DE102022131682B3

DE102022131682B3 - Energiesystem sowie Verfahren zur Überwachung eines Energiesystems auf Dichtigkeit und/oder Störungen.

Info

Publication number: DE102022131682B3
Application number: DE102022131682.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas HIerl
Original assignee: Hps Home Power Solutions Ag
Current assignee: Hps Home Power Solutions Ag
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2042-12-01

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem ein Energiesystem (10), insbesondere Gebäudeenergiesystem, aufweisend eine Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul (131), die in Form einer Brennstoffzelleneinrichtung (22) mit wenigstens einem Brennstoffzellenmodul (22a) ausgebildet ist, eine Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul (131), die in Form einer Elektrolyseeinrichtung (21) mit wenigstens einem Elektrolysemodul (21a) ausgebildet ist, und ein Lüftungssystem (100) zur Bereitstellung von Luft und/oder Abwärme für das Energiesystem (10), mit: einem Luftverteilungskanal (101), wobei der Luftverteilungskanal (101) wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Verteilungsöffnungen (102) aufweist, wobei jeweils eine Verteilungsöffnung (102) als strömungstechnische Schnittstelle zur Eingangsseite (135) wenigstens eines Wasserstoff-Moduls (131) wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist, und mit einem Luftsammelkanal (106), wobei der Luftsammelkanal (106) wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Sammelöffnungen (107) aufweist, wobei jeweils eine Sammelöffnung (107) als strömungstechnische Schnittstelle zur Ausgangsseite (137) wenigstens eines Wasserstoff-Moduls (131) wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist. Um das Energiesystem (10) modular an sich ändernde Gegebenheiten und Voraussetzungen anpassen zu können, wobei stets die erforderliche Dichtigkeit zwischen den einzelnen Komponenten des Energiesystems gewährleistet ist, ist erfindungsgemäß realisiert, dass das wenigstens eine Wasserstoff-Modul (131) aufgrund seines Eigengewichts nach dem Prinzip der Selbstabdichtung durch Schwerkraft mit dem Luftverteilungskanal (101) und/oder mit dem Luftsammelkanal (106) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiesystem. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Energiesystems auf Dichtigkeit und/oder Störungen.
Energiesysteme der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik bereits auf vielfältige Weise bekannt. Mit derartigen Systemen wird üblicherweise Energie für verschiedenste Anwendungsgebiete erzeugt und bereitgestellt.
Bei einer bekannten Art solcher Energiesysteme handelt es sich um ein Gebäudeenergiesystem, mittels dessen Energie in verschiedenen Formen für das Gebäude erzeugt und bereitgestellt wird. Bei einer aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Ausführungsform wird in einer Energiequelle Energie erzeugt. Bei der erzeugten Energie kann es sich beispielsweise um Wasserstoff handeln. Der Wasserstoff wird beispielsweise in einer Elektrolyseeinrichtung erzeugt und anschließend in einer Speichereinrichtung gespeichert. Während des Betriebs des Energiesystems wird der Wasserstoff aus der Speichereinrichtung ausgespeichert und in einem Brennstoffzellensystem verbraucht. Üblicherweise sind die vorbeschriebenen Komponenten des Energiesystems räumlich voneinander getrennt und über eine Verbindungsleitungseinrichtung miteinander verbunden.
Damit solche Energiesysteme möglichst umfassend, beispielsweise in Form von Gebäudeenergiesystemen, eingesetzt werden können, ist es im Stand der Technik bereits bekannt geworden, ein wie vorstehend beschriebenes Energiesystem um eine Lüftungseinrichtung zu erweitern. Die Lüftungseinrichtung hat insbesondere die Funktion, in einem Raum eines Gebäudes ein gewünschtes Raumklima zu erzeugen, beispielsweise indem der Raum entsprechend belüftet und/oder geheizt und/oder gekühlt wird. Die Lüftungseinrichtung kann im Betrieb auf Prozesse des Energiesystems zurückgreifen. Eine solche bekannte Lüftungseinrichtung ist beispielsweise in der DE 10 2018 133 194 A1 der Anmelderin offenbart. Bei dieser bekannten Lösung tritt ein über eine Außenluftzufuhr bereitgestellter Zuluftstrom in die Lüftungseinrichtung ein. Über einen Wärmetauscher wird eine Zuluftzufuhr erzeugt und dem Raum als Zuluft bereitgestellt. Aus dem Raum abgeführte Abluft wird über eine Abluftabfuhr als Abluftstrom über den Wärmetauscher geführt und als Fortluftstrom über eine Fortluftabfuhr aus der Lüftungseinrichtung abgeführt.
Bei derartigen Energiesystemen und Lüftungseinrichtungen handelt es sich um kompakte Systeme, in denen die einzelnen Komponenten effizient genutzt werden. Durch eine Mehrfachnutzung einzelner Komponenten in verschiedenen Prozessen oder für verschiedene Prozesse können zudem Herstellungskosten des Systems reduziert werden. Auch können an einzelnen Stellen des Systems entstehende Prozessresultate, die ansonsten als „Abfallprodukte“ behandelt würden, in manchen Fällen noch für an anderen Stellen des Systems ablaufende Prozesse als „Ausgangsprodukte“ beziehungsweise „Prozessprodukte“ genutzt werden. Zu denken ist hier beispielsweise an entstehende Luftströme, Wärme und dergleichen.
So kann beispielsweise die in der Lüftungseinrichtung entstehende Abluft auch als Zuluft für das Brennstoffzellensystem verwendet werden.
Bei dem Ausbau der regenerativen Energien zeichnet sich zunehmend eine stärkere Elektrifizierung ab, beispielsweise auf den Sektoren Mobilität und auch im Bereich der Wärme. Dies erfordert eine Flexibilität des Energiesystems, damit sich dieses an sich ändernde Gegebenheiten anpassen kann.
Um gattungsgemäße Energiesysteme an sich ändernde Anforderungen und Gegebenheiten leicht anpassen zu können, und um gattungsgemäße Energiesysteme bei Bedarf auch um weitere Komponenten, insbesondere solche, für die eine Luftzufuhr und/oder eine Wärmezufuhr vorteilhaft ist, erweitern zu können, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Energiesystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine solche Anpassung an sich ändernde Gegebenheiten und Voraussetzungen auf einfache Weise erfolgen kann, wobei stets die erforderliche Dichtigkeit zwischen den einzelnen Komponenten des Energiesystems gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Energiesystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, welches den ersten Aspekt der Erfindung darstellt, sowie durch das Verfahren zur Überwachung eines Energiesystems auf Dichtigkeit und/oder Störungen mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 19, welches den zweiten Aspekt der Erfindung darstellt.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Beschreibung sowie aus den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Energiesystem offenbart sind, vollumfänglich auch im Zusammenhang mit dem Verfahren, und umgekehrt, so dass hinsichtlich der Offenbarung des einen Erfindungsaspekts stets vollinhaltlich auch Bezug auf den jeweils anderen Erfindungsaspekt genommen wird.
Ein Kernmerkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Energiesystem mit nach außen selbstabdichtenden Wasserstoff-Modulen bereitgestellt wird, das zudem insbesondere für einen passiven Schutz und eine aktive kontinuierliche Überwachung bereitgestellt ist. Insbesondere wird dies erreicht mit Hilfe des Eigengewichts der Wasserstoff-Module durch die Schwerkraft, vorzugsweise ergänzt durch eine geringe Auflagefläche in einen Dichtstoff. Zudem wird mit der vorliegenden Erfindung eine kontinuierliche Überwachung auf äußere Dichtheit und Störungen ermöglicht. Mit der vorliegenden Erfindung kann eine einfache, nahezu 100%ige Luftdichtheit bei den Wasserstoff-Modulen erreicht werden, was dadurch eine Geräteaufstellung auch im Inneren von Gebäuden möglich macht.
Ein weiteres Kernmerkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße Energiesystem in Form eines modularen Konzepts ausgebildet ist, bestehend aus einzelnen Komponenten, die wiederum einzelne Module aufweisen. Ein besonderes Augenmerk ist dabei darauf gerichtet, dass die einzelnen Komponenten, insbesondere Module, mit einer ausreichenden Dichtigkeit miteinander verbunden sind.
Ein Modul im Lichte der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine austauschbare, meist komplexe Komponente innerhalb eines Gesamtsystems, welches eine geschlossene Funktionseinheit bildet. Der modulare Aufbau des Energiesystems besagt insbesondere, dass das Energiesystem in einzelne Komponenten aufgeteilt ist, die für sich genommen schon Module des Energiesystems darstellen können. In gleicher Weise können auch einzelne Komponenten des Energiesystems modular aufgebaut sein und ebenfalls einzelne Module aufweisen. Ein modularer Aufbau bedeutet insbesondere einen Aufbau nach dem Baukastenprinzip. Vorteil hierbei ist, dass alte oder defekte Module gegen neue Module ausgetauscht werden können, oder das neue Module zum Ganzen hinzugefügt werden können, oder dass Module aus dem Ganzen entfernt werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Energiesystem modulartig aufgebaut, das heißt, es weist einzelne Module auf. Ein modulartiger Aufbau bewirkt, dass die einzelnen Module, die jeweils Komponenten des Gesamtsystems bilden, zum Gesamtsystem zusammengesetzt werden, wobei das Zusammensetzen der einzelnen Module vorzugsweise mittels geeigneter Schnittstellen erfolgt. Eine Schnittstelle zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass darüber die einzelnen Komponenten in Verbindung stehen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kommen verschiedene Typen von Schnittstellen zum Einsatz, beispielsweise Schnittstellen zu einem Kommunikationsaustausch, über die insbesondere Daten und Signale übertragen werden, aber auch Schnittstellen zu einem Stoffaustausch. Eine Schnittstelle ist folglich insbesondere eine Einrichtung, über die ein Modul mit einem anderen Modul interagiert.
Durch die Verwendung derartiger Module kann das Gesamtsystem leicht an sich ändernde Gegebenheiten und Voraussetzungen angepasst werden, indem beispielsweise die Anzahl einzelner Module vergrößert oder verkleinert wird. Dabei ist stets eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet. Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Herstellen einer flexiblen, einfachen und nachhaltigen Lösung zur Nachrüstung und/oder Umrüstung und/oder Anpassung von Energiesystemen, insbesondere mit Wasserstoffbasierten Energiespeicherlösungen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Energiesystem deshalb als modular aufgebautes Energiesystem zur Gestaltung eines aus Einzelkomponenten aufgebauten Gesamtsystems, insbesondere eines Gebäudeenergiesystems, ausgebildet.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Energiesystem bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist. Das Energiesystem weist eine Reihe von Komponenten auf.
Erfindungsgemäß weist das Energiesystem, bei dem es sich bevorzugt um ein Gebäudeenergiesystem handelt, wenigstens eine Wasserstoffeinrichtung auf. Eine Wasserstoffeinrichtung zeichnet sich im Lichte der vorliegenden Erfindung insbesondere dadurch aus, dass sie während ihres Betriebs mit Wasserstoff in Verbindung kommt. Beispielsweise kann eine solche Wasserstoffeinrichtung während ihres Betriebs Wasserstoff erzeugen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Wasserstoffeinrichtung handelt es sich um eine Elektrolyseeinrichtung. In anderer Ausgestaltung kann eine Wasserstoffeinrichtung während ihres Betriebs Wasserstoff verbrauchen. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Wasserstoffeinrichtung handelt es sich um eine Brennstoffzelleneinrichtung. Die Erfindung kann auch zwei oder mehr Wasserstoffeinrichtungen aufweisen. Jede Wasserstoffeinrichtung weist wenigstens ein Wasserstoff-Modul auf. Grundsätzlich ist ausreichend, wenn nur ein solches Wasserstoff-Modul realisiert ist. Es können pro Wasserstoffeinrichtung aber auch zwei oder mehr Wasserstoff-Module realisiert sein. Insbesondere kann die Anzahl der Wasserstoff-Module veränderlich sein und damit an sich ändernde Gegebenheiten angepasst werden.
Erfindungsgemäß weist das Energiesystem eine Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul auf, die in Form einer Brennstoffzelleneinrichtung mit wenigstens einem Brennstoffzellenmodul ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Brennstoffzelleeinrichtung modular aufgebaut ist und weist eine Anzahl von N Brennstoffzellenmodulen auf, die über Verbindungsstellen individuell gestaltbar zu der Brennstoffzelleneinrichtung zusammengesetzt oder zusammensetzbar sind. „N“ steht für eine beliebige natürliche Zahl. Das bedeutet, die Brennstoffzelleneinrichtung weist wenigstens ein Brennstoffzellenmodul auf, kann aber auch zwei oder mehr Brennstoffzellenmodule aufweisen. Die erforderliche oder geeignete Anzahl ergibt ich insbesondere nach Einsatz, Art und Umfang des Energiesystems. Das erfindungsgemäß modular aufgebaute Energiesystem sieht vor, dass beliebig viele Brennstoffzellenmodule bestimmungsgemäß zu der Brennstoffzelleneinrichtung hinzugefügt, aber auch aus dieser entfernt werden, können, beispielsweise wenn sich die, insbesondere äußeren Gegebenheiten, ändern. In der Brennstoffzelleneirichtung wird der erzeugte und beispielsweise in einer geeigneten Speichereinrichtung, beispielsweise einer Langzeitspeichereinrichtung, gespeicherte Wasserstoff in elektrische Energie umgewandelt. Zusätzlich kann die bei diesem Prozess entstehende Abwärme für weitere Zwecke, beispielsweise für eine Lüftungseinrichtung, eine Wärmepumpeneinrichtung, oder dergleichen genutzt werden. Jedes Brennstoffzellenmodul weist, neben anderen erforderlichen Komponenten, eine oder mehrere Brennstoffzellen, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel, auf. Bei den Brennstoffzellen handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um luftgekühlte Brennstoffzellen, vorzugsweis mit offener Kathode. Der Einsatz anderer Brennstoffzellenausführungen ist ebenfalls realisierbar und in der Erfindung explizit mit eingeschlossen.
Erfindungsgemäß weist das Energiesystem eine weitere Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul auf, die in Form einer Elektrolyseeinrichtung mit wenigstens einem Elektrolysemodul ausgebildet ist, und die zur Erzeugung von Wasserstoff bereitgestellt ist. Der in der Elektrolyseeinrichtung erzeugte Wasserstoff wird in einer Speichereinrichtung, beispielsweise einer Langzeitspeichereinrichtung, abgespeichert. Die Elektrolyseeinrichtung ist modular aufgebaut und weist eine Anzahl von N Elektrolysemodulen auf, die über Verbindungsstellen individuell gestaltbar zu der Elektrolyseeinrichtung zusammengesetzt oder zusammensetzbar sind. „N“ stellt wiederum eine beliebige natürliche Zahl dar. Das bedeutet, die Elektrolyseeinrichtung weist wenigstens ein Elektrolysemodul auf, kann aber auch zwei oder mehr Elektrolysemodule aufweisen. Die erforderliche oder geeignete Anzahl ergibt ich insbesondere nach Einsatz, Art und Umfang des Energiesystems. Das erfindungsgemäß modular aufgebaute Energiesystem sieht vor, dass beliebig viele Elektrolysemodule bestimmungsgemäß zu der Elektrolyseeinrichtung hinzugefügt, aber auch aus dieser entfernt werden, können, beispielsweise wenn sich die, insbesondere äußeren Gegebenheiten, ändern.
Darüber hinaus weist das Energiesystem vorzugsweise eine Kurzzeitspeichereinrichtung zur Speicherung elektrischer Energie auf, die bevorzugt modular aufgebaut ist, und die wenigstens ein Speichermodul für elektrische Energie aufweist. Beispielsweise ist die Kurzzeitspeichereinrichtung in Form einer Batterieeinrichtung, bestehend aus wenigstens einem Batteriemodul ausgebildet. Darüber hinaus weist das Energiesystem vorzugsweise eine Langzeitspeichereinrichtung zur Speicherung von Wasserstoff auf, die bevorzugt modular aufgebaut ist und die bevorzugt wenigstens ein Wasserstoff-Speichermodul aufweist.
Weiterhin weist das Energiesystem ein Lüftungssystem zur Bereitstellung von Luft und/oder Abwärme für das Energiesystem auf, welches folgende Merkmale umfasst: einen Luftverteilungskanal, wobei der Luftverteilungskanal wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Verteilungsöffnungen aufweist, wobei jeweils eine Verteilungsöffnung als strömungstechnische Schnittstelle zur Eingangsseite wenigstens eines Wasserstoff-Moduls wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist; und einen Luftsammelkanal, wobei der Luftsammelkanal wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Sammelöffnungen aufweist, wobei jeweils eine Sammelöffnung als strömungstechnische Schnittstelle zur Ausgangsseite wenigstens eines Wasserstoff-Moduls wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist. Bei dem Lüftungssystem handelt es sich beispielsweise um eines oder mehrere Modul(e) des Energiesystems. Neben den Wasserstoff-Modulen können zwischen dem Luftverteilungskanal und dem Luftsammelkanal auch Module angeordnet werden, die im Betrieb nicht mit Wasserstoff in Verbindung kommen, die aber dennoch belüftet werden sollen, wie beispielsweise Module zur Erzeugung von demineralisiertem Wasser mit besonders niedrigem elektrischen Leitwert und/oder um Module zur Trocknung und/oder Reinigung von zu speicherndem Wassersoff oder zur Verdünnung von wasserstoffhaltigen Spülgasen, oder dergleichen.
Vorzugsweise weist das wenigstens eine Wasserstoff-Modul an einer Eingangsseite wenigstens eine Eingangsöffnung und an einer Ausgangsseite wenigstens eine Ausgangsöffnung auf, wobei die Eingangsöffnung mit der wenigstens einen Verteilungsöffnung des Luftverteilungskanals zusammenwirkt, und wobei die Ausgangsöffnung mit der wenigstens einen Sammelöffnung des Luftsammelkanals zusammenwirkt. Bereitgestellt ist vorzugsweise eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen des Übergangs zwischen dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul und dem Luftverteilungskanal, und/oder deine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen des Übergangs zwischen dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul und dem Luftsammelkanal. Diese Vorrichtung kann beispielswiese in Form einer Klappe, etwa einer Motor-getriebenen Klappe, in Form eines Ventils, eines Drosselelements, und dergleichen ausgebildet sein. in einer bevorzugten Ausführungsform stellen die beschriebenen Vorrichtungen zum Öffnen und Schließen Bestandteile des Luftverteilungskanals und/oder des Luftsammelkanals dar. In diesem Fall sind die Vorrichtungen derart bereitgestellt, dass sie in der Lage sind, die Verteilungsöffnungen im Luftverteilungskanal und/oder die Sammelöffnungen im Luftsammelkanal zu verschließen. In einer anderen Ausgestaltung stellen die beschriebenen Vorrichtungen zum Öffnen und Schließen Bestandteile des Wasserstoff-Moduls dar. in diesem Fall sind die Vorrichtungen derart bereitgestellt, dass sie in der Lage sind, die Eingangsöffnung und/der die Ausgangsöffnung des Wasserstoff-Moduls zu verschließen. Es sind aber auch Kombinationen der beiden genannten Varianten möglich.
Der Luftverteilungskanal, bei dem es sich ebenfalls um ein Modul handeln kann, stellt eine erste Komponente des Lüftungssystems dar. Ein Kanal im Lichte der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein geführter Lauf zum Hindurchführen eines Mediums, beispielweise eines Gases, wie hier insbesondere von Luft. Der Kanal ist vorzugsweise über eine Kanalwandung begrenzt und insbesondere geschlossen, weist aber eine Anzahl von, insbesondere verschließbaren, Öffnungen in der Kanalwandung auf, über die das Medium in den Kanal eintreten und aus diesem austreten kann. Über den Luftverteilungskanal und die Verteilungsöffnungen wird in die mit dem Luftverteilungskanal verbunden Module, Luft eingebracht, wobei die eingebrachte Luft die Module anschließend durchströmt. Der Luftverteilungskanal weist ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende auf, wobei die wenigstens eine Verteilungsöffnung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende im Luftverteilungskanal ausgebildet ist. Die Anzahl der Verteilungsöffnungen entscheidet darüber, wie viele Module an den Luftverteilungskanal angeschlossen werden können. Grundsätzlich ausreichend für die Ausführbarkeit der Erfindung ist eine einzige Verteilungsöffnung. Vorteilhaft sind jedoch zwei oder mehr Verteilungsöffnungen vorgesehen. Die Verteilungsöffnungen sind in einer bevorzugten Ausführungsform in dem Luftverteilungskanal angeordnet oder ausgebildet. Die Anzahl der Verteilungsöffnungen entspricht insbesondere der Anzahl der Module, die mit dem Luftverteilungskanal verbunden werden können. Vorzugsweise sind die Verteilungsöffnungen in dem Luftverteilungskanal in dessen Längserstreckung hintereinander beziehungsweise nebeneinander ausgebildet. Bei einer genügend großen Anzahl von Verteilungsöffnungen können solche Verteilungsöffnungen, die bei einer bestimmten modularen Ausgestaltung aktuell nicht benötigt werden, auf geeignete Weise verschlossen sein. Wenn eine modulare Erweiterung durch Hinzufügen einzelner Module erfolgt, können diese Module dann mit entsprechenden „freien“ Verteilungsöffnungen verbunden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Luftverteilungskanal eine fixe Länge auf, mit einer Anzahl von Verteilungsöffnungen, die nicht unbedingt alle gleichzeitig in Benutzung sind.
In einer anderen bevorzugten Ausführung ist der Luftverteilungskanal längenveränderlich ausgebildet. Beispielsweise ist der Luftverteilungskanal aus einer Anzahl wahlweise miteinander verbindbarer Kanalelemente gebildet. Die einzelnen Kanalelemente werden in geeigneter Weise miteinander verbunden, beispielsweise ineinandergesteckt, über Verbindungsstücke miteinander verbunden, oder dergleichen. Jedes Kanalelement verfügt dabei vorzugsweise über wenigstens eine Verteilungsöffnung. In anderer Ausgestaltung ist der Luftverteilungskanal teleskopartig ausziehbar. Bei einer solchen längenveränderlichen Ausgestaltung wird die Länge des Kanals an die Anzahl der angeschlossenen Module angepasst. Bei einer modulartigen Erweiterung wird der Luftverteilungskanal entsprechend verlängert, bei einer Reduzierung von Modulen entsprechend verkürzt.
In dem Luftverteilungskanal, vorzugsweise im Bereich von dessen erstem Ende, ist optional wenigstens ein Gebläse angeordnet, oder dem Luftverteilungskanal ist ein solches Gebläse zugeordnet ist. Im erstgenannten Fall befindet sich das Gebläse innerhalb des Luftverteilungskanals. Im zweiten Fall kann sich das Gebläse auch außerhalb des Luftverteilungskanals befinden, steht aber mit diesem strömungstechnisch in Verbindung. Durch das Gebläse wird im Luftverteilungskanal eine ausreichend hohe und gerichtete Luftströmung erzeugt, so dass die Luft in ausreichender Weise gleichzeitig über alle benutzten Verteilungsöffnungen in daran angeschlossene Module eingebracht werden kann. Bei dem Gebläse handelt es sich vorzugsweise um ein zentrales Gebläse. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von Gebläsen beschränkt. Beispielsweise kann das Gebläse als Radialgebläse und in druckarmen Situationen auch als Axialgebläse ausgeführt sein. In einer anderen Ausgestaltung können auch zwei oder mehr solcher Gebläse in entsprechender Weise bereitgestellt sein.
Vorzugsweise weist der Luftverteilungskanal an seinem zweiten Ende eine Luftausgangsöffnung auf, welche zur Abfuhr von Luft aus dem Luftverteilungskanal bereitgestellt ist. In bevorzugter Ausführung ist die Luftausgangsöffnung als Schnittstelle zu einer Lüftungseinrichtung und/oder zu einer Wärmepumpeneinrichtung und/oder zu einem Raum und/oder zu einer Fortluftabfuhr ausgebildet, oder mit einer solchen Schnittstelle verbunden. Um den aus dem Luftverteilungskanal über die Luftausgangsöffnung austretenden Luftstrom mengenmäßig einstellen und regulieren zu können, weist der Luftverteilungskanal, vorzugsweise an seinem zweiten Ende, insbesondere an oder im Bereich der Luftausgangsöffnung, eine Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung auf, die insbesondere eine Klappe, etwa als Motor-getriebene Klappe, als Ventil, als Drosselelement oder dergleichen ausgebildet ist. Eine solche Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung des Luftverteilungskanals hat insbesondere die folgende Funktion. Für nachgeschaltete Lüftungseinrichtungen und/oder Wärmepumpeneinrichtungen kann es unter Umständen erforderlich sein, dass auch ohne Betrieb des Gebläses im Luftverteilungskanal Luft zur Versorgung autonom durch ein weiteres Gebläse, welches Bestandteil der dem Lüftungssystem nachgeordneten Lüftungseinrichtung ist, gesaugt wird. Dieser Betrieb liegt dann vor, wenn beispielsweise keine Wasserstoff-Module in Betrieb sind und/oder besonders energiesparende Betriebsweisen durch Vermeidung eines Doppelbetriebes von Gebläsen erreicht werden sollen. Diese angesaugte Luft, kann wie im Normalbetrieb des Lüftungssystem, wenn Luft aus dem Luftverteilungskanal in die angeschlossenen Module eingeführt wird, wahlweise Raumluft, Abluft oder Außenluft darstellen, welche als Quelle dient. Eine weitere Notwendigkeit dieser Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung des Luftverteilungskanals ist für kombinierte Lüftungsgeräte mit Kreuzstromwärmetauscher und Außenluft-Wärmetauscher, die vorzugsweise von einer umschaltbaren Abluftwärmepumpe eine Kühlung oder eine Vorerwärmung der Außenluft bereitstellen. Im Sommer gibt es gelegentlich Momente, wenn die Hauptaufgabe der Luft-/Wasserwärmepumpe die Kältebereitstellung ist und eine Abwärme auf der Quellseite der Wärmepumpe kontraproduktiv ist, vor allem hierzu ist die Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung des Luftverteilungskanals eine technische Lösung.
Vorzugsweise weist der Luftverteilungskanal an seinem ersten Ende eine Lufteingangsöffnung auf, die zur Zufuhr von Luft, insbesondere von Außenluft und/oder von Abluft und/oder von Fortluft in den Luftverteilungskanal bereitgestellt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lufteingangsöffnung des Luftverteilungskanals mit einem Luftzufuhrkanal verbunden.
Als eine zweite Komponente, bei der es sich ebenfalls um ein Modul handeln kann, weist das Lüftungssystem einen Luftsammelkanal auf. Luft, die die einzelnen Module durchströmt, tritt auf der Ausgangsseite der Module aus und in den Luftsammelkanal ein. Dazu weist der Luftsammelkanal wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr Sammelöffnungen auf, wobei jeweils eine Sammelöffnung als strömungstechnische Schnittstelle zur Ausgangsseite eines Wasserstoff-Moduls ausgebildet ist Der Luftsammelkanal weist ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende auf, wobei die wenigstens eine Sammelöffnung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende im Luftsammelkanal ausgebildet ist.
Bevorzugt weist der Luftsammelkanal am zweiten Ende eine Luftausgangsöffnung auf, wobei eine Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung bereitgestellt ist, beispielsweise in Form einer, insbesondere Motor-getriebenen Klappe, eines Ventils, eines Drosselelements, und dergleichen. Die Anzahl der Sammelöffnungen entscheidet darüber, wie viele Module an den Sammelkanal angeschlossen werden können. Grundsätzlich ausreichend für die Ausführbarkeit der Erfindung ist eine einzige Sammelöffnung. in einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Anzahl der Sammelöffnungen im Luftsammelkanal der Anzahl der Verteilungsöffnungen im Luftverteilungskanal. Luft, die über die Verteilungsöffnungen aus dem Luftverteilungskanal in die Module einströmt, durchströmt die Module und tritt an den Modulen ausgangseitig aus und über die Sammelöffnungen in den Luftsammelkanal ein. Dabei wird, je nach Modultyp, gegebenenfalls auch in dem Modul generierte Abwärme mit in den Luftsammelkanal ausgetragen.
Vorteilhaft weist der Luftsammelkanal zwei oder mehr Sammelöffnungen auf. Die Sammelöffnungen sind in einer bevorzugten Ausführungsform in dem Luftsammelkanal angeordnet oder ausgebildet. Die Anzahl der Sammelöffnungen entspricht insbesondere der Anzahl der Module, die mit dem Luftsammelkanal verbunden werden können. Vorzugsweise sind die Sammelöffnungen in dem Luftsammelkanal in dessen Längserstreckung hintereinander beziehungsweise nebeneinander ausgebildet. Bei einer genügend großen Anzahl von Sammelöffnungen können solche Sammelöffnungen, die bei einer bestimmten modularen Ausgestaltung aktuell nicht benötigt werden, auf geeignete Weise verschlossen sein. Auch dies wird im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert. Wenn eine modulare Erweiterung durch Hinzufügen einzelner Module erfolgt, können diese Module dann mit entsprechenden „freien“ Sammelöffnungen verbunden werden. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Sammelöffnungen der Anzahl der Verteilungsöffnungen.
in dem Luftsammelkanal, vorzugsweise im Bereich von dessen zweitem Ende, oder alternativ hinter dem zweiten Ende, ist optional wenigstens ein Gebläse angeordnet, oder dem Luftsammelkanal ist ein solches Gebläse zugeordnet. Im erstgenannten Fall befindet sich das Gebläse innerhalb des Luftsammelkanals. Im zweiten Fall kann sich das Gebläse auch außerhalb des Luftsammelkanals befinden, steht aber mit diesem strömungstechnisch in Verbindung. Durch das Gebläse wird im Luftsammelkanal eine ausreichend starke und gerichtete Luftströmung erzeugt, so dass die Luft in ausreichender Weise gleichzeitig über alle benutzten Sammelöffnungen aus den daran angeschlossenen Modulen abgesaugt werden kann. Die Luft kann dann, vorzugsweise über das Gebläse oder durch Unterstützung des Gebläses, anderen Komponenten zur Verfügung gestellt werden. Bei dem Gebläse handelt es sich vorzugsweise um ein zentrales Gebläse. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von Gebläsen beschränkt. Beispielsweise kann das Gebläse als Radialgebläse und in druckverlustarmen Situationen auch als Axialgebläse ausgeführt sein. In einer anderen Ausgestaltung können auch zwei oder mehr solcher Gebläse in entsprechender Weise bereitgestellt sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können mehrere Ausgestaltungsvarianten realisiert sein. Gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante befindet sich wenigstens ein Gebläse im Luftverteilungskanal oder wirkt mit dem Luftverteilungskanal zusammen. Gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante befindet sich wenigstens ein Gebläse im Luftsammelkanal oder wirkt mit dem Luftsammelkanal zusammen. Gemäß einer dritten Ausgestaltungsvariante befindet sich wenigstens ein Gebläse sowohl im Luftverteilungskanal, als auch im Luftsammelkanal, oder wirkt mit dem Luftverteilungskanal und dem Luftsammelkanal zusammen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Luftsammelkanal eine fixe Länge auf, mit einer Anzahl von Sammelöffnungen, die nicht unbedingt alle gleichzeitig in Benutzung sind. In einer anderen bevorzugten Ausführung ist auch der Luftsammelkanal längenveränderlich ausgebildet. Beispielsweise ist der Luftsammelkanal, so wie der Luftverteilungskanal auch, aus einer Anzahl wahlweise miteinander verbindbarer Kanalelemente gebildet. Die einzelnen Kanalelemente werden in geeigneter Weise miteinander verbunden, beispielsweise ineinandergesteckt, über Verbindungsstücke miteinander verbunden, oder dergleichen. Jedes Kanalelement verfügt dabei vorzugsweise über wenigstens eine Sammelöffnung. In anderer Ausgestaltung ist der Luftsammelkanal teleskopartig ausziehbar. Bei einer solchen längenveränderlichen Ausgestaltung wird die Länge des Kanals auf die Anzahl der angeschlossenen Module angepasst. Bei einer modulartigen Erweiterung wird der Luftsammelkanal entsprechend verlängert, bei einer Reduzierung von Modulen entsprechend verkürzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Luftsammelkanal an seinem zweiten Ende eine zweite Luftausgangsöffnung auf. Der Luftsammelkanal kann, wie im Folgenden näher beschrieben wird, über eine Anzahl von Luftausgangsöffnungen verfügen. Da der Luftsammelkanal, wie im Folgenden beschrieben ist, mehrere Luftausgangsöffnungen aufweisen kann, werden zur Vereinfachung der Zuordnung und zur Unterscheidung diese Luftausgangsöffnungen nummeriert. Gleiches gilt für entsprechende Vorrichtungen zum Öffnen und/oder Schießen der Luftausgansöffnungen.
Die zweite Luftausgangsöffnung ist zur Abfuhr von Luft und/oder Abwärme aus dem Luftsammelkanal bereitgestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Luftausgangsöffnung als Schnittstelle zu einer Lüftungseinrichtung und/oder zu einer Wärmepumpeneinrichtung und/oder zu einem Raum in einem Gebäude und/oder zu einer Fortluftabfuhr ausgebildet, oder mit einer solchen Schnittstelle verbunden. Um den aus dem Luftsammelkanal abgeführten Luftstrom, der zuvor aus den einzelnen Modulen austrat, und gegebenenfalls auch aus den Modulen ausgetragene Abwärme beinhaltet, mengenmäßig steuern zu können, weist der Luftsammelkanal, vorzugsweise an seinem zweiten Ende, insbesondere an oder im Bereich der zweiten Luftausgangsöffnung eine zweite Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der zweiten Luftausgangsöffnung, insbesondere eine Klappe, ein Drosselelement, ein Ventil, oder dergleichen auf. Bei der Klappe handelt es sich vorzugsweise um eine Motor-getriebene Klappe, das heißt um eine Klappe, die mittels eines Motors angetrieben, sprich geöffnet oder teilgeöffnet, und geschlossen wird. Vorzugsweise befindet sich auf diese Weise im Ausgang dieses Luftsammelkanals eine Vorrichtung zur Regulierung eines Überdruckes zur Sicherung der für den permanenten Dichtigkeits- und störungsfreien Abfuhr der Abluft notwendigen Betriebsweise, insbesondere für Wasserstoff produzierende und emittierende Komponenten beziehungsweise Module. Diese Abluft kann wahlweise einer Lüftungseinrichtung, beispielsweise mit kombiniertem Wärmetauscher, etwa einem Kreuzstromwärmetauscher, und/oder einer Wärmepumpeneinrichtung, insbesondere einer Luft-Wärmepumpe, als Energiequelle, und/oder einem Aufstellungsraum zugeführt, oder als Fortluft abgeführt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Luftverteilungskanal als Hohlprofilelement ausgebildet, wobei die wenigstens eine Verteilungsöffnung in der Seitenwandung des Luftverteilungskanals ausgebildet ist. Ein Hohlprofileelement ist insbesondere ein langgestrecktes innen hohles Element, wobei der Innenraum des Hohlprofilelements von einer Profil-Seitenwandung umgeben und begrenzt ist. Das Hohlprofilelement ist insbesondere rohrförmig ausgebildet und kann einen runden, rechteckigen, ovalen oder dergleichen Querschnitt aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann in entsprechender Weise der Luftsammelkanal als Hohlprofilelement ausgebildet sein, wobei die wenigstens eine Sammelöffnung in der Seitenwandung des Luftsammelkanals ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Lüftungssystem einen Luftrezirkulationskanal auf, wobei der Luftsammelkanal, vorzugsweise an seinem ersten Ende, eine erste Luftausgangsöffnung aufweist, über die der Luftrezirkulationskanal mit dem Luftsammelkanal verbunden ist. Weiterhin weist der Luftsammelkanal, vorzugsweise an seinem ersten Ende, oder aber der Luftrezirkulationskanal im Übergang zum Luftsammelkanal, eine erste Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der ersten Luftausgangsöffnung, insbesondere eine Klappe, etwa eine Motor-getriebene Klappe, ein Ventil, ein Drosselelement, oder dergleichen, auf. In besonderen Ausführungssituationen, die beispielsweise die Verwendung von Außenluft für den Luftverteilungskanal und dessen Gebläse als Quelle vorsieht, und in klimatisch anspruchsvollen Regionen, können zumindest zeitweilig negative Außentemperaturen vorliegen. Durch einen, insbesondere parallelen, Luftrezirkulationskanal ist es möglich, die Abwärme der Abwärme-generierenden Module, etwa der Wasserstoffmodule, zur Anhebung der gemischten Außenluft auf einen frostschutzfreien Betrieb zu vollziehen. Mithilfe der Rezirkulation von Abwärme aus den Abwärme-generierenden Modulen kann ein nahezu frostfreier Betrieb sichergestellt werden: Dabei wird die warme Luft hinter den Abwärme-generierenden Modulen rezirkuliert und so die Eintrittstemperatur vor den Modulen, beispielsweise auf mindestens 4 Grad, angehoben. Vorzugsweise ist der Luftrezirkulationskanal als der Luftzufuhrkanal ausgebildet oder parallel oder außerhalb zum Luftzufuhrkanal geführt.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung weist das Lüftungssystem einen Zweitluftkanal auf. Der Luftsammelkanal, vorzugsweise im Bereich seines ersten Endes, weist insbesondere eine dritte Luftausgangsöffnung auf, über die der Zweitluftkanal eingangsseitig mit dem Luftsammelkanal verbunden ist. Der Luftsammelkanal oder der Zusatzkanal weisen optional eine dritte Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der dritten Luftausgangsöffnung, insbesondere eine Klappe, etwa eine Motor-getriebene Klappe, ein Ventil, ein Drosselelement, oder dergleichen, auf. Ausgangsseitig ist der Zweitluftkanal mit dem Luftverteilungskanal verbunden. Dieser Zweitluftkanal hat insbesondere folgende Funktion. Bei Verwendung nachgeschalter Lüftungseinrichtungen und/oder Wärmepumpeneinrichtungen, die vorzugsweise ein eigenes Gebläse haben, kann über eine Volumenstromdifferenz über einen Zweitluftkanal mit Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der dritten Luftausgangsöffnung ein notwendiger Ausgleich für den synchronen Volumenstrom geschaffen werden. Dies ermöglicht einen reibungsfreien Betrieb für Lüftungseinrichtungen und Wärmepumpeneinrichtungen, die aufgrund ihres Funktionsbetriebes einen ausgeglichenen Volumenstrom benötigen und so nur ein Teilvolumenstrom der gesamten Abwärme der Abwärme-generierenden Module erhalten und den Rest über den Zweitluftkanal. Der Zweitluftkanal kann auch zur künstlichen Temperaturreduzierung oder Zusatzlüftung von etwaigen Schadgasen verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist das wenigstens eine Wasserstoff-Modul aufgrund seines Eigengewichts nach dem Prinzip der Selbstabdichtung durch Schwerkraft mit dem Luftverteilungskanal und/oder mit dem Luftsammelkanal verbunden. Das bedeutet, es wird die Schwerkraft zur Selbstabdichtung der Wasserstoff-Module angewendet. Das physikalische Eigengewicht des Wasserstoff-Moduls wirkt mit seiner Gewichtskraft auf eine Fläche, die nachfolgend als Dichtfläche bezeichnet wird. Dadurch wird eine Dichtwirkung erzielt. In der vorliegenden Erfindung wird dieses Prinzip der Schwerkraft zur Selbstabdichtung der WasserstoffModule angewendet. Die Wasserstoff-Module sind dadurch gekennzeichnet, dass Sie aufgrund ihres physikalischen Eigengewichts durch die einzelnen Komponenten der WasserstoffModule oder dessen Peripherie ihre Gewichtskraft auf eine Dichtfläche übertragen, bei der es sich vorzugsweise um eine geringe Oberfläche handelt, etwa um eine Kante eines umhüllenden Modulgehäuses. Die Wasserstoff-Module drücken aufgrund ihres Eigengewichts auf den Luftverteilungskanal, oder den Luftsammelkanal, oder der Luftsammelkanal drückt aufgrund seines Eigengewichts auf die Wasserstoff-Module. Wenn der durch die Gewichtskraft erzeugte Druck groß genug ist, entsteht zwischen den Komponenten eine Dichtwirkung. Durch dieses Prinzip werden vor allem bei Montagefehlem vorherrschende typische Undichtigkeitsursachen, wie beispielsweise Modul leicht schräg oder ähnliches, vermieden.
Vorzugsweise kann eine zusätzliche Arretierungseinrichtung bereitgestellt sein, beispielsweise in Form einer Hebelverbindung, etwa einer Kniehebelverbindung, einer Schraubverbindung, oder dergleichen. Über die Schwerkraft erfolgt zunächst die Positionierung, die Selbstabdichtung und bereits eine Arretierung. Die formschlüssige Verbindung wird durch die zusätzliche Arretierungseinrichtung noch verbessert und in jedem Fall aufrecht erhalten.
Das vorstehend allgemein beschriebene Prinzip der Selbstabdichtung wird nachfolgend weiter spezifiziert.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Wasserstoff-Modul, insbesondere vertikal, zwischen dem Luftverteilungskanal und dem Luftsammelkanal angeordnet. Das bedeutet, zur Selbstabdichtung drückt das Wasserstoff-Modul aufgrund seines Eigenwichts mit der Gewichtskraft auf den Luftverteilungskanal, während der Luftsammelkanal aufgrund seines Eigenwichts mit der Gewichtskraft auf das Wasserstoff-Modul drückt. Luft strömt bei dieser Ausführungsform durch den Luftverteilungskanal unten in das Wasserstoff-Modul ein, durchströmt dieses von unten nach oben und tritt oben aus dem Wasserstoff-Modul in den Luftsammelkanal ein.
Vorzugsweise weist das wenigstens eine Wasserstoff-Modul ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse eine Gehäusewand mit einer unteren Gehäusewandkante und einer oberen Gehäusewandkante aufweist, und wobei die untere Gehäusewandkante und/oder die obere Gehäusewandkante eine Dichtfläche in Bezug auf den Luftverteilungskanal und/oder den Luftsammelkanal bilden.
Vorzugsweise weist der Luftverteilungskanal eine obere Kante auf, welche dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul zugewandt ist. Alternativ oder zusätzlich weist der Luftsammelkanal wenigstens eine untere Kante auf, welche dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul zugewandt ist. Die obere Kante des Luftverteilungskanals und/oder die untere Kante des Luftsammelkanals bilden in diesem Fall bevorzugt eine Dichtfläche in Bezug auf das wenigstens eine Wasserstoff-Modul.
Vorzugsweise ist zwischen dem Luftverteilungskanal und dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul, und/oder zwischen dem Luftsammelkanal und dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul, ein Dichtungselement bereitgestellt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine, insbesondere waagerecht, umlaufende Dichtung. Beispielsweise ist das Dichtungselement als Eindring-Dichtungselement, vorzugsweise als Schaum-Dichtungselement, ausgebildet. Das heißt, das Wasserstoff-Modul dringt, vorzugsweise mit seiner Gehäusekante, in dieses Dichtungselement ein. Oder aber, der Luftverteilungskanal und/oder der Luftsammelkanal, vorzugsweise mit seiner dem Wasserstoff-Modul zugewandten Kante, dringt in das Dichtungselement ein. Das Dichtungselement wird in beiden Fällen so zusammengedrückt, dass es sich teilweise auch von außen an die zu dichtende Komponente anlegt, wodurch die Dichtwirkung weiter verbessert wird.
Damit die Gewichtskraft der Komponente an allen Stellen gleichmäßig verteilt übertragen wird, weist das wenigstens eine Wasserstoff-Modul bevorzugt einen mittigen Schwerpunkt auf. Das bedeutet, die entsprechenden Komponenten, beziehungsweise die im Wasserstoff-Modul befindlichen Bestandteile sind so in Bezug zueinander angeordnet, dass die Wasserstoff-Module einen mittig ausgerichteten Schwerpunkt, beispielsweise einen in einem Gehäuse mittig ausgerichteten Schwerpunkt, haben.
Vorzugsweise ist das Eigengewicht des wenigstens einen Wasserstoff-Moduls so bemessen, dass es größer ist als die entgegen wirkende Kraft, die das Produkt des maximalen inneren Überdrucks innerhalb des Wasserstoff-Moduls multipliziert mit der wirksamen Projektionsfläche ist. Dies wird durch den Ansatz Druck ist gleich Kraft mal Fläche berücksichtigt. Eine Gewichtskraft von beispielsweise 500N, die einer Masse von ca. 50kg entspricht, kann einen Überdruck von maximal 500 Pa, welcher beispielsweise durch einen Lüfter im Lüftungskanal entsteht, bei einer wirksamen Projektionsfläche von 1m² kompensieren und die Abdichtung auf einer deutlich kleinen Dichtungsfläche über eine Blechkante ermöglichen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung weist das Energiesystem eine Steuereinrichtung auf, die zur Steuerung zumindest einzelner Komponenten des Energiesystems bereitgestellt ist.
Vorzugsweise ist dem Luftverteilungskanal eine Druckmesseinrichtung zugeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist dem Luftsammelkanal eine Druckmesseinrichtung zugeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist dem Gebläse eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Gebläses zugeordnet. Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung eine Schnittstelle zu der wenigstens einen Druckmesseinrichtung auf, und/oder die Steuereinrichtung weist eine Schnittstelle zu der Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Gebläses auf, und/oder die die Steuereinrichtung weist eine Schnittstelle zur Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung des Luftsammelkanals auf, und/oder die Steuereinrichtung weist optional eine Schnittstelle zu einer Zentrale auf. Ebenso kann die Steuereinrichtung auch eine Schnittstelle zur Vorrichtung zum Öffnen und Schließen des Übergangs zwischen dem Wasserstoff-Modul und dem Luftverteilungskanal und/oder dem Luftsammelkanal aufweisen. Damit wird eine kontinuierliche Überwachung möglich, wie auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren weiter unten verdeutlicht wird. Durch diese messtechnische Verschaltung können eventuelle Undichtigkeiten, Störungen, Fehlfunktionen und Verstopfungen auf dem Weg zum Ausgang (FOL-Fortlauft, draußen) sicher und kontinuierlich detektiert werden. Vorzugsweise ist das Gebläse im Luftverteilungskanal mit einer Steuereinrichtung und/oder mit einer Druckmesseinrichtung, beispielsweise einem Drucksensorelement, welche(s) zur Druckmessung im Luftsammelkanal bereitgestellt ist, verbunden. Auf diese Weise kann über eine Steuerung des Gebläses sichergestellt werden, dass einerseits ausreichend Luft und damit gegebenenfalls auch Abwärme in den Luftsammelkanal gelangt und andererseits der Innendruck immer kleiner ist als der maximal für die Dichtwirkung per Schwerkraft zulässige Überdruck.
Bevorzugt kann das Lüftungssystem, insbesondere der Luftverteilungskanal und/oder der Luftsammelkanal, mit einer Lüftungseinrichtung verbunden sein oder eine Schnittstelle zu einer Lüftungseinrichtung aufweisen.
Um die Abwärme aus der Brennstoffzelleneinrichtung und/oder der Elektrolyseeinrichtung neben der Lüftung auch noch für weitere Prozesse nutzen zu können, sind die Brennstoffzelleneinrichtung und/oder die Elektrolyseeinrichtung und/oder das Lüftungssystem, insbesondere der Luftverteilungskanal und/oder der Luftsammelkanal, mit einer Wärmepumpeneinrichtung , etwa einer Luft-Wärmepumpe, insbesondere einer Abluft-Wärmepumpe und/oder einer Wasser-Wärmepumpe, verbunden, oder weisen eine Schnittstelle zu einer Wärmepumpeneinrichtung auf.
Bei dem Energiesystem handelt es sich insbesondere um ein aus mehreren Komponenten bestehendes Ganzes, wobei die Komponenten miteinander zu einer zweckgebundenen Einheit verbunden sind. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Energiesystem um ein System zum Erzeugen beziehungsweise Bereitstellen von Energie, vorzugsweise von elektrischer Energie. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Energiesystemen beschränkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Energiesystem um ein Gebäudeenergiesystem. Gebäudeenergiesysteme sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und dienen der Versorgung von Gebäuden, beispielsweise von Niedrigenergiehäusern, Passivhäusern oder Nullenergiehäusern, mit Energie in Form von Wärme und insbesondere in Form von Strom, beispielsweise Strom aus regenerativen Energiequellen wie beispielsweise Photovoltaik (PV)-Generatoren oder Kleinwindkraftanlagen. Ein solches Gebäudeenergiesystem schafft die Grundlage dafür, dass der Energiebedarf eines Gebäudes, insbesondere eines Niedrigenergiehauses, eines Passivhauses oder eines Nullenergiehauses, sowohl hinsichtlich des Strom- als auch des Wärmebedarfs vollständig aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden kann und somit vollständige CO₂-Freiheit im Betrieb besteht. Wenigstens aber kann der Strombedarf eines Gebäudes im Sinne einer anzustrebenden Eigenverbrauchserhöhung nahezu vollständig aus erneuerbaren Energiequellen, insbesondere mittels eines PV-Generators und/oder einer Kleinwindenergieanlage, gedeckt werden.
Ein solches Gebäudeenergiesystem ist beispielsweise in den Patentanmeldungen WO 2017/089468 A1 und WO 2017/089469 A1 der Anmelderin offenbart und beschrieben, deren Offenbarungsgehalt in die Beschreibung der vorliegenden Patentanmeldung mit einbezogen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Gebäudeenergiesystem der genannten Art die folgenden Grundmerkmale auf:

- einen DC-Einspeisepunkt, bevorzugt ausgebildet für eine Nenn-Spannung von 48 Volt oder für eine Nennspannung zwischen 200 und 1000 Volt und/oder einem AC-Einspeisepunkt, bevorzugt ausgebildet für eine Spannung von 230 Volt oder 110 Volt oder einer 3-phasigen Einspeisung bei pro Phase 230 Volt oder 110 Volt, wobei der DC-Einspeisepunkt und/oder der AC-Einspeisepunkt im Betrieb zumindest zeitweise mit einem elektrischen Verbraucher, der eine Verbrauchs-Leistung aufweist, verbunden ist,
- einen elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbundenen PV-Generator zum Erzeugen einer elektrischen PV-Leistung,
- eine elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt oder mit dem AC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbundene Brennstoffzelleneinheit zum Erzeugen einer elektrischen Brennstoffzellen-Leistung,
- eine elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt oder dem AC-Einspeisepunkt verbundene Elektrolyseeinheit zum Erzeugen von durch die Brennstoffzelleneinheit zu verbrauchendem Wasserstoff, wobei die Elektrolyseeinheit im Betrieb mit einer elektrischen Elektrolyse-Eingangsleistung gespeist wird,
- einen Wasserstofftank, insbesondere als Langzeitenergiespeicher, der mit der Brennstoffzelleneinheit und der Elektrolyseeinheit wenigstens zeitweise fluidverbunden ist und zum Speichern von mittels der Elektrolyseeinheit zu erzeugendem und durch die Brennstoffzelleneinheit zu verbrauchendem Wasserstoff ausgebildet ist,
- eine Speicher-Batterieeinheit, insbesondere als Kurzzeitenergiespeicher, die elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt verbunden oder zu verbinden ist, so dass eine elektrische PV-Leistung und eine elektrische Brennstoffzellen-Leistung in die Speicher-Batterieeinheit eingespeichert werden kann und eine elektrische Elektrolyse-Eingangsleistung und eine Verbrauchs-Leistung aus der Speicher-Batterieeinheit entnommen werden können; und
- ein Steuermodul zum Steuern der Hausenergieanlage.

Das Energiesystem kann als reines Innensystem aufgestellt werden und saugt die Luft im Aufstellraum an und gibt diese auch wieder in den selbigen ab.
Ein wie vorstehend beschriebenes erfindungsgemäßes erfindungsgemäßen Energiesystem, welches modulartig aufgebaut ist, kann auf einfache Weise, insbesondere durch Hinzufügen und/oder Entfernen einzelner Module, an sich verändernde Gegebenheiten angepasst werden, beispielsweise bei einer Veränderung der Verbräuche, bei einer Vergrößerung der den elektrischen Strom produzierenden Anlagen, beispielsweise einer PV-Anlage, einer Windkraftanlage oder einer anderen Anlage, bei einem sich ändernden Versorgungswunsch, etwa wenn eine Autarkie angestrebt wird, und dergleichen. Damit kann durch das erfindungsgemäße Energiesystem eine Nachhaltigkeit geschaffen werden. Mit dem Ausbau der regenerativen Energien und der Industrialisierung bei der Herstellung dieser Technik sind die Gestehungskosten und das daraus resultierende örtliche Überangebot an beispielsweise Sonnenstrom oder Windstrom attraktiv, um den auf diese Weise erzeugten elektrischen Strom zwischenzuspeichern und bedarfsgerecht wieder abzugeben. Dabei wird in Kurzzeitspeicherung und Langzeitspeicherung unterschieden. Kurzzeitspeicherung zeichnet sich hier vorzugsweise dadurch aus, dass die Überschussenergie meist für wenige Stunden zwischengespeichert wird und dann bedarfsgerecht, beispielsweise nachts, wenn keine Sonne scheint, wieder abgegeben werden kann. Die Langzeitspeicherung von Wasserstoff ermöglicht, dass dieser über sehr lange Zeiträume gespeichert werden kann, ohne dass es dabei zu Verlusten kommt. Dennoch ist immer eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet, die insbesondere bei der Verwendung von Wasserstoff eine zentrale Herausforderung darstellt.
Bei der Verwendung von nicht - odorierten Wasserstoff, der somit als geruchsloses Gas vorliegt, ist eine erhöhte Anforderung an den allgemeinen Umgang und vor allem durch konstruktive Maßnahmen betriebsbedingt erforderlich.
Grundsätzlich werden Wasserstoff-Module wie Brennstoffzellenmodule und Elektrolysemodule belüftet. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt dies durch eine erzwungene Strömung, vorzugsweise mittels eines Gebläses. Dieses hat, neben der Zufuhr von Luftsauerstoff, teilweise die Aufgabe, als Kühlmittel und als Verdünnungsvolumenstrom von Schadgasen, wie es das geruchslose Gas H₂ sein kann, zu wirken.
Vorzugsweise wird das Gebläse vor den Wasserstoff-Modulen platziert. Dadurch herrscht in den Modulen ein Überdruck gegenüber dem Aufstellungsraum: Dieser Überdruck ist sehr dienlich, wenn Schadgase aus diverseren Ursachen heraus sicher nach außen abgeführt werden müssen.
Ein Nachteil von herkömmlichen Wasserstoffmodulen mit vertikalen Auflagedichtungen und einem inneren Überdruck gegenüber der Umgebung ist, dass bei äußeren Undichtigkeiten, die schnell einmal bei Verkanteten von installierten Modulen auftreten können, dass eventuell H₂ -Schadgasbehaftete Luft aus dem Inneren des Moduls in den Aufstellraum austreten kann.
Um dies zu vermeiden, wird gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Energiesystems auf Dichtigkeit und/oder Störungen bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 19 aufweist.
Das Energiesystem weist folgende Komponenten auf: eine Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul, die in Form einer Brennstoffzelleneinrichtung mit wenigstens einem Brennstoffzellenmodul ausgebildet ist, eine Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul, die in Form einer Elektrolyseeinrichtung mit wenigstens einem Elektrolysemodul ausgebildet ist, und ein Lüftungssystem zur Bereitstellung von Luft und/oder Abwärme für das Energiesystem aufweist, mit:

einem Luftverteilungskanal, wobei der Luftverteilungskanal wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Verteilungsöffnungen aufweist, wobei jeweils eine Verteilungsöffnung als strömungstechnische Schnittstelle zur Eingangsseite wenigstens eines Wasserstoff-Moduls wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist,
und mit einem Luftsammelkanal, wobei der Luftsammelkanal wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Sammelöffnungen aufweist, wobei jeweils eine Sammelöffnung als strömungstechnische Schnittstelle zur Ausgangsseite wenigstens eines Wasserstoff-Moduls wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist,
wobei das wenigstens eine Wasserstoff-Modul aufgrund seines Eigengewichts nach dem Prinzip der Selbstabdichtung durch Schwerkraft mit dem Luftverteilungskanal und/oder mit dem Luftsammelkanal verbunden ist.

Das Verfahren ist insbesondere zur Überwachung eines Energiesystems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Hinsichtlich des Ablaufs des Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle vollinhaltlich auch auf die Ausführungen zum ersten Erfindungsaspekt und auf die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen und verwiesen.
Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

• in einer Steuereinrichtung des Energiesystems werden, insbesondere kontinuierlich, Daten von einzelnen Komponenten des Energiesystems empfangen und in Relation zueinander gesetzt und/oder mit Referenzwerten verglichen;
• aus den in Relation zueinander gesetzten Daten werden in der Steuereinrichtung Informationen bezüglich der Dichtigkeit und/oder bezüglich Störungen der Wasserstoffeinrichtungen und des Lüftungssystems erzeugt.

Nachfolgend wird eine Gruppe von geeigneten Daten beschrieben, wobei diese Daten entweder einzeln oder aber in jeder beliebigen Kombination zum Einsatz kommen können. Beispielsweise werden mittels einer Druckmesseinrichtung, die dem Luftsammelkanal zugeordnet ist, Druckwerte im Luftsammelkanal ermittelt und an die Steuereinrichtung übertragen, und/oder mittels einer Druckmesseinrichtung, die dem Luftverteilungskanal zugeordnet ist, werden Druckwerte im Luftverteilungskanal ermittelt und an die Steuereinrichtung übertragen, und/oder mittels einer Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Gebläses, wird die Drehzahl des Gebläses, welches dem Luftverteilungskanal zugeordnet ist, ermittelt und an die Steuereinrichtung übertragen, und/oder es wird die Stellung einer Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung des Luftsammelkanals ermittelt und an die Steuereinrichtung übertragen, und/oder es wird die Stellung einer Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung des Luftverteilungskanals ermittelt und an die Steuereinrichtung übertragen, und/oder es wird die Stellung einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen des Übergangs zwischen dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul und dem Luftverteilungskanal ermittelt und an die Steuereinrichtung übertragen, und/oder es wird die Stellung einer Vorrichtung zum Öffnen und Schließen des Übergangs zwischen dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul und dem Luftsammelkanal ermittelt und an die Steuereinrichtung übertragen. Die Erfindung ist nicht auf diese konkret genannten Beispiele beschränkt.
In einem bevorzugten Verfahrensprinzip werden die Module von unten nach oben Luft durchflutet und ausschließlich vertikal durch das jeweilige Eigengewicht auf vorzugsweise einer umlaufenden Blechkante in ein darunter oder darüber liegende Dichtung durch das Schwerkraftprinzip durch Eindringen in einen Dichtungsstoff, vorzugsweise eine Schaumdichtung selbstabdichtend abgedichtet.
Dabei sind die Module vorzugsweise im Eigengewicht so groß, das die durch den inneren Überdruck der Gravitation entgegenwirkende Kraft niemals überschritten wird. Typische Maximalwerte betragen hier in der Spitze maximal rund P_D = 500 Pa = 500 N/m². Dies kann wie folgt mit einem Kräftegleichgewicht beschrieben werden: $F_{g} [N] > = F_{d} [N] = m [kg] * g [{m/s}^{2}] > = P_{d} * A [m^{2}]$
Neben der Einhaltung des Gewichtes kann dies auch auf eine Auswahl des Gebläses mit einem maximal möglichen Überdruck von z.B. 400 Pa eingehalten werden. Bei 500 Pa und 1m² Dichtfläche hätten die Module bereits 51kg notwendiges Eigengewicht. Dies stellt dann einen konstruktiven Schutz für Undichtigkeitsvermeidung dar.
Ein weiterer Punkt des obigen konstruktiven Dichtigkeitsprinzip stellt dabei ein im Inneren mittig ausgerichteter Schwerpunkt des jeweilige Gesamtmoduls dar. Dadurch ist gewährleistet, dass die Gewichtskraft Fg[N] immer gleichmäßig über die gesamte Dichtfläche verteilt wird. Selbst schräg eingesetzte Module dichten so selbstständig in einer darunter oder darüber liegenden Dichtung, beispielsweise einer Schaumdichtung, automatisch ab.
Durch dieses Prinzip können auch sehr leicht Module von links nach rechts oder anderweitig in ihrer Position in Bezug zu dem Luftverteilungskanal vertauscht werden, wenn dies zum Beispiel als „Links“ oder „Rechts“ Version aufgebaut werden soll oder es eine Erweiterung, um Module gibt. Das grundlegende Dichtprinzip bleibt erhalten, bei Bedarf wird die Dichtung getauscht.
Ein System mit gravitativen Dichtheitsprinzip zeichnet sich daher in einer bevorzugten Ausführungsform durch eine waagerecht, umlaufende Dichtung mit dem „scharfe Kante“ Eindring-Prinzip aus. Auf vertikale Dichtungen kann weitgehend verzichtet werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses gravitative Dichtigkeitsprinzip um eine, insbesondere kontinuierliche, messtechnische Überwachung erweitert.
Nicht immer ist es möglich, mit reinen waagerechten und umlaufenden Dichtungen auszukommen. Dies ist beispielsweise der Fall bei Wartungsöffnungen einiger Module in der Front oder an der Seite. Ebenso ist aus sicherheitstechnischen Risikoabschätzungen oft eine Redundanz oder eine kontinuierliche Überwachung erforderlich.
Eine sichere Überwachung kann beispielsweise mit dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung realisiert werden, zu dem nachfolgend ein exemplarisches Beispiel beschrieben wird.
Eine Vorrichtung zum Öffnen/Schließen, beispielsweise eine Motor gesteuerte Klappe am Ausgang des Sammelkanals der Wasserstoff-Module ist mit einer Steuereinrichtung, etwa einem Controller, einem Drucksensor im Sammelkanal und der Drehzahl des Gebläses kombiniert. Durch diese messtechnische Verschaltung können eventuelle Undichtigkeiten auf dem Weg zum Ausgang (FOL- Fortluft, draußen) sicher detektiert werden.
Jeder Stellung der Motor gesteuerten Klappe am Ausgang und dem vor der Klappe herrschende Überdruck gegenüber dem Raum kann eine Drehzahl, die nahezu proportional zum Volumenstrom ist, konkret zugeordnet werden.
Daher ist bei einer groben Undichtigkeit nach außen, also zum Beispiel einer offen stehenden Wartungsklappe (Filter vergessen etc.) im Modul, ein Ungleichgewicht gegeben und somit eine Detektion mit der Steuereinrichtung möglich. Würde ein Modul zum Beispiel komplett fehlen, dann würde der Drucksensor nahezu 0 Pa gegenüber der Umgebung haben, selbst bei 100% geschlossener Klappe am Ausgang des zentralen Sammelkanals oberhalb der vertikal angeordneten Module. Ist hingegen der Ausgang der Fortluft bei komplett korrekt installierten Wasserstoffmodulen verschlossen, dann würde der Drucksensor, selbst bei 0 % geschlossener Klappe, den maximalen Druck des Gebläses anzeigen und ein Verstopfen wäre sicher detektiert.
Diese kontinuierliche Diagnosefähigkeit ersetzt dabei die auftretenden semantischen Fehlerquellen, erhöht die Sicherheit neben der obigen konstruktiven Sicherheit durch gravitative Dichtheit, sowie durch kontinuierliche Überwachung durch Redundanz.
Wenn im Luftverteilungskanal ein zweiter Drucksensor verbaut ist und dieser zusätzlich an der Steuereinrichtung angeschlossen ist, dann besteht die Möglichkeit der gezielten Identifikation des jeweiligen undichten Moduls in Abhängigkeit der Modul eigenen motorgesteuerten Klappe und dessen Rückschlagklappe am Ausgang. Dies stellt dabei eine Möglichkeit der Fernüberwachung, bei Fehlbedienung durch Kunden oder externe Installateure zur schnellen Fehlerindikation dar.
Die Erfindung wird nun anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

1 in schematischer Ansicht ein Energiesystem, in dem ein erfindungsgemäßen Lüftungssystem implementiert werden kann;
2 in schematischer Ansicht ein Lüftungssystem, um die das Energiesystem erweitert werden kann; und
3 in schematischer Ansicht die erfindungsgemäße Anordnung von Wasserstoff Modulen in dem Lüftungssystem.

In den 1 und 2 wird zur Verdeutlichung des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung und der Einbettung der Erfindung in einem Energiesystem zunächst ganz allgemein ein Energiesystem 10 vorgestellt und beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann. In 1 wird zunächst der grundsätzliche Aufbau eines solchen Energiesystems 10 beschrieben, wobei das Energiesystem 10 als Gebäudeenergiesystem eingesetzt wird. In 2 ist dargestellt, wie das Energiesystem 10 um ein geeignetes Lüftungssystem 100 ergänzt wird.
Gemäß 1 weist das Energiesystem 10 zunächst ein erstes Untersystem 20 auf, welches als Innensystem ausgebildet ist. Das bedeutet, dass sich das erste Untersystem 20 innerhalb des Gebäudes befindet. Zusätzlich weist das Energiesystem 10 ein zweites Untersystem 30 in Form eines Außensystems auf. Das bedeutet, dass sich das zweite Untersystem 30 außerhalb des Gebäudes befindet.
Das erste Untersystem 20 weist eine Elektrolyseeinrichtung 21 mit wenigstens einem Elektrolysemodul 21a auf, welches zur Herstellung von Wasserstoff bereitgestellt ist. Zudem weist das erste Untersystem 20 eine Brennstoffzelleneinrichtung 22 mit wenigstens einem Brennstoffzellenmodul 22a auf.
Das zweite Untersystem 30 weist eine Hochdruckspeichereinrichtung 31 auf. in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 wird der erzeugte Wasserstoff bei bis zu 700 bar gespeichert. Zusätzlich verfügt das zweite Untersystem 30 über eine Mitteldruckspeichereinrichtung 32, in der der erzeugte Wasserstoff bei Drücken zwischen 20 und 30 bar zwischengespeichert wird, bevor er von dort endgültig in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 gespeichert wird.
Die einzelnen Komponenten des Energiesystems 10 sind über eine Verbindungsleitungseinrichtung 40 miteinander verbunden, die aus einer Anzahl unterschiedlicher Leitungsabschnitte 40a bis 40k besteht.
Zum Spülen der Elektrolyseeinrichtung 21 und/oder der Brennstoffzelleneinrichtung 22 ist eine Spüleinrichtung 23 mit einer Spülkammer vorgesehen, die über einen Leitungsabschnitt 40g mit den beiden vorgenannten Komponenten verbunden ist.
Der in der Elektrolyseeinrichtung 21 mittels Elektrolyse hergestellte Wasserstoff verlässt die Elektrolyseeinrichtung 21 über einen Leitungsabschnitt 40f, welcher in den Leitungsabschnitt 40e übergeht. In den beiden Leitungsabschnitten 40f und 40e befinden sich in Strömungsrichtung des erzeugten Wasserstoffs eine Rückschlagventileinrichtung 24 sowie nachfolgend eine Filtereinrichtung 25 und eine Trocknereinrichtung 26, in denen der erzeugte Wasserstoff gefiltert und getrocknet wird. Die Filtereinrichtung 25 und die Trocknereinrichtung 26 können sich alternativ auch im zweiten Untersystem 30 befinden.
Von der Trocknereinrichtung 26 strömt der erzeugte Wasserstoff über die Leitungsabschnitte 40a und 40c zu einer weiteren Rückschlagventileinrichtung 35, welche ein Ende des Leitungsabschnitts 40c markiert. Von dort strömt der erzeugte Wasserstoff über einen Leitungsabschnitt 40h sowie 40i in den Mitteldruckspeicher 32, welcher über eine Ventileinrichtung 33, die insbesondere als Sperrventil, beispielsweise in Form eines Magnetventils, ausgebildet ist, an einem weiteren Leitungsabschnitt 40j angebunden ist. In dem Leitungsabschnitt 40j, der in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 endet, befindet sich vor der Hochdruckspeichereinrichtung 31 eine Kompressoreinrichtung 34, insbesondere in Form eines Kolbenkompressors. Über die Kompressoreinrichtung 34 wird der erzeugte Wasserstoff in die Hochdruckspeichereinrichtung 31 eingespeichert. Der in der Mitteldruckspeichereinrichtung 32 zwischengespeicherte Wasserstoff wird unter Betätigung der Kompressoreinrichtung 34 in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 eingespeichert.
Dieser Herstellungsvorgang des Wasserstoffs bis hin zu dessen Einspeicherung in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 stellt eine erste Betriebsweise des Energiesystems 10 dar.
Bei dieser ersten Betriebsweise des Energiesystems 10 herrscht in den Leitungsabschnitten 40a bis 40e der Verbindungsleitungseinrichtung 40 ein Druck von 20 bis 60 bar. Ein solcher Druck herrscht auch im Mitteldruckspeicher 32. Über die Kompressoreinrichtung 34 wird der aus der Mitteldruckspeichereinrichtung 32, bei der es sich um einen Zwischenspeicher handelt, entnommene Wasserstoff so weit komprimiert, dass er mit Drücken von bis zu 700 bar in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 eingespeichert werden kann.
Der in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 gespeicherte Wasserstoff wird für den Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 22 verwendet. Der Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 22 erfolgt in der zweiten Betriebsweise des Energiesystems 10. Die Brennstoffzelleneinrichtung 22 kann aber nur bei Drücken kleiner 20 bar arbeiten. In der zweiten Betriebsweise des Energiesystems 10 wird der Wassersoff über einen Leitungsabschnitt 40k aus der Hochdruckspeichereinrichtung 31 entnommen, über eine Entspannungseinrichtung 36 in Form eines Druckminderers auf den erforderlichen Druck entspannt und über einen Leitungsabschnitt 40d in den bidirektionalen Leitungsabschnitt 40a transportiert, von wo aus er über den Leitungsabschnitt 40b in die Brennstoffzelleneinrichtung 22 eintritt. Zur Messung des Drucks ist wenigstes eine Druckmesseinrichtung 41, beispielsweise in Form eines Drucksensors vorgesehen.
Der Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 22 erfordert zudem die Zufuhr von Luft. Diese dient zum einen als Reaktand, vorzugsweise gleichzeitig auch zur Kühlung. Ähnliches gilt auch für die Elektrolyseeinrichtung 21. Denn beim Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung 22 und der Elektrolyseeinrichtung 21 entsteht Wärme, die in Form von Abwärme abgeführt und für weitere Prozesse genutzt werden kann.
Das in 1 dargestellte Energiesystem 10 stellt einen Teilbereich eines Gesamt-Gebäudeenergiesystems dar, bei dem es sich um ein elektrisch autarkes und vollständig auf erneuerbaren Energien beruhendes multihybrides Gebäudeenergiespeichersystem handelt.
Das multihybride Gebäudeenergiespeichersystem ermöglicht es, die von einer Photovoltaik (PV)-Anlage, einer Kleinwindkraftanlage oder dergleichen erzeugte elektrische Energie bedarfsgesteuert auf das gesamte Jahr zu verteilen. Dabei kann das System als Inselsystem unabhängig vom elektrischen Netz oder aber bei Netzausfällen als Ersatzstromversorgung betrieben werden. Die Anlage kann auch die elektrische Autarkie des Gebäudes gewährleisten, sodass über das ganze Jahr hinweg keine elektrische Energie aus dem Stromnetz bezogen werden muss.
Die primäre Aufgabe des Gebäudeenergiesystems ist es, die gewonnene elektrische Energie aus Photovoltaik (PV)-Modulen oder dergleichen dem Verbraucher im Gebäude verfügbar zu machen. Sekundär können bei Zeiten niedriger Last oder hoher Einstrahlung elektrische Energieüberschüsse in einem Batterie-Kurzzeit-Speicher zwischengespeichert werden. Tertiär kann im Wasserstoff-Langzeit-Speicher die elektrische Energie als gasförmiger Wasserstoff für Zeiten niedriger Einstrahlung wie Nacht, Winter oder dergleichen mittel- bis langfristig gespeichert und mittels Brennstoffzelle wieder jederzeit bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden.
Neben energietechnischen Aufgaben fungiert das System auch als kontrollierte Raumlüftung. Bei Brennstoffzellenbetrieb kann die Abwärme der Brennstoffzelleneinrichtung über die kontrollierte Raumlüftung direkt als Wärme an die Frischluft und damit an die Räume abgegeben werden.
Der in der Elektrolyseeinrichtung produzierte Wasserstoff fließt über die Wasserstoffleitung in die außenaufgestellte Druckspeicheranlage.
Bei fehlender oder nicht ausreichender PV-Energie wird Energie aus der Batterie zur Deckung der Verbraucherlast entnommen. Reicht die im Kurzzeitspeicher vorrätige Energie nicht aus, kann die Brennstoffzelleneinrichtung den zusätzlichen elektrischen Energiebedarf decken. Im Brennstoffzellenbetrieb fließt der Wasserstoff über die Wasserstoffleitung aus der Druckspeicheranlage zur Brennstoffzelleneinrichtung.
Das gesamte System wird über ein zentrales elektronisches Steuergerät, den „Energy Manager“ mit einem prädiktiven Energiemanagement derart gesteuert, dass übers Jahr gesehen der Nutzungsgrad der regenerativen Energie, z.B. PV-Energie und/oder Windenergie, bei minimaler Größe der installierten Energiewandler und Energiespeicher optimiert wird.
Das zweite Untersystem ist prinzipiell für den Betrieb im Außenbereich vorgesehen, kann aber unter bestimmten Bedingungen auch innerhalb eines speziellen Bereichs des Gebäudes errichtet und betrieben werden.
Das Energiesystem 10 kann zur effektiven Nutzung einzelner Komponenten oder zur Weiterverwertung einzelner Prozessprodukte mit anderen Systemen oder Teilsystemen verbunden sein. Bei einem dieser weiteren Systeme handelt es sich, wie in 1 schematisch dargestellt ist, um ein Lüftungssystem 100, welches nachfolgend anhand von 2 erläutert wird. Oder aber es handelt sich alternativ oder zusätzlich um eine Wärmepumpeneinrichtung 200. Die Wärmepumpeneinrichtung 200, bei der es sich beispielsweise um eine Luft-Wärmepumpe, insbesondere eine Abluft-Wärmepumpe, um eine Wasser-Wärmepumpe, oder dergleichen handeln kann, kann mit dem Lüftungssystem 100, aber auch mit der Brennstoffzelleneinrichtung 22 oder der Elektrolyseeinrichtung 21 zusammenwirken.
Im Zusammenhang mit 2 wird der grundsätzliche Aufbau eines Lüftungssystems 100 beschrieben, welches zum Zwecke eines modularen Aufbaus mit anderen Komponenten beziehungsweise Modulen des Energiesystems in Verbindung steht und/oder aus einzelnen Modulen besteht. In 2 sind zwei Wasserstoff-Module 131 dargestellt. Wasserstoff Module sind solche Module, die in ihrem Betrieb mit Wasserstoff in Berührung kommen, beispielsweise indem sie Wasserstoff produzieren oder Wasserstoff verbrauchen. im gezeigten Beispiel handelt es sich bei einem Modul um ein Brennstoffzellenmodul 22a, und bei dem zweiten Modul um ein Elektrolysemodul 21 a, wie auch aus 1 ersichtlich. Weiterhin ist weiteres Modul 132 angedeutet, welches nicht mit Wasserstoff in Berührung kommt. Bei diesem handelt sich beispielsweise um ein Modul zur Aufbereitung und Bereitstellung von demineralisiertem Wasser und/oder um Module zur Trocknung und/oder Reinigung von zu speicherndem Wassersoff oder zur Verdünnung von wasserstoffhaltigen Spülgasen.
Das Lüftungssystem 100 weist zunächst einen Luftverteilungskanal 101 auf, bei dem es sich ebenfalls um ein Modul handeln kann, in dem im Bereich eines ersten Endes 103 ein zentrales Gebläse 105 angeordnet ist. In der Seitenwandung 110 des Luftverteilungskanals 101 sind Verteilungsöffnungen 102 ausgebildet, wobei jeweils eine Verteilungsöffnung 102 mit dem Eingang eines Wasserstoff-Moduls 131 zusammenwirkt. Gegebenenfalls gilt dies auch für das weitere Modul 132, aber nur, wenn dieses, beispielsweise zu Kühlzwecken, von Luft durchströmt werden soll. Verschließbar sind die Übergange zwischen den Verteilungsöffnungen 102 und den Modulen 131, 132, beispielsweise die Verteilungsöffnungen 102 oder entsprechende Eingangsöffnungen in den Modulen 131, 132 über entsprechende Vorrichtungen 133 zum Öffnen und/oder Schließen der Öffnungen, die im gezeigten Beispiel als Motor-getriebene Klappen ausgebildet sind. Am zweiten Ende 104 des Luftverteilungskanals 101 befindet sich eine Luftausgangsöffnung 117, die zur direkten Abfuhr 118 von Luft aus dem Luftverteilungskanal 101 dient, und die mittels einer Vorrichtung 119 zum Öffnen und/oder Schließen der Luftaustrittsöffnung, beispielsweise in Form einer Motor-getriebenen Klappe, versehen ist.
Im Bereich des ersten Endes 103 des Luftverteilungskanals 101 ist dieser über eine Lufteingangsöffnung 120 mit einem Luftzufuhrkanal 122 verbunden. Für das Lüftungssystem 100 bereitgestellte Luft, bei der es sich beispielsweise um Außenluft, Abluft aus anderen Prozessen oder dergleichen handelt, wird als Zufuhr 121 von Luft in den Luftzufuhrkanal 122 eingeführt und tritt über die Lufteingangsöffnung 120 in den Luftverteilungskanal101 ein. Bei entsprechend geöffneten Vorrichtungen 133 zum Öffnen und/oder Schließen der Verteilungsöffnungen 102 strömt die Luft, unterstützt durch das Gebläse 105, anschließend über die Verteilungsöffnungen 102 in die Wasserstoff-Module 131, 21a, 22a.
Ausgangsseitig sind die Wasserstoff-Module 131, 21a, 22a, und gegebenenfalls das weitere Modul 132, mit einem Luftsammelkanal 106 verbunden. In dessen Seitenwandung 111 befinden sich zu den Modulen 131, 21a, 22a korrespondierende Sammelöffnungen 107. Die die Module 131, 21a, 22a durchströmende Luft nimmt in den Modulen entstehende Abwärme auf und transportiert diese Modul-ausgangsseitig über die Sammelöffnungen 107 in den Luftsammelkanal 106 ab. Verschließbar sind die Übergänge zwischen den Modulen und den Sammelöffnungen 107 über entsprechende Vorrichtungen 134 zum Öffnen und/oder Schließen dieser Übergange, die im gezeigten Beispiel als Rückschlagklappen ausgebildet sind.
Der Luftsammelkanal 106 weist ein erstes Ende 108 und ein zweites Ende 109 auf. Am zweiten Ende 109 befindet sich eine zweite Luftausgansöffnung 114, über die eine Abfuhr 115 von Luft und/oder Abwärme aus dem Sammelkanal 106 erfolgt, hin zu anderen Komponenten des Energiesystems zur dortigen weiteren Verwendung. Verschlossen werden kann die zweite Luftausgangsöffnung 114 über eine zweite Vorrichtung 116 zum Öffnen und/oder Schließen der zweiten Luftausgangsöffnung 114, die beispielsweise als Motor-getriebene Klappe ausgebildet ist.
Am ersten Ende 108 des Luftsammelkanals 106 befindet sich eine erste Luftausgangsöffnung 124, über die der Luftsammelkanal 106 mit einem Luftrezirkulationskanal 123 verbunden ist. Über diesen Luftrezirkulationskanal 123 kann Luft und Abwärme aus dem Luftsammelkanal 106 zur Vorwärmung der für den Luftverteilungskanal 101 vorgesehenen Zufuhr 121 von Luft genutzt werden. Verschließbar ist die erste Luftausgangsöffnung 124 des Luftsammelkanals 106 über eine erste Vorrichtung 125 zum Öffnen und/oder Schließen der ersten Luftausgangsöffnung 124, die beispielsweise als Motor-getriebene Klappe ausgebildet ist. Der Luftrezirkulationskanal 123 kann entweder durch den Luftzufuhrkanal 122 bereitgestellt werden, oder unabhängig von diesem ausgebildet sein und beispielsweise parallel zu diesem geführt sein. Mithilfe der Rezirkulation der aus den Modulen 131, 21a, 22a in den Sammelkanal 106 transportierten Abwärme kann ein nahezu frostfreier Betrieb sichergestellt werden. Dabei wird die warme Luft hinter den Abwärme-generierenden Modulen 131, 21a, 22a rezirkuliert und so die Eintrittstemperatur vor den Modulen, beispielsweise auf mindestens vier Grad, angehoben.
Weiterhin ist im Bereich des ersten Endes 108 des Luftsammelkanals 106 ein Zweitluftkanal 126 realisiert, der über eine dritte Luftausgangsöffnung 124 mit dem Luftsammelkanal 106 verbunden ist. Verschlossen werden kann die dritte Luftausgangsöffnung 127 an der Eingangsseite 128 des Zweitluftkanals 126 mit einer dritten Vorrichtung 129 zum Öffnen und/oder Schließen der dritten Luftausgangsöffnung 127, die beispielsweise als Motor-getriebene Klappe ausgebildet ist. An der Ausgangsseite 130 des Zweitluftkanals 126 mündet dieser in den Luftverteilungskanal 101.
Um das Gebläse 105 in geeigneter Weise steuern zu können, damit genügend Luft den Sammelkanal 106 erreicht, ist eine Steuereinrichtung 150 vorgesehen, die mit dem Gebläse 105. Weiterhin ist die Steuereinrichtung mit einer dem Sammelkanal 106 zugeordneten Druckmesseinrichtung 113, beispielsweise in Form eines Drucksensorelements, und/oder einer dem Verteilungskanal 101 zugeordneten Druckmesseinrichtung 112, beispielsweise in Form eines Drucksensorelements, verbunden. Die Verbindung erfolgt über geeignete Schnittstellen 151, 152 und 153. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 150 über eine Schnittstelle 154 mit der Vorrichtung 116 zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung 114 des Luftsammelkanals 106 verbunden sein, gegebenenfalls in entsprechender Weise mit der Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung 117 des Luftverteilungskanals 102. Ebenso können die Vorrichtungen 133, 134 zum Öffnen und/oder Schließen des Übergangs zwischen dem Wasserstoff-Modul 131 und dem Luftverteilungskanal 102 beziehungsweise Luftsammelkanal 106 über geeignete Schnittstellen (nicht dargestellt) mit der Steuereinrichtung 150 verbunden sein. Auf diese Weise können Druckmesswerte und/oder Werte bezüglich der Stellung der Vorrichtungen 116, 119, 133, 134 zum Öffnen und/oder Schießen an die Steuereinrichtung 150 übertagen und dort weiterverarbeitet werden, beispielsweis um Informationen bezüglich der Dichtigkeit und/oder Störungen der WasserstoffModule 131 und des Lüftungssystems 100 erzeugen zu können. Zusätzlich ist die Steuereinrichtung 150 über eine Schnittstelle 155 mit einer Zentrale 156 verbunden. Dies ermöglicht insbesondere eine zum Lüftungssystem 100 externe Steuerung, beispielsweise eine Remote-Steuerung, etwa zum Zwecke einer Fernwartung.
Die Anzahl der Verteilungsöffnungen 102 und der Sammelöffnungen 107 entspricht der Anzahl der Module 131, 21a, 22a, 132, die mit dem Luftverteilungskanal 101 und dem Luftsammelkanal 106 verbunden werden können. Um eine modulare Erweiterung durch Hinzufügen einzelner Module zu ermöglichen, sind der Luftverteilungskanal 101 und der Luftsammelkanal 106 längenveränderlich ausgebildet. Beispielsweise sind der Luftverteilungskanal 101 und der Luftsammelkanal 106 aus einer Anzahl wahlweise miteinander verbindbarer Kanalelemente gebildet. Die einzelnen Kanalelemente werden in geeigneter Weise miteinander verbunden, beispielsweise ineinandergesteckt, über Verbindungsstücke miteinander verbunden, oder dergleichen. Jedes Kanalelement verfügt dabei vorzugsweise über wenigstens eine Verteilungsöffnung 102 beziehungsweise Sammelöffnung 107 In anderer Ausgestaltung sind der Luftverteilungskanal 101 und der Luftsammelkanal 106 teleskopartig ausziehbar. Bei einer solchen längenveränderlichen Ausgestaltung wird die Länge der Kanäle auf die Anzahl der angeschlossenen Module angepasst. Bei einer modulartigen Erweiterung werden die Kanäle entsprechend verlängert, bei einer Reduzierung von Modulen entsprechend verkürzt.
Im Zusammenhang mit 3 wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, wie die einzelnen Module 131, 132 auf einfache Weise in dem Luftsammelsystem 100 angeordnet werden können.
In 3 ist schematisch zunächst der Luftverteilungskanal 101 dargestellt, der wenigstens eine Verteilungsöffnung 102 aufweist. Die Seitenwandung 110 des Luftverteilungskanals 101 weist eine obere Kante 143 auf, an der ein waagerecht umlaufendes Dichtungselement 145 in Form einer Eindringdichtung, etwa einer Schaumdichtung, angeordnet oder ausgebildet ist. Im Wege einer Selbstabdichtung durch Schwerkraft werden die Wasserstoff-Module 131, 22a, 21a sowie das weitere Modul 132 auf dem Dichtungselement 145 aufgesetzt, wodurch diese in das Dichtungselement 145 eindringen. Die Module 131, 21a, 22a, 132 weisen jeweils ein Gehäuse 139 auf, in dem die jeweiligen Modulkomponenten angeordnet sind, und zwar derart, dass das die Module jeweils einen mittigen Schwerpunkt 146 haben. Die Gehäuse 139 der Module weisen jeweils eine Gehäusewand 140 auf. Mit der unteren Gehäusekante 141, die sich im Eingangsbereich 135 des Moduls befindet und die eine Eingangsseite 136 des Moduls begrenzt, und die insoweit eine nur kleine Fläche darstellt, drücken die Module aufgrund ihres Eigengewichts durch die Schwerkraft auf das Dichtungselement 145, wodurch eine wasserstoffsichere Abdichtung erzielt wird. Das liegt vor allem auch daran, dass aufgrund des mittigen Schwerpunkts 146 die Kräfte gleichmäßig auf die Gehäusekante 141 verteilt werden.
In ähnlicher Weise kann eine Abdichtung der Module 131, 21a, 22a, 132 nach oben in Bezug zum Luftsammelkanal 106 erreicht werden. Dieser weist eine oder mehrere Sammelöffnungen 107 in einem Bereich auf, der von der Seitenwandung 111 des Luftsammelkanals 106 begrenzt wird. An der unteren Kante 144 des Luftsammelkanals 106 befindet sich ebenfalls ein Dichtungselement 145. Der Luftsammelkanal 106 wird von oben auf die Module 131, 21a, 22a, 132 aufgesetzt, wodurch die obere Kante 142 der Module, die sich an der Ausgangsseite 137 der Module befindet und eine Ausgangsöffnung 138 der Module begrenzt, in das Dichtungselement 145 eindringt.
Das in 3 dargestellte Lüftungssystem 100 hat einen vertikalen Aufbau, wobei die Luft vom Luftverteilungskanal 101 kommend, von unten durch die Module 131, 21a, 22a, 132 vertikal nach oben strömt und diese oben über den Luftsammelkanal 106 verlässt.
Bezugszeichenliste

10: Energiesystem (Gebäudeenergiesystem)
20: Erstes Untersystem (Innensystem)
21: Elektrolyseeinrichtung
21a: Elektrolysemodul
22: Brennstoffzelleneinrichtung
22a: Brennstoffzellenmodul
23: Spüleinrichtung (Spülkammer)
24: Rückschlagventileinrichtung
25: Filtereinrichtung
26: Trocknereinrichtung
30: Zweites Untersystem (Außensystem)
31: Hochdruckspeichereinrichtung
32: Mitteldruckspeichereinrichtung
33: Ventileinrichtung
34: Kompressoreinrichtung
35: Rückschlagventileinrichtung
36: Entspannungsvorrichtung (Druckminderer)
40: Verbindungsleitungseinrichtung
40a bis 40k: Leitungsabschnitt
41: Druckmessvorrichtung
100: Lüftungssystem
101: Luftverteilungskanal
102: Verteilungsöffnung
103: Erstes Ende des Luftverteilungskanals
104: Zweites Ende des Luftverteilungskanals
105: Gebläse
106: Luftsammelkanal
107: Sammelöffnung
108: Erstes Ende des Luftsammelkanals
109: Zweites Ende des Luftsammelkanals
110: Seitenwandung des Luftverteilungskanals
111: Seitenwandung des Luftsammelkanals
112: Druckmesseinrichtung
113: Druckmesseinrichtung
114: Zweite Luftausgangsöffnung des Luftsammelkanals
115: Abfuhr von Luft und/oder Abwärme
116: Zweite Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der zweiten Luftausgangsöffnung des Luftsammelkanals
117: Luftausgangsöffnung des Luftverteilungskanals
118: Abfuhr von Luft
119: Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung des Luftverteilungskanals
120: Lufteingangsöffnung des Luftverteilungskanals
121: Zufuhr von Luft
122: Luftzufuhrkanal
123: Luftrezirkulationskanal
124: Erste Luftausgangsöffnung des Luftsammelkanals
125: Erste Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der ersten Luftausgangsöffnung des Luftsammelkanals
126: Zweitluftkanal
127: Dritte Luftausgangsöffnung des Luftsammelkanals
128: Eingangsseite des Zweitluftkanals
129: Dritte Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen der dritten Luftausgangsöffnung des Luftsammelkanals
130: Ausgangsseite des Zweitluftkanals
131: Wasserstoff-Modul
132: Modul
133: Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen des Übergangs zwischen Wasserstoff-Modul und Luftverteilungskanal (Motor-getriebe Klappe)
134: Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen des Übergangs zwischen Wasserstoff-Modul und Luftsammelkanal (Rückschlagklappe)
135: Eingangsseite des Wasserstoff-Moduls
136: Eingangsöffnung des Wasserstoff-Moduls
137: Ausgangsseite des Wasserstoff-Moduls
138: Ausgangsöffnung des Wasserstoff-Moduls
139: Gehäuse des WasserstoffModuls
140: Gehäusewand des Wasserstoff-Moduls
141: Untere Gehäusekante des Wasserstoff-Moduls
142: Obere Gehäusekante des WasserstoffModuls
143: Obere Kante des Luftverteilungskanals
144: Untere Kante des Luftsammelkanals
145: Dichtungselement (Eindringdichtung)
146: Modul-Schwerpunkt
150: Steuereinrichtung
151: Schnittstelle
152: Schnittstelle
153: Schnittstelle
154: Schnittstelle
155: Schnittstelle
156: Zentrale
200: Wärmepumpeneinrichtung

Claims

Energiesystem (10), insbesondere Gebäudeenergiesystem, aufweisend eine Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul (131), die in Form einer Brennstoffzelleneinrichtung (22) mit wenigstens einem Brennstoffzellenmodul (22a) ausgebildet ist, eine Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul (131), die in Form einer Elektrolyseeinrichtung (21) mit wenigstens einem Elektrolysemodul (21a) ausgebildet ist, und ein Lüftungssystem (100) zur Bereitstellung von Luft und/oder Abwärme für das Energiesystem (10), mit: einem Luftverteilungskanal (101), wobei der Luftverteilungskanal (101) wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Verteilungsöffnungen (102) aufweist, wobei jeweils eine Verteilungsöffnung (102) als strömungstechnische Schnittstelle zur Eingangsseite (135) wenigstens eines Wasserstoff-Moduls (131) wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist, und mit einem Luftsammelkanal (106), wobei der Luftsammelkanal (106) wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Sammelöffnungen (107) aufweist, wobei jeweils eine Sammelöffnung (107) als strömungstechnische Schnittstelle zur Ausgangsseite (137) wenigstens eines Wasserstoff-Moduls (131) wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist, sowie weiterhin aufweisend, dass das wenigstens eine Wasserstoff-Modul (131) aufgrund seines Eigengewichts nach dem Prinzip der Selbstabdichtung durch Schwerkraft mit dem Luftverteilungskanal (101) und/oder mit dem Luftsammelkanal (106) verbunden ist.
Energiesystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wasserstoff-Modul (131), insbesondere vertikal, zwischen dem Luftverteilungskanal (101) und dem Luftsammelkanal (106) angeordnet ist.
Energiesystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wasserstoff-Modul (131) ein Gehäuse (139) aufweist, dass das Gehäuse (139) eine Gehäusewand (140) mit einer unteren Gehäusewandkante (141) und einer oberen Gehäusewandkante (142) aufweist, und dass die untere Gehäusewandkante (141) und/oder die obere Gehäusewandkante (142) eine Dichtfläche in Bezug auf den Luftverteilungskanal (101) und/oder den Luftsammelkanal (106) bilden.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverteilungskanal (101) eine obere Kante (143) aufweist, welche dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul (131) zugewandt ist, und/oder dass der Luftsammelkanal (106) wenigstens eine untere Kante (144) aufweist, welche dem wenigstens einen Wasserstoff Modul (131) zugewandt ist, und dass die obere Kante (143) des Luftverteilungskanals (101) und/oder die untere Kante (144) des Luftsammelkanals (106) eine Dichtfläche in Bezug auf das wenigstens eine Wasserstoff-Modul (131) bildet/bilden.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Luftverteilungskanal (101) und dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul (131), und/oder zwischen dem Luftsammelkanal (106) und dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul (131) ein Dichtungselement (145) bereitgestellt ist, und dass das Dichtungselement (145) optional als Eindring-Dichtungselement, vorzugsweise als Schaum-Dichtungselement, ausgebildet ist.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wasserstoff-Modul (131) einen mittigen Schwerpunkt (146) aufweist.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eigengewicht des wenigstens einen Wasserstoff-Moduls (131) größer ist als der maximale innere Überdruck innerhalb des Wasserstoff-Moduls (131) multipliziert mit der in Schwerkraftrichtung wirksamen Fläche, welcher der Schwerkraft entgegenwirkt.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wasserstoff-Modul (131) an einer Eingangsseite (135) wenigstens eine Eingangsöffnung (136) und an einer Ausgangsseite (137) wenigstens eine Ausgangsöffnung (138) aufweist, dass die Eingangsöffnung (136) mit der wenigstens einen Verteilungsöffnung (102) des Luftverteilungskanals (101) zusammenwirkt, und dass die Ausgangsöffnung (138) mit der wenigstens einen Sammelöffnung (107) des Luftsammelkanals (106) zusammenwirkt.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (133) zum Öffnen und Schließen des Übergangs zwischen dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul (131) und dem Luftverteilungskanal (101), und/oder durch eine Vorrichtung (134) zum Öffnen und Schließen des Übergangs zwischen dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul (131) und dem Luftsammelkanal (106).
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverteilungskanal (101) ein erstes Ende (103) und ein dem ersten Ende (103) gegenüberliegendes zweites Ende (104) aufweist, und dass die wenigstens eine Verteilungsöffnung (102) zwischen dem ersten Ende (103) und dem zweiten Ende (104) im Luftverteilungskanal (101) ausgebildet ist, und/oder dass der Luftsammelkanal (106) ein erstes Ende (108) und ein dem ersten Ende (108) gegenüberliegendes zweites Ende (109) aufweist, und wobei die wenigstens eine Sammelöffnung (107) zwischen dem ersten Ende (108) und dem zweiten Ende (109) im Luftsammelkanal (106) ausgebildet ist.
Energiesystem (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftsammelkanal (106) am zweiten Ende (109) eine Luftausgangsöffnung (114) aufweist, und dass eine Vorrichtung (116) zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung (114) bereitgestellt ist, und/oder dass der Luftverteilungskanal (101) am zweiten Ende (104) eine Luftausgangsöffnung (117) aufweist, und dass eine Vorrichtung (119) zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung (117) bereitgestellt ist.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftverteilungskanal (101) und/oder in dem Luftsammelkanal (106) wenigstens ein Gebläse (105) angeordnet ist/sind oder dem Luftverteilungskanal (101) und/oder dem Luftsammelkanal (106) ein solches Gebläse (105) zugeordnet ist.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Luftverteilungskanal (101) eine Druckmesseinrichtung (112) zugeordnet ist, und/oder dass dem Luftsammelkanal (106) eine Druckmesseinrichtung (113) zugeordnet ist, und/oder dass dem Gebläse (105) eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Gebläses (105) zugeordnet ist.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (150), die zur Steuerung zumindest einzelner Komponenten des Energiesystems (10) bereitgestellt ist.
Energiesystem (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (150) eine Schnittstelle (151, 152) zu der wenigstens einen Druckmesseinrichtung (112, 113) aufweist, und/oder dass die Steuereinrichtung (150) eine Schnittstelle (153) zu der Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Gebläses (105) aufweist, und/oder dass die Steuereinrichtung (150) eine Schnittstelle (154) zur Vorrichtung (116) zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung (114) des Luftsammelkanals (106) aufweist, und/oder dass die Steuereinrichtung (150) optional eine Schnittstelle (155) zu einer Zentrale (156) aufweist.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftungssystem (100), insbesondere der Luftverteilungskanal (101) und/oder der Luftsammelkanal (106), mit einer Lüftungseinrichtung verbunden ist/sind oder eine Schnittstelle zu einer Lüftungseinrichtung aufweist/aufweisen.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wasserstoff-Modul (131) und/oder das Lüftungssystem (100), insbesondere der Luftverteilungskanal (101) und/oder der Luftsammelkanal (106), mit einer Wärmepumpeneinrichtung (200) verbunden ist/sind oder eine Schnittstelle zu einer Wärmepumpeneinrichtung (200) aufweist/aufweisen.
Energiesystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als modular aufgebautes Energiesystem (10) zur Gestaltung eines aus Einzelkomponenten aufgebauten Gesamtsystems, insbesondere eines Gebäudeenergiesystems, ausgebildet ist.
Verfahren zur Überwachung eines Energiesystems (10) auf Dichtigkeit und/oder Störungen, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Energiesystem (10) folgende Komponenten aufweist: eine Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul (131), die in Form einer Brennstoffzelleneinrichtung (22) mit wenigstens einem Brennstoffzellenmodul (22a) ausgebildet ist, eine Wasserstoffeinrichtung mit wenigstens einem Wasserstoff-Modul (131), die in Form einer Elektrolyseeinrichtung (21) mit wenigstens einem Elektrolysemodul (21a) ausgebildet ist, und ein Lüftungssystem (100) zur Bereitstellung von Luft und/oder Abwärme für das Energiesystem (10) aufweist, mit: einem Luftverteilungskanal (101), wobei der Luftverteilungskanal (101) wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Verteilungsöffnungen (102) aufweist, wobei jeweils eine Verteilungsöffnung (102) als strömungstechnische Schnittstelle zur Eingangsseite (135) wenigstens eines Wasserstoff-Moduls (131) wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist, und mit einem Luftsammelkanal (106), wobei der Luftsammelkanal (106) wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, Sammelöffnungen (107) aufweist, wobei jeweils eine Sammelöffnung (107) als strömungstechnische Schnittstelle zur Ausgangsseite (137) wenigstens eines Wasserstoff-Moduls (131) wenigstens einer Wasserstoffeinrichtung ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Wasserstoff-Modul (131) aufgrund seines Eigengewichts nach dem Prinzip der Selbstabdichtung durch Schwerkraft mit dem Luftverteilungskanal (101) und/oder mit dem Luftsammelkanal (106) verbunden ist, insbesondere Verfahren zur Überwachung eines Energiesystems (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch folgende Schritte: in einer Steuereinrichtung (150) des Energiesystems (10) werden, insbesondere kontinuierlich, Daten von einzelnen Komponenten des Energiesystems (10) empfangen und in Relation zueinander gesetzt und/oder mit Referenzwerten verglichen; aus den in Relation zueinander gesetzten Daten werden in der Steuereinrichtung (150) Informationen bezüglich der Dichtigkeit und/oder bezüglich Störungen der Wasserstoffeinrichtungen, insbesondere der Wasserstoff-Module (31) und des Lüftungssystems (10), erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Druckmesseinrichtung (113), die dem Luftsammelkanal (106) zugeordnet ist, Druckwerte im Luftsammelkanal (106) ermittelt und an die Steuereinrichtung (150) übertragen werden, und/oder dass mittels einer Druckmesseinrichtung (112), die dem Luftverteilungskanal (101) zugeordnet ist, Druckwerte im Luftverteilungskanal (101) ermittelt und an die Steuereinrichtung (150) übertragen werden, und/oder dass mittels einer Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Gebläses (105), die Drehzahl des Gebläses (105), welches dem Luftverteilungskanal (101) zugeordnet ist, ermittelt und an die Steuereinrichtung (150) übertragen wird, und/oder dass die Stellung einer Vorrichtung (116) zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung (114) des Luftsammelkanals (106) ermittelt und an die Steuereinrichtung (150) übertragen wird, und/oder dass die Stellung einer Vorrichtung (119) zum Öffnen und/oder Schließen der Luftausgangsöffnung (117) des Luftverteilungskanals (101) ermittelt und an die Steuereinrichtung (150) übertragen wird, und/oder dass die Stellung einer Vorrichtung (133) zum Öffnen und Schließen des Übergangs zwischen dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul (131) und dem Luftverteilungskanal (101) ermittelt und an die Steuereinrichtung (150) übertragen wird, und/oder dass die Stellung einer Vorrichtung (1834) zum Öffnen und Schließen des Übergangs zwischen dem wenigstens einen Wasserstoff-Modul (8131) und dem Luftsammelkanal (106) ermittelt und an die Steuereinrichtung (150) übertragen wird.