren zur Bereitstellung von Energie mittels eines Energiebereit stellungssystems (10; 10'), bei dem ein Energieträgermedium mit einem Bereitstellungsdruck mittels einer Energieträgermedium-Bereitstellungs einrichtung (14) bereitgestellt wird, durch Verwendung des Energie trägermediums mittels einer Energiebereitstellungseinrichtung (16) elektrische Energie zur Nutzung bereitgestellt wird, und bei dem der Bereitstellungsdruck des Energieträgermediums mittels einer Druck minderungseinrichtung (36) auf einen Arbeitsdruck oder Arbeitsdruck bereich der Energiebereitstellungseinrichtung (16) verringert wird, wobei der Druckminderungseinrichtung (36) eine Expansionseinrichtung (38; 38') zugeordnet ist, mittels welcher eine Expansion des Energieträger mediums zur Druckminderung durchgeführt wird und bei der Expansion frei werdende Energie zur Nutzung bereitgestellt wird.
34. Verfahren zum Betanken eines Objekts (134), welches eine Tank einrichtung (136) umfasst, mit einem Energieträgermedium, welches insbesondere Wasserstoff ist, umfassend:
Energieträgermedium wird auf einem ersten Druckniveau (pi) bereit gestellt und Energieträgermedium ist in der Tankeinrichtung (136) des Objekts (134) auf einem zweiten Druckniveau (P2) aufgenommen, wobei das zweite Druckniveau (P2) kleiner ist als das erste Druckniveau (pi);
Energieträgermedium auf dem ersten Druckniveau (pi) wird mindestens zeitweise einer Druckminderungseinrichtung (116) zugeführt, welche Energieträgermedium auf einen Arbeitsdruck (p4) oder Arbeitsdruck bereich (p4) bringt, welcher zwischen dem ersten Druckniveau (pi) und dem zweiten Druckniveau (P2) liegt; an der Druckminderungseinrichtung (116) wird eine Expansion des Energieträgermediums zur Druckminderung durchgeführt und mittels bei der Expansion frei werdender Energie wird ein nutzbarer elektrischer Strom erzeugt.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der nutzbare elektrische Strom für ein externes Objekt (134) bereitgestellt wird und/oder für die Durchführung eines Betankungsvorgangs verwendet wird.
36. Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anfangsphase eines Betankungsvorgangs Energieträgermedium der Druckminderungseinrichtung (116) zugeführt wird.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Bypass-Einrichtung (128) insbesondere nach Ablauf einer Anfangsphase eines Betankungsvorgangs Energieträgermedium an der Druckminderungseinrichtung (116) vorbeigeführt wird und direkt einem Abgabeanschluss (126) für Energieträgermedium zugeführt wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuführungsweg von Energieträgermedium von einer Energie trägermedium-Bereitstellungseinrichtung (104) zu einem Abgabe anschluss (126) gesteuert und/oder geregelt wird und insbesondere, dass im Laufe eines Betankungsvorgangs der Zuführungsweg variiert wird.
* * *
EP20808075.4A 2019-11-29 2020-11-16 Energiebereitstellungssystem, fahrzeug, betankungsvorrichtung, verfahren zur bereitstellung von energie und verfahren zum betreiben einer betankungsvorrichtung Pending EP4065877A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019132546.3A DE102019132546A1 (de) 2019-11-29 2019-11-29 Energiebereitstellungssystem, Fahrzeug und Verfahren zur Bereitstellung von Energie
PCT/EP2020/082219 WO2021104912A2 (de) 2019-11-29 2020-11-16 Energiebereitstellungssystem, fahrzeug, betankungsvorrichtung, verfahren zur bereitstellung von energie und verfahren zum betreiben einer betankungsvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4065877A2 true EP4065877A2 (de) 2022-10-05

Family

ID=73455709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20808075.4A Pending EP4065877A2 (de) 2019-11-29 2020-11-16 Energiebereitstellungssystem, fahrzeug, betankungsvorrichtung, verfahren zur bereitstellung von energie und verfahren zum betreiben einer betankungsvorrichtung

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4065877A2 (de)
DE (2) DE102019132546A1 (de)
WO (1) WO2021104912A2 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114122458B (zh) * 2021-09-28 2023-09-19 东风汽车集团股份有限公司 氢燃料电池车辆及其供氢系统
US12000291B2 (en) * 2022-09-27 2024-06-04 Sapphire Technologies, Inc. Hydrogen cooling turboexpander
DE102023111357A1 (de) * 2023-05-03 2024-11-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Menge an Brennstoff in einem Druckbehälter
EP4663996A1 (de) * 2024-06-10 2025-12-17 Linde GmbH Verfahren zur wasserstoffbetankung und wasserstoffbetankungsanlage

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT35304B (de) 1907-01-07 1908-11-25 Arthur Wilzin Schraubenkapselverschluß für Flaschen.
DE3403132A1 (de) * 1984-01-30 1985-08-01 Marian Dr.-Ing. 7311 Dettingen Me&scaron;ina Universaler druckgasmotor
DE3411987A1 (de) * 1984-03-28 1985-10-10 Siegfried San Lorenzo Calle Cerocora Konther Verbrennungskraftmaschine, druckgasmotor oder kompressor in form eines kolbenmotors
DE10237164A1 (de) * 2002-08-14 2004-02-26 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellenanlage
DE10323534A1 (de) * 2003-05-24 2004-12-09 Peters, Erhard, Dipl.-Ing. Druckgasmotor für Fahrzeuge
JP2007278467A (ja) * 2006-04-11 2007-10-25 Honda Motor Co Ltd 高圧ガス充填システム
FR2928991A1 (fr) * 2008-03-18 2009-09-25 Air Liquide Dispositif et procede de stockage et de delivrance d'un gaz ainsi que son utilisation
DE102008034499A1 (de) * 2008-07-24 2010-01-28 Linde Ag Speichervorrichtung für komprimierte Medien und Verfahren zum Betanken von Fahrzeugen
DE102012010909A1 (de) * 2011-11-29 2013-05-29 Egon Streit Maschine zur thermomechanischen Energieumwandlung ermöglicht durch Druck -Temperatur - und Querschnittsdifferenzen
DE102012024385A1 (de) * 2012-12-13 2014-06-18 Linde Aktiengesellschaft Einrichtung und Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie
JP2016176592A (ja) * 2015-03-23 2016-10-06 株式会社日立プラントメカニクス 水素プレクールシステム
EP3421865A4 (de) * 2016-02-23 2019-10-30 Hitachi Plant Mechanics Co. Ltd. Expansionsturbine und hochdruckwasserstofffüllsystem vom verdichtertyp sowie steuerungsverfahren dafür
DE102016203797A1 (de) * 2016-03-09 2017-09-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und System zur Druckminderung in einem Kraftfahrzeug
DE102016212250A1 (de) * 2016-07-05 2018-01-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug und Verfahren zum Fördern von Brennstoff zu einem Brennstoffverbraucher eines Kraftfahrzeugs
DE102016220345A1 (de) * 2016-10-18 2018-04-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehältersystem und Betriebsmittelversorgungssystem für ein Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021104912A3 (de) 2021-07-22
DE102019132546A1 (de) 2021-06-02
WO2021104912A2 (de) 2021-06-03
DE202020005927U1 (de) 2023-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021104912A2 (de) Energiebereitstellungssystem, fahrzeug, betankungsvorrichtung, verfahren zur bereitstellung von energie und verfahren zum betreiben einer betankungsvorrichtung
WO2021250171A2 (de) Ventileinrichtung, intankventil und gasdruckspeichersystem, insbesondere für brennstoffzellensysteme, sowie verfahren zum detektieren einer leckage
DE102012022564B4 (de) Kraftfahrzeug mit einer Klimatisierungsvorrichtung und Betriebsverfahren dafür
DE102020005091B4 (de) Hochdruck-Pumpspeicherkaftwerk-System
DE10154637B4 (de) Brennstoffbereitstellungseinheit und deren Verwendung zur Bereitstellung eines wasserstoffhaltigen Brennstoffs
CH715036A2 (de) Vorrichtung zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle, vorzugsweise einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle.
DE112009005061T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102020212018A1 (de) Ladestation, insbesondere mobile Ladestation
DE102011109339A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung, Kraftwagen und Verfahren zum Betreiben des Kraftwagens
DE102018201233A1 (de) Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzelle
EP4334989B1 (de) Luftversorgungsvorrichtung, brennstoffzellensystem und fahrzeug
DE102010063016A1 (de) Rekuperationselektrolyse
DE102023102641A1 (de) Systeme und Verfahren zur Energieerzeugung bei der Wasserstoffrückvergasung
EP4028489A1 (de) Vorrichtung und verfahren umfassend zwei teilsysteme zur nutzung kohlenstoffbasierter kraftstoffe in verbrennungskraftmaschinen im kreislaufbetrieb unter wiederverwendung des anfallenden oxidationsprodukts und der mitführung eines oxidationsmittels auf dem verkehrsmittel
DE102015221597A1 (de) Kathodenversorgung für eine Brennstoffzelle
DE102015110724A1 (de) Antriebsanordnung
CH718497A2 (de) Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen­Fahrzeugs
DE10130095B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Antriebseinrichtung, Brennstoffzellensystem mit einer mit elektrischer Energie betriebenen Einrichtung und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems
DE102016224721A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102017219139A1 (de) Verfahren zum Druckentlasten eines Brennstoffzellensystems sowie Kraftfahrzeug
EP3900091A1 (de) Energiesystem und verfahren zur druckanpassung in einem energiesystem
EP4569157A1 (de) Elektrolysesystem, insbesondere zur atmosphärischen wasserelektrolyse
DE10008823B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems
AT524203B1 (de) Speichervorrichtung für eine Speicherung von Brenngas in Form von Wasserstoff für die Nutzung in einem Brennstoffzellensystem
DE102005046424B4 (de) Verbesserte Abschaltstrategie zur Verbesserung der Sicherheit und des Wirkungsgrades von Brennstoffzellenfahrzeugen

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220518

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20231222