EP4543801A1 - Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen elektrischer energie mittels eines wasserstoffträgermediums sowie mobile plattform mit einer derartigen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen elektrischer energie mittels eines wasserstoffträgermediums sowie mobile plattform mit einer derartigen vorrichtung

Info

Publication number
EP4543801A1
EP4543801A1 EP23734592.1A EP23734592A EP4543801A1 EP 4543801 A1 EP4543801 A1 EP 4543801A1 EP 23734592 A EP23734592 A EP 23734592A EP 4543801 A1 EP4543801 A1 EP 4543801A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
dehydrogenation
reactor
heat
generation unit
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
EP23734592.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Caspar PAETZ
Holger BÜCH
Rico WESTERATH
Alexander Weiss
Ines Hestermann
Salima VARONA IGLESIAS
Jonas OBERMEIER
Andreas Kohlhepp
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.)
Hydrogenious Technologies GmbH
Original Assignee
Hydrogenious LOHC Technologies GmbH
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 Hydrogenious LOHC Technologies GmbH filed Critical Hydrogenious LOHC Technologies GmbH
Publication of EP4543801A1 publication Critical patent/EP4543801A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes
    • C01B3/001—Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes characterised by the uptaking media; Treatment thereof
    • C01B3/0015—Organic compounds, e.g. liquid organic hydrogen carriers [LOHC] or metalorganic compounds; Solutions thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/065—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/16—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
    • B01J2208/00221—Plates; Jackets; Cylinders comprising baffles for guiding the flow of the heat exchange medium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for providing electrical energy using a hydrogen carrier medium and to a mobile platform with such a device.
  • DE 10 2020 102 923 A1 discloses a hydrogen carrier-carrying road vehicle that is driven by an electric motor.
  • the electrical current required for this is generated by a fuel cell that is operated with hydrogen gas released from a hydrogen carrier medium.
  • the hydrogen gas is released from the hydrogen carrier medium in a dehydrogenation unit at elevated temperatures.
  • the dehydrogenation unit is permanently kept at operating temperature. This approach requires a lot of energy and does not make ecological sense.
  • the dehydrogenation unit can be warmed up and brought to operating temperature when the fuel cell is to be operated. In particular, heating up from a rest mode can lead to undesirable delays that affect the dynamics of the vehicle.
  • the invention is based on the object of improving the provision of electrical energy by means of a hydrogen carrier medium and in particular of improving the provision from a rest mode in such a way that the provision from the rest mode is possible independently and in particular without an external energy supply and in particular the provision time is shortened.
  • an activation unit can be used to activate a device for providing electrical energy using a hydrogen carrier medium, in particular without energy other than hydrogen carrier medium being supplied from outside the device for activation.
  • the activation takes place in particular by heating a first dehydrogenation reactor of a dehydrogenation unit, which serves to release hydrogen gas from the hydrogen carrier medium.
  • the activation unit includes a heating unit.
  • the heating unit is in particular a separate component and in particular not the dehydrogenation unit itself. Heating to activate the device, in particular the dehydrogenation unit and in particular the first dehydrogenation reactor, is in particular not heat recovery from the dehydrogenation unit.
  • the activation unit has been found to improve operation of the device from a sleep mode.
  • the dehydrogenation unit and in particular the first dehydrogenation reactor is inactive.
  • the activation unit enables the device to be operated immediately from sleep mode.
  • the activation unit enables a so-called cold start of the device and in particular a cold start of an electric motor drive that is electrically connected to the device.
  • the activation unit is also called a cold start unit.
  • the activation unit includes an energy source, in particular a cold-startable one.
  • the cold-startable energy source is in particular a heating unit.
  • an electrical energy source in particular an electronics unit, which is suitable for storing electrical power, serves as a cold-start energy source, and separate electrical energy storage devices, in particular rechargeable batteries, can additionally be present.
  • the electrical energy source is used in particular to operate an electrical heating unit.
  • hydrogen which is temporarily stored in gaseous form in the device, can serve as a cold-start energy source.
  • the temporarily stored hydrogen is also present in the rest mode of the device, i.e. before the device is activated from the rest mode.
  • the hydrogen can be used thermally, in particular burned, or converted into heat in a catalytic oxidation process.
  • another fuel can be used as a cold-start energy source, in particular a fossil fuel and/or a liquid organic hydrogen carrier medium (LOHC). This other fuel can, in particular, be partially oxidized catalytically and thus heat can be released.
  • LOHC liquid organic hydrogen carrier medium
  • a heat source external to the device can also serve as a cold-start energy source, which enables heat to be provided independently of the device, i.e. in particular even when the device is in sleep mode.
  • External heat sources are, in particular, other process systems such as engines or turbines.
  • the external and/or device-internal heat sources feed a heat storage device.
  • the heat supply can be provided flexibly in terms of time.
  • heat from the heat sources can be stored and thereby used if a cold start is not required at the time of heat generation.
  • the heat storage itself can serve as a cold-start energy source.
  • the heat storage can be designed as a latent heat storage and/or as a thermochemical heat storage.
  • a time delay between a request for power from the electric motor drive and the provision of electrical power from a power generation unit is a maximum of twelve hours, in particular a maximum of eight hours and in particular a maximum of six hours.
  • Hydrogen gas can be reversibly released from the hydrogen carrier medium and chemically bound to it again.
  • a hydrogen carrier medium is in particular liquid and in particular a liquid organic hydrogen carrier medium (LOHC).
  • LOHC liquid organic hydrogen carrier medium
  • a hydrogen carrier medium has proven to be particularly suitable, which is in an at least partially hydrogen-loaded form as perhydro-dibenzyltoluene (HisDBT), perhydro-benzyltoluene (H12BT), methylcyclohexane (C7H14), which can be dehydrogenated to toluene (C?Hs), and / or dicyclohexane is present.
  • a mixture of hydrogen carrier media in the at least partially hydrogen-loaded form of perhydro-diphenylmethane and perhydro-biphenyl.
  • These compounds can be dehydrogenated to diphenylmethane and biphenyl.
  • a mixture of biphenyl to diphenylmethane in a ratio of 30:70, in particular 35:65 and in particular 40:60 is particularly advantageous.
  • the dehydrogenation of the hydrogen carrier medium in the dehydrogenation unit is catalytic, i.e. takes place in the presence of a catalyst.
  • the catalyst comprises a catalyst support on which catalytically active catalyst material is arranged and in particular attached thereto.
  • the catalyst material in particular has a metal, in particular platinum, palladium, nickel, rhodium and/or ruthenium.
  • a metal in particular platinum, palladium, nickel, rhodium and/or ruthenium.
  • aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide and/or activated carbon serve as catalyst supports.
  • the catalyst support is in particular a porous oxidic support.
  • the catalyst support is in particular inert.
  • the proportion by weight of the catalyst material, based on the catalyst support is between 0.1% and 10%.
  • the catalyst comprises a large number of catalyst particles, in particular catalyst support particles, which are present in particular as pellets.
  • the catalyst particles have an average particle size of 0.5 mm to 10 mm, in particular from 1 mm to 8 mm and in particular from 2 mm to 4 mm.
  • the catalyst particles are arranged in particular in the form of a fixed bed through which the hydrogen carrier medium flows.
  • a power generation unit is fluidly connected to the dehydrogenation unit.
  • electrical power is generated from the released hydrogen gas. It is advantageous if waste heat is generated during operation of the power generation unit, i.e. if the power generation unit also generates heat in addition to electricity.
  • electrical power and/or heat generated by the power generation unit can be used in particular for the operation of the device itself and in particular can be delivered to external consumers, which are in particular arranged outside the device.
  • the dehydrogenation unit is connected to the power generation unit in a heat-transferring manner.
  • a heat circuit in particular a closed one, is present in order to transfer waste heat from the power generation unit to the dehydrogenation unit.
  • the closed heat circuit includes in particular at least one heat transfer medium that does not leave the process and is therefore retained without loss. In particular, energy loss in the form of anergy can be reduced.
  • Such a device is particularly energy efficient and therefore ecologically and economically sensible.
  • the Operation of the device is efficient and self-sufficient, especially with regard to activating the device using the activation unit.
  • Autonomous operation during activation means that external energy, i.e. energy from outside the device, is supplied exclusively in the form of the hydrogen carrier medium. Electrical energy stored in the device can be used to operate the activation unit.
  • the electronics unit is electrically connected to the power generation unit.
  • the electronic unit is used to store and/or control the electrical power generated in the power generation unit.
  • the power generation unit includes in particular a power storage element, in particular a battery.
  • the volume requirement for hydrogen gas buffer storage in the device can be reduced and, in particular, avoided.
  • hydrogen gas can be present in small quantities, for example in fluid lines, even in the rest mode of the device.
  • this does not increase the volume requirement for the hydrogen gas buffer storage.
  • the dehydrogenation unit includes in particular the first dehydrogenation reactor, which is referred to as a starter reactor or a first-stage reactor, and a second dehydrogenation reactor, which is referred to as a main reactor or a second-stage dehydrogenation reactor.
  • the second dehydrogenation reactor is connected downstream of the first dehydrogenation reactor.
  • the two dehydrogenation reactors are arranged in a series connection. It is possible to arrange further intermediate dehydrogenation reactors in the series connection between the starter reactor and the main reactor.
  • the first and second dehydrogenation reactors can be structurally separate from one another or designed as an integrated reactor unit in a common housing.
  • the activation unit When activating the device, the activation unit is coupled in particular to the starter reactor for heating it.
  • the main reactor can also be activated when activated. be heated. In the regular operating procedure, i.e. after activation, essentially exclusively and in particular exclusively the main reactor is heated.
  • the starter reactor is in particular the only dehydrogenation reactor that is operated.
  • the dehydrogenation unit can be operated in multiple stages, in particular in two stages, in that the starter reactor as a first stage dehydrogenation reactor is connected upstream of the main reactor as a second stage dehydrogenation reactor.
  • the starter reactor at least partially loaded hydrogen carrier medium is first partially dehydrated and then passes through the activated main reactor for further dehydrogenation.
  • a cascade start method is possible in particular, in which the dehydrogenation reactor of the next higher stage is always activated when the dehydrogenation reactor of the previous stage is fully activated, and in particular has reached or exceeded a variably definable performance threshold.
  • This power threshold can, for example, be at least 50% of the nominal power of the respective dehydrogenation reactor or more.
  • the size of the dehydrogenation reactors increases along the fluid flow direction from the starter reactor to the main reactor, in particular continuously. It is therefore advantageous if the starter reactor has the smallest reaction volume and the main reactor has the largest reaction volume.
  • a device simplifies the immediate provision of heat for heating the dehydrogenation unit.
  • a heat generation unit can, for example, be designed electrically. This means that heat is generated using electrical current.
  • the heat generation unit is electrically connected, in particular, to a power source.
  • the power source can be a connection to an electrical network, in particular a local or global power line network.
  • the power source can also be a power storage unit, in particular in the form of a battery, which simplifies the autonomous operation of the device.
  • the electrical current can also come from the electronics unit fed by the power generation unit, the electronics unit being fed in particular at an earlier point in time with electrical power that was generated by the power generation unit.
  • a heat transfer unit can, for example, comprise a heat transfer circuit carrying a heat transfer fluid, with thermal oil in particular serving as the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid is heated directly by the heat generation unit, in particular the electric heater, and conveyed to the dehydration unit by means of the heat transfer unit.
  • the heat transfer fluid can give off the heat to the dehydrogenation unit and be conveyed back to the heat generation unit and in particular be heated again.
  • the heat generation unit can also include a chemical reactor, in particular an oxidation reactor.
  • a chemical reactor in particular an oxidation reactor.
  • the hydrogen carrier medium that is already present in the device can be at least partially oxidized. This oxidation reaction is exothermic and allows heat to be provided to the dehydrogenation unit. Additionally or alternatively, complete oxidation of the hydrogen carrier medium by combustion is possible.
  • the heat generation unit can alternatively also be arranged integrated in the power generation unit and/or in an aftertreatment unit, in particular as a subordinate unit of the power generation unit and/or the aftertreatment unit.
  • a device can be advantageous to provide exactly one heat generation unit, exactly one heat transfer unit and exactly one power generation unit, which are used for both operating modes. Alternatively, at least one, several or all units can be provided multiple times in order to operate them separately in the respective operating mode.
  • a device enables improved heat provision for cold starts.
  • the integrated arrangement of the activation unit in the dehydrogenation unit, in particular in the first stage dehydrogenation reactor, enables a compact and small-sized device. Heat transfer losses are reduced. It is particularly possible for the heat generation unit, in particular in the form of the oxidation reactor and/or in the form of a combustion unit, to be integrated in the dehydrogenation unit, in particular in the first stage dehydrogenation reactor.
  • the first stage dehydrogenation reactor with at least one double-walled tube, so that an inner reaction space and an outer reaction space that surrounds the inner reaction space are formed.
  • the dehydrogenation reaction can take place in one of the reaction spaces.
  • Heat generation and/or heat transfer can take place in the other reaction space.
  • the external reaction space is a reaction tube of the first stage dehydrogenation reactor.
  • catalyst material is present in the reaction tube in order to be contacted with the at least partially loaded hydrogen carrier medium for its dehydrogenation.
  • the inner reaction space is used to generate and/or transfer heat, in particular a heat transfer fluid.
  • the outer reaction space can therefore be flowed around and heated from the inside, in particular by the heat transfer fluid, and on an outside by an in particular additional heat transfer fluid.
  • the exothermic oxidation reaction and/or combustion can also take place directly in the inner reaction space.
  • a fluid connection of the activation unit with the dehydrogenation unit according to claim 4 enables the provision of hydrogen gas from the dehydrogenation unit for operating the activation unit.
  • the first stage dehydrogenation reactor is fluidly connected to the activation unit.
  • the activation unit can be operated directly with the hydrogen provided in the first stage dehydrogenation reactor, thereby providing electricity and heat for activating the device.
  • the dehydrogenation unit is designed in multiple stages, in particular in two stages.
  • the starter reactor acts as a release device. After activating the device, the starter reactor can serve as a preliminary stage for the main reactor of the dehydrogenation unit.
  • the starter reactor can be structurally combined with a recuperator in one apparatus.
  • Such an apparatus which represents the first dehydrogenation stage, has three different media flowing through it.
  • the first medium used is at least partially loaded hydrogen carrier medium, which is dehydrated.
  • liquid heat transfer medium passes through the apparatus in a second media area as a second medium.
  • the third medium is at least partially discharged hydrogen carrier medium, which comes in particular from the main reactor.
  • the third medium used is in particular the reaction product from the main reactor, in particular at least partially discharged hydrogen carrier medium, which can be passed through the starter reactor as an integrated recuperator to release heat, in particular in countercurrent.
  • the third media passes through a third media area.
  • the second media area can remain unused or additionally have liquid and/or gaseous heat transfer medium flowing through it. It is advantageous if the second media area is arranged on the inside, i.e. in particular centrally and concentrically with respect to the first media area in the starter reactor. Instead of a heat transfer medium such as thermal oil, heating elements can also be arranged centrally in order to heat the liquid heat transfer medium.
  • a device enables the overall efficiency to be increased.
  • a cleaning unit is arranged downstream of the dehydration unit and is used to clean the hydrogen gas released in the dehydrogenation unit. During the activation operation of the device, only hydrogen gas released in the starter reactor is fed to the cleaning unit. During regular operation of the device, the cleaning unit is supplied with a stream of hydrogen gas that has been generated in the starter reactor and/or the main reactor.
  • the hydrogen gas leaving the cleaning unit has a purity of at least 98%, in particular at least 99%, in particular at least 99.9%, in particular at least 99.99% and in particular at least 99.999%.
  • a purity of 99% means that the proportion of impurities in the hydrogen gas stream is 1%.
  • the cleaning unit is arranged in particular upstream of the power generation unit. Such a pure hydrogen gas stream can be converted into electricity particularly efficiently.
  • the cleaning unit is designed in particular as a pressure swing adsorption apparatus.
  • An after-treatment unit ensures targeted treatment of material flows.
  • the aftertreatment unit includes in particular a hydrogen burner and can be used, for example, to provide heat for the dehydrogenation unit.
  • the aftertreatment unit is arranged in particular downstream of the dehydration unit and in particular downstream of the cleaning unit.
  • residual gas separated from the hydrogen gas in the cleaning unit which is also referred to as offgas, can be discharged to the aftertreatment unit and burned there.
  • a control is particularly advantageous in such a way that a required amount of hydrogen in the offgas is separated in the cleaning unit, which is required in the hydrogen burner of the aftertreatment unit.
  • An off-gas proportion from the cleaning unit of at least 5%, in particular at least 10% and in particular at least 30% has proven to be advantageous.
  • the design of the cleaning unit, in particular in the form of a pressure swing adsorption apparatus is therefore particularly uncomplicated, space-saving and cost-efficient.
  • Pressure swing adsorption enables the release of hydrogen gas, particularly with improved purity. This is particularly achieved by frequent pressure changes, which result in short cycle times. With an increased amount of adsorbent material, the purity of the hydrogen gas can be further increased. Additionally or alternatively, a relatively large pressure difference during the pressure changes can bring about an additional improvement in the hydrogen purity. In the surroundings Conversely, this means that with the same purity of the hydrogen gas and, for example, more frequent pressure changes, the amount of adsorbent material and/or the relative pressure difference and the associated power consumption for the vacuum pump and/or compression can be reduced.
  • the aftertreatment unit serves in particular as a filter and/or burner unit, the waste heat of which can be used efficiently in the device.
  • a fuel cell according to claim 7 enables immediate and efficient generation of electricity from the released hydrogen gas.
  • the overall efficiency of the device can be increased in particular if different operating points of the device are suitably defined. From a full-load operating point at which the dehydrogenation unit is operated at a nominal maximum release rate, the device can be controlled towards a part-load or minimum load operating point by reducing the reaction pressure and the hydrogen gas release rate and increasing the dehydrogenation stroke in the dehydrogenation unit. Additionally or alternatively, the inlet pressure can be reduced, the degradation reduced and/or the efficiency increased in the power generation unit, in particular in the fuel cell.
  • the fuel cell is in particular a proton exchange membrane (PEM) fuel cell.
  • PEM proton exchange membrane
  • a hydrogen burner in particular a catalytic one, is connected to the dehydrogenation unit in a heat-transferring manner.
  • This hydrogen burner serves as a heat source, especially both when activating and in regular operating mode. At least a portion of the hydrogen gas stream released in the dehydrogenation unit can be fed to the hydrogen gas burner, burned and thereby generate heat that can be used to operate the dehydrogenation unit.
  • the operating temperature of the PEM fuel cell is typically between 60°C and 120°C.
  • the PEM fuel cell can be designed as a high-temperature or low-temperature PEM fuel cell.
  • the fuel cell can also be designed as a solid oxide fuel cell (SOFC) and/or as a solid acid fuel cell (SAFC).
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • SAFC solid acid fuel cell
  • such a fuel cell unit can include at least one SOFC element, also referred to as a SOFC stack, and at least one PEM fuel cell element, which is referred to as a PEM stack.
  • SOFC element also referred to as a SOFC stack
  • PEM stack particularly simplifies the cold start of the device because the operating temperature is reduced compared to the SOFC. Waste heat from the SOFC can then be used advantageously in the sense of heat recovery for the release of hydrogen in the dehydrogenation unit.
  • waste heat can be particularly advantageously transferred to the dehydrogenation unit and used.
  • heat for the dehydrogenation unit can be provided with exhaust gas from the high-temperature fuel cell, in particular with used air.
  • the aftertreatment unit can be operated flexibly in such a way that exhaust gas from the fuel cell and/or from the cleaning unit is used.
  • hydrogen gas in particular from the dehydrogenation unit, can also be used directly to generate heat in the aftertreatment unit. It was found that the heat provided by the fuel cell can be used advantageously for the dehydrogenation unit if the air-hydrogen ratio in the high-temperature fuel cell is at most 10, in particular at most 5, and in particular at most 3.
  • waste heat is removed from the exhaust gas stream of the power generation unit and/or heat is transferred from the power generation unit to the dehydrogenation unit via a closed heat circuit.
  • waste heat is reliably dissipated from the high-temperature fuel cell.
  • the heat requirement for the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation unit can be covered up to 100% by the waste heat from the high-temperature fuel cell.
  • the power generation unit may include a hydrogen cogeneration plant, a catalytic hydrogen burner, a conventional hydrogen burner, a gas turbine and/or a hydrogen internal combustion engine.
  • the hydrogen internal combustion engine and/or the gas turbine can each be coupled to at least one generator, in particular a turbo generator, for generating electricity.
  • the waste heat generated at the power generation unit can additionally or alternatively be used as thermal energy within the device, in particular in the dehydrogenation unit, or outside the device and made available accordingly.
  • a device enables particularly efficient heat removal from the power generation unit, in particular from the fuel cell and in particular the solid oxide fuel cell, from the gas turbine and / or from the hydrogen internal combustion engine, and the transfer of the heat to the dehydrogenation unit.
  • the heat from the power generation unit, in particular from the fuel cell and in particular the solid oxide fuel cell, from the gas turbine and/or from the hydrogen combustion engine can also be dissipated to another heat sink, in particular to another heat exchanger.
  • the advantages Direction enables at least partial direct heat extraction from the power generation unit, in particular from the fuel cell and in particular the solid oxide fuel cell, from the gas turbine and / or from the hydrogen internal combustion engine, whereby the overall efficiency of the method is improved.
  • a heat circuit for heat transfer, a heat circuit, in particular a closed one, is arranged in the device. It is understood that the heat circuit can also be designed in that at least two heat transfer media can be designed with at least one intermediate heat exchanger connected in between, i.e. in particular as a so-called open heat circuit, for example in order to decouple individual heat transfer steps from one another in terms of time and/or location.
  • a device enables a robust dehydrogenation reaction.
  • the dehydration unit can be easily scaled in terms of its performance.
  • the integration of the activation unit into the dehydrogenation unit is simplified by the reaction tubes, in particular of the starter reactor, being designed as double-walled tubes.
  • the catalyst is arranged in at least one reaction tube.
  • the tube bundle reactor in particular comprises a plurality of reaction tubes, in particular at least 5, in particular at least 10, in particular at least 15, in particular at least 25, in particular at least 40, in particular at least 50, in particular at least 100, in particular at least 200, in particular at least 500 and in particular at most 1000 reaction tubes.
  • the reaction tubes can be designed in an uncomplicated manner and in particular without a double wall.
  • the main reactor is in particular a tube bundle reactor, as described in DE 10 2015 219 305 Al.
  • a resource unit according to claim 10 enables the degree of self-sufficiency to be increased.
  • the device enables in particular the generation and provision of compressed air, nitrogen and/or cooling water with the device itself. Compressed air is generated in particular by means of a compressor.
  • a control unit according to claim 11 enables controlled and in particular fully automatic operation of the device. In particular, the control unit enables a control-related coupling with the electric motor drive.
  • the degree of energy self-sufficiency is understood to be the proportion of energy that is provided via a primary form of energy, i.e. by means of the hydrogen carrier medium, based on the total energy supplied to the device, in particular including activation.
  • the energetic degree of self-sufficiency is in particular at least 50%, in particular at least 90% and in particular 100%.
  • a mobile platform according to claim 12 essentially has the advantages of the device according to the invention, to which reference is hereby made.
  • the mobile platform has the device and can be driven independently by means of the electric motor drive, which is supplied with electrical power by the device.
  • the mobile platform is in particular a vehicle, in particular a land vehicle such as a motor vehicle or a truck, a rail vehicle such as a train or a watercraft such as a ship.
  • the mobile platform can also be an airplane or helicopter.
  • the electric motor drive is electrically connected to the power generation unit of the device.
  • the control unit of the device is connected to or integrated into a central control of the mobile platform.
  • a method according to claim 13 essentially has the advantages of the device according to the invention, to which reference is hereby made. The method simplifies a cold start of the power generation unit.
  • the activation of the device by means of the activation unit is improved by heating the first dehydrogenation reactor by means of the heating unit.
  • the first dehydrogenation reactor forms a starter reactor during activation.
  • the starter reactor initially releases a small amount of hydrogen gas, whereby this initially released hydrogen gas can be used to provide additional heat and/or electrical power in order to provide further heat or activation energy in another form.
  • the device can be operated in a so-called hot standby mode by generating at least and in particular as much thermal and electrical energy as is required to maintain a self-sufficient operating mode. In particular, in hot standby mode, so much thermal and electrical energy is generated that heat losses and operating energy are compensated for.
  • the energy requirement required for this is in particular a maximum of 25% of the nominal energy production output and in particular a maximum of 10% of the nominal energy production output and in particular at least 3% of the nominal energy production output.
  • An energetically advantageous operation of the device results from components of the device whose surfaces are at a temperature level of at least 200 ° C in a first room and components whose surfaces are at a temperature level of less than 200 ° C in a second room are arranged.
  • the first room has a first room temperature of at most 90°C, in particular at most 70°C.
  • the second room has a second room temperature, which in particular is at most 60°C and in particular at most 45°C.
  • the first and/or the second room are in particular air-conditioned.
  • storage containers for the at least partially loaded and/or at least partially discharged hydrogen carrier medium, the control unit, the cleaning unit and/or other parts of the high-temperature fuel cell system are arranged in the second room.
  • a method according to claim 14 enables a particularly advantageous use of the device.
  • the starter reactor can also be used for regular operation of the device as part of the dehydrogenation unit.
  • the dehydration unit is in particular includes a second dehydrogenation reactor, which is connected downstream of the first dehydrogenation reactor.
  • the starter reactor can be used in two different functions, namely in addition to the initial dehydrogenation for the initial provision of hydrogen gas to activate the device and also as a first stage dehydrogenation reactor in the multi-stage dehydrogenation unit.
  • a method according to claim 15 increases flexibility during cold starting, especially when selecting the heating unit.
  • a method according to claim 16 enables particularly advantageous energy recovery, especially during regular operation of the device.
  • an integrated heat transfer to the reaction tubes in the dehydrogenation reactor also takes place.
  • a product stream from the second dehydrogenation reactor serves as the heat transfer fluid. Recuperation takes place in the first dehydrogenation reactor.
  • a method according to claim 17 enables an advantageous and in particular automated and in particular fully automatic change of the operating modes, in particular from an activation mode to regular operation and / or from regular operation to a rest or standby mode.
  • the change of these operating modes affects in particular the first dehydrogenation reactor and/or the second dehydrogenation reactor.
  • a method according to claim 18 has proven to be particularly efficient.
  • the device can be operated easily in a standby mode.
  • Standby mode is also known as standby mode.
  • the standby mode either exclusively the power generation unit or the power generation unit with other power-consuming components of the device is operated with sufficient power and heat. This means that the power generation unit and these other components are not switched off and are available for regular operation at short notice.
  • the amount of hydrogen gas required for this is reduced and can be made available in an uncomplicated manner, particularly due to the size of the first dehydrogenation reactor. that can. In particular, it was found that it is not necessary to operate the second dehydrogenation reactor for this reason.
  • the second dehydrogenation reactor cannot easily provide a correspondingly reduced amount of hydrogen gas, since in particular the amount of hydrogen gas provided by the second dehydrogenation reactor is too large. In this respect, it is not necessary to temporarily store excess hydrogen gas, which is provided by the second dehydrogenation reactor but is not required for idle operation. Such idle operation is particularly efficient.
  • the first dehydrogenation reactor when a switching temperature is reached in the second dehydrogenation reactor, the first dehydrogenation reactor can be switched from the activation mode to the regular operating mode.
  • the first dehydrogenation reactor is then the starter reactor for the multi-stage dehydrogenation unit.
  • the switching temperature in the second dehydrogenation reactor is in particular at least 280 ° C, in particular at least 300 ° C and in particular at least 320 ° C.
  • a minimum value for the hydrogen gas release capacity is in particular 50% of a nominal hydrogen gas release capacity of the first dehydrogenation reactor, in particular at least 70%, in particular at least 90% and in particular 100% of the nominal hydrogen gas release capacity.
  • the hydrogen gas release rate is a project-specific and/or reactor-specific quantity and is particularly dependent on the respective reactor volume and/or the catalyst requirement.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a mobile platform with a device according to the invention
  • FIG 2 is a plan view of a first stage dehydrogenation reactor of a dehydrogenation unit of the device according to claim 1,
  • FIG. 3 shows a sectional view along section line III-III in FIG. 2,
  • Fig. 4 is an enlarged detailed view of detail IV in Fig. 3,
  • FIG. 5 shows a sectional view rotated by 90° according to section line V-V in FIG. 2,
  • Fig. 6 is an enlarged detailed view of detail VI in Fig. 5.
  • a mobile platform shown purely schematically in FIG. 1 and designated 1 can be designed as a vehicle, in particular a land vehicle or watercraft, in particular as a ship or an aircraft.
  • the mobile platform 1 has an electric motor drive 2, which is in operative connection with drive elements (not shown), such as wheels or a drive turbine.
  • the drive 2 generates and provides a driving force to drive the drive elements.
  • the mobile platform 1 has a central control 3, which is in a signal connection with the drive 2, in particular in a bidirectional manner.
  • the bidirectional signal connection is symbolized by the double arrow 4 in Fig. 1.
  • the central control 3 has in particular power electronics, which is used in particular to control the drive 2, which communicates with a Vehicle control, not shown, and/or a diagnosis of the drive 2 is used.
  • the power electronics can have an electronic control device, an inverter and a DC/DC converter.
  • the mobile platform 1 has a device marked 5 as a whole.
  • the device 5 is used to provide electrical energy using a hydrogen carrier medium.
  • the device 5 is electrically connected to the drive 2 by means of electrical lines 6.
  • the device 5 comprises a storage container 7, which is connected to a dehydration unit 9 by means of a first fluid line 8.
  • a dehydration unit 9 In the dehydrogenation unit 9, hydrogen carrier medium is dehydrated and hydrogen gas is thereby released.
  • the dehydrogenation unit 9 is designed in multiple stages, in particular in two stages.
  • the dehydrogenation unit 9 includes a first dehydrogenation reactor 56, referred to as a starter reactor, and a second dehydrogenation reactor 57, referred to as a main reactor.
  • the dehydrogenation reactors 56, 57 are fluidly connected to one another, in particular by means of a fluid line.
  • the storage container 7 has a first partial chamber 11 in which at least partially charged hydrogen carrier medium is stored, and a second partial chamber 12 in which at least partially discharged hydrogen carrier medium is stored.
  • the partial chambers 11, 12 are separated from one another by a partition 13, in particular in a fluid-tight manner.
  • the partition 13 can also be made partially permeable.
  • the partition 13 can also be designed to be variably arranged in the storage container 7 in order to adapt the volumes of the sub-chambers 11, 12. It is conceivable to design the storage container 7 as a so-called layered storage. Such a layered memory is disclosed in DE 10 2016 206 106 A1, to which express reference is hereby made with regard to construction and operation.
  • the storage container 7 is designed to store the at least partially loaded storage medium and the further storage container is designed to store the at least partially discharged hydrogen carrier medium.
  • a cleaning unit 15 is connected to the dehydration unit 9 by means of a second fluid line 14.
  • both the first dehydrogenation reactor 56 and the second dehydrogenation reactor 57 are each in direct fluid communication with the cleaning unit 15.
  • either the first dehydrogenation reactor 56 and/or the second dehydrogenation reactor 57 can be connected to the cleaning unit 15.
  • the cleaning unit 15 is designed as a pressure swing adsorption apparatus.
  • the separation unit in particular has a capacitor.
  • the hydrogen gas released in the dehydrogenation unit 9 is cleaned and fed to a power generation unit 17 by means of a third fluid line 16.
  • the power generation unit 17 has a fuel cell 18, which according to the exemplary embodiment shown is designed as a proton exchange membrane (PEM) fuel cell.
  • the third fluid line 16 opens in particular into the fuel cell 18.
  • the power generation unit 17 further has a heating unit 19, which is coupled to the dehydrogenation unit 9 in a heat-transferring manner, so that a heat flow Q from the heating unit 19 to the dehydrogenation unit 9 is possible.
  • the heating unit 19 is connected to the cleaning unit 15 by means of a fourth fluid line 20.
  • the heating unit 19 is optional.
  • the fuel cell 18 is designed as a high-temperature fuel cell, the waste heat from the high-temperature fuel cell can serve as an additional heating unit, in particular to be able to deliver heat to the dehydrogenation unit 9 and/or other components of the device 5. In any case, a separate heating unit is unnecessary when designing a high-temperature fuel cell.
  • An aftertreatment unit 21 is also connected to the cleaning unit 15 by means of a fifth fluid line 22.
  • the power generation unit 17 is fluidly connected to the aftertreatment unit by means of an exhaust pipe 54. Exhaust gas generated in the power generation unit 17, in particular in the fuel cell 18, can be delivered directly to the aftertreatment unit 21 and oxidized there, i.e. converted into heat.
  • An electronics unit 23 is electrically connected to the power generation unit 17 by means of a further electrical line 6.
  • the electronics unit 23 includes a power storage element 24, in particular a battery.
  • the electronics unit 23 includes a control unit 25.
  • the control unit 25 is in particular in a bidirectional signal connection 26 with the central control 3 of the mobile platform 1.
  • the drive 2 is electrically connected, in particular electrically, to the power generation unit 17, in particular the fuel cell 18, and/or the electronics unit 23, in particular the power storage element 24, by means of the electrical lines.
  • the device 5 has a heat generation unit 27, which is designed as an electric heater according to the exemplary embodiment shown.
  • the heat generation unit 27 is in operative connection with a heat transfer unit 28.
  • the heat transfer unit 28 is designed as a heat transfer circuit, in particular as a closed heat transfer circuit. Thermal oil in particular serves as a heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid is heated in the heat generation unit 27, conveyed to or into the dehydrogenation unit 9 by means of the heat transfer unit 28 and releases heat Q to the dehydrogenation unit 9 there.
  • the heat flow Q is shown symbolically in Fig. 1.
  • the cooled heat transfer fluid is conveyed back to the heat generation unit 27 in the heat transfer circuit and can be heated again.
  • the Heat generation unit 27 and the heat transfer unit 28 form an activation unit 29.
  • the activation unit 29 is a heating unit for heating the dehydrogenation unit 9.
  • a closed heat circuit 55 can be present for heat transfer from the SOFC fuel cell 18 to the dehydrogenation unit 9.
  • the closed heat circuit 55 is designed in particular correspondingly and in particular identically to the heat transfer unit 27.
  • the closed heat circuit 55 comprises a heat transfer fluid, in particular thermal oil, which is handled materially separately from the other media of the device 5.
  • the closed heat circuit 55 enables direct heat transfer and thus improved heat dissipation from the SOFC fuel cell 18 to the dehydrogenation unit 9, which represents a heat sink.
  • the heat generating unit 27 is designed as a heating element, in particular as an electrical heater, which is electrically connected in particular to the electronics unit 23. Electrical power can be provided by the electronics unit 23, in particular by the power storage element 24, to operate the heat generation unit 27.
  • the heat generation unit can comprise further components, in particular the aftertreatment unit 21 and/or the power generation unit 17, in particular the fuel cell 18 and/or the heating unit 19.
  • the first dehydrogenation reactor 56 will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 6.
  • the first dehydrogenation reactor 56 is designed as a tube bundle reactor.
  • the tube bundle reactor has a housing 31 which is essentially hollow cylindrical with respect to a longitudinal axis 30.
  • a plurality of reaction tubes 32 are arranged in the housing 31, according to the exemplary embodiment 57 shown.
  • the reaction tubes 32 are arranged in a substantially regular, in particular honeycomb-like, grid.
  • a reaction tube 32 is surrounded by a plurality of reaction tubes 32, the longitudinal tube axes 33 of which lie in a plane perpendicular to the longitudinal axis 30 form the vertices of a regular hexagon. It is advantageous if the reaction tubes 32 are arranged to fill as much area as possible in the cross section of the housing 31 of the first dehydrogenation reactor 56.
  • the catalyst is arranged in the reaction tubes 32.
  • the first dehydrogenation reactor 56 has a hydrogen carrier medium inlet chamber 34 into which a hydrogen carrier medium supply line 35 opens.
  • the hydrogen carrier medium supply line 35 is designed as a pipe socket with a molded flange, which is attached and in particular welded to an outer cylindrical surface of the housing 31.
  • the hydrogen carrier medium inlet chamber 34 is arranged at a first front end 36 of the housing 31.
  • a hydrogen carrier medium discharge line 38 opens out of the housing 31.
  • the hydrogen carrier medium discharge line 38 is designed as a pipe socket with a molded flange and in particular to the second fluid line 14 connected. In particular, at least partially discharged hydrogen carrier medium and hydrogen gas are removed via the hydrogen carrier medium discharge line 38.
  • an additional separation unit can be arranged, in particular between the first dehydrogenation reactor 56 and the cleaning unit 15.
  • a hydrogen carrier medium flow direction 39 is specified by the hydrogen carrier medium supply line 35 and the hydrogen carrier medium discharge line 38 and is oriented from right to left according to FIG. 3.
  • a holding element 40 is arranged on the front side of each reaction tube 32.
  • the holding element 40 prevents the catalyst from getting out of the reaction tube 32 into the hydrogen carrier medium inlet chamber 34 and/or to the hydrogen carrier medium supply line 35.
  • the holding elements 40 hold the catalyst reliably in the reaction tubes 32.
  • the holding elements 40 are in particular designed as a continuous grid which extends essentially over the entire cross-sectional area of the housing 31.
  • the grid elements have a mesh size that is small enough to retain the catalyst particles and/or large enough to allow the liquid hydrogen carrier medium to pass through.
  • the heat transfer unit 28 is connected to the housing 31 with a heat transfer fluid supply line 41 and with a heat transfer fluid discharge line 42.
  • the heat transfer fluid supply line 41 opens into a heat transfer fluid inlet chamber 43, which extends in a plane perpendicular to the longitudinal axis 30 over a cross-sectional area of the housing 31, this cross-sectional area corresponding in particular to the cross-sectional area of the housing 31.
  • the heat transfer fluid chamber is separated by two partitions 44 in the housing 31.
  • Several heat transfer fluid guide lines 45 are connected to the heat transfer fluid chamber 43. Each heat transfer fluid guide line 45 is arranged within a reaction tube 32, in particular concentrically thereto.
  • the heat transfer fluid guide lines 45 are connected to the heat transfer fluid chamber 43 by means of a, in particular curved, connection section 46, which runs at least in sections transversely to the longitudinal axis 30 of the housing 31 and opens into the heat transfer fluid chamber 43.
  • the connection section 46 is sealed out of the reaction tube 32.
  • the reaction tube 32 is separated from the heat transfer fluid chamber 43. The material flows of the hydrogen carrier medium and the heat transfer fluid are separated from each other.
  • the heat transfer fluid flow direction 47 is directed from the heat transfer fluid supply line 41 to the heat transfer fluid discharge line 42, i.e. oriented from left to right according to FIG. 3.
  • the heat transfer fluid flow direction 47 is opposite to the hydrogen carrier medium flow direction 39.
  • the heat transfer from the heat transfer fluid, in particular thermal oil, to the hydrogen carrier medium takes place in countercurrent according to the exemplary embodiment shown.
  • the heat transfer can also take place in cocurrent or crossflow.
  • the tube bundle reactor is in particular set up and operated in such a way that the longitudinal axis 30 is oriented horizontally.
  • the tube bundle reactor can also be arranged with the longitudinal axis 30 inclined relative to the horizontal, the angle of inclination being in particular between 0° and 90° and the tube bundle reactor can in particular also be oriented vertically.
  • the heat transfer fluid supply line 41 and the heat transfer fluid discharge line 42 are designed in particular as pipe sockets with a molded flange.
  • the reaction tubes 32 are designed as double-walled tubes, with the hydrogen carrier medium flowing along the annular cross section and the heat transfer fluid flowing along the inner tube cross section, in particular in mutually opposite directions 39, 47.
  • the heat transfer unit 28, in particular the heat transfer fluid guide lines 45, are integrated in the dehydrogenation unit 9 and in particular in the first dehydrogenation reactor 56.
  • a heat transfer fluid guide line 45 is integrated in each reaction tube 32 and is in particular arranged concentrically therein. The heat transfer fluid guide line 45 thus enables the reaction tube 32 to be heated from the inside. The heat transfer is thereby improved.
  • the heat generation unit 27 is arranged integrated directly in the dehydrogenation unit 9 and in particular in the first dehydrogenation reactor 56.
  • a heat transfer unit is unnecessary in this case.
  • An integrated heat generation unit 27 can be implemented in particular by an oxidation unit for oxidizing the hydrogen carrier medium and in particular for burning the hydrogen carrier medium.
  • the heat transfer fluid guide lines 45 are guided in the axial direction relative to the longitudinal axis 30 through the holding element 40 attached to the first front end 36 and the adjoining hydrogen carrier medium inlet chamber 34.
  • the heat transfer fluid guide lines 45 are attached to a tube sheet 53 oriented transversely, in particular perpendicular to the longitudinal axis 30.
  • the hydrogen carrier medium inlet chamber 34 is limited in the axial direction in particular by the holding element 40 and the tube sheet 53.
  • a hydrogen vapor chamber 48 is delimited between the partition wall 44 facing away from the second front end 37 and the holding element 40 on the hydrogen carrier medium inlet chamber 34.
  • the hydrogen vapor chamber 48 is formed by the spaces remaining between the reaction tubes 32.
  • the hydrogen vapor chamber 48 has a hydrogen vapor supply line 49 and a hydrogen vapor discharge line 50, which are designed as a pipe socket with a molded flange in accordance with the previously described lines.
  • the hydrogen vapor supply line 49 and the hydrogen vapor discharge line 50 specify a hydrogen vapor flow direction, which is essentially oriented from left to right according to FIG. 3.
  • Flow guide elements 51 are arranged in the hydrogen vapor chamber 48, each of which is oriented transversely and in particular perpendicular to the longitudinal axis 30 and extends over at least 30%, in particular at least 50% and in particular at least 80% of the cross-sectional area of the housing 31.
  • Adjacent flow guide elements 51 are in particular arranged offset from one another in such a way that hydrogen vapor is guided through the hydrogen vapor chamber 48 in a meandering manner along the hydrogen vapor flow direction.
  • the flow guide elements 51 are in particular arranged in the housing 31 in such a way that an open area 52 results in a plane perpendicular to the longitudinal axis 30, through which the hydrogen vapor can flow past the flow guide element 51.
  • At least partially loaded hydrogen carrier medium is conveyed from the first partial chamber 11 of the storage container 7 into the dehydrogenation unit 9 and is catalytically dehydrogenated there. At least partially discharged hydrogen carrier medium is conveyed back into the second partial chamber 12 of the storage container 7 via the return line 10.
  • the hydrogen gas released in the dehydrogenation unit 9 is conveyed into the cleaning unit 15 and cleaned there.
  • the impurities separated in the cleaning unit 15 are conveyed into the after-treatment unit 21 and in particular burned.
  • the purified hydrogen gas stream is fed to the power generation unit 17 and in particular into the fuel cell 18 and converted into electricity there. It can be advantageous if at least a partial stream of the hydrogen gas is supplied to the heating unit in order to provide a heat flow Q for the dehydrogenation unit 9.
  • the electrical current generated in the fuel cell 18 is made available to the drive 2 by means of electrical lines 6 either directly and/or indirectly via the electronic unit 23.
  • electrical power can be temporarily stored in the power storage element 24 at least temporarily.
  • a mode of operation of the device 1 using the activation unit 29 is particularly advantageous, which enables the dehydration unit 9 to be activated, in particular heating, in an uncomplicated manner, in particular if the device 1 was previously in a rest mode, i.e. the dehydration unit 9 was not operated.
  • electrical power is first made available from the electronics unit 23, in particular from the power storage element 24, in order to operate the heat generation unit 27.
  • the heat transfer fluid i.e. the thermal oil
  • the heat transfer fluid is heated and pumped by means of a pump (not shown) via the heat transfer fluid supply line 4 into the heat transfer fluid chamber 43 and from there into the individual heat transfer fluid guide lines 45.
  • electrical current from the electronic unit 23, in particular the power storage element 24, is used to operate pumps in order to convey the hydrogen carrier medium from the storage container 7 into the dehydrogenation unit 9, in particular into the first dehydrogenation reactor 56.
  • the activation mode only the first dehydrogenation reactor 56 of the dehydrogenation unit 9 is operated.
  • the first dehydrogenation reactor 56 As soon as hydrogen gas is released in the first dehydrogenation reactor 56, it can be used in the power generation unit 17 and electrical power can be generated. In addition, heat is generated in the power generation unit 17. Electricity and heat generated in the power generation unit 17 can then be used to carry out and ensure the further, constant and in particular self-sufficient operation of the dehydrogenation unit 9. Subsequently, additionally provided energy can be used to make further dehydrogenation reactors, in particular the second dehydrogenation reactor 57, and/or other system components ready for operation. In activation mode, the second dehydrogenation reactor 57 is not operated. In the activation mode, no dehydrogenation reaction takes place in the second dehydrogenation reactor 57. However, the second dehydrogenation reactor 57 can be preheated in activation mode.
  • electrical energy from the power storage element 24 can be used to operate the electrical heating of the heat generation unit 27.
  • the electrical heater is used to heat the first dehydrogenation reactor 56.
  • the electrical current from the power storage element 24 can be used to switch and operate other components of the device 5. By activating the first dehydrogenation reactor 56, hydrogen gas can be released there, initially in small quantities.
  • the hydrogen gas released in the first dehydrogenation reactor 56 is conveyed to the cleaning unit 15 and from there proportionally delivered to the power generation unit 17, in particular the fuel cell 18 and / or the heating unit 19, as well as to the aftertreatment unit 21.
  • Electrical power generated in the power generation unit 17 is passed to the electronics unit. Electrical energy can be temporarily stored in the electronics unit 23, in particular in the power storage element 24. However, the electrical energy can also be delivered directly to the heat generation unit 27 in the form of the electrical heater in order to produce heat, which is delivered to the first dehydrogenation reactor 56 by means of the heat transfer unit 28.
  • the heat transfer unit 28 is therefore fed with heat in the activation mode in particular by the heat generation unit, in particular the electrical heater 27 and/or the after-treatment unit 21. In the activation mode, the heat transfer unit 28 can release heat to the first dehydrogenation reactor 56 for activation, to the second dehydrogenation reactor 57 for preheating and/or to the power generation unit 17, in particular the fuel cell 18, for warming up.
  • reaction products in particular from the second dehydrogenation reactor 57 and/or further downstream dehydrogenation reactors, can be fed to the first dehydrogenation reactor 56, in particular its hydrogen vapor chamber 48.
  • These material flows are used in particular for heat recovery in order to heat the reaction tubes 32 on their outer surface.
  • These operating fluids are used to heat the Reaction tubes 32 from the outside.
  • the hydrogen vapor chamber 48 serves in particular as a recuperator, which is arranged in particular in an integrated manner in the first dehydrogenation reactor 56.
  • the activation unit 29 can be deactivated.
  • the electrical heating of the heat generation unit 27 is no longer operated in order to reduce the overall energy consumption of the device 5.
  • the heat generation unit 27 is formed by the aftertreatment unit 21 and additionally by the power generation unit 17, in particular the fuel cell 18.
  • waste heat is generated in the power generation unit 17, in particular in the fuel cell 18, which is transferred directly to the heat transfer unit 27.
  • the heat is transferred from the heat transfer unit 27, in particular directly, to the second dehydrogenation reactor 57.
  • heat is transferred to the first dehydrogenation reactor 56 from the second dehydrogenation reactor 57 and/or from the heat transfer unit 27.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung (5) zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums umfasst eine einen ersten Dehydrierreaktor (56) aufweisende Dehydriereinheit (9) zum Freisetzen von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffträgermedium, eine mit der Dehydriereinheit (9) fluidtechnisch verbundene Stromerzeugungseinheit (17) zum Erzeugen von elektrischem Strom aus dem freigesetzten Wasserstoffgas, eine mit der Stromerzeugungseinheit (17) elektrisch verbundene Elektronikeinheit (23) zum Speichern und/oder Steuern des erzeugten elektrischen Stroms sowie eine Aktivierungseinheit (29) zum Aktivieren der Vorrichtung (5), wobei Aktivierungseinheit (29) eine Energiequelle (27, 28) zum Beheizen des ersten Dehydrierreaktors (56) umfasst.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums sowie mobile Plattform mit einer derartigen Vorrichtung
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 206 342.2 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums sowie eine mobile Plattform mit einer derartigen Vorrichtung.
DE 10 2020 102 923 Al offenbart ein wasserstoffträgermitführendes Straßenfahrzeug, das mittels eines Elektromotors angetrieben wird. Der hierfür erforderliche elektrische Strom wird mittels einer Brennstoffzelle erzeugt, die mit aus einem Wasserstoffträgermedium freigesetzten Wasser stoffgas betrieben wird. Die Freisetzung des Wasserstoffgases aus dem Wasserstoffträgermedium erfolgt in einer Dehydriereinheit bei erhöhten Temperaturen. Für eine ausreichende Versorgungssicherheit der Brennstoffzelle mit Wasserstoffgas ist es deshalb erforderlich, dass die Dehydriereinheit dauerhaft auf Betriebstemperatur gehalten wird. Dieses Vorgehen ist mit hohem Energieaufwand verbunden und ökologisch nicht sinnvoll. Alternativ kann die Dehydriereinheit aufgewärmt und auf Betriebstemperatur gebracht werden, wenn die Brennstoffzelle betrieben werden soll. Insbesondere ein Aufheizen aus einem Ruhemodus kann zu unerwünschten Verzögerungen führen, die die Dynamik des Fahrzeugs beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bereitstellung elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums zu verbessern und insbesondere die Bereitstellung aus einem Ruhemodus derart zu verbessern, dass die Bereitstellung aus dem Ruhemodus autark und insbesondere ohne externe Energiezufuhr möglich ist und insbesondere die Bereitstellungszeit verkürzt ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Der Kem der Erfindung besteht darin, dass mittels einer Aktivierungseinheit eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums aktivierbar ist, insbesondere ohne dass andere Energie als Wasserstoffträgermedium von außerhalb der Vorrichtung für das Aktivieren zugeführt wird. Das Aktivieren erfolgt insbesondere durch Beheizen eines ersten Dehydrierreaktors einer Dehydriereinheit, die zum Freisetzen von Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffträgermedium dient. Die Aktivierungseinheit umfasst eine Heizeinheit. Die Heizeinheit ist insbesondere eine separate Komponente und insbesondere nicht die Dehydriereinheit selbst. Das Beheizen zum Aktivieren der Vorrichtung, insbesondere der Dehydriereinheit und insbesondere des ersten Dehydrierreaktors, ist insbesondere keine Wärmerückgewinnung aus der Dehydriereinheit.
Es wurde gefunden, dass die Aktivierungseinheit den Betrieb der Vorrichtung aus einem Ruhemodus verbessert. In dem Ruhemodus ist die Dehydriereinheit und insbesondere der erste Dehydrierreaktor inaktiv. Die Aktivierungseinheit ermöglicht insbesondere einen unmittelbaren Betrieb der Vorrichtung aus dem Ruhemodus. Die Aktivierungseinheit ermöglicht einen sogenannten Kaltstart der Vorrichtung und insbesondere einen Kaltstart eines elektromotorischen Antriebs, der mit der Vorrichtung elektrisch verbunden ist. Die Aktivierungseinheit wird auch als Kaltstarteinheit bezeichnet.
Die Aktivierungseinheit umfasst eine, insbesondere kaltstartfähige, Energiequelle. Die kaltstartfähige Energiequelle ist insbesondere eine Heizeinheit.
Als kaltstartfähige Energiequelle dient insbesondere eine elektrische Energiequelle, insbesondere eine Elektronikeinheit, die zum Speichern von elektrischem Strom geeignet ist, wobei zusätzlich separate elektrische Energiespeicher, insbesondere wieder aufladbare Batterien, vorhanden sein können. Die elektrische Energiequelle wird insbesondere zum Betreiben einer elektrischen Heizeinheit verwendet. Zusätzlich oder alternativ kann als kaltstartfähige Energiequelle Wasserstoff dienen, der insbesondere gasförmig in der Vorrichtung zwischengespeichert ist. Der zwischengespeicherte Wasserstoff liegt insbesondere auch im Ruhemodus der Vorrichtung vor, also bevor die Vorrichtung aus dem Ruhemodus aktiviert wird. Der Wasserstoff kann thermisch verwertet, insbesondere verbrannt, oder in einem katalytischen Oxidationsprozess in Wärme gewandelt werden. Zusätzlich oder alternativ kann als kaltstartfähige Energiequelle ein anderer Brennstoff, insbesondere ein fossiler Brennstoff und/oder ein flüssiges organisches Wasserstoffträgermedium (LOHC) dienen. Dieser andere Brennstoff kann insbesondere katalytisch partiell oxidiert und damit Wärme freigesetzt werden.
Als kaltstartfähige Energiequelle kann auch eine bezogen auf die Vorrichtung externe Wärmequelle dienen, die eine bezogen auf die Vorrichtung unabhängige Wärmebereitstellung ermöglicht, also insbesondere auch dann, wenn sich die Vorrichtung im Ruhemodus befindet. Externe Wärmequellen sind insbesondere andere Prozessanlagen wie Motoren oder Turbinen.
Es ist denkbar, dass die externen und/oder vorrichtungsinternen Wärmequellen einen Wärmespeicher speisen. Die Wärmeversorgung ist dadurch zeitlich flexibel möglich. Insbesondere kann Wärme der Wärmequellen gespeichert und dadurch genutzt werden, wenn zu dem Wärmeerzeugungszeitpunkt kein Kaltstart erforderlich ist. Der Wärmespeicher selbst kann als kaltstartfähige Energiequelle dienen. Der Wärmespeicher kann als Latentwärmespeicher und/oder als thermochemischer Wärmespeicher ausgeführt sein.
Insbesondere beträgt eine Zeitverzögerung zwischen einer Anforderung eines Strombedarfs an dem elektromotorischen Antrieb bis zur Bereitstellung des elektrischen Stroms von einer Stromerzeugungseinheit höchstens zwölf Stunden, insbesondere höchstens acht Stunden und insbesondere höchstens sechs Stunden.
Wasser stoffgas kann von dem Wasserstoffträgermedium reversibel freigesetzt und wieder chemisch daran gebunden werden. Ein derartiges Wasserstoffträgermedium ist insbesondere flüssig und insbesondere ein flüssiges organisches Wasserstoffträgermedium (LOHC). Als besonders geeignet hat sich ein Wasserstoffträgermedium erwiesen, das in einer zumindest teilweise mit Wasserstoff beladenen Form als Perhydro-Dibenzyltoluol (HisDBT), Perhydro-Benzyltoluol (H12BT), Methylcyclohexan (C7H14), das zu Toluol (C?Hs) dehydrierbar ist, und/oder Dicyclohexan vorliegt. Möglich ist auch die Verwendung einer Mischung von Wasserstoffträgermedien in der zumindest teilweise mit Wasserstoff beladenen Form von Perhydro-Diphenylmethan und Perhydro-Biphenyl. Diese Verbindungen können zu Diphenylmethan und Biphenyl dehydriert werden. Besonders vorteilhaft ist eine Mischung aus Biphenyl zu Diphenylmethan in einem Verhältnis von 30 : 70, insbesondere 35 : 65 und insbesondere 40 : 60. Die Dehydrierung des Wasserstoffträgermediums in der Dehydriereinheit ist katalytisch, erfolgt also in Anwesenheit eines Katalysators. Der Katalysator umfasst einen Katalysatorträger, an dem katalytisch aktives Katalysatormaterial angeordnet und insbesondere daran befestigt ist. Das Katalysatormaterial weist insbesondere ein Metall auf, insbesondere Platin, Palladium, Nickel, Rhodium und/oder Ruthenium. Als Katalysatorträger dient insbesondere Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid und/oder Aktivkohle. Der Katalysatorträger ist insbesondere ein poröser oxidischer Träger. Der Katalysatorträger ist insbesondere inert. Der Gewichtsanteil des Katalysatormaterials beträgt bezogen auf den Katalysatorträger zwischen 0,1 % bis 10 %.
Der Katalysator umfasst eine Vielzahl von Katalysatorteilchen, insbesondere Katalysatorträgerteilchen, die insbesondere als Pellets vorliegen. Die Katalysatorteilchen weisen eine mittlere Teilchengröße von 0,5 mm bis 10 mm, insbesondere von 1 mm bis 8 mm und insbesondere von 2 mm bis 4 mm auf. Die Katalysatorteilchen sind insbesondere in Form eines Festbettes angeordnet, das von dem Wasserstoffträgermedium durchströmt wird.
Mit der Dehydriereinheit ist eine Stromerzeugungseinheit fluidtechnisch verbunden. In der Stromerzeugungseinheit wird elektrischer Strom aus dem freigesetzten Wasser stoffgas erzeugt. Vorteilhaft ist es, wenn während des Betriebs der Stromerzeugungseinheit Abwärme anfällt, wenn also die Stromerzeugungseinheit neben Strom auch Wärme erzeugt.
Insbesondere wurde gefunden, dass von der Stromerzeugungseinheit erzeugter elektrischer Strom und/oder erzeugte Wärme insbesondere für den Betrieb der Vorrichtung selbst genutzt und insbesondere an externe Verbraucher, die insbesondere außerhalb der Vorrichtung angeordnet sind, abgegeben werden kann. Insbesondere ist die Dehydriereinheit mit der Stromerzeugungseinheit in wärmeübertragender Weise verbunden. Insbesondere ist ein, insbesondere geschlossener, Wärmekreislauf vorhanden, um Abwärme der Stromerzeugungseinheit an die Dehydriereinheit zu übertragen. Der geschlossene Wärmekreislauf umfasst insbesondere mindestens ein Wärmeträgermedium, das den Prozess nicht verlässt, also verlustfrei erhalten bleibt. Insbesondere kann ein Energieverlust in Form von Anergie reduziert werden. Eine derartige Vorrichtung ist besonders energieeffizient und deshalb ökologisch und ökonomisch sinnvoll. Der Betrieb der Vorrichtung ist effizient und autark, insbesondere mit Blick auf das Aktivieren der Vorrichtung mittels der Aktivierungseinheit.
Ein autarker Betrieb während des Aktivierens bedeutet, dass externe Energie, also Energie von außerhalb der Vorrichtung, ausschließlich in Form des Wasserstoffträgermediums zugeführt wird. In der Vorrichtung gespeicherte elektrische Energie kann für den Betrieb der Aktivierungseinheit genutzt werden.
Mit der Stromerzeugungseinheit ist die Elektronikeinheit elektrisch verbunden. Die Elektronikeinheit dient zum Speichern und/oder Steuern des in der Stromerzeugungseinheit erzeugten elektrischen Stroms. Die Stromerzeugungseinheit umfasst insbesondere ein Stromspeicherelement, insbesondere eine Batterie.
Es wurde insbesondere gefunden, dass der Volumenbedarf für Wasserstoffgas-Pufferspeicher in der Vorrichtung reduziert und insbesondere vermieden werden kann. Insbesondere ist es nicht erforderlich, Wasserstoffgas selbst in geringen Mengen in der Vorrichtung vorzuhalten, um einen Kaltstart zu ermöglichen. Gleichwohl kann Wasser stoffgas in geringen Mengen beispielsweise in Fluidleitungen auch im Ruhemodus der Vorrichtung vorhanden sein. Der Volumenbedarf für den Wasserstoffgas-Pufferspeicher wird dadurch aber nicht erhöht.
Die Dehydriereinheit umfasst insbesondere den ersten Dehydrierreaktor, der als Starterreaktor oder als Reaktor erster Stufe bezeichnet wird, sowie einen zweiten Dehydrierreaktor, der als Hauptreaktor oder Dehydrierreaktor zweiter Stufe bezeichnet wird. Der zweite Dehydrierreaktor ist dem ersten Dehydrierreaktor nachgeschaltet. Die beiden Dehydrierreaktoren sind in einer Reihenschaltung angeordnet. Es ist möglich, in der Reihenschaltung zwischen dem Starterreaktor und dem Hauptreaktor weitere zwischengeschaltete Dehydrierreaktoren anzuordnen. Der erste und der zweite Dehydrierreaktor können baulich voneinander getrennt oder als integrierte Reaktoreinheit in einem gemeinsamen Gehäuse ausgeführt sein.
Beim Aktivieren der Vorrichtung ist die Aktivierungseinheit insbesondere mit dem Starterreaktor für dessen Aufheizen gekoppelt. Zusätzlich kann beim Aktivieren auch der Hauptreaktor auf- geheizt werden. Im regulären Betriebsverfahren, also nach dem Aktivieren, wird im Wesentlichen ausschließlich und insbesondere ausschließlich der Hauptreaktor beheizt. Während des Aktivierens ist der Starterreaktor insbesondere der einzige Dehydrierreaktor, der betrieben wird.
Im regulären Betriebsverfahren kann die Dehydriereinheit mehrstufig, insbesondere zweistufig, betrieben werden, indem der Starterreaktor als Dehydrierreaktor erster Stufe dem Hauptreaktor als Dehydrierreaktor zweiter Stufe vorgeschaltet ist. In dem Starterreaktor wird zumindest teilweise beladenes Wasserstoffträgermedium zunächst teilweise dehydriert und durchläuft dann den aktivierten Hauptreaktor zur weiteren Dehydrierung.
Im regulären Betriebsverfahren ist insbesondere ein Kaskadenstartverfahren möglich, bei dem der Dehydrierreaktor der nächsthöheren Stufe immer dann aktiviert wird, wenn der Dehydrierreaktor der vorherigen Stufe vollständig aktiviert ist, und insbesondere eine veränderlich festlegbare Leistungsschwelle erreicht oder überschritten hat. Diese Leistungsschwelle kann beispielsweise mindestens 50 % der Nennleistung des jeweiligen Dehydrierreaktors oder mehr sein. Für das Kaskadenstartverfahren ist es energetisch vorteilhaft, wenn die Baugröße der Dehydrierreaktoren entlang der Fluidströmungsrichtung von dem Starterreaktor zu dem Hauptreaktor, insbesondere kontinuierlich, zunimmt. Vorteilhaft ist es also, wenn der Starterreaktor das kleinste und der Hauptreaktor das größte Reaktionsvolumen aufweisen.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2 vereinfacht die unmittelbare Bereitstellung von Wärme zum Beheizen der Dehydriereinheit. Eine Wärmeerzeugungseinheit kann beispielsweise elektrisch ausgeführt sein. Das bedeutet, dass mittels elektrischem Strom Wärme erzeugt wird. In diesem Fall ist die Wärmeerzeugungseinheit insbesondere mit einer Stromquelle elektrisch verbunden. Die Stromquelle kann ein Anschluss an ein elektrisches Netz, insbesondere ein lokales oder globales Stromleitungsnetz sein. Die Stromquelle kann auch eine Stromspeichereinheit, insbesondere in Form einer Batterie sein, die den autarken Betrieb der Vorrichtung vereinfacht. Zusätzlich oder alternativ kann der elektrische Strom auch aus der von der Stromerzeugungseinheit gespeisten Elektronikeinheit stammen, wobei die Elektronikeinheit insbesondere zu einem früheren Zeitpunkt mit elektrischem Strom, der von der Stromerzeugungseinheit erzeugt worden ist, gespeist wurde. Die Wärme kann vorteilhaft mittels einer Wärmeübertragungseinheit an die Dehydriereinheit übertragen werden. Eine Wärmeübertragungseinheit kann beispielsweise einen ein Wärmeträgerfluid führenden Wärmeträgerkreislauf umfassen, wobei als Wärmeträgerfluid insbesondere Thermalöl dient. Das Wärmeträgerfluid wird von der Wärmeerzeugungseinheit, insbesondere der elektrischen Heizung, unmittelbar erwärmt und mittels der Wärmeübertragungseinheit zu der Dehydriereinheit gefördert. Das Wärmeträgerfluid kann die Wärme an die Dehydriereinheit abgeben und zur Wärmeerzeugungseinheit zurückgefördert und insbesondere erneut aufgeheizt werden.
Die Wärmeerzeugungseinheit kann auch einen chemischen Reaktor umfassen, insbesondere einen Oxidationsreaktor. Beispielsweise kann das ohnehin in der Vorrichtung vorhandene Wasserstoffträgermedium zumindest teilweise oxidiert werden. Diese Oxidationsreaktion ist exotherm und ermöglicht die Bereitstellung von Wärme für die Dehydriereinheit. Zusätzlich oder alternativ ist eine vollständige Oxidation des Wasserstoffträgermediums durch Verbrennung möglich.
Die Wärmeerzeugungseinheit kann alternativ auch in der Stromerzeugungseinheit und/oder in einer Nachbehandlungseinheit integriert angeordnet sein, insbesondere als untergeordnete Einheit der Stromerzeugungseinheit und/oder der Nachbehandlungseinheit.
Für das Aktivieren der Vorrichtung, insbesondere des ersten Dehydrierreaktors und insbesondere weiterer Einheiten der Vorrichtung, sind elektrischer Strom und Wärme erforderlich. Im regulären Betrieb der Vorrichtung, also nachdem die Vorrichtung mittels der Aktivierungseinheit aktiviert worden ist und sich in einem quasi-stationären Dehydriermodus befindet, werden weiterhin Strom und Wärme benötigt. Insbesondere erfolgt das Dehydrieren in der Dehydriereinheit endotherm, also mittels Wärmezufuhr. Sowohl für den Betrieb der Vorrichtung im Aktivierungsmodus als auch im regulären Dehydriermodus sind also eine Wärmeerzeugungseinheit, eine Wärmeübertragungseinheit und eine Stromerzeugungseinheit vorteilhaft.
Es kann vorteilhaft sein, genau eine Wärmeerzeugungseinheit, genau eine Wärmeübertragungseinheit und genau eine Stromerzeugungseinheit bereitzustellen, die für beide Betriebsmodi genutzt werden. Alternativ kann auch mindestens eine, mehrere oder sämtliche Einheiten mehrfach bereitgestellt werden, um diese separat in dem jeweiligen Betriebsmodus zu betreiben. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3 ermöglicht die verbesserte Wärmebereitstellung für den Kaltstart. Die integrierte Anordnung der Aktivierungseinheit in der Dehydriereinheit, insbesondere in dem Dehydrierreaktor erster Stufe, ermöglicht eine kompakte und kleinbauende Vorrichtung. Wärmeübertragungsverluste sind reduziert. Es ist insbesondere möglich, dass die Wärmeerzeugungseinheit, insbesondere in Form des Oxidationsreaktors und/oder in Form einer Verbrennungseinheit, in der Dehydriereinheit integriert, insbesondere in dem Dehydrierreaktor erster Stufe, angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Dehydrierreaktors erster Stufe mit mindestens einem doppelwandigen Rohr, so dass ein innerer Reaktionsraum und ein äußerer Reaktionsraum, der den inneren Reaktionsraum umgibt, gebildet werden. In einem der Reaktionsräume kann die Dehydrierreaktion stattfinden. In dem jeweils anderen Reaktionsraum kann die Wärmeerzeugung und/oder die Wärmeübertragung stattfinden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der äußere Reaktionsraum ein Reaktionsrohr des Dehydrierreaktors erster Stufe ist. In dem Reaktionsrohr ist insbesondere Katalysatormaterial vorhanden, um mit dem zumindest teilweise beladenen Wasserstoffträgermedium zu dessen Dehydrierung kontaktiert zu werden. Der innere Reaktionsraum dient zum Erzeugen und/oder Übertragen von Wärme, insbesondere von einem Wärmeträger- fluid. Bei dieser Ausgestaltung kann der äußere Reaktionsraum also von innen, insbesondere von dem Wärmeträgerfluid, und an einer Außenseite von einem insbesondere zusätzlichen Wärmeträgerfluid umströmt und erwärmt werden. In dem inneren Reaktionsraum kann auch unmittelbar die exotherme Oxidationsreaktion und/oder eine Verbrennung stattfinden.
Eine fluidtechnische Verbindung der Aktivierungseinheit mit der Dehydriereinheit gemäß Anspruch 4 ermöglicht die Bereitstellung von Wasser stoffgas aus der Dehydriereinheit zum Betrieb der Aktivierungseinheit. Insbesondere ist der Dehydrierreaktor erster Stufe mit der Aktivierungseinheit fluidtechnisch verbunden. Die Aktivierungseinheit kann unmittelbar mit dem in dem Dehydrierreaktor erster Stufe bereitgestellten Wasserstoff betrieben werden und damit Strom und Wärme für das Aktivieren der Vorrichtung bereitgestellt werden. Insbesondere ist die Dehydriereinheit mehrstufig, insbesondere zweistufig, ausgeführt. Beim Aktivieren der Vorrichtung fungiert der Starterreaktor als Freisetzungsvorrichtung. Nach dem Aktivieren der Vorrichtung kann der Starterreaktor als Vorstufe für den Hauptreaktor der Dehydriereinheit dienen. Insbesondere kann der Starterreaktor mit einem Rekuperator in einem Apparat baulich kombiniert sein. Ein derartiger Apparat, der die erste Dehydrier- Stufe repräsentiert, wird von drei verschiedenen Medien durchströmt. Als erstes Medium dient zumindest teilweise beladenes Wasserstoffträgermedium, das dehydriert wird. Während der Aktivierung durchläuft den Apparat flüssiges Wärmeträgermedium in einem zweiten Medienbereich als zweites Medium. Als drittes Medium dient zumindest teilweise entladenes Wasserstoffträgermedium, das insbesondere aus dem Hauptreaktor stammt. Als drittes Medium dient also insbesondere das Reaktionsprodukt aus dem Hauptreaktor, insbesondere zumindest teilweise entladenes Wasserstoffträgermedium, das zur Wärmeabgabe, insbesondere im Gegenstrom, durch den Starterreaktor als integrierter Rekuperator geführt werden kann.
Nach dem Aktivieren durchläuft das dritte Medium einen dritten Medienbereich. Der zweite Medienbereich kann ungenutzt bleiben oder zusätzlich von flüssigem und/oder gasförmigem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Vorteilhaft ist, wenn der zweite Medienbereich innenliegend, also insbesondere zentral und konzentrisch bzgl. des ersten Medienbereichs in dem Starterreaktor angeordnet ist. Anstelle eines Wärmeträgermediums wie beispielsweise Thermalöl können zentrisch auch Heizstäbe angeordnet sein, um das flüssige Wärmeträgermedium zu beheizen.
Es ist vorteilhaft, die in der Dehydriereinheit, insbesondere zwischen dem Starterreaktor und dem Hauptreaktor, erzeugten Stoffströme je nach Betriebsmodus der Aktivierungseinheit bzw. der Stromerzeugungseinheit zuzuführen. Dazu ist es vorteilhaft, wenn entsprechende Ventile und/oder Pumpen vorhanden sind, um die Stoffströme, insbesondere mittels einer Steuerungseinheit gesteuert, insbesondere automatisiert zu führen. Bei der mehrstufigen Ausführung der Dehydriereinheit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Verhältnis der Dehydrierleistung des Starterreaktors zu der Dehydrierleistung Hauptreaktors so festgelegt ist, dass die zwischengespeicherte elektrische Energie, die für die Aktivierung erforderlich ist, weniger als 100 kWh je MW-Dehydrierleistung ist und die Dauer der Aktivierung weniger als 6 h beträgt.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5 ermöglicht die Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades. Eine Reinigungseinheit ist stromabwärts der Dehydriereinheit angeordnet und dient zum Reinigen des in der Dehydriereinheit freigesetzten Wasserstoffgases. Während des Aktivierungsbetriebs der Vorrichtung wird ausschließlich in dem Starterreaktor freigesetztes Wasser stoffgas der Reinigungseinheit zugeführt. Im regulären Betrieb der Vorrichtung wird der Reinigungseinheit ein Wasserstoffgasstrom zugeführt, der im Starterreaktor und/im Hauptreaktor erzeugt worden ist. Das die Reinigungseinheit verlassende Wasserstoffgas weist eine Reinheit von mindestens 98 %, insbesondere mindestens 99 %, insbesondere mindestens 99,9 %, insbesondere mindestens 99,99 % und insbesondere mindestens 99,999 % auf. Eine Reinheit von 99 % bedeutet, dass der Anteil von Verunreinigungen im Was serstoffgas ström 1 % beträgt. Die Reinigungseinheit ist insbesondere stromaufwärts der Stromerzeugungseinheit angeordnet. Ein derart reiner Wasserstoffgasstrom kann besonders effizient verstromt werden. Die Reinigungseinheit ist insbesondere als Druckwechseladsorptionsapparat ausgeführt.
Eine Nachbehandlungseinheit gemäß Anspruch 6 gewährleistet eine zielgerichtete Behandlung von Stoffströmen. Die Nachbehandlungseinheit umfasst insbesondere einen Wasserstoffbrenner und kann beispielsweise zur Wärmebereitstellung für die Dehydriereinheit genutzt werden. Die Nachbehandlungseinheit ist insbesondere stromabwärts der Dehydriereinheit und insbesondere stromabwärts der Reinigungseinheit angeordnet. Insbesondere kann in der Reinigungseinheit von dem Was serstoffgas abgetrenntes Restgas, das auch als Offgas bezeichnet wird, an die Nachbehandlungseinheit abgeführt und dort verbrannt werden. Besonders vorteilhaft ist eine Steuerung insbesondere derart, dass in der Reinigungseinheit eine erforderliche Menge an Wasserstoff im Offgas abgetrennt wird, die in dem Wasserstoffbrenner der Nachbehandlungseinheit erforderlich ist. Als vorteilhaft hat sich ein Offgas- Anteil aus der Reinigungseinheit von mindestens 5 %, insbesondere mindestens 10 % und insbesondere mindestens 30 % erwiesen. Die Ausgestaltung der Reinigungseinheit, insbesondere in Form eines Druckwechseladsorptionsapparats, ist dadurch besonders unkompliziert, platzsparend und kosteneffizient möglich.
Die Druckwechseladsorption ermöglicht die Abgabe von Wasserstoffgas insbesondere mit verbesserter Reinheit. Dazu dienen insbesondere häufige Druckwechsel, die kurze Zykluszeiten bewirken. Bei einer erhöhten Menge an Adsorbensmaterial kann die Reinheit des Wasserstoffgases zusätzlich erhöht werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein relativ großer Druckunterschied bei den Druckwechseln eine zusätzliche Verbesserung der Wasserstoffreinheit bewirken. Im Um- kehrschluss bedeutet dies, dass bei gleichbleibender Reinheit des Wasserstoffgases und beispielsweise häufigeren Druckwechseln die Menge an Adsorbensmaterial und/oder der relative Druckunterschied und der damit verbundene Stromverbrauch für Vakuumpumpe und/oder Kompression reduziert werden können.
Insbesondere wurde erkannt, dass auch vergleichsweise häufige Druckwechsel, also kurze Zykluszeiten, mit Blick auf die Gesamteffizienz des Verfahrens unproblematisch sind, obwohl häufigere Druckwechsel und kurze Zykluszeiten eine verringerte Ausbeute an gereinigtem Wasserstoffgas und somit einem erhöhten Offgasstrom bedeuten. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Offgas- Anteil aus der Reinigungseinheit höchstens 10 % und insbesondere höchstens 5 % beträgt. Vorteilhaft ist, wenn der Offgas- Anteil möglichst klein ist. Es wurde aber erkannt, dass ein vergleichsweise großer Offgas- Anteil akzeptiert werden kann, da der Offgasstrom vorteilhaft in der Nachbehandlungseinheit thermisch genutzt werden kann.
Die Nachbehandlungseinheit dient insbesondere als Filter- und/oder Brennereinheit, deren Abwärme in der Vorrichtung effizient genutzt werden kann.
Eine Brennstoffzelle gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine unmittelbare und effiziente Verstro- mung des freigesetzten Wasserstoffgases. Die Gesamteffizienz der Vorrichtung kann insbesondere dadurch erhöht werden, wenn verschiedene Betriebspunkte der Vorrichtung geeignet definiert werden. Von einem Volllast-Betriebspunkt, bei dem die Dehydriereinheit mit nominell maximaler Freisetzungsrate betrieben wird, kann die Vorrichtung zu einem Teillast- oder Minimallast-Betriebspunkt hingesteuert werden, indem der Reaktionsdruck und die Wasserstoffgasfreisetzungsrate reduziert und der Dehydrierhub in der Dehydriereinheit erhöht werden. Zusätzlich oder alternativ können in der Stromerzeugungseinheit, insbesondere in der Brennstoffzelle, der Eingangsdruck verringert, die Degradation verringert und/oder die Effizienz erhöht werden.
Die Brennstoffzelle ist insbesondere eine Protonenaustauschmembran (PEM)-Brennstoffzelle. Vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zur PEM-Brennstoffzelle ein, insbesondere katalytischer, Wasserstoffbrenner in wärmeübertragender Weise mit der Dehydriereinheit verbunden ist. Dieser Wasserstoffbrenner dient als Wärmequelle, insbesondere sowohl beim Aktivieren als auch im regulären Betriebsmodus. Zumindest ein Anteil des in der Dehydriereinheit freigesetzten Wasserstoffgasstroms kann dem Wasserstoffgasbrenner zugeführt, verbrannt und dadurch Wärme erzeugt werden, die für den Betrieb der Dehydriereinheit genutzt werden kann.
Die Betriebstemperatur der PEM-Brennstoffzelle liegt typischerweise zwischen 60°C und 120°C. Die PEM-Brennstoffzelle kann als Hochtemperatur- oder Niedertemperatur-PEM- Brennstoffzelle ausgeführt sein.
Alternativ kann die Brennstoffzelle auch als Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) und/oder als Fest- stoff-Säure-Brennstoffzelle (SAFC) ausgeführt sein.
Es ist insbesondere denkbar, unterschiedliche Brennstoffzellen-Komponenten in einer Brennstoffzelleneinheit zu kombinieren. Beispielsweise kann eine derartige Brennstoffzelleneinheit mindestens ein SOFC-Element, das auch als SOFC-Stack bezeichnet wird, und mindestens ein PEM-Brennstoffzellenelement, das als PEM-Stack bezeichnet wird, umfassen. Das PEM-Stack vereinfacht insbesondere den Kaltstart der Vorrichtung, da die Betriebstemperatur gegenüber der SOFC reduziert ist. Abwärme der SOFC kann dann im Sinne der Wärmerückgewinnung für die Wasserstofffreisetzung in der Dehydriereinheit vorteilhaft genutzt werden.
Mit einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, insbesondere SOFC, SAFC oder eine Hochtempera- tur-PEM-Brennstoffzelle, kann Abwärme besonders vorteilhaft auf die Dehydriereinheit übertragen und genutzt werden. Insbesondere kann mit Abgas aus der Hochtemperatur-Brennstoffzelle, insbesondere mit verbrauchter Luft, Wärme für die Dehydriereinheit bereitgestellt werden.
Es ist insbesondere denkbar, dass eine zusätzliche Wärmegewinnung dadurch erfolgt, dass Abgas aus der Brennstoffzelle an die Nachbehandlungseinheit abgegeben und unverbrauchtes Wasserstoffgas in der Nachbehandlungseinheit oxidiert wird. Insbesondere kann die Nachbehandlungseinheit derart flexibel betrieben werden, dass Abgas aus der Brennstoffzelle und/oder aus der Reinigungseinheit genutzt wird. Zusätzlich oder alternativ kann in der Nachbehandlungseinheit auch Wasserstoffgas, insbesondere aus der Dehydriereinheit, unmittelbar zur Wärmeerzeugung genutzt werden. Es wurde gefunden, dass die von der Brennstoffzelle bereitgestellte Wärme für die Dehydriereinheit vorteilhaft genutzt werden kann, wenn das Luft-Wasserstoff-Verhältnis in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle höchstens 10, insbesondere höchstens 5, und insbesondere höchstens 3 beträgt. Es wurde gefunden, dass ein wesentlicher Teil der als Abwärme in der Stromerzeugungseinheit anfallenden thermischen Energie in der Dehydriereinheit besonders vorteilhaft durch direkte Wärmeauskopplung zur Verfügung gestellt werden kann. Insbesondere wird Abwärme aus dem Abgasstrom der Stromerzeugungseinheit entzogen und/oder Wärme über einen geschlossenen Wärmekreislauf von der Stromerzeugungseinheit auf die Dehydriereinheit übertragen. In diesem Fall ergibt sich an der Stromerzeugungseinheit ein reduzierter Luft-Überschuss, der in einem reduzierten Luft-Wasserstoff-Verhältnis resultiert. Die Abwärme wird aus der Hochtemperatur-Brennstoffzelle zuverlässig abgeführt. Der in der Dehydriereinheit erforderliche Wärmebedarf für die Dehydrierreaktion kann bis zu 100 % durch die Abwärme der Hochtemperatur- Brennstoffzelle gedeckt werden.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Brennstoffzelle kann die Stromerzeugungseinheit ein Wasserstoff-Blockheizkraftwerk, einen katalytischen Wasserstoffbrenner, einen konventionellen Wasserstoffbrenner, eine Gasturbine und/oder einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor umfassen. Der Wasserstoff- Verbrennungsmotor und/oder die Gasturbine können jeweils zur Verstromung mit mindestens einem Generator, insbesondere einem Turbogenerator, gekoppelt sein.
Die an der Stromerzeugungseinheit anfallende Abwärme kann zusätzlich oder alternativ als thermische Energie innerhalb der Vorrichtung, insbesondere in der Dehydriereinheit, oder außerhalb der Vorrichtung genutzt und entsprechend bereitgestellt werden.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 ermöglicht eine besonders effiziente Wärmeabfuhr von der Stromerzeugungseinheit, insbesondere von der Brennstoffzelle und insbesondere der Festoxid- Brennstoffzelle, von der Gasturbine und/oder von dem Wasserstoff- Verbrennungsmotor, und die Übertragung der Wärme an die Dehydriereinheit. Alternativ kann die Wärme der Stromerzeugungseinheit, insbesondere von der Brennstoffzelle und insbesondere der Festoxid-Brennstoff- zelle, von der Gasturbine und/oder von dem Wasserstoff-Verbrennungsmotor, auch an eine andere Wärmesenke, insbesondere an einen weiteren Wärmetauscher abgeführt werden. Die Vor- richtung ermöglicht zumindest teilweise einen direkten Wärmeentzug von der Stromerzeugungseinheit, insbesondere von der Brennstoffzelle und insbesondere der Festoxid-Brennstoffzelle, von der Gasturbine und/oder von dem Wasserstoff-Verbrennungsmotor, wodurch die Gesamteffizienz des Verfahrens verbessert ist.
Für die Wärmeübertragung ist ein, insbesondere geschlossener, Wärmekreislauf in der Vorrichtung angeordnet. Es versteht sich, dass der Wärmekreislauf auch dadurch ausgeführt sein kann, dass mindestens zwei Wärmeträgermedien mit mindestens einem dazwischen geschalteten Zwischen-Wärmeüberträger ausgeführt sein kann, also insbesondere als sogenannter offener Wärmekreislauf, um beispielsweise einzelne Wärmeübertragungsschritte zeitlich und/oder örtlich voneinander zu entkoppeln.
Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 ermöglicht eine robuste Dehydrierreaktion. Insbesondere kann die Dehydriereinheit unkompliziert bezüglich ihrer Leistung skaliert werden. Insbesondere ist die Integration der Aktivierungseinheit in die Dehydriereinheit vereinfacht, indem die Reaktionsrohre, insbesondere des Starterreaktors, als Doppelwandrohre ausgeführt werden. Da die Dehydrierreaktion eine katalytische Reaktion ist, ist der Katalysator im mindestens einen Reaktionsrohr angeordnet. Der Rohrbündelreaktor umfasst insbesondere mehrere Reaktionsrohre, insbesondere mindestens 5, insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 15, insbesondere mindestens 25, insbesondere mindestens 40, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100, insbesondere mindestens 200, insbesondere mindestens 500 und insbesondere höchstens 1000 Reaktionsrohre.
Bei dem Hauptreaktor können die Reaktionsrohre unkompliziert und insbesondere ohne Doppelwand ausgeführt sein. Der Hauptreaktor ist insbesondere ein Rohrbündelreaktor, wie er in DE 10 2015 219 305 Al beschrieben ist.
Ein Betriebsmittelaggregat gemäß Anspruch 10 ermöglicht die Erhöhung eines Autarkiegrades. Die Vorrichtung ermöglicht insbesondere die Erzeugung und Bereitstellung von Druckluft, Stickstoff und/oder Kühlwasser mit der Vorrichtung selbst. Druckluft wird insbesondere mittels eines Kompressors erzeugt. Eine Steuerungseinheit gemäß Anspruch 11 ermöglicht einen gesteuerten und insbesondere vollautomatischen Betrieb der Vorrichtung. Insbesondere ermöglicht die Steuerungseinheit eine steuerungstechnische Kopplung mit dem elektromotorischen Antrieb.
Als energetischer Autarkiegrad wird der Anteil der Energie verstanden, die über eine Primärenergieform, also mittels des Wasserstoffträgermediums, bereitgestellt wird, bezogen auf die insgesamt der Vorrichtung zugeführten Energie, insbesondere das Aktivieren inbegriffen. Der energetische Autarkiegrad beträgt insbesondere mindestens 50 %, insbesondere mindestens 90 % und insbesondere 100 %.
Eine mobile Plattform gemäß Anspruch 12 weist im Wesentlichen die Vorteile der erfindungsge- mäßen Vorrichtung auf, worauf hiermit verwiesen wird. Die mobile Plattform weist die Vorrichtung auf und ist mittels des elektromotorischen Antriebs, der von der Vorrichtung mit elektrischem Strom versorgt wird, autark antreibbar. Die mobile Plattform ist insbesondere ein Fahrzeug, insbesondere ein Landfahrzeug wie ein Kraftfahrzeug oder ein Lastkraftwagen, ein Schienenfahrzeug wie ein Zug oder ein Wasserfahrzeug wie ein Schiff. Die mobile Plattform kann auch ein Flugzeug oder Helikopter sein. Insbesondere ist der elektromotorische Antrieb mit der Stromerzeugungseinheit der Vorrichtung elektrisch verbunden. Insbesondere ist die Steuerungseinheit der Vorrichtung mit einer Zentralsteuerung der mobilen Plattform verbunden oder darin integriert.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 13 weist im Wesentlichen die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf, worauf hiermit verwiesen wird. Das Verfahren vereinfacht einen Kaltstart der Stromerzeugungseinheit.
Insbesondere wird das Aktivieren der Vorrichtung mittels der Aktivierungseinheit verbessert, in dem der erste Dehydrierreaktor mittels der Heizeinheit beheizt wird. Der erste Dehydrierreaktor bildet während des Aktivierens einen Starterreaktor. Mit dem Starterreaktor wird zunächst eine kleine Menge an Wasserstoffgas freigesetzt, wobei dieses anfänglich freigesetzte Wasserstoffgas zur Bereitstellung von zusätzlicher Wärme und/oder elektrischem Strom genutzt werden kann, um weitere Wärme oder Aktivierungsenergie in anderer Form bereitzustellen. Die Vorrichtung kann in einem sogenannten Hot- Standby-Modus betrieben werden, indem mindestens und insbesondere genau so viel thermische und elektrische Energie erzeugt werden, die für die Aufrechterhaltung eines autarken Betriebsmodus erforderlich sind. Insbesondere werden im Hot- Standby-Modus so viel thermische und elektrische Energie erzeugt, dass Wärmeverluste und Betriebsenergie kompensiert werden. Der hierfür erforderliche Energiebedarf beträgt insbesondere höchstens 25 % der nominellen Energieerzeugungsleistung und insbesondere höchstens 10 % der nominellen Energieerzeugungsleistung und insbesondere mindestens 3 % der nominellen Energieerzeugungsleistung.
Ein energetisch vorteilhafter Betrieb der Vorrichtung ergibt sich dadurch, dass Komponenten der Vorrichtung, deren Oberflächen auf einem Temperaturniveau von mindestens 200°C liegen in einem ersten Raum und Komponenten, deren Oberflächen auf einem Temperaturniveau von weniger als 200°C liegen, in einem zweiten Raum angeordnet sind. Der erste Raum weist eine erste Raumtemperatur von höchstens 90°C, insbesondere höchstens 70°C, auf. Der zweite Raum weist eine zweite Raumtemperatur auf, die insbesondere höchstens 60°C und insbesondere höchstens 45°C aufweist. Der erste und/oder der zweite Raum sind insbesondere klimatisiert.
In dem ersten Raum sind insbesondere die Dehydriereinheit mit dem Starterreaktor und dem Hauptreaktor, der Rekuperator, die Heizeinheit, insbesondere Wärmefluidleitungen und/oder weitere Komponenten der Wärmefluidanlage, die Nachbehandlungseinheit, insbesondere zumindest teilweise, und/oder die Stromerzeugungseinheit, insbesondere zumindest teilweise in der Form als Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem angeordnet.
In dem zweiten Raum sind insbesondere Speicherbehälter für das zumindest teilweise beladene und/oder zumindest teilweise entladene Wasserstoffträgermedium, die Steuerungseinheit, die Reinigungseinheit und/oder weitere Teile des Hochtemperatur-Brennstoffzellensystems angeordnet.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 14 ermöglicht eine besonders vorteilhafte Nutzung der Vorrichtung. Insbesondere wurde erkannt, dass der Starterreaktor auch für einen regulären Betrieb der Vorrichtung als Bestandteil der Dehydriereinheit genutzt werden kann. Die Dehydriereinheit um- fasst insbesondere einen zweiten Dehydrierreaktor, der dem ersten Dehydrierreaktor nachgeschaltet ist. Es wurde insbesondere erkannt, dass der Starterreaktor in zwei verschiedenen Funktionen genutzt werden kann, nämlich neben der initialen Dehydrierung zur anfänglichen Bereitstellung von Wasser stoffgas zum Aktivieren der Vorrichtung auch als Dehydrierreaktor erster Stufe in der mehrstufigen Dehydriereinheit.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 15 erhöht die Flexibilität beim Kaltstart, insbesondere bei der Auswahl der Heizeinheit.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 16 ermöglicht eine besonders vorteilhafte Energierückgewinnung, insbesondere im regulären Betrieb der Vorrichtung. In dem ersten Dehydrierreaktor findet neben der Dehydrierreaktion erster Stufe insbesondere auch eine integrierte Wärmeübertragung auf die Reaktionsrohre im Dehydrierreaktor statt. Als Wärmeträgerfluid dient insbesondere ein Produktstrom des zweiten Dehydrierreaktors. In dem ersten Dehydrierreaktor findet eine Reku- peration statt.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 17 ermöglicht ein vorteilhaftes und insbesondere automatisiertes und insbesondere vollautomatisches Wechseln der Betriebsweisen, insbesondere von einem Aktivierungsmodus in den regulären Betrieb und/oder von dem regulären Betrieb in einen Ruheoder Standby-Betrieb. Der Wechsel dieser Betriebsmodi betrifft insbesondere den ersten Dehydrierreaktor und/oder den zweiten Dehydrierreaktor.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 18 hat sich als besonders effizient erwiesen. Insbesondere kann die Vorrichtung unaufwendig in einem Bereitschaftsmodus betrieben werden. Der Bereitschaftsmodus wird auch als Standby-Betrieb bezeichnet. In dem Bereitschaftsmodus wird entweder ausschließlich die Stromerzeugungseinheit oder die Stromerzeugungseinheit mit weiteren stromverbrauchenden Komponenten der Vorrichtung mit ausreichend Strom und Wärme betrieben. Das bedeutet, dass die Stromerzeugungseinheit und diese weiteren Komponenten nicht abgeschaltet werden und kurzfristig für den regulären Betrieb zur Verfügung stehen. Es wurde insbesondere gefunden, dass die hierfür erforderliche Menge an Wasserstoffgas reduziert ist und insbesondere aufgrund der Baugröße des ersten Dehydrierreaktors unkompliziert zur Verfügung gestellt wer- den kann. Es wurde insbesondere gefunden, dass es nicht erforderlich ist, den zweiten Dehydrierreaktor deswegen zu betreiben. Insbesondere wurde erkannt, dass der zweite Dehydrierreaktor eine entsprechend reduzierte Menge an Wasserstoffgas nicht ohne Weiteres zur Verfügung stellen kann, da insbesondere die von dem zweiten Dehydrierreaktor bereitgestellte Wasserstoffgasmenge zu groß ist. Insofern ist es nicht erforderlich, überschüssiges Wasserstoffgas, das von dem zweiten Dehydrierreaktor zur Verfügung gestellt wird, für den Leerlaufbetrieb aber nicht erforderlich ist, zwischenzuspeichern. Ein derartiger Leerlaufbetrieb ist besonders effizient.
Insbesondere kann bei einem Erreichen einer Schalt-Temperatur in dem zweiten Dehydrierreaktor der erste Dehydrierreaktor von dem Aktivierungsmodus in den regulären Betriebsmodus geschaltet werden. Der erste Dehydrierreaktor ist dann der Starterreaktor für die mehrstufige Dehydriereinheit. Die Schalt-Temperatur in dem zweiten Dehydrierreaktor beträgt insbesondere mindestens 280 °C, insbesondere mindestens 300 °C und insbesondere mindestens 320 °C.
Zusätzlich oder alternativ ist ein Umschalten auch in Abhängigkeit der Wasserstoffgas-Freisetzungsleistung in dem ersten Dehydrierreaktor möglich. Ein Mindestwert für die Wasserstoffgas- Freisetzungsleistung beträgt insbesondere 50 % einer nominalen Wasserstoffgas-Freisetzungsleistung des ersten Dehydrierreaktors, insbesondere mindestens 70 %, insbesondere mindestens 90 % und insbesondere 100 % der nominalen Wasserstoffgas-Freisetzungsleistung. Die Wasserstoffgas-Freisetzungsleistung ist eine projektspezifische und/oder reaktorspezifische Größe und ist insbesondere abhängig vom jeweiligen Reaktorvolumen und/oder vom Katalysatorbedarf.
Insbesondere ist es möglich, den ersten Dehydrierreaktor aus dem regulären Betriebsmodus zurück in den Aktivierungsmodus oder in einen Ruhe- oder Standby-Modus zu schalten, wenn die Schalt-Temperatur in dem zweiten Dehydrierreaktor und/oder die Wasserstoffgas-Freisetzungsleistung die oben genannten Mindestwerte unterschreiten.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzu- bilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Er- findungsgegenstands keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer mobilen Plattform mit einer erfmdungsgemä- ßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Dehydrierreaktor erster Stufe einer Dehydriereinheit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht des Details IV in Fig. 3,
Fig. 5 eine um 90° gedrehte Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie V-V in Fig. 2,
Fig. 6 eine vergrößerte Detailansicht des Details VI in Fig. 5.
Eine in Fig. 1 rein schematisch dargestellte und mit 1 bezeichnete mobile Plattform kann als Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug oder Wasserfahrzeug, insbesondere als Schiff oder als Flugzeug, ausgeführt sein. Die mobile Plattform 1 weist einen elektromotorischen Antrieb 2 auf, der mit nicht dargestellten Antriebselementen wie beispielsweise Rädern oder einer Antriebsturbine in Wirkverbindung steht. Der Antrieb 2 erzeugt und stellt eine Antriebskraft bereit, um die Antriebselemente anzutreiben.
Die mobile Plattform 1 weist eine Zentralsteuerung 3 auf, die mit dem Antrieb 2 in, insbesondere bidirektionaler, Signalverbindung steht. Die bidirektionale Signalverbindung ist durch den Doppelpfeil 4 in Fig. 1 symbolisiert. Die Zentral Steuerung 3 weist insbesondere eine Leistungselektronik auf, die insbesondere zur Ansteuerung des Antriebs 2, der die Kommunikation mit einer nicht dargestellten Fahrzeugsteuerung und/oder einer Diagnose des Antriebs 2 dient. Die Leistungselektronik kann ein elektronisches Steuergerät, einen Inverter und einen DC/DC-Wandler aufweisen.
Die mobile Plattform 1 weist eine als Ganzes mit 5 gekennzeichnete Vorrichtung auf. Die Vorrichtung 5 dient zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums. Die Vorrichtung 5 ist mit dem Antrieb 2 mittels Elektroleitungen 6 elektrisch verbunden.
Die Vorrichtung 5 umfasst einen Speicherbehälter 7, der mittels einer ersten Fluidleitung 8 mit einer Dehydriereinheit 9 verbunden ist. In der Dehydriereinheit 9 wird Wasserstoffträgermedium dehydriert und dadurch Wasserstoffgas freigesetzt.
Die Dehydriereinheit 9 ist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel mehrstufig, insbesondere zweistufig, ausgeführt. Die Dehydriereinheit 9 umfasst einen ersten Dehydrierreaktor 56, der als Starterreaktor bezeichnet wird, und einen zweiten Dehydrierreaktor 57, der als Hauptreaktor bezeichnet wird.
Die Dehydrierreaktoren 56, 57 sind fluidtechnisch miteinander verbunden, insbesondere mittels einer Fluidleitung.
Die Dehydriereinheit 9, insbesondere der erste Dehydrierreaktor 56 und/oder der zweite Dehydrierreaktor 57, ist über eine Rückführleitung 10 mit dem ersten Speicherbehälter 7 fluidtechnisch verbunden. Der Speicherbehälter 7 weist eine erste Teilkammer 11 auf, in der zumindest teilweise beladenes Wasserstoffträgermedium bevorratet ist, und eine zweite Teilkammer 12 auf, in der zumindest teilweise entladenes Wasserstoffträgermedium bevorratet ist. Die Teilkammem 11, 12 sind durch eine Trennwand 13, insbesondere fluiddicht, voneinander getrennt. Die Trennwand 13 kann auch teildurchlässig ausgeführt sein. Die Trennwand 13 kann in dem Speicherbehälter 7 auch veränderlich anordenbar ausgeführt sein, um die Volumina der Teilkammern 11, 12 anzupassen. Es ist denkbar, den Speicherbehälter 7 als sogenannten Schichtenspeicher auszuführen. Ein derartiger Schichtenspeicher ist offenbart in DE 10 2016 206 106 Al, worauf hiermit bezüglich Konstruktion und Betrieb ausdrücklich verwiesen wird.
Es ist alternativ auch möglich, zusätzlich zu dem Speicherbehälter 7 einen weiteren, nicht dargestellten Speicherbehälter vorzusehen. In diesem Fall ist der Speicherbehälter 7 für die Bevorratung des zumindest teilweise beladenen Speichermediums und der weitere Speicherbehälter zur Bevorratung des zumindest teilweise entladenen Wasserstoffträgermediums ausgeführt.
An die Dehydriereinheit 9 ist mittels einer zweiten Fluidleitung 14 eine Reinigungseinheit 15 angeschlossen. Insbesondere sind sowohl der erste Dehydrierreaktor 56 als auch der zweite Dehydrierreaktor 57 jeweils unmittelbar mit der Reinigungseinheit 15 in Fluidverbindung. Je nach Betriebsweise der Vorrichtung 5 können entweder der erste Dehydrierreaktor 56 und/oder der zweite Dehydrierreaktor 57 mit der Reinigungseinheit 15 verbunden werden. Die Reinigungseinheit 15 ist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Druckwechseladsorptionsapparat ausgeführt.
Es ist möglich, zwischen der Dehydriereinheit 9 und der Reinigungseinheit 15 eine nicht dargestellte Abtrenneinheit anzuordnen, um, insbesondere dampfförmige und/oder tröpfchenförmige, Bestandteile des Wasserstoffträgermediums aus dem Wasserstoffgas abzutrennen. Die Abtrenneinheit weist insbesondere einen Kondensator auf.
In der Reinigungseinheit 15 wird das in der Dehydriereinheit 9 freigesetzte Wasserstoffgas gereinigt und mittels einer dritten Fluidleitung 16 einer Stromerzeugungseinheit 17 zugeführt. Die Stromerzeugungseinheit 17 weist eine Brennstoffzelle 18 auf, die gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Protonenaustauschmembran (PEM)-Brennstoffzelle ausgeführt ist. Die dritte Fluidleitung 16 mündet insbesondere in die Brennstoffzelle 18.
Die Stromerzeugungseinheit 17 weist ferner eine Erwärmungseinheit 19 auf, die in wärmeübertragender Weise mit der Dehydriereinheit 9 gekoppelt ist, so dass ein Wärmestrom Q von der Erwärmungseinheit 19 zu der Dehydriereinheit 9 möglich ist. Die Erwärmungseinheit 19 ist mittels einer vierten Fluidleitung 20 an die Reinigungseinheit 15 angeschlossen. Die Erwärmungseinheit 19 ist optional. Insbesondere wenn die Brennstoffzelle 18 als Hochtemperatur-Brennstoffzelle ausgeführt ist, kann die Abwärme der Hochtemperatur-Brennstoffzelle als zusätzliche Erwärmungseinheit dienen, um insbesondere Wärme an die Dehydriereinheit 9 und/oder andere Komponenten der Vorrichtung 5 abgeben zu können. Jedenfalls ist eine separate Erwärmungseinheit bei der Ausführung einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle entbehrlich.
An die Reinigungseinheit 15 ist ferner eine Nachbehandlungseinheit 21 mittels einer fünften Flu- idleitung 22 angeschlossen. Die Stromerzeugungseinheit 17 ist mittels einer Abgasleitung 54 mit der Nachbehandlungseinheit fluidtechnisch verbunden. In der Stromerzeugungseinheit 17, insbesondere in der Brennstoffzelle 18 erzeugtes Abgas kann unmittelbar an die Nachbehandlungseinheit 21 abgegeben und dort oxidiert, also in Wärme umgewandelt werden.
Mit der Stromerzeugungseinheit 17 ist eine Elektronikeinheit 23 mittels einer weiteren Elektroleitung 6 elektrisch verbunden. Die Elektronikeinheit 23 umfasst ein Stromspeicherelement 24, insbesondere eine Batterie. Die Elektronikeinheit 23 umfasst eine Steuerungseinheit 25. Die Steuerungseinheit 25 steht insbesondere in bidirektionaler Signalverbindung 26 mit der Zentralsteuerung 3 der mobilen Plattform 1.
Der Antrieb 2 ist mittels der Elektroleitungen insbesondere elektrisch an die Stromerzeugungseinheit 17, insbesondere die Brennstoffzelle 18, und/oder die Elektronikeinheit 23, insbesondere das Stromspeicherelement 24, elektrisch angeschlossen.
Die Vorrichtung 5 weist eine Wärmeerzeugungseinheit 27 auf, die gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Elektroheizung ausgeführt ist. Die Wärmeerzeugungseinheit 27 steht mit einer Wärmeübertragungseinheit 28 in Wirkverbindung. Die Wärmeübertragungseinheit 28 ist als Wärmeträgerkreislauf, insbesondere als geschlossener Wärmeträgerkreislauf, ausgeführt. Als Wärmeträgerfluid dient insbesondere Thermalöl. Das Wärmeträgerfluid wird in der Wärmeerzeugungseinheit 27 erhitzt, mittels der Wärmeübertragungseinheit 28 an oder in die Dehydriereinheit 9 gefördert und gibt dort Wärme Q an die Dehydriereinheit 9 ab. Der Wärmestrom Q ist in Fig. 1 symbolisch dargestellt. Das abgekühlte Wärmeübertragungsfluid wird im Wärmeträgerkreislauf zur Wärmeerzeugungseinheit 27 zurückgefördert und kann erneut erhitzt werden. Die Wärmeerzeugungseinheit 27 und die Wärmeübertragungseinheit 28 bilden eine Aktivierungseinheit 29. Die Aktivierungseinheit 29 ist eine Heizeinheit zum Beheizen der Dehydriereinheit 9.
Wenn die Stromerzeugungseinheit 17, insbesondere die Brennstoffzelle 18, als Hochtemperatur- Brennstoffzelle, insbesondere als SOFC-Brennstoff-zelle, ausgeführt ist, kann ein geschlossener Wärmekreislauf 55 zur Wärmeübertragung von der SOFC-Brennstoffzelle 18 an die Dehydriereinheit 9 vorhanden sein. Der geschlossene Wärmekreislauf 55 ist insbesondere entsprechend und insbesondere identisch zu der Wärmeübertragungseinheit 27 ausgeführt. Insbesondere umfasst der geschlossene Wärmekreislauf 55 ein Wärmeträgerfluid, insbesondere Thermalöl, das stofflich getrennt von den weiteren Medien der Vorrichtung 5 gehandhabt wird. Der geschlossene Wärmekreislauf 55 ermöglicht die direkte Wärmeübertragung und damit eine verbesserte Wärmeabfuhr von der SOFC-Brennstoffzelle 18 an die Dehydriereinheit 9, die eine Wärmesenke darstellt.
Insbesondere ist die Wärmeerzeugungseinheit 27 als Heizelement, insbesondere als elektrische Heizung ausgeführt, die insbesondere mit der Elektronikeinheit 23 elektrisch verbunden ist. Von der Elektronikeinheit 23, insbesondere von dem Stromspeicherelement 24, kann elektrischer Strom zu Betrieb der Wärmeerzeugungseinheit 27 bereitgestellt werden.
Die Wärmeerzeugungseinheit kann neben dem Heizelement in Form der elektrischen Heizung weitere Komponenten umfassen, insbesondere die Nachbehandlungseinheit 21 und/oder die Stromerzeugungseinheit 17, insbesondere die Brennstoffzelle 18 und/oder die Erwärmungseinheit 19.
Im Folgenden wird anhand von Fig. 2 bis 6 der erste Dehydrierreaktor 56 näher erläutert.
Der erste Dehydrierreaktor 56 ist als Rohrbündelreaktor ausgeführt. Der Rohrbündelreaktor weist ein im Wesentlichen bezüglich einer Längsachse 30 hohlzylindrisches Gehäuse 31 auf. In dem Gehäuse 31 sind mehrere, gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel 57, Reaktionsrohre 32 angeordnet. Die Reaktionsrohre 32 sind in einem im Wesentlichen regelmäßigen, insbesondere wabenartigen, Raster angeordnet. Insbesondere ist ein Reaktionsrohr 32 von mehreren Reaktionsrohren 32 umgeben, deren Rohrlängsachsen 33 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 30 die Eckpunkte eines regelmäßigen Sechsecks bilden. Vorteilhaft ist es, wenn die Reaktionsrohre 32 möglichst flächenfüllend im Querschnitt des Gehäuses 31 des ersten Dehydrierreaktors 56 angeordnet sind.
In den Reaktionsrohren 32 ist jeweils der Katalysator angeordnet.
Der erste Dehydrierreaktor 56 weist eine Wasserstoffträgermedium-Eintrittskammer 34 auf, in die eine Wasserstoffträgermedium-Zufuhrleitung 35 mündet. Die Wasserstoffträgermedium-Zuführleitung 35 ist als Rohrstutzen mit angeformtem Flansch ausgeführt, der an einer äußeren Zylindermantelfläche des Gehäuses 31 befestigt und insbesondere angeschweißt ist. Die Wasserstoffträgermedium-Eintrittskammer 34 ist an einem ersten stirnseitigen Ende 36 des Gehäuses 31 angeordnet. An einem zweiten stirnseitigen Ende 37, das dem ersten Ende 36 gegenüberliegend an dem Gehäuse 31 angeordnet ist, mündet eine Wasserstoffträgermedium- Abführleitung 38 aus dem Gehäuse 31. Die Wasserstoffträgermedium- Abführleitung 38 ist als Rohrstutzen mit angeformtem Flansch ausgeführt und insbesondere an die zweite Fluidleitung 14 angeschlossen. Über die Wasserstoffträgermedium- Abführleitung 38 wird insbesondere zumindest teilweise entladendes Wasserstoffträgermedium und Wasserstoffgas abgeführt. Zur Abtrennung von, insbesondere dampfförmigen, Partikeln des zumindest teilweise entladenen Wasserstoffträgermediums aus dem Wasserstoffgasstrom kann eine zusätzliche Abtrenneinheit, insbesondere zwischen dem ersten Dehydrierreaktor 56 und der Reinigungseinheit 15 angeordnet sein. Eine Wasserstoffträgermedium-Strömungsrichtung 39 wird durch die Wasserstoffträgermedium-Zuführleitung 35 und die Wasserstoffträgermedium- Abführleitung 38 vorgegeben und ist gemäß Fig. 3 von rechts nach links orientiert.
Jeweils stirnseitig ist an den Reaktionsrohren 32 ein Halteelement 40 angeordnet. Das Halteelement 40 verhindert, dass der Katalysator aus dem Reaktionsrohr 32 in die Wasserstoffträgermedium-Eintrittskammer 34 und/oder zu der Wasserstoffträgermedium-Zuführleitung 35 gelangen kann. Die Halteelemente 40 halten den Katalysator zuverlässig in den Reaktionsrohren 32. Die Halteelemente 40 sind insbesondere jeweils als durchgängiges Gitter ausgeführt, das sich im Wesentlichen über die gesamte Querschnittsfläche des Gehäuses 31 erstreckt. Die Gitterelemente haben eine Maschenweite, die klein genug ist, um die Katalysatorteilchen zurückzuhalten, und/oder die groß genug ist, das flüssige Wasserstoffträgermedium durchzulassen. An das Gehäuse 31 ist die Wärmeübertragungseinheit 28 mit einer Wärmeträgerfluid-Zuführleitung 41 und mit einer Wärmeträgerfluid- Abführleitung 42 angeschlossen. Die Wärmeträgerfluid- Zuführleitung 41 mündet in eine Wärmeträgerfluid-Eintrittskammer 43, die sich in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 30 über eine Querschnittsfläche des Gehäuses 31 erstreckt, wobei diese Querschnittsfläche insbesondere der Querschnittsfläche des Gehäuses 31 entspricht. In axialer Richtung bezogen auf die Längsachse 30 ist die Wärmeträgerfluid-Kammer durch zwei Trennwände 44 in dem Gehäuse 31 abgetrennt. An die Wärmeträgerfluid-Kammer 43 sind mehrere Wärmeträgerfluid-Führungsleitungen 45 angeschlossen. Jeweils eine Wärmeträgerfluid- Führungsleitung 45 ist innerhalb eines Reaktionsrohres 32 angeordnet, insbesondere konzentrisch dazu. Die Anbindung der Wärmeträgerfluid-Führungsleitungen 45 an die Wärmeträgerfluid-Kammer 43 erfolgt mittels eines, insbesondere gebogenen, Anbindungsabschnitts 46, der zumindest abschnittsweise quer zur Längsachse 30 des Gehäuses 31 verläuft und in die Wärme- trägerfluid-Kammer 43 mündet. Der Anbindungsabschnitt 46 ist abgedichtet aus dem Reaktionsrohr 32 herausgeführt. Das Reaktionsrohr 32 ist von der Wärmeträgerfluid-Kammer 43 getrennt. Die Stoffströme des Wasserstoffträgermediums und des Wärmeträgerfluid sind voneinander separiert.
Die Wärmeträgerfluid-Strömungsrichtung 47 ist von der Wärmeträgerfluid-Zuführleitung 41 zu der Wärmeträgerfluid- Abführleitung 42 gerichtet, also gemäß Fig. 3 von links nach rechts orientiert. Die Wärmeträgerfluid-Strömungsrichtung 47 ist der Wasserstoffträgermedium-Strömungsrichtung 39 entgegengesetzt. Die Wärmeübertragung von dem Wärmeträgerfluid, insbesondere Thermalöl, auf das Wasserstoffträgermedium erfolgt gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Gegenstrom. Die Wärmeübertragung kann auch im Gleichstrom oder im Kreuzstrom erfolgen.
Der Rohrbündelreaktor wird insbesondere derart aufgestellt und betrieben, dass die Längsachse 30 horizontal orientiert ist. Der Rohrbündelreaktor kann mit der Längsachse 30 auch gegenüber der Horizontalen geneigt angeordnet sein, wobei der Neigungswinkel insbesondere zwischen 0° und 90° beträgt und der Rohrbündelreaktor insbesondere auch vertikal orientiert sein kann. Die Wärmeträgerfluid-Zuführleitung 41 und die Wärmeträgerfluid- Abführleitung 42 sind insbesondere als Rohrstutzen mit angeformtem Flansch ausgeführt.
Die Reaktionsrohre 32 sind als doppelwandige Rohre ausgeführt, wobei das Wasserstoffträgermedium entlang des ringförmigen Querschnitts und das Wärmeträgerfluid entlang des inneren Rohrquerschnitts strömt, insbesondere in zueinander entgegengesetzten Richtungen 39, 47.
Die Wärmeübertragungseinheit 28, insbesondere die Wärmeträgerfluid-Führungsleitungen 45, sind in der Dehydriereinheit 9 und insbesondere in dem ersten Dehydrierreaktor 56 integriert. Insbesondere ist in jedem Reaktionsrohr 32 eine Wärmeträgerfluid-Führungsleitung 45 integriert und insbesondere konzentrisch darin angeordnet. Die Wärmeträgerfluid-Führungsleitung 45 ermöglicht somit ein Aufheizen des Reaktionsrohres 32 von innen. Die Wärmeübertragung ist dadurch verbessert.
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es insbesondere denkbar, dass die Wärmeerzeugungseinheit 27 unmittelbar in der Dehydriereinheit 9 und insbesondere in dem ersten Dehydrierreaktor 56 integriert angeordnet ist. Eine Wärmeübertragungseinheit ist in diesem Fall entbehrlich. Eine integrierte Wärmeerzeugungseinheit 27 kann insbesondere durch eine Oxidationseinheit zum Oxidieren des Wasserstoffträgermediums und insbesondere zum Verbrennen des Wasserstoffträgermediums ausgeführt sein.
Die Wärmeträgerfluid-Führungsleitungen 45 sind in axialer Richtung bezogen auf die Längsachse 30 durch das am ersten stirnseitigen Ende 36 angebrachte Halteelement 40 und die sich anschließende Wasserstoffträgermedium-Eintrittskammer 34 hindurchgeführt. Die Wärmeträgerfluid-Führungsleitungen 45 sind an einem quer, insbesondere senkrecht zur Längsachse 30 orientierten Rohrboden 53 befestigt.
Die Wasserstoffträgermedium-Eintrittskammer 34 ist in axialer Richtung insbesondere durch das Halteelement 40 und den Rohrboden 53 begrenzt. In axialer Richtung bezogen auf die Längsachse 30 ist zwischen der dem zweiten stirnseitigen Ende 37 abgewandten Trennwand 44 und dem Halteelement 40 an der Wasserstoffträgermedium-Eintrittskammer 34 eine Wasserstoffdampfkammer 48 begrenzt. Die Wasserstoffdampfkammer 48 ist durch die zwischen den Reaktionsrohren 32 verbleibenden Zwischenräume gebildet. Die Wasserstoffdampfkammer 48 weist eine Wasserstoffdampfzuführleitung 49 und eine Wasserstoffdampfabführleitung 50 auf, die gemäß den zuvor beschriebenen Leitungen als Rohrstutzen mit angeformtem Flansch ausgeführt sind. Die Wasserstoffdampf-Zuführleitung 49 und die Wasserstoffdampf- Abführleitung 50 geben eine Wasserstoffdampf-Strömungsrichtung vor, die gemäß Fig. 3 im Wesentlichen von links nach rechts orientiert ist. In der Wasserstoffdampfkammer 48 sind Strömungsleitelemente 51 angeordnet, die jeweils quer und insbesondere senkrecht zur Längsachse 30 orientiert sind und sich über mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 % und insbesondere mindestens 80 % der Querschnittsfläche des Gehäuses 31 erstrecken. Benachbarte Strömungsleitelemente 51 sind insbesondere derart versetzt zueinander angeordnet, dass Wasserstoffdampf entlang der Wasserstoffdampf-Strömungsrichtung mäanderförmig durch die Wasserstoffdampfkammer 48 geführt wird. Die Strömungsleitelemente 51 sind insbesondere derart in dem Gehäuse 31 angeordnet, dass in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 30 eine Freifläche 52 resultiert, durch die der Wasserstoffdampf an dem Strömungsleitelement 51 vorbeiströmen kann.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums näher erläutert.
Zumindest teilweise beladendes Wasserstoffträgermedium wird aus der ersten Teilkammer 11 des Speicherbehälters 7 in die Dehydriereinheit 9 gefördert und dort katalytisch dehydriert. Zumindest teilweise entladenes Wasserstoffträgermedium wird über die Rückführleitung 10 in die zweite Teilkammer 12 des Speicherbehälters 7 zurückgefördert.
Das in der Dehydriereinheit 9 freigesetzte Wasser stoffgas wird in die Reinigungseinheit 15 gefördert und dort gereinigt. Die in der Reinigungseinheit 15 abgetrennten Verunreinigungen werden in die Nachbehandlungseinheit 21 gefördert und insbesondere verbrannt. Der gereinigte Wasserstoffgasstrom wird zu der Stromerzeugungseinheit 17 und insbesondere in die Brennstoffzelle 18 geführt und dort verstromt. Es kann vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Teilstrom des Wasserstoffgases der Erwärmungseinheit zugeführt wird, um einen Wärmestrom Q für die Dehydriereinheit 9 bereitzustellen.
Der in der Brennstoffzelle 18 erzeugte elektrische Strom wird mittels Elektroleitungen 6 entweder unmittelbar und/oder mittelbar über die Elektronikeinheit 23 dem Antrieb 2 zur Verfügung gestellt. Insbesondere kann elektrischer Strom zumindest vorübergehend in dem Stromspeicherelement 24 zwischengespeichert werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Betriebsweise der Vorrichtung 1 unter Nutzung der Aktivierungseinheit 29, die ein Aktivieren, insbesondere ein Beheizen, der Dehydriereinheit 9 unkompliziert ermöglicht, insbesondere wenn die Vorrichtung 1 sich zuvor in einem Ruhemodus befunden hat, die Dehydriereinheit 9 also nicht betrieben worden ist. Für einen sogenannten Kaltstart wird zunächst elektrischer Strom aus der Elektronikeinheit 23, insbesondere aus dem Stromspeicherelement 24, zur Verfügung gestellt, um die Wärmeerzeugungseinheit 27 zu betreiben. In der Wärmeerzeugungseinheit 27 wird das Wärmeträgerfluid, also das Thermalöl, erhitzt und mittels nicht näher dargestellter Pumpe über die Wärmeträgerfluid-Zuführleitung 4 in die Wärmeträgerfluid- Kammer 43 und von dort in die einzelnen Wärmeträgerfluid-Führungsleitungen 45 gepumpt. Außerdem wird elektrischer Strom aus der Elektronikeinheit 23, insbesondere dem Stromspeicherelement 24, zum Betreiben von Pumpen genutzt, um das Wasserstoffträgermedium aus dem Speicherbehälter 7 in die Dehydriereinheit 9, insbesondere in den ersten Dehydrierreaktor 56, zu fördern. In dem Aktivierungsmodus wird also ausschließlich der erste Dehydrierreaktor 56 der Dehydriereinheit 9 betrieben.
Sobald Wasserstoffgas in dem ersten Dehydrierreaktor 56 freigesetzt wird, kann dieses in der Stromerzeugungseinheit 17 genutzt und elektrischer Strom erzeugt werden. Zusätzlich wird in der Stromerzeugungseinheit 17 Wärme erzeugt. In der Stromerzeugungseinheit 17 erzeugter Strom und Wärme können dann genutzt werden, um den weiteren, konstanten und insbesondere autarken Betrieb der Dehydriereinheit 9 durchzuführen und zu gewährleisten. Anschließend kann zusätzlich bereitgestellte Energie genutzt werden, um insbesondere weitere Dehydrierreaktoren, insbesondere den zweiten Dehydrierreaktor 57, und/oder andere Systemkomponenten in Betriebsbereitschaft zu versetzen. Im Aktivierungsmodus wird der zweite Dehydrierreaktor 57 nicht betrieben. Im Aktivierungsmodus findet in dem zweiten Dehydrierreaktor 57 keine Dehydrierreaktion statt. Der zweite Dehydrierreaktor 57 kann im Aktivierungsmodus aber vorgeheizt werden.
Um den ersten Dehydrierreaktor 56 initial zu aktivieren, kann elektrische Energie aus dem Stromspeicherelement 24 zum Betrieb der elektrischen Heizung der Wärmeerzeugungseinheit 27 genutzt werden. Die elektrische Heizung dient zum Beheizen des ersten Dehydrierreaktors 56. Zusätzlich kann der elektrische Strom aus dem Stromspeicherelement 24 zum Schalten und Betreiben weiterer Komponenten der Vorrichtung 5 genutzt werden. Durch das Aktivieren des ersten Dehydrierreaktors 56 kann dort Wasserstoffgas, zunächst in geringen Mengen, freigesetzt werden.
Das in dem ersten Dehydrierreaktor 56 freigesetzte Wasser stoffgas wird an die Reinigungseinheit 15 gefördert und von dort anteilig an die Stromerzeugungseinheit 17, insbesondere die Brennstoffzelle 18 und/oder die Erwärmungseinheit 19, sowie an die Nachbehandlungseinheit 21 abgegeben. In der Stromerzeugungseinheit 17 erzeugter elektrischer Strom wird an die Elektronikeinheit geleitet. In der Elektronikeinheit 23, insbesondere in dem Stromspeicherelement 24, kann elektrische Energie zwischengespeichert werden. Die elektrische Energie kann aber auch unmittelbar an die Wärmeerzeugungseinheit 27 in Form der elektrischen Heizung abgegeben werden, um Wärme zu produzieren, die mittels der Wärmeübertragungseinheit 28 an den ersten Dehydrierreaktor 56 abgegeben wird. Die Wärmeübertragungseinheit 28 wird also im Aktivierungsmodus insbesondere von der Wärmeerzeugungseinheit, insbesondere der elektrischen Heizung 27 und/oder der Nachbehandlungseinheit 21 mit Wärme gespeist. Die Wärmeübertragungseinheit 28 kann im Aktivierungsmodus Wärme abgeben an den ersten Dehydrierreaktor 56 zum Aktivieren, an den zweiten Dehydrierreaktor 57 zum Vorheizen und/oder an die Stromerzeugungseinheit 17, insbesondere die Brennstoffzelle 18, zum Aufwärmen.
Im regulären Betrieb der Dehydriereinheit 9 können Reaktionsprodukte, insbesondere aus dem zweiten Dehydrierreaktor 57 und/oder weiteren nachgelagerten Dehydrierreaktoren, dem ersten Dehydrierreaktor 56, insbesondere dessen Wasserstoffdampfkammer 48, zugeführt werden. Diese Stoffströme dienen insbesondere zur Wärmerückgewinnung, um die Reaktionsrohre 32 an ihrer äußeren Mantelfläche zu erwärmen. Diese Betriebsstoffe dienen also zum Erwärmen der Reaktionsrohre 32 von außen. Die Wasserstoffdampfkammer 48 dient insbesondere als Rekuperator, der insbesondere in dem ersten Dehydrierreaktor 56 integriert angeordnet ist.
Im regulären Betrieb der Vorrichtung 5, also insbesondere nachdem ausreichend Energie und Wärme durch die Vorrichtung 5 selbst bereitgestellt worden ist, um den zweiten Dehydrierreaktor 57 zu betreiben, kann die Aktivierungseinheit 29 deaktiviert werden. Insbesondere wird die elektrische Heizung der Wärmeerzeugungseinheit 27 nicht mehr betrieben, um den Gesamtenergieaufwand der Vorrichtung 5 zu reduzieren. Die Wärmeerzeugungseinheit 27 wird in diesem Betriebsmodus durch die Nachbehandlungseinheit 21 und zusätzlich durch die Stromerzeugungs- einheit 17, insbesondere die Brennstoffzelle 18, gebildet.
Aufgrund der Versorgung der Brennstoffzelle 18 mit ausreichend freigesetztem Wasser stoffgas aus der Dehydriereinheit 9 fällt in der Stromerzeugungseinheit 17, insbesondere in der Brennstoffzelle 18 Abwärme an, die unmittelbar an die Wärmeübertragungseinheit 27 übertragen wird. Von der Wärmeübertragungseinheit 27 wird die Wärme, insbesondere unmittelbar, an den zweiten Dehydrierreaktor 57 übertragen. Zusätzlich wird Wärme an den ersten Dehydrierreaktor 56 von dem zweiten Dehydrierreaktor 57 und/oder von der Wärmeübertragungseinheit 27 übertragen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (5) zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums umfassend a. eine einen ersten Dehydrierreaktor (56) aufweisende Dehydriereinheit (9) zum Freisetzen von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffträgermedium, b. eine mit der Dehydriereinheit (9) fluidtechnisch verbundene Stromerzeugungseinheit (17) zum Erzeugen von elektrischem Strom aus dem freigesetzten Wasser stoffgas, c. eine mit der Stromerzeugungseinheit (17) elektrisch verbundene Elektronikeinheit (23) zum Speichern und/oder Steuern des erzeugten elektrischen Stroms, d. eine Aktivierungseinheit (29) zum Aktivieren der Vorrichtung (5), wobei die Aktivierungseinheit (29) eine Energiequelle (27, 28) zum Beheizen des ersten Dehydrierreaktors (56) umfasst.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit eine Wärmeerzeugungseinheit (27) und/oder eine Wärmeübertragungseinheit (28) umfasst.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (29), insbesondere die Wärmeerzeugungseinheit (27) und/oder die Wärmeübertragungseinheit (28), zumindest teilweise in der Dehydriereinheit (9), insbesondere in dem ersten Dehydrierreaktor (56), integriert angeordnet ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (29) mit der Dehydriereinheit (9), insbesondere mit dem ersten Dehydrierreaktor (56), zur Übertragung von Wasserstoffgas fluidtechnisch verbunden ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine stromabwärts der Dehydriereinheit (9) angeordnete Reinigungseinheit (15), die insbesondere als Druckwechseladsorptionsapparat ausgeführt ist.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Nachbehandlungseinheit (21) zum Nachbehandeln von Stoffströmen, insbesondere aus der Reinigungseinheit (15).
7. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerzeugungseinheit (17) eine Gasturbine, einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor und/oder eine Brennstoffzelle (18) umfasst, insbesondere eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle, eine Festoxid-Brennstoffzelle oder eine Feststoffsäure-Brennstoffzelle.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerzeugungseinheit (17) mittels eines, insbesondere geschlossenen, Wärmekreislaufs an eine Wärmesenke in wärmeübertragender Weise gekoppelt ist, wobei die Wärmesenke insbesondere die Dehydriereinheit (9) ist.
9. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehydriereinheit (9), insbesondere der erste Dehydrierreaktor (56) und/oder ein zweiter Dehydrierreaktor (57), als Rohrbündelreaktor mit mehreren Reaktionsrohren (32) ausgeführt ist.
10. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Betriebsmittelaggregat zum Erzeugen eines Betriebsmittels, insbesondere Druckluft, Stickstoff und/oder Kühlwasser, unter Verwendung von Wärme und/oder elektrischem Strom.
11. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinheit (25) zum gesteuerten Betreiben der Vorrichtung (5), wobei die Steuerungseinheit (25) insbesondere mit einem externen Signalgeber (3) in Signalverbindung steht, der einen von der Stromerzeugungseinheit (25) zur Verfügung zu stellenden Strombedarf vorgibt.
12. Mobile Plattform (1) mit einem elektromotorischen Antrieb (2) zum Erzeugen einer Antriebskraft und mit einer Vorrichtung (5) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, die mit dem Antrieb (2) elektrisch verbunden ist. Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums umfassend die Verfahrensschritte
Bereitstellen einer Vorrichtung (5) umfassend eine einen ersten Dehydrierreaktor (56) aufweisende Dehydrie-reinheit (9) zum Freisetzen von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffträgermedium,
— eine mit der Dehydriereinheit (9) fluidtechnisch verbundene Stromerzeugungseinheit (17) zum Erzeugen von elektrischem Strom aus dem freigesetzten Wasserstoffgas, eine mit der Stromerzeugungseinheit (17) elektrisch verbundene Elektronikeinheit (23) zum Speichern und/oder Steuern des erzeugten elektrischen Stroms, eine Aktivierungseinheit (29) zum Aktivieren der Vorrichtung (5), wobei die Aktivierungseinheit (29) eine Energiequelle (27, 28) zum Beheizen des ersten Dehydrierreaktors (56) umfasst, wobei sich die Vorrichtung (5) in einem Ruhemodus befindet, in dem die Dehydriereinheit (9) inaktiv ist,
Aktivieren der Vorrichtung (5) mittels der Aktivierungseinheit (29), wobei das Aktivieren ein Beheizen des ersten Dehydrierreaktors (56) mittels der Energiequelle (27, 28) umfasst.
Freisetzen von Wasserstoffgas von dem Wasserstoffträgermedium mittels des ersten Dehydrierreaktors (56),
Erzeugen von elektrischem Strom aus dem freigesetzten Wasser stoffgas mittels der Stromerzeugungseinheit (17),
Speichern und/oder Steuern des erzeugten elektrischen Stroms mittels der mit der Stromerzeugungseinheit (17) elektrisch verbundenen Elektronikeinheit (23). Verfahren gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet durch Betreiben der Vorrichtung (5) in einem regulären Betriebsmodus, in dem der erste Dehydrierreaktor (56) als Reaktor erster Stufe der Dehydriereinheit (9) und ein dem ersten Dehydrierreaktor (56) nachgeschalteter zweiter Dehydrierreaktor (57) als Hauptreaktor zur Wasserstofffreisetzung betrieben werden.
15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch Bereitstellen von elektrischem Strom, insbesondere mittels der Elektronikeinheit (23), für eine Inbetriebnahme der Energiequelle, insbesondere einer Heizeinheit (27, 28) und/oder für ein Zuführen von Wärmeträgerfluid zu der Dehydriereinheit (9).
16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch eine Wärmeübertragung auf den ersten Dehydrierreaktor (56) von einem Produktstrom des zweiten Dehydrierreaktors (57). 17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch ein, insbesondere automatisiertes, insbesondere vollautomatisches, Schalten der Dehydrierreaktoren von einem Aktivierungsmodus in den regulären Betriebsmodus und/oder zurück.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet durch Betreiben der Vorrichtung (5) in einem Leerlaufmodus, in dem der erste Dehydrierreaktor (56) eine reduzierte Menge an Wasserstoffgas freisetzt, die insbesondere ausreicht, um Strom und/oder Wärme zu erzeugen, um einen Betrieb der Stromerzeugungseinheit (17) und/oder der Vorrichtung (5) für einen Bereitschaftsmodus bereitzustellen.
EP23734592.1A 2022-06-23 2023-06-21 Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen elektrischer energie mittels eines wasserstoffträgermediums sowie mobile plattform mit einer derartigen vorrichtung Pending EP4543801A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022206342.2A DE102022206342A1 (de) 2022-06-23 2022-06-23 Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums sowie mobile Plattform mit einer derartigen Vorrichtung
PCT/EP2023/066797 WO2023247626A1 (de) 2022-06-23 2023-06-21 Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen elektrischer energie mittels eines wasserstoffträgermediums sowie mobile plattform mit einer derartigen vorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4543801A1 true EP4543801A1 (de) 2025-04-30

Family

ID=87059744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23734592.1A Pending EP4543801A1 (de) 2022-06-23 2023-06-21 Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen elektrischer energie mittels eines wasserstoffträgermediums sowie mobile plattform mit einer derartigen vorrichtung

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4543801A1 (de)
KR (1) KR20250028276A (de)
DE (1) DE102022206342A1 (de)
WO (1) WO2023247626A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022206342A1 (de) 2022-06-23 2023-12-28 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums sowie mobile Plattform mit einer derartigen Vorrichtung
DE102023201170A1 (de) * 2023-02-13 2024-08-14 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen von elektrischem Strom
DE102024206583A1 (de) 2024-07-11 2026-01-15 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle sowie derartige Brennstoffzelle

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5632050B1 (ja) * 2013-07-12 2014-11-26 株式会社辰巳菱機 脱水素システム
DE102013223588A1 (de) 2013-11-19 2015-05-21 Hydrogenious Technologies Gmbh Anlage und Verfahren zum Speichern von Energie
US10586993B2 (en) * 2015-04-10 2020-03-10 Wuhan Hynertech Co., Ltd. Dehydrogenation reaction system for liquid hydrogen source material
DE102015219305A1 (de) 2015-10-06 2017-04-06 Hydrogenious Technologies Gmbh Reaktor-Vorrichtung zum Dehydrieren eines Trägermediums
DE102015225394A1 (de) 2015-12-16 2017-06-22 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Energieerzeugung sowie Energieerzeugungsvorrichtung, insbesondere für mobile Anwendungen
DE102016206106A1 (de) 2016-04-12 2017-10-12 Hydrogenious Technologies Gmbh Speichervorrichtung für Wasserstoffträgermedium, Anlage umfassend eine derartige Speichervorrichtung und Verfahren zum Speichern von Wasserstoffträgermedium
DE102018213689A1 (de) 2018-08-14 2020-02-20 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen von Wasserstoffgas
DE102020102923A1 (de) 2020-02-05 2021-08-05 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wasserstoffträgermitführendes Straßenfahrzeug
DE102022206342A1 (de) 2022-06-23 2023-12-28 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie mittels eines Wasserstoffträgermediums sowie mobile Plattform mit einer derartigen Vorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022206342A1 (de) 2023-12-28
WO2023247626A1 (de) 2023-12-28
KR20250028276A (ko) 2025-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4543801A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen elektrischer energie mittels eines wasserstoffträgermediums sowie mobile plattform mit einer derartigen vorrichtung
EP3639314B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erzeugen von elektrischem strom mittels wasserstoff und einem wasserstoffspeichermedium
EP1060942B1 (de) Fahrzeug mit einem Antriebs-Verbrennungsmotor und mit einem Brennstoffzellensystem zur Stromversorgung elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs und Verfahren zum Betrieb eines derartigen Fahrzeugs
DE69925095T2 (de) Ein elektrochemisches Antriebssystem
EP0897825A1 (de) Brennstoffzellenfahrzeug
EP1923288B1 (de) Hybrid-Antrieb mit Brennstoffzelle für ein Kraftfahrzeug
DE10306234B4 (de) Verfahren zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102013223003A1 (de) System und Verfahren zum Erwärmen des Fahrgastraumes eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs
DE10318495A1 (de) Energieumwandlungsvorrichtung sowie Reformereinrichtung und Brennstoffzelleneinrichtung hierfür
AT502131A2 (de) Energieerzeugungseinheit mit zumindest einer hochtemperaturbrennstoffzelle
EP1557896A1 (de) Energieumwandlungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben der Energieumwandlungsvorrichtung
EP1403106B1 (de) Heizsystem für ein Fahrzeug
EP3221256B1 (de) Belade-/entlade-einheit für wasserstoff, anlage mit einer derartigen belade-/entlade-einheit und verfahren zum speichern und freisetzen von energie
DE102007006963A1 (de) Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug
EP1328992A2 (de) Brennstoffzellenanlage und verfahren zum betreiben einer brennstoffzellenanlage
DE112007001313T5 (de) Hybrid-Antriebssystem mit Brennstoffzelle und Motor
WO2001003216A1 (de) Anordnung zum beheizen/kühlen einer brennstoffzelle und brennstoffzellensystem
WO2024170366A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bereitstellen von elektrischem strom
DE102017205763A1 (de) Fahrzeug, sowie Elektrolyseur
DE102006046256A1 (de) Wasserstoffheizung
DE202019105829U1 (de) Hybridenergieversorgungseinheit und deren Verwendung und ein Elektrofahrzeug
DE102007033150B4 (de) Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem
DE102022205291A1 (de) Verfahren und Reaktoranordnung zum Hydrieren eines Wasserstoffträgermediums
EP2028710B1 (de) Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Brennstoffzellensystem
DE10139617A1 (de) Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor und wenigstens einem elektrischen Stromerzeuger

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: 20250120

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

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 ME 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)