WO2022100923A1 - Assembly for supplying pressurized combustion gas in order to generate additional energy - Google Patents

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WO2022100923A1
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Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for supplying pressurized fuel gas to a conversion device, such as a fuel cell or an internal combustion engine, for converting the chemical energy of the fuel gas into another form of energy. Furthermore, the invention relates to a conversion device with such a fuel gas supply arrangement, and in particular a vehicle with such a conversion device.
  • fuel gases which are stored in vehicles, for example, are stored under very high pressure in order to achieve the largest possible storage quantity.
  • hydrogen is stored up to 800 x 10 5 Pa.
  • Natural gas (CNG) for example, is stored up to a pressure of 200 x 10 5 Pa. Storage usually takes place in special gas tanks. So that as much of the gas as possible can be used in the gas tank without additional compression, the gas pressure is reduced to approx.
  • This pressure reduction usually takes place via a pressure regulator, whereby a large part of the pressure energy is converted into power loss.
  • the arrangement according to the invention for supplying pressurized fuel gas with the features of claim 1 has the advantage that energy released when the pressure is reduced can be used in addition to the chemical energy contained in the fuel gas.
  • This additional energy generated by the arrangement significantly improves one Efficiency when using the pressurized fuel gas.
  • the arrangement includes a gas tank for storing the fuel gas under a predetermined tank pressure and a pressure reduction device.
  • a gas line is provided which has a first and a second line area.
  • the first line area lies between the gas tank and the pressure reduction device and the second line area lies between the pressure reduction device and a conversion device for energy conversion of the chemical energy of the fuel gas.
  • the conversion device is, for example, a fuel cell or an internal combustion engine.
  • the pressure reduction device is an energy-generating pressure reduction device that is set up to generate additional energy through the pressure reduction process.
  • the pressure energy contained in the fuel gas (potential energy) is also used in the form of additional energy.
  • the arrangement also includes a first pressure control unit, which is arranged in the second power range between the pressure reduction device and the conversion device.
  • the pressure control unit controls the pressure at which the fuel gas is supplied to the conversion device, e.g. the fuel cell or the internal combustion engine.
  • the first pressure control unit can preferably be actively controlled, so that fuel gas with different gas pressures can be supplied to the conversion device.
  • the pressure control unit is preferably regulated by a control unit, which also controls the conversion device.
  • the first pressure control unit is a check valve.
  • the arrangement preferably includes an intermediate store, which is arranged in the second line region between the pressure-reducing device and the conversion device.
  • the intermediate store represents a pressure buffer in order to be able to compensate for pressure pulsations which can occur during the pressure reduction in the pressure reduction device.
  • the first pressure control unit is arranged between the intermediate store and the pressure reduction device. This makes it possible, too Pressure fluctuations, which are generated due to the first pressure control unit, mitigate and compensate through the buffer.
  • the arrangement also includes a second pressure control unit, which is arranged in the first line area.
  • the second pressure control unit is preferably also controlled by the control unit of the conversion device. This makes it possible for the gas pressure to be supplied in a regulated manner to the pressure-reducing device.
  • the arrangement also includes an injection device, which is set up to feed a quantity of gas to the pressure-reducing device in a regulated manner.
  • an injection device which is set up to feed a quantity of gas to the pressure-reducing device in a regulated manner.
  • the pressure reduction device is particularly preferably a device for the direct generation of electrical energy.
  • the pressure reduction device is preferably a linear generator.
  • the linear generator is a device that converts linear motion directly into electrical energy.
  • the linear generator preferably includes a generator area for converting linear kinetic energy into electrical energy and a piston expansion area as well as a restoring unit.
  • the generator area is arranged between the piston expansion area and the restoring unit.
  • the restoring unit is designed as a counter-piston or as a spring element.
  • a plurality of permanent magnets are arranged on a piston rod of the linear generator, which connects the piston expansion area to the restoring unit, and electrical windings are provided as a stator in the generator area.
  • the pressure reduction device is preferably a reciprocating piston machine or a rotary piston machine or a vane cell device or a turbine arrangement. These machines convert the pressure energy of the fuel gas into kinetic energy.
  • the kinetic energy is preferably used directly.
  • the kinetic energy is further converted into electrical energy.
  • the arrangement includes an electrical energy store for storing the energy generated by the pressure reduction device.
  • the present invention relates to an apparatus for converting a pressurized fuel gas, comprising an arrangement for supplying pressurized fuel gas according to the invention and a conversion device for energy conversion of the chemical energy of the fuel gas.
  • the conversion device is preferably a fuel cell or an internal combustion engine.
  • the present invention relates to a vehicle with a device according to the invention for converting the pressurized fuel gas.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an arrangement according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of an arrangement according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an arrangement according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • the arrangement 1 for supplying pressurized fuel gas to a conversion device 3 is described in detail below with reference to FIG.
  • the arrangement 1 is integrated in a vehicle 10 .
  • the arrangement 1 comprises a gas tank 2 for storing highly pressurized fuel gas.
  • the arrangement 1 also includes a pressure reduction device 4, which in this exemplary embodiment is a piston machine, in particular a reciprocating piston machine or a rotary piston machine, e.g. a Wankel engine.
  • a pressure reduction device 4 which in this exemplary embodiment is a piston machine, in particular a reciprocating piston machine or a rotary piston machine, e.g. a Wankel engine.
  • the converter 3 of this embodiment is a fuel cell.
  • a gas line 8 is provided, which connects the gas tank 2 to a conversion device 3 .
  • the gas line 8 comprises a first line section 81 and a second line section 82.
  • the gas line 8 is divided into the first line area 81 and the second line area 82 by a pressure reduction device 4 .
  • the first line section 81 leads from the gas tank 2 to the pressure reduction device 4 and the second line section 82 leads from the pressure reduction device 4 to the conversion device 3.
  • a first pressure control unit 6 is arranged in the second line section 82 between the pressure reduction device 4 and the conversion device 3 .
  • the pressure reduction device 4 is set up to generate additional energy through a pressure reduction process.
  • mechanical energy kinetic energy
  • the energy released during the pressure reduction in the pressure reduction device 4 is converted into kinetic energy of the pistons of the pressure reduction device 4 designed as a piston engine and converted into electrical energy by the generator 11 .
  • the potential energy contained in the fuel gas can also be used in the form of the high pressure.
  • the energy stored in the electrical energy store 5 can then be used in the vehicle 10, for example in order to drive an electric motor driving the vehicle in a supporting manner or to supply other electrical consumers of the vehicle 10 with electrical energy.
  • the first pressure control unit 6 ensures that the conversion device 3 is supplied with the fuel gas at a gas pressure predetermined for the injection.
  • FIG. 2 shows an arrangement 1 according to a second exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
  • an intermediate store 9 is additionally provided in the second exemplary embodiment.
  • the buffer store 9 is arranged in the second line area 82 .
  • the buffer store 9 is arranged between the first pressure control unit 6 and the conversion device 3 .
  • the buffer store 9 has the function of pressure equalization and can, in particular, dampen pulsating pressure flows that can arise, for example, as a result of opening and closing the pressure control unit 6 . This prevents unwanted pressure surges from being fed to the conversion device 3 .
  • the pressure reduction device 4 is a turbomachine in the form of a turbine.
  • the converter 3 is a fuel cell.
  • the arrangement 1 also includes a second pressure control unit 7.
  • the second pressure control unit 7 is arranged in the first line region 81 between the gas tank 2 and the pressure reduction device 4.
  • a gas pressure which is supplied to the pressure reduction device 4 can be regulated by means of the second pressure regulation unit 7 . In this way, in particular the pressure reduction device 4 can be regulated as a function of the power requirement of the vehicle.
  • FIG. 3 shows an arrangement 1 for supplying pressurized fuel gas according to a third exemplary embodiment of the invention. Same or functionally identical parts are in turn denoted by the same reference symbols as in the previous exemplary embodiments.
  • the pressure reduction device 4 is designed differently in the third exemplary embodiment.
  • the pressure reduction device 4 is a linear generator 40.
  • the linear generator 40 can convert a linear movement directly into electrical energy.
  • the gas pressure from the gas tank 2 is fed via a second pressure control unit 7 directly to a first piston expansion region 41 of the linear generator 40, which is designed as a cylinder-piston arrangement.
  • the piston of the first cylinder-piston arrangement is connected to a piston of a second cylinder-piston arrangement 42 via a connecting rod 43 .
  • the second cylinder-piston arrangement 42 is a resetting unit for resetting the first cylinder-piston arrangement.
  • the actual generator is arranged between the first and second cylinder-piston arrangement.
  • a plurality of permanent magnets 44 are arranged on the connecting rod 43 and move linearly together with the connecting rod 43 .
  • Several windings 45 are arranged in a housing 46 as a stator. The electrical current induced in this way is then fed to an electrical energy store 5 .
  • the fuel gas is then fed from the cylinder of the first cylinder-piston arrangement into the second line section 82 and fed from there via the first pressure control unit 6 and the buffer store 9 to the conversion device 3, which is a fuel cell in this exemplary embodiment.
  • this exemplary embodiment corresponds to the previous exemplary embodiments, so that reference can be made to the description given there.

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Abstract

The invention relates to an assembly for supplying pressurized combustion gas to a conversion device (3) for converting the chemical energy of the combustion gas, comprising a gas tank (2) for storing the combustion gas under a specified tank pressure, a pressure reduction device (4), and a gas line (8) with a first line portion (81) between the gas tank (2) and the pressure reduction device (4) and a second line portion (82) between the pressure reduction device (4) and the conversion device (3), wherein the pressure reduction device (4) is an energy-generating pressure reduction device which is designed to generate usable additional energy by means of a pressure reduction process.

Description

Beschreibung description
Titel title
Anordnung zum Zuführen von unter Druck stehendem Brenngas zur Erzeugung von Zusatzenergie Arrangement for supplying pressurized fuel gas to generate additional energy
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Zuführen von unter Druck stehendem Brenngas zu einer Umwandlungseinrichtung, z.B. einer Brennstoffzelle oder einer Brennkraftmaschine, zur Umwandlung der chemischen Energie des Brenngases in eine andere Energieform. Ferner betrifft die Erfindung eine Umwandlungseinrichtung mit einer derartigen Brenngas-Zufuhranordnung, und insbesondere ein Fahrzeug mit einer derartigen Umwandlungseinrichtung. The present invention relates to an arrangement for supplying pressurized fuel gas to a conversion device, such as a fuel cell or an internal combustion engine, for converting the chemical energy of the fuel gas into another form of energy. Furthermore, the invention relates to a conversion device with such a fuel gas supply arrangement, and in particular a vehicle with such a conversion device.
Es ist bekannt, dass Brenngase, welche beispielsweise in Fahrzeugen gespeichert werden, zum Erreichen einer möglichst großen Speichermenge unter einem sehr hohen Druck gespeichert werden. Wasserstoff wird beispielsweise bis zu 800 x 105 Pa gespeichert. Erdgas (CNG) wird beispielsweise bis zu einem Druck von 200 x 105 Pa gespeichert. Die Speicherung erfolgt üblicherweise in speziellen Gastanks. Damit möglichst die gesamte Gasmenge des Gastanks ohne zusätzliche Kompression verbraucht werden kann, wird der Gasdruck bis zur Brennkraftmaschine oder zur Brennstoffzelle auf ca. 20 x 105 Pa reduziert.It is known that fuel gases, which are stored in vehicles, for example, are stored under very high pressure in order to achieve the largest possible storage quantity. For example, hydrogen is stored up to 800 x 10 5 Pa. Natural gas (CNG), for example, is stored up to a pressure of 200 x 10 5 Pa. Storage usually takes place in special gas tanks. So that as much of the gas as possible can be used in the gas tank without additional compression, the gas pressure is reduced to approx.
Diese Druckreduzierung erfolgt üblicherweise über einen Druckregler, wodurch ein Großteil der Druckenergie in Verlustleistung umgewandelt wird. This pressure reduction usually takes place via a pressure regulator, whereby a large part of the pressure energy is converted into power loss.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die erfindungsgemäße Anordnung zum Zuführen von unter Druck stehendem Brenngas mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine bei einer Druckabsenkung freiwerdende Energie zusätzlich zu der im Brenngas enthaltenen chemischen Energie genutzt werden kann. Diese durch die Anordnung erzeugte Zusatzenergie verbessert signifikant einen Wirkungsgrad bei der Nutzung des unter Druck stehenden Brenngases. Hierbei umfasst die Anordnung einen Gastank zur Speicherung des Brenngases unter einem vorbestimmten Tankdruck und eine Druckabsenkeinrichtung. Ferner ist eine Gasleitung vorgesehen, welche einen ersten und einen zweiten Leitungsbereich aufweist. Der erste Leitungsbereich liegt zwischen dem Gastank und der Druckabsenkeinrichtung und der zweite Leitungsbereich liegt zwischen der Druckabsenkeinrichtung und einer Umwandlungseinrichtung zur Energieumwandlung der chemischen Energie des Brenngases. Die Umwandlungseinrichtung ist beispielsweise eine Brennstoffzelle oder eine Brennkraftmaschine. Die Druckabsenkeinrichtung ist eine energieerzeugende Druckabsenkeinrichtung, welche eingerichtet ist, Zusatzenergie durch den Druckabsenkvorgang zu erzeugen. Somit wird neben der chemischen Energie des Brenngases auch die im Brenngas enthaltene Druckenergie (potentielle Energie) in Form einer Zusatzenergie sinnvoll genutzt. The arrangement according to the invention for supplying pressurized fuel gas with the features of claim 1 has the advantage that energy released when the pressure is reduced can be used in addition to the chemical energy contained in the fuel gas. This additional energy generated by the arrangement significantly improves one Efficiency when using the pressurized fuel gas. Here, the arrangement includes a gas tank for storing the fuel gas under a predetermined tank pressure and a pressure reduction device. Furthermore, a gas line is provided which has a first and a second line area. The first line area lies between the gas tank and the pressure reduction device and the second line area lies between the pressure reduction device and a conversion device for energy conversion of the chemical energy of the fuel gas. The conversion device is, for example, a fuel cell or an internal combustion engine. The pressure reduction device is an energy-generating pressure reduction device that is set up to generate additional energy through the pressure reduction process. Thus, in addition to the chemical energy of the fuel gas, the pressure energy contained in the fuel gas (potential energy) is also used in the form of additional energy.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.
Weiter bevorzugt umfasst die Anordnung ferner eine erste Druckregeleinheit, welche im zweiten Leistungsbereich zwischen der Druckabsenkeinrichtung und der Umwandlungseinrichtung angeordnet ist. Die Druckregeleinheit regelt den Druck, mit welchem das Brenngas zur Umwandlungseinrichtung, z.B. der Brennstoffzelle oder der Brennkraftmaschine, zugeführt wird. Die erste Druckregeleinheit ist vorzugsweise aktiv regelbar, so dass der Umwandlungseinrichtung Brenngas mit unterschiedlichen Gasdrücken zugeführt werden kann. Die Regelung der Druckregelungseinheit wird vorzugsweise durch eine Steuereinheit vorgenommen, welche auch die Umwandlungseinrichtung steuert. Alternativ ist die erste Druckregeleinheit ein Rückschlagventil. More preferably, the arrangement also includes a first pressure control unit, which is arranged in the second power range between the pressure reduction device and the conversion device. The pressure control unit controls the pressure at which the fuel gas is supplied to the conversion device, e.g. the fuel cell or the internal combustion engine. The first pressure control unit can preferably be actively controlled, so that fuel gas with different gas pressures can be supplied to the conversion device. The pressure control unit is preferably regulated by a control unit, which also controls the conversion device. Alternatively, the first pressure control unit is a check valve.
Ferner umfasst die Anordnung vorzugsweise einen Zwischenspeicher, welcher im zweiten Leitungsbereich zwischen der Druckabsenkeinrichtung und der Umwandlungseinrichtung angeordnet ist. Der Zwischenspeicher stellt insbesondere einen Druckpuffer dar, um Druckpulsationen, welche während der Druckabsenkung in der Druckabsenkeinrichtung auftreten können, ausgleichen zu können. Furthermore, the arrangement preferably includes an intermediate store, which is arranged in the second line region between the pressure-reducing device and the conversion device. In particular, the intermediate store represents a pressure buffer in order to be able to compensate for pressure pulsations which can occur during the pressure reduction in the pressure reduction device.
Weiter bevorzugt ist die erste Druckregeleinheit zwischen dem Zwischenspeicher und der Druckabsenkeinrichtung angeordnet. Dadurch ist es möglich, auch Druckschwankungen, welche aufgrund der ersten Druckregeleinheit erzeugt werden, durch den Zwischenspeicher abzumildern und auszugleichen. More preferably, the first pressure control unit is arranged between the intermediate store and the pressure reduction device. This makes it possible, too Pressure fluctuations, which are generated due to the first pressure control unit, mitigate and compensate through the buffer.
Weiter bevorzugt umfasst die Anordnung ferner eine zweite Druckregeleinheit, welche im ersten Leitungsbereich angeordnet ist. Die zweite Druckregeleinheit wird vorzugsweise ebenfalls durch die Steuereinheit der Umwandlungseinrichtung gesteuert. Dadurch ist es möglich, dass der Gasdruck geregelt zur Druckabsenkeinrichtung zugeführt wird. More preferably, the arrangement also includes a second pressure control unit, which is arranged in the first line area. The second pressure control unit is preferably also controlled by the control unit of the conversion device. This makes it possible for the gas pressure to be supplied in a regulated manner to the pressure-reducing device.
Weiter bevorzugt umfasst die Anordnung ferner eine Einblaseinrichtung, welche eingerichtet ist, eine Gasmenge zur Druckabsenkeinrichtung geregelt zuzuführen. Dadurch kann die Menge an erzeugter Zusatzenergie durch die Druckabsenkeinrichtung geregelt werden. More preferably, the arrangement also includes an injection device, which is set up to feed a quantity of gas to the pressure-reducing device in a regulated manner. As a result, the amount of additional energy generated can be regulated by the pressure reduction device.
Besonders bevorzugt ist die Druckabsenkeinrichtung eine Einrichtung zur direkten Erzeugung von elektrischer Energie. Die Druckabsenkeinrichtung ist vorzugsweise ein Lineargenerator. Der Lineargenerator ist eine Vorrichtung, welche eine lineare Bewegung direkt in elektrische Energie umwandelt. The pressure reduction device is particularly preferably a device for the direct generation of electrical energy. The pressure reduction device is preferably a linear generator. The linear generator is a device that converts linear motion directly into electrical energy.
Der Lineargenerator umfasst vorzugsweise einen Generatorbereich zur Umwandlung von linearer kinetischer Energie in elektrische Energie und einen Kolbenexpansionsbereich sowie eine Rückstelleinheit. Der Generatorbereich ist dabei zwischen dem Kolbenexpansionsbereich und der Rückstelleinheit angeordnet. Weiter bevorzugt ist die Rückstelleinheit dabei als Gegenkolben oder als Federelement ausgebildet. Weiter bevorzugt sind auf einer Kolbenstange des Lineargenerators, welche den Kolbenexpansionsbereich mit der Rückstelleinheit verbindet, eine Vielzahl von Permanentmagneten angeordnet und im Generatorbereich sind elektrische Wicklungen als Stator vorgesehen. The linear generator preferably includes a generator area for converting linear kinetic energy into electrical energy and a piston expansion area as well as a restoring unit. The generator area is arranged between the piston expansion area and the restoring unit. More preferably, the restoring unit is designed as a counter-piston or as a spring element. More preferably, a plurality of permanent magnets are arranged on a piston rod of the linear generator, which connects the piston expansion area to the restoring unit, and electrical windings are provided as a stator in the generator area.
Alternativ bevorzugt ist Druckabsenkeinrichtung eine Hubkolbenmaschine oder eine Drehkolbenmaschine oder eine Flügelzellenvorrichtung oder eine Turbinenanordnung. Durch diese Maschinen wird die Druckenergie des Brenngases in Bewegungsenergie umgewandelt. Vorzugsweise wird die Bewegungsenergie direkt genutzt. Alternativ wird die Bewegungsenergie weiter in elektrische Energie umgewandelt. Weiter bevorzugt umfasst die Anordnung einen elektrischen Energiespeicher zur Speicherung der durch die Druckabsenkeinrichtung erzeugten Energie. Alternatively, the pressure reduction device is preferably a reciprocating piston machine or a rotary piston machine or a vane cell device or a turbine arrangement. These machines convert the pressure energy of the fuel gas into kinetic energy. The kinetic energy is preferably used directly. Alternatively, the kinetic energy is further converted into electrical energy. More preferably, the arrangement includes an electrical energy store for storing the energy generated by the pressure reduction device.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Umwandlung eines unter Druck stehenden Brenngases, umfassend eine Anordnung zum Zuführen von unter Druck stehendem Brenngas gemäß der Erfindung sowie eine Umwandlungseinrichtung zur Energieumwandlung der chemischen Energie des Brenngases. Die Umwandlungseinrichtung ist vorzugsweise eine Brennstoffzelle oder eine Brennkraftmaschine. Furthermore, the present invention relates to an apparatus for converting a pressurized fuel gas, comprising an arrangement for supplying pressurized fuel gas according to the invention and a conversion device for energy conversion of the chemical energy of the fuel gas. The conversion device is preferably a fuel cell or an internal combustion engine.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Umwandlung des unter Druck stehenden Brenngases. Furthermore, the present invention relates to a vehicle with a device according to the invention for converting the pressurized fuel gas.
Zeichnungen drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figure 1 shows a schematic representation of an arrangement according to a first embodiment of the invention,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Figure 2 is a schematic representation of an arrangement according to a second embodiment of the invention, and
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. FIG. 3 shows a schematic representation of an arrangement according to a third exemplary embodiment of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Preferred Embodiments of the Invention
Nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 1 eine Anordnung 1 zum Zuführen von unter Druck stehendem Brenngas zu einer Umwandlungseinrichtung 3 im Detail beschrieben. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Anordnung 1 in einem Fahrzeug 10 integriert. Die Anordnung 1 umfasst dabei einen Gastank 2 zur Speicherung von unter hohem Druck stehendem Brenngas. An arrangement 1 for supplying pressurized fuel gas to a conversion device 3 is described in detail below with reference to FIG. As can be seen from FIG. 1, the arrangement 1 is integrated in a vehicle 10 . The arrangement 1 comprises a gas tank 2 for storing highly pressurized fuel gas.
Die Anordnung 1 umfasst ferner eine Druckabsenkeinrichtung 4, welche in diesem Ausführungsbeispiel eine Kolbenmaschine, insbesondere eine Hubkolbenmaschine oder eine Drehkolbenmaschine, z.B. ein Wankelmotor, ist. The arrangement 1 also includes a pressure reduction device 4, which in this exemplary embodiment is a piston machine, in particular a reciprocating piston machine or a rotary piston machine, e.g. a Wankel engine.
Die Umwandlungseinrichtung 3 dieses Ausführungsbeispiels ist eine Brennstoffzelle. The converter 3 of this embodiment is a fuel cell.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist eine Gasleitung 8 vorgesehen, welche den Gastank 2 mit einer Umwandlungseinrichtung 3 verbindet. Die Gasleitung 8 umfasst einen ersten Leitungsabschnitt 81 und einen zweiten Leitungsabschnitt 82. As can also be seen from FIG. 1, a gas line 8 is provided, which connects the gas tank 2 to a conversion device 3 . The gas line 8 comprises a first line section 81 and a second line section 82.
Die Gasleitung 8 wird durch eine Druckabsenkeinrichtung 4 in den ersten Leitungsbereich 81 und den zweiten Leitungsbereich 82 unterteilt. Somit führt, wie aus Figur 1 ersichtlich ist, vom Gastank 2 der erste Leitungsabschnitt 81 zur Druckabsenkeinrichtung 4 und der zweite Leitungsabschnitt 82 führt von der Druckabsenkeinrichtung 4 zur Umwandlungseinrichtung 3. The gas line 8 is divided into the first line area 81 and the second line area 82 by a pressure reduction device 4 . As can be seen from Figure 1, the first line section 81 leads from the gas tank 2 to the pressure reduction device 4 and the second line section 82 leads from the pressure reduction device 4 to the conversion device 3.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist im zweiten Leitungsabschnitt 82 zwischen der Druckabsenkeinrichtung 4 und der Umwandlungseinrichtung 3 eine erste Druckregeleinheit 6 angeordnet. As can be seen from FIG. 1, a first pressure control unit 6 is arranged in the second line section 82 between the pressure reduction device 4 and the conversion device 3 .
Die Druckabsenkeinrichtung 4 ist eingerichtet, Zusatzenergie durch einen Druckabsenkvorgang zu erzeugen. In diesem Ausführungsbeispiel wird mechanische Energie (Bewegungsenergie) durch die Druckabsenkeinrichtung 4 erzeugt, welche mittels eines Generators 11 in elektrische Energie umgesetzt wird, die dann in einem elektrischen Energiespeicher 5 gespeichert wird. The pressure reduction device 4 is set up to generate additional energy through a pressure reduction process. In this exemplary embodiment, mechanical energy (kinetic energy) is generated by the pressure reduction device 4 , which is converted into electrical energy by means of a generator 11 , which is then stored in an electrical energy store 5 .
Somit wird die während der Druckabsenkung in der Druckabsenkeinrichtung 4 freiwerdende Energie in Bewegungsenergie der Kolben der als Kolbenmaschine ausgebildeten Druckabsenkeinrichtung 4 umgewandelt und durch den Generator 11 in elektrische Energie umgewandelt. Somit kann die im Brenngas enthaltene potentielle Energie in Form des hohen Drucks zusätzlich genutzt werden. lm Fahrzeug 10 kann dann die im elektrischen Energiespeicher 5 gespeicherte Energie genutzt werden, beispielsweise, um einen das Fahrzeug antreibenden Elektromotor unterstützend anzutreiben oder andere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs 10 mit elektrischer Energie zu versorgen. Thus, the energy released during the pressure reduction in the pressure reduction device 4 is converted into kinetic energy of the pistons of the pressure reduction device 4 designed as a piston engine and converted into electrical energy by the generator 11 . In this way, the potential energy contained in the fuel gas can also be used in the form of the high pressure. The energy stored in the electrical energy store 5 can then be used in the vehicle 10, for example in order to drive an electric motor driving the vehicle in a supporting manner or to supply other electrical consumers of the vehicle 10 with electrical energy.
Die erste Druckregeleinheit 6 sorgt dabei dafür, dass der Umwandlungseinrichtung 3 das Brenngas in einem für die Einblasung vorbestimmten Gasdruck zugeführt wird. The first pressure control unit 6 ensures that the conversion device 3 is supplied with the fuel gas at a gas pressure predetermined for the injection.
Figur 2 zeigt eine Anordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. FIG. 2 shows an arrangement 1 according to a second exemplary embodiment of the invention. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch ein Zwischenspeicher 9 vorgesehen. Wie in Figur 2 gezeigt, ist der Zwischenspeicher 9 im zweiten Leitungsbereich 82 angeordnet. Dabei ist der Zwischenspeicher 9 zwischen der ersten Druckregeleinheit 6 und der Umwandlungseinrichtung 3 angeordnet. Der Zwischenspeicher 9 hat dabei die Funktion eines Druckausgleichs und kann insbesondere pulsierende Druckströme, welche beispielsweise durch Öffnen und Schließen der Druckregeleinheit 6 entstehen können, dämpfen. Dadurch wird vermieden, dass der Umwandlungseinrichtung 3 unerwünschte Druckstöße zugeführt werden. In contrast to the first exemplary embodiment, an intermediate store 9 is additionally provided in the second exemplary embodiment. As shown in FIG. 2, the buffer store 9 is arranged in the second line area 82 . In this case, the buffer store 9 is arranged between the first pressure control unit 6 and the conversion device 3 . The buffer store 9 has the function of pressure equalization and can, in particular, dampen pulsating pressure flows that can arise, for example, as a result of opening and closing the pressure control unit 6 . This prevents unwanted pressure surges from being fed to the conversion device 3 .
Weiterhin ist beim zweiten Ausführungsbeispiel die Druckabsenkeinrichtung 4 eine Strömungsmaschine in Form einer Turbine. Die Umwandlungseinrichtung 3 ist eine Brennstoffzelle. Wie weiterhin aus Figur 2 ersichtlich ist, umfasst die Anordnung 1 ferner eine zweite Druckregeleinheit 7. Die zweite Druckregeleinheit 7 ist im ersten Leitungsbereich 81 zwischen dem Gastank 2 und der Druckabsenkeinrichtung 4 angeordnet. Mittels der zweiten Druckregeleinheit 7 kann ein Gasdruck, welcher der Druckabsenkeinrichtung 4 zugeführt wird, geregelt werden. Hierdurch kann insbesondere die Druckabsenkeinrichtung 4 in Abhängigkeit der Leistungsanforderung des Fahrzeugs geregelt werden. Furthermore, in the second exemplary embodiment, the pressure reduction device 4 is a turbomachine in the form of a turbine. The converter 3 is a fuel cell. As can also be seen from FIG. 2, the arrangement 1 also includes a second pressure control unit 7. The second pressure control unit 7 is arranged in the first line region 81 between the gas tank 2 and the pressure reduction device 4. A gas pressure which is supplied to the pressure reduction device 4 can be regulated by means of the second pressure regulation unit 7 . In this way, in particular the pressure reduction device 4 can be regulated as a function of the power requirement of the vehicle.
Figur 3 zeigt eine Anordnung 1 zum Zuführen von unter Druck stehendem Brenngas gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. FIG. 3 shows an arrangement 1 for supplying pressurized fuel gas according to a third exemplary embodiment of the invention. same or functionally identical parts are in turn denoted by the same reference symbols as in the previous exemplary embodiments.
Im Unterschied zu den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist beim dritten Ausführungsbeispiel die Druckabsenkeinrichtung 4 unterschiedlich ausgeführt. Beim dritten Ausführungsbeispiel ist die Druckabsenkeinrichtung 4 ein Lineargenerator 40. Der Lineargenerator 40 kann dabei eine Linearbewegung direkt in elektrische Energie umwandeln. Wie in Figur 3 gezeigt, wird der Gasdruck aus dem Gastank 2 über eine zweite Druckregeleinheit 7 direkt einem ersten als Zylinder-Kolben-Anordnung ausgebildeten Kolbenexpansionsbereich 41 des Lineargenerators 40 zugeführt. Der Kolben der ersten Zylinder-Kolben- Anordnung ist über eine Verbindungsstange 43 mit einem Kolben einer zweiten Zylinder-Kolben-Anordnung 42 verbunden. Die zweite Zylinder-Kolben- Anordnung 42 ist dabei eine Rückstelleinheit zur Zurückstellung der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung. Zwischen der ersten und zweiten Zylinder-Kolben- Anordnung ist der eigentliche Generator angeordnet. Hierbei sind auf der Verbindungsstange 43 eine Vielzahl von Permanentmagneten 44 angeordnet, welche sich gemeinsam mit der Verbindungsstange 43 linear bewegen. Als Stator sind mehrere Wicklungen 45 in einem Gehäuse 46 angeordnet. Der dadurch induzierte elektrische Strom wird dann zu einem elektrischen Energiespeicher 5 zugeführt. In contrast to the two previous exemplary embodiments, the pressure reduction device 4 is designed differently in the third exemplary embodiment. In the third exemplary embodiment, the pressure reduction device 4 is a linear generator 40. The linear generator 40 can convert a linear movement directly into electrical energy. As shown in FIG. 3, the gas pressure from the gas tank 2 is fed via a second pressure control unit 7 directly to a first piston expansion region 41 of the linear generator 40, which is designed as a cylinder-piston arrangement. The piston of the first cylinder-piston arrangement is connected to a piston of a second cylinder-piston arrangement 42 via a connecting rod 43 . The second cylinder-piston arrangement 42 is a resetting unit for resetting the first cylinder-piston arrangement. The actual generator is arranged between the first and second cylinder-piston arrangement. A plurality of permanent magnets 44 are arranged on the connecting rod 43 and move linearly together with the connecting rod 43 . Several windings 45 are arranged in a housing 46 as a stator. The electrical current induced in this way is then fed to an electrical energy store 5 .
Das Brenngas wird dabei weiter aus dem Zylinder der ersten Zylinder-Kolben- Anordnung dann in den zweiten Leitungsabschnitt 82 zugeführt und von dort über die erste Druckregeleinheit 6 und den Zwischenspeicher 9 zur Umwandlungseinrichtung 3 zugeführt, welche in diesem Ausführungsbeispiel eine Brennstoffzelle ist. The fuel gas is then fed from the cylinder of the first cylinder-piston arrangement into the second line section 82 and fed from there via the first pressure control unit 6 and the buffer store 9 to the conversion device 3, which is a fuel cell in this exemplary embodiment.
Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Otherwise, this exemplary embodiment corresponds to the previous exemplary embodiments, so that reference can be made to the description given there.

Claims

- 8 - Ansprüche - 8 - Claims
1. Anordnung zum Zuführen von unter Druck stehendem Brenngas zu einer Umwandlungseinrichtung (3) zur Energieumwandlung der chemischen Energie des Brenngases, umfassend: einen Gastank (2) zur Speicherung des Brenngases unter einem vorbestimmten Tankdruck, eine Druckabsenkeinrichtung (4), und eine Gasleitung (8) mit einem ersten Leitungsbereich (81) zwischen dem Gastank (2) und der Druckabsenkeinrichtung (4) und einem zweiten Leitungsbereich (82) zwischen der Druckabsenkeinrichtung (4) und der Umwandlungseinrichtung (3), wobei die Druckabsenkeinrichtung (4) eine energieerzeugende Druckabsenkeinrichtung ist, welche eingerichtet ist, nutzbare Zusatzenergie durch einen Druckabsenkvorgang zu erzeugen. 1. Arrangement for supplying pressurized fuel gas to a conversion device (3) for energy conversion of the chemical energy of the fuel gas, comprising: a gas tank (2) for storing the fuel gas under a predetermined tank pressure, a pressure reduction device (4), and a gas line ( 8) with a first line area (81) between the gas tank (2) and the pressure-reducing device (4) and a second line area (82) between the pressure-reducing device (4) and the conversion device (3), the pressure-reducing device (4) being an energy-generating pressure-reducing device is set up to generate usable additional energy through a pressure reduction process.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , ferner umfassend eine erste Druckregeleinheit (6), welche im zweiten Leitungsbereich (82) zwischen der Druckabsenkeinrichtung (4) und der Umwandlungseinrichtung (3) angeordnet ist. 2. Arrangement according to claim 1, further comprising a first pressure control unit (6) which is arranged in the second line region (82) between the pressure lowering device (4) and the conversion device (3).
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Zwischenspeicher (9), welcher im zweiten Leitungsbereich (82) zwischen der Druckabsenkeinrichtung (4) und der Umwandlungseinrichtung (3) angeordnet ist. 3. Arrangement according to one of the preceding claims, further comprising an intermediate store (9) which is arranged in the second line region (82) between the pressure-reducing device (4) and the conversion device (3).
4. Anordnung nach Anspruch 3, wobei die erste Druckregeleinheit (6) zwischen dem Zwischenspeicher (9) und der Druckabsenkeinrichtung (4) angeordnet ist. 4. Arrangement according to claim 3, wherein the first pressure control unit (6) is arranged between the buffer store (9) and the pressure-reducing device (4).
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine zweite Druckregeleinheit (7), welche im ersten Leitungsbereich (81) angeordnet ist. - 9 - Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckabsenkeinrichtung (4) eine Vorrichtung zur direkten Erzeugung von elektrischer Energie ist. Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Druckabsenkeinrichtung (4) ein Lineargenerator (40) ist. Anordnung nach Anspruch 7, wobei der Lineargenerator (40) einen Generatorbereich zur Umwandlung von linearer Bewegungsenergie in elektrische Energie, einen Kolbenexpansionsbereich (41) und eine Rückstelleinheit umfasst. Anordnung nach Anspruch 8, wobei der Kolbenexpansionsbereich (41) eine erste Zylinder-Kolben-Anordnung und die Rückstelleinheit eine zweite Zylinder-Kolben-Anordnung (42) ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Permanentmagnete (44) auf einer Verbindungsstange (43), die den Kolbenexpansionsbereich (41) mit der Rückstelleinheit verbindet, angeordnet sind. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Druckabsenkeinrichtung (4) eine Hubkolbenmaschine oder eine Drehkolbenmaschine oder eine Flügelzellenvorrichtung oder eine Turbinenanordnung ist. Vorrichtung zur Umwandlung eines unter Druck stehenden Brenngases, umfassend: eine Anordnung (1) zum Zuführen von unter Druck stehendem Brenngas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und eine Umwandlungseinrichtung (3) zur Energieumwandlung der chemischen Energie des Brenngases. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Umwandlungseinrichtung (3) eine Brennstoffzelle oder eine Brennkraftmaschine ist. Fahrzeug, umfassend eine Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13. 5. Arrangement according to one of the preceding claims, further comprising a second pressure control unit (7) which is arranged in the first line region (81). - 9 - Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the pressure reduction device (4) is a device for the direct generation of electrical energy. Arrangement according to Claim 6, in which the pressure-reducing device (4) is a linear generator (40). Arrangement according to Claim 7, in which the linear generator (40) comprises a generator section for converting linear kinetic energy into electrical energy, a piston expansion section (41) and a restoring unit. Arrangement according to Claim 8, in which the piston expansion region (41) is a first cylinder-piston arrangement and the restoring unit is a second cylinder-piston arrangement (42). Arrangement according to one of Claims 7 to 9, in which permanent magnets (44) are arranged on a connecting rod (43) which connects the piston expansion region (41) to the return unit. Arrangement according to one of Claims 1 to 5, in which the pressure-reducing device (4) is a reciprocating piston machine or a rotary piston machine or a vane cell device or a turbine arrangement. An apparatus for converting a pressurized fuel gas, comprising: a pressurized fuel gas supply arrangement (1) according to any one of the preceding claims, and conversion means (3) for energy converting the chemical energy of the fuel gas. Apparatus according to claim 12, wherein the conversion means (3) is a fuel cell or an internal combustion engine. A vehicle comprising an apparatus according to claim 12 or 13.
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