Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ENERGY SUPPLY SYSTEM FOR AN UNDERWATER VEHICLE, METHOD FOR OPERATING AN ENERGY SUPPLY SYSTEM, AND UNDERWATER VEHICLE COMPRISING SUCH AN ENERGY SUPPLY SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166299
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an energy supply system (4) for an underwater vehicle (1), in particular for a submarine or an unmanned underwater vehicle, comprising a fuel cell system (10), which can be operated with pure hydrogen or with a hydrogen-containing gas as a first operating gas and with pure oxygen or an oxygen-containing gas as a second operating gas, an operating gas container (13) for one of the two operating gases, said operating gas container (13) being fluidically connected to the fuel cell system (10), and a gas receiving device (14) for receiving boil-off gas from the operating gas container (13). According to the invention, the fuel cell system (10) at least comprises - a first fuel cell device (11) and - a second fuel cell device (12), wherein the first fuel cell device (11) and the second fuel cell device (12) can be connected to the operating gas container (13) and/or the gas receiving device (14) in a fluidically separated manner from each other. Thus, boil-off gas can be optimally used, thereby allowing a long service life of the underwater vehicle.

Inventors:
HOFFMANN, Joachim (Kanalweg 32 B, Burgthann, 90559, DE)
Application Number:
EP2019/054218
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
February 20, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B63G8/08
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Energieversorgungssystem (4) für ein Unterwasserfahrzeug (1) , insbesondere ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug, umfas send

eine Brennstoffzellenanlage (10), die mit reinem Wasser stoff oder mit einem wasserstoffhaltigen Gas als erstem Betriebsgas sowie mit reinem Sauerstoff oder einem sauer stoffhaltigen Gas als zweitem Betriebsgas betreibbar ist, einen Betriebsgasbehälter (13) für eines der beiden Be triebsgase, wobei der Betriebsgasbehälter (13) mit der Brennstoffzellenanlage (10) strömungstechnisch verbunden ist ,

eine Gasaufnahmevorrichtung (14) zur Aufnahme von Boil- Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter (13),

dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanlage (10) zumindest

eine erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) und

eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12)

umfasst und dass die erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12) strömungs technisch getrennt voneinander mit dem Betriebsgasbehälter

(13) und/oder der Gasaufnahmevorrichtung (14) verbindbar sind .

2. Energieversorgungssystem (4) nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass bei einer ersten Betriebsart des Unterwas serfahrzeuges von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen (11, 12) zumindest die erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) mit dem Gasbehälter (13) und/oder der Gasaufnahmevorrichtung

(14) für eine Gaszufuhr verbunden ist und dass bei einer zweiten Betriebsart von den beiden Brennstoffzelleneinrich tungen (11, 12) nur die zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12) mit dem Betriebsgasbehälter (13) und/oder der Gasaufnah mevorrichtung (14) für eine Gaszufuhr verbunden ist.

3. Energieversorgungssystem (4) nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass es eine Batterie (7) zur Energieversorgung elektrischer Systeme (3, 5, 6) des Unterwasserfahrzeuges (1) umfasst und dass die zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12) in der zweiten Betriebsart mit der Batterie (7) zu deren La dung verbunden oder verbindbar ist.

4. Energieversorgungssystem (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Betriebsart ein Betrieb des Unterwasserfahrzeuges (1) mit einem ersten Ener gieverbrauch, insbesondere ein Betrieb mit einem elektrischen Antrieb (3), ist, und dass die zweite Betriebsart ein Betrieb des Unterwasserfahrzeuges (1) mit einem zweiten Energiever brauch, insbesondere ein Betrieb ohne einen elektrischen An trieb (3), ist, und dass der erste Energieverbrauch größer ist als der zweite Energieverbrauch.

5. Energieversorgungssystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) in einem überkritischen Zustand gespeichert ist.

6. Energieversorgungssystem (4) nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Betrieb des Unterwasserfahrzeuges (1) nacheinander die folgenden Betriebsarten umfasst: einen ers ten Fährbetrieb (Bl) für eine Hinfahrt zu einem Zielort, ei nen Schlafbetrieb (B2) am Zielort, einen Einsatzbetrieb (B3) am Zielort und einen zweiten Fährbetrieb (B4) für eine Rück fahrt von dem Zielort, und dass die Art und Zusammensetzung des Betriebsgases sowie die Größe des Betriebsgasbehälters (13) bzw. dessen Füllung mit Betriebsgas derart auf diesen Betrieb angepasst ist, dass zumindest während des ersten Fährbetriebes (Bl) und des Schlafbetriebs (B2) , vorzugsweise auch während des Einsatzbetriebes (B3), das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) in einem überkritischen Zustand gespeichert ist.

7. Energieversorgungssystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) reiner Wasserstoff ist.

8. Verfahren zur Energieversorgung eines Unterwasserfahrzeu ges (1) , insbesondere eines unbemannten Unterwasserfahrzeu ges, wobei das Unterwasserfahrzeug eine Brennstoffzellenanla ge (10) zur Erzeugung von Energie aufweist, wobei die Brenn stoffzellenanlage (10) mit reinem Wasserstoff oder mit einem wasserstoffhaltigen Gas als erstem Betriebsgas sowie mit rei nem Sauerstoff oder mit einem sauerstoffhaltigen Gas als zweitem Betriebsgas betrieben wird, wobei zumindest eines der beiden Betriebsgase in einem Betriebsgasbehälter (13) gespei chert wird und von dort der Brennstoffzellenanlage (10) zuge führt wird, und wobei Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehäl ter (13) in einer Gasaufnahmevorrichtung (14) gespeichert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanlage (10) zumindest

eine erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) und

eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12)

umfasst und dass die erste Brennstoffzelleneinrichtung (11) und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12) strömungs technisch getrennt voneinander in Abhängigkeit von einer Be triebsart des Unterwasserfahrzeuges mit dem Betriebsgasbehäl ter (13) und/oder der Gasaufnahmevorrichtung (14) zur Aufnah me von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter (13) verbun den werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Betriebsart von den beiden Brennstoffzellen einrichtungen (11, 12) zumindest die erste Brennstoffzellen einrichtung (11) mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter (13) und/oder der Gasaufnahmevorrichtung (14) versorgt wird und dass bei einer zweiten Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges (1) von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen (11, 12) nur die zweite Brennstoffzelleneinrichtung (12) mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter (13) und/oder der Gasaufnahmevorrichtung (14) versorgt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungssystem (4) eine Batterie (7) zur Ener- gieversorgung elektrischer Systeme (3, 5, 6) des Unterwasser fahrzeuges (1) umfasst und dass die zweite Brennstoffzellen einrichtung (12) während der zweiten Betriebsart die Batterie (7) lädt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste Betriebsart ein Betrieb des Un terwasserfahrzeuges (1) mit einem ersten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb mit einem elektrischen Antrieb (3), ist, und dass die zweite Betriebsart ein Betrieb des Unter wasserfahrzeuges (1) mit einem zweiten Energieverbrauch, ins besondere ein Betrieb ohne einen elektrischen Antrieb (3), ist, wobei der erste Energieverbrauch größer ist als der zweite Energieverbrauch.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) in einem überkritischen Zustand gespeichert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb des Unterwasserfahrzeuges (1) nacheinander die folgenden Betriebsarten durchlaufen werden: ein erster Fähr betrieb (Bl) für eine Hinfahrt zu einem Zielort, ein Schlaf betrieb (B2) am Zielort, ein Einsatzbetrieb (B3) am Zielort und ein zweiter Fährbetrieb (B4) für eine Rückfahrt von dem Zielort, und dass zumindest während des ersten Fährbetriebes (Bl) und des Schlafbetriebs (B2), vorzugsweise auch während des Einsatzbetriebs (B3), das Betriebsgas in dem Betriebsgas behälter (13) in einem überkritischen Zustand gespeichert wird .

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter (13) reiner Wasserstoff ist.

15. Unterwasserfahrzeug (1), insbesondere unbemanntes Unter wasserfahrzeug, mit einem Energieversorgungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

16. Überwasserfahrzeug (100) oder Meeresplattform mit einem Energieversorgungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis

7.

Description:
201804447Beschreibung

Energieversorgungssystem für ein Unterwasserfahrzeug, Verfah ren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems sowie Unter wasserfahrzeug mit einem solchen Energieversorgungssystem

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für ein Unterwasserfahrzeug, insbesondere für ein U-Boot oder ein un bemanntes Unterwasserfahrzeug, gemäß Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfah ren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems gemäß Oberbe griff des Patentanspruchs 8 sowie ein Unterwasserfahrzeug mit einem solchen Energieversorgungssystem gemäß Patentanspruch 15.

In einer Brennstoffzelle wird durch eine Zusammenführung von Wasserstoff und Sauerstoff in einer elektrochemischen Reakti on elektrische Energie und Wärme erzeugt, wobei Wasser als Reaktionsprodukt verbleibt.

Während des Betriebs werden einer Brennstoffzelle ein was- serstoffhaltiges Gas - im Folgenden Brenngas genannt - und ein sauerstoffhaltiges Gas - im Folgenden Oxidationsgas ge nannt - zugeführt. Diese beiden Gase werden im Folgenden als „Betriebsgase" bezeichnet. Als Brenngas findet beispielsweise Methan, Erdgas, Kohlegas oder auch reiner Wasserstoff (H 2 ) Verwendung. Als Oxidationsgas wird in der Regel Luft, aber auch reiner Sauerstoff (0 2 ) verwendet.

Es sind bereits Unterwasserfahrzeuge, wie z.B. U-Boote, mit Energieversorgungssystemen mit Brennstoffzellenanlagen be kannt, durch welche Energie für den Betrieb des Fahrzeugs er zeugt wird.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, diese Betriebsgase zu spei chern, z.B. in Form von komprimierten Gasen in Druckbehäl tern, in Form von verflüssigten Gasen in Kryotanks, oder im Fall von Wasserstoff ad- /absorbiert auf/in einem Trägermate rial, wie z.B. in einem Metallhydridspeicher.

In Bezug auf Metallhydridspeicher wird hierzu beispielhaft auf die EP 1 454 826 Al und in Bezug auf eine flüssige Spei cherung und eine Speicherung in Form von komprimierten Gasen in Druckbehältern wird auf den Aufsatz „Brennstoffzellen als außenluftunabhängige Antriebskomponente für U-Boote" von H. Pommer in Schiff & Hafen, Seehafen Verlag GmbH, Bd. 44, Nr.

8, 1. August 1992, Seiten 48-51, XP000288856, ISSN: 1436-8498 verwiesen .

Bei den komprimierten Gasen ist der Volumenbedarf für die er forderlichen Druckspeicher ungünstig hoch. Verflüssigte Gase weisen im Gegensatz dazu eine wesentlich höhere Dichte und in der Regel trotz der erforderlichen Isolation einen geringeren Platzbedarf auf (d.h. sie haben eine höhere Speicherdichte) .

Wird aber ein Gas in flüssiger Form gespeichert, verdampft immer eine kleine Menge des flüssigen Gases, ein sogenanntes Boil-Off -Gas, da sich die Wärmezufuhr nicht permanent unter drücken lässt . Solange man das verdampfte Gas an die umgeben de Atmosphäre entsorgen kann, entsteht daraus kein Problem. Problematisch ist jedoch die Situation, wenn die Verdampfung innerhalb eines geschlossenen Systems, wie z.B. eines Unter wasserfahrzeugs, stattfindet, welches keinen Austausch mit der Atmosphäre zulässt. In diesem Fall müssen die Boil-Off- Gase im Inneren des Fahrzeugs aufgenommen und gelagert wer den, sofern kein im Inneren des Fahrzeugs verfügbarer Prozess zum chemischen Aufbau der Gase (z.B. durch einen Umsatz in einer Brennstoffzellenreaktion oder bei Verbrennung) einge setzt werden kann.

Zum Speichern der Boil -Off -Gase werden in der Regel Druckbe hälter eingesetzt, in welche das freigesetzte Gas hinein strömt. Die Kapazität bzw. der maximal erzielbare Druck eines solchen Druckbehälters wird durch den Auslegungsdruck des Be hälters bestimmt. Alternativ lässt man die beiden Betriebs- gase Wasserstoff und Sauerstoff in kontrollierten Reaktionen (Verbrennung) abreagieren und erzeugt dabei das einfacher handhabbare Wasser als Produkt.

Aus der EP 2 864 192 Bl und der JP 2003 056799 A sind Be triebsgassysteme für ein Unterwasserfahrzeug, insbesondere für ein U-Boot oder ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug, be kannt, die eine Brennstoffzellenanlage, einen Betriebsgasbe hälter, der mit der Brennstoffzellenanlage strömungstechnisch verbunden ist, sowie eine Gasaufnahmevorrichtung umfassen.

Die Gasaufnahmevorrichtung ist mit dem Betriebsgasbehälter verbunden und enthält ein Sorbtionsmittel zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter.

Jedoch ist bei reinen flüssigen Gasen die Abdampfrate so hoch, dass keine langfristige Verfügbarkeit der Gase zur Ver wertung in Brennstoffzellen gegeben ist. Dies ist besonders problematisch bei unbemannten Unterwasserfahrzeugen, häufig auch als „UUV" (Unmanned Underwater Vehicle) bezeichnet, die teilweise mehr als 3 Monate unterwegs sind und bei denen die limitierten räumlichen Verhältnisse das Mitführen größerer Brennstoff- und Sauerstoffmengen und damit auch die Einsatz dauer von mit Brennstoffzellen versorgten UUVs beschränken.

Aus der EP 2 151 377 Bl ist ein Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzellenanlege eines Unterseebootes bekannt, bei dem Kohlendioxid als Spülgas eingesetzt wird. Das Kohlendioxid wird dabei in einem überkritischen Zustand gespeichert.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Energieversorgungssystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems für ein Unterwasserfahrzeug, insbe sondere für ein U-Boot oder ein unbemanntes Unterwasserfahr zeug, anzugeben, mit denen eine vergleichsweise längere Ein satzdauer des Unterwasserfahrzeuges ermöglicht werden kann.

Die Lösung der auf das Energieversorgungssystem gerichteten Aufgabe gelingt durch ein Energieversorgungssystem gemäß An- Spruch 1. Die Lösung der auf das Verfahren zum Betrieb eines Energieversorgungssystems gerichteten Aufgabe gelingt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8. Ein Unterwasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energieversorgungssystem ist Gegen stand des Anspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind je weils Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßes Energieversorgungssystem für ein Unter wasserfahrzeug, insbesondere für ein U-Boot oder ein unbe manntes Unterwasserfahrzeug, umfasst eine Brennstoffzellenan lage, die mit reinem Wasserstoff oder mit einem wasserstoff haltigen Gas als erstem Betriebsgas sowie mit reinem Sauer stoff oder mit einem sauerstoffhaltigen Gas als zweitem Be triebsgas betreibbar ist, einen Betriebsgasbehälter für eines der beiden Betriebsgase, vorzugsweise jeweils einen Betriebs gasbehälter für jedes der beiden Betriebsgase, wobei der Be triebsgasbehälter mit der Brennstoffzellenanlage strömungs technisch verbunden ist, und eine Gasaufnahmevorrichtung zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter, wobei die Brennstoffzellenanlage zumindest

eine erste Brennstoffzelleneinrichtung und

eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung

umfasst und wobei die erste Brennstoffzelleneinrichtung und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung strömungstechnisch ge trennt voneinander mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung verbindbar sind.

Je nach Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges, der Menge in dem Betriebsgasbehälter erzeugten Boil-Off -Gases oder der Menge in der Gasaufnahmevorrichtung gespeicherten Boil-Off- Gases können dann flexibel beispielsweise nur die erste Brennstoffzelleneinrichtung, nur die zweite Brennstoffzellen einrichtung oder beide Brennstoffzelleneinrichtungen zusammen strömungstechnisch mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung verbunden sein (bzw. verbunden werden) oder davon getrennt sein (bzw. getrennt werden) . Die Brenn stoffzellenanlage kann dann je nach Bedarf des jeweiligen Be triebszustandes auf eine optimierte Nutzung der Boil-Off -Gase eingestellt werden. Beispielsweise kann sie auf unterschied liche Betriebsarten des Unterwasserfahrzeuges mit jeweils un terschiedlichen Energieverbräuchen des Unterwasserfahrzeuges optimiert betrieben bzw. eingestellt werden und somit eine optimale Nutzung der Boil-Off -Gase, damit eine maximale Aus nutzung des gespeicherten Betriebsgases und somit eine länge re Einsatzdauer des Unterwasserfahrzeuges ermöglichen.

Die Gasaufnahmevorrichtung enthält vorzugsweise ein Sorb- tionsmittel zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebs gasbehälter. Je nach Art des Sorptionsmittels kann es das Boil-Off-Gas entweder adsorbieren oder absorbieren. Beispiele und weitere Details hierfür sind der eingangs genannten EP 2 864 192 Bl zu entnehmen.

Die Gasaufnahmevorrichtung ist von Vorteil derart angeordnet, dass eine strömungstechnische Verbindung zum Betriebsgasbe hälter auf der einen Seite sowie zur Brennstoffzellenanlage auf der anderen Seite, existiert. Am Einfachsten lässt sich eine solche strömungstechnische Verbindung hersteilen, indem von einer Hauptleitung, die den Betriebsgasbehälter mit der Brennstoffzellenanlage verbindet, eine Nebenleitung abge zweigt ist, so dass das Boil-Off-Gas zunächst in die Haupt leitung strömt und anschließend in die Nebenleitung eingelei tet wird. Der Betriebsgasbehälter und die Gasaufnahmevorrich tung sind somit sozusagen parallel zur Brennstoffzellenanlage geschaltet, so dass von beiden Gasspeichern unabhängig vonei nander eine Gaszufuhr zur Brennstoffzellenanlage erfolgen kann .

Zur weiteren Erhöhung der Flexibilität kann die Brennstoff zellenanlage auch eine oder mehrere weitere Brennstoffzellen einrichtungen umfassen, die strömungstechnisch getrennt von einander und von der ersten und zweiten Brennstoffzellenein richtung mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnah mevorrichtung zur Aufnahme von Boil-Off-Gas aus dem Betriebs gasbehälter verbindbar sind. Von Vorteil ist bei einer ersten Betriebsart des Unterwasser fahrzeuges von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen zu mindest die erste Brennstoffzelleneinrichtung mit dem Be triebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung für ei ne Gaszufuhr verbunden und bei einer zweiten Betriebsart ist von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen nur die zweite Brennstoffzelleneinrichtung mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung für eine Gaszufuhr ver bunden. Im Fall der ersten Betriebsart kann die zweite Brenn stoffzelleneinrichtung dann entweder von dem Betriebsgasbe hälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung getrennt sein oder ebenfalls mit dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnah mevorrichtung verbunden sein.

Die erste Brennstoffzelleneinrichtung kann dann beispielswei - se - ggf. zusammen mit der zweiten Brennstoffzelleneinrich tung - als Hauptbrennstoffzelleneinrichtung für einen „Nor malbetrieb" des Unterwasserfahrzeuges dienen und dafür opti miert ausgebildet sein. In diesem Fall kann dann eine normale Gasversorgung der Brennstoffzellen aus dem Betriebsgasbehäl ter erfolgen. Die zweite Brennstoffzelleneinrichtung kann da gegen für einen „Sonderbetrieb" des Unterwasserfahrzeuges dienen und dafür optimiert ausgebildet sein. In diesem Fall kann beispielsweise eine Versorgung der Brennstoffzellen mit Boil-off-Gas erfolgen, das entweder aus dem Betriebsgasbehäl ter und/oder aus einer Gasaufnahmevorrichtung für Boil-Off- Gas der zweiten Brennstoffzelleneinrichtung zugeführt wird.

Wenn das Energieversorgungssystem eine Batterie zur Energie versorgung elektrischer Systeme des Unterwasserfahrzeuges um fasst, ist die zweite Brennstoffzelleeinrichtung in der zwei ten Betriebsart vorzugsweise mit der Batterie zu deren Ladung verbunden oder verbindbar. Hierdurch kann das Boil-Off-Gas beispielsweise für ein Nachladen der Batterie z.B. während eines „Sonderbetriebes" genutzt werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Betriebsart ein Betrieb des Unterwasserfahrzeuges mit einem ersten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb ohne einen elektrischen Antrieb (zum Beispiel einen elektrischen Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges) , und die zweite Betriebsart ist ein Betrieb des Unterwasserfahrzeuges mit einem zweiten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb ohne einen elektrischen Antrieb (zum Beispiel ohne einen elektrischen Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges) , wobei der erste Energieverbrauch größer ist als der zweite Energieverbrauch .

Die erste Brennstoffzelleneinrichtung kann dann für eine op timale Energieerzeugung bei einem normalen oder hohen Ener gieverbrauch des Unterwasserfahrzeuges ausgebildet sein und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung kann dann für eine op timale Verwertung von freigesetzten Boil -Off -Gasen bei einem niedrigen Energieverbrauch des Unterwasserfahrzeuges ausge bildet sein.

Bei der ersten Betriebsart mit dem ersten (höheren) Energie verbrauch kann es sich zum Beispiel um einen Fährbetrieb oder einen Einsatzbetrieb handeln, in dem alle elektrischen Syste me einschließlich eines elektrischen Antriebs zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges in Betrieb sind.

Bei der zweiten Betriebsart mit dem zweiten (niedrigeren) Energieverbrauch kann es sich zum Beispiel um einen „Schlaf betrieb" handeln, in dem ein elektrischer Antrieb zum Vor trieb des Unterwasserfahrzeuges außer Betrieb ist und nur es sentielle Steuerungs- und Kommunikationssysteme im Betrieb sind .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Be triebsgas in dem Betriebsgasbehälter in einem überkritischen Zustand gespeichert.

Unter einem überkritischen Zustand (manchmal auch als „super kritischer" Zustand bezeichnet) wird dabei ein Zustand ober halb des kritischen Punktes im Phasendiagramm des Stoffes verstanden, bei dem das Gas sowohl flüssige als auch gasför mige Komponenten enthält. Flüssigkeit und Gas können dort nicht mehr unterschieden werden.

Im Vergleich zu flüssigen Betriebsgasen lässt sich hierdurch die anfallende Menge an Boil-Off-Gas reduzieren. Gegenüber dem Druckspeicher ergibt sich wiederum eine deutlich höhere Speicherdichte und wegen des höheren Drucks ebenfalls eine Verminderung der Boil-Off -Verluste . Die Reduzierung der Boil- Off -Gasmengen erlaubt eine sinnvolle Verwertung der freige setzten Boil-Off -Gase auch bei einem Betrieb des Unterwasser fahrzeuges mit nur geringem Energieverbrauch, im Falle eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges beispielsweise in einer Schlafphase, in der nur noch essentielle Steuerungs- und Kom munikationssysteme im Einsatz sind. Das Energieversorgungs - System und die davon versorgten Verbraucher können dann in Hinblick auf eine maximale Nutzung der Boil-Off -Gase nach Be darf der jeweiligen Betriebsführung optimiert werden. Es kann somit eine hohe Effizienz bei der Nutzung der Betriebsgase bzw. mit einer bestimmten Speicherfüllung eine längere Be triebsdauer bzw. Einsatzdauer des Unterwasserfahrzeuges er möglicht werden.

Die Temperatur des Betriebsgases liegt zudem dabei oberhalb der Temperatur, die zum Erhalt eines flüssigen Zustandes not wendig ist. Somit lässt sich gegenüber einer Speicherung im flüssigen Zustand der Aufwand und Platzbedarf für die Isola tion des Gasbehälters reduzieren. Ein einfacher Kryospeicher mit doppelwandiger Ausführung ist ausreichend.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Betrieb des Unterwasserfahrzeuges nacheinander die folgenden Betriebsarten: einen ersten Fährbetrieb für eine Hinfahrt zu einem Zielort, einen Schlafbetrieb am Zielort, einen Einsatz betrieb am Zielort und einen zweiten Fährbetrieb für eine Rückfahrt von dem Zielort, und die Art und Zusammensetzung des Betriebsgases sowie die Größe des Betriebsgasbehälters bzw. dessen Füllung mit Betriebsgas sind derart auf diesen Betrieb angepasst, dass zumindest während des ersten Fährbe triebes und des Schlafbetriebs , vorzugsweise auch während des Einsatzbetriebes, das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter in einem überkritischen Zustand gespeichert ist. Es ist somit eine optimale Verwertung von Boil-Off- Gas bis zum Ende des Schlafbetriebs gewährleistet. Hierdurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass auch während des Schlafzustandes eine Batterie des Unterwasserfahrzeuges weitgehend geladen bleibt, so dass auch genug Energie für etwaig notwendige spontane Aktionen (z.B. einen „Peak-Start") zur Verfügung steht .

Das in dem Gasbehälter mit überkritischem Zustand gespeicher te Betriebsgas kann grundsätzlich sowohl das erste Betriebs gas oder das zweite Betriebsgas sein. Die genannten Vorteile kommen aber besonders dann zur Geltung, wenn das Betriebsgas in dem Gasbehälter reiner Wasserstoff ist. Mit anderen Worten kommt reiner Wasserstoff als Betriebsgas zum Einsatz, der in einem überkritischen Zustand in dem Gasbehälter gespeichert ist. Als Oxidationsgas kommt vorzugsweise reiner Sauerstoff zum Einsatz, der von Vorteil ebenfalls in einem überkriti schen Zustand in einem Gasbehälter gespeichert sein kann. Der Sauerstoff kann aber auch konventionell beispielsweise in flüssiger Form gespeichert sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Energieversorgung ei nes Unterwasserfahrzeuges, insbesondere eines U-Boot oder ei nes unbemannten Unterwasserfahrzeuges, wobei das Unterwasser fahrzeug eine Brennstoffzellenanlage zur Erzeugung von Ener gie aufweist, wobei die Brennstoffzellenanlage mit reinem Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen als erstem Be triebsgas sowie mit reinem Sauerstoff oder einem sauerstoff haltigen Gas als zweitem Betriebsgas betrieben wird, wobei zumindest eines der beiden Betriebsgase in einem Betriebsgas behälter gespeichert wird, vorzugsweise jedes der beiden Be triebsgase in jeweils einem Betriebsgasbehälter gespeichert wird, und von dort der Brennstoffzellenanlage zugeführt wird, und wobei Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter in einer Gasaufnahmevorrichtung gespeichert wird, umfasst die Brenn stoffzellenanlage eine erste Brennstoffzelleneinrichtung und eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung, wobei die erste Brennstoffzelleneinrichtung und die zweite Brennstoffzellen einrichtung strömungstechnisch getrennt voneinander in Abhän gigkeit von einer Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges mit dem Gasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung zur Auf nahme von Boi1 -Off -Gas aus dem Betriebsgasbehälter verbunden werden .

Bevorzugt wird bei einer ersten Betriebsart von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen zumindest die erste Brennstoff zelleneinrichtung mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung versorgt und bei einer zweiten Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges wird von den beiden Brennstoffzelleneinrichtungen nur die zweite Brenn stoffzelleneinrichtung mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter und/oder der Gasaufnahmevorrichtung versorgt.

Wenn das Energieversorgungssystem eine Batterie zur Energie versorgung elektrischer Systeme des Unterwasserfahrzeuges um fasst, lädt die zweite Brennstoffzelleeinrichtung während der zweiten Betriebsart von Vorteil die Batterie.

Bevorzugt ist die erste Betriebsart ein Betrieb des Unterwas serfahrzeuges mit einem ersten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb mit einem elektrischen Antrieb (z.B. einem elektrischen Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges) , und die zweite Betriebsart ist ein Betrieb des Unterwasser fahrzeuges mit einem zweiten Energieverbrauch, insbesondere ein Betrieb ohne einen elektrischen Antrieb (z.B. ohne einen elektrischen Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges) , wobei der erste Energieverbrauch kleiner ist als der zweite Energieverbrauch .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Be triebsgas in dem Gasbehälter in einem überkritischen Zustand gespeichert . Wenn beim Betrieb des Unterwasserfahrzeuges nacheinander die folgenden Betriebsarten durchlaufen werden: ein erster Fähr betrieb für eine Hinfahrt zu einem Zielort, ein Schlafbetrieb am Zielort, ein Einsatzbetrieb am Zielort und ein zweiter Fährbetrieb für eine Rückfahrt von dem Zielort, wird vorzugs weise zumindest während des ersten Fährbetriebes und des Schlafbetriebs, vorzugsweise auch während des Einsatzbetrie bes, das Betriebsgas in dem Betriebsgasbehälter in einem überkritischen Zustand gespeichert.

Von Vorteil ist das Betriebsgas in dem Gasbehälter reiner Wasserstoff .

Die für das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem und dessen vorteilhafte Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in entsprechender Weise für das erfindungsgemäße Verfahren und dessen jeweils korrespondierenden vorteilhaften Ausge staltungen .

Wie sich herausgestellt hat, kann ein erfindungsgemäßes Ener gieversorgungssystem und Betriebsverfahren grundsätzlich sehr vorteilhaft bei allen Einrichtungen zum Einsatz kommen, bei denen größere Mengen an Boil -Off -Gasen entstehen können, wo bei aber eine Freisetzung dieser Boil -Off -Gase an die umge bende Atmosphäre ganz vermieden oder zumindest gering gehal ten werden muss (z.B. aufgrund von Sicherheitsvorschriften) . Dies können jegliche Arten von mobilen oder stationären Ein richtungen sein. Insbesondere können dies Überwasserschiffe, Meeresplattformen und Luft- und Raumfahrzeuge sein, da bei diesen sehr hohe Sicherheits-Vorschriften bestehen.

Größere Mengen an Boil -Off -Gasen können insbesondere dann entstehen, wenn Betriebszeiten der Brennstoffzellenanlage mit keinem oder einem nur kleinen Verbrauch an Betriebsgasen zeitlich länger sind (insbesondere zeitlich mehr als doppelt so lange sind) als Betriebszeiten der Brennstoffzelleanlage mit einem mittleren oder einem hohen Verbrauch an Betriebsga sen .

Unter einem „kleinen" Verbrauch an Betriebsgasen wird dabei ein Verbrauch von weniger als 30 % des Verbrauchs an Be triebsgasen bei Nennleistung der Brennstoffzellenanlage ver standen. Unter einem „mittleren" Verbrauch wird ein Verbrauch von mehr als 30 % des Verbrauchs an Betriebsgasen bei Nenn leistung der Brennstoffzellenanlage verstanden.

Ein Beispiel hierfür sind Yachten, insbesondere Megayachten, die für zeitlich relativ kurze Ausfahrten (z.B. 1 Woche) ge nutzt werden und danach längere Zeit (z.B. 4 Wochen) im Hafen liegen .

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Fol genden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1 ein Unterwasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen

EnergieVersorgungssystem,

FIG 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für das Energieversor gungssystem von FIG 1,

FIG 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für das Energiever sorgungssystem von FIG 1,

FIG 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für das Energiever sorgungssystem von FIG 1,

FIG 5 ein viertes Ausführungsbeispiel für das Energiever sorgungssystem von FIG 1,

FIG 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel für das Energiever sorgungssystem von FIG 1,

FIG 7 einen beispielhaften Verfahrensablauf für einen Be trieb eines unbemanntes Unterwasserfahrzeug und FIG 8 ein Überwasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen

Energieversorgungssystem . FIG 1 zeigt in vereinfachter Darstellung ein Unterwasserfahr zeug 1, hier ein autonomes unbemanntes Unterwasserfahrzeug (UUV) . Das Unterwasserfahrzeug 1 weist zum Antrieb bzw. Vor trieb einen Propeller 2 auf, der von einem elektrischen Motor 3 angetrieben wird, der von einem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Unterwasserfahr zeug 1 umfasst weiterhin ein Steuerungssystem 5 und ein Kom munikationssystem 6, die ebenfalls von dem Energieversor gungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt werden. Dane ben können natürlich auch noch weitere Systeme von dem Ener gieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt wer den .

FIG 2 zeigt in vereinfachter Darstellung ein erstes Ausfüh rungsbeispiel für das Energieversorgungssystem 4 von FIG 1. Das Energieversorgungssystem 4 umfasst eine Brennstoffzellen anlage 10, die eine erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 und eine zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 umfasst. Beide Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 umfassen jeweils einen Stapel aufeinander gestapelter Brennstoffzellen, die

elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Brennstoffzellenein richtungen 11, 12 sind ausgangsseitig elektrisch an ein Bord netz 9 angeschlossen, aus dem das Steuerungssystem 5, das Kommunikationssystem 6 und der Motor 3 mit elektrischer Ener gie versorgt werden. Zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie umfasst das Energieversorgungssystem 4 zusätzlich noch eine an das Bordnetz 9 angeschlossene Batterie 7. Der Motor 3 ist über einen Wechselrichter 8 an das Bordnetz ange schlossen. In der Praxis werden eine ganze Reihe zusätzlicher Systeme und Verbraucher an das Bordnetz 9 angeschlossen sein und hieraus mit elektrischer Energie versorgt werden. Der von der Brennstoffzelleneinrichtung 11 erzeugte Strom II und der von der Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugte Strom 12 kann wie dargestellt direkt, aber auch über dazwischen geschaltete DC/DC-Steller in das Bordnetz 9 eingespeist werden (siehe FIG 3 - 6) . Die Brennstoffzellen der Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 sind mit reinem Wasserstoff als erstem Betriebsgas sowie mit reinem Sauerstoff als zweitem Betriebsgas betreibbar ist. Der Wasserstoff ist in einem Betriebsgasbehälter 13 gespeichert, der mit den Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 über einen Entspanner 18 und einen Druckregler 19 strömungstechnisch verbunden ist. Der Wasserstoff ist in dem Betriebsgasbehälter 13 in einem überkritischen Zustand gespeichert, d.h. in einem Zustand oberhalb des kritischen Punktes im Phasendiagramm des Stoffes, bei dem das Gas sowohl flüssige als auch gasförmige Komponenten enthält. Flüssigkeit und Gas können dort nicht mehr unterschieden werden. In dem Entspanner 18 wird das in einem überkritischen Zustand befindliche Gas entspannt und in einen gasförmigen Zustand überführt.

Die Temperatur des Wasserstoffs liegt dabei oberhalb der Tem peratur, die zum Erhalt eines flüssigen Zustandes notwendig ist. Somit lässt sich gegenüber einer Speicherung im flüssi gen Zustand der Aufwand und Platzbedarf für die Isolation des Betriebsgasbehälters 13 reduzieren. Ein einfacher Kryospei cher mit doppelwandiger Ausführung ist ausreichend. Wichtig ist aber auch, dass sich hierdurch im Vergleich zu flüssigen Betriebsgasen die anfallenden Mengen an Boil-Off-Gas reduzie ren lassen. Gegenüber dem Druckspeicher ergibt sich wiederum eine deutlich höhere Speicherdichte und wegen des höheren Drucks eine Verminderung der Boil-Off-Gas Verluste.

Das Energieversorgungssystem 4 umfasst weiterhin eine Gasauf nahmevorrichtung 14, die derart angeordnet ist, dass eine strömungstechnische Verbindung zum Betriebsgasbehälter 13 auf der anderen Seite sowie zur Brennstoffzellenanlage 10 auf der anderen Seite existiert. Hierzu ist von einer Hauptleitung 15, die den Betriebsgasbehälter 13 mit der Brennstoffzellen anlage 10 verbindet, eine Nebenleitung 16 abgezweigt. Ein Boil-Off-Gas, welches im Betriebsbehälter 13 entsteht und welches nicht unmittelbar in der Brennstoffzellenanlage 10 verbraucht werden kann, kann hierdurch aufgesammelt und in der Gasaufnahmevorrichtung 14 gespeichert werden. Hierbei stellen sowohl der Betriebsgasbehälter als auch die Gasauf nahmevorrichtung Gasspeicher dar, die sich bezüglich Aufbau, Funktionalität und Kapazität voneinander unterscheiden und im Hinblick auf ihre Verwendung optimiert sind.

Die Gasaufnahmevorrichtung 14 weist hierzu vorzugsweis ein Sorptionsmittel auf. Je nach Art des Sorptionsmittels kann die Gasaufnahmevorrichtung 14 dann das Boil-Off-Gas entweder adsorbieren oder absorbieren. Durch den Einsatz von Ad-/Ab- sorbern besteht somit die Möglichkeit eine große Menge an Boil-Off-Gas reversibel zu speichern. Das Boil-Off-Gas wird vom Sorptionsmittel aufgenommen und unter geeigneten physika lischen Bedingungen (Druck, Temperatur) im Betriebssystem wird das Boil-Off-Gas wieder freigesetzt und steht dann zu einer Verwertung in der Brennstoffzellenanlage 10 zur Verfü gung. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Druckspeicher lässt sich auf diese Weise eine größere Menge an Boil-Off-Gas spei chern, was eine optimale Ausnutzung der im Unterwasserfahr zeug mitgeführten Betriebsgase ermöglicht.

Das Boil-Off-Gas strömt zunächst in die Hauptleitung 15 und wird anschließend in die Nebenleitung eingeleitet. Der Be triebsgasbehälter 13 und die Gasaufnahmevorrichtung 14 sind somit sozusagen parallel zur Brennstoffzellenanlage 10 ge schaltet, so dass von beiden Gasspeichern 13, 14 unabhängig voneinander eine Gaszufuhr zur Brennstoffzellenanlage 10 er folgen kann. Der Vorgang ist zusätzlich vereinfacht, da der Betriebsgasbehälter 13 und die Gasaufnahmevorrichtung 14 z.B. über eine gemeinsame Druckregelung 19 verfügen.

Wenn das Boil-Off-Gas für die Reaktion in der Brennstoffzel lenanlage 10 benötigt ist, wird über den Druckregler 19 der Druck in der Hauptleitung 15 herabgesetzt. Durch das entste hende Druckgefälle wird das Boil-Off-Gas in der Gasaufnahme vorrichtung 14 desorbiert und in die Brennstoffzellenanlage 10 hineingeleitet. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass die Gasaufnahmevor richtung 14 direkt an den Betriebsgasbehälter gekoppelt ist, und/oder dass eine separate Leitung 17 von der Gasaufnahme - Vorrichtung 14 in die Brennstoffzellenanlage 10 (oder in die Hauptleitung 15) mündet.

Durch ein entsprechendes Armaturensystem mit den steuerbaren Ventilen 20, 21, 22, 23 (und falls vorhanden 24) werden die verschiedenen Leitungen 15, 16 (und falls vorhanden 17) bzw. Bereiche dieser Leitungen geöffnet bzw. gesperrt.

Es ist auch möglich, dass die Brennstoffzellenanlage 10, der Betriebsgasbehälter 13 und die Gasaufnahmevorrichtung 14 in Reihe an der Hauptleitung 15 hintereinander geschaltet sind.

Das in FIG 2 bis FIG 6 gezeigte Energieversorgungssystem 4 veranschaulicht lediglich die Speicherung und die Zufuhr von Wasserstoff zur Brennstoffzellenanlage 10. Für den Sauerstoff kann die gleiche oder eine ähnliche Anordnung von einem Be triebsgasbehälter 13 und einer Gasaufnahmevorrichtung 14 vor gesehen sein. Der Sauerstoff ist von Vorteil ebenfalls in ei nem überkritischen Zustand in einem Betriebsgasbehälter ge speichert. Der Sauerstoff kann aber auch konventionell bei spielsweise in flüssiger Form gespeichert sein.

Da die beiden Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 über je weils gesonderte Leitungen 15', 15'' mit jeweils einem darin angeordneten Ventil 22 bzw. 23 parallel an die Hauptleitung 15 angeschlossen sind, sind die erste Brennstoffzellenein richtung 11 und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 strömungstechnisch getrennt und somit unabhängig voneinander mit dem Betriebsgasbehälter und der Gasaufnahmevorrichtung 14 für eine Gaszufuhr verbindbar.

Je nach Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges 1, der Menge in dem Betriebsgasbehälter 13 erzeugten Boil-Off -Gases oder der Menge in der Gasaufnahmevorrichtung 14 gespeicherten Boil- Off-Gases kann dann flexibel beispielsweise nur die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11, nur die zweite Brennstoffzel leneinrichtung 12 oder beide Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 zusammen strömungstechnisch für eine Gaszufuhr mit dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 verbunden sein. Die Brennstoffzellenanlage 10 kann dann je nach Bedarf des jeweiligen Betriebszustandes auf eine opti mierte Nutzung der Boil-Off -Gase eingestellt werden.

Die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 dient hierzu - ggf. auch zusammen mit der zweiten Brennstoffzelleneinrichtung 12 - für eine erste Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges mit einem höheren Energieverbrauch des Unterwasserfahrzeuges.

Diese erste Betriebsart kann beispielsweise ein Betrieb sein, bei dem alle elektrische Systeme einschließlich eines elektrischen Antriebs mit elektrischer Energie versorgt wer den müssen, beispielsweise ein Fährbetrieb, bei dem der elektrische Antrieb zum Vortrieb des Unterwasserfahrzeuges dient, oder ein Einsatzbetrieb, bei dem der elektrische An trieb zum Beispiel für eine Bohrung dient. Die Brennstoffzel leneinrichtung 11 ist hierfür optimiert ausgebildet. In die sem Betrieb erfolgt eine normale Gasversorgung der Brenn stoffzellen aus dem Betriebsgasbehälter 13.

Die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 dient für eine zweite Betriebsart des Unterwasserfahrzeuges mit einem nied rigeren Energieverbrauch des Unterwasserfahrzeuges als in der ersten Betriebsart .

Diese zweite Betriebsart kann beispielsweise ein Betrieb sein, bei dem nur wenige elektrische Systeme, aber kein elektrischer Antrieb, mit elektrischer Energie versorgt wer den müssen, beispielsweise ein Schlafbetrieb, bei dem nur es sentielle Systeme, wie z.B. das Steuerungssystem 5 oder das Kommunikationssystem 6, mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Die Brennstoffzelleneinrichtung 12 ist für diesen Betrieb op timiert ausgebildet. In diesem Betrieb erfolgt eine Versor gung der Brennstoffzellen mit Boil-Off -Gas, das entweder aus dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder aus der Gasaufnahmevor richtung 14 der zweiten Brennstoffzelleneinrichtung 12 zuge führt wird. Die von der Brennstoffzelleneinrichtung 12 mit Hilfe des Boil-Off -Gases erzeugte elektrische Energie wird dann für ein Nachladen der Batterie 7 genutzt.

Bei der ersten Betriebsart ist das Ventil 22 geöffnet und die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 ist für eine Gaszufuhr mit dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahmevor richtung 14 strömungstechnisch verbunden.

Falls die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 in der ersten Betriebsart keine elektrische Energie erzeugen soll, ist das Ventil 23 geschlossen und somit die zweite Brennstoffzellen einrichtung 12 von einer Gaszufuhr aus dem Betriebsgasbehäl ter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 getrennt.

Falls die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 aber zusammen mit der ersten Brennstoffzelleneinrichtung 11 elektrische Energie erzeugen soll, ist das Ventil 23 dagegen geöffnet und somit die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 für eine Gas zufuhr mit dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnah mevorrichtung 14 verbunden.

Bei der zweiten Betriebsart ist das Ventil 23 geöffnet und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 11 ist für eine Gaszu fuhr mit dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahme vorrichtung 14 strömungstechnisch verbunden. Das Ventil 22 ist dagegen geschlossen und somit die erste Brennstoffzellen einrichtung 11 von einer Gaszufuhr aus dem Betriebsgasbehäl ter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 getrennt.

Das Bordnetz 9 hat beispielsweise eine Nennspannung im Be reich von 24 Vdc bis 200 Vdc, insbesondere von 100 Vdc . Die Brennstoffzelleneinrichtungen 11,12 umfassen eine elektrische Reihenschaltung derart vieler Brennstoffzellen, dass sich am Ausgang der Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 eine derar tige Nennspannung einstellt. Die Brennstoffzelleneinrichtun gen 11, 12 weisen dann in der Regel die jeweils gleiche An zahl elektrisch in Reihe geschalteter Brennstoffzellen auf, wobei allerdings die elektrochemisch aktive Fläche der Brenn stoffzellen der Brennstoffzelleneinrichtungen 11 größer ist als bei den Brennstoffzellen 12. Der Platzbedarf der Brenn stoffzelleneinrichtung 11 ist somit größer als der Platzbe darf der Brennstoffzelleneinrichtung 12.

Ein in FIG 3 gezeigtes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 dadurch, dass die Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 über einen gemeinsamen DC/DC-Steller 30 mit dem Bordnetz 9 elektrisch verbindbar bzw. verbunden sind. Mit Hilfe des DC/DC-Stellers 30 ist die AusgangsSpannung der Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 an die Nennspannung des Bordnetzes 9 anpassbar.

Die Brennstoffzelleneinrichtungen 11,12 können dann ausgangs seitig eine Spannung erzeugen, die kleiner als die Nennspan nung des Bordnetzes 9 ist, und von dem DC/DC-Steller 31 an die Nennspannung des Bordnetzes 9 angepasst wird. Die Brenn stoffzelleneinrichtungen 11, 12 benötigen somit weniger elek trisch in Reihe geschaltete Brennstoffzellen als im Fall von FIG 2 und haben dadurch einen geringeren Platzbedarf.

Ein in FIG 4 gezeigtes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 dadurch, dass nur die Brennstoffzelleneinrichtung 12 über einen DC/DC-Steller 31 an das Bordnetz 9 angeschlossen ist. Die Brennstoffzellenein richtung 11 ist dagegen ohne einen dazwischen geschalteten DC/DC-Steller an das Bordnetz 9 angeschlossen. Die Brenn stoffzelleneinrichtung 12 erzeugt dann ausgangsseitig eine AusgangsSpannung, die kleiner als die Nennspannung des Bord netzes 9 ist, und von dem DC/DC-Steller 31 an die Nennspan nung des Bordnetzes 9 angepasst wird. Die Brennstoffzellen einrichtung 11 erzeugt ausgangsseitig eine Nennspannung, die gleich der Nennspannung des Bordnetzes 9 ist. Die Brennstoff zelleneinrichtung 12 benötigt somit weniger elektrisch in Reihe geschaltete Brennstoffzellen als im Fall von FIG 2 und hat einen geringeren Platzbedarf.

Ein in FIG 5 gezeigtes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 4 dadurch, dass die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 ein Teil der Brenn stoffzelleneinrichtung 11 ist. Beispielsweise ist die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 ein Teilstapel 41 von Brenn stoffzellen der ersten Brennstoffzelleneinrichtung 11, der separat mit Betriebsgas versorgt werden kann. Der verbleiben de Teilstapel der ersten Brennstoffzelleneinrichtung 11 ohne den Teilstapel 41 ist in FIG 5 mit 42 bezeichnet.

Die Brennstoffzelleneinrichtung 12 ist hierzu für die erste Betriebsart über die Leitung 15', den Teilstapel 42 und eine Verbindungsleitung 43 zwischen dem Teilstapel 42 und dem Teilstapel 41 mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 versorgbar. Hierzu ist das Ven til 23 geschlossen und das Ventil 25 ist geöffnet. Für die zweite Betriebsart ist die Brennstoffzelleneinrichtung 12 di rekt über die Leitung 15'' mit Gas aus dem Betriebsgasbehäl ter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 versorgbar. Hierzu ist das Ventil 25 geschlossen und das Ventil 23 ist geöffnet .

Ein in FIG 6 gezeigtes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 4 dadurch, dass das Bordnetz 9 eine erstes Teilnetz 9a und ein zweites Teilnetz 9b umfasst. An jedes der beiden Teilnetze 9a, 9b ist jeweils eine Batterie 7a bzw. 7b angeschlossen.

Die essentiellen Systeme wie das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssystem 6 sind über jeweils einen Schalter 51 bzw. 52 sowohl mit dem ersten Teilnetz 9a als auch mit dem zweiten Teilnetz 9b verbindbar. Der elektrische Antrieb 3 für den Propeller 2 ist nur an das erste Teilnetz 9a angeschlos sen und aus diesem mit elektrischer Energie versorgbar.

Die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 ist mit dem ersten Teilnetz 9a und die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 ist mit dem zweiten Teilnetz 9b verbindbar bzw. verbunden.

In der ersten Betriebsart ist die erste Brennstoffzellenein richtung 11 über den DC/DC-Steller 30a mit dem Teilnetz 9a verbunden. Der Schalter 51 ist geöffnet und der Schalter 52 ist geschlossen, so dass das Steuerungssystem 5 und das Kom munikationssystem 6 ebenfalls elektrisch mit dem ersten Teil netz 9a verbunden sind, aber dagegen vom dem zweiten Teilnetz 9b getrennt sind. Die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 erzeugt elektrische Energie und speist diese über den DC/DC- Steller 30a in das Teilnetz 9a ein, um die Batterie 7a zu la den bzw. die elektrischen Systeme wie z.B. den elektrischen Antrieb 3, das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssys tem 6 mit elektrischer Energie zu versorgen. Die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 ist dagegen außer Betrieb.

Alternativ kann zusätzlich die zweite Brennstoffzellenein richtung 12 elektrische Energie erzeugen und über einen DC/DC-Steller 30b in das zweite Teilnetz 9b einspeisen, wo rüber dann - bei geschlossenem Schalter 51 - gemeinsam mit der ersten Brennstoffzelleneinrichtung 11 die Batterien 7a,

7b geladen werden bzw. die elektrischen System wie z.B. der elektrische Antrieb 3, das Steuerungssystem 5 und das Kommu nikationssystem 6 mit elektrischer Energie versorgt werden.

In der zweiten Betriebsart ist die zweite Brennstoffzellen einrichtung 12 über den DC/DC-Steller 30b mit dem Teilnetz 9b verbunden. Der Schalter 52 ist geöffnet und der Schalter 51 ist geschlossen, so dass das Steuerungssystem 5 und das Kom munikationssystem 6 nur mit dem zweiten Teilnetz 9b verbunden sind, aber dagegen vom dem ersten Teilnetz 9a getrennt sind. Die erste Brennstoffzelleneinrichtung 11 ist dagegen außer Betrieb. Die zweite Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugt aus Boil-Off-Gas elektrische Energie und speist diese über den DC/DC-Steller 30b in das Teilnetz 9b ein, um die Batterie 7b zu laden bzw. die essentiellen elektrischen Systeme wie z.B. das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssystem 6 mit elektrischer Energie zu versorgen.

FIG 7 veranschaulicht beispielhaft einen Verfahrensablauf für einen Betrieb eines unbemannten Unterwasserfahrzeuges. Der Betrieb des Unterwasserfahrzeuges umfasst über der Zeit t nacheinander die folgenden Betriebsarten:

einen ersten Fährbetrieb Bl für eine Hinfahrt zu einem Zielort von einem Zeitpunkt tO bis zu einem Zeitpunkt tl mit einem Energieverbrauch El,

einen Schlafbetrieb B2 am Zielort von einem Zeitpunkt tl bis zu einem Zeitpunkt t2 mit einem Energieverbrauch E2 , einen Einsatzbetrieb B3 am Zielort von einem Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 mit einem Energieverbrauch E3 und

einen zweiten Fährbetrieb B4 für eine Rückfahrt von dem Zielort von einem Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4 mit einem Energieverbrauch E4.

Der Zeitraum tl - tO beträgt beispielsweise 2 Wochen, der Zeitraum t2 - tl beträgt beispielsweise 3 Monate, der Zeit raum t3 - t2 beträgt beispielsweise 3 Wochen und der Zeitraum t4 - t3 beträgt beispielsweise 2 Wochen.

Im Fährbetrieb Bl sind eine große Zahl elektrischer Systeme wie z.B. der elektrische Antrieb 3, das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssystem 6 im Betrieb. Die benötigte (ma ximale) elektrische Energie El wird gemeinsam von den Brenn stoffzelleneinrichtungen 11, 12 erzeugt, die mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 versorgt werden.

Im anschließenden Schlafbetrieb B2 sind nur die essentiellen Systeme wie z.B. das Steuerungssystem 5 und das Kommunikati onssystem 6 im Betrieb. Die benötigte (minimale) elektrische Energie E2 wird nur von der Brennstoffzelleneinrichtung 12 erzeugt, die mit Boil-Off-Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 und/oder der Gasaufnahmevorrichtung 14 versorgt wird.

Im anschließenden Einsatzbetrieb B3 sind eine große Zahl elektrischer Systeme wie z.B. der elektrische Antrieb 3 und/oder ein anderer elektrischer Antrieb, das Steuerungssys tem 5 und das Kommunikationssystem 6 im Betrieb. Die benötig te elektrische Energie E3 ist kleiner als die maximale Ener gie El, aber größer als die minimale Energie E2 und wird nur von der Brennstoffzelleneinrichtung 11 erzeugt, die mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 versorgt wird.

Im anschließenden (Rück- ) Fährbetrieb B4 sind eine große Zahl elektrischer Systeme wie z.B. der elektrische Antrieb 3, das Steuerungssystem 5 und das Kommunikationssystem 6 im Betrieb. Die benötigte (maximale) elektrische Energie E4 wird gemein sam von den Brennstoffzelleneinrichtungen 11, 12 erzeugt, die mit Gas aus dem Betriebsgasbehälter 13 versorgt werden.

Die Art und Zusammensetzung des Betriebsgases sowie die Größe des Betriebsgasbehälters 13 bzw. dessen Füllung mit Betriebs gas sind derart auf diesen Betrieb angepasst, dass zumindest während des ersten Fährbetriebes Bl und des Schlafbetriebs B2, vorzugsweise auch noch im Einsatzbetrieb B3 , das Be triebsgas in dem Betriebsgasbehälter 13 in einem überkriti schen Zustand gespeichert ist. Es ist somit eine optimale Verwertung von Boil-Off-Gas zumindest bis zum Ende des

Schlafbetriebs (vorzugsweise bis zum Ende des Einsatzbetrie bes) gewährleistet. Hierdurch kann beispielsweise sicherge stellt werden, dass auch während des Schlafzustandes die Bat terie 7 (siehe FIG 2) des Unterwasserfahrzeuges 1 weitgehend geladen bleibt, so dass auch genug Energie für etwaig notwen dige spontane Aktionen (z.B. einen „Peak-Start") zur Verfü gung steht .

Das anhand der FIG 1 bis FIG 7 beschriebene Energieversor gungssystem 4 und Betriebsverfahren kann grundsätzlich sehr vorteilhaft bei allen Einrichtungen zum Einsatz kommen, bei denen größere Mengen an Boil -Off -Gasen entstehen können, wo bei aber eine Freisetzung dieser Boil -Off -Gase an die umge bende Atmosphäre ganz vermie-den oder zumindest gering gehal ten werden muss (z.B. aufgrund von Sicherheitsvorschriften) . Dies können jegliche Arten von mobilen oder stationären Ein richtungen sein. Insbesondere können dies Überwasserschiffe, Meeresplattformen und Luft- und Raumfahrzeuge sein, da bei diesen sehr hohe Sicherheits-Vorschriften bestehen.

Größere Mengen an Boil -Off -Gasen können insbesondere dann entstehen, wenn Betriebszeiten der Brennstoffzellenanlage 10 mit keinem oder einem nur kleinen Verbrauch an Betriebsgasen zeitlich länger sind (insbesondere zeitlich mehr als doppelt so lange sind) als Betriebszeiten der Brennstoffzellenanlage 10 mit einem mittleren oder einem hohen Verbrauch an Be triebsgasen .

Unter einem „kleinen" Verbrauch an Betriebsgasen wird dabei ein Verbrauch von weniger als 30 % des Verbrauchs an Be triebsgasen bei Nennleistung der Brennstoffzellenanlage 10 verstanden. Unter einem „mittleren" Verbrauch wird ein Ver brauch von mehr als 30 % des Verbrauchs an Betriebsgasen bei Nennleistung der Brennstoffzellenanlage 10 verstanden.

Ein Beispiel hierfür sind Yachten, insbesondere Megayachten, die für zeitlich relativ kurze Ausfahrten (z.B. 1 Woche) ge nutzt werden und danach längere Zeit (z.B. 4 Wochen) im Hafen liegen .

FIG 8 zeigt hierzu in vereinfachter Darstellung ein Überwas serfahrzeug 100, hier eine Megayacht. Das Überwasserfahrzeug 100 weist zum Antrieb bzw. Vortrieb einen Propeller 2 auf, der von einem elektrischen Motor 3 angetrieben wird, der von einem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Überwasserfahrzeug 100 umfasst weiterhin ein Steuerungssystem 5 und ein Kommunikationssystem 6, die ebenfalls von dem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt werden. Daneben können natürlich auch noch weitere Systeme von dem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt werden. Zum Antrieb bzw. Vor- trieb können auch noch weitere Propeller 2 vorhanden sein, die von jeweils einem elektrischen Motor 3 angetrieben wer den, der von dem Energieversorgungssystem 4 mit elektrischer Energie versorgt wird.