DE102017107577A1 - power plant - Google Patents
power plant Download PDFInfo
- Publication number
- DE102017107577A1 DE102017107577A1 DE102017107577.1A DE102017107577A DE102017107577A1 DE 102017107577 A1 DE102017107577 A1 DE 102017107577A1 DE 102017107577 A DE102017107577 A DE 102017107577A DE 102017107577 A1 DE102017107577 A1 DE 102017107577A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- stream
- energy
- reactor
- propellant
- product
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04126—Humidifying
- H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
- H01M2250/402—Combination of fuel cell with other electric generators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Um eine Energieanlage (1, 30, 40), umfassend mindestens einen Reaktor (2) zur chemischen Umsetzung von Edukten zu Produkten, wobei die Umsetzung Energie, insbesondere in Form von elektrischer Energie, liefert, und Fördermittel (9, 21) zum Fördern eines die Edukte enthaltenden Eduktstoffstroms in den Reaktor (2) und/oder eines die Produkte enthaltenden Produktstoffstroms aus dem Reaktor (2), wobei die Fördermittel (9, 21) durch einen einen Antriebsstoff enthaltenden Antriebsstoffstrom antreibbar ausgestaltet sind, so zu verbessern, dass sie Energie, insbesondere elektrische Energie, mit einem höheren Wirkungsgrad liefert, wird vorgeschlagen, dass der Antriebsstoffstrom von dem Produktstoffstrom verschieden ist.To an energy system (1, 30, 40), comprising at least one reactor (2) for the chemical reaction of educts into products, wherein the reaction energy, in particular in the form of electrical energy, supplies, and conveying means (9, 21) for conveying a the educt material stream containing the educts into the reactor (2) and / or product product stream containing the products from the reactor (2), wherein the conveying means (9, 21) are drivable by a propellant stream containing propellant, so as to improve energy , in particular electrical energy, provides with a higher efficiency, it is proposed that the propellant flow be different from the product flow.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieanlage, umfassend mindestens einen Reaktor zur chemischen Umsetzung von Edukten zu Produkten, wobei die Umsetzung Energie, insbesondere in Form von elektrischer Energie, liefert, und Fördermittel zum Fördern eines die Edukte enthaltenden Eduktstoffstroms in den Reaktor und/oder eines die Produkte enthaltenden Produktstoffstroms aus dem Reaktor, wobei die Fördermittel durch einen einen Antriebsstoff enthaltenden Antriebsstoffstrom antreibbar ausgestaltet sind.The present invention relates to an energy system, comprising at least one reactor for the chemical reaction of reactants to products, wherein the reaction energy, in particular in the form of electrical energy, supplies, and conveying means for conveying a reactant containing the educts in the reactor and / or one Products containing product stream from the reactor, wherein the conveying means are designed to be drivable by a propellant containing propellant stream.
Eine konventionelle Energieanlage ist zum Beispiel aus der
Jedoch ist der Wirkungsgrad einer solchen Energieanlage oder der einer analog ausgestalteten Energieanlage mit einer anderen Brennstoffzelle, wie zum Beispiel einer Brennstoffzelle mit einer protonenleitenden Membran, merklich kleiner als der maximal erreichbare Wirkungsgrad, wobei der Wirkungsgrad als Verhältnis zwischen der durch sie gelieferten Energie und der ihr hierfür zugeführten Energie definiert ist.However, the efficiency of such an energy system or of an analogously designed energy system with another fuel cell, such as a fuel cell with a proton-conducting membrane, noticeably smaller than the maximum achievable efficiency, the efficiency as a ratio between the energy supplied by them and her energy supplied for this purpose is defined.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Energieanlage so zu verbessern, dass sie Energie, insbesondere elektrische Energie, mit einem höheren Wirkungsgrad liefert.The present invention is therefore an object of the invention to improve a generic power plant so that it provides energy, especially electrical energy, with a higher efficiency.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird hinsichtlich der gattungsgemäßen Energieanlage gelöst, indem der Antriebsstoffstrom von dem Produktstoffstrom verschieden ist. Mit Vorteil für den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Energieanlage kann danach ein Antriebsstoffstrom mit einer gegenüber dem Produktstoffstrom zum Beispiel höheren kinetischen Energie, als sie zum Beispiel bei einem Austritt des Produktstoffstroms aus dem Reaktor vorherrscht, verwendet werden, sodass durch die Fördermittel eine entsprechende Differenzenergie von dem Antriebsstoffstrom auf den Eduktstoffstrom zur Steigerung seiner Strömungsgeschwindigkeit übertragen werden kann. Dadurch ist es insbesondere möglich, den Reaktor bei einem Anlaufbetrieb der erfindungsgemäßen Energieanlage durch extern zugeführte Energie eines gasförmigen Antriebsstoffstroms eine optimale Verdichtung des Eduktstoffstroms zu erreichen, sodass dadurch der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Energieanlage verbessert wird.The object according to the invention is achieved with regard to the generic energy system in that the propellant stream is different from the product stream. With advantage for the efficiency of the energy system according to the invention can then be a propellant stream with a relation to the product material flow, for example, higher kinetic energy than, for example, prevails at a leakage of the product stream from the reactor, so that by the conveyor a corresponding differential energy from the propellant stream can be transferred to the reactant stream to increase its flow velocity. As a result, it is possible, in particular, to achieve optimal compression of the reactant stream in the case of a start-up operation of the energy system according to the invention by externally supplied energy of a gaseous stream of propellant, thereby improving the efficiency of the energy system according to the invention.
Bei dem Antriebsstoffstrom kann es sich im Rahmen der Erfindung zum Beispiel um Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, Abluft einer Klimatisierungsanlage, Zapfluft eines Strahltriebwerks, Stauluft eines Luft-Ansaugsystems für eine Verbrennungskraftmaschine oder Gas aus einer natürlichen oder synthetischen Gasquelle oder Mischungen hieraus handeln. Als Eduktstoffstrom kommt hierbei zum Beispiel Umgebungsluft in Betracht, die typischerweise Edukte in Form von Sauerstoff enthält. In the context of the invention, the propellant stream may be, for example, exhaust gas of an internal combustion engine, exhaust air of an air conditioning system, bleed air of a jet engine, ram air of an air intake system for an internal combustion engine or gas from a natural or synthetic gas source or mixtures thereof. For example, ambient air, which typically contains educts in the form of oxygen, comes into consideration as reactant stream.
Ferner kommt auch der Produktstoffstrom als Eduktstoffstrom in Betracht, sofern er noch Edukte enthält und dem Reaktor zugeführt wird.Furthermore, the product stream is also suitable as Eduktstoffstrom into consideration, if it still contains starting materials and is fed to the reactor.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieanlage umfasst sie Leitungsmittel zur Rezirkulation des Produktstoffstroms in den Reaktor. Eine derartige Rezirkulation ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden. Zum einen werden nicht verbrauchte Edukte dem Reaktor wieder zugeführt, sodass die entsprechende Reaktionsausbeute und damit der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Energieanlage gesteigert werden kann. Danach kann überraschenderweise der Reaktor ferner von dem Antriebsstoffstrom und damit von einer ihn umgebenden Umgebung hermetisch abgeriegelt werden, sodass der Reaktor sogar in einer eduktfreien Umgebung betrieben werden kann. Darüber hinaus kann im Falle gasförmiger Edukte ein höherer Gasstrom in dem Reaktor realisiert werden, sodass mit Vorteil die Produkte aus dem Reaktor zuverlässiger ausgetragen werden.According to a particularly preferred embodiment of the energy installation according to the invention, it comprises conduit means for the recirculation of the product material stream into the reactor. Such recirculation is associated with a number of advantages. On the one hand, unused starting materials are returned to the reactor, so that the corresponding reaction yield and thus the efficiency of the energy installation according to the invention can be increased. Thereafter, surprisingly, the reactor can also be hermetically sealed off from the flow of propellant and thus from an environment surrounding it, so that the reactor can even be operated in an educt-free environment. In addition, in the case of gaseous educts, a higher gas flow in the reactor can be realized, so that the products from the reactor are advantageously discharged more reliably.
Eine Energieanlage nach dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst somit zum Beispiel den Reaktor in Form einer Brennstoffzelle mit einem ersten Einlass für Sauerstoff und einem zweiten Einlass für Wasserstoff sowie einer Sauerstoffquelle. Die Brennstoffzelle weist dabei eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite sowie eine Anodenseite und eine Kathodenseite auf. Auf der Eingangsseite werden die Edukte (hier Sauerstoff und Wasserstoff) der Brennstoffzelle zugeführt, auf der Ausgangseite wird das entsprechende Reaktionsprodukt (Wasser) abgeführt. Auf der Anodenseite erfolgt die Oxidation von Wasserstoff, auf der Kathodenseite die Reduktion von Sauerstoff, wobei sich Protonen auf der Kathodenseite durch die Reduktion des Sauerstoffes zu Wasser verbinden (2H+ + 2d- + ½ O2 → H2O) durch Leitung der Protonen durch eine Membran Wasser entsteht. Der erste Einlass für Sauerstoff ist mit der Eingangsseite der Kathodenseite der Brennstoffzelle verbunden und der zweite Einlass für Wasserstoff ist mit der Eingangsseite der Anodenseite der Brennstoffzelle verbunden. Die erfindungsgemäße Energieanlage weist danach eine kathodenseitige Verbindung auf, wobei die kathodenseitige Verbindung eine Verbindung zwischen der Ausgangsseite der Kathodenseite der Brennstoffzelle und der Eingangsseite der Kathodenseite der Brennstoffzelle ist. Die Sauerstoffquelle ist an die kathodenseitige Verbindung angeschlossen, um den bei der Oxidation umgesetzten Anteil an Sauerstoff mittels eines Sauerstoffgasstromes durch Zugabe von Sauerstoff auszugleichen. Die erfindungsgemäße Energieanlage weist nach dieser Ausführungsform weiter eine anodenseitige Verbindung auf, wobei die anodenseitige Verbindung eine Verbindung zwischen der Ausgangsseite der Anodenseite der Brennstoffzelle und der Eingangsseite der Anodenseite der Brennstoffzelle ist. Die kathodenseitige Verbindung dient somit der Rezirkulation des in der Brennstoffzelle nicht umgesetzten Sauerstoffs, die anodenseitige Verbindung der Rezirkulation des in der Brennstoffzelle nicht umgesetzten Wasserstoffs.An energy system according to this embodiment of the invention thus comprises, for example, the reactor in the form of a fuel cell having a first inlet for oxygen and a second inlet for hydrogen and an oxygen source. The fuel cell has an input side and an output side and an anode side and a cathode side. On the input side, the educts (here oxygen and hydrogen) are supplied to the fuel cell, on the output side, the corresponding reaction product (water) is discharged. On the anode side, the oxidation of hydrogen takes place, on the cathode side, the reduction of oxygen, with protons on The cathode side by the reduction of oxygen to water connect (2H + + 2d - + ½ O 2 → H 2 O) by passing the protons through a membrane water is formed. The first inlet for oxygen is connected to the input side of the cathode side of the fuel cell, and the second inlet for hydrogen is connected to the input side of the anode side of the fuel cell. The energy system according to the invention then has a cathode-side connection, wherein the cathode-side connection is a connection between the output side of the cathode side of the fuel cell and the input side of the cathode side of the fuel cell. The oxygen source is connected to the cathode-side connection to compensate for the amount of oxygen reacted during the oxidation by means of an oxygen gas stream by the addition of oxygen. The energy system according to the invention further comprises an anode-side connection according to this embodiment, wherein the anode-side connection is a connection between the output side of the anode side of the fuel cell and the input side of the anode side of the fuel cell. The cathode-side connection thus serves for the recirculation of the oxygen not reacted in the fuel cell, the anode-side connection for the recirculation of the hydrogen not reacted in the fuel cell.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieanlage ist vorgesehen, dass sie Versorgungsmittel zum bedarfsweisen Versorgen des Produktstoffstroms mit den Edukten umfasst, wobei die Versorgungsmittel an die Leitungsmittel angeschlossen sind. Danach kann zum Beispiel bei einer Rezirkulation des Produktstoffstroms in den Reaktor die mit zunehmender Anzahl an Rezirkulationszyklen zunehmende Verarmung des Produktstoffstroms an Edukten in vorteilhafterweise ausgeglichen werden.In a further advantageous embodiment of the energy installation according to the invention it is provided that it comprises supply means for supplying the product material stream with the educts on demand, the supply means being connected to the conduit means. Thereafter, for example, upon recirculation of the product stream into the reactor, the increasing depletion of the product stream of starting materials with increasing number of recycle cycles can be advantageously compensated.
Die erfindungsgemäße Energieanlage wird noch weiter verbessert, wenn die Fördermittel mindestens eine Strömungsmaschine mit einem eine Antriebsvorrichtung, insbesondere eine Turbine, und eine Abtriebsvorrichtung, insbesondere einen Verdichter oder eine Pumpe, umfassenden Triebstrang umfassen, wobei die Antriebsvorrichtung in dem Antriebsstoffstrom und die Abtriebsvorrichtung in dem Eduktstoffstrom und/oder dem Produktstoffstrom anordenbar ist. Mit Vorteil für den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Energieanlage dient die Abtriebsvorrichtung der Kompensation von Druckverlusten in dem Reaktor, indem kinetische Energie des Antriebsstoffstroms über die Antriebsvorrichtung auf die Abtriebsvorrichtung und damit auf den Produktstoffstrom im Falle einer Rezirkulation des Produktstoffstroms in den Reaktor und/oder auf den Eduktstoffstrom übertragen wird. Besonders bevorzugt ist die Abtriebsvorrichtung dabei dergestalt in dem Eduktstoffstrom und/oder dem Produktstoffstrom angeordnet, dass ein Kondensieren des Eduktstoffstroms und/oder des Produktstoffstroms in der Abtriebsvorrichtung vermieden wird. Nach dieser Ausführungsform ist die Strömungsmaschine zum Beispiel als Turbolader mit einem Verdichter und einer Turbine ausgestaltet, wobei die Turbine und der Verdichter durch eine Turbinenwelle miteinander gekoppelt sind.The energy system according to the invention is further improved if the conveying means comprise at least one turbomachine with a driveline comprising a drive device, in particular a turbine, and an output device, in particular a compressor or a pump, wherein the drive device in the propellant flow and the output device in the educt flow and / or the product stream can be arranged. Advantageously, for the efficiency of the energy system according to the invention, the output device of the compensation of pressure losses in the reactor by kinetic energy of the propellant stream through the drive device to the output device and thus to the product material flow in the case of recirculation of the product stream in the reactor and / or on the Eduktstoffstrom is transmitted. In this case, the output device is particularly preferably arranged in the educt material stream and / or the product material stream such that condensation of the educt material stream and / or the product material stream in the output device is avoided. According to this embodiment, the turbomachine is configured, for example, as a turbocharger with a compressor and a turbine, wherein the turbine and the compressor are coupled together by a turbine shaft.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieanlage umfasst die Strömungsmaschine mindestens einen Elektromotor, wobei der Elektromotor wahlweise generatorisch oder motorisch mit dem Triebstrang gekoppelt ist. Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass ein Elektromotor einen Verdichter zum Verdichten eines Stoffstroms antreiben kann, falls die kinetische Energie eines den Verdichter antreibenden Gasstroms für eine erforderliche Verdichtung des Stoffstroms nicht ausreicht. Nach dieser Ausführungsform wird aber erforderlichenfalls überschüssige Energie des Antriebsstoffstroms mithilfe eines Generatorbetriebs des Elektromotors in Form von elektrischer Energie mit Vorteil für den Wirkungsgrad in die erfindungsgemäße Energieanlage eingespeist. Die eingespeiste elektrische Energie wird sodann beispielweise für den Betrieb von optionalen Peripheriegeräten der erfindungsgemäßen Energieanlage bereitgestellt, bei denen es sich zum Beispiel um Kühlmittelpumpen oder Rezirkulationspumpen handeln kann. Überraschenderweise lässt sich danach je nachdem ob der Elektromotor generatorisch oder motorisch mit dem Triebstrang der Strömungsmaschine gekoppelt ist, der Eduktstoffstrom und bei einer Rezirkulation des Produktstoffstroms in den Reaktor der Produktstoffstrom regeln. D.h., je nach Bedarf kann überschüssige kinetische Energie des Antriebsstoffstroms in elektrische Energie umgewandelt werden, während bei einem Unterschuss an kinetischer Energie die Strömungsmaschine durch den Elektromotor angetrieben werden kann. Gleichwohl ist die Erfindung nicht auf einen solchen Elektromotor beschränkt. Vielmehr kommt im Rahmen der Erfindung eine beliebige Maschine in Betracht, die je nach ihrer Betriebsart durch die Strömungsmaschine angetrieben werden kann oder durch diese zur Bereitstellung von elektrischer Energie angetrieben werden kann.According to a further preferred embodiment of the energy system according to the invention, the turbomachine comprises at least one electric motor, wherein the electric motor is optionally coupled as a generator or motor to the drive train. It is already known from the prior art that an electric motor can drive a compressor for compressing a material flow, if the kinetic energy of a gas flow driving the compressor is insufficient for a required compression of the material flow. According to this embodiment, however, if necessary, excess energy of the fuel flow is fed by means of a generator operation of the electric motor in the form of electrical energy with advantage for the efficiency in the energy system according to the invention. The injected electrical energy is then provided, for example, for the operation of optional peripheral devices of the energy system according to the invention, which may be, for example, coolant pumps or recirculation pumps. Surprisingly, depending on whether the electric motor is coupled to the drive train of the turbomachine as a generator or motor, the educt material flow and, in the case of a recirculation of the product stream into the reactor, the product flow can be regulated. That is, as needed, excess kinetic energy of the propellant stream can be converted to electrical energy, while with a deficiency of kinetic energy, the turbomachine can be driven by the electric motor. However, the invention is not limited to such an electric motor. Rather, in the context of the invention, any machine into consideration, which can be driven by the turbomachine depending on their mode or can be driven by this to provide electrical energy.
Wenn die erfindungsgemäße Energieanlage mindestens einen Feuchtetauscher zum Austausch von Feuchte zwischen dem Antriebsstoffstrom und dem Produktstoffstrom und/oder zwischen dem Antriebsstoffstrom und dem Eduktstoffstrom und/oder mindestens einen Wärmetauscher zum Austausch von Wärme zwischen dem Antriebsstoffstrom und dem Produktstoffstrom und/oder zwischen dem Antriebsstoffstrom und dem Eduktstoffstrom umfasst, kann in vorteilhafterweise der Produktstoffstrom bzw. der Eduktstoffstrom eine für den Betrieb des Reaktors und damit der erfindungsgemäßen Energieanlage optimale Temperatur und Feuchte aufweisen.When the energy system according to the invention has at least one moisture exchanger for exchanging moisture between the propellant stream and the product material stream and / or between the propellant stream and the educt material stream and / or at least one heat exchanger for exchanging heat between the propellant stream and the product material stream and / or between the propellant stream and Contains reactant stream, can advantageously the product stream or the educt material stream have an optimum temperature and humidity for the operation of the reactor and thus the energy system according to the invention.
Das Entfeuchten des Produktstoffstroms ist insbesondere bei einer Rezirkulation des Produktstoffstroms in den Reaktor bedeutsam, da es bei der Rezirkulation typischerweise zu einem erhöhten Feuchteeintrag in den Reaktor kommen kann, sodass entsprechende Leistungsverluste der erfindungsgemäßen Energieanlage überraschenderweise durch den Feuchtetauscher vermieden werden. Dies ist insbesondere für einen als Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ausgestalteten Reaktor vorteilhaft, da hierbei ein kritischer Feuchtegehalt in dem Reaktor vorherrschen sollte, um die Stabilität der Polymerelektrolytmembran und damit die Lebensdauer der Brennstoffzelle zu gewährleisten.The dewatering of the product stream is particularly important in a recirculation of the product stream into the reactor, as it can typically come to an increased moisture in the reactor during recirculation, so that corresponding power losses of the energy system according to the invention are surprisingly avoided by the moisture exchanger. This is particularly advantageous for a reactor designed as a polymer electrolyte membrane fuel cell, since in this case a critical moisture content in the reactor should prevail in order to ensure the stability of the polymer electrolyte membrane and thus the service life of the fuel cell.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieanlage umfasst sie zweite Fördermittel zum Fördern eines einen Kühlstoff enthaltenden Kühlstoffstroms und/oder eines einen Heizstoff enthaltenden Heizstoffstroms in den Reaktor und/oder aus dem Reaktor, wobei die zweiten Fördermittel durch den Antriebsstoffstrom antreibbar ausgestaltet sind. Dies ist besonders für eine Temperaturregelung des Reaktors von Vorteil, da durch die zweiten Fördermittel der Kühlstoffstrom und/oder Heizstoffstrom besser umgewälzt wird.In a preferred embodiment of the energy installation according to the invention, it comprises second conveying means for conveying a coolant stream containing a coolant and / or a heating medium stream containing a heating fuel into and / or out of the reactor, wherein the second conveying means are designed to be drivable by the propellant stream. This is particularly advantageous for a temperature control of the reactor, since the coolant circulation and / or the heating medium flow is circulated better by the second conveying means.
In einer demgegenüber verbesserten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Energieanlage zweite Leitungsmittel zur Rezirkulation des Heizstoffstroms bzw. des Kühlstoffstroms in den Reaktor und/oder einen zweiten Wärmetauscher zum Austausch von Wärme zwischen dem Antriebsstoffstrom und dem Heizstoffstrom bzw. zwischen dem Antriebsstoffstrom und dem Kühlstoffstrom umfasst. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Reaktor im Anlaufbetrieb rasch auf seine optimale Betriebstemperatur zu bringen, sodass dadurch wiederum der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Energieanlage zusätzlich verbessert wird.In an embodiment which is improved in contrast, it is provided that the energy system according to the invention comprises second conduit means for recirculating the fuel stream or the coolant stream into the reactor and / or a second heat exchanger for exchanging heat between the propellant stream and the heating medium stream or between the propellant stream and the coolant stream , As a result, it is possible, for example, to bring the reactor rapidly to its optimum operating temperature during start-up operation, so that in turn the efficiency of the energy system according to the invention is additionally improved.
Die erfindungsgemäße Energieanlage wird noch weiter verbessert, wenn sie einen in dem Produktstoffstrom anordenbaren Kondensator zum bedarfsweisen Entwässern des Produktstoffstroms und/oder einen in dem Produktstoffstrom anordenbaren Abscheider zum bedarfsweisen Reinigen des Produktstoffstroms umfasst. Danach wird der Produktstoffstrom bei einem Austritt aus dem Reaktor und einem Durchströmen des Kondensators mit Vorteil für den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Energieanlage entwässert. Bei dem Abscheider kann es sich zum Beispiel um einen Fliehkraftabscheider zum Entfernen kondensierten Wassers aus dem Produktstoffstrom handeln, wonach der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Energieanlage noch weiter verbessert wird.The energy plant according to the invention is further improved if it comprises a condenser which can be arranged in the product stream for the purpose of dewatering the product stream and / or a separator which can be arranged in the product stream for purifying the product stream as required. Thereafter, the product stream is dewatered at an exit from the reactor and a flow through the capacitor with advantage for the efficiency of the energy system according to the invention. The separator may be, for example, a centrifugal separator for removing condensed water from the product stream, after which the efficiency of the energy system according to the invention is further improved.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn der Reaktor als eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Brennstoffzelle mit einer protonenleitenden Membran, ausgestaltet ist. Danach kann in dem Reaktor die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthält die Brennstoffzelle in vorteilhafterweise als Kernkomponente Membran-Elektroden-Einheiten, die jeweils als ein Verbund aus einer ionenleitenden, insbesondere protonenleitenden, Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ausgestaltet sind.Finally, it is advantageous if the reactor is designed as a fuel cell, in particular a fuel cell with a proton-conducting membrane. Thereafter, the chemical reaction of a fuel with oxygen can be used in the reactor to generate electrical energy. For this purpose, the fuel cell contains advantageously as a core component membrane-electrode units, which are each configured as a composite of an ion-conducting, in particular proton-conducting, membrane and in each case on both sides of the membrane arranged electrode (anode and cathode).
Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.The invention will be described by way of example in a preferred embodiment with reference to a drawing, wherein further advantageous details are shown in the figures of the drawing.
Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt eine prinzipmäßige Ansicht einer erfindungsgemäßen Energieanlage nach einer ersten Ausführungsform mit einer ersten Ventilschaltung; -
2 zeigt eine prinzipmäßige Ansicht der erfindungsgemäßen Energieanlage nach1 mit einer zweiten Ventilschaltung; -
3 zeigt eine prinzipmäßige Ansicht einer erfindungsgemäßen Energieanlage nach einer zweiten Ausführungsform; und -
4 zeigt eine prinzipmäßige Ansicht einer erfindungsgemäßen Energieanlage nach einer dritten Ausführungsform.
-
1 shows a principle view of an energy system according to the invention according to a first embodiment with a first valve circuit; -
2 shows a principle view of the energy system according to the invention1 with a second valve circuit; -
3 shows a principle view of an energy plant according to the invention according to a second embodiment; and -
4 shows a principle view of an energy plant according to the invention according to a third embodiment.
Der Kathode
Der Verdichter
An dieser Stelle wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass bei der Energieanlage
Die Pumpe
Die Turbine
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Energieanlagepower plant
- 22
- Brennstoffzellefuel cell
- 33
- Kathodecathode
- 44
- Anodeanode
- 55
- Rezirkulationsleitungrecirculation
- 66
- Rezirkulationspumperecirculation pump
- 77
- Ablassventildrain valve
- 88th
- Ablassleitungdrain line
- 99
- Verdichtercompressor
- 1010
- Zugangsleitungaccess line
- 1111
- Leitungmanagement
- 1212
- Leitungmanagement
- 1313
- Regelventilcontrol valve
- 1414
- EnthalpieübertragerEnthalpieübertrager
- 1515
- Abluftleitungexhaust duct
- 1616
- Kondensatorcapacitor
- 1717
- Abluftleitungexhaust duct
- 1818
- Fliehkraftabscheidercyclone
- 19 19
- Abluftleitungexhaust duct
- 2020
- Abluftleitungexhaust duct
- 2121
- Turbineturbine
- 2222
- Regelventilcontrol valve
- 2323
- Abluftleitungexhaust duct
- 2424
- Elektromotorelectric motor
- 2525
- Abzweigleitungbranch line
- 2626
- Abzweigleitungbranch line
- 2727
- SauerstoffdruckgasspeicherOxygen compressed gas storage
- 2828
- Sauerstoffleitungoxygen line
- 2929
- Wärmetauscherheat exchangers
- 3030
- Energieanlagepower plant
- 3131
- Turbineturbine
- 3232
- Pumpepump
- 3333
- Leitungmanagement
- 3434
- Leitungmanagement
- 3535
- Leitungmanagement
- 3636
- PlattenwärmetauscherPlate heat exchanger
- 3737
- VentilValve
- 3838
- Elektromotorelectric motor
- 3939
- Leitungmanagement
- 4040
- Energieanlagepower plant
- 4141
- Turbineturbine
- 4242
- Leitungmanagement
- 4343
- Elektromotorelectric motor
- 109109
- Zugangsleitungaccess line
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2004/0150366 A1 [0002]US 2004/0150366 A1 [0002]
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017107577.1A DE102017107577A1 (en) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017107577.1A DE102017107577A1 (en) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | power plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017107577A1 true DE102017107577A1 (en) | 2018-10-11 |
Family
ID=63588052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017107577.1A Pending DE102017107577A1 (en) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017107577A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022033947A1 (en) | 2020-08-13 | 2022-02-17 | Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh | Compact heat exchanger |
US11993354B2 (en) | 2020-03-16 | 2024-05-28 | Terradepth, Inc. | Fuel cell charging system with air breathing capability, autonomous underwater vehicle (AUV) system including same, and method of use |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040150366A1 (en) | 2003-01-30 | 2004-08-05 | Ferrall Joseph F | Turbocharged Fuel Cell Systems For Producing Electric Power |
DE102004037141A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-03-23 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell system, has drive for several aggregates, where output and discharge handling periods of media stipulated with respective aggregates are adjustable independently from each other |
DE102013001209A1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-24 | Daimler Ag | Polymer electrolyte membrane fuel cell system used in motor vehicle, has heat exchanger that is connected to transfer heat from fuel flowing before and/or after through expander and compressor |
DE102014002323A1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-20 | Daimler Ag | The fuel cell system |
DE102015001352A1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-04 | Daimler Ag | The fuel cell system |
-
2017
- 2017-04-07 DE DE102017107577.1A patent/DE102017107577A1/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040150366A1 (en) | 2003-01-30 | 2004-08-05 | Ferrall Joseph F | Turbocharged Fuel Cell Systems For Producing Electric Power |
DE102004037141A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-03-23 | Robert Bosch Gmbh | Fuel cell system, has drive for several aggregates, where output and discharge handling periods of media stipulated with respective aggregates are adjustable independently from each other |
DE102013001209A1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-24 | Daimler Ag | Polymer electrolyte membrane fuel cell system used in motor vehicle, has heat exchanger that is connected to transfer heat from fuel flowing before and/or after through expander and compressor |
DE102014002323A1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-20 | Daimler Ag | The fuel cell system |
DE102015001352A1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-04 | Daimler Ag | The fuel cell system |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11993354B2 (en) | 2020-03-16 | 2024-05-28 | Terradepth, Inc. | Fuel cell charging system with air breathing capability, autonomous underwater vehicle (AUV) system including same, and method of use |
WO2022033947A1 (en) | 2020-08-13 | 2022-02-17 | Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh | Compact heat exchanger |
DE102020210310A1 (en) | 2020-08-13 | 2022-02-17 | Thyssenkrupp Ag | Compact heat exchanger |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2399313B1 (en) | Fuel cell system comprising at least one fuel cell | |
DE102015202089A1 (en) | Fuel cell system and vehicle with such | |
DE10359952B4 (en) | The fuel cell system | |
WO1997010619A1 (en) | Process for operating a fuel cell installation and fuel cell installation for implementing it | |
WO2017067966A2 (en) | Arrangement for a cathode recirculation in a fuel cell and method for cathode recirculation | |
DE102013225368A1 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR MOISTURIZING AND COOLING THEREOF | |
WO2016124575A1 (en) | Fuel cell system and method for operating a fuel cell system | |
DE102014227014A1 (en) | Fuel cell system and vehicle with such | |
DE102014224135B4 (en) | Method for shutting down a fuel cell stack and fuel cell system | |
DE102015222635A1 (en) | Fuel cell system and method for recycling water in a fuel cell system | |
DE102009051476A1 (en) | Fuel cell system with at least one fuel cell | |
DE102016204474A1 (en) | Heat exchanger and fuel cell system | |
EP1032066B1 (en) | Fuel cell system | |
DE102017107577A1 (en) | power plant | |
DE102014118826A1 (en) | Device with a fuel cell and use of product water of a fuel cell | |
DE102008045170A1 (en) | Electrical energy generating device for propulsion of e.g. fuel cell vehicle, has heat exchanger for cooling electrical and/or electronic power component, electrical drive unit and fuel recirculation blower of fuel cell system | |
AT521208B1 (en) | Fuel cell system | |
EP2399314B1 (en) | Fuel cell system comprising at least one fuel cell | |
WO2017108624A1 (en) | Gas supply and discharge system | |
DE102015117055A1 (en) | Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle | |
DE102012007382A1 (en) | Fuel cell system used in fuel cell vehicle, has expansion unit that is provided between primary fuel cell stack and secondary fuel cell stack so that exhaust gas is passed through expansion unit | |
DE102020128127A1 (en) | Method for operating a fuel cell system and fuel cell system | |
WO2011101003A1 (en) | Fuel cell supply for a vehicle, fuel cell system having the fuel cell supply, and method for operation | |
DE102017218036A1 (en) | The fuel cell system | |
DE112018006034T5 (en) | Electrochemical fuel cell with cascade stack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication |