AT413757B

AT413757B - Verfahren zur gewährleistung eines hohen warmwasserkomforts bei mit brennstoffzellenheizgeräten beheizten warmwasserspeichern

Info

Publication number: AT413757B
Application number: AT0152704A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-05-15
Also published as: DE102005042495A1; ATA15272004A

Description

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AT 413 757 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewährleistung eines hohen Warmwasserkomforts bei mit Brennstoffzellenheizgeräten beheizten Warmwasserspeichern.

Brennstoffzellenanlagen, welche über einen Reformer mit wasserstoffreichem Brenngas ver-5 sorgt werden, sollten möglichst nicht taktend, sondern vielmehr mit langen Laufzeiten betrieben werden, da das Anfahren der Anlage den Verschleiß des Reformers fördert und mit Energieverlusten behaftet ist. Da nicht stets eine konstante Energiemenge benötigt wird, kann ein Abschalten dadurch vermieden werden, dass die Anlage temporär modulierend, d.h. mit Teillast betrieben wird. Da eine Brennstoffzelle stets gleichzeitig Wärme und Strom produziert, diese beiden io Energiearten jedoch nicht immer im gleichen Verhältnis benötigt werden, wird meist Wärme in einem Warmwasserspeicher zwischengespeichert. Während bei konventionellen Heizungsanlagen der Warmwasserspeicher meist durch taktendes Beheizen mit relativ großer Leistung auf einem Temperaturniveau nahe der Solltemperatur gehalten wird, wird ein Warmwasserspeicher in Verbindung mit einer Brennstoffzellenanlage in einem größeren Temperaturbereich betrie-15 ben, um lange Laufzeiten zu ermöglichen.

Dies hat zur Folge, dass die Temperatur in einem von einem Brennstoffeellenheizgerät beheizten Warmwasserspeicher so gering sein kann, dass große Warmwasserzapfmengen eine derartige Temperaturreduzierung im Speicher zur Folge haben, dass das Warmwasser den Komfort-20 anforderungen nicht mehr entspricht.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenheizgerätes mit Warmwasserspeicher der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das sich durch hohen Warmwasserkomfort auszeichnet. 25

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 dadurch erreicht, dass bei großer Warmwasserzapfmenge, die durch einen entsprechenden Temperaturabfall im Warmwasserspeicher festgestellt wird, das Zusatzheizgerät zugeschaltet wird. 30 Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 ergibt sich der Vorteil, dass durch eine „lernende“ Regelung typische Zeiten großer Warmwasserzapfmengen bekannt sind und somit vor der Zapfung die bevorratete Wärmemenge erhöht werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. 35

Die Figur zeigt eine Heizungsanlage mit Brennstoffzellenheizgerät und Warmwasserspeichern zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Figur zeigt ein Brennstoffzellenheizgerät 1, das über eine Umwälzpumpe 6 mit einem Wär-40 meaustauscher 9 in einem Warmwasserspeicher 2 verbunden ist. Ein Zusatzheizgerät 4 ist über eine Umwälzpumpe 11 mit einem Wärmeaustauscher 10 in dem selben Warmwasserspeicher 2 verbunden. Der Warmwasserspeicher 2 verfügt über einen Kaltwasserzulauf 7 und einen Warmwasserablauf 8 sowie einen Temperatursensor 3, der in das Innere des Warmwasserspeichers 2 reicht. Der Temperatursensor 3, das Brennstoffzellenheizgerät 1 und das Zusatz-45 heizgerät 4 sind mit einer Regelung 5 verbunden, die über ein Zeitmodul 51 und Speichermodul 52 verfügt.

Im Standardbetrieb wird der Warmwasserspeicher 2 durch den Betrieb des Brennstoffzellenheizgerätes 1 mit relativ kleiner Wärmeleistung erhitzt. Die Leistungsregelung erfolgt von der 50 Regelung 5 in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit der Temperatur des Temperatursensors 3. Wird der Warmwasserspeicher 2 nicht erhitzt, so kühlt er aufgrund der Wärmeverluste langsam um etwa 0,5 bis 1,5 K/h ab. Wird Warmwasser über den Warmwasserablauf 8 entnommen, so strömt kaltes Wasser über den Kaltwasserzulauf 7 nach und die Temperatur im Speicher nimmt ab. Bei einer großen Warmwasserentnahme sinkt somit die Speichertemperatur 55 um ca. 5 bis 10 K/min. Selbst wenn das Brennstoffzellenheizgerät 1 den Warmwasserspeicher

Claims

3 AT 413 757 B 2 gleichzeitig aufheizt, so fällt die Temperatur im Warmwasserspeicher 2 dennoch um etwa 3 bis 8 K/min. Demnach fällt auch die Temperatur des Wassers, das gezapft wird und erreicht unter Umständen nicht mehr die gewünschte Komforttemperatur. 5 Hat die Regelung 5 festgestellt, dass die Temperatur des Temperatursensors 3 um mehr als 5 K/min fällt, so schaltet sie das Zusatzheizgerät 4, das ebenfalls den Warmwasserspeicher 2 erhitzt, ein. Wochentag, Uhrzeit und Dauer hoher Warmwasserzapfmengen werden von der Regelung 5 io erfaßt und im Speichermodul 52 abgelegt. Die Regelung 5 errechnet anhand der im Speichermodul 52 abgelegten Daten typische Zeiten hoher Warmwasserzapfmengen, indem sie davon ausgeht, dass sich die typischen Zeiten hoher Wasserentnahme wochenweise wiederholen. Stellt die Regelung 5 mit dem Zeitmodul 51 fest, dass eine typische Zeit hoher Warmwasserzapfmengen bevorsteht und zugleich ein Temperaturabfall von mindestens 5 K/h am Tempera-15 tursensor 3 festgestellt wird, so startet die Regelung 5 das Zusatzheizgerät 4, um dem Warmwasserspeicher 2 mehr Wärme zuzuführen. Das Zusatzheizgerät wird nicht mehr angesteuert, wenn die in der Regelung 5 gespeicherte Solltemperatur wieder erreicht wird. 20 Die Zeit vom beginnenden Abfall der Speichertemperatur des Temperatursensors 3 bis zum erneuten Erreichen der Speichersolltemperatur wird gemessen und zur Beurteilung der Warmwasserzapfmenge herangenommen: Wenn die Zeit einen Wert von 10 bis 15 Minuten übersteigt, wird von der Regelung 5 eine große Warmwasserzapfmenge angenommen und der 25 Wochentag, Uhrzeit und Dauer werden wieder gespeichert für die Berechnung der nächsten typischen hohen Warmwasserzapfmenge, wobei von einer wöchentlichen Wiederholung ausgegangen wird. 3o Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie mit einem Brennstoffzellenheizgerät (1), vorzugsweise mit Reformer zur Herstellung von wasserstoffreichem Prozessgas aus Kohlenwasserstoffen, einem Zu- 35 satzheizgerät (4), einem Speicher (2) zum Speichern von thermischer Energie mit mindes tens einem Temperatursensor (3) im Speichers (2) und einer Regelung (5), dadurch gekennzeichnet dass die Regelung (5) bei Überschreitung eines vorgegebenen, negativen Temperaturgradienten am Temperatursensor (3) das Zusatzheizgerät (4) zusätzlich zum Brennstoffzellenheizgerät (1) einschaltet und mit großer Leistung, vorzugsweise Volllast, 40 betreibt.
2. Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie mit einem Brennstoffzellenheizgerät (1), vorzugsweise mit Reformer zur Herstellung von wasserstoffreichem Prozessgas aus Kohlenwasserstoffen, einem Zu- 45 satzheizgerät (4), einem Speicher (2) zum Speichern von thermischer Energie mit mindes tens einem Temperatursensor (3) im Speichers (2) und einer Regelung (5), die über ein Zeitmodul (51) und ein Speichermodul (52) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung (5) Uhrzeit und Wochentag der Betriebszeiten des Zusatzheizgerätes (4) mit großer Leistung oder großer negativer Temperaturgradienten am Temperatursensor (3) speichert, so wobei dieser gespeicherte Wert als Indikator für die Wahrscheinlichkeit einer Warmwas serzapfung mit hoher Zapfmenge dient, von einer wöchentlichen Wiederholung ausgegangen wird und aufgrund dieser Auswertung schon bei kleinen negativen Temperaturgradienten am Temperatursensor (3) das Zusatzheizgerät (4) mit hoher Leistung angesteuert wird und die Dauer dieser hohen Leistungsabgabe des Zusatzheizgerätes (4) so ausgewertet 55 wird, dass bei großer Dauer Uhrzeit und Wochentag weiter gespeichert werden, bei gerin- 4 AT 413 757 B ger Dauer aber aus dem Speicher (2) gelöscht werden. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55