CN116995265A - 用于向负载供应电能和/或热能的供能系统及用于运行这样的供能系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于向负载供应电能和/或热能的供能系统(10)以及一种用于运行这样的供能系统(10)的方法，该供能系统包括：燃料单池系统(12)，该燃料单池系统设置用于将燃料、优选氢气在产生电能和/或热能的情况下电化学地转化；和燃料输送装置(14)，该燃料输送装置设置用于能够实现将燃料输送到燃料单池系统(12)。供能系统(10)的突出之处在于，燃料输送装置(14)包括至少一个膨胀涡轮机(20)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于向负载供应电能和/或热能的供能系统以及一种用于运行这样的供能系统的方法，该供能系统包括：燃料单池系统，该燃料单池系统设置用于将燃料、优选氢气在产生电能和/或热能的情况下电化学地转化；和燃料输送装置，该燃料输送装置设置用于能够实现将燃料输送到燃料单池系统。
背景技术
已知供能系统，这些供能系统包括燃料单池系统。
发明内容
与此相对，具有独立权利要求的特征的本发明具有以下优点，即：燃料输送装置包括至少一个膨胀涡轮机。由此能够实现提高效率。
通过从属权利要求中所列举的特征能够实现根据主权利要求的发明的有利的改进方案。因此有利的是，至少一个膨胀涡轮机与发电机连接。由此能够实现有效地提高效率。
还有利的是，燃料输送装置包括至少一个补偿容器、优选压力补偿容器。由此能够实现对压力波动的有效补偿。
还特别有利的是，和至少一个膨胀涡轮机连接的发电机与补偿容器、尤其与补偿容器的压力传感器在通信技术上连接。由此能够同样实现对压力波动的特别有效的补偿。
还有利的是，燃料输送装置包括至少一个燃料存储器、优选氢气存储器。由此能够同样实现有效地提高效率。
还有利的是，燃料输送装置包括多个膨胀涡轮机。由此能够实现额外地提高效率。
还有利的是布置了加温装置，该加温装置设置用于对有待输送给膨胀涡轮机的燃料进行加温。由此能够同样实现额外地提高效率。
还特别有利的是，加温装置构造为换热器，该换热器关于燃料到燃料单池系统的输送而布置在至少一个膨胀涡轮机的上游并且/或者设置用于，将燃料单池系统的废气的热量在至少一个膨胀涡轮机的上游传递到燃料上。由此能够实现额外地、特别有效地提高效率。
本发明还涉及一种用于运行供能系统、尤其根据前述说明的供能系统的方法。该方法具有以下优点，即：燃料输送装置包括至少一个膨胀涡轮机，借助于该膨胀涡轮机来执行减压。由此能够实现提高效率。
特别有利的是，至少一个膨胀涡轮机与发电机连接，根据存在于补偿容器中的压力来调节该发电机。由此能够实现对压力波动的有效补偿。
附图说明
本发明的实施例在附图中示意性地示出并且在下面的说明中更详细地加以阐述。其中：
图1示出用于向负载供应电能和/或热能的供能系统的实施例的示意性图示，
图2示出用于向负载供应电能和/或热能的供能系统的另一实施例的示意性图示，并且
图3示出用于向负载供应电能和/或热能的供能系统的另一实施例的示意性图示。
具体实施方式
在图1中示出了用于向负载供应电能和/或热能的供能系统10的实施例的示意性图示。供能系统10包括燃料单池系统12和燃料输送装置14。
燃料单池系统12设置用于，将燃料、在当前情况中氢气在产生电能和/或热能的情况下电化学地转化。在所示出的实施例中，燃料单池系统12具有多个燃料单池设备16。在当前情况中借助于燃料单池系统12的上级的控制单元18来调节燃料单池设备16。
燃料单池设备16在所示出的实施例中又具有为了保持清楚性而未被详细示出的处理器单元和燃料单池单元。
处理器单元当前尤其是用于对至少一种有待在燃料单池单元中转化和/或被转化的介质、如燃料、空气和/或废气进行化学方面和/或热方面预处理和/或后处理的单元。处理器单元例如能够是重整器、后燃器和/或热交换器。
燃料单池单元当前又设计为燃料单池堆，该燃料单池堆具有多个燃料单池、在当前情况中固体氧化物燃料单池(英文：Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)。
但替代地也能够将燃料单池单元设计为具有多个聚合物电解质燃料单池(英文：Polymer Electrolyte Fuel Cell，PEFC)或质子交换膜燃料单池(英文：Proton ExchangeMembrane Fuel Cell，PEMFC)的燃料单池堆。
燃料输送装置14设置用于，能够实现将燃料输送到燃料单池系统16。
供能系统10的突出之处现在于，燃料输送装置14包括至少一个膨胀涡轮机20。该膨胀涡轮机在所示出的实施例中关于燃料到燃料单池系统12的输送而布置在燃料单池系统12的上游。通过膨胀涡轮机20能够使所输送的燃料膨胀，其中，在膨胀中释放的能量被转化成动能。该动能又能够提供给负载并且/或者用于供能系统10本身的运行。相应地能够实现提高供能系统10的效率。同时能够借助于膨胀涡轮机20来执行减压。
“减压”在本发明的框架中应该尤其理解为减小存在于流体的流动中的优选静态的和/或动态的压力。在当前情况中，减小有待输送给燃料单池系统12的燃料的压力。
在当前情况中，膨胀涡轮机20是气体膨胀涡轮机22。在本发明的框架中，气体膨胀涡轮机22也能够理解为气体膨胀式涡轮机、涡轮膨胀器和/或膨胀器。
在所示出的实施例中，膨胀涡轮机20在所示出的情况中通过未被详细示出的轴来与发电机24连接。于是能够将通过膨胀涡轮机20所产生的动能转化成电能。该电能又能够特别有效地提供给负载并且/或者用于供能系统10本身的运行。相应地能够实现提高供能系统10的效率、在当前情况中电效率。
此外，燃料输送装置14在所示出的实施例中具有至少一个补偿容器26、在所示出的情况中压力补偿容器28。由此能够实现对压力波动的有效补偿。
在所示出的情况中，补偿容器26或压力补偿容器28关于燃料到燃料单池系统12的输送而布置在燃料单池系统12的上游和膨胀涡轮机20的下游。由此能够实现对压力波动的特别有效的补偿。
在所示出的实施例中，和膨胀涡轮机20连接的发电机24与补偿容器26、在当前情况中与补偿容器26的压力传感器30在通信技术上连接。于是也能够根据存在于补偿容器26中的压力来调节发电机24。相应地同样能够实现对压力波动的特别有效的补偿。此外，也能够在燃料单池系统12的上游设定恒定的预压力。
除此之外，燃料输送装置14在所示出的实施例中具有至少一个燃料存储器32、优选氢气存储器34。存在于燃料存储器32中的例如700bar的高压于是能够用于膨胀涡轮机20中的燃料的膨胀。相应地由此同样能够实现有效地提高供能系统10的效率。
在所示出的情况中，燃料存储器32或氢气存储器34关于燃料到燃料单池系统12的输送而布置在燃料单池系统12的上游和至少一个膨胀涡轮机14的上游。
燃料存储器在本发明的框架中也能够理解为燃料箱。相应地，氢气存储器在本发明的框架中也能够理解为氢气箱。
但替代地也能够设想到，燃料输送装置14与优选用于供应氢气的燃料供应网或管路网(Pipeline-Netz)联接。尤其能够实现的是，燃料输送装置14与燃料供应网、优选高压网或中压网联接，该燃料供应网运送具有例如至少20bar的压力的燃料。存在于燃料供应网中的压力于是也能够用于膨胀涡轮机20中的燃料的膨胀。相应地由此同样能够实现有效地提高供能系统10的效率。
在图2中示出用于向负载供应电能和/或热能的供能系统10的另一实施例的示意性图示。该实施例与前面的实施例的不同之处在于，燃料输送装置14具有多个膨胀涡轮机20。通过膨胀涡轮机20的这样的、多级的设计，能够使所输送的燃料逐步地在不同的压力范围中膨胀，其中，能够由所输送的燃料逐步有针对性地且有效地产生动能并且将其转化成电能。相应地能够额外提高供能系统10的效率。
在图3中示出用于向负载供应电能和/或热能的供能系统10的另一实施例的示意性图示。该实施例与前面的实施例的不同之处在于布置了加温装置36，该加温装置设置用于对有待输送给膨胀涡轮机20的燃料进行加温。由此能够在膨胀涡轮机20中的膨胀之前提高所输送的燃料的热能，该热能而后在膨胀涡轮机20中的膨胀时引起了产生更高的动能，该动能又能够被转化成电能。相应地同样能够实现额外地提高供能系统10的效率。
在图3中示出的实施例中，加温装置36构造为换热器38，该换热器关于燃料到燃料单池系统12的输送而布置在膨胀涡轮机20的上游。在所示出的情况中，加温装置36设置用于，将燃料单池系统12的废气的热量在至少一个膨胀涡轮机20的上游传递到燃料上。由此能够利用通过燃料单池系统12所产生的且未提供给负载的热量，以便提高所输送的燃料的热能，该热能而后相应地在膨胀涡轮机20中的膨胀时引起了产生更高的动能并且能够重又被转化成电能。相应地能够再次额外地提高供能系统10的效率。
在未图解地示出的替代的实施例中，能够组合供能系统10的前述实施例。于是例如能够设想到，从图3中的实施例出发，供能系统10类似于图2中的实施例具有多个膨胀涡轮机20。
Claims (10)
1.用于向负载供应电能和/或热能的供能系统(10)，所述供能系统包括：
-燃料单池系统(12)，所述燃料单池系统设置用于，将燃料、优选氢气在产生电能和/或热能的情况下电化学地转化，和
-燃料输送装置(14)，所述燃料输送装置设置用于，能够实现将燃料输送到所述燃料单池系统(12)，
其特征在于，
-所述燃料输送装置(14)包括至少一个膨胀涡轮机(20)。
2.根据权利要求1所述的供能系统(10)，其特征在于，所述至少一个膨胀涡轮机(20)与发电机(24)连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的供能系统(10)，其特征在于，所述燃料输送装置(14)包括至少一个补偿容器(26)、优选压力补偿容器(28)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的供能系统(10)，其特征在于，和所述至少一个膨胀涡轮机(20)连接的发电机(24)与补偿容器(26)、尤其与所述补偿容器(26)的压力传感器(30)在通信技术上连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的供能系统(10)，其特征在于，所述燃料输送装置(14)包括至少一个燃料存储器(32)、优选氢气存储器(34)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的供能系统(10)，其特征在于，所述燃料输送装置(14)包括多个膨胀涡轮机(20)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的供能系统(10)，其特征在于布置了加温装置(36)，所述加温装置设置用于，对有待输送给所述膨胀涡轮机(20)的燃料进行加温。
8.根据前述权利要求中任一项所述的供能系统(10)，其特征在于，加温装置(36)构造为换热器(38)，所述换热器关于燃料到所述燃料单池系统(12)的输送而布置在所述至少一个膨胀涡轮机(20)的上游并且/或者设置用于，将所述燃料单池系统(12)的废气的热量在所述至少一个膨胀涡轮机(20)的上游传递到所述燃料上。
9.用于运行供能系统(10)、尤其根据前述权利要求中任一项所述的供能系统(10)的方法，所述供能系统用于向负载供应电能和/或热能，所述供能系统包括：
-燃料单池系统(12)，所述燃料单池系统设置用于，将燃料、优选氢气在产生电能和/或热能的情况下电化学地转化，和
-燃料输送装置(14)，所述燃料输送装置设置用于，能够实现将燃料输送到所述燃料单池系统(12)，
其特征在于，
-所述燃料输送装置(14)包括至少一个膨胀涡轮机(20)，借助于所述膨胀涡轮机来执行减压。
10.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个膨胀涡轮机(20)与发电机(24)连接，根据存在于补偿容器(26)中的压力来调节所述发电机。
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