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EP4317761A1 - Storage device for storing gas - Google Patents

Storage device for storing gas Download PDF

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Publication number
EP4317761A1
EP4317761A1 EP23187268.0A EP23187268A EP4317761A1 EP 4317761 A1 EP4317761 A1 EP 4317761A1 EP 23187268 A EP23187268 A EP 23187268A EP 4317761 A1 EP4317761 A1 EP 4317761A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
storage
gas
piston accumulator
storage device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23187268.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thimo PLANERT
Hendrik Leverenz
Matthias Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hps Home Power Solutions Ag
Original Assignee
Hps Home Power Solutions Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102022130105.2A external-priority patent/DE102022130105A1/en
Application filed by Hps Home Power Solutions Ag filed Critical Hps Home Power Solutions Ag
Publication of EP4317761A1 publication Critical patent/EP4317761A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F17C2260/04Reducing risks and environmental impact
    • F17C2260/042Reducing risk of explosion

Definitions

  • the present invention firstly relates to a storage device for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to an energy system, in particular a building energy system, according to the preamble of patent claim 11, as well a method for absorbing and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purge process, according to the preamble of patent claim 13.
  • Hydrogen for example, can be used as an energy source.
  • the hydrogen is produced, for example, in an electrolysis device and stored in a storage device. This is, for example, a first mode of operation of the energy system.
  • the hydrogen is removed from the storage device and consumed in an energy sink device.
  • Such an energy sink device is, for example, a fuel cell device.
  • the above-described components of the energy system are usually spatially separated from one another and connected to one another via a connecting line device. Both of the aforementioned operating modes usually require different pressure levels. While pressures of 20 to 60 bar prevail in the first operating mode with electrolysis, for example as a starting situation for storage at increased pressure, pressures of less than 20 bar are advantageous for operating the fuel cell device in the second operating mode.
  • Flushing which is also referred to as “purging” in the following, is particularly necessary to remove unwanted foreign gas components and liquid water that accumulates locally in the cell structures, which can negatively influence the performance and lifespan of the fuel cell device and/or the electrolysis device. to be dissipated at regular intervals or depending on the operating conditions. Rinsing is carried out using a suitable rinsing system.
  • a known flushing system on which the present invention is based is in the EP 3 380 652 B1 disclosed and described by the applicant.
  • a flushing gas volume flow loaded with hydrogen is generated during the flushing process and initially stored in a storage chamber.
  • the storage chamber serves as a buffer storage or as a temporary storage. From the storage chamber, the purge gas volume flow loaded with hydrogen is then released into the environment as a discharge volume flow via an outflow device.
  • the storage chamber is an expandable storage chamber, which is designed as a piston accumulator. This storage chamber has a first piston storage element designed as a liquid chamber, into which liquid is filled.
  • the storage chamber has a second piston storage element designed as a reciprocating piston element, the piston storage elements being inserted into one another in opposite directions, and the piston storage elements being axially movable relative to one another.
  • the first piston accumulator element is external to the second piston accumulator element.
  • the storage chamber also has a gas inlet line and a gas outlet line.
  • the purging gas volume flow discharged during the purging process must not be released to the outside in an uncontrolled manner, otherwise an explosive zone can form. It is therefore necessary that the gas temporarily stored in the storage chamber, which is purge gas or "purge gas", is released to the outside in a controlled manner.
  • Storage devices for storing gas are also known in a different form in the field of large-scale industrial systems.
  • the storage facilities serve as gas storage facilities for storing large quantities of gas, up to 100,000 m 3 .
  • Such large gas storage facilities are often referred to as gasometers.
  • the gas is stored at normal pressure or at pressures less than or equal to atmospheric pressure.
  • Such a large gas storage facility is, for example, in the US 1894,536 B described.
  • This known gas accumulator is also designed as a piston accumulator, consisting of a first, static piston accumulator element and a second movable reciprocating piston accumulator element, the piston accumulator elements being inserted into one another in opposite directions, and the piston accumulator elements being axially movable relative to one another.
  • the reciprocating piston element In order to be able to operate the large gas storage tank at normal pressure, the reciprocating piston element has support so that it can be moved at all.
  • This support consists of weights attached to ropes.
  • the wipers are attached to the movable reciprocating piston element in such a way that the weights move in the direction of the container bottom of the first piston storage element due to the weight force, whereby the movable reciprocating piston element is lifted and moves upwards.
  • the one in the EP 3 380 652 B1 is a small-scale system.
  • the principles that apply to large-scale systems cannot easily be transferred to such small-scale systems.
  • the sizes of the components, as well as the amounts of stored gas, are much smaller in small-scale systems than in large-scale systems, so that completely different physical relationships and requirements prevail here.
  • the present invention is therefore based on the object of further advantageously modifying and optimizing a generic storage device, which is designed in particular for an energy system, i.e. a small-scale system, for the purposes of a controlled release of gas, by means of structurally simple and cost-effective measures.
  • the invention is initially directed to a storage device.
  • the storage device is preferably part of an energy system.
  • the energy system is, in particular, a whole consisting of several components, with the components being connected to one another to form a dedicated unit.
  • the energy system is preferably a system for generating or providing energy, preferably electrical energy.
  • the invention is not limited to certain types of energy systems. Various preferred exemplary embodiments are described below in this regard.
  • the energy system is a building energy system.
  • Building energy systems are generally known from the prior art and are used to supply buildings, for example low-energy buildings, passive buildings or zero-energy buildings, with energy in the form of heat and in particular in the form of electricity, for example electricity from renewable energy sources such as photovoltaic (PV) generators or small wind turbines.
  • PV photovoltaic
  • Such a building energy system creates the basis for the energy requirements of a building, both in terms of electricity and heat requirements, to be completely covered by renewable energy sources and thus to be completely CO 2 -free during operation.
  • at least the electricity requirements of a building can be covered almost entirely from renewable energy sources, in particular by means of a PV generator and/or a small wind turbine, in the sense of increasing self-consumption.
  • Such a building energy system is, for example, in the patent applications WO 2017/089468 A1 and WO 2017/089469 A1 disclosed and described by the applicant, the disclosure content of which is included in the description of the present patent application.
  • the basic idea of the present invention is to provide a specially designed storage device for gas.
  • the gas is in particular hydrogen or a gas containing hydrogen, and therefore an explosive gas if the gas mixture contains an oxygen content of more than 4 percent by volume, even temporarily. Any kind of ignition sources within the storage device must therefore be strictly avoided. This occurs in particular during a flushing process, which is also referred to below as a “purge process”.
  • the operation of the fuel cell device and the electrolysis device requires cyclic cleaning of the reactive surfaces of, among other things, nitrogen and water. Cleaning or rinsing is also referred to below as “purging”. Cleaning is preferably carried out using a pressure surge.
  • a purge process can also make sense if the operating pressure of the fuel cell or electrolysis needs to be quickly relaxed to a lower pressure, for example as part of controlled shutdown processes.
  • operating pressure which is around 350 mbar for fuel cells and around 30 bar for electrolyzers
  • a respective purge valve is briefly opened against the atmosphere.
  • the resulting pressure difference across the purge valve generates a gas volume flow that discharges reaction-inhibiting substances and is transported into the storage device used by the fuel cell and the electrolyzer, preferably dual.
  • the discharged moist purge gas must not be released outside in an uncontrolled manner, for example into the environment or into a system cabinet, otherwise an explosive zone can form.
  • controlled release can occur through permanent technical ventilation, in particular at least 100 m 3 /h.
  • the purge gas must be collected in the storage device, which is in particular a buffer storage or an intermediate volume, and then released from the storage device in a controlled manner.
  • the storage device is preferably a passive assembly for receiving/temporarily storing the flushing gas or purge gas.
  • the storage device is used for such an energy system, it is in particular a small-scale system in the above sense.
  • the knowledge known from the field of large-scale technical systems can be drawn from the above Therefore, for reasons not easily transferred to the storage device according to the present invention.
  • a storage device for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, is provided, which has the features of independent claim 1.
  • the storage device has an expandable, that is to say a volume-variable, storage chamber.
  • This storage chamber is designed as a piston accumulator.
  • a piston accumulator is in particular a memory which has at least two piston accumulator elements which interact with one another, with at least one of the piston accumulator elements being movable, preferably axially movable.
  • the piston storage elements form or delimit in particular a closed hollow space, the volume of which changes as a result of the movement.
  • the storage device has a first piston storage element designed as a liquid chamber, into which liquid, for example in the form of water, can be filled up to a defined liquid level or into which liquid, for example in the form of water, is filled up to a defined liquid level.
  • the liquid is located in the first piston storage element.
  • the liquid level is in particular a defined height up to which liquid may be filled or up to which liquid is filled during proper operation. This height must be maintained for proper operation.
  • the amount of liquid to be held in the liquid chamber is less than 50 liters, preferably between 1 and 5 liters.
  • the first piston accumulator element preferably has a base element and a side wall projecting from the base element. At the free end of the side wall, which lies opposite the base element, the first piston accumulator element is preferably open. Carried liquid drops from the stored purge gas are deposited into the first piston storage element.
  • the storage chamber has a second piston storage element designed as a reciprocating piston element.
  • the second piston accumulator element preferably has a base element and a side wall projecting from the base element in the direction of the first piston accumulator element. At the free end of the side wall, which lies opposite the base element and which faces the first piston accumulator element, the second piston accumulator element is open.
  • the base element of the second piston storage element represents a cover element of the storage chamber.
  • the second piston storage element has a gas volume for gas to be absorbed of less than 10 liters, preferably less than 5 liters, preferably between 0.5 liters and 3 liters.
  • the gas volume is in particular the volume that is or may be introduced into the second piston storage element when the storage device is used as intended.
  • the gas volume is, in particular, the useful volume.
  • the useful volume indicates the maximum amount of gas that can be stored in the second piston storage element. This means that the storage device differs fundamentally from the storage devices in the form of large-scale systems. As will be explained in more detail below, the deflection of the reciprocating piston element occurs solely due to the gas inlet.
  • the pressure of the gas to be stored alone is sufficient to deflect the reciprocating piston element.
  • the deflection in the storage device according to the invention occurs in particular due to a gas pressure that is above atmospheric pressure.
  • the deflection occurs without the aid of external forces such as counterweights, motors or spring forces. This means that the second piston storage element is provided for deflection due to the gas fed in.
  • the first piston accumulator element and the second piston accumulator element are preferably matched to one another in terms of their size, geometry, contour and capacity.
  • the transition between the base element and the side wall of the second piston accumulator element preferably has rounded corners or edges. If in the If condensate accumulates in transition areas, in particular in the corner areas or edge areas, this will definitely be drained away, preferably into the liquid located in the first piston accumulator element.
  • the two piston accumulator elements are, in particular concentric, inserted into one another in opposite directions and are axially movable relative to one another.
  • the first piston storage element is fixed, that is, immovable, while the second piston storage element is movable.
  • both piston accumulator elements are movable, or only the first piston accumulator element.
  • the second piston storage element is deflected by the release of purge gas from the fuel cell device and/or the electrolysis device.
  • the counterpressure resulting from the deflection in particular caused by the weight of the second piston accumulator element, must not impair the dynamics and pressure ratio of the purge process. Due to the weight of the second piston accumulator element, the purge gas is pushed out of the second piston accumulator element again after the deflection has ended, as will be described in more detail below.
  • a first operating state which is also referred to as the rest state
  • the storage chamber is not expanded.
  • the second piston accumulator element is not deflected.
  • a second operating state which is also referred to as a storage state
  • the storage chamber is in an expanded state.
  • the second piston storage element is deflected due to the stored purge gas.
  • the first operating state is preferably a static state
  • the second operating state is preferably a dynamic state.
  • the first piston accumulator element and/or the second piston accumulator element is/are designed to be monolithic, that is to say consisting of one piece.
  • the gas space in which the purge gas is/is stored is therefore separated from the environment by a coherent, one-piece geometry and, as will be explained in more detail below, is only supplied by the liquid in the first piston accumulator element poetic. Thanks to this design, the bearings of the second piston accumulator element are also sealed outside the gas space and always via the liquid.
  • the first piston accumulator element and/or the second piston accumulator element is/are cup-shaped or cylindrical.
  • a cup-shaped piston storage element is in particular a vessel that is open at the top and closed on the sides and bottom for holding liquid and/or gas.
  • such a vessel can be cylindrical.
  • the first piston accumulator element and the second piston accumulator element are designed to be rotationally symmetrical.
  • the storage device In order to introduce gas into and discharge gas from the second piston storage element, the storage device has a gas inlet line and a gas outlet line, which open into the storage chamber. Purge lines of the fuel cell device and the electrolysis device converge in the gas inlet line. In this way, the storage device can be used either to store purge gas from the fuel cell device or the electrolysis device.
  • the first piston accumulator element is external in relation to the second piston accumulator element. This means in particular that the side wall of the first piston accumulator element at least partially surrounds the side wall of the second piston accumulator element.
  • a gap in particular a circumferential gap, is formed between an outer surface, in particular the side wall or part of the side wall, of the second piston accumulator element and an inner surface, in particular the side wall or part of the side wall, of the first piston accumulator element. If there is liquid in the first piston accumulator element and the second piston accumulator element is inserted into the first piston accumulator element in the manner described above, there will therefore also be liquid in the gap.
  • the volume of liquid in an internal volume of the second piston accumulator element is in a defined ratio to the volume of liquid in the gap between the first and second piston accumulator elements.
  • the ratio is greater than or equal to 3:1, preferably greater than 5:1.
  • a volume ratio defined in this way also has a significant influence on oscillation/settlement after the purge.
  • the gas inlet line and the gas outlet line end above the defined liquid level for the liquid in the second piston storage element.
  • the mouth, i.e. the end, of the gas inlet line and the gas outlet line protrude above the liquid level or beyond the liquid located in the first piston accumulator element.
  • the stored gas is thus stored in a liquid-free gas space, which is located in particular in the second piston storage element. This means that there is no liquid displacement when the flushing gas is introduced, which reduces the back pressure during flushing. The lower the back pressure, the better the cleaning can be done.
  • reaction-inhibiting media such as nitrogen, water, and the like
  • the design according to the invention creates a counterpressure that hardly increases during the purge, since, for example, the spring constant of a bellows is eliminated and the mouth of the gas inlet line protrudes above the liquid level. There is therefore no displacement of water when the flushing gas is introduced.
  • Reduced back pressure during flushing can make the discharge of reaction-inhibiting media such as nitrogen, water and the like from the fuel cell or electrolysis more effective, shorter and therefore more efficient.
  • the counterpressure is preferably created solely by the weight of the second piston accumulator element.
  • the second piston accumulator element is deflected.
  • the counterpressure created by the deflection, resulting from the weight of the second piston accumulator element and from the dynamic inertia force of the second piston accumulator element, which was initially accelerated during the purging process, must not impair the dynamics of the purging process and the pressure ratio.
  • the deflection of the second piston accumulator element stops, and the flushing gas is released by the weight of the second piston accumulator element after the end of the gas introduction Deflection pushed out again through the gas outlet line.
  • the second piston accumulator element lowers again in the direction of the first piston accumulator element.
  • the storage device is assigned a control device.
  • a control device is in particular the entirety of all components that influence the storage device.
  • the control device can be designed in the form of hardware components or software components, or as a combination thereof.
  • the control device has a processor device in which at least parts of the method according to the invention run according to the third aspect of the invention.
  • the control device preferably has interfaces to various components of the storage device, for example to valve devices and/or sensor devices. Depending on the design, the control device is at least partially part of the storage device.
  • the control device is a component external to the storage device, which is then connected and communicates at least temporarily, for example wirelessly or wired, via the interfaces with the storage device.
  • the control device is a component, or even the control device itself, of an energy system, such as the energy system according to the second aspect of the invention.
  • the purge gas is introduced into the second piston storage element above the liquid level, that is, above the liquid level, in any case, at least briefly, above or above the liquid surface.
  • the gas inlet line preferably has a valve device on the inlet side.
  • This valve device is preferably at least temporarily connected to the control device via an interface.
  • the gas outlet line has a metering device or a throttle element or a diaphragm and/or a filter element on the outlet side.
  • the discharged moist purge gas is prevented from being released into the environment, for example into a system cabinet, without being throttled. Instead, the delivery can be done in doses. Delivery preferably takes place without an actively controlled valve or control.
  • the first piston storage element preferably has a liquid inlet and/or a liquid outlet. This can be a single component or two separate components. In the former case, this interface is used bidirectionally in the first piston accumulator element to fill and empty.
  • a filter element is preferably used.
  • the inventive design of the storage chamber ensures in particular that liquid in the first piston storage element seals the buffer volume created by deflection of the second piston storage element from the environment. Drops of water carried along from the fuel cell device or the electrolysis device are separated here before the purge gas is released through the metering device, the throttle element or the aperture to the outside, for example into a system air stream.
  • the second piston accumulator element is cyclically emptied and refilled to remove any residue or excess liquid.
  • Newly added liquid is preferably cleaned via a filter device, for example an osmosis membrane, in order to exclude limescale deposits, for example.
  • the liquid level is preferably measured via a sensor element, as will be explained in more detail below.
  • the flushing gas for storage does not enter the liquid located in the first piston storage element, but rather into a space above it in which there is no liquid. Aerosols or droplets carried along are discharged by deflection and changing the flow velocity and are preferably separated gravimetrically and/or, if the purge gas is introduced with a tangential component, via centrifugal forces before the purge gas enters the gas outlet line. Delivery is preferably carried out without a valve or control.
  • the gas inlet line and the gas outlet line are guided anti-parallel with respect to the gas flow path.
  • the gas inlet line and the gas outlet line are guided from below through the first piston accumulator element, in particular through its base element, into the second piston accumulator element.
  • the second piston accumulator element has a flat, straight or horizontally extending base element, from which the side wall projects, preferably perpendicularly or vertically, in particular in the direction of the first piston accumulator element, in particular in the direction of the base element of the first piston accumulator element.
  • the base element of the second piston accumulator element can, for example, be curved and, for example, have a dome-like or dome-like configuration. It is also not necessary for the side wall of the second piston accumulator element to project vertically from its base element. It is also conceivable that the side wall protrudes from the base element at an angle, or that the side wall has a curved course.
  • the second piston accumulator element has a first portion which faces a base element of the first piston accumulator element.
  • the second piston accumulator element has a second portion which faces away from the base element of the first piston accumulator element.
  • the first partial area is designed differently than the second partial area, so that the height of the second piston accumulator element changes. It is preferably realized that the volume of the second subregion is smaller than the volume of the first subregion, and/or that the cross-sectional area of the second subregion is smaller than the cross-sectional area of the first subregion.
  • the second piston accumulator element has a step-shaped course in its height extent.
  • the dead volume in which there is no liquid, and into which the purging gas reaches for the purpose of storage, is in the idle state of the storage chamber in which it is not expanded, in particular when the second Piston accumulator element is not deflected is as low as possible.
  • the dead volume can be further reduced. In one embodiment, this dead volume is less than 10% of the total volume of the second piston storage element. In particular, the dead volume is preferably between 0.1 liter and 1 liter.
  • the gas inlet line is in a non-expanded state, that is to say in the rest state, of the storage chamber, in which the second piston storage element is not expanded in relation to the first piston storage element and the gas outlet line in a preferred embodiment immediately in front of the base element of the second piston accumulator element.
  • These preferably end in its second section. This means that the gas inlet line and the gas outlet line end in the idle state just below the floor element at a short distance from the floor element.
  • the distance can vary depending on the design and dimensioning of the piston accumulator elements, in particular the second piston accumulator element, and/or with regard to the quantities of gas to be stored and is preferably in the range of a few millimeters to a few centimeters. In particular, the distance is preferably between 1mm and 5mm. This also keeps the dead volume described above low.
  • the purge gas entering via the gas inlet line above the liquid hits the bottom element of the second piston storage element, which in this case also represents a cover element of the storage chamber.
  • the second piston accumulator element is deflected.
  • the gas is diverted at the base element.
  • the design is very robust and also leads to a saving in installation space.
  • the storage device has a sealing device for sealing the gap against the atmosphere between the first piston storage element and the second piston storage element.
  • a sealing device for sealing the gap against the atmosphere between the first piston storage element and the second piston storage element.
  • the sealing device is/is formed by liquid filled into the first piston accumulator element.
  • This liquid seal is preferably balanced in a special way, for example by providing the volume ratios of liquid described above between the internal volume of the second piston accumulator element and the gap volume between the first and second piston accumulator element.
  • the storage device preferably has an overpressure protection, which is preferably formed by the gap between the first piston storage element and the second piston storage element.
  • This overpressure protection is illustrated using an example.
  • a quantity of purge gas flows into the second piston storage element through the gas inlet line, for example by opening a valve, for approximately 300 ms.
  • a "normal" deflection occurs, in particular of the second piston accumulator element, which is detected, for example, with a sensor element.
  • the valve is closed.
  • the pressure slowly reduces via the gas outlet line.
  • the overpressure protection is a type of automatically acting safety mechanism, for example if the valve does not close or does not close properly and the second piston accumulator element has reached its maximum deflection, or if the second piston accumulator element tilts. In these cases, the gas pressure in the second piston accumulator element increases. This causes the water column to be displaced downwards. The water column in the gap between the first and second piston storage elements naturally increases at the same time. Water and the gas contained therein “bubble” outwards through the open end of the gap. This prevents the storage chamber from bursting.
  • the first piston storage element preferably has a protective outlet in a side wall, below the end of the gas inlet line and the gas outlet line.
  • This protective outlet protects the gas inlet line and the gas outlet line from filling up with liquid in the event of a fault.
  • the height of the protective outlet is preferably between the defined liquid level of liquid and the ends of the gas inlet line and the gas outlet line.
  • a series of sensor elements are preferably provided, which are described in more detail below.
  • the sensor elements at least individual sensor elements, can be connected to the control device via suitable interfaces.
  • the storage device preferably has at least one sensor element for determining the pressure in the gas outlet line.
  • the internal pressure in the storage chamber, in particular in the second piston storage element can be determined in this way.
  • the gas is released from the storage chamber preferably without a valve or control and is throttled to the system air, for example by a diaphragm or another metering device or a throttle element. Between the buffer volume and the aperture there is preferably a pressure measuring point in the form of the sensor element mentioned, which represents the internal pressure of the storage chamber with sufficient accuracy.
  • the storage device preferably has at least one sensor element for determining the position of the second piston storage element.
  • the sensor element is preferably a contactless and/or capacitive sensor element.
  • the height or deflection of the second piston accumulator element can be determined and determined via this sensor element. In particular, the nominal height up to which the second piston accumulator element may be deflected by storing purge gas, or whether the second piston accumulator element has reached this nominal height, can also be determined.
  • the storage device preferably has at least one sensor element for measuring the liquid level in the first piston storage element.
  • a further sensor element can also be provided which measures the liquid height in the gap between the first and second piston accumulator elements.
  • the sensor element(s) is preferably a contactless and/or capacitive sensor. The sensor element is used to determine in particular whether the liquid is in the area of the defined liquid level. Is the recorded one If the liquid level is above or below, the liquid inlet or outlet can be activated in a suitable manner.
  • the first piston accumulator element is axially movable against the second piston accumulator element.
  • the first piston accumulator element is fixed, i.e. immovable, while the second piston accumulator element is movable, i.e. deflectable.
  • the storage device has a guide device, in particular a linear guide device, for the second piston storage element for the axial mobility of the first piston storage element relative to the second piston storage element.
  • a guide device is particularly free-moving, robust and does not lead to any intervention in the overall system. No fixed bearings are required, especially with a linear guide. This leads to the smallest possible transverse forces and prevents the use of flexible materials. This increases the lifespan of the storage device.
  • the second piston storage element slides upwards, preferably linearly, when purge gas is absorbed and preferably triggers a sensor element for determining the position at a defined deflection.
  • the second piston accumulator element is preferably guided by at least one, preferably two plain bearings on a guide rod.
  • the plain bearing is in particular a cylindrical plain bearing.
  • the plain bearing is designed in particular in the form of a self-lubricating plastic bushing.
  • the plain bearing is preferably ultrapure water-resistant, cycle-proof and suitable for the applied load.
  • the guide rod is preferably surrounded by a hollow profile element, for example a tube, in particular a stainless steel tube, which represents the actual guide of the second piston accumulator element, and at each end of which there is a plain bearing.
  • the guide rod runs through the hollow profile element, which is connected to the second piston accumulator element.
  • the hollow profile element slides along the guide rod, whereby the second piston accumulator element is moved, in particular deflected.
  • the guide rod is preferably mounted/fastened in the first piston accumulator element. The guide rod should not penetrate the first piston accumulator element to avoid potential leak points.
  • the storage device has a frame device, which is arranged or formed in particular on the first piston storage element.
  • the frame device serves in particular to support and support the piston accumulator elements and the guide rod of the guide device.
  • the storage device can also be mounted on other components of an energy system, for example in a system cabinet, via the frame device.
  • the guide device, in particular the guide rod of the guide device is part of the frame device.
  • the second piston accumulator element has one or more stabilization element(s), which is/are designed, for example, as a stabilization rib(s).
  • the at least one stabilizing element is preferably arranged or formed on the outside of the base element of the second piston accumulator element and is preferably arranged at one end on the hollow profile element of the guide device or connected to it.
  • the at least one stabilizing element serves in particular to secure the contour of the second piston accumulator element so that it does not deform or tilt. This ensures that the second piston accumulator element is always guided smoothly during its deflection movement.
  • the second piston storage element in particular its base element, is prevented from deforming if the gas pressure inside the storage chamber becomes too high.
  • the second piston accumulator element has at least one activation device for activating or triggering a sensor element as described above for determining the position of the second piston accumulator element.
  • the activation device is designed, for example, in the form of an activation ring which is arranged or formed on the outside of the second piston accumulator element.
  • the storage device has a fastening device by means of which the storage device, in particular its storage chamber, can be fastened to a component of an energy system, for example on/in a system cabinet.
  • the fastening device preferably has a number of different elements.
  • the fastening device can have at least one pin for fixing the position. This preferably projects downwards from the bottom element of the first piston accumulator element.
  • the pen works with a corresponding Receiving opening together into which the pen is inserted. In this way, the storage device is brought into the desired/required position when it is attached.
  • the fastening device preferably has at least one fastening element, by means of which the storage device, in particular the storage chamber, is arranged on an external component, for example on/in a system cabinet, preferably releasably.
  • the fastening element is preferably a fastening bracket, which is made, for example, from sheet metal.
  • the receiving opening for the pin described above can be formed in particular in the fastening element.
  • the storage device, in particular the storage chamber can be attached, preferably releasably, to the at least one fastening element via a fastening clamp or a fastening band.
  • the fastening device makes it possible in a simple manner to fasten the storage device, in particular the storage chamber, and to dismantle it again if necessary, for example if an exchange is necessary.
  • an energy system in particular a building energy system, which has the features of independent patent claim 11.
  • the energy system which is designed in particular as a building energy system, has an electrolysis device, a fuel cell system, optionally a high-pressure storage device or another suitable storage device for hydrogen, in particular a medium-pressure storage device or a metal hydride storage device, and a connecting line device via which the electrolysis device, the fuel cell system and optionally the storage device are connected to each other.
  • the energy system is characterized in that it has at least one storage device for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, according to the first aspect of the invention.
  • gas in particular purge gas discharged during a purging process
  • the storage device is arranged in a first subsystem of the energy system.
  • the storage device is in a, in particular ventilated, preferably arranged in a stationary system cabinet of the energy system.
  • the storage device arranged in a system cabinet is thus protected from weather influences, for example from rain, frost, UV radiation, and the like.
  • a constant volume of air flows through the system cabinet, for example at temperatures between 5°C and a maximum of 70°C.
  • the purge gas temporarily stored in the storage device is preferably introduced into this air volume flow in a controlled manner, so that no undesirable, harmful ignition sources can arise.
  • a method which has the features of independent claim 13.
  • the method is used to absorb and/or temporarily store gas, in particular purge gas discharged during a purge process.
  • the method is carried out using a storage device according to the first aspect of the invention and/or in an energy system according to the second aspect of the invention.
  • the method according to the invention takes place in an expandable storage chamber, which is designed as a piston accumulator, of a storage device.
  • the storage chamber has a first piston storage element designed as a liquid chamber, into which liquid is filled up to a defined liquid level, and a second piston storage element designed as a reciprocating piston element, the piston storage elements being inserted into one another, in particular concentrically, aligned in opposite directions, the piston storage elements being axially movable relative to one another , and wherein the first piston accumulator element is external in relation to the second piston accumulator element and an, in particular circumferential, gap is formed between an outer surface of the second piston accumulator element and an inner surface (82) of the first piston accumulator element.
  • the gas is introduced into the second piston storage element per storage cycle for a defined period of time, for example for a period of less than a second, for example for 300 ms, and/or up to a defined nominal height of the second piston storage element.
  • the nominal height can, for example, be a certain percentage of the maximum volume of the second piston element, for example a volumetric expansion of greater than 50%, for example 60%.
  • the gas is introduced over a certain period of time, for example via a corresponding position of a valve device in the gas inlet line.
  • the valve device is preferably controlled by means of the control device.
  • a sensor element for determining the position of the second piston accumulator element can forward the determined values to the control device via an interface.
  • the gas introduction is controlled solely based on the defined time period via a corresponding position of the valve device. In another embodiment, the gas introduction is controlled solely on the basis of the determined position determination, i.e. deflection, of the second piston accumulator element. In a third embodiment, the gas introduction is controlled based on a combination of the two previously described embodiments. This also allows possible errors to be detected and the valve to be closed if necessary.
  • the duration of the A period of time can be stored for how long gas is introduced into the second piston storage element of the storage device. At the beginning, the valve device is opened using the control device and closed again when the time period is reached.
  • the position values of the second piston accumulator element detected by the sensor device are transmitted to the control device and evaluated there. Once a specified position value is reached, the valve for gas introduction is closed again. The control device generates suitable commands that are transmitted to the valve device and based on which the valve device is opened and closed again.
  • the deflection stops and the gas in the second piston storage element is discharged via the gas outlet line, which ends above the liquid level for the liquid in the second piston storage element, preferably solely by means of the weight of the second Piston storage element, discharged from the second piston storage element. This means that the weight of the second piston storage element pushes the purge gas outwards, for example into a system air flow, preferably through a defined aperture.
  • the gas when the gas is introduced into the second piston accumulator element with the effects described in the context of the first aspect of the invention, it is directed against a base element of the second piston accumulator element and is deflected from there before it enters the gas outlet line and is derived from there from the second piston accumulator element.
  • the gas flow from the gas outlet line is adjusted by means of a metering device or a throttle element or an orifice, and/or the gas flow is filtered from the gas outlet line by means of a filter element, which is described in detail in connection with the first aspect of the invention.
  • a filter element which is described in detail in connection with the first aspect of the invention.
  • a series of sensor elements are preferably provided, the structure and functioning of which are explained in connection with the first aspect of the invention.
  • the sensor elements preferably have suitable interfaces by means of which the measured values are transmitted to a sour device, for example a safety control device.
  • the present invention relates to a storage device for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, the storage device being used in an energy system.
  • the energy system is in particular a building energy system.
  • the energy system 10 initially has a first subsystem 11, which is designed as an internal system. This means that the first subsystem 11 is located inside the building. The individual components of the first subsystem 11 are housed in a system cabinet 12 in the example shown.
  • the energy system 10 has a second subsystem 13 in the form of an external system. This means that the second subsystem 13 is located outside the building.
  • the first subsystem 11 has an electrolysis device 14 for producing hydrogen.
  • the first subsystem 11 has a fuel cell device 15.
  • the second subsystem 13 also has a high-pressure storage device 21.
  • the hydrogen produced in the electrolysis device 14 is stored in the high-pressure storage device 21 at up to 700 bar.
  • the second subsystem 13 has a medium-pressure storage device 22 in which the hydrogen produced is temporarily stored at pressures between 20 and 60 bar before it is finally stored from there in the high-pressure storage device 21.
  • the individual components of the energy system 10 are connected to one another via a connecting line device 16, which consists of a number of different line sections. Individual line sections are designed as so-called bidirectional line sections.
  • the hydrogen produced in the electrolysis device 14 leaves the electrolysis device 14 via a line section of the connecting line device 16, in which, in the flow direction of the hydrogen produced, there is, for example, a check valve device 17 and subsequently a filter device 18 and a dryer device 19, in which the hydrogen produced is filtered and dried .
  • the filter device 18 and the dryer device 19 can alternatively also be located in the second subsystem 13.
  • the hydrogen generated flows via further line sections of the connecting line device 16 to a further check valve device 25 in the second subsystem 13. From there, the hydrogen generated reaches the medium-pressure storage device 22, which via a valve device 23, which is in particular as a check valve, for example in the form a solenoid valve, is formed, is connected to the connecting line device 17.
  • a compressor device 24, in particular in the form of a piston compressor, is located in the connecting line device 16 in front of the high-pressure storage device 21.
  • the hydrogen temporarily stored in the medium-pressure storage device 22 is stored in the high-pressure storage device 22 by actuating the compressor device 24.
  • This production process of the hydrogen up to its storage in the high-pressure storage device 21 represents a first mode of operation of the energy system 10.
  • this first mode of operation of the energy system 10 there is a pressure of 20 to 60 bar in the connecting line device 16.
  • a pressure also exists in the medium-pressure storage device 22.
  • the hydrogen removed from the medium-pressure storage device 22, which is an intermediate storage device, is compressed via the compressor device 24 to such an extent that it is stored in the high-pressure storage device 21 at pressures of up to 700 bar can be.
  • the hydrogen stored in the high-pressure storage device 21 is used to operate the fuel cell device 15.
  • the operation of the fuel cell device 15 takes place in the second operating mode of the energy system 10.
  • the fuel cell device 15 can only work at pressures of less than 20 bar.
  • the hydrogen is removed from the high-pressure storage device 21 and expanded via an expansion device 26 in the form of a pressure reducer before it enters the fuel cell device 15.
  • At least one pressure measuring device 20, for example in the form of a pressure sensor, is provided.
  • Energy system 10 shown represents a subarea of an overall building energy system, which is an electrically self-sufficient multi-hybrid building energy storage system based entirely on renewable energies.
  • the multihybrid building energy storage system makes it possible to distribute the electrical energy generated by a photovoltaic (PV) system, a small wind turbine or the like over the entire year based on demand.
  • PV photovoltaic
  • the system acts as an island system independent of the electrical network. Rather, the system is intended to ensure the building's electrical self-sufficiency, so that no electrical energy has to be drawn from the power grid throughout the year.
  • the primary task of the building energy system is to make the electrical energy obtained from photovoltaic (PV) modules or the like available to the consumer in the building.
  • PV photovoltaic
  • excess electrical energy can be temporarily stored in a short-term battery storage system during times of low load or high irradiation.
  • the electrical energy can be stored in gaseous form in long-term hydrogen storage Hydrogen can be stored in the medium to long term for periods of low radiation such as night, winter or the like and made available again at any time as needed using fuel cells.
  • the system In addition to energy-related tasks, the system also functions as controlled living space ventilation using a built-in ventilation device.
  • the hydrogen produced in the electrolysis device flows via the hydrogen line into the pressure storage system installed outside.
  • the fuel cell device can cover the additional electrical energy requirements.
  • the hydrogen flows via the hydrogen line from the pressure storage system to the fuel cell device.
  • the second subsystem is in principle intended for operation outdoors, but under certain conditions can also be installed and operated within a specific area of the house.
  • the electrolysis device 14 and the fuel cell device 15 are flushed regularly, with the fuel cell device 15 being flushed in particular on the anode side and the electrolysis device 14 in particular on the cathode side. Flushing is particularly necessary in order to remove unwanted foreign gas components, as well as liquid water that accumulates locally in the cell structures, which can negatively influence the performance and service life of the fuel cell device 15 and/or the electrolysis device 14, at regular intervals or depending on the operating conditions.
  • Rinsing is carried out with the help of a rinsing system.
  • the moist purging gas discharged during the purging process which is also referred to as purge gas, must not be easily released to the outside, for example into the system cabinet 12, in particular not without being throttled, since otherwise an explosive zone can form.
  • the discharged purge gas is collected in a storage device 40.
  • the storage device 40 which is an expandable storage device 40 with an expandable storage chamber 41 in the form of a piston accumulator, is connected to the electrolysis device 14 via a first line section 27 and to the fuel cell device 15 via a second line section 28.
  • the storage device 40 can optionally be used for temporarily storing purge gas from the electrolysis device 14 and the fuel cell device 15. From the storage device 40, the temporarily stored purge gas can then be given in a controlled manner into the system air flow 29, for example into the system cabinet 12 or outside.
  • the Figures 2 to 8 relate to a first embodiment of the storage device 40, while the Figures 9 and 10 a second embodiment of the storage device 40 relate.
  • the general structure of the memory device 40 according to the first exemplary embodiment will first be described.
  • the Figures 3 to 5 show a first operating state of the storage device 40, which is a rest state in which the storage device 40 is not expanded.
  • the Figures 6 to 8 show a second, operational operating state of the storage device 40, in which the storage device 40 is expanded.
  • the storage device 40 has an expandable storage chamber 41 designed as a piston accumulator.
  • the storage chamber 41 initially has a cylindrical or cup-shaped first piston storage element 42, consisting of a base element 43 and a side wall 44 projecting from it.
  • the base element 43 and side wall 44 delimit Receiving volume 45, in which liquid 46 in the form of water is filled up to a defined liquid level 47. If necessary, liquid 46 can be admitted into or drained from the first piston accumulator element 42 via a liquid inlet/liquid outlet 63, which is used bidirectionally in the example shown.
  • the level of liquid 46 in the first piston accumulator element 42 is measured via a sensor element 61 for measuring the level.
  • the storage chamber 41 has a second piston storage element 48 in the form of a reciprocating piston, which also has a base element 49 and a side wall 50.
  • the second piston accumulator element 48 is also cylindrical or cup-shaped. Both the first piston accumulator element 42 and the second piston accumulator element 48 are open at their free ends of the side walls 45, 50, which lie opposite the respective base elements 43, 49, these openings facing one another.
  • the two piston accumulator elements 42, 48 are monolithic and are concentrically and rotationally symmetrically aligned in opposite directions, inserted into one another and axially movable relative to one another.
  • the second piston accumulator element 48 is stepped in its height orientation and consists of a first, lower subregion 51 and a second, adjoining upper subregion 52, the first subregion 51 being larger in cross-sectional area than the second subregion 52.
  • the floor element 49 has a corresponding, also step-shaped course.
  • the gas to be stored is introduced into the second piston storage element 42 and stored there via a gas inlet line 54, which is guided through the base element 43 of the first piston storage element 42 into the second piston storage element 48. It is provided that the upper end 55 of the gas inlet line ends above the defined liquid level 47, and thus in an area above the liquid 46, in the second piston accumulator element 48. The upper end 55 of the gas inlet line 54 is located in the immediate vicinity of the base element 49 of the second Piston storage element 48. In a similar manner, a gas outlet line 56 is also provided, via which the stored gas can be removed again from the storage chamber 41, in particular from the second piston storage element 48.
  • the gas outlet line 56 is also guided through the base element 43 of the first piston accumulator element 42 into the second piston accumulator element 48.
  • the upper end 57 of the gas outlet line 56 ends above the defined liquid level 47, and thus in an area above the liquid 46, in the second piston accumulator element 48.
  • the upper end 57 of the gas outlet line 56 is located in the immediate vicinity of the base element 49 of the second piston accumulator element 48.
  • the storage chamber 41 has a sealing device 58.
  • This sealing device 58 is formed in a structurally simple manner by the gap 53 or by liquid 46 located in the gap 53.
  • the gap 53 also takes on the function of an overpressure protection 59. This overpressure protection and its functionality are explained in connection with the second exemplary embodiment according to Figures 9 and 10 described in detail, but is also valid in an analogous manner for the first exemplary embodiment described here.
  • the first piston storage element 42 has a protective outlet 60 below the end 55, 57 of the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56.
  • This protective outlet 60 protects the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56 from filling up with liquid 46 in the event of a fault.
  • the height of the protective outlet 60 lies between the defined liquid level 47 on liquid 46 and the ends 55, 57 of the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56 .
  • the first piston accumulator element 42 is fixed, that is to say immovable, while the second piston accumulator element 48 is movable, that is to say it can be deflected.
  • the storage device 40 has a guide device 65 for the axial mobility of the second piston storage element 48 on, which is designed in the form of a linear guide.
  • the second piston storage element 48 slides upwards, preferably linearly, when purge gas is absorbed and preferably triggers a sensor element 62 for determining the position at a defined deflection.
  • the second piston accumulator element 48 is guided on a guide rod 76 by two plain bearings 75.
  • the guide rod 76 is surrounded by a hollow profile element 66 in the form of a guide tube, which represents the actual guide of the second piston accumulator element 48, and at the ends of which the sliding bearings 75 are located.
  • the guide rod 76 runs through the hollow profile element 66, which is connected to the second piston accumulator element 48.
  • the hollow profile element 66 slides along the guide rod 76, whereby the second piston accumulator element 48 is moved, in particular deflected.
  • the guide rod 76 is stored/fastened in the first piston accumulator element 42.
  • the storage device 40 has a frame device 64 which is arranged on the first piston storage element 42.
  • the frame device 64 serves to support and store the piston accumulator elements and the guide rod 76 of the guide device 65.
  • the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56 end above the defined liquid level 47 for the liquid 46 in the second piston storage element 48.
  • the stored gas is thus stored in a liquid-free gas space, which is located in the second piston storage element 48.
  • Gas above the defined liquid level 47 is introduced into the second piston storage element 48 via the gas inlet line 54.
  • the operation of the fuel cell device 15 and the electrolysis device 14 requires cyclic flushing or cleaning of the reactive surfaces of, among other things, nitrogen and water, for example through a pressure surge.
  • a respective purge valve against the atmosphere is preferably opened briefly.
  • the resulting pressure difference across the purge valve generates a volume flow that discharges reaction-inhibiting substances and transports them into the expandable storage chamber 41, which is preferably used dual by the fuel cell device 15 and the electrolysis device 14.
  • the second piston accumulator element 48 is deflected by means of the guide device 65, preferably up to a defined nominal height or nominal deflection, which is detected via the sensor element 62.
  • the gas is introduced into the second piston storage element 48 for a defined period of time, for example for 300 ms, and/or up to a defined nominal height of the second piston storage element 48 per storage cycle.
  • the deflection stops and the gas located in the second piston accumulator element 48 is discharged from the second piston accumulator element 48 via the gas outlet line 56, preferably solely by means of the weight of the second piston accumulator element. This means that the weight of the second piston storage element 48 pushes the stored purge gas outwards, for example into a system air flow.
  • a first operating state of the storage device 40 is shown, in which the storage chamber 41 is not expanded.
  • a second operating state of the storage device 40 is shown, in which the storage chamber 41 is expanded due to the stored gas.
  • the second piston accumulator element 48 has a series of stabilizing elements 69 in the form of stabilizing ribs on its outside of the base element 49. Furthermore, the second piston accumulator element 48 has an activation device 74 in the form of an activation ring for activating or triggering the sensor element 62 for determining the position of the second piston accumulator element 48.
  • the storage device 40 also has a fastening device 70, by means of which the storage device 40, in particular its storage chamber 41, can be attached to a component of an energy system 10, for example on/in a system cabinet.
  • the fastening device 70 preferably has a number of different elements.
  • the fastening device can have at least one pin 71 for fixing the position. This projects downwards from the bottom element 43 of the first piston accumulator element 42.
  • the Fastening device 70 has at least one fastening element 72 in the form of a fastening bracket, by means of which the storage device 40, in particular the storage chamber 41, is arranged on an external component, for example on/in a system cabinet, preferably releasably.
  • the storage device 40, in particular the storage chamber 41 is releasably attached to the at least one fastening element 72 via a fastening clamp 73.
  • a second exemplary embodiment of the storage device 40 is shown.
  • the storage device 40 of the second exemplary embodiment corresponds to the storage device of the first exemplary embodiment, so that identical components are provided with identical reference numerals.
  • the disclosure of the first exemplary embodiment can also be applied to the disclosure of the second exemplary embodiment, and vice versa.
  • Some features of the storage device 40 and their functionality are either only explained in connection with the first or second exemplary embodiment, but are also applicable to the other exemplary embodiment.
  • the two exemplary embodiments differ in that the second piston accumulator element 48 is each designed differently.
  • the second piston accumulator element 48 is designed in a step-shaped manner, consisting of two different partial areas 51, 52, with a correspondingly step-shaped base element 49.
  • the second piston accumulator element 48 has a flat, horizontally oriented base element 49 and a side wall 50 projecting vertically therefrom.
  • some features presented in the Figures 2 to 8 are not explicitly shown, but can also be applied in an analogous manner to the first exemplary embodiment.
  • the storage device 40 also has an expandable storage chamber 41 designed as a piston accumulator.
  • the storage chamber 41 has a cylindrical or cup-shaped first piston storage element 42, consisting of a base element 43 and a side wall 44 projecting from it. Base element 43 and side wall 44 delimit a receiving volume 45 in which up to a defined liquid level 47 liquid 46 in the form of water is filled. If necessary, liquid 46 can be fed into the first via a liquid inlet/liquid outlet 63, which is used bidirectionally in the example shown Piston storage element 42 can be inserted or drained from it. The level of liquid 46 in the first piston accumulator element 42 is measured via a sensor element 61 for measuring the level.
  • the storage chamber 41 has a second piston storage element 48 in the form of a reciprocating piston element, which also has a base element 49 and a side wall 50.
  • the second piston accumulator element 48 is also cylindrical or cup-shaped.
  • the second piston storage element 48 has a gas volume 48a, that is to say a useful volume, of less than or equal to ten liters.
  • Both the first piston accumulator element 42 and the second piston accumulator element 48 are open at their free ends of the side walls 45, 50, which lie opposite the respective base elements 43, 49, these openings facing each other.
  • the two piston accumulator elements 42, 48 are monolithic and are concentrically and rotationally symmetrically aligned in opposite directions, inserted into one another and axially movable relative to one another.
  • annularly circumferential gap 53 Between an outer surface 81 of the second piston accumulator element 48 and an inner surface 82 of the first piston accumulator element 42 there is an annularly circumferential gap 53, which is also filled with liquid 46.
  • the ratio of the volume of liquid 46 in an internal volume 67 of the second piston accumulator element 48 and the volume 68 of liquid 46 in the gap 53 between the first and second piston accumulator elements 42, 48 is preferably greater than 5:1.
  • the gas to be stored is introduced into the second piston storage element 42 and stored there via a gas inlet line 54, which is guided through the base element 43 of the first piston storage element 42 into the second piston storage element 48. It is provided that the upper end 55 of the gas inlet line ends above the defined liquid level 47, and thus in an area above the liquid 46, in the second piston accumulator element 48. The upper end 55 of the gas inlet line 54 is located in the immediate vicinity of the base element 49 of the second piston storage element 48. When the storage chamber 41 is in the unexpanded state, the upper end 55 of the gas inlet line 54 is closed with a closure element 79 located on the base element 49.
  • a gas outlet line 56 is also provided, via which the stored gas can be removed again from the storage chamber 41, in particular from the second piston storage element 48.
  • the gas outlet line 56 is also guided through the base element 43 of the first piston accumulator element 42 into the second piston accumulator element 48.
  • the upper end 57 of the gas outlet line 56 ends above the defined liquid level 47, and thus in an area above the liquid 46, in the second piston accumulator element 48.
  • the upper end 57 of the gas outlet line 56 is located in the immediate vicinity of the base element 49 of the second piston accumulator element 48.
  • an aperture 80 is provided on the outlet side of the gas outlet line 56.
  • the gas pressure inside the storage chamber 41 is measured by means of a pressure sensor element 77, which is also arranged in the goose output line 56.
  • the storage chamber 41 has a sealing device 58.
  • This sealing device 58 is in turn formed by the gap 53 or by liquid 46 located in the gap 53.
  • the gap 53 also takes on the function of an overpressure protection 59.
  • This overpressure protection 59 functions as follows: For example, a quantity of purging gas flows through the gas inlet line 54, for example by opening a valve (not shown), into the second piston accumulator element 48, for approximately 300 ms . During proper operation, a "normal" deflection occurs, in particular of the second piston accumulator element 48, which is detected, for example, with a sensor element (not shown).
  • the valve is closed.
  • the pressure slowly reduces via the gas outlet line 56.
  • the overpressure protection 59 is a kind of emergency solution, for example if the valve does not close or does not close properly and the second piston accumulator element 48 has reached its maximum deflection, or if the second piston accumulator element 48 tilts. In these cases, the gas pressure in the second piston storage element 48 increases. This causes the water column to be displaced downwards. The water column in the gap 53 between the first 42 and second 48 piston storage element naturally increases at the same time. Water and the gas contained therein thus “bubble” outwards via the open end 83 of the gap 53. This prevents the storage chamber 41 from bursting.
  • the first piston storage element 42 has a protective outlet 60 below the end 55, 57 of the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56.
  • the first piston accumulator element 42 is fixed, that is to say immovable, while the second piston accumulator element 48 is movable, that is to say deflectable.
  • the accumulator device 40 has a guide device 65, which is designed in the form of a linear guide.
  • the second piston storage element 48 slides upwards, preferably linearly, when purge gas is absorbed and preferably triggers a sensor element 62 for determining the position at a defined deflection.
  • the second piston accumulator element 48 is guided by two plain bearings 75 on a guide rod 76.
  • the guide rod 76 is surrounded by a hollow profile element 66 in the form of a guide tube, which represents the actual guide of the second piston accumulator element 48, and at the ends of which the sliding bearings 75 are located.
  • the guide rod 76 runs through the hollow profile element 66, which is connected to the second piston accumulator element 48.
  • the hollow profile element 66 slides along the guide rod 76, whereby the second piston accumulator element 48 is moved, in particular deflected.
  • the guide rod 76 is stored/fastened in the first piston accumulator element 42.
  • the guide device 65 is sealed at the top by a sealing element 78.
  • control device 85 Associated with the storage device 10 is a control device 85, which is connected to other components of the storage device 10 via suitable interfaces.
  • control device 85 is connected via an interface 84a to a valve device 84 in the gas inlet line 54, and via an interface 62a to the sensor element 62 for determining the position of the second piston accumulator element 48.
  • Such a design can also be used in the Figures 2 to 8 illustrated embodiment can be realized.
  • the storage device 40 is described below: Initially, the storage chamber 41 is in the unexpanded state, which is in Figure 9 is shown. Via the gas inlet line 54, which is in the second piston accumulator element 48 ends, gas above the defined liquid level 47 for the liquid 46 is introduced into the second piston accumulator element 48 by opening the valve device 84.
  • the second piston accumulator element is displaced axially against the first piston accumulator element, which in Figure 10 is shown.
  • the second piston accumulator element 48 is deflected by means of the guide device 65, preferably up to a defined nominal height or nominal deflection, which is detected by the sensor element 62.
  • the deflection stops and the gas located in the second piston accumulator element 48 is discharged via the gas outlet line 56, which ends above the liquid level 47 for the liquid 46 in the second piston accumulator element 56, preferably solely by means of the weight of the second piston accumulator element 48 the second piston accumulator element 48 is discharged.
  • the weight of the second piston storage element 48 pushes the purge gas, preferably through the aperture 80, outwards, for example into a system air flow.
  • the gas when the gas is introduced into the second piston accumulator element 48, it is directed against the base element 49 of the second piston accumulator element 48 and is deflected from there before it enters the gas outlet line 56 and is derived from there from the second piston accumulator element 48.
  • the gas is introduced into the second piston storage element 48 for a defined period of time per storage cycle, for example for a period of less than a second, for example for 300 ms, and/or up to a defined nominal height of the second piston storage element 48.
  • the gas is introduced over a certain period of time via a corresponding position of a valve device 84 in the gas inlet line 54.
  • the valve device 84 is controlled by means of the control device 85 via the interface 84a.
  • the sensor element 62 forwards the determined values to the control device 85 via the interface 62a to determine the position of the second piston accumulator element 48.
  • the valve device 84 is opened by means of the control device 85 and closed again when the time period has been reached.
  • the position values of the second piston accumulator element 48 detected by the sensor device 62 are transmitted to the control device 85 and evaluated there.
  • the control device 85 generates suitable commands that are sent to the Valve device 84 are transmitted, and due to which the valve device 84 is opened and closed again.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem eine Speichervorrichtung (40) zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas, aufweisend eine expandierbare Speicherkammer (41), welche als Kolbenspeicher ausgebildet ist, mit einem als Flüssigkeitskammer ausgebildeten ersten Kolbenspeicherelement (42), in welches bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel (47) Flüssigkeit (46) einfüllbar ist oder in welches bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel (47) Flüssigkeit (46) eingefüllt ist, mit einem als Hubkolbenelement ausgebildeten zweiten Kolbenspeicherelement (48), wobei die Kolbenspeicherelemente (42, 48), insbesondere konzentrisch, gegensinnig ausgerichtet ineinander gestülpt sind, wobei die Kolbenspeicherelemente (42, 48) gegeneinander axial beweglich sind, und mit einer Gaseingangsleitung (54) und mit einer Gasausgangsleitung (56). Um das gespeicherte Gas insbesondere kontrolliert nach außen abgeben zu können, ist das erste Kolbenspeicherelement (42) in Bezug auf das zweite Kolbenspeicherelement (48) außenliegend und zwischen einer Außenfläche (81) des zweiten Kolbenspeicherelements (48) und einer Innenfläche (82) des ersten Kolbenspeicherelements (42) ein, insbesondere umlaufender, Spalt (53) ausgebildet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Gaseingangsleitung (54) und die Gasausgangsleitung (56) oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels (47) für die Flüssigkeit (46) in dem zweiten Kolbenspeicherelement (48) enden (55, 57).The present invention relates, among other things, to a storage device (40) for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, comprising an expandable storage chamber (41), which is designed as a piston accumulator, with a first piston storage element designed as a liquid chamber ( 42), into which liquid (46) can be filled up to a defined liquid level (47) or into which liquid (46) is filled up to a defined liquid level (47), with a second piston accumulator element (48) designed as a reciprocating piston element, the Piston storage elements (42, 48), in particular concentric, are placed inside one another in opposite directions, the piston storage elements (42, 48) being axially movable relative to one another, and with a gas inlet line (54) and with a gas outlet line (56). In order to be able to release the stored gas to the outside in a particularly controlled manner, the first piston storage element (42) is located on the outside in relation to the second piston storage element (48) and between an outer surface (81) of the second piston storage element (48) and an inner surface (82) of the first Piston storage element (42) is formed with a, in particular circumferential, gap (53). Furthermore, it is provided that the gas inlet line (54) and the gas outlet line (56) end (55, 57) above the defined liquid level (47) for the liquid (46) in the second piston storage element (48).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Speichervorrichtung zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Energiesystem, insbesondere ein Gebäudeenergiesystem, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 11, sowie ein Verfahren zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 13.The present invention firstly relates to a storage device for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to an energy system, in particular a building energy system, according to the preamble of patent claim 11, as well a method for absorbing and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purge process, according to the preamble of patent claim 13.

Energiesysteme der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik bereits auf vielfältige Weise bekannt. Mit derartigen Systemen wird üblicherweise Energie für verschiedenste Anwendungsgebiete erzeugt und bereitgestellt.Energy systems of the generic type are already known in many ways in the prior art. Such systems usually generate and provide energy for a wide variety of application areas.

Bei einer bekannten Art solcher Energiesysteme wird elektrische Energie zur Speicherung in chemische Energie umgewandelt. Als Energieträger bietet sich beispielsweise Wasserstoff an. Der Wasserstoff wird beispielsweise in einer Elektrolyseeinrichtung erzeugt und in einer Speichereinrichtung gespeichert. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine erste Betriebsweise des Energiesystems. Während des Betriebs des Energiesystems wird der Wasserstoff aus der Speichereinrichtung ausgespeichert und in einer Energiesenkeneinrichtung verbraucht. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine zweite Betriebsweise des Energiesystems. Bei einer solchen Energiesenkeneinrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Brennstoffzelleneinrichtung. Üblicherweise sind die vorbeschriebenen Komponenten des Energiesystems räumlich voneinander getrennt und über eine Verbindungsleitungseinrichtung miteinander verbunden. Beide vorgenannten Betriebsweisen bedürfen üblicherweise eines unterschiedlichen Druckniveaus. Während in der ersten Betriebsweise mit der Elektrolyse, beispielsweise als Ausgangssituation für eine Speicherung bei erhöhtem Druck, Drücke von 20 bis 60 bar vorherrschen, sind für den Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung in der zweiten Betriebsweise Drücke von kleiner 20 bar vorteilhaft.In a known type of such energy system, electrical energy is converted into chemical energy for storage. Hydrogen, for example, can be used as an energy source. The hydrogen is produced, for example, in an electrolysis device and stored in a storage device. This is, for example, a first mode of operation of the energy system. During operation of the energy system, the hydrogen is removed from the storage device and consumed in an energy sink device. This is, for example, a second mode of operation of the energy system. Such an energy sink device is, for example, a fuel cell device. The above-described components of the energy system are usually spatially separated from one another and connected to one another via a connecting line device. Both of the aforementioned operating modes usually require different pressure levels. While pressures of 20 to 60 bar prevail in the first operating mode with electrolysis, for example as a starting situation for storage at increased pressure, pressures of less than 20 bar are advantageous for operating the fuel cell device in the second operating mode.

Im Rahmen des Betriebs eines solchen Energiesystems ist es erforderlich, die Brennstoffzelleneinrichtung, insbesondere auf deren Anodenseite und/oder die Elektrolyseeinrichtung, insbesondere auf deren Kathodenseite, regelmäßig zu spülen. Ein Spülen, das im Folgenden synonym auch als "Purgen" bezeichnet wird, ist insbesondere erforderlich, um unerwünschte Fremdgasanteile, sowie sich lokal in den Zellstrukturen ansammelndes flüssiges Wasser, die die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der Brennstoffzelleneinrichtung und/oder der Elektrolyseeinrichtung negativ beeinflussen können, in regelmäßigen Abständen oder abhängig von den Betriebszuständen abzuführen. Das Spülen erfolgt unter Zuhilfenahme eines geeigneten Spülsystems.As part of the operation of such an energy system, it is necessary to regularly flush the fuel cell device, in particular on its anode side, and/or the electrolysis device, in particular on its cathode side. Flushing, which is also referred to as “purging” in the following, is particularly necessary to remove unwanted foreign gas components and liquid water that accumulates locally in the cell structures, which can negatively influence the performance and lifespan of the fuel cell device and/or the electrolysis device. to be dissipated at regular intervals or depending on the operating conditions. Rinsing is carried out using a suitable rinsing system.

Ein bekanntes Spülsystem, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist in der EP 3 380 652 B1 der Anmelderin offenbart und beschrieben. Bei dieser bekannten Lösung wird während des Spülvorgangs ein mit Wasserstoff beladener Spülgasvolumenstrom erzeugt und in einer Speicherkammer zunächst gespeichert. Die Speicherkammer dient dabei als Pufferspeicher beziehungsweise als Zwischenspeicher. Aus der Speicherkammer wird der mit Wasserstoff beladene Spülgasvolumenstrom anschießend als Ablassvolumenstrom über eine Ausströmeinrichtung an die Umgebung abgegeben. Bei der Speicherkammer handelt es sich um eine expandierbare Speicherkammer, welche als Kolbenspeicher ausgebildet ist. Diese Speicherkammer weist ein als Flüssigkeitskammer ausgebildetes erstes Kolbenspeicherelement auf, in welches Flüssigkeit eingefüllt ist. Weiterhin weist die Speicherkammer ein als Hubkolbenelement ausgebildetes zweites Kolbenspeicherelement auf, wobei die Kolbenspeicherelemente gegensinnig ausgerichtet ineinander gestülpt sind, und wobei die Kolbenspeicherelemente gegeneinander axial beweglich sind. Das erste Kolbenspeicherelement ist in Bezug auf das zweite Kolbenspeicherelement außenliegend. Weiterhin verfügt die Speicherkammer über eine Gaseingangsleitung und eine Gasausgangsleitung.A known flushing system on which the present invention is based is in the EP 3 380 652 B1 disclosed and described by the applicant. In this known solution, a flushing gas volume flow loaded with hydrogen is generated during the flushing process and initially stored in a storage chamber. The storage chamber serves as a buffer storage or as a temporary storage. From the storage chamber, the purge gas volume flow loaded with hydrogen is then released into the environment as a discharge volume flow via an outflow device. The storage chamber is an expandable storage chamber, which is designed as a piston accumulator. This storage chamber has a first piston storage element designed as a liquid chamber, into which liquid is filled. Furthermore, the storage chamber has a second piston storage element designed as a reciprocating piston element, the piston storage elements being inserted into one another in opposite directions, and the piston storage elements being axially movable relative to one another. The first piston accumulator element is external to the second piston accumulator element. The storage chamber also has a gas inlet line and a gas outlet line.

Der während des Spülvorgangs ausgetragene Spülgasvolumenstrom darf nicht unkontrolliert nach außen abgegeben werden, da sich ansonsten eine explosionsfähige Zone bilden kann. Deshalb ist es erforderlich, dass das in der Speicherkammer zwischengespeicherte Gas, bei dem es sich um Spülgas beziehungsweise "Purgegas" handelt, kontrolliert nach außen abgegeben wird.The purging gas volume flow discharged during the purging process must not be released to the outside in an uncontrolled manner, otherwise an explosive zone can form. It is therefore necessary that the gas temporarily stored in the storage chamber, which is purge gas or "purge gas", is released to the outside in a controlled manner.

Speichervorrichtungen zum Speichern von Gas sind in anderer Form auch auf dem Gebiet der großtechnischen Anlagen bekannt. Hier dienen die Speichereinrichtungen als Gasspeicher zur Speicherung großer Mengen an Gas, bis hin zu 100.000 m3. Derartige Großgasspeicher werden häufig auch als Gasometer bezeichnet. Aus Sicherheitsgründen wird das Gas bei Normaldruck oder bei Drücken kleiner oder gleich dem Atmosphärendruck gespeichert. Ein solcher Gasgroßspeicher ist beispielsweise in der US 1894,536 B beschrieben. Dieser bekannte Gasspeicher ist ebenfalls als Kolbenspeicher ausgebildet, bestehend aus einem ersten, statischen Kolbenspeicherelement und einem zweiten beweglichen Hubkolbenspeicherelement, wobei die Kolbenspeicherelemente gegensinnig ausgerichtet ineinander gestülpt sind, und wobei die Kolbenspeicherelemente gegeneinander axial beweglich sind. Um den Gasgroßspeicher bei Normaldruck überhaupt betreiben zu können, weist das Hubkolbenelement eine Unterstützung auf, damit dieses überhaupt bewegt werden kann. Bei dieser Unterstützung handelt es sich um an Seilen befestigte Gewichte. Mittels Umlenkrollen sind die Gewischte derart an dem beweglichen Hubkolbenelement befestigt, dass sich die Gewichte aufgrund der Gewichtskraft in Richtung des Behälterbodens des ersten Kolbenspeicherelements bewegen, wodurch das bewegliche Hubkolbenelement angehoben wird und sich nach oben bewegt.Storage devices for storing gas are also known in a different form in the field of large-scale industrial systems. Here the storage facilities serve as gas storage facilities for storing large quantities of gas, up to 100,000 m 3 . Such large gas storage facilities are often referred to as gasometers. For safety reasons, the gas is stored at normal pressure or at pressures less than or equal to atmospheric pressure. Such a large gas storage facility is, for example, in the US 1894,536 B described. This known gas accumulator is also designed as a piston accumulator, consisting of a first, static piston accumulator element and a second movable reciprocating piston accumulator element, the piston accumulator elements being inserted into one another in opposite directions, and the piston accumulator elements being axially movable relative to one another. In order to be able to operate the large gas storage tank at normal pressure, the reciprocating piston element has support so that it can be moved at all. This support consists of weights attached to ropes. By means of deflection rollers, the wipers are attached to the movable reciprocating piston element in such a way that the weights move in the direction of the container bottom of the first piston storage element due to the weight force, whereby the movable reciprocating piston element is lifted and moves upwards.

Demgegenüber handelt es sich bei der in der EP 3 380 652 B1 beschriebenen Speichervorrichtung, ebenso wie bei der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung um eine kleintechnische Anlage. Die Prinzipien, die bei großtechnischen Anlagen gelten, lassen sich jedoch nicht ohne Weiters auf solche kleintechnischen Anlagen übertragen. Denn die Größen der Komponenten, ebenso wie die Mengen an gespeichertem Gas sind bei kleintechnischen Anlagen sehr viel geringer als bei den großtechnischen Anlagen, so dass hier ganz andere physikalische Zusammenhänge und Anforderungen herrschen.In contrast, the one in the EP 3 380 652 B1 The storage device described, as well as the storage device according to the invention, is a small-scale system. However, the principles that apply to large-scale systems cannot easily be transferred to such small-scale systems. The sizes of the components, as well as the amounts of stored gas, are much smaller in small-scale systems than in large-scale systems, so that completely different physical relationships and requirements prevail here.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für die Zwecke einer kontrollierten Abgabe von Gas eine gattungsgemäße Speichervorrichtung, die insbesondere für ein Energiesystem, das heißt eine kleintechnische Anlage konzipiert ist, durch konstruktiv einfache und kostengünstige Maßnahmen weiter vorteilhaft zu modifizieren und zu optimieren.The present invention is therefore based on the object of further advantageously modifying and optimizing a generic storage device, which is designed in particular for an energy system, i.e. a small-scale system, for the purposes of a controlled release of gas, by means of structurally simple and cost-effective measures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Speichervorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, welche den ersten Aspekt der Erfindung darstellt, durch das Energiesystem mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11, welches den zweiten Aspekt der Erfindung darstellt, und durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 13, welches den dritten Aspekt der Erfindung darstellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Beschreibung sowie aus den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem ersten Erfindungsaspekt offenbart sind, vollumfänglich auch im Zusammenhang mit dem zweiten und dritten Erfindungsaspekt, und jeweils umgekehrt, so dass hinsichtlich der Offenbarung eines der Erfindungsaspekte stets vollinhaltlich auch Bezug auf die jeweils anderen Erfindungsaspekte genommen und auf diese verwiesen wird.This object is achieved according to the invention by the storage device with the features according to independent claim 1, which represents the first aspect of the invention, by the energy system with the features according to the independent Claim 11, which represents the second aspect of the invention, and by the method having the features according to independent claim 13, which represents the third aspect of the invention. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, from the description and from the drawings. Features and details that are disclosed in connection with the first aspect of the invention also apply in full in connection with the second and third aspect of the invention, and vice versa, so that with regard to the disclosure of one of the aspects of the invention, full reference is always made to the other aspects of the invention and this is referred to.

Die Erfindung ist zunächst gerichtet auf eine Speichervorrichtung. Die Speichervorrichtung ist bevorzugt Bestandteil eines Energiesystems. Bei dem Energiesystem handelt es sich insbesondere um ein aus mehreren Komponenten bestehendes Ganzes, wobei die Komponenten miteinander zu einer zweckgebundenen Einheit verbunden sind. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Energiesystem bevorzugt um ein System zum Erzeugen beziehungsweise Bereitstellen von Energie, vorzugsweise von elektrischer Energie. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Energiesystemen beschränkt. Im Folgenden werden diesbezüglich verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.The invention is initially directed to a storage device. The storage device is preferably part of an energy system. The energy system is, in particular, a whole consisting of several components, with the components being connected to one another to form a dedicated unit. In the present case, the energy system is preferably a system for generating or providing energy, preferably electrical energy. In principle, the invention is not limited to certain types of energy systems. Various preferred exemplary embodiments are described below in this regard.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Energiesystem um ein Gebäudeenergiesystem. Gebäudeenergiesysteme sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und dienen der Versorgung von Gebäuden, beispielsweise von Niedrigenergiegebäuden, Passivgebäuden oder Nullenergiegebäuden, mit Energie in Form von Wärme und insbesondere in Form von Strom, beispielsweise Strom aus regenerativen Energiequellen wie beispielsweise Photovoltaik (PV)-Generatoren oder Kleinwindkraftanlagen. Ein solches Gebäudeenergiesystem schafft die Grundlage dafür, dass der Energiebedarf eines Gebäudes, sowohl hinsichtlich des Strom- als auch des Wärmebedarfs vollständig aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden kann und somit vollständige CO2-Freiheit im Betrieb besteht. Wenigstens aber kann der Strombedarf eines Gebäudes im Sinne einer anzustrebenden Eigenverbrauchserhöhung nahezu vollständig aus erneuerbaren Energiequellen, insbesondere mittels eines PV-Generators und/oder einer Kleinwindenergieanlage, gedeckt werden.In a preferred embodiment, the energy system is a building energy system. Building energy systems are generally known from the prior art and are used to supply buildings, for example low-energy buildings, passive buildings or zero-energy buildings, with energy in the form of heat and in particular in the form of electricity, for example electricity from renewable energy sources such as photovoltaic (PV) generators or small wind turbines. Such a building energy system creates the basis for the energy requirements of a building, both in terms of electricity and heat requirements, to be completely covered by renewable energy sources and thus to be completely CO 2 -free during operation. But at least the electricity requirements of a building can be covered almost entirely from renewable energy sources, in particular by means of a PV generator and/or a small wind turbine, in the sense of increasing self-consumption.

Ein derartiges Gebäudeenergiesystem ist beispielsweise in den Patentanmeldungen WO 2017/089468 A1 und WO 2017/089469 A1 der Anmelderin offenbart und beschrieben, deren Offenbarungsgehalt in die Beschreibung der vorliegenden Patentanmeldung mit einbezogen wird.Such a building energy system is, for example, in the patent applications WO 2017/089468 A1 and WO 2017/089469 A1 disclosed and described by the applicant, the disclosure content of which is included in the description of the present patent application.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Gebäudeenergiesystem der genannten Art die folgenden Grundmerkmale auf:

  • einen DC-Einspeisepunkt, bevorzugt ausgebildet für eine Nenn-Spannung von 48 Volt oder für eine Nennspannung zwischen 200 und 1000 Volt und/oder einem AC-Einspeisepunkt, bevorzugt ausgebildet für eine Spannung von 230 Volt oder 110 Volt oder einer 3-phasigen Einspeisung bei pro Phase 230 Volt oder 110 Volt, wobei der DC-Einspeisepunkt und/oder der AC-Einspeisepunkt im Betrieb zumindest zeitweise mit einem elektrischen Verbraucher, der eine Verbrauchs-Leistung aufweist, verbunden ist,
  • einen elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbundenen PV-Generator zum Erzeugen einer elektrischen PV-Leistung,
  • eine elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt oder mit dem AC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbundene Brennstoffzelleneinheit zum Erzeugen einer elektrischen Brennstoffzellen-Leistung,
  • eine elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt oder mit dem AC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbundene Elektrolyseeinheit zum Erzeugen von durch die Brennstoffzelleneinheit zu verbrauchendem Wasserstoff, wobei die Elektrolyseeinheit im Betrieb mit einer elektrischen Elektrolyse-Eingangsleistung gespeist wird,
  • einen Wasserstofftank, insbesondere als Langzeitenergiespeicher, der mit der Brennstoffzelleneinheit und der Elektrolyseeinheit wenigstens zeitweise fluidverbunden ist und zum Speichern von mittels der Elektrolyseeinheit zu erzeugendem und durch die Brennstoffzelleneinheit zu verbrauchendem Wasserstoff ausgebildet ist,
  • eine Speicher-Batterieeinheit, insbesondere als Kurzzeitenergiespeicher, die elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt oder über einen vorzugsweise bidirektionalen Wechselrichter mit dem AC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbunden oder zu verbinden ist, so dass eine elektrische PV-Leistung und eine elektrische Brennstoffzellen-Leistung in die Speicher-Batterieeinheit eingespeichert werden kann und eine elektrische Elektrolyse-Eingangsleistung und eine Verbrauchs-Leistung aus der Speicher-Batterieeinheit entnommen werden können; und
  • ein Steuermodul zum Steuern der Gebäudeenergieanlage.
According to a preferred embodiment, a building energy system of the type mentioned has the following basic features:
  • a DC feed point, preferably designed for a nominal voltage of 48 volts or for a nominal voltage between 200 and 1000 volts and / or an AC feed point, preferably designed for a voltage of 230 volts or 110 volts or a 3-phase feed 230 volts or 110 volts per phase, the DC feed point and/or the AC feed point being connected at least temporarily during operation to an electrical consumer that has a consumption output,
  • a PV generator that is electrically connected to the DC feed point at least temporarily to generate electrical PV power,
  • a fuel cell unit electrically connected to the DC feed point or to the AC feed point at least temporarily for generating electrical fuel cell power,
  • an electrolysis unit electrically connected at least temporarily to the DC feed point or to the AC feed point for generating hydrogen to be consumed by the fuel cell unit, the electrolysis unit being fed with an electrical electrolysis input power during operation,
  • a hydrogen tank, in particular as a long-term energy storage device, which is at least temporarily fluidly connected to the fuel cell unit and the electrolysis unit and is designed to store hydrogen to be produced by the electrolysis unit and consumed by the fuel cell unit,
  • a storage battery unit, in particular as a short-term energy storage device, which is electrically connected or is to be connected at least temporarily to the DC feed point or via a preferably bidirectional inverter to the AC feed point, so that an electrical PV power and an electrical fuel cell power are in the Storage battery unit can be stored and an electrical electrolysis input power and a consumption power can be removed from the storage battery unit; and
  • a control module for controlling the building energy system.

Der grundlegende Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer besonders ausgebildeten Speichervorrichtung für Gas. Bei dem Gas handelt es sich insbesondere um Wasserstoff beziehungsweise ein wasserstoffhaltiges Gas, und somit mithin um ein explosionsfähiges Gas, falls im Gasgemisch ggf. auch nur temporär ein Sauerstoffanteil von mehr als 4 Vol.-Prozent enthalten sind. Jegliche Art von Zündquellen innerhalb der Speichervorrichtung sind also strikt zu vermeiden. Dieses entsteht insbesondere während eines Spülvorgangs, der im Folgenden synonym auch als "Purgevorgang" bezeichnet wird. Der Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung und der Elektrolyseeinrichtung erfordert ein zyklisches Bereinigen der reaktiven Oberflächen von unter anderem Stickstoff und Wasser. Das Reinigen beziehungsweise Spülen wird im Folgenden synonym auch als "Purgen" bezeichnet. Die Reinigung erfolgt vorzugsweise durch einen Druckstoß. Ein Purgevorgang kann ebenfalls sinnvoll sein, wenn jeweils der Betriebsdruck der Brennstoffzelle oder der Elektrolyse schnell auf einen niedrigeren Druck zu entspannen ist, beispielsweise im Rahmen kontrollierter Abschaltvorgänge. Bei Betriebsdruck, dieser liegt bei Brennstoffzellen bei etwa 350 mbar und beim Elektrolyseur bei etwa 30 bar, wird beispielsweise ein jeweiliges Purgeventil gegen Atmosphäre kurz geöffnet. Die entstehende Druckdifferenz über das Purgeventil erzeugt einen Gasvolumenstrom, der reaktionshemmende Stoffe austrägt und der in die von der Brennstoffzelle und den Elektrolyseur, vorzugsweise dual, genutzte Speichervorrichtung befördert wird. Das ausgetragene feuchte Purgegas darf nicht unkontrolliert nach außen, beispielsweise in die Umgebung oder in einen Systemschrank, gegeben werden, da sich ansonsten eine explosionsfähige Zone bilden kann. Durch eine dauerhaft anliegende technische Lüftung, insbesondere von mindestens 100 m3/h, kann jedoch eine kontrollierte Abgabe erfolgen. Dafür muss das Purgegas in der Speichervorrichtung, bei der es sich insbesondere um einen Pufferspeicher beziehungsweise ein Zwischenvolumen handelt, aufgefangen und danach kontrolliert aus der Speichervorrichtung abgegeben werden.The basic idea of the present invention is to provide a specially designed storage device for gas. The gas is in particular hydrogen or a gas containing hydrogen, and therefore an explosive gas if the gas mixture contains an oxygen content of more than 4 percent by volume, even temporarily. Any kind of ignition sources within the storage device must therefore be strictly avoided. This occurs in particular during a flushing process, which is also referred to below as a “purge process”. The operation of the fuel cell device and the electrolysis device requires cyclic cleaning of the reactive surfaces of, among other things, nitrogen and water. Cleaning or rinsing is also referred to below as “purging”. Cleaning is preferably carried out using a pressure surge. A purge process can also make sense if the operating pressure of the fuel cell or electrolysis needs to be quickly relaxed to a lower pressure, for example as part of controlled shutdown processes. At operating pressure, which is around 350 mbar for fuel cells and around 30 bar for electrolyzers, a respective purge valve is briefly opened against the atmosphere. The resulting pressure difference across the purge valve generates a gas volume flow that discharges reaction-inhibiting substances and is transported into the storage device used by the fuel cell and the electrolyzer, preferably dual. The discharged moist purge gas must not be released outside in an uncontrolled manner, for example into the environment or into a system cabinet, otherwise an explosive zone can form. However, controlled release can occur through permanent technical ventilation, in particular at least 100 m 3 /h. For this purpose, the purge gas must be collected in the storage device, which is in particular a buffer storage or an intermediate volume, and then released from the storage device in a controlled manner.

Die Speichervorrichtung ist vorzugsweise eine passives Baugruppe zur Aufnahme/ Zwischenspeicherung des Spülgases beziehungsweise Purgegases.The storage device is preferably a passive assembly for receiving/temporarily storing the flushing gas or purge gas.

Wir die Speichervorrichtung für ein solches Energiesystem verwendet, handelt es sich dabei insbesondere um eine kleintechnische Anlage im obigen Sinne. Die aus dem Gebiet der großtechnischen Anlagen bekannten Erkenntnisse lassen sich aus den oben genannten Gründen deshalb nicht ohne Weiteres auf die Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung übertragen.If the storage device is used for such an energy system, it is in particular a small-scale system in the above sense. The knowledge known from the field of large-scale technical systems can be drawn from the above Therefore, for reasons not easily transferred to the storage device according to the present invention.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Speichervorrichtung zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas, bereitgestellt, welche die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.According to the first aspect of the invention, a storage device for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, is provided, which has the features of independent claim 1.

Die Speichervorrichtung weist eine expandierbare, das heißt eine volumenveränderliche Speicherkammer auf.The storage device has an expandable, that is to say a volume-variable, storage chamber.

Diese Speicherkammer ist als Kolbenspeicher ausgebildet. Ein Kolbenspeicher ist insbesondere ein Speicher, welcher mindestens zwei Kolbenspeicherelemente aufweist, die miteinander zusammenwirken, wobei mindestens eines der Kolbenspeicherelemente beweglich, vorzugsweise axial beweglich, ist. Die Kolbenspeicherelemente bilden beziehungsweise begrenzen insbesondere einen geschlossenen Hohltraum, dessen Volumen sich durch die Bewegung verändert.This storage chamber is designed as a piston accumulator. A piston accumulator is in particular a memory which has at least two piston accumulator elements which interact with one another, with at least one of the piston accumulator elements being movable, preferably axially movable. The piston storage elements form or delimit in particular a closed hollow space, the volume of which changes as a result of the movement.

Die erfindungsgemäße Speichervorrichtung weist ein als Flüssigkeitskammer ausgebildetes erstes Kolbenspeicherelement auf, in welches bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel Flüssigkeit, beispielsweise in Form von Wasser, einfüllbar ist oder in welches bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel Flüssigkeit, beispielsweise in Form von Wasser, eingefüllt ist. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Speichervorrichtung befindet sich die Flüssigkeit in dem ersten Kolbenspeicherelement. Bei dem Flüssigkeitslevel handelt es sich insbesondere um eine definierte Höhe, bis zu der Flüssigkeit eingefüllt werden darf, beziehungsweise bis zu der im ordnungsgemäßen Betrieb Flüssigkeit eingefüllt ist. Diese Höhe muss für einen ordnungsgemäßen Betrieb eingehalten werden. Die Menge an in der Flüssigkeitskammer aufzunehmender Flüssigkeit beträgt gemäß einer Ausführungsform weniger als 50 Liter, bevorzugt zwischen 1 und 5 Litern.The storage device according to the invention has a first piston storage element designed as a liquid chamber, into which liquid, for example in the form of water, can be filled up to a defined liquid level or into which liquid, for example in the form of water, is filled up to a defined liquid level. When the storage device is used as intended, the liquid is located in the first piston storage element. The liquid level is in particular a defined height up to which liquid may be filled or up to which liquid is filled during proper operation. This height must be maintained for proper operation. According to one embodiment, the amount of liquid to be held in the liquid chamber is less than 50 liters, preferably between 1 and 5 liters.

Vorzugsweise weist das erste Kolbenspeicherelement ein Bodenelement und eine vom Bodenelement abragende Seitenwandung auf. Am freien Ende der Seitenwandung, welches dem Bodenelement gegenüberliegt, ist das erste Kolbenspeicherelement vorzugsweise offen. Mitgetragene Flüssigkeitstropfen aus dem gespeicherten Spülgas werden in das erste Kolbenspeicherelement abgeschieden.The first piston accumulator element preferably has a base element and a side wall projecting from the base element. At the free end of the side wall, which lies opposite the base element, the first piston accumulator element is preferably open. Carried liquid drops from the stored purge gas are deposited into the first piston storage element.

Weiterhin weist die Speicherkammer ein als Hubkolbenelement ausgebildetes zweites Kolbenspeicherelement auf. Vorzugsweise weist das zweite Kolbenspeicherelement ein Bodenelement und eine vom Bodenelement in Richtung des ersten Kolbenspeicherelements abragende Seitenwandung auf. Am freien Ende der Seitenwandung, welches dem Bodenelement gegenüberliegt, und welche dem ersten Kolbenspeicherelement zugewandt ist, ist das zweite Kolbenspeicherelement offen. In Bezug auf die gesamte Speicherkammer bestehend aus erstem und zweitem Kolbenspeicherelement stellt das Bodenelement des zweiten Kolbenspeicherelements ein Deckelelement der Speicherkammer dar.Furthermore, the storage chamber has a second piston storage element designed as a reciprocating piston element. The second piston accumulator element preferably has a base element and a side wall projecting from the base element in the direction of the first piston accumulator element. At the free end of the side wall, which lies opposite the base element and which faces the first piston accumulator element, the second piston accumulator element is open. With respect to the entire storage chamber consisting of the first and second piston storage element, the base element of the second piston storage element represents a cover element of the storage chamber.

In einer Ausführungsform weist das zweite Kolbenspeicherelement ein Gasvolumen für aufzunehmenden Gas von kleiner 10 Litern, vorzugsweise kleiner 5 Litern, bevorzugt zwischen 0,5 Litern und 3 Litern auf. Bei dem Gasvolumen handelt es sich insbesondere um dasjenige Volumen, welches beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Speichervorrichtung in das zweite Kolbenspeicherelement eingebracht wird oder werden darf. Bei dem Gasvolumen handelt es sich insbesondere um das Nutzvolumen. Das Nutzvolumen gibt die maximal im zweiten Kolbenspeicherelement speicherbare Gasmenge an. Damit unterscheidet sich die Speichervorrichtung grundlegend von den Speichervorrichtungen in Form großtechnischer Anlagen. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, erfolgt die Auslenkung des Hubkolbenelements allein aufgrund des Gaseintritts. Durch das geringe Volumen, welches das Hubkolbenelement aufweist, reicht der Druck des zu speicherndem Gases alleine aus, um das Hubkolbenelement auszulenken. Im Gegensatz zu den großtechnischen Anlagen erfolgt die Auslenkung bei der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung insbesondere auf Grund eines Gasdrucks, der oberhalb des atmosphärischen Drucks liegt. Zudem erfolgt die Auslenkung ohne Zuhilfenahme von äußeren Kräften, wie Gegengewichte, Motoren oder Federkräften. Das bedeutet, dass das zweite Kolbenspeicherelement für eine Auslenkung aufgrund des eingespeisten Gases bereitgestellt ist.In one embodiment, the second piston storage element has a gas volume for gas to be absorbed of less than 10 liters, preferably less than 5 liters, preferably between 0.5 liters and 3 liters. The gas volume is in particular the volume that is or may be introduced into the second piston storage element when the storage device is used as intended. The gas volume is, in particular, the useful volume. The useful volume indicates the maximum amount of gas that can be stored in the second piston storage element. This means that the storage device differs fundamentally from the storage devices in the form of large-scale systems. As will be explained in more detail below, the deflection of the reciprocating piston element occurs solely due to the gas inlet. Due to the small volume that the reciprocating piston element has, the pressure of the gas to be stored alone is sufficient to deflect the reciprocating piston element. In contrast to large-scale systems, the deflection in the storage device according to the invention occurs in particular due to a gas pressure that is above atmospheric pressure. In addition, the deflection occurs without the aid of external forces such as counterweights, motors or spring forces. This means that the second piston storage element is provided for deflection due to the gas fed in.

Bevorzugt sind das erste Kolbenspeicherelement und das zweite Kolbenspeicherelement bezüglich ihrer Größe, Geometrie, Kontur und ihres Fassungsvermögens aufeinander abgestimmt.The first piston accumulator element and the second piston accumulator element are preferably matched to one another in terms of their size, geometry, contour and capacity.

Der Übergang zwischen Bodenelement und Seitenwandung des zweiten Kolbenspeicherelements weist bevorzugt gerundete Ecken oder Kanten auf. Falls sich in den Übergangsbereichen, insbesondere in den Eckbereichen oder Kantenbereichen, Kondensat ansammelt, wird dieses somit auf jeden Fall abgeleitet, vorzugsweise in die im ersten Kolbenspeicherelement befindliche Flüssigkeit.The transition between the base element and the side wall of the second piston accumulator element preferably has rounded corners or edges. If in the If condensate accumulates in transition areas, in particular in the corner areas or edge areas, this will definitely be drained away, preferably into the liquid located in the first piston accumulator element.

Die beiden Kolbenspeicherelemente sind, insbesondere konzentrisch, gegensinnig ausgerichtet ineinander gestülpt und gegeneinander axial beweglich. In einer Ausführungsform ist das erste Kolbenspeicherelement fest, das heißt unbeweglich, während das zweite Kolbenspeicherelement beweglich ist. Natürlich sind auch Konstellationen denkbar, in denen beide Kolbenspeicherelemente beweglich sind, oder aber nur das erste Kolbenspeicherelement.The two piston accumulator elements are, in particular concentric, inserted into one another in opposite directions and are axially movable relative to one another. In one embodiment, the first piston storage element is fixed, that is, immovable, while the second piston storage element is movable. Of course, constellations are also conceivable in which both piston accumulator elements are movable, or only the first piston accumulator element.

Im erstgenannten, bevorzugten, Ausführungsbeispiel wird durch die Abgabe von Spülgas aus der Brennstoffzelleneinrichtung und/oder der Elektrolyseeinrichtung das zweite Kolbenspeicherelement ausgelenkt. Der durch die Auslenkung entstehende Gegendruck, insbesondere verursacht durch die Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements, darf den Purgevorgang in seiner Dynamik und dem Druckverhältnis nicht beeinträchtigen. Durch die Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements wird das Purgegas nach Beendigung der Auslenkung wieder aus dem zweiten Kolbenspeicherelement herausgedrückt, wie weiter unten näher beschrieben wird.In the first-mentioned, preferred embodiment, the second piston storage element is deflected by the release of purge gas from the fuel cell device and/or the electrolysis device. The counterpressure resulting from the deflection, in particular caused by the weight of the second piston accumulator element, must not impair the dynamics and pressure ratio of the purge process. Due to the weight of the second piston accumulator element, the purge gas is pushed out of the second piston accumulator element again after the deflection has ended, as will be described in more detail below.

In einem ersten Betriebszustand, der auch als Ruhezustand bezeichnet wird, ist die Speicherkammer nicht expandiert. Beispielsweise ist das zweite Kolbenspeicherelement nicht ausgelenkt. In einem zweiten Betriebszustand, der auch als Speicherzustand bezeichnet wird, befindet sich die Speicherkammer in einem expandierten Zustand. Beispielsweise ist das zweite Kolbenspeicherelement aufgrund des gespeicherten Spülgases ausgelenkt. Während es sich bei dem ersten Betriebszustand bevorzugt um einen statischen Zustand handelt, handelt es sich bei dem zweiten Betriebszustand bevorzugt um einen dynamischen Zustand.In a first operating state, which is also referred to as the rest state, the storage chamber is not expanded. For example, the second piston accumulator element is not deflected. In a second operating state, which is also referred to as a storage state, the storage chamber is in an expanded state. For example, the second piston storage element is deflected due to the stored purge gas. While the first operating state is preferably a static state, the second operating state is preferably a dynamic state.

In einer Ausführung ist/sind das erste Kolbenspeicherelement und/oder das zweite Kolbenspeicherelement monolithisch, das heißt aus einem Stück bestehend, ausgebildet. Der Gasraum, in welchem das Spülgas gespeichert ist/wird, ist somit durch eine zusammenhängende, einteilige Geometrie von der Umgebung getrennt und wird, wie weiter unten näher erläutert wird, nur über die Flüssigkeit im ersten Kolbenspeicherelement gedichtet. Auch die Lager des zweiten Kolbenspeicherelements sind durch diese Ausführung außerhalb des Gasraums und immer über die Flüssigkeit gedichtet.In one embodiment, the first piston accumulator element and/or the second piston accumulator element is/are designed to be monolithic, that is to say consisting of one piece. The gas space in which the purge gas is/is stored is therefore separated from the environment by a coherent, one-piece geometry and, as will be explained in more detail below, is only supplied by the liquid in the first piston accumulator element poetic. Thanks to this design, the bearings of the second piston accumulator element are also sealed outside the gas space and always via the liquid.

Vorzugsweise ist/sind das erste Kolbenspeicherelement und/oder das zweite Kolbenspeicherelement topfförmig oder zylinderförmig ausgebildet. Ein topfförmiges Kolbenspeicherelement ist insbesondere ein nach oben offenes und seitlich sowie bodenseitig geschlossenes Gefäß zur Aufnahme von Flüssigkeit und/oder von Gas. Beispielsweise kann ein solches Gefäß zylinderförmig ausgebildet sein.Preferably, the first piston accumulator element and/or the second piston accumulator element is/are cup-shaped or cylindrical. A cup-shaped piston storage element is in particular a vessel that is open at the top and closed on the sides and bottom for holding liquid and/or gas. For example, such a vessel can be cylindrical.

Bevorzugt ist/sind das erste Kolbenspeicherelement und das zweite Kolbenspeicherelement rotationssymmetrisch ausgebildet.Preferably, the first piston accumulator element and the second piston accumulator element are designed to be rotationally symmetrical.

Um Gas in das zweite Kolbenspeicherelement einzuführen und aus diesem abzuführen, weist die Speichervorrichtung eine Gaseingangsleitung und eine Gasausgangsleitung auf, welche in die Speicherkammer münden. Purgeleitungen der Brennstoffzelleneinrichtung und der Elektrolyseeinrichtung laufen in der Gaseingangsleitung zusammen. Auf diese Weise kann die Speichervorrichtung wahlweise zum Speichern von Spülgas aus der Brennstoffzelleneinrichtung oder der Elektrolyseeinrichtung genutzt werden.In order to introduce gas into and discharge gas from the second piston storage element, the storage device has a gas inlet line and a gas outlet line, which open into the storage chamber. Purge lines of the fuel cell device and the electrolysis device converge in the gas inlet line. In this way, the storage device can be used either to store purge gas from the fuel cell device or the electrolysis device.

Erfindungsgemäß ist das erste Kolbenspeicherelement in Bezug auf das zweite Kolbenspeicherelement außenliegend. Das heißt insbesondere, dass die Seitenwandung des ersten Kolbenspeicherelements die Seitenwandung des zweiten Kolbenspeicherelements zumindest teilweise umgibt.According to the invention, the first piston accumulator element is external in relation to the second piston accumulator element. This means in particular that the side wall of the first piston accumulator element at least partially surrounds the side wall of the second piston accumulator element.

Zwischen einer Außenfläche, insbesondere der Seitenwandung oder eines Teils der Seitenwandung, des zweiten Kolbenspeicherelements und einer Innenfläche, insbesondere der Seitenwandung oder eines Teils der Seitenwandung, des ersten Kolbenspeicherelements ist ein, insbesondere umlaufender, Spalt ausgebildet. Befindet sich Flüssigkeit in dem ersten Kolbenspeicherelement, und ist das zweite Kolbenspeicherelement in der oben beschriebenen Weise in das ersten Kolbenspeicherelement eingestülpt, befindet sich folglich auch in dem Spalt Flüssigkeit.A gap, in particular a circumferential gap, is formed between an outer surface, in particular the side wall or part of the side wall, of the second piston accumulator element and an inner surface, in particular the side wall or part of the side wall, of the first piston accumulator element. If there is liquid in the first piston accumulator element and the second piston accumulator element is inserted into the first piston accumulator element in the manner described above, there will therefore also be liquid in the gap.

In einer bevorzugten Ausführungsform steht das Volumen an Flüssigkeit in einem Innenvolumen des zweiten Kolbenspeicherelements zum Volumen an Flüssigkeit im Spalt zwischen dem ersten und zweiten Kolbenspeicherelement in einem definierten Verhältnis.In a preferred embodiment, the volume of liquid in an internal volume of the second piston accumulator element is in a defined ratio to the volume of liquid in the gap between the first and second piston accumulator elements.

Das hat insbesondere den Grund, dass eine durch die Flüssigkeit gebildete Dichtung ausbalanciert ist. Dies wird weiter unten im Zusammenhang mit einer Dichteinrichtung näher erläutert. Vorzugsweise ist das Verhältnis größer oder gleich 3:1, vorzugsweise größer 5:1. Ein derart definiertes Volumenverhältnis hat zudem auch einen maßgeblichen Einfluss auf Schwingen/Einschwingen nach dem Purge.The main reason for this is that a seal formed by the liquid is balanced. This will be explained in more detail below in connection with a sealing device. Preferably the ratio is greater than or equal to 3:1, preferably greater than 5:1. A volume ratio defined in this way also has a significant influence on oscillation/settlement after the purge.

Erfindungsgemäß ist weiterhin realisiert, dass die Gaseingangsleitung und die Gasausgangsleitung oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels für die Flüssigkeit in dem zweiten Kolbenspeicherelement enden. Das bedeutet, dass die Mündung, das heißt das Ende, der Gaseingangsleitung und der Gasausgangsleitung über das Flüssigkeitslevel beziehungsweise über die im ersten Kolbenspeicherelement befindliche Flüssigkeit hinausragen. Das gespeicherte Gas wird somit in einem flüssigkeitsfreien Gasraum, der sich insbesondere im zweiten Kolbenspeicherelement befindet, gespeichert. Dadurch erfolgt keine Flüssigkeitsverdrängung beim Einleiten des Spülgases, wodurch der Gegendruck beim Spülen reduziert wird. Je geringer der Gegendruck ist, desto besser kann die Reinigung erfolgen. Denn ein reduzierter Gegendruck beim Spülen kann den Austrag von reaktionshemmenden Medien, wie beispielsweise Stickstoff, Wasser, und dergleichen, aus der Brennstoffzelleneinrichtung und/oder Elektrolyseeinrichtung effektiver, kürzer und somit effizienter machen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung entsteht ein kaum ansteigender Gegendruck beim Purge, da beispielsweise die Federkonstante eines Faltenbalgs entfällt und die Mündung der Gaseingangsleitung über das Flüssigkeitslevel hinausragt. Es erfolgt somit keine Wasserverdrängung bei Einleitung des Spülgases. Ein reduzierter Gegendruck beim Spülen kann den Austrag von reaktionshemmenden Medien wie beispielsweise Stickstoff, Wasser und dergleichen aus der Brennstoffzelle oder Elektrolyse effektiver, kürzer und somit effizienter machen.According to the invention, it is further realized that the gas inlet line and the gas outlet line end above the defined liquid level for the liquid in the second piston storage element. This means that the mouth, i.e. the end, of the gas inlet line and the gas outlet line protrude above the liquid level or beyond the liquid located in the first piston accumulator element. The stored gas is thus stored in a liquid-free gas space, which is located in particular in the second piston storage element. This means that there is no liquid displacement when the flushing gas is introduced, which reduces the back pressure during flushing. The lower the back pressure, the better the cleaning can be done. This is because a reduced back pressure during flushing can make the discharge of reaction-inhibiting media, such as nitrogen, water, and the like, from the fuel cell device and/or electrolysis device more effective, shorter and therefore more efficient. The design according to the invention creates a counterpressure that hardly increases during the purge, since, for example, the spring constant of a bellows is eliminated and the mouth of the gas inlet line protrudes above the liquid level. There is therefore no displacement of water when the flushing gas is introduced. Reduced back pressure during flushing can make the discharge of reaction-inhibiting media such as nitrogen, water and the like from the fuel cell or electrolysis more effective, shorter and therefore more efficient.

Bei der erfindungsgemäßen Spülvorrichtung entsteht der Gegendruck vorzugsweise allein durch das Gewicht des zweiten Kolbenspeicherelements. Durch die Einleitung von Spülgas in das zweite Kolbenspeicherelement wird das zweite Kolbenspeicherelement ausgelenkt. Der durch die Auslenkung entstehende Gegendruck, resultierend aus der Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements und aus der dynamischen Trägheitskraft des beim Purgevorgang initial beschleunigten zweiten Kolbenspeicherelements, darf den Spülvorgang in seiner Dynamik und dem Druckverhältnis nicht beeinträchtigen. Nach Beendigung der Gaseinleitung stoppt die Auslenkung des zweiten Kolbenspeicherelements, und durch die Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements wird das Spülgas nach Beendigung der Auslenkung wieder durch die Gasausgangsleitung herausgedrückt. Dadurch senkt sich das zweite Kolbenspeicherelement wieder ab in Richtung des ersten Kolbenspeicherelements.In the flushing device according to the invention, the counterpressure is preferably created solely by the weight of the second piston accumulator element. By introducing purge gas into the second piston accumulator element, the second piston accumulator element is deflected. The counterpressure created by the deflection, resulting from the weight of the second piston accumulator element and from the dynamic inertia force of the second piston accumulator element, which was initially accelerated during the purging process, must not impair the dynamics of the purging process and the pressure ratio. After the gas introduction has ended, the deflection of the second piston accumulator element stops, and the flushing gas is released by the weight of the second piston accumulator element after the end of the gas introduction Deflection pushed out again through the gas outlet line. As a result, the second piston accumulator element lowers again in the direction of the first piston accumulator element.

In einer Ausführungsform ist der Speichervorrichtung eine Steuereinrichtung zugeordnet. Eine Steuereinrichtung ist insbesondere die Gesamtheit aller Komponenten, welche die Beeinflussung der Speichervorrichtung bewirken. Die Steuereinrichtung kann in Form von Hardwarekomponenten oder Softwarekomponenten, oder als eine Kombination daraus, ausgebildet sein. Insbesondere weist die Steuereinrichtung eine Prozessoreinrichtung auf, in der zumindest Teile des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ablaufen. Die Steuereinrichtung weist bevorzugt Schnittstellen zu verschiedenen Komponenten der Speichervorrichtung auf, beispielsweise zu Ventileinrichtungen und/oder Sensoreinrichtungen. Je nach Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung zumindest teilweise Bestandteil der Speichervorrichtung. Oder die Steuereinrichtung ist ein zur Speichervorrichtung externes Bauteil, welches dann über die Schnittstellen mit der Speichervorrichtung zumindest zeitweilig, beispielsweise drahtlos oder drahtgebunden, verbunden ist und kommuniziert. In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung Bestandteil oder gar die Steuereinrichtung selbst, eines Energiesystems, etwa des Energiesystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.In one embodiment, the storage device is assigned a control device. A control device is in particular the entirety of all components that influence the storage device. The control device can be designed in the form of hardware components or software components, or as a combination thereof. In particular, the control device has a processor device in which at least parts of the method according to the invention run according to the third aspect of the invention. The control device preferably has interfaces to various components of the storage device, for example to valve devices and/or sensor devices. Depending on the design, the control device is at least partially part of the storage device. Or the control device is a component external to the storage device, which is then connected and communicates at least temporarily, for example wirelessly or wired, via the interfaces with the storage device. In one embodiment, the control device is a component, or even the control device itself, of an energy system, such as the energy system according to the second aspect of the invention.

Über die Gaseingangsleitung wird das Spülgas über dem Flüssigkeitslevel, das heißt oberhalb des Flüssigkeitslevels, in jedem Fall, zumindest kurz, über beziehungsweise oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche in das zweite Kolbenspeicherelement eingebracht.Via the gas inlet line, the purge gas is introduced into the second piston storage element above the liquid level, that is, above the liquid level, in any case, at least briefly, above or above the liquid surface.

Zu diesem Zweck weist die Gaseingangsleitung eingangsseitig bevorzugt eine Ventileinrichtung auf. Diese Ventileinrichtung ist bevorzugt über eine Schnittstelle zumindest zeitweilig mit der Steuereinrichtung verbunden.For this purpose, the gas inlet line preferably has a valve device on the inlet side. This valve device is preferably at least temporarily connected to the control device via an interface.

Um das in der Speicherkammer gespeicherte Gas kontrolliert, zeitlich verzögert und mit deutlich reduziertem Gas-Massenstrom abzugeben, ist neben den zuvor beschriebenen Maßnahmen bevorzugt realisiert, dass die Gasausgangsleitung ausgangsseitig eine Dosiereinrichtung oder ein Drosselelement oder eine Blende und/oder ein Filterelement aufweist. Auf diese Weise wird verhindert, dass das ausgetragene feuchte Purgegas ungedrosselt in die Umgebung, beispielsweise in einen Systemschrank, gegeben wird. Stattdessen kann die Abgabe wohl dosiert erfolgen. Die Abgabe erfolgt vorzugsweise ohne aktiv angesteuertes Ventil oder Steuerung.In order to release the gas stored in the storage chamber in a controlled, time-delayed manner and with a significantly reduced gas mass flow, in addition to the measures described above, it is preferably implemented that the gas outlet line has a metering device or a throttle element or a diaphragm and/or a filter element on the outlet side. In this way, the discharged moist purge gas is prevented from being released into the environment, for example into a system cabinet, without being throttled. Instead, the delivery can be done in doses. Delivery preferably takes place without an actively controlled valve or control.

Vorzugsweise weist das erste Kolbenspeicherelement einen Flüssigkeitszulauf und/oder einen Flüssigkeitsablauf auf. Hierbei kann es sich um eine einzige Komponente, oder aber um zwei separate Komponenten handeln. Im erstgenannten Fall wird diese Schnittstelle in dem ersten Kolbenspeicherelement bidirektional genutzt, um zu befüllen und zu entleeren.The first piston storage element preferably has a liquid inlet and/or a liquid outlet. This can be a single component or two separate components. In the former case, this interface is used bidirectionally in the first piston accumulator element to fill and empty.

Damit die vorgenannten Komponenten nicht mit möglichen Verunreinigungen oder Ablagerungen belastet werden, wird vorzugsweise ein Filterelement eingesetzt.To ensure that the aforementioned components are not contaminated with possible contaminants or deposits, a filter element is preferably used.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Speicherkammer wird insbesondere erreicht, dass Flüssigkeit in dem ersten Kolbenspeicherelement das durch Auslenkung des zweiten Kolbenspeicherelements entstehende Puffervolumen zur Umgebung abdichtet. Mitgetragene Wassertropfen aus der Brennstoffzelleneinrichtung oder der Elektrolyseeinrichtung werden hier abgeschieden, bevor das Purgegas durch die Dosiereinrichtung, das Drosselelement oder die Blende nach außen, beispielsweise in einen Systemluftstrom, gegeben wird. Das zweite Kolbenspeicherelement wird zyklisch entleert und neu befüllt, um etwaige Rückstände oder überschüssige Flüssigkeit abzuführen. Neu zugegebene Flüssigkeit wird vorzugsweise über eine Filtereinrichtung, beispielsweise ein Osmosemembran gereinigt, um beispielsweise Kalkablagerungen auszuschließen. Der Flüssigkeitsstand wird bevorzugt über ein Sensorelement gemessen, wie weiter unten noch näher erläutert wird.The inventive design of the storage chamber ensures in particular that liquid in the first piston storage element seals the buffer volume created by deflection of the second piston storage element from the environment. Drops of water carried along from the fuel cell device or the electrolysis device are separated here before the purge gas is released through the metering device, the throttle element or the aperture to the outside, for example into a system air stream. The second piston accumulator element is cyclically emptied and refilled to remove any residue or excess liquid. Newly added liquid is preferably cleaned via a filter device, for example an osmosis membrane, in order to exclude limescale deposits, for example. The liquid level is preferably measured via a sensor element, as will be explained in more detail below.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Speichervorrichtung, insbesondere der Speicherkammer, tritt das Spülgas für die Speicherung somit nicht in die im ersten Kolbenspeicherelement befindliche Flüssigkeit ein, sondern in einen darüber liegenden Raum, in dem sich keine Flüssigkeit befindet. Mitgetragene Aerosole oder Tropfen werden durch Umlenkung und Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit ausgetragen und vorzugsweise gravimetrisch und/oder, wenn das Purgegas mit tangentialer Komponente eingeleitet wird, über Zentrifugalkräfte abgeschieden, bevor das Spülgas in die Gasausgangsleitung gelangt. Die Abgabe erfolgt vorzugsweise ohne Ventil oder Steuerung.Due to the inventive design of the storage device, in particular the storage chamber, the flushing gas for storage does not enter the liquid located in the first piston storage element, but rather into a space above it in which there is no liquid. Aerosols or droplets carried along are discharged by deflection and changing the flow velocity and are preferably separated gravimetrically and/or, if the purge gas is introduced with a tangential component, via centrifugal forces before the purge gas enters the gas outlet line. Delivery is preferably carried out without a valve or control.

Vorzugsweise sind die Gaseingangsleitung und die Gasausgangsleitung bezüglich des Gasströmungswegs antiparallel geführt.Preferably, the gas inlet line and the gas outlet line are guided anti-parallel with respect to the gas flow path.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gaseingangsleitung und die Gasausgangsleitung von unten durch das erste Kolbenspeicherelement, insbesondere durch dessen Bodenelement, in das zweite Kolbenspeicherelement geführt.In a preferred embodiment, the gas inlet line and the gas outlet line are guided from below through the first piston accumulator element, in particular through its base element, into the second piston accumulator element.

Die Erfindung ist nicht auf bestimmter Ausführungsformen für das zweite Kolbenspeicherelement beschränkt. In einer einfachen Ausführungsform weist das zweite Kolbenspeicherelement ein ebenes, sich gerade beziehungsweise horizontal erstreckendes Bodenelement auf, von dem die Seitenwandung, vorzugsweise senkrecht beziehungsweise vertikal, abragt, insbesondere in Richtung des ersten Kolbenspeicherelements, insbesondere in Richtung des Bodenelements des ersten Kolbenspeicherelements. In einer anderen Ausführung kann das Bodenelement des zweiten Kolbenspeicherelements beispielsweise gekrümmt sein und beispielsweise eine domartige oder kuppelartige Ausgestaltung haben. Ebenso ist es nicht erforderlich, dass die Seitenwandung des zweiten Kolbenspeicherelements senkrecht von dessen Bodenelement abragt. Denkbar ist auch, dass die Seitenwandung in einem Winkel geneigt vom Bodenelement abragt, oder dass die Seitenwandung einen gekrümmten Verlauf hat.The invention is not limited to specific embodiments for the second piston accumulator element. In a simple embodiment, the second piston accumulator element has a flat, straight or horizontally extending base element, from which the side wall projects, preferably perpendicularly or vertically, in particular in the direction of the first piston accumulator element, in particular in the direction of the base element of the first piston accumulator element. In another embodiment, the base element of the second piston accumulator element can, for example, be curved and, for example, have a dome-like or dome-like configuration. It is also not necessary for the side wall of the second piston accumulator element to project vertically from its base element. It is also conceivable that the side wall protrudes from the base element at an angle, or that the side wall has a curved course.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Kolbenspeicherelement einen ersten Teilbereich auf, der einem Bodenelement des ersten Kolbenspeicherelements zugewandt ist. Zusätzlich weist das zweite Kolbenspeicherelement einen zweiten Teilbereich auf, der vom Bodenelement des ersten Kolbenspeicherelements abgewandt ist. Bei dieser Ausführung ist der erste Teilbereich anders ausgestaltet als der zweite Teilbereich, so dass sich das zweite Kolbenspeicherelement in seiner Höhenerstreckung verändert. Vorzugsweise ist realisiert, dass das Volumen des zweiten Teilbereichs kleiner ist als das Volumen des ersten Teilbereichs, und/oder dass die Querschnittsfläche des zweiten Teilbereichs kleiner ist als die Querschnittsfläche des ersten Teilbereichs. In diesem Fall hat das zweite Kolbenspeicherelement in seiner Höhenerstreckung einen stufenförmigen Verlauf.In a preferred embodiment, the second piston accumulator element has a first portion which faces a base element of the first piston accumulator element. In addition, the second piston accumulator element has a second portion which faces away from the base element of the first piston accumulator element. In this embodiment, the first partial area is designed differently than the second partial area, so that the height of the second piston accumulator element changes. It is preferably realized that the volume of the second subregion is smaller than the volume of the first subregion, and/or that the cross-sectional area of the second subregion is smaller than the cross-sectional area of the first subregion. In this case, the second piston accumulator element has a step-shaped course in its height extent.

Bevorzugt ist bei der gewählten Ausgestaltung des ersten und zweiten Kolbenspeicherelements, dass das Totvolumen, in welchem sich keine Flüssigkeit befindet, und in welches das Spülgas zum Zwecke der Speicherung gelangt, im Ruhezustand der Speicherkammer, in dem diese nicht expandiert ist, insbesondere wenn das zweite Kolbenspeicherelement nicht ausgelenkt ist, so gering wie möglich ist. Durch die Ausgestaltung des zweiten Kolbenspeicherelements mit den zwei Teilbereichen lässt sich das Totvolumen weiter reduzieren. In einer Ausführungsform beträgt dieses Totvolumen weniger als 10% des Gesamtvolumens des zweiten Kolbenspeicherelements. Insbesondere liegt das Totvolumen bevorzugt zwischen 0,1 Liter und 1 Liter.In the selected embodiment of the first and second piston storage element, it is preferred that the dead volume, in which there is no liquid, and into which the purging gas reaches for the purpose of storage, is in the idle state of the storage chamber in which it is not expanded, in particular when the second Piston accumulator element is not deflected is as low as possible. By designing the second piston accumulator element with the two partial areas, the dead volume can be further reduced. In one embodiment, this dead volume is less than 10% of the total volume of the second piston storage element. In particular, the dead volume is preferably between 0.1 liter and 1 liter.

Wenn das zweite Kolbenspeicherelement ein Bodenelement und eine vom Bodenelement in Richtung des ersten Kolbenspeicherelements abragende Seitenwandung aufweist, befinden sich in einem nicht expandierten Zustand, das heißt im Ruhezustand, der Speicherkammer, indem das zweite Kolbenspeicherelement in Bezug zum ersten Kolbenspeicherelement nicht expandiert ist, die Gaseingangsleitung und die Gasausgangsleitung in einer bevorzugten Ausführungsform unmittelbar vor dem Bodenelement des zweiten Kolbenspeicherelements. Vorzugsweise enden diese in dessen zweitem Teilbereich. Das heißt, die Gaseingangsleitung und die Gasausgangleitung enden im Ruhezustand kurz unterhalb des Bodenelements in einem geringen Abstand zum Bodenelement. Der Abstand kann je nach Ausgestaltung und Dimensionierung der Kolbenspeicherelemente, insbesondere des zweiten Kolbenspeicherelements, und/oder hinsichtlich der zu speichernden Gasmengen, variieren und liegt bevorzugt im Bereich weniger Millimeter bis hin zu wenigen Zentimetern. Insbesondere liegt der Abstand bevorzugt zwischen 1mm und 5mm. Auch dadurch wird das oben beschriebene Totvolumen geringgehalten.If the second piston storage element has a base element and a side wall projecting from the base element in the direction of the first piston storage element, the gas inlet line is in a non-expanded state, that is to say in the rest state, of the storage chamber, in which the second piston storage element is not expanded in relation to the first piston storage element and the gas outlet line in a preferred embodiment immediately in front of the base element of the second piston accumulator element. These preferably end in its second section. This means that the gas inlet line and the gas outlet line end in the idle state just below the floor element at a short distance from the floor element. The distance can vary depending on the design and dimensioning of the piston accumulator elements, in particular the second piston accumulator element, and/or with regard to the quantities of gas to be stored and is preferably in the range of a few millimeters to a few centimeters. In particular, the distance is preferably between 1mm and 5mm. This also keeps the dead volume described above low.

Das über die Gaseingangsleitung oberhalb der Flüssigkeit eintretende Spülgas trifft auf das Bodenelement des zweiten Kolbenspeicherelements, welches in diesem Fall gleichzeitig auch ein Deckelelement der Speicherkammer darstellt. Dadurch wird zum einen das zweite Kolbenspeicherelement ausgelenkt. Gleichzeitig wird das Gas am Bodenelement umgelenkt. In bevorzugter Ausführung ist deshalb realisiert, dass das Gas bei seiner Einleitung in das zweite Kolbenspeicherelement gegen das Bodenelement des zweiten Kolbenspeicherelements gerichtet und von dort umgelenkt wird, bevor es in die Gasausgangsleitung eintritt und von dort aus dem zweiten Kolbenspeicherelement abgeleitet wird. Tröpfchen und Aerosole im Gasstrom werden abgeschieden, und gleichzeitig wird auch die Strömungsgeschwindigkeit des Gases reduziert. Zusätzliche, vorgelagerte Komponenten sind nicht erforderlich. Die Ausgestaltung ist sehr robust und führt zudem auch zu einer Bauraumersparnis.The purge gas entering via the gas inlet line above the liquid hits the bottom element of the second piston storage element, which in this case also represents a cover element of the storage chamber. As a result, on the one hand, the second piston accumulator element is deflected. At the same time, the gas is diverted at the base element. In a preferred embodiment, it is therefore realized that when the gas is introduced into the second piston accumulator element, it is directed against the base element of the second piston accumulator element and is deflected from there before it enters the gas outlet line and is derived from there from the second piston accumulator element. Droplets and aerosols in the gas stream are separated and at the same time the flow speed of the gas is reduced. Additional upstream components are not required. The design is very robust and also leads to a saving in installation space.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Speichervorrichtung zum Abdichten des Spalts gegen Atmosphäre zwischen dem ersten Kolbenspeicherelement und dem zweiten Kolbenspeicherelement eine Dichteinrichtung auf. Dadurch ergibt sich eine Abdichtung der als expandierbarer Kolbenspeicher ausgebildeten Speicherkammer, beziehungsweise des Gasvolumens im Zuge des Purgens, gegenüber der umgebenden Atmosphäre. Auf diese Weise ist die Speicherkammer robust gegenüber Feuchtigkeitseintrag und es ist ein robuster, fehlerfreier Betrieb der Speichervorrichtung gewährleistet. In einer bevorzugten Ausführung ist/wird die Dichteinrichtung durch in das erste Kolbenspeicherelement eingefüllte Flüssigkeit gebildet. Die Flüssigkeit in dem ersten Kolbenspeicherelement, und insbesondere im Spalt zwischen erstem und zweitem Kolbenspeicherelement, dichtet das durch Auslenkung des zweiten Kolbenspeicherelements entstehende Puffervolumen zur Umgebung, beispielsweise einen Systemschrank, ab. Diese Flüssigkeitsabdichtung ist bevorzugt in besonderer Weise ausbalanciert, beispielsweise, indem die weiter oben beschriebenen Volumenverhältnisse an Flüssigkeit zwischen dem Innenvolumen des zweiten Kolbenspeicherelements und des Spaltvolumens zwischen erstem und zweitem Kolbenspeicherelement bereitgestellt sind.In a preferred embodiment, the storage device has a sealing device for sealing the gap against the atmosphere between the first piston storage element and the second piston storage element. This results in a sealing of the storage chamber designed as an expandable piston accumulator, or the Gas volume during purging compared to the surrounding atmosphere. In this way, the storage chamber is robust against the entry of moisture and robust, error-free operation of the storage device is guaranteed. In a preferred embodiment, the sealing device is/is formed by liquid filled into the first piston accumulator element. The liquid in the first piston accumulator element, and in particular in the gap between the first and second piston accumulator element, seals the buffer volume created by deflection of the second piston accumulator element from the environment, for example a system cabinet. This liquid seal is preferably balanced in a special way, for example by providing the volume ratios of liquid described above between the internal volume of the second piston accumulator element and the gap volume between the first and second piston accumulator element.

Alternativ oder zusätzlich weist die Speichereinrichtung bevorzugt einen Überdruckschutz auf, der vorzugsweise durch den Spalt zwischen dem ersten Kolbenspeicherelement und dem zweiten Kolbenspeicherelement gebildet ist. Dieser Überdruckschutz wird anhand eines Beispiels exemplarisch verdeutlicht. Beispielsweise strömt eine Menge an Spülgas durch die Gaseingangsleitung, beispielsweise durch Öffnung eines Ventils, etwa für 300ms, in das zweite Kolbenspeicherelement ein. Im ordnungsgemäßen Betrieb erfolgt eine "normale" Auslenkung, insbesondere des zweiten Kolbenspeicherelements, die beispielsweise mit einem Sensorelement erfasst wird. Am Ende des Einströmvorgangs wird das Ventil geschlossen. Der Druck reduziert sich im ordnungsgemäßen Betrieb langsam über die Gasausgangsleitung. Der Überdruckschutz ist eine Art selbsttätig wirkender Sicherheitsmechanismus, etwa wenn das Ventil nicht oder nicht richtig schließt und das zweite Kolbenspeicherelement seine maximale Auslenkung erreicht hat, oder wenn sich das zweite Kolbenspeicherelement verkantet. In diesen Fällen erhöht sich der Gasdruck im zweiten Kolbenspeicherelement. Dadurch wird die Wassersäule nach unten verdrängt. Dabei steigt die Wassersäule im Spalt zwischen erstem und zweitem Kolbenspeicherelement natürlich gleichzeitig an. Wasser und darin befindliches Gas "blubbern" somit über das offene Ende des Spalts nach außen. Ein Bersten der Speicherkammer wird dadurch verhindert.Alternatively or additionally, the storage device preferably has an overpressure protection, which is preferably formed by the gap between the first piston storage element and the second piston storage element. This overpressure protection is illustrated using an example. For example, a quantity of purge gas flows into the second piston storage element through the gas inlet line, for example by opening a valve, for approximately 300 ms. During proper operation, a "normal" deflection occurs, in particular of the second piston accumulator element, which is detected, for example, with a sensor element. At the end of the inflow process, the valve is closed. During proper operation, the pressure slowly reduces via the gas outlet line. The overpressure protection is a type of automatically acting safety mechanism, for example if the valve does not close or does not close properly and the second piston accumulator element has reached its maximum deflection, or if the second piston accumulator element tilts. In these cases, the gas pressure in the second piston accumulator element increases. This causes the water column to be displaced downwards. The water column in the gap between the first and second piston storage elements naturally increases at the same time. Water and the gas contained therein “bubble” outwards through the open end of the gap. This prevents the storage chamber from bursting.

Alternativ oder zusätzlich weist das erste Kolbenspeicherelement bevorzugt in einer Seitenwandung, unterhalb des Endes der Gaseingangsleitung und der Gasausgangsleitung, einen Schutzauslauf auf. Dieser Schutzauslauf schützt die Gaseingangsleitung und die Gasausgangsleitung in einem Fehlerfall vor dem Volllaufen mit Flüssigkeit. Der Schutzauslauf liegt von seiner Höhe her vorzugsweise zwischen dem definierten Flüssigkeitslevel an Flüssigkeit und den Enden der Gaseingangsleitung und der Gasausgangsleitung.Alternatively or additionally, the first piston storage element preferably has a protective outlet in a side wall, below the end of the gas inlet line and the gas outlet line. This protective outlet protects the gas inlet line and the gas outlet line from filling up with liquid in the event of a fault. The The height of the protective outlet is preferably between the defined liquid level of liquid and the ends of the gas inlet line and the gas outlet line.

Um den ordnungsgemäßen Betrieb der Speichervorrichtung überwachen zu können, sind bevorzugt eine Reihe von Sensorelementen bereitgestellt, die nachfolgend näher beschrieben werden. Je nach Bedarf können die Sensorelemente, zumindest einzelne Sensorelemente, über geeignete Schnittstellen mit der Steuereinrichtung verbunden sein.In order to be able to monitor the proper operation of the storage device, a series of sensor elements are preferably provided, which are described in more detail below. Depending on requirements, the sensor elements, at least individual sensor elements, can be connected to the control device via suitable interfaces.

Vorzugsweise weist die Speichervorrichtung wenigstens ein Sensorelement zur Bestimmung des Drucks in der Gasausgangsleitung auf. Darüber lässt sich insbesondere der Innendruck in der Speicherkammer, insbesondere im zweiten Kolbenspeicherelement, bestimmen. Die Abgabe des Gases aus der Speicherkammer erfolgt vorzugsweise ohne Ventil oder Steuerung und ist beispielsweise durch eine Blende oder eine andere Dosiereinrichtung oder ein Drosselelement zur Systemluft gedrosselt. Zwischen Puffervolumen und Blende befindet sich vorzugsweise eine Druckmessstelle in Form des genannten Sensorelements, die den Innendruck der Speicherkammer ausreichend genau repräsentiert.The storage device preferably has at least one sensor element for determining the pressure in the gas outlet line. In particular, the internal pressure in the storage chamber, in particular in the second piston storage element, can be determined in this way. The gas is released from the storage chamber preferably without a valve or control and is throttled to the system air, for example by a diaphragm or another metering device or a throttle element. Between the buffer volume and the aperture there is preferably a pressure measuring point in the form of the sensor element mentioned, which represents the internal pressure of the storage chamber with sufficient accuracy.

Vorzugsweise weist die Speichervorrichtung wenigstens ein Sensorelement zur Lagebestimmung des zweiten Kolbenspeicherelements auf. Das Sensorelement ist vorzugsweise ein kontaktloses und/oder kapazitives Sensorelement. Über dieses Sensorelement lässt sich die Höhe beziehungsweise die Auslenkung des zweiten Kolbenspeicherelements bestimmen und feststellen. Insbesondere lässt sich auch die Nennhöhe bestimmen, bis zu der das zweite Kolbenspeicherelement durch Einspeichern von Spülgas ausgelenkt werden darf, beziehungsweise, ob das zweite Kolbenspeicherelement diese Nennhöhe erreicht hat.The storage device preferably has at least one sensor element for determining the position of the second piston storage element. The sensor element is preferably a contactless and/or capacitive sensor element. The height or deflection of the second piston accumulator element can be determined and determined via this sensor element. In particular, the nominal height up to which the second piston accumulator element may be deflected by storing purge gas, or whether the second piston accumulator element has reached this nominal height, can also be determined.

Vorzugsweise weist die Speichervorrichtung wenigstens ein Sensorelement zu Messung der Flüssigkeitshöhe im ersten Kolbenspeicherelement auf. Beispielsweise kann zusätzlich auch ein weiteres Sensorelement bereitgestellt werden, welches die Flüssigkeitshöhe im Spalt zwischen erstem und zweitem Kolbenspeicherelement misst. Bei dem/den Sensorelement(en) handelt es sich vorzugsweise um einen kontaktlosen und/oder kapazitiven Sensor. Mit dem Sensorelement wird insbesondere bestimmt, ob sich die Flüssigkeit im Bereich des definierten Flüssigkeitslevels befindet. Liegt der erfasste Flüssigkeitsspiegel darüber oder darunter, kann in geeigneter Weise der Flüssigkeitszulauf oder der Flüssigkeitsablauf aktiviert werden.The storage device preferably has at least one sensor element for measuring the liquid level in the first piston storage element. For example, a further sensor element can also be provided which measures the liquid height in the gap between the first and second piston accumulator elements. The sensor element(s) is preferably a contactless and/or capacitive sensor. The sensor element is used to determine in particular whether the liquid is in the area of the defined liquid level. Is the recorded one If the liquid level is above or below, the liquid inlet or outlet can be activated in a suitable manner.

Wie oben schon beschrieben wurde, ist erfindungsgemäß realisiert, dass das erste Kolbenspeicherelement axial gegen das zweite Kolbenspeicherelement beweglich ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das erste Kolbenspeicherelement fest, das heißt unbeweglich, während das zweite Kolbenspeicherelement beweglich, das heißt auslenkbar ist. In einer bevorzugten Ausführung weist die Speichervorrichtung für die axiale Beweglichkeit des ersten Kolbenspeicherelements gegen das zweite Kolbenspeicherelement eine Führungseinrichtung, insbesondere eine Linearführungseinrichtung, für das zweite Kolbenspeicherelement auf. Eine derartige Führungseinrichtung ist insbesondere freigängig, robust und führt zu keinen Eingriffen in das Gesamtsystem. Insbesondere bei einer Linearführung sind keine Festlager erforderlich. Das führt zu kleinstmöglichen Querkräften und verhindert die Verwendung von flexiblen Materialien. Dadurch wird die Lebensdauer der Speichervorrichtung erhöht.As already described above, according to the invention it is realized that the first piston accumulator element is axially movable against the second piston accumulator element. In a preferred embodiment, the first piston accumulator element is fixed, i.e. immovable, while the second piston accumulator element is movable, i.e. deflectable. In a preferred embodiment, the storage device has a guide device, in particular a linear guide device, for the second piston storage element for the axial mobility of the first piston storage element relative to the second piston storage element. Such a guide device is particularly free-moving, robust and does not lead to any intervention in the overall system. No fixed bearings are required, especially with a linear guide. This leads to the smallest possible transverse forces and prevents the use of flexible materials. This increases the lifespan of the storage device.

Mittels der Führungseinrichtung gleitet das zweite Kolbenspeicherelement bei Aufnahme von Purgegas, vorzugsweise linear, nach oben und löst vorzugsweise bei definierter Auslenkung ein Sensorelement zur Lagebestimmung aus. Das zweite Kolbenspeicherelement wird vorzugsweise wird durch wenigstens ein, vorzugsweise zwei Gleitlager auf einer Führungsstange geführt. Bei dem Gleitlager handelt es sich insbesondere um ein zylindrisches Gleitlager. Das Gleitlager ist insbesondere in Form einer selbstschmierenden Kunststoffbuchse ausgebildet. Das Gleitlager ist vorzugsweise Reinstwasser-beständig, zyklenfest und für die anliegende Belastung geeignet. Die Führungsstange ist vorzugsweise von einem Hohlprofilelement umgeben, beispielsweise einem Rohr, insbesondere einem Edelstahlrohr, welches die eigentliche Führung des zweiten Kolbenspeicherelements darstellt, und an dessen Enden sich jeweils ein Gleitlager befindet. Die Führungsstange verläuft durch das Hohlprofilelement, welches in Verbindung zu dem zweiten Kolbenspeicherelement steht. Das Hohlprofilelement gleitet entlang der Führungsstange, wodurch das zweite Kolbenspeicherelement bewegt, insbesondre ausgelenkt wird. Die Führungsstange ist bevorzugt in dem ersten Kolbenspeicherelement gelagert/befestigt. Die Führungsstange sollte das erste Kolbenspeicherelement nicht durchstoßen, um potenzielle Leckagestellen zu vermeiden.By means of the guide device, the second piston storage element slides upwards, preferably linearly, when purge gas is absorbed and preferably triggers a sensor element for determining the position at a defined deflection. The second piston accumulator element is preferably guided by at least one, preferably two plain bearings on a guide rod. The plain bearing is in particular a cylindrical plain bearing. The plain bearing is designed in particular in the form of a self-lubricating plastic bushing. The plain bearing is preferably ultrapure water-resistant, cycle-proof and suitable for the applied load. The guide rod is preferably surrounded by a hollow profile element, for example a tube, in particular a stainless steel tube, which represents the actual guide of the second piston accumulator element, and at each end of which there is a plain bearing. The guide rod runs through the hollow profile element, which is connected to the second piston accumulator element. The hollow profile element slides along the guide rod, whereby the second piston accumulator element is moved, in particular deflected. The guide rod is preferably mounted/fastened in the first piston accumulator element. The guide rod should not penetrate the first piston accumulator element to avoid potential leak points.

Vorzugsweise weist die Speichervorrichtung eine Rahmeneinrichtung auf, welche insbesondere an dem ersten Kolbenspeicherelement angeordnet oder ausgebildet ist. Die Rahmeneinrichtung dient insbesondere zur Stützung und Lagerung der Kolbenspeicherelemente und der Führungsstange der Führungseinrichtung. Über die Rahmeneinrichtung kann die Speichereinrichtung auch an anderen Komponenten eines Energiesystems, beispielsweise in einem Systemschrank, montiert werden. Vorzugsweise ist die Führungseinrichtung, insbesondere die Führungsstange der Führungseinrichtung, Bestandteil der Rahmeneinrichtung.Preferably, the storage device has a frame device, which is arranged or formed in particular on the first piston storage element. The frame device serves in particular to support and support the piston accumulator elements and the guide rod of the guide device. The storage device can also be mounted on other components of an energy system, for example in a system cabinet, via the frame device. Preferably, the guide device, in particular the guide rod of the guide device, is part of the frame device.

In bevorzugter Ausgestaltung weist das zweite Kolbenspeicherelement eines oder mehrere Stabilisierungselement(e) auf, das/die beispielsweise als Stabilisierungsrippe(n) ausgebildet ist/sind. Das wenigstens eine Stabilisierungselement ist bevorzugt auf der Außenseite des Bodenelements des zweiten Kolbenspeicherelements angeordnet oder ausgebildet und ist bevorzugt mit einem Ende an dem Hohlprofilelement der Führungseinrichtung angeordnet oder mit dieser verbunden. Das wenigstens eine Stabilisierungselement dient insbesondere dazu, die Kontur des zweiten Kolbenspeicherelements zu sichern, damit sich dieses nicht verformt oder verkantet. Dadurch wird sichergestellt, dass das zweite Kolbenspeicherelement bei seiner Auslenkbewegung immer problemlos geführt ist. Zudem wird verhindert, dass sich das zweite Kolbenspeicherelement, insbesondere dessen Bodenelement verformt, wenn der Gasdruck im Innern der Speicherkammer zu groß wird.In a preferred embodiment, the second piston accumulator element has one or more stabilization element(s), which is/are designed, for example, as a stabilization rib(s). The at least one stabilizing element is preferably arranged or formed on the outside of the base element of the second piston accumulator element and is preferably arranged at one end on the hollow profile element of the guide device or connected to it. The at least one stabilizing element serves in particular to secure the contour of the second piston accumulator element so that it does not deform or tilt. This ensures that the second piston accumulator element is always guided smoothly during its deflection movement. In addition, the second piston storage element, in particular its base element, is prevented from deforming if the gas pressure inside the storage chamber becomes too high.

In weiterer Ausgestaltung weist das zweite Kolbenspeicherelement wenigstens eine Aktivierungseirichtung zum Aktivieren beziehungsweise Auslösen eines wie weiter oben beschriebenen Sensorelements zur Lagebestimmung des zweiten Kolbenspeicherelements auf. Die Aktivierungseinrichtung ist beispielsweise in Form eines Aktivierungsrings ausgebildet, der außen an dem zweiten Kolbenspeicherelement angeordnet oder ausgebildet ist.In a further embodiment, the second piston accumulator element has at least one activation device for activating or triggering a sensor element as described above for determining the position of the second piston accumulator element. The activation device is designed, for example, in the form of an activation ring which is arranged or formed on the outside of the second piston accumulator element.

In weiterer Ausgestaltung weist die Speichervorrichtung eine Befestigungseinrichtung auf, mittels derer die Speichervorrichtung, insbesondere deren Speicherkammer, an einer Komponente eines Energiesystems, beispielsweise an/in einem Systemschrank, befestigt werden kann. Die Befestigungseinrichtung weist bevorzugt eine Reihe von unterschiedlichen Elementen auf. Beispielsweise kann die Befestigungseinrichtung wenigstens einen Stift zur Lagefixierung aufweisen. Dieser ragt bevorzugt vom Bodenelement des ersten Kolbenspeicherelements außen nach unten ab. Der Stift wirkt mit einer korrespondierenden Aufnahmeöffnung zusammen, in welche der Stift eingesteckt wird. Auf diese Weise wird die Speichervorrichtung bei deren Befestigung in die gewünschte/erforderliche Position gebracht. Weiterhin weist die Befestigungseinrichtung bevorzugt wenigstens ein Befestigungselement auf, mittels dessen die Speichervorrichtung, insbesondere die Speicherkammer an einer externen Komponente, beispielsweise an/in einem Systemschrank, vorzugsweise lösbar, angeordnet wird. Bei dem Befestigungselement handelt es sich vorzugsweise um einen Befestigungswinkel, der beispielsweise aus Blech hergestellt ist. Die vorstehend beschriebene Aufnahmeöffnung für den Stift kann insbesondere in dem Befestigungselement ausgebildet sein. Über eine Befestigungsschelle oder ein Befestigungsband kann die Speichervorrichtung, insbesondere die Speicherkammer, vorzugsweise lösbar an dem wenigstens einen Befestigungselement befestigt werden. Durch die Befestigungseinrichtung wird es auf einfache Weise möglich, die Speichervorrichtung, insbesondere die Speicherkammer, zu befestigen und bei Bedarf auch wieder abzubauen, beispielsweise wenn ein Austausch erforderlich wird.In a further embodiment, the storage device has a fastening device by means of which the storage device, in particular its storage chamber, can be fastened to a component of an energy system, for example on/in a system cabinet. The fastening device preferably has a number of different elements. For example, the fastening device can have at least one pin for fixing the position. This preferably projects downwards from the bottom element of the first piston accumulator element. The pen works with a corresponding Receiving opening together into which the pen is inserted. In this way, the storage device is brought into the desired/required position when it is attached. Furthermore, the fastening device preferably has at least one fastening element, by means of which the storage device, in particular the storage chamber, is arranged on an external component, for example on/in a system cabinet, preferably releasably. The fastening element is preferably a fastening bracket, which is made, for example, from sheet metal. The receiving opening for the pin described above can be formed in particular in the fastening element. The storage device, in particular the storage chamber, can be attached, preferably releasably, to the at least one fastening element via a fastening clamp or a fastening band. The fastening device makes it possible in a simple manner to fasten the storage device, in particular the storage chamber, and to dismantle it again if necessary, for example if an exchange is necessary.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Energiesystem, insbesondere ein Gebäudeenergiesystem, bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 11 aufweist. Das Energiesystem, welches insbesondere als ein Gebäudeenergiesystem ausgebildet ist, weist eine Elektrolyseeinrichtung, ein Brennstoffzellensystem, optional eine Hochdruckspeichereinrichtung oder eine andere geeignete Speichereinrichtung für Wasserstoff, insbesondere einen Mitteldruckspeicher oder einen Metallhydridspeicher, sowie eine Verbindungsleitungseinrichtung auf, über die die Elektrolyseeinrichtung, das Brennstoffzellensystem sowie optional die Speichereinrichtung miteinander verbunden sind.According to the second aspect of the invention, an energy system, in particular a building energy system, is provided which has the features of independent patent claim 11. The energy system, which is designed in particular as a building energy system, has an electrolysis device, a fuel cell system, optionally a high-pressure storage device or another suitable storage device for hydrogen, in particular a medium-pressure storage device or a metal hydride storage device, and a connecting line device via which the electrolysis device, the fuel cell system and optionally the storage device are connected to each other.

Das Energiesystem ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine Speichervorrichtung zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas, gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle deshalb vollinhaltlich auf die Ausführungen zur Speichervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie auch auf die allgemeine Beschreibung zum Energiesystem weiter oben Bezug genommen und verwiesen.According to the invention, the energy system is characterized in that it has at least one storage device for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, according to the first aspect of the invention. In order to avoid repetition, reference is made here in full to the statements on the storage device according to the first aspect of the invention as well as to the general description of the energy system above.

Vorzugsweise ist die Speichervorrichtung in einem ersten Untersystem des Energiesystems angeordnet. Insbesondere ist die Speichervorrichtung in einem, insbesondere belüfteten, vorzugsweise stationären, Systemschrank des Energiesystems angeordnet. Die in einem Systemschrank angeordnete Speichervorrichtung ist somit vor Witterungseinflüssen, beispielsweise vor Regen, Frost, UV-Strahlung, und dergleichen, geschützt. Der Systemschrank wird im Betrieb vorzugsweise von einem stetigen Luftvolumenstrom durchströmt, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 5°C und maximal 70°C. Das in der Speichervorrichtung zwischengespeicherte Spülgas wird bevorzugt in kontrollierter Weise in diesen Luftvolumenstrom eingebracht, so dass keine unerwünschten, schädlichen Zündquellen entstehen können.Preferably, the storage device is arranged in a first subsystem of the energy system. In particular, the storage device is in a, in particular ventilated, preferably arranged in a stationary system cabinet of the energy system. The storage device arranged in a system cabinet is thus protected from weather influences, for example from rain, frost, UV radiation, and the like. During operation, a constant volume of air flows through the system cabinet, for example at temperatures between 5°C and a maximum of 70°C. The purge gas temporarily stored in the storage device is preferably introduced into this air volume flow in a controlled manner, so that no undesirable, harmful ignition sources can arise.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 13 aufweist. Das Verfahren dient zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas. Vorzugsweise wird das Verfahren mittels einer Speichervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/der in einem Energiesystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgeführt. Zu Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle, insbesondere hinsichtlich der Funktionsweise des Verfahrens, vollinhaltlich auch auf die allgemeine Beschreibung zum Energiesystem weiter oben sowie auf die Ausführungen zur Speichervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie auf die Ausführungen zum Energiesystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung Bezug genommen und verwiesen.According to the third aspect of the invention, a method is provided which has the features of independent claim 13. The method is used to absorb and/or temporarily store gas, in particular purge gas discharged during a purge process. Preferably, the method is carried out using a storage device according to the first aspect of the invention and/or in an energy system according to the second aspect of the invention. To avoid repetition, at this point, in particular with regard to how the method works, we also refer in full to the general description of the energy system above as well as to the comments on the storage device according to the first aspect of the invention and to the comments on the energy system according to the second aspect of the invention Referenced and referenced.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einer expandierbaren Speicherkammer, welche als Kolbenspeicher ausgebildet ist, einer Speichervorrichtung ab. Die Speicherkammer weist ein als Flüssigkeitskammer ausgebildetes erstes Kolbenspeicherelement, in welches bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel Flüssigkeit eingefüllt ist, und ein als Hubkolbenelement ausgebildetes zweites Kolbenspeicherelement auf, wobei die Kolbenspeicherelemente, insbesondere konzentrisch, gegensinnig ausgerichtet ineinander gestülpt sind, wobei die Kolbenspeicherelemente gegeneinander axial beweglich sind, und wobei das erste Kolbenspeicherelement in Bezug auf das zweite Kolbenspeicherelement außenliegend ist und zwischen einer Außenfläche des zweiten Kolbenspeicherelements und einer Innenfläche (82) des ersten Kolbenspeicherelements ein, insbesondere umlaufender, Spalt ausgebildet ist.The method according to the invention takes place in an expandable storage chamber, which is designed as a piston accumulator, of a storage device. The storage chamber has a first piston storage element designed as a liquid chamber, into which liquid is filled up to a defined liquid level, and a second piston storage element designed as a reciprocating piston element, the piston storage elements being inserted into one another, in particular concentrically, aligned in opposite directions, the piston storage elements being axially movable relative to one another , and wherein the first piston accumulator element is external in relation to the second piston accumulator element and an, in particular circumferential, gap is formed between an outer surface of the second piston accumulator element and an inner surface (82) of the first piston accumulator element.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet:

  1. a) Über eine Gaseingangsleitung, die im zweiten Kolbenspeicherelement endet, wird Gas oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels für die Flüssigkeit in das zweite Kolbenspeicherelement eingeleitet. Der Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung und der Elektrolyseeinrichtung erfordert ein zyklisches Spülen beziehungsweise Bereinigen der reaktiven Oberflächen von unter anderem Stickstoff und Wasser, beispielsweise durch einen Druckstoß. Vorzugsweise wird dazu ein jeweiliges Purgeventil gegen Atmosphäre kurz geöffnet. Die entstehende Druckdifferenz über das Purgeventil erzeugt einen Volumenstrom, der reaktionshemmende Stoffe austrägt und in die, vorzugsweise von der Brennstoffzelleneinrichtung und der Elektrolyseeinrichtung dual genutzte expandierbare Speicherkammer befördert. Durch den sich aufbauenden Gasdruck, insbesondere durch diesen allein, wird das erste Kolbenspeicherelement axial gegen das zweite Kolbenspeicherelement verschoben. Beispielsweise wird das zweite Kolbenspeicherelement, vorzugsweise mittels einer Führungseinrichtung, ausgelenkt, vorzugsweise bis zu einer definierten Nennhöhe beziehungsweise Nennauslenkung. Diese Auslenkung wird insbesondere durch den sich im zweiten Kolbenspeicherelement aufbauenden Überdruck, das heißt einen Druck oberhalb des Atmosphärendrucks, getrieben.
According to the invention, the method is characterized by the following steps:
  1. a) Gas above the defined liquid level for the liquid is introduced into the second piston storage element via a gas inlet line that ends in the second piston storage element. The operation of the fuel cell device and the electrolysis device requires cyclic flushing or cleaning of the reactive surfaces of, among other things, nitrogen and water, for example by a pressure surge. For this purpose, a respective purge valve against the atmosphere is preferably opened briefly. The resulting pressure difference across the purge valve generates a volume flow that discharges reaction-inhibiting substances and transports them into the expandable storage chamber, which is preferably used dual by the fuel cell device and the electrolysis device. Due to the gas pressure that builds up, in particular due to this alone, the first piston accumulator element is displaced axially against the second piston accumulator element. For example, the second piston accumulator element is deflected, preferably by means of a guide device, preferably up to a defined nominal height or nominal deflection. This deflection is driven in particular by the excess pressure that builds up in the second piston accumulator element, that is, a pressure above atmospheric pressure.

Vorzugsweise wird das Gas pro Speicherzyklus für eine definierte Zeitspanne, beispielsweise für einen Zeitraum von weniger als einer Sekunde, beispielsweise für 300ms, und/oder bis zu einer definierten Nennhöhe des zweiten Kolbenspeicherelements in das zweite Kolbenspeicherelement eingeleitet. Die Nennhöhe kann beispielsweise einen bestimmten Prozentsatz des maximalen Volumens des zweiten Kolbenelements betragen, beispielsweise eine volumetrische Ausdehnung von größer 50%, beispielsweise 60%. Die Einleitung des Gases über eine bestimmte Zeitspanne erfolgt beispielsweise über eine entsprechende Stellung einer Ventileinrichtung in der Gaseingangsleitung. Die Steuerung der Ventileinrichtung erfolgt vorzugsweise mittels der Steuereinrichtung. Ebenso kann ein Sensorelement zur Lagebestimmung des zweiten Kolbenspeicherelementes die ermittelten Werte über eine Schnittstelle an die Steuereinrichtung weiterleiten. In einer Ausführung erfolgt die Steuerung des Gaseinleitung allein aufgrund der definierten Zeitspanne über eine entsprechende Stellung der Ventileinrichtung. In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Steuerung der Gaseinleitung allein aufgrund der ermittelten Lagebestimmung, das heißt Auslenkung, der zweiten Kolbenspeicherelements. In einer dritten Ausführungsform erfolgt die Steuerung der Gaseinleitung aufgrund einer Kombination der beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dadurch lassen sich auch mögliche Fehler detektieren und das Ventil bei Bedarf geschlossen werden. In der Steuereinrichtung kann die Dauer der Zeitspanne hinterlegt sein, wie lange Gas in das zweite Kolbenspeicherelement der Speichervorrichtung eingeleitet wird. Zu Beginn wird die Ventileinrichtung mittels der Steuereinrichtung geöffnet und bei Erreichen der Zeitspanne wieder geschlossen. Alternativ oder zusätzlich werden die von der Sensoreinrichtung erfassten Lagewerte des zweiten Kolbenspeicherelements an die Steuereinrichtung übertragen und dort ausgewertet. Ist ein vorgegebener Lagewert erreicht, wird das Ventil für die Gaseinleitung wieder geschlossen. Die Steuereinrichtung erzeugt geeignete Kommandos, die an die Ventileinrichtung übertragen werden, und aufgrund derer die Ventileinrichtung geöffnet und wieder geschlossen wird.
b) Nach Beendigung der Einleitung des Gases, beispielsweise nach Schließung des Purgeventils, stoppt die Auslenkung, und das im zweiten Kolbenspeicherelement befindliche Gas wird über die Gasausgangsleitung, die oberhalb des Flüssigkeitslevels für die Flüssigkeit im zweiten Kolbenspeicherelement endet, vorzugsweise allein mittels der Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements, aus dem zweiten Kolbenspeicherelement ausgeleitet. Das bedeutet, die Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements drückt das Purgegas, vorzugsweise durch eine definierte Blende, nach außen, beispielsweise in einen Systemluftstrom.
Preferably, the gas is introduced into the second piston storage element per storage cycle for a defined period of time, for example for a period of less than a second, for example for 300 ms, and/or up to a defined nominal height of the second piston storage element. The nominal height can, for example, be a certain percentage of the maximum volume of the second piston element, for example a volumetric expansion of greater than 50%, for example 60%. The gas is introduced over a certain period of time, for example via a corresponding position of a valve device in the gas inlet line. The valve device is preferably controlled by means of the control device. Likewise, a sensor element for determining the position of the second piston accumulator element can forward the determined values to the control device via an interface. In one embodiment, the gas introduction is controlled solely based on the defined time period via a corresponding position of the valve device. In another embodiment, the gas introduction is controlled solely on the basis of the determined position determination, i.e. deflection, of the second piston accumulator element. In a third embodiment, the gas introduction is controlled based on a combination of the two previously described embodiments. This also allows possible errors to be detected and the valve to be closed if necessary. In the control device, the duration of the A period of time can be stored for how long gas is introduced into the second piston storage element of the storage device. At the beginning, the valve device is opened using the control device and closed again when the time period is reached. Alternatively or additionally, the position values of the second piston accumulator element detected by the sensor device are transmitted to the control device and evaluated there. Once a specified position value is reached, the valve for gas introduction is closed again. The control device generates suitable commands that are transmitted to the valve device and based on which the valve device is opened and closed again.
b) After the introduction of the gas has ended, for example after the purge valve has been closed, the deflection stops and the gas in the second piston storage element is discharged via the gas outlet line, which ends above the liquid level for the liquid in the second piston storage element, preferably solely by means of the weight of the second Piston storage element, discharged from the second piston storage element. This means that the weight of the second piston storage element pushes the purge gas outwards, for example into a system air flow, preferably through a defined aperture.

Vorzugsweise wird das Gas bei seiner Einleitung in das zweite Kolbenspeicherelement mit den im Rahmen des ersten Erfindungsaspekts beschriebenen Effekten gegen ein Bodenelement des zweiten Kolbenspeicherelements gerichtet und von dort umgelenkt, bevor es in die Gasausgangsleitung eintritt und von dort aus dem zweiten Kolbenspeicherelement abgeleitet wird.Preferably, when the gas is introduced into the second piston accumulator element with the effects described in the context of the first aspect of the invention, it is directed against a base element of the second piston accumulator element and is deflected from there before it enters the gas outlet line and is derived from there from the second piston accumulator element.

Vorzugsweise wird der Gasstrom aus der Gasausgangsleitung mittels einer Dosiereinrichtung oder einem Drosselelement oder einer Blende eingestellt, und/oder der Gasstrom wird aus der Gasausgangsleitung mittels eines Filterelements gefiltert, was im Zusammenhang mit dem ersten Erfindungsaspekt ausführlich beschrieben ist. Das aus der Speichervorrichtung ausgetragene, oftmals noch feuchte, Purgegas wird auf diese Weise nicht ungedrosselt und damit mit einem gegenüber dem in das Kolbenspeicherelement einströmenden Gasvolumenstrom deutlich reduziertem den Kolbenspeicher verlassenden Gasvolumenstrom nach außen, beispielsweise in den Systemschrank, gegeben, weshalb sich keine explosionsfähige Zone bilden kann.Preferably, the gas flow from the gas outlet line is adjusted by means of a metering device or a throttle element or an orifice, and/or the gas flow is filtered from the gas outlet line by means of a filter element, which is described in detail in connection with the first aspect of the invention. In this way, the purge gas discharged from the storage device, which is often still moist, is not unthrottled and is therefore released to the outside, for example into the system cabinet, with a gas volume flow leaving the piston storage element that is significantly reduced compared to the gas volume flow flowing into the piston storage element, which is why no explosive zone is formed can.

Um den ordnungsgemäßen Betrieb der Speichervorrichtung überwachen zu können, sind bevorzugt eine Reihe von Sensorelementen bereitgestellt, deren Aufbau und Funktionsweise im Zusammenhang mit dem ersten Erfindungsaspekt erläutert ist. Die Sensorelemente verfügen vorzugsweise über geeignete Schnittstellen, mittels derer die Messwerte an eine Sauereinrichtung, beispielsweise eine Sicherheits-Steuereinrichtung übertragen werden.In order to be able to monitor the proper operation of the storage device, a series of sensor elements are preferably provided, the structure and functioning of which are explained in connection with the first aspect of the invention. The sensor elements preferably have suitable interfaces by means of which the measured values are transmitted to a sour device, for example a safety control device.

Die Erfindung wird nun anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1
in schematischer Ansicht ein erfindungsgemäßes Energiesystem mit einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung;
Figur 2
den grundlegenden Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung;
Figuren 3 bis 8
verschiedene Betriebszustände einer Speichervorrichtung, insbesondere gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Figuren 9 und 10
den grundlegenden Aufbau sowie verschiedene Betriebszustände eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung.
The invention will now be explained in more detail using various exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it
Figure 1
a schematic view of an energy system according to the invention with a storage device according to the invention;
Figure 2
the basic structure of a first exemplary embodiment of the storage device according to the invention;
Figures 3 to 8
different operating states of a storage device, in particular according to the first exemplary embodiment;
Figures 9 and 10
the basic structure and various operating states of a second exemplary embodiment of the storage device according to the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas, wobei die Speichervorrichtung in einem Energiesystem eingesetzt wird. Bei dem Energiesystem handelt es sich insbesondere um eine Gebäudeenergiesystem.The present invention relates to a storage device for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, the storage device being used in an energy system. The energy system is in particular a building energy system.

In Figur 1 wird zunächst der grundsätzliche Aufbau des Energiesystems 10 beschrieben.In Figure 1 The basic structure of the energy system 10 is first described.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist das Energiesystem 10 zunächst ein erstes Untersystem 11 auf, welches als Innensystem ausgebildet ist. Das bedeutet, dass sich das erste Untersystem 11 innerhalb des Gebäudes befindet. Die einzelnen Komponenten des ersten Untersystems 11 sind im gezeigten Beispiel in einem Systemschrank 12 untergebracht. Zusätzlich weist das Energiesystem 10 ein zweites Untersystem 13 in Form eines Außensystems auf. Das bedeutet, dass sich das zweite Untersystem 13 außerhalb des Gebäudes befindet.How out Figure 1 As can be seen, the energy system 10 initially has a first subsystem 11, which is designed as an internal system. This means that the first subsystem 11 is located inside the building. The individual components of the first subsystem 11 are housed in a system cabinet 12 in the example shown. In addition, the energy system 10 has a second subsystem 13 in the form of an external system. This means that the second subsystem 13 is located outside the building.

Das erste Untersystem 11 weist eine Elektrolyseeinrichtung 14 zur Herstellung von Wasserstoff auf. Zudem weist das erste Untersystem 11 eine Brennstoffzelleneinrichtung 15 auf. Das zweite Untersystem 13 verfügt zudem über eine Hochdruckspeichereinrichtung 21. In der Hochdruckspeichereinrichtung 21 wird der in der Elektrolyseeinrichtung 14 erzeugte Wasserstoff bei bis zu 700 bar gespeichert. Zusätzlich verfügt das zweite Untersystem 13 über eine Mitteldruckspeichereinrichtung 22, in der der erzeugte Wasserstoff bei Drücken zwischen 20 und 60 bar zwischengespeichert wird, bevor er von dort endgültig in der Hochdruckspeichereinrichtung 21 gespeichert wird.The first subsystem 11 has an electrolysis device 14 for producing hydrogen. In addition, the first subsystem 11 has a fuel cell device 15. The second subsystem 13 also has a high-pressure storage device 21. The hydrogen produced in the electrolysis device 14 is stored in the high-pressure storage device 21 at up to 700 bar. In addition, the second subsystem 13 has a medium-pressure storage device 22 in which the hydrogen produced is temporarily stored at pressures between 20 and 60 bar before it is finally stored from there in the high-pressure storage device 21.

Die einzelnen Komponenten des Energiesystems 10 sind über eine Verbindungsleitungseinrichtung 16 miteinander verbunden, die aus einer Anzahl unterschiedlicher Leitungsabschnitte besteht. Einzelne Leitungsabschnitte sind dabei als so genannte bidirektionale Leitungsabschnitte ausgebildet.The individual components of the energy system 10 are connected to one another via a connecting line device 16, which consists of a number of different line sections. Individual line sections are designed as so-called bidirectional line sections.

Der in der Elektrolyseeinrichtung 14 hergestellte Wasserstoff verlässt die Elektrolyseeinrichtung 14 über einen Leitungsabschnitt der Verbindungsleitungseinrichtung 16, in dem sich in Strömungsrichtung des erzeugten Wasserstoffs beispielsweise eine Rückschlagventileinrichtung 17 sowie nachfolgend eine Filtereinrichtung 18 und eine Trocknereinrichtung 19 befinden, in denen der erzeugte Wasserstoff gefiltert und getrocknet wird. Die Filtereinrichtung 18 und die Trocknereinrichtung 19 können sich alternativ auch im zweiten Untersystem 13 befinden.The hydrogen produced in the electrolysis device 14 leaves the electrolysis device 14 via a line section of the connecting line device 16, in which, in the flow direction of the hydrogen produced, there is, for example, a check valve device 17 and subsequently a filter device 18 and a dryer device 19, in which the hydrogen produced is filtered and dried . The filter device 18 and the dryer device 19 can alternatively also be located in the second subsystem 13.

Von der Trocknereinrichtung 19 strömt der erzeugte Wasserstoff über weitere Leitungsabschnitte der Verbindungsleitungseinrichtung 16 zu einer weiteren Rückschlagventileinrichtung 25 in dem zweiten Untersystem 13. Von dort gelangt der erzeugte Wasserstoff in die Mitteldruckspeichereinrichtung 22, welche über eine Ventileinrichtung 23, die insbesondere als Sperrventil, beispielsweise in Form eines Magnetventils, ausgebildet ist, an der Verbindungsleitungseinrichtung 17 angebunden ist. Vor der Hochdruckspeichereinrichtung 21 befindet sich in der Verbindungsleitungseinrichtung 16 eine Kompressoreinrichtung 24, insbesondere in Form eines Kolbenkompressors. Der in der Mitteldruckspeichereinrichtung 22 zwischengespeicherte Wasserstoff wird unter Betätigung der Kompressoreinrichtung 24 in die Hochdruckspeichereinrichtung 22 eingespeichert.From the dryer device 19, the hydrogen generated flows via further line sections of the connecting line device 16 to a further check valve device 25 in the second subsystem 13. From there, the hydrogen generated reaches the medium-pressure storage device 22, which via a valve device 23, which is in particular as a check valve, for example in the form a solenoid valve, is formed, is connected to the connecting line device 17. A compressor device 24, in particular in the form of a piston compressor, is located in the connecting line device 16 in front of the high-pressure storage device 21. The hydrogen temporarily stored in the medium-pressure storage device 22 is stored in the high-pressure storage device 22 by actuating the compressor device 24.

Dieser Herstellungsvorgang des Wasserstoffs bis hin zu dessen Einspeicherung die Hochdruckspeichereinrichtung 21 stellt eine erste Betriebsweise des Energiesystems 10 dar. Bei dieser ersten Betriebsweise des Energiesystems 10 herrscht in der Verbindungsleitungseinrichtung 16 ein Druck von 20 bis 60 bar. Ein solcher Druck herrscht auch in der Mitteldruckspeichereinrichtung 22. Über die Kompressoreinrichtung 24 wird der aus der Mitteldruckspeichereinrichtung 22, bei der es sich um einen Zwischenspeicher handelt, entnommene Wasserstoff so weit komprimiert, dass er mit Drücken von bis zu 700 bar in die Hochdruckspeichereinrichtung 21 eingespeichert werden kann.This production process of the hydrogen up to its storage in the high-pressure storage device 21 represents a first mode of operation of the energy system 10. In this first mode of operation of the energy system 10, there is a pressure of 20 to 60 bar in the connecting line device 16. Such a pressure also exists in the medium-pressure storage device 22. The hydrogen removed from the medium-pressure storage device 22, which is an intermediate storage device, is compressed via the compressor device 24 to such an extent that it is stored in the high-pressure storage device 21 at pressures of up to 700 bar can be.

Der in der Hochdruckspeichereinrichtung 21 gespeicherte Wasserstoff wird für den Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 15 verwendet. Der Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 15 erfolgt in der zweiten Betriebsweise des Energiesystems 10. Die Brennstoffzelleneinrichtung 15 kann aber nur bei Drücken kleiner 20 bar arbeiten. In der zweiten Betriebsweise des Energiesystems 10 wird der Wassersoff aus der Hochdruckspeichereinrichtung 21 entnommen, über eine Entspannungseinrichtung 26 in Form eines Druckminderers entspannt, bevor er in die Brennstoffzelleneinrichtung 15 eintritt. Zur Messung des Drucks ist wenigstes eine Druckmesseinrichtung 20, beispielsweise in Form eines Drucksensors vorgesehen.The hydrogen stored in the high-pressure storage device 21 is used to operate the fuel cell device 15. The operation of the fuel cell device 15 takes place in the second operating mode of the energy system 10. However, the fuel cell device 15 can only work at pressures of less than 20 bar. In the second mode of operation of the energy system 10, the hydrogen is removed from the high-pressure storage device 21 and expanded via an expansion device 26 in the form of a pressure reducer before it enters the fuel cell device 15. To measure the pressure, at least one pressure measuring device 20, for example in the form of a pressure sensor, is provided.

Das in Figur 1 dargestellte Energiesystem 10 stellt einen Teilbereich eines Gesamt-Gebäudeenergiesystems dar, bei dem es sich um ein elektrisch autarkes und vollständig auf erneuerbaren Energien beruhendes multihybrides Gebäudeenergiespeichersystem handelt.This in Figure 1 Energy system 10 shown represents a subarea of an overall building energy system, which is an electrically self-sufficient multi-hybrid building energy storage system based entirely on renewable energies.

Das multihybride Gebäudeenergiespeichersystem ermöglicht es, die von einer Photovoltaik (PV)-Anlage, einer Kleinwindkraftanlage oder dergleichen erzeugte elektrische Energie bedarfsgesteuert auf das gesamte Jahr zu verteilen. Dabei agiert das System als Inselsystem unabhängig vom elektrischen Netz. Vielmehr soll die Anlage die elektrische Autarkie des Gebäudes gewährleisten, sodass über das ganze Jahr hinweg keine elektrische Energie aus dem Stromnetz bezogen werden muss.The multihybrid building energy storage system makes it possible to distribute the electrical energy generated by a photovoltaic (PV) system, a small wind turbine or the like over the entire year based on demand. The system acts as an island system independent of the electrical network. Rather, the system is intended to ensure the building's electrical self-sufficiency, so that no electrical energy has to be drawn from the power grid throughout the year.

Die primäre Aufgabe des Gebäudeenergiesystems ist es, die gewonnene elektrische Energie aus Photovoltaik (PV)-Modulen oder dergleichen dem Verbraucher im Gebäude verfügbar zu machen. Sekundär können bei Zeiten niedriger Last oder hoher Einstrahlung elektrische Energieüberschüsse in einem Batterie-Kurzzeit-Speicher zwischengespeichert werden. Tertiär kann im Wasserstoff-Langzeit-Speicher die elektrische Energie als gasförmiger Wasserstoff für Zeiten niedriger Einstrahlung wie Nacht, Winter oder dergleichen mittel- bis langfristig gespeichert und mittels Brennstoffzelle wieder jederzeit bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden.The primary task of the building energy system is to make the electrical energy obtained from photovoltaic (PV) modules or the like available to the consumer in the building. Secondarily, excess electrical energy can be temporarily stored in a short-term battery storage system during times of low load or high irradiation. Tertiary, the electrical energy can be stored in gaseous form in long-term hydrogen storage Hydrogen can be stored in the medium to long term for periods of low radiation such as night, winter or the like and made available again at any time as needed using fuel cells.

Neben energietechnischen Aufgaben fungiert das System auch als kontrollierte Wohnraumlüftung durch ein verbautes Lüftungsgerät.In addition to energy-related tasks, the system also functions as controlled living space ventilation using a built-in ventilation device.

Der in der Elektrolyseeinrichtung produzierte Wasserstoff fließt über die Wasserstoffleitung in die außenaufgestellte Druckspeicheranlage.The hydrogen produced in the electrolysis device flows via the hydrogen line into the pressure storage system installed outside.

Bei fehlender oder nicht ausreichender PV-Energie wird Energie aus der Batterie zur Deckung der Verbraucherlast entnommen. Reicht die im Kurzzeitspeicher vorrätige Energie nicht aus, kann die Brennstoffzelleinnrichtung den zusätzlichen elektrischen Energiebedarf decken. Im Brennstoffzellenbetrieb fließt der Wasserstoff über die Wasserstoffleitung aus der Druckspeicheranlage zur Brennstoffzelleneinrichtung.If there is no or insufficient PV energy, energy is taken from the battery to cover the consumer load. If the energy stored in the short-term storage is not sufficient, the fuel cell device can cover the additional electrical energy requirements. In fuel cell operation, the hydrogen flows via the hydrogen line from the pressure storage system to the fuel cell device.

Ein zeitgleicher Betrieb von Brennstoffzelleneinrichtung und Elektrolyseeinrichtung ist im Regelbetrieb ausgeschlossen, da dies energetisch unsinnig wäre. Nicht auszuschließen ist aber ein zeitgleicher Betrieb für sehr kurze Zeit und für definierte Zwecke einer Systemkonditionierung. Das gesamte System wird zentral über einen Energy Manager mit einem prädiktiven Energiemanagement betrieben.Simultaneous operation of the fuel cell device and the electrolysis device is excluded in regular operation, as this would make no sense in terms of energy. However, simultaneous operation for a very short period of time and for defined system conditioning purposes cannot be ruled out. The entire system is operated centrally via an Energy Manager with predictive energy management.

Das zweite Untersystem ist prinzipiell für den Betrieb im Außenbereich vorgesehen, kann aber unter bestimmten Bedingungen auch innerhalb eines speziellen Bereichs des Hauses errichtet und betrieben werden.The second subsystem is in principle intended for operation outdoors, but under certain conditions can also be installed and operated within a specific area of the house.

Während des Betriebs des Energiesystems 10 ist es erforderlich, dass die Elektrolyseeinrichtung 14 sowie die Brennstoffzelleneinrichtung 15 regelmäßig gespült werden, wobei die Brennstoffzelleneinrichtung 15 insbesondere auf der Anodenseite und die Elektrolyseeinrichtung 14 insbesondere auf der Kathodenseite gespült werden. Ein Spülen ist insbesondere erforderlich, um unerwünschte Fremdgasanteile, sowie sich lokal in den Zellstrukturen ansammelndes flüssiges Wasser, die die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der Brennstoffzelleneinrichtung 15 und/oder der Elektrolyseeinrichtung 14 negativ beeinflussen können, in regelmäßigen Abständen oder abhängig von den Betriebszuständen abzuführen.During operation of the energy system 10, it is necessary for the electrolysis device 14 and the fuel cell device 15 to be flushed regularly, with the fuel cell device 15 being flushed in particular on the anode side and the electrolysis device 14 in particular on the cathode side. Flushing is particularly necessary in order to remove unwanted foreign gas components, as well as liquid water that accumulates locally in the cell structures, which can negatively influence the performance and service life of the fuel cell device 15 and/or the electrolysis device 14, at regular intervals or depending on the operating conditions.

Das Spülen erfolgt unter Zuhilfenahme eines Spülsystems. Das während des Spülprozesses ausgetragene feuchte Spülgas, welches auch als Purgegas bezeichnet wird, darf nicht ohne Weiteres, insbesondere nicht ungedrosselt, nach außen, beispielsweise in den Systemschrank 12 abgegeben werden, da sich ansonsten eine explosionsfähige Zone bilden kann. Um eine kontrollierte Abgabe zu ermöglichen, wird das ausgetragene Spülgas in einer Speichervorrichtung 40 aufgefangen. Dazu ist die Speichervorrichtung 40, bei der es sich um eine expandierbare Speichervorrichtung 40 mit einer expandierbaren Speicherkammer 41 in Form eines Kolbenspeichers handelt, über einen ersten Leitungsabschnitt 27 mit der Elektrolyseeinrichtung 14, und über einen zweiten Leitungsabschnitt 28 mit der Brennstoffzelleneinrichtung 15 verbunden. Dadurch kann die Speichervorrichtung 40 wahlweise zur Zwischenspeicherung von Spülgas aus der Elektrolyseeinrichtung 14 und der Brennstoffzelleneinrichtung 15 verwendet werden. Aus der Speichervorrichtung 40 kann das zwischengespeicherte Spülgas dann kontrolliert in den Systemluftstrom 29, beispielsweise in den Systemschrank 12 oder nach außerhalb gegeben werden.Rinsing is carried out with the help of a rinsing system. The moist purging gas discharged during the purging process, which is also referred to as purge gas, must not be easily released to the outside, for example into the system cabinet 12, in particular not without being throttled, since otherwise an explosive zone can form. In order to enable controlled delivery, the discharged purge gas is collected in a storage device 40. For this purpose, the storage device 40, which is an expandable storage device 40 with an expandable storage chamber 41 in the form of a piston accumulator, is connected to the electrolysis device 14 via a first line section 27 and to the fuel cell device 15 via a second line section 28. As a result, the storage device 40 can optionally be used for temporarily storing purge gas from the electrolysis device 14 and the fuel cell device 15. From the storage device 40, the temporarily stored purge gas can then be given in a controlled manner into the system air flow 29, for example into the system cabinet 12 or outside.

Anhand der Figuren 2 bis 10 werden nun verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, wie eine erfindungsgemäße Speichervorrichtung 40 ausgestaltet sein kann.Based on Figures 2 to 10 Various exemplary embodiments will now be described as to how a storage device 40 according to the invention can be designed.

Die Figuren 2 bis 8 betreffen ein erstes Ausführungsbeispiel der Speichervorrichtung 40, während die Figuren 9 und 10 ein zweites Ausführungsbeispiel der Speichervorrichtung 40 betreffen.The Figures 2 to 8 relate to a first embodiment of the storage device 40, while the Figures 9 and 10 a second embodiment of the storage device 40 relate.

Im Zusammenhang mit Figur 2 wird zunächst der allgemeine Aufbau der Speichervorrichtung 40 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Figuren 3 bis 5 zeigen einen ersten Betriebszustand der Speichervorrichtung 40, bei dem es sich um einen Ruhezustand handelt, in dem die Speichervorrichtung 40 nicht expandiert ist. Die Figuren 6 bis 8 zeigen einen zweiten, operativen Betriebszustand der Speichervorrichtung 40, in dem die Speichervorrichtung 40 expandiert ist.In connection with Figure 2 The general structure of the memory device 40 according to the first exemplary embodiment will first be described. The Figures 3 to 5 show a first operating state of the storage device 40, which is a rest state in which the storage device 40 is not expanded. The Figures 6 to 8 show a second, operational operating state of the storage device 40, in which the storage device 40 is expanded.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Speichervorrichtung 40 eine als Kolbenspeicher ausgebildete expandierbare Speicherkammer 41 auf. Die Speicherkammer 41verfügt zunächst über ein zylinderförmiges beziehungsweise topfförmiges erstes Kolbenspeicherelement 42, bestehend aus einem Bodenelement 43 und einer von diesem abragenden Seitenwandung 44. Bodenelement 43 und Seitenwandung 44 begrenzen ein Aufnahmevolumen 45, in dem bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel 47 Flüssigkeit 46 in Form von Wasser eingefüllt ist. Über einen Flüssigkeitszulauf/Flüssigkeitsablauf 63, der im gezeigten Beispiel bidirektional genutzt wird, kann bei Bedarf Flüssigkeit 46 in das erste Kolbenspeicherelement 42 eingelassen oder aus diesem abgelassen werden. Die Füllstandshöhe an Flüssigkeit 46 im ersten Kolbenspeicherelement 42 wird über ein Sensorelement 61 zur Messung der Füllstandshöhe gemessen.According to the first exemplary embodiment, the storage device 40 has an expandable storage chamber 41 designed as a piston accumulator. The storage chamber 41 initially has a cylindrical or cup-shaped first piston storage element 42, consisting of a base element 43 and a side wall 44 projecting from it. The base element 43 and side wall 44 delimit Receiving volume 45, in which liquid 46 in the form of water is filled up to a defined liquid level 47. If necessary, liquid 46 can be admitted into or drained from the first piston accumulator element 42 via a liquid inlet/liquid outlet 63, which is used bidirectionally in the example shown. The level of liquid 46 in the first piston accumulator element 42 is measured via a sensor element 61 for measuring the level.

Weiterhin weist die Speicherkammer 41 ein zweites Kolbenspeicherelement 48 in Form eines Hubkolbens auf, welches ebenfalls ein Bodenelement 49 und eine Seitenwandung 50 aufweist. Auch das zweite Kolbenspeicherelement 48 ist zylinderförmig beziehungsweise topfförmig ausgebildet. Sowohl das erste Kolbenspeicherelement 42 als auch das zweite Kolbenspeicherelement 48 sind an ihren freien Enden der Seitenwandungen 45, 50, die den jeweiligen Bodenelementen 43, 49 gegenüberliegen, offen, wobei diese Öffnungen einander zugewandt sind. Die beiden Kolbenspeicherelemente 42, 48 sind monolithisch ausgebildet und konzentrisch und rotationssymmetrisch gegensinnig ausgerichtet ineinander gestülpt sowie gegeneinander axial beweglich.Furthermore, the storage chamber 41 has a second piston storage element 48 in the form of a reciprocating piston, which also has a base element 49 and a side wall 50. The second piston accumulator element 48 is also cylindrical or cup-shaped. Both the first piston accumulator element 42 and the second piston accumulator element 48 are open at their free ends of the side walls 45, 50, which lie opposite the respective base elements 43, 49, these openings facing one another. The two piston accumulator elements 42, 48 are monolithic and are concentrically and rotationally symmetrically aligned in opposite directions, inserted into one another and axially movable relative to one another.

In dem ersten Ausführungsbeispiel ist das zweite Kolbenspeicherelement 48 in seiner Höhenausrichtung stufenförmig ausgebildet und besteht aus einem ersten, unteren Teilbereich 51 sowie einem zweiten sich daran anschließenden oberen Teilbereich 52, wobei der erste Teilbereich 51 von seiner Querschnittsfläche her größer ist als der zweite Teilbereich 52. Das Bodenelement 49 hat einen entsprechenden, ebenfalls stufenförmigen Verlauf. Zwischen einer Außenfläche 81 des zweiten Kolbenspeicherelements 48 und einer Innenfläche 82 des ersten Kolbenspeicherelements 42, was insbesondere in den Figuren 9 und 10 zum zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt ist, analog aber auch für das erste Ausführungsbeispiel gilt, befindet sich ein ringförmig umlaufender Spalt 53, der ebenfalls mit Flüssigkeit 46 gefüllt ist.In the first exemplary embodiment, the second piston accumulator element 48 is stepped in its height orientation and consists of a first, lower subregion 51 and a second, adjoining upper subregion 52, the first subregion 51 being larger in cross-sectional area than the second subregion 52. The floor element 49 has a corresponding, also step-shaped course. Between an outer surface 81 of the second piston accumulator element 48 and an inner surface 82 of the first piston accumulator element 42, which is particularly the case in the Figures 9 and 10 is shown for the second exemplary embodiment, but also applies analogously to the first exemplary embodiment, there is an annular circumferential gap 53, which is also filled with liquid 46.

Über eine Gaseingangsleitung 54, die durch das Bodenelement 43 des ersten Kolbenspeicherelements 42 in das zweite Kolbenspeicherelement 48 geführt ist, wird das zu speichernde Gas in das zweite Kolbenspeicherelement 42 eingeführt und dort gespeichert. Dabei ist vorgesehen, dass das obere Ende 55 der Gaseingangsleitung oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels 47, und damit in einem Bereich oberhalb der Flüssigkeit 46, in dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 endet. Das obere Ende 55 der Gaseingangsleitung 54 befindet sich dabei in unmittelbarer Nähe zum Bodenelement 49 des zweiten Kolbenspeicherelements 48. In ähnlicher Weise ist auch eine Gasausgangsleitung 56 vorgesehen, über die das gespeicherte Gas aus der Speicherkammer 41, insbesondere aus dem zweiten Kolbenspeicherelement 48, wieder abgeführt werden kann. Auch die Gasausgangsleitung 56 ist durch das Bodenelement 43 des ersten Kolbenspeicherelements 42 in das zweite Kolbenspeicherelement 48 geführt. Auch hier ist vorgesehen, dass das obere Ende 57 der Gasausgangsleitung 56 oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels 47, und damit in einem Bereich oberhalb der Flüssigkeit 46, in dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 endet. Das obere Ende 57 der Gasausgangsleitung 56 befindet sich dabei in unmittelbarer Nähe zum Bodenelement 49 des zweiten Kolbenspeicherelements 48.The gas to be stored is introduced into the second piston storage element 42 and stored there via a gas inlet line 54, which is guided through the base element 43 of the first piston storage element 42 into the second piston storage element 48. It is provided that the upper end 55 of the gas inlet line ends above the defined liquid level 47, and thus in an area above the liquid 46, in the second piston accumulator element 48. The upper end 55 of the gas inlet line 54 is located in the immediate vicinity of the base element 49 of the second Piston storage element 48. In a similar manner, a gas outlet line 56 is also provided, via which the stored gas can be removed again from the storage chamber 41, in particular from the second piston storage element 48. The gas outlet line 56 is also guided through the base element 43 of the first piston accumulator element 42 into the second piston accumulator element 48. Here too it is provided that the upper end 57 of the gas outlet line 56 ends above the defined liquid level 47, and thus in an area above the liquid 46, in the second piston accumulator element 48. The upper end 57 of the gas outlet line 56 is located in the immediate vicinity of the base element 49 of the second piston accumulator element 48.

Damit die Speicherkammer 41 gegen die Atmosphäre abgedichtet ist, so dass gespeichertes Gas nicht unkontrolliert aus der Speicherkammer 41 entweichen kann, weist die Speicherkammer 41 eine Dichteinrichtung 58 auf. Diese Dichteinrichtung 58 wird auf konstruktiv einfache Weise durch den Spalt 53, beziehungsweise durch im Spalt 53 befindliche Flüssigkeit 46 gebildet. Je nach Ausgestaltung des Energiesystems sind auch Ausführungsformen für die Speichervorrichtung 40 möglich, in denen auf eine entsprechendes Abdichtung verzichtet werden kann. In ähnlicher Weise übernimmt der Spalt 53 auch die Funktion eines Überdruckschutzes 59. Dieser Überdruckschutz und dessen Funktionsweise wird im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 9 und 10 im Detail beschrieben, ist in analoger Weise aber auch für das hier beschriebene erste Ausführungsbeispiel gültig.To ensure that the storage chamber 41 is sealed against the atmosphere so that stored gas cannot escape from the storage chamber 41 in an uncontrolled manner, the storage chamber 41 has a sealing device 58. This sealing device 58 is formed in a structurally simple manner by the gap 53 or by liquid 46 located in the gap 53. Depending on the design of the energy system, embodiments for the storage device 40 are also possible in which a corresponding seal can be dispensed with. In a similar way, the gap 53 also takes on the function of an overpressure protection 59. This overpressure protection and its functionality are explained in connection with the second exemplary embodiment according to Figures 9 and 10 described in detail, but is also valid in an analogous manner for the first exemplary embodiment described here.

In der Seitenwandung 45 weist das erste Kolbenspeicherelement 42 unterhalb des Endes 55, 57 der Gaseingangsleitung 54 und der Gasausgangsleitung 56 einen Schutzauslauf 60 auf. Dieser Schutzauslauf 60 schützt die Gaseingangsleitung 54 und die Gasausgangsleitung 56 in einem Fehlerfall vor dem Volllaufen mit Flüssigkeit 46. Der Schutzauslauf 60 liegt von seiner Höhe her zwischen dem definierten Flüssigkeitslevel 47 an Flüssigkeit 46 und den Enden 55, 57 der Gaseingangsleitung 54 und der Gasausgangsleitung 56.In the side wall 45, the first piston storage element 42 has a protective outlet 60 below the end 55, 57 of the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56. This protective outlet 60 protects the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56 from filling up with liquid 46 in the event of a fault. The height of the protective outlet 60 lies between the defined liquid level 47 on liquid 46 and the ends 55, 57 of the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56 .

Im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist realisiert, dass das erste Kolbenspeicherelement 42 fest, das heißt unbeweglich, ist, während das zweite Kolbenspeicherelement 48 beweglich, das heißt auslenkbar ist. Für die axiale Beweglichkeit des zweiten Kolbenspeicherelements 48 weist die Speichervorrichtung 40 eine Führungseinrichtung 65 auf, die in Form einer Linearführung ausgebildet ist. Mittels der Führungseinrichtung 65 gleitet das zweite Kolbenspeicherelement 48 bei Aufnahme von Purgegas, vorzugsweise linear, nach oben und löst vorzugsweise bei definierter Auslenkung ein Sensorelement 62 zur Lagebestimmung aus. Das zweite Kolbenspeicherelement 48 wird durch zwei Gleitlager 75 auf einer Führungsstange 76 geführt. Die Führungsstange 76 ist von einem Hohlprofilelement 66 in Form eines Führungsrohrs umgeben, welches die eigentliche Führung des zweiten Kolbenspeicherelements 48 darstellt, und an dessen Enden sich jeweils die Gleitlager 75 befinden. Die Führungsstange 76 verläuft durch das Hohlprofilelement 66, welches in Verbindung zu dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 steht. Das Hohlprofilelement 66 gleitet entlang der Führungsstange 76, wodurch das zweite Kolbenspeicherelement 48 bewegt, insbesondre ausgelenkt wird. Die Führungsstange 76 ist in dem ersten Kolbenspeicherelement 42 gelagert/befestigt.In the first exemplary embodiment shown, it is realized that the first piston accumulator element 42 is fixed, that is to say immovable, while the second piston accumulator element 48 is movable, that is to say it can be deflected. The storage device 40 has a guide device 65 for the axial mobility of the second piston storage element 48 on, which is designed in the form of a linear guide. By means of the guide device 65, the second piston storage element 48 slides upwards, preferably linearly, when purge gas is absorbed and preferably triggers a sensor element 62 for determining the position at a defined deflection. The second piston accumulator element 48 is guided on a guide rod 76 by two plain bearings 75. The guide rod 76 is surrounded by a hollow profile element 66 in the form of a guide tube, which represents the actual guide of the second piston accumulator element 48, and at the ends of which the sliding bearings 75 are located. The guide rod 76 runs through the hollow profile element 66, which is connected to the second piston accumulator element 48. The hollow profile element 66 slides along the guide rod 76, whereby the second piston accumulator element 48 is moved, in particular deflected. The guide rod 76 is stored/fastened in the first piston accumulator element 42.

Die Speichervorrichtung 40 weist eine Rahmeneinrichtung 64 auf, welche an dem ersten Kolbenspeicherelement 42 angeordnet ist. Die Rahmeneinrichtung 64 dient zur Stützung und Lagerung der Kolbenspeicherelemente und der Führungsstange 76 der Führungseinrichtung 65.The storage device 40 has a frame device 64 which is arranged on the first piston storage element 42. The frame device 64 serves to support and store the piston accumulator elements and the guide rod 76 of the guide device 65.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist realisiert, dass die Gaseingangsleitung 54 und die Gasausgangsleitung 56 oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels 47 für die Flüssigkeit 46 in dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 enden. Das gespeicherte Gas wird somit in einem flüssigkeitsfreien Gasraum, der sich im zweiten Kolbenspeicherelement 48 befindet, gespeichert. Über die Gaseingangsleitung 54 wird Gas oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels 47 in das zweite Kolbenspeicherelement 48 eingeleitet. Der Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 15 und der Elektrolyseeinrichtung 14 (siehe Figur 1) erfordert ein zyklisches Spülen beziehungsweise Bereinigen der reaktiven Oberflächen von unter anderem Stickstoff und Wasser, beispielsweise durch einen Druckstoß. Vorzugsweise wird dazu ein jeweiliges Purgeventil gegen Atmosphäre kurz geöffnet. Die entstehende Druckdifferenz über das Purgeventil erzeugt einen Volumenstrom, der reaktionshemmende Stoffe austrägt und in die, vorzugsweise von der Brennstoffzelleneinrichtung 15 und der Elektrolyseeinrichtung 14 dual genutzte expandierbare Speicherkammer 41 befördert. Durch den sich aufbauenden Gasdruck wird das zweite Kolbenspeicherelement 48 mittels der Führungseinrichtung 65 ausgelenkt, vorzugsweise bis zu einer definierten Nennhöhe beziehungsweise Nennauslenkung, die über das Sensorelement 62 erfasst wird.According to the first exemplary embodiment, it is realized that the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56 end above the defined liquid level 47 for the liquid 46 in the second piston storage element 48. The stored gas is thus stored in a liquid-free gas space, which is located in the second piston storage element 48. Gas above the defined liquid level 47 is introduced into the second piston storage element 48 via the gas inlet line 54. The operation of the fuel cell device 15 and the electrolysis device 14 (see Figure 1 ) requires cyclic flushing or cleaning of the reactive surfaces of, among other things, nitrogen and water, for example through a pressure surge. For this purpose, a respective purge valve against the atmosphere is preferably opened briefly. The resulting pressure difference across the purge valve generates a volume flow that discharges reaction-inhibiting substances and transports them into the expandable storage chamber 41, which is preferably used dual by the fuel cell device 15 and the electrolysis device 14. As a result of the gas pressure that builds up, the second piston accumulator element 48 is deflected by means of the guide device 65, preferably up to a defined nominal height or nominal deflection, which is detected via the sensor element 62.

Vorzugsweise wird das Gas pro Speicherzyklus für eine definierte Zeitspanne, beispielsweise für 300ms, und/oder bis zu einer definierten Nennhöhe des zweiten Kolbenspeicherelements 48 in das zweite Kolbenspeicherelement 48 eingeleitet.Preferably, the gas is introduced into the second piston storage element 48 for a defined period of time, for example for 300 ms, and/or up to a defined nominal height of the second piston storage element 48 per storage cycle.

Nach Beendigung der Einleitung des Gases, beispielsweise nach Schließung des Purgeventils, stoppt die Auslenkung, und das im zweiten Kolbenspeicherelement 48 befindliche Gas wird über die Gasausgangsleitung 56, vorzugsweise allein mittels der Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements, aus dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 ausgeleitet. Das bedeutet, die Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements 48 drückt das gespeicherte Purgegas nach außen, beispielsweise in einen Systemluftstrom.After the introduction of the gas has ended, for example after closing the purge valve, the deflection stops and the gas located in the second piston accumulator element 48 is discharged from the second piston accumulator element 48 via the gas outlet line 56, preferably solely by means of the weight of the second piston accumulator element. This means that the weight of the second piston storage element 48 pushes the stored purge gas outwards, for example into a system air flow.

Das Gas wird bei seiner Einleitung in das zweite Kolbenspeicherelement 48 gegen das Bodenelement 49 des zweiten Kolbenspeicherelements 48 gerichtet und von dort umgelenkt, bevor es in die Gasausgangsleitung 56 eintritt und von dort aus dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 abgeleitet wird.When the gas is introduced into the second piston accumulator element 48, it is directed against the bottom element 49 of the second piston accumulator element 48 and is deflected from there before it enters the gas outlet line 56 and is derived from there from the second piston accumulator element 48.

In den Figuren 3 bis 5 ist ein erster Betriebszustand der Speichervorrichtung 40 dargestellt, in der die Speicherkammer 41 nicht expandiert ist. In den Figuren 6 bis 8 ist ein zweiter Betriebszustand der Speichervorrichtung 40 dargestellt, in der die Speicherkammer 41 aufgrund des gespeicherten Gases expandiert ist.In the Figures 3 to 5 a first operating state of the storage device 40 is shown, in which the storage chamber 41 is not expanded. In the Figures 6 to 8 a second operating state of the storage device 40 is shown, in which the storage chamber 41 is expanded due to the stored gas.

Wie man insbesondere den Figuren 5 und 8 entnehmen kann, weist das zweite Kolbenspeicherelement 48 auf seiner Außenseite des Bodenelements 49 eine Reihe von Stabilisierungselementen 69 in Form von Stabilisierungsrippen auf. Weiterhin weist das zweite Kolbenspeicherelement 48 eine Aktivierungseirichtung 74 in Form eines Aktivierungsrings zum Aktivieren beziehungsweise Auslösen des Sensorelements 62 zur Lagebestimmung des zweiten Kolbenspeicherelements 48 auf. Darüber hinaus weist die Speichervorrichtung 40 auch eine Befestigungseinrichtung 70 auf, mittels derer die Speichervorrichtung 40, insbesondere deren Speicherkammer 41, an einer Komponente eines Energiesystems 10, beispielsweise an/in einem Systemschrank, befestigt werden kann. Die Befestigungseinrichtung 70 weist bevorzugt eine Reihe von unterschiedlichen Elementen auf. Beispielsweise kann die Befestigungseinrichtung wenigstens einen Stift 71 zur Lagefixierung aufweisen. Dieser ragt vom Bodenelement 43 des ersten Kolbenspeicherelements 42 außen nach unten ab. Weiterhin weist die Befestigungseinrichtung 70 wenigstens ein Befestigungselement 72 in Form eines Befestigungswinkels auf, mittels dessen die Speichervorrichtung 40, insbesondere die Speicherkammer 41 an einer externen Komponente, beispielsweise an/in einem Systemschrank, vorzugsweise lösbar, angeordnet wird. Über eine Befestigungsschelle 73 wird die Speichervorrichtung 40, insbesondere die Speicherkammer 41 lösbar an dem wenigstens einen Befestigungselement 72 befestigt.How to do that in particular Figures 5 and 8th can be seen, the second piston accumulator element 48 has a series of stabilizing elements 69 in the form of stabilizing ribs on its outside of the base element 49. Furthermore, the second piston accumulator element 48 has an activation device 74 in the form of an activation ring for activating or triggering the sensor element 62 for determining the position of the second piston accumulator element 48. In addition, the storage device 40 also has a fastening device 70, by means of which the storage device 40, in particular its storage chamber 41, can be attached to a component of an energy system 10, for example on/in a system cabinet. The fastening device 70 preferably has a number of different elements. For example, the fastening device can have at least one pin 71 for fixing the position. This projects downwards from the bottom element 43 of the first piston accumulator element 42. Furthermore, the Fastening device 70 has at least one fastening element 72 in the form of a fastening bracket, by means of which the storage device 40, in particular the storage chamber 41, is arranged on an external component, for example on/in a system cabinet, preferably releasably. The storage device 40, in particular the storage chamber 41, is releasably attached to the at least one fastening element 72 via a fastening clamp 73.

In den Figuren 9 und 10 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Speichervorrichtung 40 dargestellt. In seinem Grundaufbau und in seiner Funktionsweise stimmt die Speichervorrichtung 40 des zweiten Ausführungsbeispiels mit dem Speichervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels überein, so dass identische Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Ebenso lässt sich die Offenbarung des ersten Ausführungsbeispiels auch auf die Offenbarung des zweiten Ausführungsbeispiels anwenden, und umgekehrt. Einige Merkmale der Speichervorrichtung 40 sowie deren Funktionsweise werden entweder nur im Zusammenhang mit dem ersten beziehungsweise zweiten Ausführungsbeispiel erläutert, sind aber ebenfalls auf das jeweils andere Ausführungsbeispiel anwendbar. Die beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich dadurch, dass das zweite Kolbenspeicherelement 48 jeweils anders ausgebildet ist. Im ersten Ausführungsbeispiel der Figuren 2 bis 8 ist das zweite Kolbenspeicherelement 48 stufenförmig ausgebildet, bestehend aus zwei unterschiedlichen Teilbereichen 51, 52, mit einem entsprechend stufenförmig verlaufenden Bodenelement 49. Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 9 und 10 weist das zweite Kolbenspeicherelement 48 eine ebenes, horizontal ausgerichtetes Bodenelement 49 und eine vertikal davon abragende Seitenwandung 50 auf. Weiterhin sind in den Figuren 9 und 10 einige Merkmale dargestellt, die in den Figuren 2 bis 8 nicht explizit dargestellt sind, die aber in analoger Wese ebenso auf das erste Ausführungsbeispiel anwendbar sind.In the Figures 9 and 10 a second exemplary embodiment of the storage device 40 is shown. In terms of its basic structure and its mode of operation, the storage device 40 of the second exemplary embodiment corresponds to the storage device of the first exemplary embodiment, so that identical components are provided with identical reference numerals. Likewise, the disclosure of the first exemplary embodiment can also be applied to the disclosure of the second exemplary embodiment, and vice versa. Some features of the storage device 40 and their functionality are either only explained in connection with the first or second exemplary embodiment, but are also applicable to the other exemplary embodiment. The two exemplary embodiments differ in that the second piston accumulator element 48 is each designed differently. In the first exemplary embodiment Figures 2 to 8 the second piston accumulator element 48 is designed in a step-shaped manner, consisting of two different partial areas 51, 52, with a correspondingly step-shaped base element 49. In the second exemplary embodiment according to Figures 9 and 10 the second piston accumulator element 48 has a flat, horizontally oriented base element 49 and a side wall 50 projecting vertically therefrom. Furthermore, in the Figures 9 and 10 some features presented in the Figures 2 to 8 are not explicitly shown, but can also be applied in an analogous manner to the first exemplary embodiment.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Speichervorrichtung 40 ebenfalls eine als Kolbenspeicher ausgebildete expandierbare Speicherkammer 41 auf. Die Speicherkammer 41 verfügt über ein zylinderförmiges beziehungsweise topfförmiges erstes Kolbenspeicherelement 42, bestehend aus einem Bodenelement 43 und einer von diesem abragenden Seitenwandung 44. Bodenelement 43 und Seitenwandung 44 begrenzen ein Aufnahmevolumen 45, in dem bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel 47 Flüssigkeit 46 in Form von Wasser eingefüllt ist. Über einen Flüssigkeitszulauf/Flüssigkeitsablauf 63, der im gezeigten Beispiel bidirektional genutzt wird, kann bei Bedarf Flüssigkeit 46 in das erste Kolbenspeicherelement 42 eingelassen oder aus diesem abgelassen werden. Die Füllstandshöhe an Flüssigkeit 46 im ersten Kolbenspeicherelement 42 wird über ein Sensorelement 61 zur Messung der Füllstandshöhe gemessen.According to the second exemplary embodiment, the storage device 40 also has an expandable storage chamber 41 designed as a piston accumulator. The storage chamber 41 has a cylindrical or cup-shaped first piston storage element 42, consisting of a base element 43 and a side wall 44 projecting from it. Base element 43 and side wall 44 delimit a receiving volume 45 in which up to a defined liquid level 47 liquid 46 in the form of water is filled. If necessary, liquid 46 can be fed into the first via a liquid inlet/liquid outlet 63, which is used bidirectionally in the example shown Piston storage element 42 can be inserted or drained from it. The level of liquid 46 in the first piston accumulator element 42 is measured via a sensor element 61 for measuring the level.

Weiterhin weist die Speicherkammer 41 ein zweites Kolbenspeicherelement 48 in Form eines Hubkolbenelements auf, welches ebenfalls ein Bodenelement 49 und eine Seitenwandung 50 aufweist. Auch das zweite Kolbenspeicherelement 48 ist zylinderförmig beziehungsweise topfförmig ausgebildet. Das zweite Kolbenspeicherelement 48 hat ein Gasvolumen 48a, das heißt ein Nutzvolumen, von kleiner oder gleich zehn Litern. Sowohl das erste Kolbenspeicherelement 42 als auch das zweite Kolbenspeicherelement 48 sind an ihren freien Enden der Seitenwandungen 45, 50, die den jeweiligen Bodenelementen 43, 49 gegenüberliegen, offen, wobei diese Öffnungen einander zugewandt sind. Die beiden Kolbenspeicherelemente 42, 48 sind monolithisch ausgebildet und konzentrisch und rotationssymmetrisch gegensinnig ausgerichtet ineinander gestülpt sowie gegeneinander axial beweglich.Furthermore, the storage chamber 41 has a second piston storage element 48 in the form of a reciprocating piston element, which also has a base element 49 and a side wall 50. The second piston accumulator element 48 is also cylindrical or cup-shaped. The second piston storage element 48 has a gas volume 48a, that is to say a useful volume, of less than or equal to ten liters. Both the first piston accumulator element 42 and the second piston accumulator element 48 are open at their free ends of the side walls 45, 50, which lie opposite the respective base elements 43, 49, these openings facing each other. The two piston accumulator elements 42, 48 are monolithic and are concentrically and rotationally symmetrically aligned in opposite directions, inserted into one another and axially movable relative to one another.

Zwischen einer Außenfläche 81 des zweiten Kolbenspeicherelements 48 und einer Innenfläche 82 des ersten Kolbenspeicherelements 42 befindet sich ein ringförmig umlaufender Spalt 53, der ebenfalls mit Flüssigkeit 46 gefüllt ist. Das Verhältnis des Volumens an Flüssigkeit 46 in einem Innenvolumen 67 des zweiten Kolbenspeicherelements 48 und des Volumens 68 an Flüssigkeit 46 im Spalt 53 zwischen dem ersten und zweiten Kolbenspeicherelement 42, 48 ist vorzugsweise größer 5:1.Between an outer surface 81 of the second piston accumulator element 48 and an inner surface 82 of the first piston accumulator element 42 there is an annularly circumferential gap 53, which is also filled with liquid 46. The ratio of the volume of liquid 46 in an internal volume 67 of the second piston accumulator element 48 and the volume 68 of liquid 46 in the gap 53 between the first and second piston accumulator elements 42, 48 is preferably greater than 5:1.

Über eine Gaseingangsleitung 54, die durch das Bodenelement 43 des ersten Kolbenspeicherelements 42 in das zweite Kolbenspeicherelement 48 geführt ist, wird das zu speichernde Gas in das zweite Kolbenspeicherelement 42 eingeführt und dort gespeichert. Dabei ist vorgesehen, dass das obere Ende 55 der Gaseingangsleitung oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels 47, und damit in einem Bereich oberhalb der Flüssigkeit 46, in dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 endet. Das obere Ende 55 der Gaseingangsleitung 54 befindet sich dabei in unmittelbarer Nähe zum Bodenelement 49 des zweiten Kolbenspeicherelements 48. Wenn sich die Speicherkammer 41 im nicht expandierten Zustand befindet, ist das obere Ende 55 der Gaseingangsleitung 54 mit einem am Bodenelement 49 befindlichen Verschlusselement 79 verschlossen.The gas to be stored is introduced into the second piston storage element 42 and stored there via a gas inlet line 54, which is guided through the base element 43 of the first piston storage element 42 into the second piston storage element 48. It is provided that the upper end 55 of the gas inlet line ends above the defined liquid level 47, and thus in an area above the liquid 46, in the second piston accumulator element 48. The upper end 55 of the gas inlet line 54 is located in the immediate vicinity of the base element 49 of the second piston storage element 48. When the storage chamber 41 is in the unexpanded state, the upper end 55 of the gas inlet line 54 is closed with a closure element 79 located on the base element 49.

In ähnlicher Weise ist auch eine Gasausgangsleitung 56 vorgesehen, über die das gespeicherte Gas aus der Speicherkammer 41, insbesondere aus dem zweiten Kolbenspeicherelement 48, wieder abgeführt werden kann. Auch die Gasausgangsleitung 56 ist durch das Bodenelement 43 des ersten Kolbenspeicherelements 42 in das zweite Kolbenspeicherelement 48 geführt. Auch hier ist vorgesehen, dass das obere Ende 57 der Gasausgangsleitung 56 oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels 47, und damit in einem Bereich oberhalb der Flüssigkeit 46, in dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 endet. Das obere Ende 57 der Gasausgangsleitung 56 befindet sich dabei in unmittelbarer Nähe zum Bodenelement 49 des zweiten Kolbenspeicherelements 48. Um das Gas kontrolliert abgeben zu können, ist in der Gasausgangsleitung 56 ausgangsseitig eine Blende 80 vorgesehen. Der Gasdruck im Innern der Speicherkammer 41 wird mittels eines Drucksensorelement 77 gemessen, das ebenfalls in der Gansausgangsleitung 56 angeordnet ist.In a similar manner, a gas outlet line 56 is also provided, via which the stored gas can be removed again from the storage chamber 41, in particular from the second piston storage element 48. The gas outlet line 56 is also guided through the base element 43 of the first piston accumulator element 42 into the second piston accumulator element 48. Here too it is provided that the upper end 57 of the gas outlet line 56 ends above the defined liquid level 47, and thus in an area above the liquid 46, in the second piston accumulator element 48. The upper end 57 of the gas outlet line 56 is located in the immediate vicinity of the base element 49 of the second piston accumulator element 48. In order to be able to release the gas in a controlled manner, an aperture 80 is provided on the outlet side of the gas outlet line 56. The gas pressure inside the storage chamber 41 is measured by means of a pressure sensor element 77, which is also arranged in the goose output line 56.

Damit die Speicherkammer 41 gegen die Atmosphäre abgedichtet ist, so dass gespeichertes Gas nicht unkontrolliert aus der Speicherkammer 41 entweichen kann, weist die Speicherkammer 41 eine Dichteinrichtung 58 auf. Diese Dichteinrichtung 58 wird wiederum durch den Spalt 53, beziehungsweise durch im Spalt 53 befindliche Flüssigkeit 46 gebildet. In ähnlicher Weise übernimmt der Spalt 53 auch die Funktion eines Überdruckschutzes 59. Dieser Überdruckschutz 59 funktioniert wie folgt: Beispielsweise strömt eine Menge an Spülgas durch die Gaseingangsleitung 54, beispielsweise durch Öffnung eines nicht dargestellten Ventils, etwa für 300ms, in das zweite Kolbenspeicherelement 48 ein. Im ordnungsgemäßen Betrieb erfolgt eine "normale" Auslenkung, insbesondere des zweiten Kolbenspeicherelements 48, die beispielsweise mit einem nicht dargestellten Sensorelement erfasst wird. Am Ende des Einströmvorgangs wird das Ventil geschlossen. Der Druck reduziert sich im ordnungsgemäßen Betrieb langsam über die Gasausgangsleitung 56. Der Überdruckschutz 59 ist eine Art Notlösung, etwa wenn das Ventil nicht oder nicht richtig schließt und das zweite Kolbenspeicherelement 48 seine maximale Auslenkung erreicht hat, oder wenn sich das zweite Kolbenspeicherelement 48 verkantet. In diesen Fällen erhöht sich der Gasdruck im zweiten Kolbenspeicherelement 48. Dadurch wird die Wassersäule nach unten verdrängt. Dabei steigt die Wassersäule im Spalt 53 zwischen erstem 42 und zweitem 48 Kolbenspeicherelement natürlich gleichzeitig an. Wasser und darin befindliches Gas "blubbern" somit über das offene Ende 83 des Spalts 53 nach außen. Ein Bersten der Speicherkammer 41 wird dadurch verhindert.To ensure that the storage chamber 41 is sealed against the atmosphere so that stored gas cannot escape from the storage chamber 41 in an uncontrolled manner, the storage chamber 41 has a sealing device 58. This sealing device 58 is in turn formed by the gap 53 or by liquid 46 located in the gap 53. In a similar way, the gap 53 also takes on the function of an overpressure protection 59. This overpressure protection 59 functions as follows: For example, a quantity of purging gas flows through the gas inlet line 54, for example by opening a valve (not shown), into the second piston accumulator element 48, for approximately 300 ms . During proper operation, a "normal" deflection occurs, in particular of the second piston accumulator element 48, which is detected, for example, with a sensor element (not shown). At the end of the inflow process, the valve is closed. During normal operation, the pressure slowly reduces via the gas outlet line 56. The overpressure protection 59 is a kind of emergency solution, for example if the valve does not close or does not close properly and the second piston accumulator element 48 has reached its maximum deflection, or if the second piston accumulator element 48 tilts. In these cases, the gas pressure in the second piston storage element 48 increases. This causes the water column to be displaced downwards. The water column in the gap 53 between the first 42 and second 48 piston storage element naturally increases at the same time. Water and the gas contained therein thus “bubble” outwards via the open end 83 of the gap 53. This prevents the storage chamber 41 from bursting.

In der Seitenwandung 45 weist das erste Kolbenspeicherelement 42 unterhalb des Endes 55, 57 der Gaseingangsleitung 54 und der Gasausgangsleitung 56 einen Schutzauslauf 60 auf.In the side wall 45, the first piston storage element 42 has a protective outlet 60 below the end 55, 57 of the gas inlet line 54 and the gas outlet line 56.

Im gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls realisiert, dass das erste Kolbenspeicherelement 42 fest, das heißt unbeweglich, ist, während das zweite Kolbenspeicherelement 48 beweglich, das heißt auslenkbar ist. Für die axiale Beweglichkeit des zweiten Kolbenspeicherelements 48 weist die Speichervorrichtung 40 eine Führungseinrichtung 65 auf, die in Form einer Linearführung ausgebildet ist. Mittels der Führungseinrichtung 65 gleitet das zweite Kolbenspeicherelement 48 bei Aufnahme von Purgegas, vorzugsweise linear, nach oben und löst vorzugsweise bei definierter Auslenkung ein Sensorelement 62 zur Lagebestimmung aus. Das zweite Kolbenspeicherelement 48 wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel durch zwei Gleitlager 75 auf einer Führungsstange 76 geführt. Die Führungsstange 76 ist von einem Hohlprofilelement 66 in Form eines Führungsrohrs umgeben, welches die eigentliche Führung des zweiten Kolbenspeicherelements 48 darstellt, und an dessen Enden sich jeweils die Gleitlager 75 befinden. Die Führungsstange 76 verläuft durch das Hohlprofilelement 66, welches in Verbindung zu dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 steht. Das Hohlprofilelement 66 gleitet entlang der Führungsstange 76, wodurch das zweite Kolbenspeicherelement 48 bewegt, insbesondre ausgelenkt wird. Die Führungsstange 76 ist in dem ersten Kolbenspeicherelement 42 gelagert/befestigt. Nach oben hin abgedichtet ist die Führungseinrichtung 65 durch ein Dichtungselement 78.In the second exemplary embodiment shown, it is also realized that the first piston accumulator element 42 is fixed, that is to say immovable, while the second piston accumulator element 48 is movable, that is to say deflectable. For the axial mobility of the second piston accumulator element 48, the accumulator device 40 has a guide device 65, which is designed in the form of a linear guide. By means of the guide device 65, the second piston storage element 48 slides upwards, preferably linearly, when purge gas is absorbed and preferably triggers a sensor element 62 for determining the position at a defined deflection. As in the first exemplary embodiment, the second piston accumulator element 48 is guided by two plain bearings 75 on a guide rod 76. The guide rod 76 is surrounded by a hollow profile element 66 in the form of a guide tube, which represents the actual guide of the second piston accumulator element 48, and at the ends of which the sliding bearings 75 are located. The guide rod 76 runs through the hollow profile element 66, which is connected to the second piston accumulator element 48. The hollow profile element 66 slides along the guide rod 76, whereby the second piston accumulator element 48 is moved, in particular deflected. The guide rod 76 is stored/fastened in the first piston accumulator element 42. The guide device 65 is sealed at the top by a sealing element 78.

Der Speichervorrichtung 10 zugeordnet ist eine Steuereinrichtung 85, die über geeignete Schnittstellen mit weiteren Komponenten der Speichervorrichtung 10 verbunden ist. In Figur 10 ist zur Veranschaulichung exemplarisch dargestellt, dass die Steuereinrichtung 85 über eine Schnittstelle 84a mit einer Ventileinrichtung 84 in der Gaseingangsleitung 54, und über eine Schnittstelle 62a mit dem Sensorelement 62 zur Lagebestimmung des zweiten Kolbenspeicherelements 48 verbunden ist. Eine solche Ausgestaltung kann auch bei dem in den Figuren 2 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel realisiert sein.Associated with the storage device 10 is a control device 85, which is connected to other components of the storage device 10 via suitable interfaces. In Figure 10 is shown by way of example that the control device 85 is connected via an interface 84a to a valve device 84 in the gas inlet line 54, and via an interface 62a to the sensor element 62 for determining the position of the second piston accumulator element 48. Such a design can also be used in the Figures 2 to 8 illustrated embodiment can be realized.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Speichervorrichtung 40 beschrieben:
Zunächst befindet sich die Speicherkammer 41 im nicht expandierten Zustand, der in Figur 9 dargestellt ist. Über die Gaseingangsleitung 54, die im zweiten Kolbenspeicherelement 48 endet, wird Gas oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels 47 für die Flüssigkeit 46 in das zweite Kolbenspeicherelement 48 eingeleitet, indem die Ventileinrichtung 84 geöffnet wird.
The functionality of the storage device 40 is described below:
Initially, the storage chamber 41 is in the unexpanded state, which is in Figure 9 is shown. Via the gas inlet line 54, which is in the second piston accumulator element 48 ends, gas above the defined liquid level 47 for the liquid 46 is introduced into the second piston accumulator element 48 by opening the valve device 84.

Durch den sich aufbauenden Gasdruck wird das zweite Kolbenspeicherelement axial gegen das erste Kolbenspeicherelement verschoben, was in Figur 10 dargestellt ist. Das zweite Kolbenspeicherelement 48 wird dabei mittels der Führungseinrichtung 65 ausgelenkt, vorzugsweise bis zu einer definierten Nennhöhe beziehungsweise Nennauslenkung, die durch das Sensorelement 62 erfasst wird.As a result of the gas pressure that builds up, the second piston accumulator element is displaced axially against the first piston accumulator element, which in Figure 10 is shown. The second piston accumulator element 48 is deflected by means of the guide device 65, preferably up to a defined nominal height or nominal deflection, which is detected by the sensor element 62.

Nach Beendigung der Einleitung des Gases stoppt die Auslenkung, und das im zweiten Kolbenspeicherelement 48 befindliche Gas wird über die Gasausgangsleitung 56, die oberhalb des Flüssigkeitslevels 47 für die Flüssigkeit 46 im zweiten Kolbenspeicherelement 56 endet, vorzugsweise allein mittels der Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements 48, aus dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 ausgeleitet. Das bedeutet, die Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements 48 drückt das Purgegas, vorzugsweise durch die Blende 80, nach außen, beispielsweise in einen Systemluftstrom.After the introduction of the gas has ended, the deflection stops and the gas located in the second piston accumulator element 48 is discharged via the gas outlet line 56, which ends above the liquid level 47 for the liquid 46 in the second piston accumulator element 56, preferably solely by means of the weight of the second piston accumulator element 48 the second piston accumulator element 48 is discharged. This means that the weight of the second piston storage element 48 pushes the purge gas, preferably through the aperture 80, outwards, for example into a system air flow.

Vorzugsweise wird das Gas bei seiner Einleitung in das zweite Kolbenspeicherelement 48 gegen das Bodenelement 49 des zweiten Kolbenspeicherelements 48 gerichtet und von dort umgelenkt, bevor es in die Gasausgangsleitung 56 eintritt und von dort aus dem zweiten Kolbenspeicherelement 48 abgeleitet wird.Preferably, when the gas is introduced into the second piston accumulator element 48, it is directed against the base element 49 of the second piston accumulator element 48 and is deflected from there before it enters the gas outlet line 56 and is derived from there from the second piston accumulator element 48.

Beispielsweise wird das Gas pro Speicherzyklus für eine definierte Zeitspanne, beispielsweise für einen Zeitraum von weniger als einer Sekunde, beispielsweise für 300ms, und/oder bis zu einer definierten Nennhöhe des zweiten Kolbenspeicherelements 48 in das zweite Kolbenspeicherelement 48 eingeleitet. Die Einleitung des Gases über eine bestimmte Zeitspanne erfolgt über eine entsprechende Stellung einer Ventileinrichtung 84 in der Gaseingangsleitung 54. Die Steuerung der Ventileinrichtung 84 erfolgt mittels der Steuereinrichtung 85 über die Schnittstelle 84a. Ebenso leitet das Sensorelement 62 zur Lagebestimmung des zweiten Kolbenspeicherelementes 48 die ermittelten Werte über die Schnittstelle 62a an die Steuereinrichtung 85 weiter. Zu Beginn wird die Ventileinrichtung 84 mittels der Steuereinrichtung 85 geöffnet und bei Erreichen der Zeitspanne wieder geschlossen. Alternativ oder zusätzlich werden die von der Sensoreinrichtung 62 erfassten Lagewerte des zweiten Kolbenspeicherelements 48 an die Steuereinrichtung 85 übertragen und dort ausgewertet. Die Steuereinrichtung 85 erzeugt geeignete Kommandos, die an die Ventileinrichtung 84 übertragen werden, und aufgrund derer die Ventileinrichtung 84 geöffnet und wieder geschlossen wird.For example, the gas is introduced into the second piston storage element 48 for a defined period of time per storage cycle, for example for a period of less than a second, for example for 300 ms, and/or up to a defined nominal height of the second piston storage element 48. The gas is introduced over a certain period of time via a corresponding position of a valve device 84 in the gas inlet line 54. The valve device 84 is controlled by means of the control device 85 via the interface 84a. Likewise, the sensor element 62 forwards the determined values to the control device 85 via the interface 62a to determine the position of the second piston accumulator element 48. At the beginning, the valve device 84 is opened by means of the control device 85 and closed again when the time period has been reached. Alternatively or additionally, the position values of the second piston accumulator element 48 detected by the sensor device 62 are transmitted to the control device 85 and evaluated there. The control device 85 generates suitable commands that are sent to the Valve device 84 are transmitted, and due to which the valve device 84 is opened and closed again.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
Energiesystem (Gebäudeenergiesystem)Energy system (building energy system)
1111
Erstes Untersystem (Innensystem)First subsystem (internal system)
1212
SystemschrankSystem cabinet
1313
Zweites Untersystem (Außensystem)Second subsystem (external system)
1414
ElektrolyseeinrichtungElectrolysis device
1515
BrennstoffzelleneinrichtungFuel cell device
1616
VerbindungsleitungseinrichtungConnection line device
1717
RückschlagventileinrichtungCheck valve device
1818
FiltereinrichtungFilter device
1919
TrocknereinrichtungDryer facility
2020
DruckmesseinrichtungPressure measuring device
2121
HochdruckspeichereinrichtungHigh pressure storage device
2222
MitteldruckspeichereinrichtungMedium pressure storage device
2323
VentileinrichtungValve device
2424
KompressoreinrichtungCompressor device
2525
RückschlagventileinrichtungCheck valve device
2626
Entspannungseinrichtung (Druckminderer)Relaxation device (pressure reducer)
2727
Erster LeitungsabschnittFirst line section
2828
Zweiter LeitungsabschnittSecond line section
2929
SystemluftstromSystem airflow
4040
SpeichervorrichtungStorage device
4141
Expandierbare Speicherkammer (Kolbenspeicher)Expandable storage chamber (piston storage)
4242
Erstes KolbenspeicherelementFirst piston accumulator element
4343
BodenelementFloor element
4444
Seitenwandungside wall
4545
AufnahmevolumenRecording volume
4646
Flüssigkeit (Wasser)liquid (water)
4747
FlüssigkeitslevelFluid level
4848
Zweites KolbenspeicherelementSecond piston accumulator element
48a48a
GasvolumenGas volume
4949
BodenelementFloor element
5050
Seitenwandungside wall
5151
Erster TeilbereichFirst section
5252
Zweiter TeilbereichSecond section
5353
Spaltgap
5454
GaseingangsleitungGas inlet line
5555
Oberes Ende der GaseingangsleitungUpper end of the gas inlet line
5656
GasausgangsleitungGas outlet line
5757
Oberes Ende der GasausgangsleitungUpper end of the gas outlet line
5858
DichteinrichtungSealing device
5959
ÜberdruckschutzOverpressure protection
6060
SchutzauslaufProtective spout
6161
Sensorelement zur Messung der FlüssigkeitshöheSensor element for measuring the liquid height
6262
Sensorelement zur Lagebestimmung des zweiten KolbenspeicherelementsSensor element for determining the position of the second piston accumulator element
62a62a
Schnittstelle zu SteuereinrichtungInterface to control device
6363
Flüssigkeitszulauf/FlüssigkeitsablaufLiquid inlet/liquid outlet
6464
RahmeneinrichtungFrame setup
6565
Führungseinrichtung (Linearführungseinrichtung)Guide device (linear guide device)
6666
Hohlprofilelement (Führungsrohr)Hollow profile element (guide tube)
6767
Innenvolumen an Flüssigkeit des zweiten KolbenspeicherelementsInternal volume of liquid of the second piston storage element
6868
Volumen an Flüssigkeit im SpaltVolume of liquid in the gap
6969
StabilisierungselementStabilizing element
7070
BefestigungseinrichtungFastening device
7171
Stift zur LagefixierungPin for position fixing
7272
Befestigungselement (Blechwinkel)Fastening element (sheet metal angle)
7373
BefestigungsschelleFastening clamp
7474
Aktivierungseinrichtung zur Aktivierung eines Sensorelements zur LagebestimmungActivation device for activating a sensor element to determine position
7575
Gleitlagerbearings
7676
FührungsstangeGuide rod
7777
DrucksensorelementPressure sensor element
7878
DichtungselementSealing element
7979
VerschlusselementClosure element
8080
Blendecover
8181
Außenfläche des zweiten KolbenspeicherelementsOuter surface of the second piston accumulator element
8282
Innenfläche des ersten KolbenspeicherelementsInner surface of the first piston accumulator element
8383
Offenes Ende des SpaltsOpen end of the gap
8484
VentileinrichtungValve device
84a84a
Schnittstelle zu SteuereinrichtungInterface to control device
8585
SteuereinrichtungControl device

Claims (15)

Speichervorrichtung (40) zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas, aufweisend eine expandierbare Speicherkammer (41), welche als Kolbenspeicher ausgebildet ist, mit einem als Flüssigkeitskammer ausgebildeten ersten Kolbenspeicherelement (42), in welches bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel (47) Flüssigkeit (46) einfüllbar ist oder in welches bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel (47) Flüssigkeit (46) eingefüllt ist, mit einem als Hubkolbenelement ausgebildeten zweiten Kolbenspeicherelement (48), wobei die Kolbenspeicherelemente (42, 48), insbesondere konzentrisch, gegensinnig ausgerichtet ineinander gestülpt sind, wobei die Kolbenspeicherelemente (42, 48) gegeneinander axial beweglich sind, und mit einer Gaseingangsleitung (54) und mit einer Gasausgangsleitung (56), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kolbenspeicherelement (42) in Bezug auf das zweite Kolbenspeicherelement (48) außenliegend ist und zwischen einer Außenfläche (81) des zweiten Kolbenspeicherelements (48) und einer Innenfläche (82) des ersten Kolbenspeicherelements (42) ein, insbesondere umlaufender, Spalt (53) ausgebildet ist, und dass die Gaseingangsleitung (54) und die Gasausgangsleitung (56) oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels (47) für die Flüssigkeit (46) in dem zweiten Kolbenspeicherelement (48) enden (55, 57). Storage device (40) for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process, having an expandable storage chamber (41), which is designed as a piston accumulator, with a first piston storage element (42) designed as a liquid chamber, into which liquid (46) can be filled up to a defined liquid level (47) or into which liquid (46) is filled up to a defined liquid level (47), with a second piston accumulator element (48) designed as a reciprocating piston element, wherein the piston accumulator elements (42, 48), in particular concentrically, are inserted into one another in opposite directions, wherein the piston accumulator elements (42, 48) are axially movable relative to one another, and with a gas inlet line (54) and with a gas outlet line (56), characterized, in that the first piston accumulator element (42) is external in relation to the second piston accumulator element (48) and between an outer surface (81) of the second piston accumulator element (48) and an inner surface (82) of the first piston accumulator element (42) there is a, in particular circumferential, gap ( 53) is trained, and that the gas inlet line (54) and the gas outlet line (56) end (55, 57) above the defined liquid level (47) for the liquid (46) in the second piston storage element (48). Speichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseingangsleitung (54) und die Gasausgangsleitung (56) bezüglich des Gasströmungswegs antiparallel geführt sind, und/oder dass die Gaseingangsleitung (54) und die Gasausgangsleitung (56) von unten durch das erste Kolbenspeicherelement (42) in das zweite Kolbenspeicherelement (48) geführt sind.Storage device according to claim 1, characterized in that the gas inlet line (54) and the gas outlet line (56) are guided anti-parallel with respect to the gas flow path, and / or that the gas inlet line (54) and the gas outlet line (56) from below through the first piston storage element (42 ) are guided into the second piston accumulator element (48). Speichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kolbenspeicherelement (48) ein Gasvolumen für aufzunehmendes Gas von kleiner 10 Litern, vorzugsweise kleiner 5 Litern, bevorzugt zwischen 0,5 Litern und 3 Litern aufweist.Storage device according to claim 1 or 2, characterized in that the second piston storage element (48) has a gas volume for gas to be absorbed of less than 10 liters, preferably less than 5 liters, preferably between 0.5 liters and 3 liters. Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kolbenspeicherelement (48) einen ersten Teilbereich (51) aufweist, der einem Bodenelement (43) des ersten Kolbenspeicherelements (42) zugewandt ist, dass das zweite Kolbenspeicherelement (48) einen zweiten Teilbereich (52) aufweist, der vom Bodenelement (43) des ersten Kolbenspeicherelements (42) abgewandt ist, dass das Volumen des zweiten Teilbereichs (52) kleiner ist als das Volumen des ersten Teilbereichs (51) und/oder dass die Querschnittsfläche des zweiten Teilbereichs (52) kleiner ist als die Querschnittsfläche des ersten Teilbereichs (51).Storage device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second piston storage element (48) has a first portion (51) which has a Bottom element (43) of the first piston storage element (42) faces, that the second piston storage element (48) has a second portion (52) which faces away from the bottom element (43) of the first piston storage element (42), that the volume of the second portion ( 52) is smaller than the volume of the first subregion (51) and/or that the cross-sectional area of the second subregion (52) is smaller than the cross-sectional area of the first subregion (51). Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kolbenspeicherelement (48) ein Bodenelement (49) und eine vom Bodenelement (49) in Richtung des ersten Kolbenspeicherelements (42) abragende Seitenwandung (50) aufweist, und dass in einem nicht expandierten Zustand der Speichervorrichtung (40) die Gaseingangsleitung (54) und die Gasausgangsleitung (56) unmittelbar vor dem Bodenelement (49) des zweiten Kolbenspeicherelements (48), vorzugsweise in dessen zweitem Teilbereich (52), enden (55, 57).Storage device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second piston storage element (48) has a base element (49) and a side wall (50) projecting from the base element (49) in the direction of the first piston storage element (42), and that in one In the unexpanded state of the storage device (40), the gas inlet line (54) and the gas outlet line (56) end (55, 57) immediately in front of the base element (49) of the second piston storage element (48), preferably in its second portion (52). Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (40) zum Abdichten des Spalts (53) gegen Atmosphäre zwischen dem ersten Kolbenspeicherelement (42) und dem zweiten Kolbenspeicherelement (48) eine Dichteinrichtung (58) aufweist, und dass die Dichteinrichtung (58) vorzugsweise durch in das erste Kolbenspeicherelement (42) eingefüllte Flüssigkeit (46) gebildet wird/ist, und/oder dass die Speichereinrichtung (40) einen Überdruckschutz (59) aufweist, der durch den Spalt (53) zwischen dem ersten Kolbenspeicherelement (52) und dem zweiten Kolbenspeicherelement (48) gebildet ist, und/oder dass das erste Kolbenspeicherelement (42) in einer Seitenwandung (44), unterhalb des Endes (55, 57) der Gaseingangsleitung (54) und der Gasausgangsleitung (56), einen Schutzauslauf (60) aufweist.Storage device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the storage device (40) has a sealing device (58) for sealing the gap (53) against the atmosphere between the first piston storage element (42) and the second piston storage element (48), and that the sealing device (58) is/is preferably formed by liquid (46) filled into the first piston storage element (42), and/or that the storage device (40) has an overpressure protection (59) which passes through the gap (53) between the first Piston storage element (52) and the second piston storage element (48) is formed, and / or that the first piston storage element (42) is formed in a side wall (44), below the end (55, 57) of the gas inlet line (54) and the gas outlet line (56) , has a protective outlet (60). Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis an Flüssigkeit zwischen einem Innenvolumen (67) des zweiten Kolbenspeicherelements (48) und einem Volumen (68) des Spalts (53) zwischen dem ersten und zweiten Kolbenspeicherelement (42, 48) größer oder gleich 3:1 ist, vorzugsweise größer 5:1.Storage device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the volume ratio of liquid between an internal volume (67) of the second piston storage element (48) and a volume (68) of the gap (53) between the first and second piston storage elements (42, 48 ) is greater than or equal to 3:1, preferably greater than 5:1. Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (40) wenigstens ein Sensorelement (77) zur Bestimmung des Drucks in der Gasausgangsleitung (56) oder im zweiten Kolbenspeicherelement (48) und/oder wenigstens ein Sensorelement (62) zur Lagebestimmung des zweiten Kolbenspeicherelements (48) und/oder wenigstens ein Sensorelement (61) zu Messung der Flüssigkeitshöhe im ersten Kolbenspeicherelement (42) aufweist.Storage device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the storage device (40) has at least one sensor element (77) for determining the pressure in the gas outlet line (56) or in the second piston storage element (48). and/or at least one sensor element (62) for determining the position of the second piston accumulator element (48) and/or at least one sensor element (61) for measuring the liquid level in the first piston accumulator element (42). Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseingangsleitung (54) eingangsseitig eine Ventileinrichtung (84) aufweist, und/oder dass die Gasausgangsleitung (56) ausgangsseitig eine Dosiereinrichtung oder ein Drosselelement oder eine Blende (80) und/oder ein Filterelement aufweist, und/oder dass das erste Kolbenspeicherelement (42) einen Flüssigkeitszulauf (63) und/oder einen Flüssigkeitsablauf aufweist.Storage device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the gas inlet line (54) has a valve device (84) on the inlet side, and/or that the gas outlet line (56) has a metering device or a throttle element or a diaphragm (80) on the outlet side and/or has a filter element, and / or that the first piston storage element (42) has a liquid inlet (63) and / or a liquid outlet. Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (40) für die axiale Beweglichkeit des ersten Kolbenspeicherelements (42) gegen das zweite Kolbenspeicherelement (48) eine Führungseinrichtung (65), insbesondere eine Linearführungseinrichtung, für das zweite Kolbenspeicherelement (48) aufweist.Storage device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the storage device (40) for the axial mobility of the first piston storage element (42) against the second piston storage element (48) has a guide device (65), in particular a linear guide device, for the second piston storage element ( 48). Energiesystem (10), insbesondere Gebäudeenergiesystem, aufweisend eine Elektrolyseeinrichtung (14), ein Brennstoffzellensystem (15), optional eine Hochdruckspeichereinrichtung (21), sowie eine Verbindungsleitungseinrichtung (16), über die die Elektrolyseeinrichtung (14), das Brennstoffzellensystem (15) sowie optional die Hochdruckspeichereinrichtung (21) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiesystem (10) eine Speichervorrichtung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas, aufweist.Energy system (10), in particular building energy system, comprising an electrolysis device (14), a fuel cell system (15), optionally a high-pressure storage device (21), and a connecting line device (16), via which the electrolysis device (14), the fuel cell system (15) and optionally the high-pressure storage device (21) are connected to one another, characterized in that the energy system (10) has a storage device (40) according to one of claims 1 to 10 for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purging process. Energiesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (40) in einem ersten Untersystem (11) des Energiesystems (10) angeordnet ist, und/oder dass die Speichervorrichtung (40) in einem, insbesondere belüfteten, Systemschrank (12) des Energiesystems (10) angeordnet ist.Energy system according to claim 11, characterized in that the storage device (40) is arranged in a first subsystem (11) of the energy system (10), and / or that the storage device (40) in a, in particular ventilated, system cabinet (12) of the energy system (10) is arranged. Verfahren zum Aufnehmen und/oder Zwischenspeichern von Gas, insbesondere von während eines Purgevorgangs ausgetragenem Purgegas, in einer expandierbaren Speicherkammer (41), welche als Kolbenspeicher ausgebildet ist, einer Speichervorrichtung (40), wobei die Speicherkammer (41) ein als Flüssigkeitskammer ausgebildetes erstes Kolbenspeicherelement (42), in welches bis zu einem definierten Flüssigkeitslevel (47) Flüssigkeit (46) eingefüllt ist, und ein als Hubkolbenelement ausgebildetes zweites Kolbenspeicherelement (48) aufweist, wobei die Kolbenspeicherelemente (42, 48), insbesondere konzentrisch, gegensinnig ausgerichtet ineinander gestülpt sind, wobei die Kolbenspeicherelemente (42, 48) gegeneinander axial beweglich sind, und wobei das erste Kolbenspeicherelement (42) in Bezug auf das zweite Kolbenspeicherelement (48) außenliegend ist und zwischen einer Außenfläche (81) des zweiten Kolbenspeicherelements (48) und einer Innenfläche (82) des ersten Kolbenspeicherelements (42) ein, insbesondere umlaufender, Spalt (53) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Über eine Gaseingangsleitung (54), die im zweiten Kolbenspeicherelement (48) endet (55), wird Gas oberhalb des definierten Flüssigkeitslevels (47) für die Flüssigkeit (46) in das zweite Kolbenspeicherelement (48) eingeleitet und das zweite Kolbenspeicherelement (48), vorzugsweise mittels einer Führungseinrichtung (65), ausgelenkt; b) Nach Beendigung der Einleitung des Gases wird das im zweiten Kolbenspeicherelement (48) befindliche Gas über die Gasausgangsleitung (56), die oberhalb des Flüssigkeitslevels (47) für die Flüssigkeit (46) im zweiten Kolbenspeicherelement (48) endet (57), vorzugsweise allein mittels der Gewichtskraft des zweiten Kolbenspeicherelements (48), aus dem zweiten Kolbenspeicherelement (48) ausgeleitet. Method for receiving and/or temporarily storing gas, in particular purge gas discharged during a purge process, in an expandable storage chamber (41), which is designed as a piston accumulator, a storage device (40), wherein the storage chamber (41) is a first designed as a liquid chamber Piston storage element (42), into which liquid (46) is filled up to a defined liquid level (47), and a second piston storage element (48) designed as a reciprocating piston element, wherein the piston storage elements (42, 48), in particular concentrically, are inserted into one another in opposite directions are, wherein the piston accumulator elements (42, 48) are axially movable relative to one another, and wherein the first piston accumulator element (42) is external with respect to the second piston accumulator element (48) and between an outer surface (81) of the second piston accumulator element (48) and an inner surface (82) of the first piston accumulator element (42) a, in particular circumferential, gap (53) is formed, characterized by the following steps: a) Gas above the defined liquid level (47) for the liquid (46) is introduced into the second piston storage element (48) via a gas inlet line (54), which ends in the second piston storage element (48) (55), and the second piston storage element (48 ), preferably deflected by means of a guide device (65); b) After the introduction of the gas has ended, the gas located in the second piston storage element (48) is preferably discharged via the gas outlet line (56), which ends above the liquid level (47) for the liquid (46) in the second piston storage element (48). solely by means of the weight of the second piston accumulator element (48), discharged from the second piston accumulator element (48). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Gas für eine definierte Zeitspanne und/oder bis zu einer definierten Nennhöhe des zweiten Kolbenspeicherelements (48) in das zweite Kolbenspeicherelement (48) eingeleitet wird.Method according to claim 13, characterized in that gas is introduced into the second piston storage element (48) for a defined period of time and/or up to a defined nominal height of the second piston storage element (48). Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas bei seiner Einleitung in das zweite Kolbenspeicherelement (48) gegen ein Bodenelement (49) des zweiten Kolbenspeicherelements (48) gerichtet und von dort umgelenkt wird, bevor es in die Gasausgangsleitung (56) eintritt und von dort aus dem zweiten Kolbenspeicherelement (48) abgeleitet wird.Method according to one of claims 13 or 14, characterized in that the gas, when introduced into the second piston accumulator element (48), is directed against a base element (49) of the second piston accumulator element (48) and is diverted from there before it enters the gas outlet line ( 56) occurs and is derived from there from the second piston accumulator element (48).
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