CH690741A5 - Heizeinrichtung. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung gemäss dem einleitenden Teil des Anspruches 1. 



  Bei bekannten derartigen Heizeinrichtungen sind getrennte, in separaten Gehäusen angeordnete Geräte, eben eine Brennstoffzellenanordnung und ein Zusatzbrenner mit separatem Wärmetauscher, vorgesehen, wobei gegebenenfalls die Abgase der Brennstoffzellenanordnung über einen separaten Wärmetauscher geführt werden. 



  Dabei ergibt sich der Nachteil eines erheblichen konstruktiven Aufwandes. 



  Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen sehr einfachen Aufbau auszeichnet. 



  Erfindungsgemäss wird dies bei einer Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht. 



  Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, bei der sich nur sehr wenige vor Ort zu montierende Leitungen ergeben. Dabei ist eine sehr weitgehende Nutzung der in der Brennstoffzellenanordnung entstehenden Wärme m²glich, wodurch sich die vorgeschlagene Heizeinrichtung auch durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet. 



  Durch die vorgeschlagene Anordnung im Gehäuse, bzw. der Unterdruckkammer und die gewählte Luftführung kann im Falle eines Fehlers, z.B. bei einem CO-Austritt aus dem Reformer der Brennstoffzelle, sichergestellt werden, dass keine gefährlichen Gase, bzw. Abgase in den Aufstellungsraum gelangen k²nnen. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, einer besonders einfachen Konstruktion. 



  Grundsätzlich ist es aber auch m²glich, getrennte Wärmetauscher für die Abgase der Brennstoffzellenanordnung und des Zusatzbrenners vorzusehen, wobei in einem solchen Fall die beiden Wärmetauscher genau an die jeweils gegebenen Verhältnisse angepasst werden k²nnen. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil, dass in Fällen eines geringen Wärmebedarfs des dem, bzw. den Wärmetauscher(n) nachgeschalteten Wärmeverbrauchers die Temperatur der abstr²menden Abgase entsprechend reduziert werden k²nnen. Ausserdem kann aufgrund der erfassten Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Gehäuses und dem Inneren des Abgassammlers und bzw. oder der Abgastemperatur der Betrieb der Heizeinrichtung gesteuert werden. 



  Durch die Bypass²ffnung ist auch eine Entkopplung der Gebläse des Zusatzbrenners und der Brennstoffzellenanordnung sowie des Abgasgebläses m²glich, insbesondere, wenn der Querschnitt der Bypass²ffnungen verstellbar ist. Dadurch ist eine Anpassung des Betriebes der Heizeinrichtung an die jeweiligen Verhältnisse auf einfache Weise m²glich. 



  Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemässer Heizeinrichtungen. 



  Gleiche Bezugszeichen bedeuten in beiden Figuren gleiche Einzelteile. 



  Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist eine Brennstoffzellenanordnung 1, die auch ein Gebläse 13 umfasst, in einem als Unterdruckkammer ausgebildeten Gehäuse 11 angeordnet. 



  Weiters ist in dem Gehäuse 11 ein Zusatzbrenner 10 angeordnet, der von einem in diesem integrierten Gebläse 12 unterstützt ist. 



  Die Brennstoffzellenanordnung 1 ist über eine Abgasleitung 2 mit einem Wärmetauscher 3 verbunden und beaufschlagt diesen. Dieser Wärmetauscher 3 ist weiters mit dem Zusatzbrenner 10 über eine Abgasleitung 9 verbunden und auch von diesem beaufschlagbar. 



  !ber dem Wärmetauscher 3 ist ein Abgassammler 4 angeordnet, in dem ein Abgasgebläse 5 angeordnet ist, dessen Druckseite mit einer Abgasleitung 6 verbunden ist. Dabei ist der Abgassammler 4 mit Bypass²ffnungen 8 versehen, über die Nebenluft aus dem Inneren des Gehäuses 11 in den Abgassammler 4 einstr²men kann. Weiter ist nach dem Wärmetauscher 3 ein in der Fig. 1 nicht dargestellter Temperaturfühler vorgesehen, der mit einer ebenfalls nicht dargestellten Steuerung des Abgasgebläses 5 in Verbindung steht. 



  Mit dieser Steuerung ist auch ein die Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Gehäuses 11 und dem Inneren des Abgassammlers 4 erfassender Differenzdrucksensors verbunden. 



  Die Luftzufuhr in das als Unterdruckkammer und daher in das bis auf die Abgasleitung 6 technisch dicht ausgebildete Gehäuse 11 erfolgt über eine gemeinsame Verbrennungsluftleitung 7, die gegebenenfalls durch eine Wand des Aufstellungsraumes ins Freie geführt sein kann. 



  Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, dass statt des gemeinsamen Wärmetauschers 3 separate Wärmetauscher 31, 32 vorgesehen sind, von denen der Wärmetauscher 31 vom Zusatzbrenner 10 und der Wärmetauscher 32 von der Brennstoffzellenanordnung 1 beaufschlagt ist. 



  Dabei sind diese Wärmetauscher 31, 32 über Verbindungsleitungen 21 bzw. 91 mit dem gemeinsamen Abgassammler 4 verbunden, in dem bei dieser Ausführungsform ein Temperatursensor zur Erfassung der Abgastemperatur vorgesehen ist. 



  Beim Betrieb wird der Brennstoffzellenanordnung 1 Kohlenwasserstoffe enthaltendes Gas, Wasser und Luft zugeführt und in dieser in elektrischen Strom und Wärme umgesetzt. Die dabei entstehenden heissen Abgase werden dem Wärmetauscher 32 oder dem gemeinsamen Wärmetauscher 3 zugeführt und von diesem Wärme entzogen. Die abgekühlten Abgase gelangen dann in den Abgassammler 4 und werden von dem Abgasgebläse 5 abgezogen. 



  Bei gemeinsamem Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1 und dem Zusatzbrenner 10, bzw. bei einem Solobetrieb des Zusatzbrenners, wenn lediglich Wärmebedarf aber kein Bedarf an elektrischem Strom besteht, gelangen die heissen Brenngasse des Zusatzbrenners 10 zum Wärmetauscher 31 bzw. zum gemeinsamen Wärmetauscher 3 und geben Wärme ab. Die abgekühlten Abgase gelangen dann in den Abgassammler 4. 



  Wenn die Abgastemperatur nach dem Wärmetauscher 3, bzw. im Abgassammler 4 einen bestimmten Sollwert überschreiten, was durch den erwähnten Temperatursensor erfasst wird, so wird die Drehzahl des Abgasgebläses 5 erh²ht, wodurch auch mehr Nebenluft aus dem Inneren des Gehäuses 11 in das Innere des Abgassammlers 4 einstr²men kann und die Temperatur der Abgase absenkt. Weiters ist es auch m²glich, statt einer Erh²hung der Drehzahl des Abgasgebläses 5 eine Vergr²sserung der Bypass²ffnungen 8 des Abgassammlers 4 vorzusehen. Dazu ist es lediglich erforderlich, die Bypass²ffnungen 8 mit verstellbaren bzw. steuerbaren Klappen zu versehen. 



  Umgekehrt wird bei einer unter einem bestimmten Wert liegenden Abgastemperatur die Drehzahl des Abgasgebläses 5 vermindert, bzw. der Querschnitt der Bypass²ffnungen 8 vermindert, um Energie zu sparen. 



  Weiters ist die Drehzahl des Abgasgebläses 5 vom Differenzdruck zwischen dem Inneren des Gehäuses 11 und dem Abgassammler 4 abhängig. So wird, wenn der Differenzdruck einen Sollwert unterschreitet, die Drehzahl des Abgasgebläses 5 erh²ht, bzw. der Querschnitt der Bypass²ffnungen 8 vergr²ssert bzw. umgekehrt bei zu grossem Differenzdruck die Drehzahl des Abgasgebläses reduziert, bzw. der Querschnitt der Bypass²ffnungen 8 verringert. 



  Weiters kann auch, in Str²mungsrichtung des Abgasstromes gesehen, nach dem Abgasgebläse 5 die Abgastemperatur mittels eines nicht dargestellten Sensors erfasst werden, der mit der Steuerung des Abgasgebläses 5 verbunden ist. Dabei wird bei einem !berschreiten eines vorbestimmten Sollwertes die Drehzahl des Abgasgebläses 5 erh²ht bzw. der Querschnitt der Bypass²ffnungen 8 vergr²ssert und umgekehrt bei einem Unterschreiten einer bestimmten Temperatur die Drehzahl des Abgasgebläses 5 vermindert, bzw. der Querschnitt der Bypass²ffnungen 8 verkleinert. 

Claims (3)

1. Heizeinrichtung mit einer Brennstoffzellenanordnung (1) und einem zu dieser parallel geschalteten Zusatzbrenner (10), die beide von je einem Gebläse (12, 13) unterstützt sind, wobei die Brennstoffzellenanordnung (1) und der Zusatzbrenner (10) in einem gemeinsamen, als Unterdruckkammer ausgebildeten Gehäuse (11) angeordnet sind, das mit einer gemeinsamen Verbrennungsluftleitung (7) versehen ist und die Abgasführungen des Zusatzbrenners (10) und der Brennstoffzellenanordnung (1) über einen gemeinsamen Abgassammler (4) geführt sind, der mit einem Abgasgebläse (5) versehen und mit einem Abgasrohr (6) verbunden ist.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführungen des Zusatzbrenners (10) und der Brennstoffzellenanordnung (1) über einen gemeinsamen Wärmetauscher (3) geführt sind.

3.

Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassammler (4) mit Bypass²ffnungen (8) versehen ist, über die Frischluft aus dem Inneren des Gehäuses (11) in den Abgassammler (4) ansaugbar ist, wobei ein Differenzdrucksensor zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Gehäuses (11) und dem Inneren des Abgassammlers (4) und ein im Abgassammler (4) angeordneter Temperaturfühler, sowie gegebenenfalls ein dem Abgassammler nachgeordneter Temperaturfühler vorgesehen sind, die mit einer Steuerung des Abgasgebläses (5) verbunden sind.