AT408915B - Heizungsanlage - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage gemäss dem Oberbegriff des unabhangigen Patentanspruchs. 



   Bei solchen Heizungsanlagen sind als Wärmequellen meist Brenneranordnungen vorgesehen, die einen Wärmetauscher beaufschlagen, der die Heizungsanlage mit Heizwasser versorgt. 



   Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass zum Betrieb einer solchen Heizungsanlage Primärenergie eingesetzt werden muss und keine Möglichkeit besteht, Abwärme oder dgl. zu nutzen
Eine gattungsgemässe Einrichtung ist bekanntgeworden aus der EP 823 745 oder alternativ aus der US 5 345 786, wobei hier Brennstoffzellen als Wärmequellen für Verdampfer benutzt werden. 



  Die Verdampfer der Wärmepumpen sind aber nicht in zweigeteilter Form ausgeführt. 



   Ziel der Erfindung ist es, die eingangs geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Heizungsanlage der eingangs näher bezeichneten Art vorzuschlagen, die eine Nutzung von Abwärme ermöglicht und sich daher zur Einsparung von Primärenergie eignet. 



   Erfindungsgemäss wird dies bei einer Heizungsanlage der eingangs näher erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs erreicht. 



   Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist es auf einfache Weise möglich, latent vorhandene Wärme, die sonst ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden würde, für den Betrieb der Heizungsanlage zu nutzen. Dadurch kann mit geringem Aufwand eine erhebliche Einsparung an Primärenergie erreicht werden. Durch die Aufteilung des Verdampfers der Wärmepumpe in zwei Module, wobei das eine Verdampferelement dem Zusatzbrenner der Brennstoffzellenanordnung zugeordnet ist, ist es möglich, wenn die Wärmeleistung der Brennstoffzelle nicht ausreicht, um eine Heizungsanlage eines Hauses zu speisen, dies über den Zusatzbrenner zu ermöglichen, der dann genug Wärme an den Verdampfer der Wärmepumpe liefert. 



   Durch die Merkmale des ersten abhängigen Anspruchs ergibt sich der Vorteil, dass die Kuhlung sehr gut an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden kann. Dadurch ergibt sich beim Sieden des Kältemittels der Wärmepumpe eine sehr gleichmässige Temperaturverteilung im gesamten Brennstoffzellen-Stapel. 



   Die Merkmale des letzten abhängigen Anspruchs ermöglichen auf sehr einfache Weise eine Beeinflussung der Temperatur in verschiedenen Bereichen der Brennstoffzellenanordnung. Ausserdem lässt sich dadurch auch ein besonders guter Wirkungsgrad erzielen, da die uberschüssige Wärme der Brennstoffzelle nahezu vollkommen genutzt werden kann. 



   Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 bis 3 schematisch drei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemässer Heizeinrichtungen. 



   Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile. 



   Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 weist eine Heizungsanlage 7 eine Heizkörperanordnung 11 auf, die über eine Vorlaufleitung 12 und eine Rücklaufleitung 13 mit einem Kondensator 6 einer Wärmepumpe 10 verbunden ist Dabei ist in der Vorlaufleitung 12 eine Umwälzpumpe 14 angeordnet und ein Druckausgleichsgefäss 15 angeschlossen. 



   Weiters ist eine Bypassleitung 16 an die Vorlaufleitung 12 angeschlossen, in der ein Brauchwasserspeicher 17 angeordnet ist und die mit der Rücklaufleitung 13 über ein Vorrang-Umschaltventil 18 verbunden ist. 



   Der Kondensator 6 der Wärmepumpe 10 ist über einen Kältemittelkreislauf 5, in den ein Kältemittelkompressor 4 und ein Expansionsventil 8 eingeschaltet sind, mit einem Verdampfer 19 der Wärmepumpe 10 verbunden Dabei ist der Verdampfer 19 im Bereich des Protonen-AustauschMembran-Brennstoffzellenstapels 9 angeordnet und kühlt diesen, bzw. entzieht diesem Wärme. 



   Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, dass der Verdampfer 19 im Bereich eines Abgasrohres 2, in das ein katalytischer Nachbrenner 25 eingefügt ist, des Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzellenstapels 9 angeordnet ist. 



   Bei beiden Ausführungsformen nimmt im Betrieb der Einrichtung der Verdampfer 9 Wärme auf, wodurch dem Brennstoffzellenstapel 9, bzw. dessen Abgasrohr 2, vor oder nach einem eventuelle vorhandenen katalytischen Nachbrenner 25 Wärme entzogen wird. 



   Das den Verdampfer 9 durchströmende Kältemittel wird mittels des Verdichters 4 verdichtet und durchströmt den Kondensator 6, wo das Kältemittel Wärme an die Heizungsanlage 7 abgibt. 



   Die Wärme wird vom Heizungswasser aufgenommen, das über die Vorlaufleitung 13 zur Heizkörperanordnung 11 oder zum Brauchwasserspeicher 17 strömt. 



   Durch die Wärmeabgabe an das Heizungswasser vermindert sich die Temperatur des Kälte- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 mittels, so dass dieses kondensiert. Nach dem Durchströmen des Expansionsventils 8 gelangt das Kältemittel wieder zum Verdampfer 9, wo es wieder Wärme aufnimmt und verdampft
Bei der Ausführungsform nach der Fig 3 ist ein mehrteiliger Verdampfer 19,191, 192,193 der Wärmepumpe 10 vorgesehen, wogegen der übrige Aufbau im wesentlichen gleich wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist. 



   Dabei ist der Verdampfer 19 im Bereich des Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzellenstapels 9 und der Verdampfer 191 im Bereich des Abgasrohres 2 angeordnet. 



   Ein weiterer Verdampfer 193 ist im Bereich eines heisse Gase führenden Verbindungsrohres 3 zwischen einem Reformer 1 und einem Gasfeinreiniger 20 angeordnet. Weiters ist ein Verdampfer 192 im Bereich eines weiteren Verbindungsrohres 4 zwischen dem Gasfeinreiniger 20 und dem Brennstoffzellenstapels 9 angeordnet, von dem eine Stromleitung 24 wegführt. 



   Versorgt wird der Reformer 1 über eine Luft/Wasser-Leitung 21 und eine Gasleitung 22. Weiters ist der Gasfeinreiniger 20 über eine weitere   Luft/Wasserleitung   23 versorgbar. 



   Beim Betrieb wird in üblicher Weise Gas mit Luft und Wasser sowie Wärme im Reformer 1 zu einem wasserstoffreichen Gas umgesetzt. Dieses Gas wird im Gasfeinreiniger 20 von Kohlenmonoxid gereinigt und dem Brennstoffzellenstapel 9 unter Zugabe von Luft und Wasser zugeführt, wo eine Umsetzung in Wärme und elektrischem Strom erfolgt. Das dabei entstehende Abgas strömt über das Abgasrohr 2 ab. 



   Durch die Verdampfer 192,193, die ebenfalls wie die Verdampfer 191 und 19 im Kältemittelkreislauf 5 in Reihe geschaltet sind, wird überschüssige Wärme den in den Verbindungsrohren 3,4 strömenden Gasen entzogen und so eine Überhitzung des Brennstoffzellenstapels 9 vermieden. 



  Letzteres wird auch durch den Verdampfer 19 erreicht, der direkt dem Brennstoffzellenstapel 9 Wärme entzieht. Weiters entzieht auch der Verdampfer 191 den Abgasen Wärme. 



   Die der Brennstoffzellenanordnung entzogene Wärme wird, wie bereits anhand der Fig. 1 und 2 erläutert, der Heizungsanlage 7 zugeführt 
PATENTANSPRÜCHE : 
1. Heizungsanlage mit einer Heizkörperanordnung (11), die über eine Vorlauf- und eine
Rücklaufleitung (12,13) mit einer Wärmequelle verbunden ist, die durch einen Kondensa- tor (6) einer Wärmepumpe (10) gebildet ist, deren Verdampfer (19) von einer Brennstoff- zellenanordnung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Verdampfer (191) der Wärmepumpe (10) vorgesehen ist, welcher mit einem Abgasrohr (2) der Brenn- stoffzellenanordnung, die einen Zusatzbrenner aufweist, in wärmeleitendem Kontakt steht.

Claims (1)

1. 2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdampfer (19) der Wärmepumpe (10) mit einem Proton-Austausch-Membran (PEM)-Brennstoffzellen- stapel (9) in warmeleitendem Kontakt steht.

   3. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer der Wärmepumpe (10) mehrteilig ausgebildet ist und diese Teile (19,191, 192,193) in wärmeleitendem Kontakt mit heisse Medien führende Verbindungsleitungen (3,4) und ge- gebenenfalls dem Abgasrohr (2) der Brennstoffzellenanordnung stehen.