DE10340891A1

DE10340891A1 - Heizungsanlage

Info

Publication number: DE10340891A1
Application number: DE10340891A
Authority: DE
Inventors: Klaus Götz; Wolfgang Noll
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2003-08-30
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Eine Heizungsanlage verfügt über ein Brennstoffzellenheizgerät (1), einen Warmwasserspeicher (2, 5) und einen Heizungskreislauf (3) mit einem thermischen Verbraucher (9), vorzugsweise Heizkörper, wobei der Wärmetauscher (4) zum Beheizen des Warmwasserspeichers (2) und der Heizungskreislauf (3) hydraulisch parallel geschaltet sind. Es ist vorgesehen, dass im Heizungskreislauf (3) ein regel- oder steuerbares Dreiwegeventil (7) integriert ist, eine Bypassleitung (8) hydraulisch parallel zu mindestens einem thermischen Verbraucher (9) geschaltet ist, die Bypassleitung (8) mit dem Dreiwegeventil (7) verbunden ist und das Dreiwegeventil (7) stetig oder nichtstetig den Öffnungsquerschnitt zwischen einer Heizkreislauf-Vorlaufleitung (10) oder Heizkreislauf-Rücklaufleitung sowie dem thermischen Verbraucher (9) und/oder der Bypassleitung (8) regelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage mit Brennstoffzellenheizgerät, Warmwasserspeicher und Heizungskreislauf sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben.
Bei Brennstoffzellenheizgeräten besteht vorwiegend beim stromgeführten Betrieb das Problem, die Wärme abzuführen. Hierfür werden in der Regel Warmwasserspeicher verwendet.

Brennstoffzellen sollen vorzugsweise in einem bestimmten Temperaturbereich mit entsprechenden Vorlauf- und Rücklauftemperaturen gekühlt werden. Hierbei ist es insbesondere erforderlich, dass bestimmte Schwellwerte nicht überschritten werden. Wird ein Warmwasserspeicher durch ein Brennstoffzellenheizgerät thermisch geladen, so steigt die Speichertemperatur an und somit auch die Rücklauftemperatur, welche wiederum in das Brennstoffzellenheizgerät gelangt. Überschreitet die Rücklauftemperatur hierbei jenen vorgegebenen Schwellwert, so kommt es zu einer Zwangsabschaltung. In diesem Fall kann weder Strom noch Wärme produziert werden. Heizungsanlagen mit Brennstoffzellenheizgeräten gemäß dem Stand der Technik sind beispielsweise aus den Patentanmeldungen AT 1967/2001, 1268/2002 und 1878/2001 bekannt. Heizungsanlagen mit Brennstoffzellenheizgeräten gemäß dem Stand der Technik werden nicht nur zum Beheizen eines Warmwasserspeichers, sondern auch zum Beheizen eines anderen thermischen Verbrauchers, beispielsweise eines Heizkreislaufes verwendet. Heizkreisläufe verfügen in der Regel über niedrigere Rücklauftemperaturen als Warmwasserspeicher.

In der Heizungstechnik ist es üblich, entweder einen Warmwasserspeicher oder einen Heizkreislauf zu bedienen. Hierbei findet meist die sogenannte Warmwasservorrangschaltung Anwendung. Dies bedeutet, dass die Warmwasserbereitung gegenüber der Heizkreisbeheizung priorisiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Heizungsanlage mit Brennstoffzellenheizgerät die Rücklauftemperatur entsprechend einer Sollvorgabe zu regeln.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Heizungsanlage der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird vermieden, dass die Rücklauftemperatur eines Brennstoffzellenheizgerätes eine bestimmte Temperatur über- oder unterschreitet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Volumenstrom durch eine Bypassleitung zum Heizverbraucher gezielt geleitet wird, um somit eine Anhebung oder Abkühlung der Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes zu erreichen. Wird diese mit dem Rücklaufwasser des Warmwasserspeichers vermischt, so ergibt sich eine entsprechende Rücklauftemperatur, welche in das Brennstoftzelllenheizgerät eintritt.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass nicht nur ein Brennstoffzellenheizgerät, sondern zusätzlich auch ein anderes Heizgerät zur Beheizung des Warmwasserspeichers und des Heizkreislaufes verwendet werden kann.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil einer günstigen Verbindung zwischen Brennstoffzellenheizgerät und ggf. Zusatzheizgerät sowie auf der anderen Seite den thermischen Verbrauchern.

Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, dass in einem ersten Warmwasserspeicher das Brauchwasser vorgeheizt werden kann, während in einem zweiten Speicher das Brauchwasser auf die gewünschte Temperatur gebracht wird. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, auf verschiedenen Temperaturniveaus Wärme auszukoppeln und auch bedarfsgerechter ein bestimmtes Volumen Warmwasser auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, dass der eine Speicher – der sogenannte Vorspeicher – besonders günstig in das Gesamtsystem integriert werden kann.

Durch die Merkmale des Anspruches 6 ergibt sich der Vorteil, dass die Temperatur des Rücklaufs in das Brennstoffzellenheizgerät an geeigneter Stelle gemessen werden kann, wodurch eine Beschädigung der Brennstoffzelle vermieden wird.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 7 ergibt sich der Vorteil, dass die unterschiedlichen Kreisläufe unabhängig voneinander betrieben werden können, wobei hierbei auch möglich ist, eine jeweils größere oder kleinere Strömung zu regeln.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 8 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem in besonders vorteilhafter Weise eine Heizungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 betrieben werden kann.

Durch die Merkmale der Ansprüche 9 und 10 werden sinnvolle Kriterien für einen Regelmechanismus zum Betreiben der Heizungsanlage beschrieben.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt 1 eine erfindungsgemäße Heizungsanlage.
1 zeigt eine Heizungsanlage mit einem Brennstoffzellenheizgerät 1, einem Zusatzheizgerät 12, einem Heizungskreislauf 3 mit thermischem Verbraucher 9, einem Hauptspeicher 2, der über einen Kreislauf 20 und einem Wärmeaustauscher 4 mit dem Heizkreislauf 3 verbunden ist, sowie einen Vorspeicher 5, der über einen Wärmeaustauscher 6 und den Kreislauf 21 mit Vor- und Rücklauf des Brennstoffzellenheizgerätes verbunden sind. Brennstoffzellenheizgerät 1 und Zusatzheizgerät 12 sind parallel mit einer hydraulischen Weiche 11 verbunden. Sekundärseitig ist an dieser hydraulischen Weiche 11 der Heizkreislauf 3 angeschlossen. In den Kreisläufen befinden sich diverse Umwälzpumpen 22, 23 und 24. Der Kreislauf 21, der den Speicher 5 mit dem Brennstoffzellenheizgerät 1 verbindet, ist über ein Dreiwege-Ventil 18 mit der Rücklaufleitung 17 des Brennstoffzellenheizgerätes 1 verbunden. Andererseits ist dieser Kreislauf 21 mit der Vorlaufleitung des Brennstoffzellenheizgerätes 1 unmittelbar verbunden. Alternativ könnte das Dreiwegeventil 18 auch in der Vorlaufleitung des Brennstoffzellenheizgerätes 1 angeordnet sein. In den Vorspeicher 5 führt eine Kaltwassereintrittsleitung 13, zwischen dem Vorspeicher 5 und dem Hauptspeicher 2 befindet sich eine Verbindungsleitung 14, aus dem Hauptspeicher 2 führt eine Warmwasserleitung 15 zu Verbrauchern. Eine Zirkulationsleitung 26 mit integrierter Umwälzpumpe 25 ermöglicht es, stehendes Wasser aus der Warmwasserleitung 15 in den Speicher 2 zurückzuführen.
Parallel zu dem thermischen Verbraucher 9 befindet sich im Heizungskreislauf 3 eine Bypassleitung 8, die einerseits in ein Dreiwege-Ventil 7, das sich in der Vorlaufleitung des Heizkreislaufes 9 befindet, mündet.
Unmittelbar vor dem Brennstoffzellenheizgerät 1 befindet sich ein Temperatursensor 19 in der Rücklaufleitung 17.
Soll der Hauptspeicher 2 aus kaltem Zustand aufgeladen werden, so wird ihm zunächst aus dem Brennstoffzellenheizgerät und ggf. dem Zusatzheizgerät 12 über die Umwälzpumpe 23 und den Wärmeaustauscher 4 Wärme zugeführt. Je nach Temperatur des Hauptspeichers 2 stellt sich eine gewisse Rücklauftemperatur im Kreislauf 20 ein. Je wärmer der Hauptspeicher 2 ist, desto höher ist die Rücklauftemperatur. Demgemäß passt sich auch die Temperatur in der Rücklaufleitung 17 des Brennstoffzellenheizgerätes 1 an. Ist eine gewisse Temperatur überschritten, so soll die Rücklauftemperatur reduziert werden. Dies ist dadurch möglich, dass zusätzlich zum Rücklaufwasser des Kreislaufs 20 auch Rücklaufwasser des Heizungskreislaufs 3 zugemischt wird. Werden Heizkreislauf 3 und Speicherkreislauf 20 gleichzeitig betrieben, so reduziert sich in der Regel die Rücklauftemperatur in der Rücklaufleitung 17, da die Heizungskreislauftemperatur in der Regel niedriger als die Rücklauftemperatur des Speicherkreislaufs 20 ist. Ist die Rücklauftemperatur des Heizkreislaufs 3 zu niedrig, soll diese in der Regel angehoben werden. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass das Dreiwege-Ventil 7 öffnet und somit eine Durchströmung der Bypassleitung 8 zuläßt. In 1 ist keine Regelung dargestellt, die zum Betrieb des Systems notwendig ist. Eine derartige Regelung muß mit den Temperatursensoren verbunden sein und je nach gemessener Temperatur das Temperaturniveau nach oben oder unten angleichen.

Claims

Heizungsanlage mit mindestens einem Brennstoffzellenheizgerät (1), mindestens einem Warmwasserspeicher (2, 5), der über einen Wärmeaustauscher (4, 6) mit dem Brennstoftzellenheizgerät (1) verbunden ist, und mindestens einem Heizungskreislauf (3) mit mindestens einem thermischen Verbraucher (9), vorzugsweise Heizkörper, wobei der Wärmeaustauscher (4) zum Beheizen des Warmwasserspeicher (2) und der Heizungskreislauf (3) hydraulisch parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Heizungskreislauf (3) ein regel- oder steuerbares Dreiwegeventil (7) integriert ist, eine Bypassleitung (8) hydraulisch parallel zu mindestens einem thermischen Verbraucher (9) geschaltet ist, die Bypassleitung (8) mit dem Dreiwegeventil (7) verbunden ist und das Dreiwegeventil (7) stetig oder nichtstetig den Öffnungsquerschnitt zwischen einer Heizkreislauf-Vorlaufleitung (10) oder Heizkreislauf-Rücklaufleitung sowie dem thermischen Verbraucher (9) und/oder der Bypassleitung (8) regelt.
Heizungsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzheizgerät (12) zur Beheizung des Warmwasserspeicher (2) und der Heizungskreislauf (3) eingebunden ist.
Heizungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Brennstoffzellenheizgerät (1) und gegebenenfalls Zusatzheizgerät (12) auf der einen Seite und Heizungskreislauf (3) und thermischem Verbraucher (9) auf der anderen Seite eine hydraulische Weiche (11) geschaltet ist.
Heizungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Warmwasserspeicher (2, 5) integriert sind, wobei der eine Speicher ein Vorspeicher (5) ist, an den eine Kaltwassereintrittsleitung (13) und eine Verbindungsleitung (14) angeschlossen sind, der andere Speicher ein Hauptspeicher (2) ist, an den die Verbindungsleitung (14) und eine Warmwasserleitung (15) angeschlossen sind, und die Rücklaufleitung (16) des Wärmeaustauschers (6) des Vorspeichers (5) hydraulisch nächster als der Hauptspeicher (2) an die Rücklaufleitung (17) des Brennstoffzellenheizgeräts (1) angeschlossen ist.
Heizungsanlage gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenheizgerät (1) mit einem regel- oder steuerbaren Dreiwegeventil (18) verbunden ist, das wiederum einerseits mit dem Wärmeaustauscher (6) des Vorspeichers (5) und andererseits mit der hydraulischen Weiche (11), dem Wärmeaustauscher (4) des Hauptspeichers (2) und/oder dem thermischen Verbraucher (9) verbunden ist.
Heizungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (19) in der Rücklaufleitung (17) des Brennstoffzellenheizgerätes (1) integriert ist.
Heizungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Heizungskreislauf (3), in dem oder den Kreisläufen (20, 21) zum Beheizen des oder der Speicher (2, 5) und/oder in der Rücklaufleitung (17) des Brennstoffzellenheizgerätes (1) Umwälzpumpen (22, 23, 24) integriert sind.
Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Dreiwegeventile (7, 18) und/ oder die Umwälzpumpen (22, 23, 24) derart angesteuert werden, dass die Temperatur des Temperatursensors (19) in der Rücklaufleitung (17) des Brennstoffzellenheizgerätes (1) einer vorgegebenen Solltemperatur entspricht.
Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwegeventil (7) im Heizungskreislauf (3) die Verbindung zur Bypassleitung (8) öffnet, wenn die Temperatur des Temperatursensors (19) in der Rücklaufleitung (17) des Brennstoffzellenheizgerätes (1) niedriger als eine vorgegebene Solltemperatur ist.
Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwegeventil (7) im Heizungskreislauf (3) die Verbindung zur Bypassleitung (8) schließt, wenn die Temperatur des Temperatursensors (19) in der Rücklaufleitung (17) des Brennstoffzellenheizgerätes (1) höher als eine vorgegebene Solltemperatur ist.