CN113412346B - 冲扫系统及其在能量系统中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明此外涉及冲扫系统，其被提供用于冲扫能量系统的至少一个能量源装置和/或至少一个耗能装置，该冲扫系统具有冲扫装置，该冲扫装置被提供为使得其能够在冲扫过程期间产生排出体积流。为了在冲扫过程之后避免由于在排出体积流中的氢气引起的爆炸危险，规定：所述冲扫系统具有沿排出体积流的流动方向设置在冲扫装置的下游的混合装置，该混合装置被提供用于将排出体积流与空气体积流混合，并且该混合装置具有壁，所述壁限制用于混合排出体积流与空气体积流的所定义的敞开的混合空间，所述壁仅限制混合空间的部分区域并且混合装置的没有被壁限制的区域形成用于所述两个体积流的进入区域。

Description

冲扫系统及其在能量系统中的应用

技术领域

本发明首先涉及一种用于冲扫能量系统的组件的冲扫系统。本发明还涉及一种能量系统。最后，本发明还涉及一种用于在能量系统中运行冲扫系统的方法以及一种冲扫系统的混合装置的特别的应用。

背景技术

同类型的能量系统在现有技术中已经以多种方式已知。利用这种系统通常产生和提供用于最不同的应用领域的能量。

在已知类型的这样的能量系统中，在第一能量源中产生能量。所产生的能量例如可以是氢气。氢气例如在电解装置中产生并且被存储在第二能量源装置中，该第二能量源装置例如是存储装置。在此例如涉及能量系统的第一运行方式。在运行能量系统期间，氢气从存储装置中出来并且在第一耗能装置中被消耗。在此例如涉及能量系统的第二运行方式。这样的第一耗能装置例如是燃料电池装置。通常，能量系统的各前述组件在空间上相互分隔开并且通过连接管路装置相互连接。上述两种运行方式通常需要不同的压力水平。在包括电解的第一运行方式中，20至60bar的压力占主导，而对于在第二运行方式中运行燃料电池装置需要小于20bar的压力。这样的已知的能量系统例如在DE 103 07 112A1中公开。

在运行这样的能量系统的范围内需要定期地冲扫燃料电池装置、尤其是在燃料电池装置的阳极侧上，和/或定期地冲扫电解装置、尤其是在电解装置的阴极侧上。冲扫(所述冲扫也被称为“冲洗”)尤其是必要的，以便将可能对燃料电池装置和/或电解装置的效率和使用寿命有负面影响的非期望的外来气体成分以及局部积聚在电池结构中的液态水导出。所述冲扫借助合适的冲扫系统进行。

在本申请人的WO 2017/089466 A1中公开和描述一种已知的冲扫系统，本发明基于该冲扫系统。在这种已知的解决方案中，在冲扫过程期间产生加载有氢气的冲扫体积流并且首先将其存储在配置给冲扫装置的存储腔中。接着，从存储腔出来将加载有氢气的冲扫体积流作为排出体积流经由流出装置排放到周围环境上。

所述燃料电池装置和电解装置以及冲扫系统例如是能量系统的第一子系统的组件，所述能量系统例如安放在系统柜中。于是，排出体积流这样排出到周围环境上，使得所述排出体积流通过流出装置排出到系统柜中的确定的被称为混合区的区域中。该区域特意为此构造。因为所述排出体积流由于氢气含量(所述氢气含量在该位置上是有害气体)是爆炸性的气体混合物，从而在出口的区域中不允许在附近存在点火源。为了将氢气含量置于低于爆炸率下界的值，需要将加载有氢气的排出体积流这样程度地稀释，使得体积流中的氢气含量滑落到低于爆炸极限下界。这例如通过将排出体积流在混合区中与另外的空气体积流混合来实现。所述另外的空气体积流例如是在运行能量系统期间在另外的位置上产生的排气体积流。

在已知的解决方案中所描述的冲扫过程已经非常良好地起作用。然而总是存在如下需求：进一步修改能量系统，使得安全地且在任何时刻可靠地排除由所排出的氢气引起的危险、尤其是关于爆炸的危险。

从已知的解决方案出发，与此相关的进一步扩展方案例如可以包含：对于稀释空气体积流使用明确的通风装置。然而，通风装置是需要能量和引起附加成本并且需要结构空间的另外的系统组件。附加地，这种通风装置必须构造成抽气的且防爆的，因为所述通风装置原则上是点火源。因此使用附加的通风装置是不利的。此外，除了空气监控之外，还可以附加地使用氢气传感器。但是这将使冲扫系统和因此能量系统的运行变得复杂。氢气传感器仅可以测量混合浓度，其中，仅在精确地知道流动情况时才可以得出关于在混合区之内的实际氢气浓度的结论。但是这太不精确。此外必须使用大的安全系数。也可能存在错误触发。使用氢气传感器本身也不是降低排出体积流中的氢气含量的措施。使用气体监控装置通常经受维修间隔期。例如通常每4个月进行功能测试。

发明内容

因此，从所提到的现有技术出发，本发明的目的在于，为了避免在冲扫过程之后由于排出体积流中的氢气引起爆炸危险，通过简单的结构上的和成本有利的措施进一步有利地修改同类型的冲扫系统。

根据本发明，所述目的通过根据本发明的第一方面的冲扫系统、通过根据本发明的第二方面的能量系统、通过根据本发明的第三方面的方法以及通过根据本发明的第四方面的应用来实现。在此，与第一发明方面有关地公开的特征和细节也完全与第二、第三和第四发明方面有关地适用并且相应地反之亦然，从而关于这些发明方面中的一个发明方面的公开内容始终在全部内容上也涉及相应的另外的发明方面并且参见所述另外的发明方面。

本发明的基本构思在于，通过简单的结构提供有针对性地混合有害气体的区域，所述有害气体尤其是涉及含氢气的排出体积流。

本发明首先涉及一种冲扫系统，通过该冲扫系统来冲扫能量系统的各个组件。该冲扫系统尤其是涉及由多个组件构造的整体，其中，这些组件相互连接成一个专用的单元。该冲扫系统优选是能量系统的组成部分。该能量系统又尤其是涉及由多个组件构造的整体，其中，这些组件相互连接成一个专用的单元。在该情况下，能量系统优选是用于产生或提供能量、优选电能的系统。原则上，本发明不限于确定类型的能量系统。下面对此描述不同的优选的实施例。

在一种优选的实施方式中，该能量系统是房屋能量系统。房屋能量系统原则上由现有技术已知并且用于给房屋(例如低能耗房屋、被动式房屋或零能耗房屋)供应以热量形式和尤其是以电流(例如来自可再生能量源、例如光伏(PV)发电机或小型风能发电设备的电流)形式的能量。这样的房屋能量系统提供如下基础，即，房屋(尤其是低能耗房屋、被动式房屋或零能耗房屋)的能量需求不仅在电流需求方面、而且在热量需求方面完全能由可再生能量源满足，并且因此在运行中完全不存在CO₂。但是在力争自身消耗提高的意义下，房屋的电流需求至少可以几乎完全由可再生能量源、尤其是借助PV发电机和/或小型风能发电设备来满足。

这样的房屋能量系统例如在本申请人的专利申请WO 2017/089468A1和WO 2017/089469 A1中公开和描述，其公开内容被一同引入到对本专利申请的说明中。

根据一种优选的实施方式，所述类型的房屋能量系统具有以下基本特征：

——直流(DC)馈电点、优选构造用于48伏的额定电压，和/或交流(AC)馈电点、优选构造用于230伏或110伏的电压，其中，所述DC馈电点和/或AC馈电点在运行中至少暂时地与具有消耗功率的用电器相连接，

——与DC馈电点至少暂时地电连接的PV(光伏)发电机，以用于产生PV电功率，

——与DC馈电点或与AC馈电点至少暂时地电连接的燃料电池单元，以用于产生燃料电池电功率，

——与DC馈电点电连接的电解单元，以用于产生要被燃料电池单元消耗的氢气，其中，该电解单元在运行中馈入有电的电解输入功率，

——尤其是作为长期能量存储器的氢气罐，该氢气罐与所述燃料电池单元和所述电解单元至少暂时地流体连接，并且该氢气罐构造用于存储要借助所述电解单元产生的且要被所述燃料电池单元消耗的氢气，

——尤其是作为短期能量存储器的存储器电池单元，该存储器电池单元与所述DC馈电点电连接或能与所述DC馈电点电连接，从而能够将PV电功率和燃料电池电功率存入到所述存储器电池单元中并且从所述存储器电池单元中能够获得电的电解输入功率和消耗功率；以及

——用于控制所述房屋能量源设备的控制模块。

根据第一发明方面，提供一种冲扫系统，所述冲扫系统被提供用于冲扫至少一个能量源装置和/或至少一个耗能装置，所述冲扫系统具有冲扫装置，所述冲扫装置被提供为使得所述冲扫装置能够在冲扫过程期间产生排出体积流，所述冲扫系统具有沿排出体积流的流动方向设置在冲扫装置下游的混合装置，所述混合装置被提供用于将排出体积流与空气体积流、尤其是排气体积流相混合。所述混合装置具有定义的敞开的混合空间，所述混合空间用于使排出体积流与空气体积流混合、尤其是以定义的流动比例混合，所述混合装置为此具有限制所述混合空间的壁，并且所述壁对混合空间的限制小于90％。

该冲扫系统被提供用于冲扫至少一个能量源装置和/或至少一个耗能装置。这两个组件是能量系统的组成部分，所述能量系统在上文的一般描述中描述并且结合第二发明方面在下文详细地描述，从而在这一点上对此在那里也涉及相应的实施方式。在一种优选的实施方式中，借助该实施方式示例性地阐述本发明，所述能量源装置优选是电解装置，尤其是用于制备氢气的电解装置。所述耗能装置优选是燃料电池装置。

冲扫系统具有冲扫装置，所述冲扫装置被提供为使得所述冲扫装置能够在冲扫过程期间产生排出体积流。例如当燃料电池装置、尤其是在所述燃料电池装置阳极侧上，和/或电解装置、尤其是在所述电解装置阴极侧上被冲扫时，产生包含氢气的排出体积流，氢气在该位置上是有害气体。

下面对这样的冲扫系统(所述冲扫系统也被称为“冲洗系统”，并且所述冲扫系统优选具有多个不同的组件)进行更详细的描述。冲扫本身也被称为“冲洗”。

在一种优选的实施方式中，该冲扫系统具有冲扫装置，所述冲扫装置包括：冲扫通道，所述冲扫通道具有：一个第一冲扫通道区段和至少一个第二冲扫通道区段，所述冲扫通道区段能通过冲扫装置的冲洗阀(Purge-Ventil)相互流体连接；以及与所述冲扫通道流体连接且连接在所述冲洗阀下游的缓存器，该缓存器具有至少一个存储腔，所述存储腔设置用于缓存要脉冲式地利用冲扫质量流从燃料电池装置和/或电解装置中冲扫出来的流体物质，从而所述流体物质以小于冲扫质量流的排出质量流(所述排出质量流是排出体积流)从与第二冲扫通道区段流体连接的流出装置中排出。典型地大部分由氢气构造的排出质量流能够混入到空气质量流中(该空气质量流是空气体积流)，从而所产生的气体混合物具有在所有运行状态中明显低于氢气在空气中的点火极限下界的氢气浓度。通过这种稀释效应能实现能量系统的更安全的运行。通过在冲洗阀的下游连接有具有存储腔的缓存器，脉冲式地随冲扫质量流排出的流体物质可以与小于所述冲扫质量流的排出质量流一起排出。由此，有利地得到对脉冲式的冲扫质量流的平缓，这在排出质量流小的同时有利地导致避免出现临界的氢气浓度。

在一种优选的设计方案中，所述存储腔是可膨胀的。存储腔可以由于要脉冲式地利用冲扫质量流从燃料电池装置和/或电解装置中冲扫出来的流体物质而是能膨胀的。特别优选地，存储腔构造为波纹膜盒，所述波纹膜盒能够容纳相应的冲扫体积，亦即冲扫质量流乘以一次冲洗的脉冲时长，而不建立或仅略微地建立反压力。构造成波纹膜盒的存储腔可以构造成，通过重力、尤其是仅通过波纹膜盒的优选能自由运动的端板的重力返回到所述波纹膜盒的未膨胀的状态中。为了有针对性地适配使波纹膜盒运动回到其未膨胀的状态中的力和因此还有卸载时间和波纹膜盒缓冲器的关于时间的压力曲线，也可以通过所安装的弹簧装置来增强或部分地补偿所述重力。

如已经提到的那样，排出体积流是从存储腔提供的，该存储腔尤其是构造为波纹膜盒。然而本发明不限于该实施方式。在其它设计方案中，存储腔可以构造为气囊式存储器或活塞式存储器。但是，备选于存储腔的可膨胀的设计方案，也可以将存储腔构造为刚性的压力容器，在所述刚性的压力容器中存储腔这样构造，使得要脉冲式地利用冲扫质量流从燃料电池装置和/或电解装置中冲扫出来的流体物质导致在存储腔中的压力升高。

该冲扫系统可以构造成将冲扫体积流降低到使排出体积流小于冲扫体积流的10％、优选小于3％。优选地，通过至少50Nm³/h大的排气体积流使排出体积流排放到周围环境中，所述排气体积流也被称为废气体积流。优选地，存储腔的额定运行压力以小于50毫巴、优选小于20毫巴超出排气体积流或者说废气体积流的运行压力。

换句话说，所述冲扫系统尤其是具有以下功能：空气体积流从周围冲扫所述冲扫腔的出口(例如冲洗管出口)并且稀释从电解装置和/或燃料电池装置中冲扫出来的氢气。冲扫过程在专业术语中也被称为冲洗并且对于可靠地运行两个模块是必要的，其中通过利用纯净的氢气的冲扫使各个堆去除杂质和湿气。有针对性地混合到空气体积流(所述空气体积流例如可以是排气体积流)中来排除能爆炸的环境的形成。紧接着，所述排气可以引导通过冷却装置、例如空气-水换热器。在那里要么可以从电解装置中导出剩余的热量、要么可以将热的排气用于加热在卫生热水存储器中的水。所产生的废气向外部引导。

这样的冲扫系统例如在本申请人的专利申请WO 2017/089466 A1中公开和描述，其公开内容被一同引入到对本专利申请的说明中。

根据本发明现在规定，所述冲扫系统具有沿排出体积流的流动方向设置在冲扫装置的下游的混合装置。该混合装置尤其是用于将排出体积流与另外的空气体积流混合的结构。所述另外的空气体积流优选是在运行能量系统时在其它位置上产生的空气体积流、例如排气体积流。通过在混合装置中混合所述两个体积流而产生如下效果，即，加载有氢气的排出体积流被这样程度地稀释，使得氢气含量压低至低于爆炸极限下界，优选压低至不小于10000ppm(1体积百分比)的含量。

优选地，该混合装置是配置给冲扫系统的组件。因此，该混合装置优选被视为冲扫系统的组件。但是，混合装置可以同样良好地设置在冲扫系统的下游。在这种情况下，混合装置将不再被解释为冲扫系统的组件，而是被解释为与冲扫系统无关的组件，但是所述混合装置与冲扫系统配合作用。

根据本发明，该混合装置具有壁，该壁限制用于将排出体积流与空气体积流混合、尤其是以定义的流动比例混合的所定义的敞开的混合空间。由混合装置的壁部分地限制的空间尤其是涉及发生混合的地点。因此，术语“空间”尤其是不仅应理解为实体的、亦即具有实体的限制，而且也应理解为功能上的。所述空间仅部分地由壁限制。这样的空间被称为敞开的空间，因为该空间仅部分地且局部地被壁包围和限制。在此，该壁具有在空间上界定或限制混合空间的功能。敞开的混合空间的特征尤其是在于，该混合空间尽可能大面积地和/或在尽可能多的位置上打开或敞开，因此不同的体积流能够良好地混合。在说明书的接着的进程中详细阐述对此不同的优选的实施例。

优选地，该冲扫系统具有流出装置，所述流出装置与混合装置配合作用。在此，配合作用尤其是意味着流出装置与混合装置配合工作或者说协作。在此尤其是规定，流出装置和混合装置这样近地相邻地设置，使得排出体积流可以从流出装置中出来进入到混合装置中。本发明不限于用于流出装置的确定的实施方式。所述流出装置例如可以以挡板、节流阀、喷嘴、喷射泵、文丘里喷嘴或复合器的形式构造。该流出装置尤其是具有如下功能，即，限制进入到混合空间中的排出体积流，或者提供用于进入到混合空间中的所定义的排出体积流。

在一种优选的实施方式中，所述混合装置具有分配装置，该分配装置构造和提供用于将排出体积流分配在混合空间中。所述分配装置的基本功能是，所述分配装置将排出体积流这样分配在混合空间中，使得所述排出体积流可以尽可能良好且优选均匀地与空气体积流混合。优选地，该分配装置与流出装置配合作用，优选使得所述分配装置直接连接到流出装置上。优选地，该分配装置至少部分地设置或构造在混合空间中。在一种优选的实施方式中，该分配装置完全设置在混合空间中。在另一种设计方案中，该分配装置仅部分地设置在混合空间中。这意味着，该分配装置局部地从混合空间中伸出。

本发明不限于所述分配装置的确定的实施方式。

在一种优选的实施方式中，该分配装置以管或型材元件、尤其是细长的管或型材元件的形式构造，所述管或型材元件至少部分地、优选在混合空间的整个长度上或近似整个长度上延伸。

在另一种优选的设计方案中，该分配装置由多孔材料制成。于是，所述排出体积流穿过分配装置的孔。因此，该分配装置能够控制和/或限制和/或必要时还堵塞排出体积流的流动、例如沿优选流动方向的流动。由此能实现，所述排出体积流尽可能均匀地分布和/或必要时也以降低的压力进入到混合空间中，从而所述排出体积流可以在混合空间中尽可能均匀地与空气体积流混合。

为了将混合装置的混合空间设计为尽可能敞开的，根据本发明实现混合装置的壁仅限制混合空间的一部分区域。混合装置的没有被所述壁限制的区域形成用于排出体积流和空气体积流的进入区域。在此，根据本发明规定，所述混合装置的壁对混合空间的限制小于90％、优选小于80％、优选小于70％和优选小于60％、优选小于50％。

根据设计方案，所述进入区域可以这样设计，使得排出体积流和空气体积流彼此分开地分别经由自身的进入部分区域进入到达混合空间中。在另一种设计方案中，排出体积流和空气体积流可以至少部分地但是也通过一个共同的进入区域进入到达混合空间中。

在优选的进一步扩展方案中，所述混合装置具有用于提高排出体积流在混合装置中的停留时间的至少一个元件。因此，提高氢气在混合装置的“受保护的”周围环境内的停留时间并且因此也提高用于混合的时间。本发明不限于这些元件的确定的类型。例如可以是非织造织物元件、泡沫塑料元件、粘合件等。

本发明不限于混合装置在结构上看起来如何的确定的实施方式。为此现在在下文中描述一系列优选的实施例，而本发明不限于这些具体提到的示例。

所述混合装置例如可以构造成罩形的或伞形的或碗形的，或者所述混合装置具有弧形延伸的壁。但是，所述混合装置也可以具有拱顶或穹顶的形状或弧形的曲线。同样可设想另外的形状、例如钟、尤其是钟形乳酪盖、喇叭口、棱锥体或诸如此类。混合装置的轮廓在此尤其是通过混合装置的壁的相应的曲线或相应的设计方案实现。

在另一种优选的设计方案中，混合装置以管的一小部分的形式构造，其中，该一小部分管的壁限制混合空间。在其中例如可以存在例如以由多孔材料制成的管的形式的如上文描述的分配装置。管尤其是细长的空心体，所述细长的空心体尤其是具有比其横截面更大、优选大多倍的长度。在此，实心管是这样的管，所述管的壁从所有侧面且完全地包围该管的内部空间。该管的一小部分是这样的实心管的部分部段。

所述混合装置例如可以以四分之一管或三分之一管或四分之三管或三分之二管的形式构造。在一种优选的实施方式中，该混合装置以半管的形式构造，其中，所述半管的壁限制混合空间。

所述排出体积流优选通过混合装置中的路径被制动。因此，优选将所述混合装置构造得尽可能长，例如构造成尽可能长的半管，并且具有大的混合表面。

优选地，在这样的情况下，所述混合装置具有敞开的第一端侧和/或敞开的下侧。所述第一端侧和/或敞开的下侧在此尤其是用作进入点或进入面或用作排出体积流进入到混合装置的混合空间中的进入区域。所述敞开的下侧尤其是用作空气体积流的进入点或进入面或进入区域，所述排出体积流与所述空气体积流混合。半管形的混合装置的下侧尤其是其底侧或基侧。由下侧形成的面(该面由弯曲的壁的自由端部区域限制)形成如下平面，所述半管的弯曲的壁从该平面向上延伸或拱曲。备选地或附加地，所述半管还具有敞开的第二端侧，该第二端侧尤其是构造为用于废气流的输出侧，该废气流由混合的排出体积流和空气体积流组成。

代替管、尤其是半管，混合装置也可以以另外成形的一小部分型材元件、例如半型材元件的形式来设计。

优选地，所述混合装置的轮廓预先给定关于排出体积流与排气体积流混合、尤其是以所定义的流动情况混合的假定体积的形状。在此，假定体积尤其是这样的基于假设或假定的体积。优选地，在该假设体积中不存在点火源。这尤其是当混合装置安装在能量系统中时适用。在半管形的混合装置的情况下，所述假定体积优选具有全面地包围混合装置的柱体的形状。

根据本发明的第二方面提供一种能量系统，具有：能量源装置，所述能量源装置尤其是构造为电解装置；和/或耗能装置，所述耗能装置尤其是构造为燃料电池装置；以及用于冲扫所述能量源装置和/或耗能装置的冲扫系统，所述冲扫系统根据本发明的第一方面构造。

该发明系统尤其是涉及房屋能量系统。

该能量系统具有能量源装置，该能量源装置尤其是构造为电解装置、优选用于制造氢气的电解装置。附加地或备选地，该能量系统具有耗能装置、所述耗能装置尤其是构造为燃料电池装置。该能量系统还可以可选地具有：第二能量源装置，所述第二能量源装置尤其是构造为高压存储装置、尤其是用于存储氢气的高压存储装置；和/或第二耗能装置，所述第二耗能装置优选构造为中压存储装置、尤其是用于缓存氢气的中压存储装置。

该能量系统还具有用于冲扫能量源装置和/或耗能装置的冲扫系统，所述冲扫系统根据第一发明方面构造。为了描述所述能量系统的结构和工作方式，在这一点上也在全部内容上参照和参阅在上文的一般实施方式以及在全部内容上参照和参阅根据本发明的冲扫系统的实施方式。

在一种优选的实施方式中，该能量系统包括第一子系统，该第一子系统尤其是设置在系统柜中。于是，能量源装置和/或耗能装置以及冲扫系统是所述第一子系统的组成部分。该第一子系统具有混合区，该混合区被这样提供，使得排出体积流和空气流、尤其是排气体积流在该混合区中混合或能混合。所述混合装置优选设置或构造在该混合区中。

优选地，该能量系统具有至少一个冷却器装置，所述冷却器装置在上文已经被一般描述并且尤其是构造为紧急冷却器。所述混合装置优选设置或构造在所述冷却器装置的下方。

根据本发明的第三方面提供一种方法。根据该方法来运行根据第一发明方面的冲扫系统。所述冲扫系统尤其是根据本发明的第二方面的能量系统的组成部分。因此，为了避免重复，对于本方法的工作方式也在全部内容上参照和参阅本发明的第一和第二方面的上述实施方式以及同样参照和参阅上文的一般的实施方式。

按照根据本发明的方法，将在冲扫系统中在冲扫过程期间产生的排出体积流引导到由混合装置的壁定义的敞开的混合空间中，在那里与空气体积流、尤其是与排气体积流混合并且从那里作为废气体积流导出。所述排气体积流优选穿流在混合空间中的上文描述的分配装置、例如由多孔材料制成的管。在此，空气体积流尤其是这样的在运行能量系统时在其它位置上产生的空气流。

根据本发明的第四方面，提供所述混合装置的应用。为了避免重复，关于所述混合装置的设计方案在全部内容上参照和参阅在第一至第三发明方面的范围内的相应的实施方式以及同样在全部内容上参照和参阅在上文中的一般的实施方式。

据此使用具有壁的混合装置，该壁限制所定义的敞开的混合空间，其中，该壁对所述混合空间的限制小于90％，并且混合装置的没有被该壁限制的区域形成用于至少两个体积流的进入区域。该混合装置用于将由冲洗系统(尤其是根据第一发明方面的冲洗系统)在能量系统(尤其是根据第二发明方面的能量系统)的能量源装置和/或耗能装置的冲扫过程期间产生的排出体积流与由能量系统在其它位置上产生的空气体积流、尤其是排气体积流进行混合。在此，该应用尤其是规定，通过混合使包含氢气(氢气在该位置上是有害气体)的排出体积流以充分的方式被稀释。

本发明根据不同的发明方面尤其是从以下问题情况出发，即，必须将氢气排出到低于爆炸极限下界的空气体积流中。总是形成被归类为危险的爆炸性的环境。因此进行的对氢气的稀释必须在不能使用目标体积流的状态下进行。此外，所需的体积流应该尽可能小，以便具有非常小的能量消耗。

因此，本发明尤其是在于，借助一种结构、即混合装置、尤其是能实现对假想体积的定义，对所述假想体积充分地通风，从而保持有害气体的平均浓度＜爆炸极限下界的50％以及所观察的体积保持在＜0.1m³。因此，在具有良好可用性的强烈通风的情况下，从潜在的区0变成没有爆炸危险的区域。作为用于与排出体积流混合的空气流，例如可以利用能量系统、例如房屋能量系统的排气体积流。可能的点火源可以设置在混合装置之后的随后的流动路径中。含氢气的排出体积流从冲扫系统(例如冲扫腔)出来被引入到混合装置中并且在那里经历在用于混合的所定义的敞开的空间中的增加的停留时间。为了安全，在假定体积之内不应存在点火源。

利用本发明能实现一系列优点。因此，在具有所定义的流动情况的固定的环绕的通风空间中能够提供简单的在结构上的解决方案。无需附加的氢气传感器。混合装置的轮廓给假定体积提供形状。

附图说明

现在借助实施例参照各附图更详细地阐述本发明。图中：

图1以示意图示出具有根据本发明的冲扫系统的根据本发明的能量系统；以及

图2至4示出涉及冲扫系统的混合装置的三个不同的视图。

具体实施方式

在图1至图4中示意性地示出能量系统10，所述能量系统被用作房屋能量系统。在图1中首先描述能量系统10的基本结构。

如从图1可看出的那样，能量系统10首先具有第一子系统11，该第一子系统构造成内部系统。这意味着，所述第一子系统11位于房屋内。第一子系统11的各个组件安放在第一系统柜12中。能量系统10附加地具有以外部系统形式的第二子系统13。这意味着，第二子系统13位于房屋外部。第二子系统13也具有安放在第二系统柜14中的一系列不同的组件。

第一子系统11具有第一能量源装置15，所述第一能量源装置涉及用于制造氢气的电解装置。此外，该第一子系统11具有第一耗能装置16，所述第一耗能装置涉及燃料电池装置。第二子系统13具有第二能量源装置22，所述第二能量源装置涉及高压存储装置。在所述高压存储装置中，在电解装置中产生的氢气在至多700bar的情况下被存储。第二子系统13附加地具有以中压存储装置形式的第二耗能装置23，所产生的氢气在压力为20至60bar之间的情况下被缓存在所述中压存储装置中，然后将氢气从那里最终被存储在高压存储装置中。

能量系统10的各个组件通过连接装置17相互连接，所述连接装置由多个不同的管路区段组成。各个管路区段在此构造成所谓的双向管路区段。

为了冲扫第一能量源装置15和/或第一耗能装置16，设有冲扫系统40，所述冲扫系统的结构和工作方式在下文更详细地描述。

在第一能量源装置15中借助电解产生的氢气通过连接管路装置17的管路区段离开第一能量源装置15，在所述管路区段中沿所产生的氢气的流动方向例如存在止回阀装置18以及随后存在过滤器装置19和干燥器装置20，在所述过滤器装置和干燥器装置中过滤和干燥所产生的氢气。备选地，所述过滤器装置19和干燥器装置20也可以位于第二子系统13中。

所产生的氢气从干燥器装置20经由连接管路装置17的另外的管路区段流动至第二子系统13中的另外的止回阀装置26。所产生的氢气从那里流入到用作中压存储器的第二耗能装置23中，该第二耗能装置23通过阀装置24(所述阀装置尤其是构造成例如以电磁阀形式的截止阀)连接在连接管路装置17上。在连接管路装置17中在构造成高压存储装置的第二能量源装置22的上游存在压缩机装置25、尤其是以活塞式压缩机形式的压缩机装置。在操纵压缩机装置25的情况下，在第二耗能装置23中缓存的氢气存储在第二能量源装置22中。

氢气直到其存储在第二能量源装置22中的该制造过程是能量系统10的第一运行方式。在能量系统10的所述第一运行方式中，在连接管路装置17中存在20至60bar的压力。这样的压力也存在于第二耗能装置23中。通过压缩机装置25将从第二耗能装置23(所述第二耗能装置是缓存器)获得的氢气这样程度地压缩，使得所述氢气可以以至多700bar的压力存储在第二能量源装置22(所述第二能量源装置是高压存储装置)中。

存储在第二能量源装置22中的氢气用于运行以燃料电池装置的形式的第一耗能装置16。在能量系统10的第二运行方式中运行所述燃料电池装置。但是燃料电池装置仅能在压力小于20bar的情况下工作。在能量系统10的第二运行方式中，从第二能量源装置22中获得氢气并且在所述氢气进入到构造为燃料电池装置的第一耗能装置16之前通过以减压器形式的卸压装置27进行卸压。为了测量压力，设有例如以压力传感器的形式的至少一个压力测量装置21。

在图1至4中所示的能量系统10是整个房屋能量系统的部分区域，所述整个房屋能量系统是电自给自足的且完全基于可再生能量的多混合式房屋能量系统。

多混合式房屋能量系统能实现由光伏(PV)设备、小型风能发电设备或诸如此类产生的电能能够按需控制地分配至全年。在此，系统作为孤立系统独立于电网地起作用。更确切地说，所述设备应确保房屋的电自给自足，从而全年无须从电网获得电能。

房屋能量系统的首要目的在于，使所获得的来自光伏(PV)模块或诸如此类的电能可供家用用电器使用。次要地，可以在低负载或高辐射期间将过剩的电能缓存在电池短期存储器中。第三，电能作为气态氢气可以中期至长期地存储在氢气长期存储器中，以用于低辐射(例如夜间、冬天或诸如此类)期间，并且借助燃料电池又随时符合需求地可供使用。

除了在能量技术上的目的之外，通过所安装的通风设备使所述系统也用作受控的住宅通风设备。

在电解装置中制造的氢气经由氢气管路流动到外部安装的压力存储设备中。

在缺少PV能量或PV能量不足时，从电池中获得能量以满足用电器负载。如果在短期存储器中储备的能量不够，则燃料电池装置可以满足附加的电能需求。在燃料电池运行中，氢气从压力存储设备经由氢气管路流动至燃料电池装置。

燃料电池装置和电解装置的同时运行被排除。整个系统通过具有预测的能量管理的能量管理器集中运行。

第二子系统原则上设置用于在外部区域中运行，但是在某些条件下也可以在房屋的特定区域之内实现和运行。

在能量系统10的运行期间，需要定期冲扫以电解装置形式的第一能量源装置15和以燃料电池装置形式的第一耗能装置16，其中，冲扫燃料电池装置、尤其是在阳极侧上冲扫所述燃料电池装置，并且冲扫电解装置、尤其是在阴极侧上冲扫所述电解装置。冲扫尤其是需要以定期的间隔或根据运行状态导出非期望的外来气体成分以及局部聚集在电池结构中的液态水，所述外来气体成分以及液态水可能不利地影响燃料电池装置和/或电解装置的效率和使用寿命。

借助冲扫系统40来进行冲扫。在本身已知的方式中，冲扫系统40首先具有冲扫装置41，该冲扫装置例如可以具有至少一个例如以波纹膜盒形式的存储腔。在冲扫过程期间，从冲扫装置41中排出包含氢气的排出体积流42，所述氢气在该位置上是有害气体。由此，基本上形成爆炸性的环境，从而需要在冲扫过程中使氢气的排放降低至低于爆炸极限。这迄今例如通过如下方式实现，即在第一系统柜12的混合区29中(该混合区是为此构造和设计的区并且该混合区装备有相应的安全措施)，含氢气的排出体积流42与能量系统10的空气流28、尤其是排气体积流这样混合，使得在由此产生的所引起的废气体积流30中的氢气含量仅还具有低于爆炸极限的含量、例如小于2％。在此，通常通过合适的流出装置43将排出体积流42排放到周围环境、亦即混合区29中，该流出装置例如可以构造成挡板、节流阀、喷嘴或诸如此类。在混合的范围内产生的废气体积流30经由废气通道31从第一子系统11、更确切地说第一系统柜12中导出并且可以提供用于其它功能、例如通风和/或加热和/或冷却。

沿排出体积流42的流动方向在冲扫装置41下游、优选在混合区29中现在存在以混合装置44的形式的另外的构件。所述混合装置44在图2至4中详细示出，现在对所述混合装置进行详细说明。

所述混合装置44位于第一子系统11中、优选位于以紧急冷却器形式的冷却装置32的下方(图4)，该混合装置具有壁47，所述壁限制所定义的敞开的混合空间45。然而，混合装置44的壁47在此仅限制混合空间45的部分区域。混合装置44的没有被壁47限制的区域形成进入到混合空间45中的排出体积流42和空气体积流28的进入区域48。

在所示的实施例中，混合装置44以半管的形式构造。该半管具有敞开的第一端侧49和敞开的下侧51。所述端侧49和/或所述下侧51用作从流出装置43中排出的氢气排出体积流42的进入侧。半管形的混合装置44的敞开的下侧51尤其是也提供进入面，空气体积流28、尤其是排气体积流通过该进入面进入到混合空间45中。在此，空气体积流28可以通过整个敞开的下侧51进入到混合空间45中。通过混合装置44的该设计方案形成定义冲扫区的假定体积46。

在图2中所示的实施方式中，排出体积流42通过流出装置43在进入区域48中进入到混合空间45中，在那里分布并且与空气体积流28混合。

为了影响排出体积流42在混合空间45中的流动特性、尤其是在其流动特性方面(例如流动曲线)以及为了必要时也限制和/或堵塞排出体积流42在混合空间45中的流动，优选设有以在图3中示出的分配装置52形式的另外的构件。所述分配装置52优选构造成由多孔材料制成的管。在图3中为了阐明而示意性地示出一些孔53。由多孔材料制成的管状的分配装置52在混合空间45的整个长度上或近似整个长度上延伸。分配装置52与流出装置43优选这样配合作用，使得离开流出装置43的排出体积流42直接或尽可能直接地进入到分配装置52中。由于多孔材料，排出体积流42穿过分配装置52，由此影响所述排出体积流的流动特性。于是，排出体积流42经由分配装置52的各孔53在不同的位置上从分配装置52中流出并且进入到混合空间45中，在那里所述排出体积流尽可能均匀地且优选在优选降低的压力下与空气体积流28混合。

如从图4中可看出的那样，在所述半管形的混合装置44中，假定体积46优选具有围绕混合装置44延伸的柱体的形状。在所示的示例中，在混合时形成的废气体积流30经由混合装置44的敞开的第二端侧50导出。原则上，从哪里进行排放流动对于本发明是无所谓的。然而优选地规定，废气体积流30引导通过冷却器装置32，在那里只要需要或希望，要么出于加热目的、要么出于冷却目的而可以继续使用所述废气体积流30。

通过使用混合装置44将从冲扫装置41、尤其是从波纹膜盒中排出的氢气在混合装置44的所定义的敞开的混合空间45中的停留时间增加的情况下进行混合。在此应当注意，在混合装置44附近、优选在假定体积46之内不存在点火源。

所述混合具有如下效果，即加载有氢气的排出体积流42通过与空气体积流28(所述空气体积流尤其是涉及在能量系统10中的另外的位置上形成或产生的排气体积流)的混合被这样程度地稀释，使得处于排出体积流42中的氢气在任何情况下都低于临界的含量极限、所述含量极限例如小于2％。

附图标记列表

10能量系统(房屋能量系统)

11第一子系统(内部系统)

12第一系统柜

13第二子系统(外部系统)

14第二系统柜

15第一能量源装置(电解装置)

16第一耗能装置(燃料电池装置)

17 连接管路装置

18 止回阀装置

19 过滤器装置

20 干燥器装置

21 压力测量装置

22第二能量源装置(高压存储装置)

23第二耗能装置(中压存储装置)

24 阀装置

25 压缩机装置

26 止回阀装置

27卸压装置(减压器)

28空气体积流(排气体积流)

29 混合区

30 废气体积流

31 废气通道

32冷却器装置(紧急冷却器)

40 冲扫系统

41 冲扫装置

42 排出体积流

43 流出装置

44 混合装置

45 混合空间

46假定体积(冲扫区)

47 混合装置的壁

48 混合装置的进入区域

49 混合装置的第一端侧

50 混合装置的第二端侧

51 混合装置的下侧

52 分配装置

53 孔

Claims (23)

1.冲扫系统(40)，所述冲扫系统被提供用于冲扫至少一个能量源装置(15)和/或至少一个耗能装置(16)，所述冲扫系统具有冲扫装置(41)，所述冲扫装置被提供为使得所述冲扫装置能够在冲扫过程期间产生排出体积流(42)，所述冲扫系统(40)具有沿排出体积流(42)的流动方向设置在冲扫装置(41)下游的混合装置(44)，所述混合装置被提供用于将排出体积流(42)与空气体积流(28)相混合，其特征在于，所述混合装置(44)具有定义的敞开的混合空间(45)，所述混合空间用于使排出体积流(42)与空气体积流(28)混合，从而加载有氢气的排出体积流被这样程度地稀释，使得氢气含量压低至低于爆炸极限下界，所述混合装置(44)为此具有限制所述混合空间(45)的壁(47)，并且所述壁(47)对混合空间(45)的限制小于90％，

其中，所述混合装置(44)的壁(47)仅限制混合空间(45)的部分区域，并且混合装置(44)的没有被壁(47)限制的区域形成用于排出体积流(42)和空气体积流(28)的进入区域(48)，

其中，所述混合装置(44)构造成罩形的或伞形的或碗形的；或者所述混合装置(44)具有钟、喇叭口或棱锥体的形状；或者所述混合装置(44)以管的部分的形式构造，并且所述管的壁(47)限制混合空间(45)。

2.根据权利要求1所述的冲扫系统，其特征在于，所述冲扫系统(40)具有流出装置(43)，所述流出装置与混合装置(44)配合作用。

3.根据权利要求2所述的冲扫系统，其特征在于，所述流出装置(43)构造为挡板、节流阀、喷嘴或泵。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冲扫系统，其特征在于，所述混合装置(44)具有分配装置(52)，所述分配装置用于将所述排出体积流(42)分配在混合空间(45)中，并且所述分配装置(52)至少部分地设置在混合空间(45)中。

5.根据权利要求4所述的冲扫系统，其特征在于，所述分配装置(52)以管的形式构造，和/或所述分配装置(52)至少局部地由多孔材料制成。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的冲扫系统，其特征在于，所述冲扫装置(41)具有至少一个存储腔，排出体积流(42)是由所述存储腔提供的或将由所述存储腔提供。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的冲扫系统，其特征在于，所述混合装置(44)以半管的形式构造。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的冲扫系统，其特征在于，所述混合装置(44)具有敞开的第一端侧(49)和/或所述混合装置(44)具有敞开的下侧(51)和/或所述混合装置(44)具有敞开的第二端侧(50)。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的冲扫系统，其特征在于，所述混合装置(44)的轮廓预先给定关于排出体积流(42)与空气体积流(28)混合的假定体积(46)的形状。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的冲扫系统，其特征在于，所述空气体积流是排气体积流。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的冲扫系统，其特征在于，所述混合空间用于使排出体积流(42)与空气体积流(28)混合以定义的流动比例混合。

12.根据权利要求6所述的冲扫系统，其特征在于，所述存储腔构造为波纹膜盒。

13.能量系统(10)，所述能量系统具有：能量源装置(15)；和/或耗能装置(16)；以及用于冲扫所述能量源装置(15)和/或耗能装置(16)的冲扫系统(40)，其特征在于，所述冲扫系统(40)根据权利要求1至12中任一项构造。

14.根据权利要求13所述的能量系统，其特征在于，所述能量系统(10)具有第一子系统(11)，所述能量源装置(15)和/或所述耗能装置(16)以及所述冲扫系统(40)是第一子系统(11)的组成部分，所述第一子系统(11)具有混合区(29)，所述混合区被提供为使得在该混合区中排出体积流(42)与空气体积流(28)被混合或能被混合，并且所述混合装置(44)设置或构造在该混合区(29)中。

15.根据权利要求13或14所述的能量系统，其特征在于，所述能量系统具有至少一个冷却器装置(32)，并且所述混合装置(44)设置或构造在该冷却器装置(32)下方。

16.根据权利要求13或14所述的能量系统，其特征在于，所述能量系统构造为房屋能量系统。

17.根据权利要求13或14所述的能量系统，其特征在于，所述能量源装置构造为电解装置。

18.根据权利要求13或14所述的能量系统，其特征在于，所述耗能装置构造为燃料电池装置。

19.根据权利要求14所述的能量系统，其特征在于，所述第一子系统设置在第一系统柜(12)中。

20.根据权利要求15所述的能量系统，其特征在于，所述冷却器装置(32)构造为紧急冷却器。

21.用于在根据权利要求13至20中任一项所述的能量系统(10)中运行根据权利要求1至12中任一项所述的冲扫系统(40)的方法，其特征在于，将在冲扫系统(40)中在冲扫过程期间产生的排出体积流(42)引导到由混合装置(44)的壁(47)限制的所定义的敞开的混合空间(45)中，所述排出体积流在所述混合空间中与空气体积流(28)混合并且从所述混合空间中作为废气体积流(30)被导出。

22.混合装置(44)的应用，所述混合装置具有壁(47)，所述壁限制所定义的敞开的混合空间(45)，所述混合装置(44)的壁(47)仅限制混合空间(45)的部分区域并且对混合空间(45)的限制小于90％，并且混合装置(44)的没有被壁(47)限制的区域形成用于排出体积流(42)和空气体积流(28)的进入区域(48)，以便将由冲扫系统(40)在能量系统(10)的能量源装置(15)和/或耗能装置(16)的冲扫过程期间产生的排出体积流(42)与由能量系统(10)在另外的位置上产生的空气体积流(28)混合，从而加载有氢气的排出体积流被这样程度地稀释，使得氢气含量压低至低于爆炸极限下界，

其中，所述混合装置(44)构造成罩形的或伞形的或碗形的；或者所述混合装置(44)具有钟、喇叭口或棱锥体的形状；或者所述混合装置(44)以管的部分的形式构造，并且所述管的壁(47)限制混合空间(45)。

23.根据权利要求22的应用，其特征在于，所述空气体积流(28)是排气体积流。