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Die Erfindung bezieht sich auf ein Blockheizkraftwerk gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei bekannten derartigen Blockheizkraftwerken mit Restwärmenutzung sind die Brennstoff- zellen und ein nachgeschalteter Wärmetauscher zur Heizwasserbereitung getrennt Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass das Abgas der Brennstoffzellen nur relativ wenig auf die Temperatur des Heizungsrücklaufs abgekühlt werden kann und daher ein erheblicher Teil der Wärme des Abgases ungenützt abgeführt wird.
Aus der EP 568 822 A2 ist ein Energieversorgungssystem mit einer Brennstoffzelle bekannt geworden, bei der die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme einer Absorptions Heizung- oder Kalteanlage oder einem Wasserbad zugeführt wird. Weiterhin ist aus der EP 71 967 A1 ein Brennstoffzellenkraftwerk bekannt geworden, bei dem eine Wärmespeichereinrichtung vorgesehen ist, die so ausgelegt ist, dass sie thermische Schwankungen von Brennstoffzellen absorbiert. Die Brennstoffzellen werden damit auf konstanter Temperatur gehalten.
Ziel der Erfindung ist es, den eingangs geschilderten Nachteil zu vermeiden und ein Blockheizkraftwerk der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der das Abgas der Brennstoffzellen sehr weitgehend abgekühlt und seine Wärme nutzbringend verwendet wird.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Blockheizkraftwerk der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist es möglich, das Abgas der Brennstoffzellen zur Aufheizung des in den Reformer eintretenden Wassers, das meist nur eine Temperatur von z.B.
10 C aufweist, zu nutzen, bevor es an die Umgebung abgegeben wird. Dadurch kann das Abgas sehr weitgehend abgekühlt werden, wobei es auch möglich ist, den entsprechenden Wärmetauscher als Kondensations-Wärmetauscher auszubilden, so dass auch die Kon- densationswärme genutzt werden kann
Dadurch ist eine sehr weitgehende Nutzung der eingesetzten Primärenergie möglich.
Bei einem zweistufig ausgebildeten Reformer bzw einem Reformer mit einem zweistufig ausgebildeten Wärmetauscher zur Aufheizung bzw. Verdampfung des Wassers und Aufheizung des Brenngases kann der Wärmetauscher zur Bereitung des Heizungswassers zwischen diesen beiden Stufen des Wärmetauschers des Reformers angeordnet sein.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Abgas der Brennstoffzellen optimal genutzt werden kann. So wird vom Abgas zuerst ein für die Vorwärmung der Luft und des im Reformer erzeugten Wasserstoffgases vorgesehener Wärmetauscher vom Abgas durchströmt, der das Wasserstoffgas und die Luft auf eine hohe Temperatur bringen muss. Danach durchströmt das Abgas den Wärmetauscher zur Bereitung von Heizungswasser oder die zweite Stufe des Wärmetauschers des Reformers, wodurch das Abgas weiter gekühlt wird. Beim Durchströmen der ersten Stufe des Reformers, die zur Erwärmung des mit sehr niedriger Temperatur zuströmenden Wassers und des zuströmenden Brenngases dient, wird das Abgas sehr weitgehend abgekühlt und gibt daher seine Energie vollständig ab.
Dieser Effekt ist auch dann sehr weitgehend gegeben, wenn der Reformer mit einem einstu- figen Wärmetauscher versehen ist, doch ergibt sich bei einem zweistufigen Wärmetauscher im Reformer der Vorteil einer geringen Temperaturdifferenz bei den einzelnen Wärmetauschem.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch ein erfin- dungsgemässes Blockheizkraftwerk zeigt.
Bei einem erfindungsgemässen Blockheizkraftwerk ist in üblicher Weise ein Reformer 1 vor- gesehen, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen einstufigen Wärmetauscher 2 aufweist, der zur Erwärmung des zuströmenden Brenngases 3 und des zuströmenden Wassers 4 dient.
Diese werden im Reformer zu Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasser umgesetzt, wobei das Prozessgas über eine Leitung 5 zu einer Vorheizung 6 geleitet wird. In dieser ist ein weiterer Wärmetauscher 7 angeordnet, der zur Erwärmung von Luft 8 und dem Wasserstoffgas dient.
Die erwärmte Luft und das erwärmte Wasserstoffgas gelangen über Leitungen 9, 10 zur eigentlichen Brennstoffzelle 11, in der einerseits elektrischer Strom erzeugt wird und andererseits bei der Reaktion Wärme entsteht. Dabei wird der elektrische Strom über eine Leitung 12 ausgeleitet.
Das bei der Umsetzung von Wasserstoff und Luft entstehende heisse Abgas, dessen Tempe- ratur bei manchen Brennstoffzellen bis zu 900 C betragen kann, wird über eine Abgasleitung 13
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dem Wärmetauscher 7 der Vorheizung 6 zugeführt und in dieser entsprechend abgekühlt.
Über eine Verbindungsleitung 14 wird das abgekühlte Abgas einem Wärmetauscher 15 zur Bereitung von Heizungswasser zugeführt.
Über eine weitere Verbindungsleitung 16 gelangt das weiter abgekühlte Abgas zum Wärme- tauscher 2 des Reformers und erwärmt das zuströmende Brenngas und das zuströmende Wasser, das meist nur eine Temperatur von ca. 10 C aufweist, wodurch das Abgas sehr weitgehend abgekühlt wird. Dadurch ist auch eine sehr weitgehende Nutzung der Energie des Abgases gegeben.
Bei einem Reformer mit einem zweistufigen Wärmetauscher kann der Wärmetauscher 15 zur Bereitung von Heizungswasser zweckmässigerweise zwischen den beiden Stufen des Wärmetauschers des Reformers geschaltet werden. Dadurch ergibt sich eine besonders günstige Beaufschlagung der Wärmetauscher 7,15 und 2.
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The invention relates to a combined heat and power plant according to the preamble of claim 1.
In known block-type thermal power plants with residual heat utilization, the fuel cells and a downstream heat exchanger for heating water preparation are separated. However, there is the disadvantage that the exhaust gas of the fuel cells can be cooled only relatively little to the temperature of the heating return and therefore a significant part of the heat of the exhaust gas is dissipated unused.
From EP 568 822 A2 an energy supply system with a fuel cell has become known, in which the heat generated by the fuel cell is supplied to an absorption heating or cold system or a water bath. Furthermore, a fuel cell power plant has become known from EP 71 967 A1, in which a heat storage device is provided which is designed such that it absorbs thermal fluctuations from fuel cells. The fuel cells are kept at a constant temperature.
The aim of the invention is to avoid the disadvantage described at the outset and to propose a combined heat and power plant of the type mentioned at the outset, in which the exhaust gas from the fuel cells is cooled to a very large extent and its heat is used to advantage.
According to the invention, this is achieved in a combined heat and power plant of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
The proposed measures make it possible to use the exhaust gas from the fuel cells to heat the water entering the reformer, which usually only has a temperature of e.g.
10 C has to be used before it is released into the environment. As a result, the exhaust gas can be cooled to a very large extent, it also being possible to design the corresponding heat exchanger as a condensation heat exchanger, so that the condensation heat can also be used
This enables a very extensive use of the primary energy used.
In the case of a two-stage reformer or a reformer with a two-stage heat exchanger for heating or evaporating the water and heating the fuel gas, the heat exchanger for preparing the heating water can be arranged between these two stages of the heat exchanger of the reformer.
This has the advantage that the exhaust gas from the fuel cells can be used optimally. Thus, the exhaust gas first flows through a heat exchanger provided for preheating the air and the hydrogen gas generated in the reformer, which has to bring the hydrogen gas and the air to a high temperature. The exhaust gas then flows through the heat exchanger for the preparation of heating water or the second stage of the heat exchanger of the reformer, whereby the exhaust gas is cooled further. When flowing through the first stage of the reformer, which serves to heat the water flowing in at a very low temperature and the fuel gas flowing in, the exhaust gas is cooled to a very large extent and therefore releases its energy completely.
This effect is very largely present even if the reformer is equipped with a one-stage heat exchanger, but with a two-stage heat exchanger in the reformer there is the advantage of a small temperature difference in the individual heat exchangers.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, which schematically shows a combined heat and power plant according to the invention.
In a combined heat and power plant according to the invention, a reformer 1 is provided in the usual way, which in the exemplary embodiment shown has a single-stage heat exchanger 2 which serves to heat the inflowing fuel gas 3 and the inflowing water 4.
These are converted to hydrogen, carbon dioxide and water in the reformer, the process gas being passed via a line 5 to a preheater 6. In this a further heat exchanger 7 is arranged, which serves to heat air 8 and the hydrogen gas.
The heated air and the heated hydrogen gas pass through lines 9, 10 to the actual fuel cell 11, in which electrical current is generated on the one hand and heat is generated on the other hand during the reaction. The electrical current is discharged via a line 12.
The hot exhaust gas generated during the conversion of hydrogen and air, the temperature of which can be up to 900 C in some fuel cells, is passed through an exhaust pipe 13
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the heat exchanger 7 of the preheater 6 and cooled accordingly in this.
The cooled exhaust gas is fed to a heat exchanger 15 for the preparation of heating water via a connecting line 14.
The further cooled exhaust gas reaches the heat exchanger 2 of the reformer via a further connecting line 16 and heats the inflowing fuel gas and the inflowing water, which usually only has a temperature of approx. 10 C, as a result of which the exhaust gas is cooled to a very large extent. As a result, there is also a very extensive use of the energy of the exhaust gas.
In a reformer with a two-stage heat exchanger, the heat exchanger 15 for preparing heating water can expediently be switched between the two stages of the heat exchanger of the reformer. This results in a particularly favorable loading of the heat exchangers 7, 15 and 2.