CH690662A5 - Blockheizkraftwerk.. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf ein Blockheizkraftwerk gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Anspruches. 



  Bei bekannten derartigen Blockheizkraftwerken arbeitet der Zusatzbrenner in der Regel ohne eine Koppelung mit der Brennstoffzelle. 



  Der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle wird durch mehrere Faktoren bestimmt. So ist der Reformierungs- und Konditionierungsprozess mit Verlusten behaftet, und es kann nur ein Teil der in das System eingebrachten Energie in elektrische Energie umgesetzt werden. Weiters weist auf der elektrischen Seite der übliche Wechselrichter Verluste auf, und auch die Brennstoffzellen arbeiten mit Wärmeverlusten. Die heissen Abgase der Brennstoffzellen k²nnen bei einer Kraft-Wärme-Nutzung bei den bekannten Blockheizkraftwerken nur auf die Rücklauftemperatur eines Heizkreislaufes beschränkt abgekühlt und daher nicht optimal genutzt werden.

   Alle Wirkungsgradminderungen werden zwar in Wärme umgesetzt, doch kann diese Wärme bei den herk²mmlichen Blockheizkraftwerken nicht ausreichend genutzt werden, da bei diesen kaum eine thermische Koppelung der Brennstoffzellen und des Zusatzbrenners gegeben ist. 



  In Blockheizkraftwerken mit Brennstoffzellen zur Stromerzeugung und einem Zusatzbrenner zur Wärmeerzeugung ist das Blockheizkraftwerk meist so dimensioniert, dass es auf Haushalte zugeschnitten ist, die deutlich mehr Wärme als Strom ben²tigen. Dies bedeutet, dass der Zusatzbrenner eine h²here Belastung als die Brennstoffzellen aufweist. 



  Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Blockheizkraftwerk der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das mit einem besonders hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann. 



  Erfindungsgemäss wird dies bei einem Blockheizkraftwerk der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht. 



  Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist sichergestellt, dass die in den Abgasen der Brennstoffzellen enthaltene Wärme nutzbringend zur Vorwärmung der für den Betrieb des Blockheizkraftwerks erforderlichen Luft verwendet wird, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad des Blockheizkraftwerks erh²ht. 



  Durch die Merkmale des ersten abhängigen Anspruches ergibt sich der Vorteil, dass die Verluste der einzelnen Bauteile des Blockheizkraftwerks, die in Wärme umgesetzt werden, zu einer Erwärmung der Zuluft der Brennstoffzellen und des Zusatzbrenners genutzt werden k²nnen. Dadurch sinkt der erforderliche Einsatz von Primärenergie zur Erwärmung der Luft für die Brennstoffzellen und den Zusatzbrenner, was zu einer weiteren Erh²hung des Gesamtwirkungsgrades des Blockheizkraftwerks führt. 



  Durch die Merkmale des zweiten abhängigen Anspruches ergibt sich eine im Hinblick auf den Wärmeübergang sehr günstige L²sung. 



  Durch die Merkmale des letzten Anspruches ergibt sich der Vorteil, dass auch allfällige Abstrahlungsverluste des Abgas-Luft-Wärmetauschers zur Aufheizung der Zuluft für das Blockheizkraftwerk genutzt werden k²nnen. 



  Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch ein erfindungsgemässes Blockheizkraftwerk zeigt. 



  Bei einem erfindungsgemässen Blockheizkraftwerk 17 ist ein Stapel von Brennstoffzellen 1 samt den nicht dargestellten Hilfsaggregaten, wie Reformer, Konverter und Wechselrichter, sowie ein Zusatzbrenner 2 samt einem Wärmetauscher 6 zur Bereitung von Heizwasser in einem mit einer Wärmedämmung 18 versehenen geschlossenen Gehäuse 3 angeordnet, in das eine Luftleitung 14 mündet. 



  Den Brennstoffzellen 1, bzw. deren Reformer wird Wasser über eine Wasserzuleitung 12 zugeführt. Weiters ist eine Gaszuleitung 13 vorgesehen, an die die Brennstoffzellen 1 und der Zusatzbrenner 2 angeschlossen sind. Weiters ist eine Ausleitung 15 für den von den Brennstoffzellen erzeugten elektrischen Strom vorgesehen. 



  Eine Abgasleitung 5 der Brennstoffzellen durchsetzt das Gehäuse 3 und führt zu einem Abgas-Luft-Wärmetauscher 8, über dessen Sekundärzweig 19 die gesamte Zuluft über die Luftleitung 14 für das Blockheizkraftwerk geführt ist, die über einen Einlass 11 in den Wärmetauscher 8 einstr²mt und über die an diesen angeschlossene Luftleitung 14 mit entsprechend erh²hter Temperatur in das Innere 20 des Gehäuses 3 str²mt. 



  Das Abgas der Brennstoffzellen 1 verlässt den Wärmetauscher 8 über einen Auslass 10. 



  Das Abgas des Zusatzbrenners 2 ist über einen Abgasstutzen 16 mit einem Primärzweig 21 eines Wärmetauschers 6 verbunden, der zur Bereitung von Heizwasser dient, das über eine Vorlaufleitung 71 und eine Rücklaufleitung 7 durch einen Sekundärzweig 22 des Wärmetauschers 6 str²mt. 



  Das abgekühlte Abgas des Zusatzbrenners 2 wird über eine Abgasleitung 9 nach aussen geführt. 



  Beim Betrieb des Blockheizkraftwerkes 17, bei dem sich die Brennstoffzellen 1 sehr erheblich erhitzen, heizen deren Strahlungswärme 4 auch die im Inneren 20 des Gehäuses 3 be findliche Luft auf. Dadurch wird einerseits die für die Brennstoffzellen 1 erforderliche Luft, wie auch die Luft für den Zusatzbrenner 2 entsprechend aufgeheizt. Dadurch sinkt der Bedarf an Energie zur Aufheizung der Luft auf die für die Brennstoffzellen 1 erforderliche Temperatur. 



  Da aus dem Gehäuse 3 nur wenig Wärme entweichen kann, ergibt sich für das Blockheizkraftwerk 17 ein sehr hoher Wirkungsgrad. 



  Bei fehlendem Wärmebedarf für das Heizwasser kann der Zusatzbrenner 2 stillgesetzt werden. In einem solchen Fall wird die Wärme der Brennstoffzellen 1 zur Aufheizung der Luft für die Brennstoffzellen 1 genutzt. 

Claims (4)

1. Blockheizkraftwerk mit einem Stapel von Brennstoffzellen (1) und mit Hilfsaggregaten, welche einen Reformer, Konverter und einen Wechselrichter umfassen und mit einem Zusatzbrenner (2), dessen Abgase einen Wärmetauscher (6) beaufschlagen, wobei die für die Brennstoffzellen (1) und den Zusatzbrenner (2) erforderliche Luft über einen von den Abgasen der Brennstoffzellen (1) beaufschlagten Abgas-Luft-Wärmetauscher (8) geführt ist.

2. Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, dessen Hilfsaggregate in einem mit einer Wärmedämmung (18) versehenen geschlossenen Gehäuse (3) angeordnet sind.

3. Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dessen Abgas-Luft-Wärmetauscher (8) als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist.

4. Blockheizkraftwerk nach Anspruch 2 oder 3, dessen Abgas-Luft-Wärmetauscher (8) sich innerhalb des Gehäuses (3) befindet.