DE102020107905A1 - Energy conversion device, vehicle and method for operating an energy conversion device - Google Patents

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Arne Seitz
Florian Troeltsch
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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Energieumwandlungsvorrichtung (100) mit einer Brennstoffzelle (110) und mit einer Verbrennungskraftmaschine (120), wobei die Energieumwandlungsvorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, ein von der Brennstoffzelle (110) erzeugtes Fluid (111), insbesondere Wasser und/oder Wasserdampf, der Verbrennungskraftmaschine (120) als Betriebsmittel (121) zuzuführen. Weiter wird ein Fahrzeug mit einer solchen Energieumwandlungsvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energieumwandlungsvorrichtung vorgeschlagen.An energy conversion device (100) with a fuel cell (110) and with an internal combustion engine (120) is proposed, the energy conversion device (100) being set up to convey a fluid (111) generated by the fuel cell (110), in particular water and / or water vapor to supply the internal combustion engine (120) as operating means (121). A vehicle with such an energy conversion device and a method for operating such an energy conversion device are also proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieumwandlungsvorrichtung, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb einer Energieumwandlungsvorrichtung.The present invention relates to an energy conversion device, a vehicle and a method for operating an energy conversion device.

Ein schonender Umgang mit natürlichen Ressourcen impliziert eine möglichst effiziente Nutzung von Energieträgern, insbesondere Brennstoffen, beim Betrieb eines Fahrzeugs. Die Anforderungen an die Energieversorgung eines Fahrzeugs können sich je nach Betriebszustand des Fahrzeugs ändern. Beispielsweise muss bei einem Verkehrsflugzeug am Boden ausreichend Leistung zum Betrieb der elektrischen Systeme bereitgestellt werden, wobei allerdings gleichzeitig keine oder kaum Schubleistung der Gasturbinen des Verkehrsflugzeugs abgerufen wird. Während des Fluges wird demgegenüber ein hoher Anteil der von den Gasturbinen ermöglichten Schubleistung abgerufen und es ist nur ein im Verhältnis geringer elektrischer Leistungsbedarf gegeben. Je nach Betriebszustand können unterschiedliche Vorrichtungen besser geeignet sein, um die benötigte Leistung bereitzustellen.The careful use of natural resources implies the most efficient possible use of energy sources, especially fuels, when operating a vehicle. The requirements for the energy supply of a vehicle can change depending on the operating state of the vehicle. For example, in the case of a commercial aircraft, sufficient power must be provided on the ground to operate the electrical systems, although at the same time no or hardly any thrust power from the gas turbines of the commercial aircraft is called up. In contrast, during the flight, a high proportion of the thrust power made possible by the gas turbines is called up and there is only a relatively low electrical power requirement. Depending on the operating status, different devices may be more suitable to provide the required power.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Energieumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die sich gegenüber bekannten Energieumwandlungsvorrichtungen durch eine höhere Effizienz auszeichnet. Ebenso soll ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energieumwandlungsvorrichtung und ein Fahrzeug mit einer solchen Energieumwandlungsvorrichtung angegeben werden.Proceeding from this, the present invention is based on the object of providing an energy conversion device which is characterized by greater efficiency compared to known energy conversion devices. Likewise, a method for operating such an energy conversion device and a vehicle with such an energy conversion device are to be specified.

Vorgeschlagen wird eine Energieumwandlungsvorrichtung mit einer Brennstoffzelle und mit einer Verbrennungskraftmaschine. Die Energieumwandlungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, ein von der Brennstoffzelle erzeugtes Fluid, insbesondere Wasser und/oder Wasserdampf, der Verbrennungskraftmaschine als Betriebsmittel zuzuführen.An energy conversion device with a fuel cell and with an internal combustion engine is proposed. The energy conversion device is characterized in that it is set up to supply a fluid generated by the fuel cell, in particular water and / or water vapor, to the internal combustion engine as operating medium.

Es wurde erkannt, dass das von der Brennstoffzelle erzeugte Fluid dazu genutzt werden kann, die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine zu erhöhen. Insbesondere ist es nicht notwendig ein solches Fluid zusätzlich bereitzustellen, wodurch bei der Verwendung der Energieumwandlungsvorrichtung in einem Fahrzeug insbesondere ein weiterer Tank eingespart werden kann. Darüber hinaus kann es für den Betrieb der Brennstoffzelle ausreichend sein, nur den Brennstoff mitzuführen und den zur Energieerzeugung erforderlichen Reaktionspartner, insbesondere Sauerstoff, der Luft zu entnehmen. Bei Betrieb der Brennstoffzelle mit reinem Wasserstoff als Brennstoff und atmosphärischem Sauerstoff als Oxidationsmittel kann unter der Annahme von CO2-neutral erzeugtem Wasserstoff eine CO2-neutrale Bereitstellung von elektrischer Energie bei gegenüber Batteriesystemen verringertem Gewicht ermöglicht werden. Ferner kann mittels Verbrennungskraftmaschinen sehr effizient mechanische Leistung zur Bewegung eines Fahrzeugs erzeugt werden. Die vorgeschlagene Energieumwandlungsvorrichtung nutzt daher die Vorteile, die sowohl die Brennstoffzelle als auch die Verbrennungskraftmaschine beim Betrieb eines Fahrzeugs bieten. Über diese Einzelvorteile hinaus bietet die vorgeschlagene Energieumwandlungsvorrichtung den Vorteil, dass das normalerweise nicht genutzte Reaktionsprodukt der Brennstoffzelle, nämlich das von der Brennstoffzelle erzeugte Fluid, zur Erhöhung des Wirkungsgrads der Verbrennungsmaschine genutzt wird.It was recognized that the fluid generated by the fuel cell can be used to increase the efficiency of the internal combustion engine. In particular, it is not necessary to additionally provide such a fluid, as a result of which, when the energy conversion device is used in a vehicle, in particular a further tank can be saved. In addition, it can be sufficient for the operation of the fuel cell to only carry the fuel with it and to take the reaction partner required for energy generation, in particular oxygen, from the air. In operation of the fuel cell using pure hydrogen as a fuel and atmospheric oxygen as an oxidizing agent under the assumption of CO 2 -neutral produced hydrogen can be a CO 2 -neutral deployment, allows electrical energy at opposite battery systems reduced weight. Furthermore, mechanical power for moving a vehicle can be generated very efficiently by means of internal combustion engines. The proposed energy conversion device therefore uses the advantages that both the fuel cell and the internal combustion engine offer when operating a vehicle. In addition to these individual advantages, the proposed energy conversion device offers the advantage that the normally unused reaction product of the fuel cell, namely the fluid generated by the fuel cell, is used to increase the efficiency of the internal combustion engine.

In einer Ausgestaltung der Energieumwandlungsvorrichtung wird das von der Brennstoffzelle erzeugte Fluid der Verbrennungskraftmaschine als Betriebsmittel zur Erhöhung der Arbeitsfähigkeit des Arbeitsfluid der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Unter Erhöhung der Arbeitsfähigkeit des Arbeitsfluid der Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere verstanden werden, dass die Wärmekapazität des Arbeitsfluid erhöht werden kann. Unter Erhöhung der Arbeitsfähigkeit des Arbeitsfluid kann auch verstanden werden, dass ein Massenstrom des Arbeitsfluid auf hohem Druckniveau vor und/oder während einer Entspannung in der Verbrennungskraftmaschine erhöht werden kann. Die Erhöhung des Massenstroms kann dadurch ermöglicht werden, dass das von der Brennstoffzelle erzeugte Fluid der Verbrennungskraftmaschine nach einer Verdichtung deren primären Arbeitsfluid zugeführt wird. Unter Arbeitsfluid kann insbesondere ein Arbeitsmedium der Verbrennungskraftmaschine verstanden werden. Die Zustandsänderungen des Arbeitsmediums in der Verbrennungskraftmaschine kann idealisiert mittels eines thermodynamischen Kreisprozesses beschrieben werden.In one embodiment of the energy conversion device, the fluid generated by the fuel cell is fed to the internal combustion engine as an operating medium to increase the working capacity of the working fluid of the internal combustion engine. Increasing the working capacity of the working fluid of the internal combustion engine can in particular be understood to mean that the thermal capacity of the working fluid can be increased. Increasing the working capacity of the working fluid can also be understood to mean that a mass flow of the working fluid can be increased at a high pressure level before and / or during an expansion in the internal combustion engine. The increase in the mass flow can be made possible by the fact that the fluid generated by the fuel cell is fed to the internal combustion engine after compression, its primary working fluid. Working fluid can be understood to mean, in particular, a working medium of the internal combustion engine. The changes in state of the working medium in the internal combustion engine can be idealized using a thermodynamic cycle.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Betriebsmittel der Verbrennungskraftmaschine zur Senkung der Temperatur eines Arbeitsfluid der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.Another embodiment provides that the operating medium of the internal combustion engine is supplied to lower the temperature of a working fluid of the internal combustion engine.

Der Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere von der Differenz der Temperaturen, die das Arbeitsfluid im thermodynamischen Kreisprozess durchläuft, abhängig sein. Eine höhere Temperaturdifferenz verspricht dabei einen höheren Wirkungsgrad.The efficiency of an internal combustion engine can in particular be dependent on the difference in temperatures that the working fluid passes through in the thermodynamic cycle. A higher temperature difference promises a higher degree of efficiency.

Ferner wird ein Ausführungsbeispiel der Energieumwandlungsvorrichtung vorgeschlagen, bei welchem das Betriebsmittel der Verbrennungskraftmaschine zur Kühlung wenigstens einer Baugruppe der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.Furthermore, an exemplary embodiment of the energy conversion device is proposed in which the operating medium of the internal combustion engine is fed to at least one assembly of the internal combustion engine for cooling.

Beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine können ggf. sehr hohe Temperaturen auftreten, so dass zum Schutz der Baugruppen der Verbrennungskraftmaschine eine Kühlung erforderlich sein kann. Die Nutzung des von der Brennstoffzelle erzeugten Fluid kann dabei die Gesamteffizienz der Energieumwandlungsvorrichtung erhöhen, da kein zusätzliches Kühlmittel bereitgestellt werden muss. Weiter kann gegenüber beispielsweise einer Kühlung mit Luft das von der Brennstoffzelle erzeugte Fluid aufgrund seiner höheren Wärmekapazität die Kühlung vereinfachen.During operation of the internal combustion engine, very high temperatures can possibly occur, so that cooling may be necessary to protect the assemblies of the internal combustion engine. The use of the fluid generated by the fuel cell can increase the overall efficiency of the energy conversion device, since no additional coolant has to be provided. Furthermore, compared to cooling with air, for example, the fluid generated by the fuel cell can simplify the cooling due to its higher thermal capacity.

Die Brennstoffzelle kann eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle sein. Die Wirkungsgrade von Niedertemperatur-Brennstoffzellen, zu welchen auch PEMFCs (Proton Exchange Membrane Fuel Cells) gehören, können die thermischen Wirkungsgrade moderner Gasturbinen, insbesondere die Wirkungsgrade moderner Flugzeug-Gasturbinen erreichen. PEMFCs können im Vergleich zu anderen bekannten Brennstoffzellen besonders hohe Leistungsgewichte erreichen. Typischerweise erreichen PEMFCs allerdings noch keine Leistungsgewichte, die sie als primärer Leistungserzeuger für Antriebe großer Transportflugzeuge tauglich erscheinen lassen. Gerade die Kombination von PEMFCs mit modernen Flugzeuggasturbinen kann die Gesamteffizienz der beanspruchten Energieumwandlungsvorrichtung erhöhen.The fuel cell can be a low temperature fuel cell. The efficiencies of low-temperature fuel cells, which also include PEMFCs (Proton Exchange Membrane Fuel Cells), can achieve the thermal efficiencies of modern gas turbines, in particular the efficiencies of modern aircraft gas turbines. Compared to other known fuel cells, PEMFCs can achieve particularly high power weights. Typically, however, PEMFCs do not yet achieve a power to weight ratio that would make them suitable as the primary power generator for propulsion systems for large transport aircraft. The combination of PEMFCs with modern aircraft gas turbines can increase the overall efficiency of the claimed energy conversion device.

Der zum Betrieb der Brennstoffzelle genutzte Brennstoff kann auch zur Kühlung der Brennstoffzelle genutzt werden. Beispielsweise ist es denkbar, die Brennstoffzelle mit einem kryogenen Brennstoff, zum Beispiel flüssigem Wasserstoff, zu betreiben. Die Abwärme der Brennstoffzelle kann dabei genutzt werden, um den kryogenen Brennstoff zu erwärmen, so dass er in der Brennstoffzelle mit dem Reduktionsmittel, zum Beispiel Sauerstoff, zur Erzeugung von elektrischer Leistung reagieren kann. Gleichzeitig wird dabei die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme in vorteilhafterweise abgeführt, so dass eine übermäßige Erwärmung der Brennstoffzelle vermieden werden kann.The fuel used to operate the fuel cell can also be used to cool the fuel cell. For example, it is conceivable to operate the fuel cell with a cryogenic fuel, for example liquid hydrogen. The waste heat from the fuel cell can be used to heat the cryogenic fuel so that it can react in the fuel cell with the reducing agent, for example oxygen, to generate electrical power. At the same time, the heat generated by the fuel cell is advantageously dissipated, so that excessive heating of the fuel cell can be avoided.

In einer weiteren Ausgestaltung der Energieumwandlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzelle und die Verbrennungskraftmaschine dazu eingerichtet sind, mit einem gleichen Brennstoff betrieben zu werden. Dies kann den Vorteil haben, dass nur ein Tank für den Brennstoff sowohl der Brennstoffzelle als auch der Verbrennungskraftmaschine vorgehalten werden muss. Insbesondere können die Brennstoffzelle und die Verbrennungskraftmaschine in einem Ausführungsbeispiel beide mit Wasserstoff betrieben werden. Es ist allerdings auch denkbar, dass für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und der Brennstoffzelle ein Kohlenwasserstoff verwendet wird, z.B. Kerosin. In dem Fall kann die Brennstoffzelle einen Reformer aufweisen, der den Kohlenwasserstoff jedenfalls teilweise in Wasserstoff umsetzt, welcher später mit Sauerstoff zur Erzeugung von elektrischer Leistung reagiert.In a further embodiment of the energy conversion device, it is provided that the fuel cell and the internal combustion engine are set up to be operated with the same fuel. This can have the advantage that only one tank has to be kept available for the fuel for both the fuel cell and the internal combustion engine. In particular, the fuel cell and the internal combustion engine can both be operated with hydrogen in one exemplary embodiment. However, it is also conceivable that a hydrocarbon, e.g. kerosene, is used to operate the internal combustion engine and the fuel cell. In that case, the fuel cell can have a reformer which in any case partially converts the hydrocarbon into hydrogen, which later reacts with oxygen to generate electrical power.

Die Verbrennungsmaschine kann eine Gasturbine sein. Dabei ist der Begriff Gasturbine als Gasturbine im weiteren Sinne zu verstehen. Er umfasst insbesondere auch gasturbinenbasierte Maschinen mit Druck steigernder Verbrennung, z.B. Gasturbinen, die idealisiert nach einem Humphrey-Prozess oder in kombinierten Kreisprozessen, insbesondere sogenannten Composite Cycles, bei denen zwei vollständige Kreisprozesse kombiniert auf demselben Arbeitsfluid betrieben werden, arbeiten. Weiter umfassen die Gasturbinen, die vorliegend zur Anwendung gelangen können, auch Gasturbinen, die nach dem Prinzip eines Joule/Brayton-Prozesses arbeiten. Insbesondere umfassen die hier vorgeschlagenen Gasturbinen auch Gasturbinen mit im Wesentlichen Konstantdruckverbrennung. Die Energieumwandlungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, dass Betriebsmittel in eine Komponente eines Strömungspfades der Gasturbine einzuspritzen. Als Komponente des Strömungspfades der Gasturbine kommt insbesondere ein Verdichter und/oder eine Brennkammer und/oder eine Turbine der Gasturbine in Betracht.The internal combustion engine can be a gas turbine. The term gas turbine is to be understood as a gas turbine in the broader sense. In particular, it also includes gas turbine-based machines with pressure-increasing combustion, e.g. gas turbines that ideally work according to a Humphrey process or in combined cycle processes, in particular so-called composite cycles, in which two complete cycle processes are operated in combination on the same working fluid. The gas turbines that can be used in the present case also include gas turbines that work on the principle of a Joule / Brayton process. In particular, the gas turbines proposed here also include gas turbines with essentially constant pressure combustion. The energy conversion device can be set up to inject operating medium into a component of a flow path of the gas turbine. In particular, a compressor and / or a combustion chamber and / or a turbine of the gas turbine come into consideration as a component of the flow path of the gas turbine.

In einer anderen Ausgestaltung handelt es sich bei der Verbrennungskraftmaschine der Energieumwandlungsvorrichtung um einen Kolbenmotor. Dabei kann die Energieumwandlungsvorrichtung insbesondere dazu eingerichtet sein, das Betriebsmittel in einen Ansaugtrakt und oder einen Brennraum des Kolbenmotors einzuspritzen.In another embodiment, the internal combustion engine of the energy conversion device is a piston engine. The energy conversion device can in particular be set up to inject the operating medium into an intake tract and / or a combustion chamber of the piston engine.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Energieumwandlungsvorrichtung einen Kondensator zum Kondensieren eines von der Brennstoffzelle erzeugten gasförmigen Fluid umfasst. Beispielsweise kann ein Kondensator vorgesehen sein, der von der Brennstoffzelle erzeugten Wasserdampf kondensiert, so dass flüssiges Wasser erhalten wird. Flüssigkeiten können mit Pumpen gegebenenfalls einfacher vom Ort der Brennstoffzelle zum Ort der Verbrennungskraftmaschine transportiert werden. Zudem können Flüssigkeiten einfacher unter hohem Druck in eine Komponente der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden. Beides kann die Gesamteffizienz der Energieumwandlungsvorrichtung weiter erhöhen.It can further be provided that the energy conversion device comprises a condenser for condensing a gaseous fluid generated by the fuel cell. For example, a condenser can be provided which condenses water vapor generated by the fuel cell so that liquid water is obtained. Liquids can be transported more easily with pumps from the location of the fuel cell to the location of the internal combustion engine. In addition, liquids can be injected more easily under high pressure into a component of the internal combustion engine. Both of these can further increase the overall efficiency of the energy conversion device.

In einem Ausführungsbeispiel der Energieumwandlungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Energieumwandlungsvorrichtung Mittel zum Kühlen des von der Brennstoffzelle erzeugten Fluid umfasst. Beispielsweise kann - wie oben beschrieben - kryogener Brennstoff dazu verwendet werden, das von der Brennstoffzelle erzeugte Fluid zu kühlen.In one embodiment of the energy conversion device it is provided that the energy conversion device comprises means for cooling the fluid generated by the fuel cell. For example, as described above, cryogenic fuel can be used to cool the fluid generated by the fuel cell.

Ferner umfasst in einem Ausführungsbeispiel die Energieumwandlungsvorrichtung einen Verdampfer zum Verdampfen des von der Brennstoffzelle erzeugten flüssigen Fluid oder des vom Kondensator kondensierten Fluid. Auf diese Weise kann der Verbrennungskraftmaschine das Betriebsmittel in gasförmigem Zustand zugeführt werden.Furthermore, in one embodiment, the energy conversion device comprises an evaporator for evaporating the liquid fluid generated by the fuel cell or the fluid condensed by the condenser. In this way, the operating medium can be supplied to the internal combustion engine in a gaseous state.

Der Verdampfer kann beispielsweise mit einer Abwärme der Verbrennungskraftmaschine betrieben werden, so dass sich eine weitere Energieeinsparung ergeben kann.The evaporator can be operated, for example, with waste heat from the internal combustion engine, so that further energy savings can result.

Die vorbeschriebenen Varianten der Energieumwandlungsvorrichtungen eignen sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Luft-, Wasser- und/oder Landfahrzeug handeln. Gerade bei Fahrzeugen macht es sich vorteilhaft bemerkbar, dass das Betriebsmittel für die Effizienzsteigerung der Verbrennungskraftmaschine nicht extra mitgeführt werden muss, sondern stattdessen ein von einer Brennstoffzelle erzeugtes Fluid verwendet werden kann. Somit reduziert sich die Masse, die vom Fahrzeug beschleunigt, bewegt und auch wieder abgebremst werden muss. Auf diese Weise kann der Brennstoffbedarf des Fahrzeugs herabgesetzt werden.The variants of the energy conversion devices described above are particularly suitable for use in a vehicle. The vehicle can be an air, water and / or land vehicle. In the case of vehicles in particular, it is advantageously noticeable that the operating medium for increasing the efficiency of the internal combustion engine does not have to be carried along, but instead a fluid generated by a fuel cell can be used. This reduces the mass that the vehicle accelerates, moves and also has to be braked again. In this way, the fuel consumption of the vehicle can be reduced.

In einem Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug einen Elektroantrieb auf. In dem Fall kann die Brennstoffzelle dazu eingerichtet sein, die von ihr bereitgestellte elektrische Leistung zur Versorgung des Elektroantriebs zu verwenden.In one embodiment, the vehicle has an electric drive. In this case, the fuel cell can be set up to use the electrical power it provides to supply the electric drive.

Der Elektroantrieb und die Verbrennungskraftmaschine können insbesondere Teil eines Hybridantriebs des Fahrzeugs sein. Beispielsweise wäre es denkbar, dass der Elektroantrieb zur Positionierung eines Wasserfahrzeugs im Hafen verwendet wird, während ein großvolumiger Kolbenmotor als Verbrennungskraftmaschine auf der Langstrecke zur Anwendung gelangt.The electric drive and the internal combustion engine can in particular be part of a hybrid drive of the vehicle. For example, it would be conceivable that the electric drive is used to position a watercraft in the harbor, while a large-volume piston engine is used as an internal combustion engine on long journeys.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug ein Luftfahrzeug und der Elektroantrieb wird zum Antrieb eines Grenzschicht einsaugenden Schuberzeugers verwendet. Der Grenzschicht einsaugende Schuberzeuger kann dabei nicht nur zusätzlichen Schub erzeugen, sondern er sorgt auch durch seine Grenzschicht einsaugenden Eigenschaften für die Nutzung der kinetischen Energie in der Strömungsgrenzschicht des Luftfahrzeugs und somit für einen erhöhten Vortriebswirkungsgrad. Ein Grenzschicht einsaugender Schuberzeuger ist beispielsweise aus der DE 5 13 116 bekannt.In one exemplary embodiment, the vehicle is an aircraft and the electric drive is used to drive a thrust generator that sucks in the boundary layer. The thrust generator sucking in the boundary layer can not only generate additional thrust, but also ensures the use of kinetic energy in the flow boundary layer of the aircraft through its boundary layer sucking properties and thus an increased propulsion efficiency. A thrust generator sucking in the boundary layer is, for example, from the DE 5 13 116 known.

Schließlich wird ein Verfahren zum Betrieb einer Energieumwandlungsvorrichtung vorgeschlagen, die eine Brennstoffzelle und eine Verbrennungskraftmaschine umfasst, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein von der Brennstoffzelle erzeugtes Fluid, insbesondere Wasser und oder Wasserdampf, der Verbrennungskraftmaschine als Betriebsmittel zugeführt wird.Finally, a method for operating an energy conversion device is proposed which comprises a fuel cell and an internal combustion engine, the method being characterized in that a fluid generated by the fuel cell, in particular water and / or water vapor, is supplied to the internal combustion engine as operating medium.

Das Verfahren lässt sich auch mit den in Bezug auf die Vorrichtung erläuterten weiteren Merkmalen kombinieren.The method can also be combined with the further features explained in relation to the device.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigt:

  • 1: eine Energieumwandlungsvorrichtung;
  • 2: eine weitere Energieumwandlungsvorrichtung;
  • 3: noch eine weitere Energieumwandlungsvorrichtung; und
  • 4: ein Luftfahrzeug.
In the following, exemplary embodiments are further explained with reference to the drawings. It shows:
  • 1 : an energy conversion device;
  • 2 : another energy conversion device;
  • 3 : yet another energy conversion device; and
  • 4th : an aircraft.

Die in der 1 dargestellte Energieumwandlungsvorrichtung umfasst eine Brennstoffzelle 110 und eine Verbrennungskraftmaschine 120. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Brennstoffzelle 110 mit einem Brennstoff 152, z.B. Wasserstoff der als kryogener Brennstoff zur Verfügung gestellt wird, und Sauerstoff 140 betrieben. Dabei wird elektrische Leistung 192 generiert. Zudem wird von der Brennstoffzelle 110 ein Fluid 111 erzeugt. Das Fluid 111 kann grundsätzlich gasförmig oder flüssig sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Fluid 111 um Wasserdampf. Der Wasserdampf 111 wird im Kondensator 131 kondensiert, mithilfe einer Pumpe 160 bedruckt und zu einem Verdampfer 132 transportiert und anschließend als Betriebsmittel 121 der Verbrennungskraftmaschine 120 zugeführt. Die Verbrennungskraftmaschine wird mit einem Brennstoff 151 und Sauerstoff 140 bzw. sauerstoffhaltigem Fluid, z.B. atmosphärische Luft, betrieben. Sie gibt mechanische Leistung 191 ab. Dabei kann es sich beispielsweise um die mechanische Leistung einer Gasturbine handeln, die mittels eines Schuberzeugers (Bläser oder Propeller) in Schub umgewandelt werden kann. Als Brennstoff 151 der Verbrennungskraftmaschine 120 kann der gleiche Brennstoff 152 wie für die Brennstoffzelle 110 verwendet werden. Dabei kann es sich um Wasserstoff handeln. Ebenso ist es allerdings denkbar, als Brennstoff 151 für die Verbrennungskraftmaschine 120 einen anderen Brennstoff zu verwenden, z.B. Kerosin.The one in the 1 The energy conversion device shown comprises a fuel cell 110 and an internal combustion engine 120 . In the embodiment shown, the fuel cell 110 with a fuel 152 , e.g. hydrogen, which is made available as cryogenic fuel, and oxygen 140 operated. This is electrical power 192 generated. In addition, the fuel cell 110 a fluid 111 generated. The fluid 111 can basically be gaseous or liquid. In the exemplary embodiment shown, it is the fluid 111 about water vapor. The water vapor 111 is in the condenser 131 condensed using a pump 160 printed and to a vaporizer 132 transported and then as operating resources 121 the internal combustion engine 120 fed. The internal combustion engine runs on a fuel 151 and oxygen 140 or oxygen-containing fluid, such as atmospheric air, operated. It gives mechanical power 191 away. This can be, for example, the mechanical power of a gas turbine that can be converted into thrust by means of a thrust generator (fan or propeller). As fuel 151 the internal combustion engine 120 can use the same fuel 152 as for the fuel cell 110 be used. This can be hydrogen. However, it is also conceivable as a fuel 151 for the internal combustion engine 120 to use a different fuel, e.g. kerosene.

Die Verbrennungskraftmaschine 120 erzeugt neben mechanischer Leistung 191 typischerweise Restwärme 122, die im Verdampfer 132 zum Verdampfen des Fluid 111 verwendet werden kann. Folglich kann die von der Energieumwandlungsvorrichtung abgegebene thermisch-kinetische Restleistung 190 auf ein Minimum reduziert werden.The internal combustion engine 120 generated in addition to mechanical power 191 typically residual heat 122 that are in the vaporizer 132 to evaporate the fluid 111 can be used. As a result, the residual thermal-kinetic power output by the energy conversion device can 190 can be reduced to a minimum.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Energieumwandlungsvorrichtung 200. Die Energieumwandlungsvorrichtung 200 weist eine Brennstoffzelle 210 sowie zwei Verbrennungskraftmaschinen 222 sowie 223 auf. Bei den Verbrennungskraftmaschinen 222 und 223 handelt es sich im Ausführungsbeispiel von 2 um Flugzeug-Gasturbinen. 2 shows another embodiment of an energy conversion device 200 . The energy conversion device 200 has a fuel cell 210 as well as two internal combustion engines 222 as 223 on. In internal combustion engines 222 and 223 it is in the embodiment of 2 to aircraft gas turbines.

Die Verbrennungskraftmaschinen 222 und 223 weisen jeweils einen Verdichter 270 und 271, eine Brennkammer 272 und 273 und eine Turbine 274 und 275 auf.The internal combustion engines 222 and 223 each have a compressor 270 and 271 , a combustion chamber 272 and 273 and a turbine 274 and 275 on.

Ein Energiespeicher 250 stellt Brennstoff 251 für den Betrieb der Gasturbinen 222 und 223 sowie Brennstoff 252 für den Betrieb der Brennstoffzelle 210 bereit. An energy store 250 provides fuel 251 for the operation of the gas turbines 222 and 223 as well as fuel 252 for the operation of the fuel cell 210 ready.

Bei dem Brennstoff 251 für den Betrieb der Gasturbinen 222 und 223 kann es sich zum Beispiel um flüssigen Wasserstoff oder um Kerosin handeln. Für den Betrieb der Brennstoffzelle 210 kann als Brennstoff 252 alternativ ebenfalls flüssiger Wasserstoff verwendet werden.With the fuel 251 for the operation of the gas turbines 222 and 223 it can be liquid hydrogen or kerosene, for example. For the operation of the fuel cell 210 can be used as fuel 252 alternatively, liquid hydrogen can also be used.

Der Brennstoff für den Betrieb der Gasturbinen und der Brennstoffzellen kann dann aus dem gleichen Tank entnommen werden.The fuel for operating the gas turbines and the fuel cells can then be taken from the same tank.

Das von der Brennstoffzelle 210 erzeugte Fluid 211 kann dazu dienen, in einem Wärmetauscher 231 den Brennstoff 252 zu erwärmen, bevor er der Brennstoffzelle 210 zur Verfügung gestellt wird. In vergleichbarer Weise kann der Brennstoff 252 dazu dienen, dass erzeugte Fluid 211 abzukühlen.That from the fuel cell 210 generated fluid 211 can serve in a heat exchanger 231 the fuel 252 to warm up before leaving the fuel cell 210 is made available. In a comparable way, the fuel 252 serve that generated fluid 211 to cool off.

Als Oxidationspartner für den Brennstoff 252 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Sauerstoff 241 vorgesehen, der der Umgebungsluft entnommen wird. Das von der Brennstoffzelle 210 erzeugte Fluid 211 kann nach dem Wärmetauscher 231 durch zusätzlichen Wärmetauscher 232 bzw. 233 weiter abgekühlt werden.As an oxidation partner for the fuel 252 is oxygen in the embodiment shown 241 provided, which is taken from the ambient air. That from the fuel cell 210 generated fluid 211 can after the heat exchanger 231 through additional heat exchanger 232 respectively. 233 be cooled further.

Zur Abkühlung des Fluid 211 in den weiteren Wärmetauschern 232 und 233 kann der Brennstoff 251, der den Gasturbinen 222 und 223 zugeführt wird, verwendet werden. Das abgekühlte, von der Brennstoffzelle 210 erzeugte Fluid 211 kann dann als Betriebsmittel 221 in die Verdichter 270 und 271 und/oder die Brennkammern 272 und 273 der Gasturbinen 222 und 223 eingespritzt werden. Denkbar ist es ebenfalls, dass Betriebsmittel 221 vor dem Einspritzen noch zur Kühlung von Komponenten der Gasturbinen 222 und 223 zu verwenden.For cooling the fluid 211 in the other heat exchangers 232 and 233 can the fuel 251 , of the gas turbines 222 and 223 is supplied, can be used. The cooled down, from the fuel cell 210 generated fluid 211 can then be used as an operating resource 221 in the compressor 270 and 271 and / or the combustion chambers 272 and 273 of the gas turbines 222 and 223 be injected. It is also conceivable that operating resources 221 before injection to cool components of the gas turbines 222 and 223 to use.

Als Oxidationsmittel für die Gasturbinen kann Sauerstoff aus der Umgebungsluft 242, 243 verwendet werden. Die Gasturbinen 222 und 223 erzeugen Schub 291 und 293, welcher zum Vortrieb eines Luftfahrzeugs verwendet werden kann. Das Betriebsmittel 221 kann die Verbrennung in der Gasturbine günstig beeinflussen und den Schadstoffanteil in den Abgasen 292 und 294 herabsetzen.Oxygen from the ambient air can be used as the oxidizing agent for the gas turbines 242 , 243 be used. The gas turbines 222 and 223 generate thrust 291 and 293 which can be used to propel an aircraft. The resource 221 can favorably influence the combustion in the gas turbine and the pollutant content in the exhaust gases 292 and 294 reduce.

Die von der Brennstoffzelle 210 erzeugte elektrische Energie kann zum Betrieb eines Grenzschicht einsaugenden Schuberzeugers 280 verwendet werden, der mit einem Elektromotor angetrieben wird und zusätzlichen Schub 295 erzeugt.The one from the fuel cell 210 The generated electrical energy can be used to operate a boundary layer sucking thrust generator 280 can be used, which is powered by an electric motor and additional thrust 295 generated.

Darüber hinaus kann die elektrische Energie 296 weiteren Verbrauchern, beispielsweise verteilten Schuberzeugern oder sonstigen Betriebskomponenten eines Luftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden. Elektrische Leistung kann unter anderem für den Betrieb der Klimatisierungseinrichtung des Luftfahrzeugs, die Steuerung des Luftfahrzeugs, die Fluginstrumentierung, Multimediavorrichtungen, etc. benötigt werden.It can also use electrical energy 296 further consumers, for example distributed thrust generators or other operating components of an aircraft are made available. Electrical power can be required for the operation of the air conditioning system of the aircraft, the control of the aircraft, the flight instrumentation, multimedia devices, etc., among other things.

Die Verwendung der erzeugten elektrischen Leistung 296 zum Betrieb des Grenzschicht einsaugenden Schuberzeugers 280 (Boundary Layer Ingestion, BLI) kann den Vorteil haben, dass im Strömungsnachlauf des Rumpfes eines Luftfahrzeugs enthaltene genetische Energie genutzt werden kann. Die Verteilung der Antriebsleistung auf die gezeigten Gasturbinen 222, 223 mit Wasser-/ Wasserdampfeinspritzung und die Brennstoffzelle 210 kann in einem Verhältnis einstellbar sei, so dass Optionen aus dem Antriebvorteil durch Betrieb des Grenzschicht einsaugenden Schuberzeugers, der Effizienzsteigerung der Gasturbine 222, 223 durch Betriebsstoffeinspritzung und dem Antriebssystemgewicht (Gewicht der Brennstoffzelle und der Kondensatoren) entsteht.The use of the generated electrical power 296 for operating the thrust generator sucking in the boundary layer 280 (Boundary Layer Ingestion, BLI) can have the advantage that genetic energy contained in the flow wake of the fuselage of an aircraft can be used. The distribution of the drive power to the gas turbines shown 222 , 223 with water / steam injection and the fuel cell 210 can be adjustable in a ratio so that options from the drive advantage through operation of the thrust generator sucking in the boundary layer, the increase in the efficiency of the gas turbine 222 , 223 by fuel injection and the weight of the drive system (weight of the fuel cell and the capacitors).

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Energieumwandlungsvorrichtung 300, welche sehr ähnlich zur Energieumwandlungsvorrichtungen 200 ist. Insbesondere entsprechen die Elemente 322, 370, 372, 374, 391, 342, 393, 343, 323, 371, 373, 375, 395, 380, 396, 351, 352, 350, 341, 310, 311 den Elementen 222, 270, 272, 274, 291, 242, 293, 243, 223, 271, 273, 275, 295, 280, 296, 251, 252, 250, 241, 210, 211, die in Bezug auf 2 bereits erläutert worden sind. 3 Figure 3 shows an embodiment of an energy conversion device 300 which are very similar to energy conversion devices 200 is. In particular, the elements correspond 322 , 370 , 372 , 374 , 391 , 342 , 393 , 343 , 323 , 371 , 373 , 375 , 395 , 380 , 396 , 351 , 352 , 350 , 341 , 310 , 311 the elements 222 , 270 , 272 , 274 , 291 , 242 , 293 , 243 , 223 , 271 , 273 , 275 , 295 , 280 , 296 , 251 , 252 , 250 , 241 , 210 , 211 that related to 2 have already been explained.

Die Energieumwandlungsvorrichtung 300 unterscheidet sich von der Energieumwandlungsvorrichtung 200 durch die Wärmetauscher 334, 335, 336 und 337 sowie die Pumpe 360.The energy conversion device 300 is different from the energy conversion device 200 through the heat exchanger 334 , 335 , 336 and 337 as well as the pump 360 .

Der zum Betrieb der Brennstoffzelle 310 verwendete Brennstoff 352 durchströmt den Wärmetauscher 334. Der Wärmetauscher 334 ist Teil eines Kühlkreislaufes 338, welcher die Betriebswärme der Brennstoffzelle 310 abführt. Mit anderen Worten wird der Brennstoff 352 genutzt, um die Brennstoffzelle 310 zu kühlen. Gleichzeitig kann im Wärmetauscher 334 der Brennstoff 352 in den gasförmigen Zustand überführt werden, in dem er mit dem Sauerstoff 341 aus der Luft reagieren kann.The one to operate the fuel cell 310 fuel used 352 flows through the heat exchanger 334 . The heat exchanger 334 is part of a cooling circuit 338 , which is the operating heat of the fuel cell 310 leads away. In other words, the fuel is 352 used to the fuel cell 310 to cool. At the same time in the heat exchanger 334 the fuel 352 can be converted into the gaseous state in which it interacts with the oxygen 341 can react from the air.

Der für den Betrieb der Gasturbinen 322 und 323 verwendete Brennstoff 351 kann den Wärmetauscher 337 durchströmen und auf diese Weise das von der Brennstoffzelle 310 erzeugte, gasförmige Fluid 311 kondensieren. Das danach flüssige Fluid 321 kann mittels einer Pumpe 360 in Richtung der Gasturbinen 322 und 323 transportiert werden.The one for the operation of the gas turbines 322 and 323 fuel used 351 can use the heat exchanger 337 flow through and in this way that of the fuel cell 310 generated, gaseous fluid 311 condense. The then liquid fluid 321 can by means of a pump 360 towards the gas turbines 322 and 323 be transported.

Zwischen der Pumpe 360 und den Gasturbinen 322 und 323 kann das flüssige Fluid 324 weitere Wärmetauscher 335 und 336 durchströmen. In den Wärmetauschern 335 und 336 kann das Fluid 324 einen Teil der thermischen Restleistung der Abgase 392 bzw. 394 der Gasturbinen 322 und 323 aufnehmen und wieder in den gasförmigen Zustand überführt werden, in welchem es als Betriebsmittel 325 den Gasturbinen 322 und 323 zugeführt werden kann.Between the pump 360 and the gas turbines 322 and 323 can the liquid fluid 324 further heat exchangers 335 and 336 flow through. In the heat exchangers 335 and 336 can the fluid 324 part of the residual thermal power of the exhaust gases 392 respectively. 394 of the gas turbines 322 and 323 record and be converted back into the gaseous state in which it is used as an operating medium 325 the gas turbines 322 and 323 can be fed.

4 zeigt eine vorteilhafte Anordnung der beiden Gasturbinen 420 und 422 an den Tragflächen eines Luftfahrzeugs und des Grenzschicht einsaugenden Schuberzeugers 480 am Heck des Luftfahrzeugs. Die Brennstoffzelle kann vorteilhafterweise in der Nähe des Grenzschicht einsaugenden Schuberzeugers 480 angeordnet sein, um die Länge und damit die Masse der für die elektrische Leistungsübertragung notwendigen elektrischen Leitungen gering zu halten. 4th shows an advantageous arrangement of the two gas turbines 420 and 422 on the wings of an aircraft and the thrust generator sucking in the boundary layer 480 at the tail of the aircraft. The fuel cell can advantageously be located in the vicinity of the thrust generator sucking in the boundary layer 480 be arranged in order to keep the length and thus the mass of the electrical lines necessary for the electrical power transmission low.

Die vorgeschlagene Nutzung des Reaktionsproduktwassers der Brennstoffzelle zur Realisierung einer Gasturbine mit Wasser-/ Wasserdampfeinspritzung weist Vorteile gegenüber bekannten Lösungen auf.The proposed use of the reaction product water from the fuel cell to implement a gas turbine with water / water vapor injection has advantages over known solutions.

Insbesondere wird das Produktwasser der Brennstoffzelle unmittelbar innerhalb des Antriebssystems verwendet, um dessen Gesamtwirkungsgrad zu steigern. Darüber hinaus ist die Bereitstellung des notwendigen Wassers zur Realisierung einer hocheffizienten Gasturbine mit Wasser-/ Wasserdampfeinspritzung in fliegender Anwendung möglich, ohne dass zusätzliches Wasser am Bord des Luftfahrzeugs transportiert oder durch eine aufwändige Rückgewinnung aus dem Gasturbinenabgasmassenstrom erzeugt werden muss.In particular, the product water of the fuel cell is used directly within the drive system in order to increase its overall efficiency. In addition, it is possible to provide the necessary water for realizing a highly efficient gas turbine with water / steam injection in a flying application, without additional water having to be transported on board the aircraft or generated from the gas turbine exhaust gas mass flow through a complex recovery process.

Die vorgeschlagene technische Lösung ermöglicht somit eine außerordentlich günstige Möglichkeit, die signifikanten Effizienzsteigerungen einer Gasturbine in einer fliegenden Anwendung durch Wasser-/ Wasserdampfeinspritzung zu realisieren. Im Vergleich zu einer Wasserrückgewinnung aus dem Gasturbinenabgasmassenstrom, liegt das Produktwasser einer Brennstoffzelle bei signifikant günstigeren thermodynamischen Bedingungen vor und reduziert das Einbauvolumen sowie die Masse notwendiger Wärmetauscher signifikant.The proposed technical solution thus enables an extremely favorable possibility of realizing the significant increases in efficiency of a gas turbine in a flying application by means of water / water vapor injection. Compared to water recovery from the gas turbine exhaust gas mass flow, the product water of a fuel cell is available under significantly more favorable thermodynamic conditions and significantly reduces the installation volume and the mass of necessary heat exchangers.

Die massenspezifische Leistung der Brennstoffzelle im Rahmen der vorgeschlagenen technischen Lösung kann mit der Masse mitzuführenden Wassers bzw. des Systems zur Wassergewinnung aus dem Gasturbinenabgasmassenstrom verglichen werden, während die Brennstoffzelle zusätzlich ihre an sich primäre elektrische Nutzleistung abgibt, die zur Versorgung wichtiger Leistungskomponenten des Luftfahrzeugs nutzbar ist. The mass-specific power of the fuel cell in the context of the proposed technical solution can be compared with the mass of water to be carried or the system for obtaining water from the gas turbine exhaust gas mass flow, while the fuel cell also delivers its primary electrical power, which can be used to supply important power components of the aircraft .

Auf Luftfahrzeugebene ergibt sich mit der vorgeschlagenen technischen Lösung eine Reduktion der benötigten Energie und Brennstoffmenge.At the aircraft level, the proposed technical solution results in a reduction in the amount of energy and fuel required.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 513116 [0023]DE 513116 [0023]

Claims (18)

Energieumwandlungsvorrichtung (100) mit einer Brennstoffzelle (110) und mit einer Verbrennungskraftmaschine (120), dadurch gekennzeichnet, dass die Energieumwandlungsvorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, ein von der Brennstoffzelle (110) erzeugtes Fluid (111), insbesondere Wasser und/oder Wasserdampf, der Verbrennungskraftmaschine (120) als Betriebsmittel (121) zuzuführen.Energy conversion device (100) with a fuel cell (110) and with an internal combustion engine (120), characterized in that the energy conversion device (100) is set up to convey a fluid (111) generated by the fuel cell (110), in particular water and / or water vapor to supply the internal combustion engine (120) as operating means (121). Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsmittel (121) der Verbrennungskraftmaschine (120) zur Erhöhung der Arbeitsfähigkeit eines Arbeitsfluid der Verbrennungskraftmaschine (120) zugeführt wird, und/oder dass das Betriebsmittel (121) der Verbrennungskraftmaschine (120) zur Senkung der Temperatur eines Arbeitsfluid der Verbrennungskraftmaschine (120) zugeführt wird, und/oder dass das Betriebsmittel der Verbrennungskraftmaschine (120) zur Kühlung wenigstens einer Baugruppe der Verbrennungskraftmaschine (120) zugeführt wird.Energy conversion device (100) according to Claim 1 , characterized in that the operating medium (121) of the internal combustion engine (120) is supplied to increase the working capacity of a working fluid of the internal combustion engine (120), and / or that the operating medium (121) of the internal combustion engine (120) is supplied to lower the temperature of a working fluid Internal combustion engine (120) is supplied, and / or that the operating medium of the internal combustion engine (120) for cooling at least one assembly of the internal combustion engine (120) is supplied. Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (110) eine Niedertemperaturbrennstoffzelle ist.Energy conversion device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell (110) is a low-temperature fuel cell. Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieumwandlungsvorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, einen zum Betrieb der Brennstoffzelle (110) genutzten Brennstoff zur Kühlung der Brennstoffzelle (110) zu nutzen.Energy conversion device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy conversion device (100) is set up to use a fuel used to operate the fuel cell (110) to cool the fuel cell (110). Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (110) und die Verbrennungskraftmaschine (120) dazu eingerichtet sind, mit einem gleichen Brennstoff (110) betrieben zu werden.Energy conversion device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell (110) and the internal combustion engine (120) are set up to be operated with the same fuel (110). Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (120) eine Gasturbine ist, und dass die Energieumwandlungsvorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das Betriebsmittel (121) in einer Komponente eines Strömungspfades der Gasturbine einzuspritzen.Energy conversion device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (120) is a gas turbine, and that the energy conversion device (100) is set up to inject the operating medium (121) into a component of a flow path of the gas turbine. Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente des Strömungspfades der Gasturbine (222, 223) ein Verdichter (270, 271) und/oder eine Brennkammer (272, 273) und/oder eine Turbine (274, 275) der Gasturbine (222, 223) ist.Energy conversion device (100) according to Claim 6 , characterized in that the component of the flow path of the gas turbine (222, 223) is a compressor (270, 271) and / or a combustion chamber (272, 273) and / or a turbine (274, 275) of the gas turbine (222, 223) is. Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (120) ein Kolbenmotor ist, und dass die Energieumwandlungsvorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, das Betriebsmittel (121) in einen Ansaugtrakt und/oder einen Brennraum des Kolbenmotors einzuspritzen.Energy conversion device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (120) is a piston engine, and that the energy conversion device (100) is set up to inject the operating medium (121) into an intake tract and / or a combustion chamber of the piston engine . Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieumwandlungsvorrichtung (100) einen Kondensator (131) zum Kondensieren eines von der Brennstoffzelle (110) erzeugten gasförmigen Fluid (111) umfasst.Energy conversion device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy conversion device (100) comprises a condenser (131) for condensing a gaseous fluid (111) generated by the fuel cell (110). Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieumwandlungsvorrichtung (100) Mittel zum Kühlen des von der Brennstoffzelle (110) erzeugten Fluid (111) umfasst.Energy conversion device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy conversion device (100) comprises means for cooling the fluid (111) generated by the fuel cell (110). Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieumwandlungsvorrichtung (100) eine Pumpe (160) zum Transport des von der Brennstoffzelle (110) erzeugten Fluid (111) zur Verbrennungskraftmaschine (120) und/oder zum Zuführen des von der Brennstoffzelle (110) erzeugten Fluid der Verbrennungskraftmaschine 120) als Betriebsmittel (121) aufweist.Energy conversion device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy conversion device (100) has a pump (160) for transporting the fluid (111) generated by the fuel cell (110) to the internal combustion engine (120) and / or for supplying the the fuel cell (110) generated fluid of the internal combustion engine 120) as operating medium (121). Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieumwandlungsvorrichtung (100) einen Verdampfer (132) zum Verdampfen des von der Brennstoffzelle (110) erzeugten flüssigen Fluid (111) oder des vom Kondensator (131) kondensierten Fluid (111) umfasst.Energy conversion device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy conversion device (100) includes an evaporator (132) for evaporating the liquid fluid (111) generated by the fuel cell (110) or the fluid (111) condensed by the condenser (131) ) includes. Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (140) mit einer Abwärme (122) der Verbrennungskraftmaschine (120) betrieben wird.Energy conversion device (100) according to Claim 12 , characterized in that the evaporator (140) is operated with waste heat (122) from the internal combustion engine (120). Fahrzeug (400), insbesondere Luft-, Wasser- und/oder Landfahrzeug, mit einer Energieumwandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Patentansprüche.Vehicle (400), in particular air, water and / or land vehicle, with an energy conversion device (100) according to one of the preceding claims. Fahrzeug nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (400) einen Elektroantrieb aufweist, und dass das Fahrzeug (400) dazu eingerichtet ist, von der Brennstoffzelle (110) zur Verfügung gestellte elektrische Leistung zur Versorgung des Elektroantriebs verwenden.Vehicle after Claim 14 , characterized in that the vehicle (400) has an electric drive, and that the vehicle (400) is set up to use electrical power provided by the fuel cell (110) to supply the electric drive. Fahrzeug (400) nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroantrieb und die Verbrennungskraftmaschine (420, 422) Teil eines Hybridantriebs des Fahrzeugs (400) sind.Vehicle (400) after Claim 15 , characterized in that the electric drive and the internal combustion engine (420, 422) are part of a hybrid drive of the vehicle (400). Fahrzeug nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (400) ein Luftfahrzeug (400) ist, und dass der Elektroantrieb zum Antrieb eines grenzschichteinsaugenden Schuberzeugers (480) eingerichtet ist.Vehicle after Claim 16 , characterized in that the vehicle (400) is an aircraft (400), and that the electric drive is set up to drive a thrust generator (480) that sucks in the boundary layer. Verfahren zum Betrieb einer Energieumwandlungsvorrichtung (100), die eine Brennstoffzelle (110) und eine Verbrennungskraftmaschine (120) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Brennstoffzelle (110) erzeugtes Fluid (111), insbesondere Wasser und/oder Wasserdampf, der Verbrennungskraftmaschine (120) als Betriebsmittel (121) zugeführt wird.Method for operating an energy conversion device (100) which comprises a fuel cell (110) and an internal combustion engine (120), characterized in that a fluid (111) generated by the fuel cell (110), in particular water and / or water vapor, is supplied to the internal combustion engine ( 120) is supplied as operating means (121).
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DE513116C (en) 1923-09-05 1930-11-22 Albert Betz Dr Process for reducing the resistance of a body in liquids or gases
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US20060191727A1 (en) 2005-02-08 2006-08-31 Denso Corporation Electric power generation system for vehicle

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