ITCO20100037A1 - "HYDROGEN ENERGY PRODUCTION SYSTEM, IN PARTICULAR FOR HOUSES" - Google Patents

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ITCO20100037A1
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Corrado Giacomini
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Description

?Sistema di produzione di energia da idrogeno, in particolare per abitazioni? ? Hydrogen energy production system, especially for homes?

Descrizione dell?invenzione Description of the invention

Campo di impiego Field of use

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di produzione di energia da idrogeno, in particolare per abitazioni, secondo il preambolo della rivendicazione 1. The present invention relates to a hydrogen energy production system, in particular for homes, according to the preamble of claim 1.

Sfondo tecnologico e stato della tecnica Technological background and state of the art

Come noto, da idrogeno ? possibile produrre, ad esempio per abitazioni, energia termica tramite combustori catalitici a idrogeno (WO 2006/136316 A1 della richiedente) oppure energia elettrica tramite celle a combustibile (US 2010/0164287 A1). As known, from hydrogen? it is possible to produce, for example for homes, thermal energy through hydrogen catalytic combustors (WO 2006/136316 A1 of the applicant) or electrical energy through fuel cells (US 2010/0164287 A1).

Combustori catalitici della richiedente sono in uso da diversi anni e le celle a combustibile, ovvero le celle ad idrogeno, presentano oggigiorno delle tecnologie molto avanzate. The applicant's catalytic combustors have been in use for several years and the fuel cells, i.e. hydrogen cells, nowadays have very advanced technologies.

Nei combustori catalitici l?energia termica prodotta viene utilizzata, tramite uno scambiatore di calore, per il riscaldamento dell?acqua di, ad esempio, un impianto di riscaldamento di una abitazione e per il riscaldamento di acqua sanitaria, oppure per altri scopi di riscaldamento, per esempio per il riscaldamento di serre e cos? via. In catalytic combustors, the thermal energy produced is used, through a heat exchanger, to heat the water of, for example, a home heating system and to heat sanitary water, or for other heating purposes. for example for the heating of greenhouses and so on? Street.

L?idrogeno di alimentazione del combustore viene prodotto preferibilmente per elettrolisi, laddove la necessaria energia elettrica viene prodotta vantaggiosamente da fonti rinnovabili, ad esempio da un impianto fotovoltaico. L?idrogeno potrebbe anche essere prodotto tramite un reformer, ovvero generato da gas metano. The hydrogen supplying the combustor is preferably produced by electrolysis, where the necessary electrical energy is advantageously produced from renewable sources, for example from a photovoltaic system. Hydrogen could also be produced via a reformer, i.e. generated from methane gas.

Al combustore sono associati diversi componenti di comando e di controllo, ad esempio un riduttore di pressione, una centralina di controllo, una batteria con carica-batteria e cos? via. Various command and control components are associated with the combustor, for example a pressure reducer, a control unit, a battery with battery charger and so on. Street.

Le celle a combustibile vennero sviluppate in particolare per il settore automobilistico, e le stesse forniscono dei livelli ottimali sia per quanto concerne il rendimento che la durata. Esse sono anche utilizzabili per la produzione di energia elettrica in abitazioni. Fuel cells were developed specifically for the automotive industry, and they provide optimum levels of both efficiency and durability. They can also be used for the production of electricity in homes.

? parimenti noto che le celle a combustibile durante il loro funzionamento producono calore, il quale viene in genere disperso nell?ambiente. ? it is also known that fuel cells during their operation produce heat, which is generally dispersed into the environment.

Dal menzionato US 2010/0164287 A1 ? rilevabile un sistema di alimentazione di energia elettrica tra un veicolo, comprendente una cella a combustibile, ed un?abitazione. From the aforementioned US 2010/0164287 A1? an electric power supply system can be detected between a vehicle, comprising a fuel cell, and a house.

Sommario dell?invenzione Summary of the invention

Alla base della presente invenzione ? posto il compito di indicare un sistema di produzione di energia da idrogeno in grado di fornire, ad esempio ad una abitazione, la necessaria energia sia termica che elettrica in modo da rendere detta abitazione indipendente dalle reti di allacciamento elettrico e del gas, laddove nello stesso tempo viene sfruttata una sinergia operativa tra i componenti del sistema che migliora il rendimento del sistema. At the basis of the present invention? given the task of indicating a hydrogen energy production system capable of supplying, for example to a house, the necessary thermal and electrical energy in order to make said house independent from the electricity and gas connection networks, where in the same time an operational synergy between the components of the system is exploited which improves the efficiency of the system.

Il compito indicato viene ottenuto, secondo l?invenzione, con un sistema di produzione di energia mista da idrogeno che presenta le caratteristiche della rivendicazione 1. The indicated task is achieved, according to the invention, with a system for the production of mixed energy from hydrogen which has the characteristics of claim 1.

Ulteriori sviluppi dell?invenzione sono rilevabili dalle rivendicazioni dipendenti. Further developments of the invention can be seen from the dependent claims.

Con il sistema di produzione di energia da idrogeno secondo l?invenzione si ottengono numerosi ed importanti vantaggi. Numerous and important advantages are obtained with the hydrogen energy production system according to the invention.

In primo luogo l?integrazione nel sistema di produzione di energia secondo l?invenzione di un combustore catalitico e di una cella a combustibile alimentabili entrambi con idrogeno, vantaggiosamente prodotto per elettrolisi in situ, consentir? all?utenza di poter utilizzare le due sorgenti, ovvero la sorgente di energia termica e la sorgente di energia elettrica, in modo del tutto indipendente l?una dall?altra, e quindi di modulare sia la potenza elettrica che quella termica in modo da regolare i relativi consumi a seconda del fabbisogno di volta in volta necessario, laddove l?impiego di idrogeno sia per il combustore che per la cella a combustibile consente di avere un sistema di produzione di energia totalmente a zero emissioni, poich? sia nella cella a combustibile che nel combustore non si generano anidride carbonica e ossidi di azoto, ma solo vapore acqueo. In the first place, the integration in the energy production system according to the invention of a catalytic combustor and a fuel cell both fueled with hydrogen, advantageously produced by electrolysis in situ, will allow? to the user to be able to use the two sources, that is the source of thermal energy and the source of electrical energy, in a completely independent way from each other, and therefore to modulate both the electrical and thermal power in order to regulate the relative consumptions according to the requirement from time to time necessary, where the use of hydrogen for both the combustor and the fuel cell allows for a totally zero emission energy production system, since? both in the fuel cell and in the combustor do not generate carbon dioxide and nitrogen oxides, but only water vapor.

Poich? le due sorgenti di energia (combustore e cella a combustibile) sono tra loro indipendenti nel funzionamento, la produzione di energia elettrica non ? subordinata a quella di energia termica, e viceversa. Nello stesso tempo diversi componenti circuitali gi? necessari per il combustore possono essere vantaggiosamente utilizzati nello stesso tempo anche per la cella a combustibile. Con il sistema di produzione di energia secondo l?invenzione si ottiene anche un miglioramento nella resa complessiva del sistema. Ad esempio con l?aria impiegata per il raffreddamento della cella a combustibile, disponibile a circa 40-45?C, ? possibile preriscaldare l?aria di ingresso del combustore, con conseguente aumento della resa di quest?ultimo. Ci?, come richiamato nel seguito, ? valido anche per celle a combustibile raffreddate ad acqua. Since? the two sources of energy (combustor and fuel cell) are independent of each other in operation, the production of electricity is not? subordinated to that of thermal energy, and vice versa. At the same time, several circuit components already? necessary for the combustor can be advantageously used at the same time also for the fuel cell. With the energy production system according to the invention, an improvement in the overall yield of the system is also obtained. For example, with the air used for cooling the fuel cell, available at around 40-45 ° C,? It is possible to preheat the combustor inlet air, with a consequent increase in the efficiency of the latter. There, as recalled below,? also valid for water-cooled fuel cells.

Nell?impianto di produzione di energia mista secondo l?invenzione inoltre utilizzando la cella a combustibile il sistema pu? funzionare senza essere allacciato alla rete elettrica per cui, una volta avviato, il sistema si sostiene autonomamente. Ci? costituisce un importante vantaggio rispetto alla tecnica nota di generatori di calore, in quanto i noti generatori di calore a metano non funzionano in assenza di corrente elettrica. Disponendo della rete elettrica di alimentazione, una presa di corrente per un?eventuale alimentazione da rete e per poter ricaricare la batteria degli ausiliari in caso di un suo scaricamento per qualsiasi motivo, sarebbe comunque opportuna. Associando nel sistema un combustore catalitico a idrogeno e una cella a combustibile si aumenta il rendimento di quest?ultima in quanto si pu? recuperare il calore generato dalla stessa durante il funzionamento, anzich? dissipare tale calore. In the mixed energy production plant according to the invention, using the fuel cell, the system can also be used. operate without being connected to the electricity grid so, once started, the system sustains itself autonomously. There? constitutes an important advantage with respect to the known art of heat generators, since the known methane heat generators do not work in the absence of electric current. Having the power supply mains, a power socket for a possible mains power supply and to be able to recharge the auxiliary battery in the event of its discharge for any reason, would still be advisable. By combining a hydrogen catalytic combustor and a fuel cell in the system, the efficiency of the latter is increased as it can be achieved. recover the heat generated by the same during operation, instead of? dissipate this heat.

Associando al sistema di produzione di energia mista secondo l?invenzione una pompa di calore ad alta efficienza si ottengono ulteriori vantaggi. Con tale associamento, utilizzante un insieme di tecnologie altamente efficienti, sarebbe addirittura possibile recuperare l?energia spesa per la produzione dell?idrogeno per elettrolisi. By associating a high efficiency heat pump with the mixed energy production system according to the invention, further advantages are obtained. With this association, using a set of highly efficient technologies, it would even be possible to recover the energy spent for the production of hydrogen by electrolysis.

Infatti, in pratica, una pompa di calore ha attualmente un coefficiente di prestazione (COP) normalmente compreso fra i valori di 3 e 4, laddove per semplicit? si considera un COP di 3,5. Una cella a combustibile ha una resa di circa il 40%, per cui l?associamento dei due sistemi fornisce un valore complessivo di 1,4 e, pertanto, superiore all?unit?. Se si considera la produzione dell?idrogeno mediante elettrolisi (rendimento attorno al 75%), allora la resa totale assumerebbe un valore di circa 1,05. Ci? significa che questo sistema, accoppiato ad una pompa di calore e con generazione dell?idrogeno per via elettrolitica, consente di recuperare pi? energia di quella spesa inizialmente, il che lo rende estremamente vantaggioso. Se poi l?energia di ingresso ? prelevata e stoccata nel momento opportuno (ad esempio, nel caso di allacciamento alla rete di alimentazione, di notte quando pu? costare meno) o se proviene da una fonte rinnovabile e gratuita (ad esempio solare fotovoltaico), il sistema secondo l?invenzione diventa ancora maggiormente conveniente e vantaggioso. In fact, in practice, a heat pump currently has a coefficient of performance (COP) normally between the values of 3 and 4, where for simplicity? a COP of 3.5 is considered. A fuel cell has a yield of about 40%, so the combination of the two systems provides an overall value of 1.4 and, therefore, greater than one unit. If we consider the production of hydrogen by electrolysis (efficiency around 75%), then the total yield would assume a value of about 1.05. There? means that this system, coupled to a heat pump and with the generation of hydrogen electrolytically, allows you to recover more? energy of that expenditure initially, which makes it extremely beneficial. If then the? Input energy? taken and stored at the right time (for example, in the case of connection to the power supply network, at night when it can cost less) or if it comes from a renewable and free source (for example solar photovoltaic), the system according to the invention becomes even more convenient and advantageous.

I numeri indicati pi? sopra si riferiscono a prodotti attualmente normalmente reperibili sul mercato, e pi? precisamente considerando una fascia di prodotti qualitativamente ?media?. Pertanto ci si pu? aspettare che in futuro i prodotti menzionati potranno essere sostituiti da altri maggiormente performanti, per cui la resa totale ? destinata a crescere e a superare il valore indicato pi? sopra. The numbers indicated pi? above refer to products currently normally available on the market, and more? precisely considering a qualitatively? average? range of products. Therefore you can? wait that in the future the products mentioned can be replaced by other better performing ones, so the total yield? destined to grow and exceed the indicated value pi? over.

Producendo l?idrogeno per via elettrolitica ed utilizzando una pompa di calore elettrica il sistema ottenuto mantiene in ogni caso un valore fortemente ?ecologico ed ambientale? in quanto esso rimane a zero emissioni. By producing hydrogen electrolytically and using an electric heat pump, the system obtained maintains in any case a strongly? Ecological and environmental? Value. as it remains zero emissions.

Secondo un aspetto particolare dell?invenzione, il sistema di produzione di energia elettrica e termica secondo l?invenzione pu? costituire un?unit? autonoma adatta alla produzione di energia elettrica e/o termica di emergenza, per esempio in caso di calamit? naturali, terremoti e simili. Un ulteriore vantaggio dell?invenzione va visto nel fatto che le parti circuitali per le due fonti di energia termica ed elettrica alimentate con idrogeno ed i singoli componenti sono in parte comuni ed i circuiti risultanti sono pertanto molto pi? semplici e richiedono meno componenti rispetto a due sistemi di fonti indipendenti. According to a particular aspect of the invention, the electrical and thermal energy production system according to the invention can? constitute a? unit? autonomous suitable for the production of emergency electrical and / or thermal energy, for example in the event of a disaster? natural, earthquakes and the like. A further advantage of the invention is to be seen in the fact that the circuit parts for the two sources of thermal and electrical energy fed with hydrogen and the individual components are partly common and the resulting circuits are therefore much more common. simple and require fewer components than two independent source systems.

E? inoltre vantaggioso l?impiego particolare di un sistema o unit? di produzione di energia mista alimentata con idrogeno per abitazioni non raggiunte dalle reti di distribuzione elettrica e del gas. AND? also advantageous the particular use of a system or unit? of mixed energy production fueled with hydrogen for homes not reached by the electricity and gas distribution networks.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

Ulteriori caratteristiche, vantaggi e dettagli del sistema di produzione di energia mista secondo l?invenzione risulteranno ulteriormente dal seguito con riferimento ad alcune forme di esecuzione illustrate a titolo indicativo nei disegni allegati, nei quali mostrano schematicamente: Further characteristics, advantages and details of the mixed energy production system according to the invention will appear further below with reference to some embodiments illustrated by way of example in the attached drawings, in which they schematically show:

la figura 1 mostra un sistema di produzione di energia elettrica e/o termica da idrogeno con i relativi circuiti di distribuzione e di comando, Figure 1 shows a system for the production of electricity and / or thermal energy from hydrogen with the relative distribution and control circuits,

le figure 2, 3 e 4 mostrano varianti di esecuzione del sistema di produzione di energia secondo l?invenzione, e Figures 2, 3 and 4 show variants of execution of the energy production system according to the invention, e

la figura 5 mostra un sistema di produzione di energia mista comprendente una pompa di calore. figure 5 shows a mixed energy production system comprising a heat pump.

Descrizione delle forme di esecuzione preferite Description of the preferred embodiments

Per evitare ripetizioni, se non specificato diversamente, nelle diverse figure parti uguali presentano uguali indici di riferimento. To avoid repetitions, unless otherwise specified, in the various figures identical parts have the same reference marks.

Con riferimento alla figura 1 il sistema di produzione di energia mista termica e/o elettrica da idrogeno ? indicato nel suo insieme con 1 e, nell?esempio illustrato, ? alloggiato, quale unit?, in una cassa 2 indicata con linee punteggiate. L?ingresso dell?idrogeno ? indicato con A ed il circuito 3 di distribuzione dell?idrogeno ad un combustore catalitico 4 e ad una cella a combustibile 5 comprende un riduttore comune R. A valle del riduttore R nei due rami 3A e 3B alimentanti rispettivamente il combustore 4 e la cella a combustibile 5 ? prevista rispettivamente un?elettrovalvola 6 e 7 di tipo modulante a controllo elettronico, le quali sono gestite da un?apposita CPU 14 con software programmabile, laddove a dette valvole 6 e 7 seguono in serie rispettivamente una valvola di regolazione fine 8, 9, ad esempio di tipo meccanico. With reference to Figure 1, the system for the production of mixed thermal and / or electrical energy from hydrogen? indicated as a whole with 1 and, in the example illustrated,? housed, which unit ?, in a case 2 indicated with dotted lines. The entrance of the hydrogen? indicated by A and the hydrogen distribution circuit 3 to a catalytic combustor 4 and to a fuel cell 5 comprises a common reducer R. Downstream of the reducer R in the two branches 3A and 3B feeding respectively the combustor 4 and the cell a fuel 5? provided respectively a solenoid valve 6 and 7 of the modulating type with electronic control, which are managed by a special CPU 14 with programmable software, where said valves 6 and 7 are followed in series respectively by a fine regulation valve 8, 9, to mechanical example.

Con B ? indicato un ingresso per la rete elettrica mentre con 10 e 11 ? indicato rispettivamente un carica-batterie ed una batteria tampone, mentre con 12 ? indicato un inverter collegato alla cella a combustibile 5 ed al carica-batterie 10. L?inverter 12 trasforma la corrente continua prodotta in una corrente alternata ad una tensione alla sua uscita C di, ad esempio, 220V e 50Hz, come abituale in abitazioni in Europa. With B? indicated an input for the electrical network while with 10 and 11? indicated respectively a battery charger and a buffer battery, while with 12? indicated an inverter connected to the fuel cell 5 and to the battery charger 10. The inverter 12 transforms the direct current produced into an alternating current at a voltage at its output C of, for example, 220V and 50Hz, as usual in homes in Europe.

Con D e E sono indicati rispettivamente l?andata ed il ritorno di, ad esempio, uno scambiatore di calore, non illustrato, associato al combustore 4 e collegato con un impianto di riscaldamento, non illustrato. D and E indicate respectively the flow and return of, for example, a heat exchanger, not shown, associated with the combustor 4 and connected to a heating system, not shown.

Alla cella a combustibile 5 ? associato un ventilatore di raffreddamento 13 comandabile dalla CPU. L?aria calda 15 proveniente dal raffreddamento della cella a combustibile 5 ? convogliata direttamente all?aspirazione 16 del combustore 4. Ci? permette di recuperare il calore contenuto nell?aria di raffreddamento 15 senza ulteriori mezzi o dispositivi di scambio termico. Questa aria di raffreddamento 15, avente una temperatura di circa 40-45?C, permette di aumentare la temperatura sul catalizzatore, non illustrato, del combustore catalitico 4, senza per? superare i limiti dello stesso. To fuel cell 5? associated with a cooling fan 13 which can be controlled by the CPU. The hot air 15 coming from the cooling of the fuel cell 5? conveyed directly to the intake 16 of the combustor 4. Ci? it allows the heat contained in the cooling air 15 to be recovered without further means or heat exchange devices. This cooling air 15, having a temperature of about 40-45 ° C, allows to increase the temperature on the catalyst, not shown, of the catalytic combustor 4, without however? overcome the limits of the same.

L?efficienza del combustore 4 sar? massima per il riscaldamento di acqua in particolare per impianti di riscaldamento di tipo radiante a bassa temperatura, funzionanti con acqua al massimo a ca. 40-45?C. Il combustore 4 ? in ogni caso anche in grado di portare la temperatura dell?acqua a circa 60?C, temperatura ideale per la produzione di acqua calda sanitaria. The efficiency of the combustor 4 will be? maximum for water heating in particular for low temperature radiant heating systems, operating with water at a maximum of approx. 40-45? C. The combustor 4? in any case also able to bring the water temperature to about 60? C, the ideal temperature for the production of domestic hot water.

Negli esempi illustrati l?ingresso B di corrente elettrica dalla rete ? previsto per alimentare i componenti ausiliari del sistema e per caricare la batteria 11. La batteria 11 ? caricabile anche dalla cella a combustibile 5 stessa quando ? in funzionamento e permette allora un funzionamento off-grid, ovvero indipendente, dell?intero sistema 1, quindi anche in caso di blackout. In the examples shown, input B of electricity from the mains? provided to power the auxiliary components of the system and to charge the battery 11. The battery 11? it can also be loaded from the fuel cell 5 itself when? in operation and then allows off-grid operation, ie independent, of the entire system 1, therefore also in the event of a blackout.

Le linee tratteggiate dalla CPU 14 alle valvole 6, 7 ed ai ventilatori 13 e 16 indicano i segnali soggetti a controllo della CPU, i quali possono essere semplicemente di tipo on/off o modulati, a seconda del grado di ottimizzazione che si vuole raggiungere, come ben noto al tecnico del ramo. The dotted lines from the CPU 14 to the valves 6, 7 and to the fans 13 and 16 indicate the signals subject to control by the CPU, which can simply be of the on / off or modulated type, depending on the degree of optimization to be achieved. as well known to those skilled in the art.

Per ragioni di chiarezza di rappresentazione, nella cassa 2 non si ? indicata l?aria ?umida? (contenente l?acqua generatasi dalla reazione fra idrogeno e ossigeno) in uscita prodotta dalla cella a combustibile 5 e dal combustore catalitico 4, come pure non ? illustrato un ingresso di aria. For reasons of clarity of representation, in box 2 is not it? indicated the air? humid? (containing the water generated by the reaction between hydrogen and oxygen) at the output produced by the fuel cell 5 and by the catalytic combustor 4, as well as not? shown an air inlet.

Dalla tecnica nota sono noti i funzionamenti sia dei combustori catalitici che di celle a combustibile, per cui si prescinde da una descrizione pi? dettagliata degli stessi. The operations of both catalytic combustors and fuel cells are known from the known art, so that a more detailed description is disregarded. detailed of the same.

Esempio Example

Nel seguito viene fornito un esempio di dimensionamento di un sistema di produzione di energia elettrica e di energia termica secondo l?invenzione. Si suppone di costruire un sistema o unit? comprendente una cella a combustibile 5 della potenza di 1 kW ed un combustore catalitico 4 formato da un modulo da 5 kW della richiedente, ovvero del tipo indicato nel WO2006/136316 A1. An example of sizing of an electrical energy and thermal energy production system according to the invention is provided below. Are you supposed to build a system or unit? comprising a fuel cell 5 with a power of 1 kW and a catalytic combustor 4 formed by a 5 kW module of the applicant, ie of the type indicated in WO2006 / 136316 A1.

Con queste potenze si possono soddisfare i fabbisogni energetici di base di una piccola abitazione. With these powers it is possible to satisfy the basic energy needs of a small house.

Il combustore 4 per fornire la potenza nominale indicata richiede la seguente portata di idrogeno: The combustor 4 requires the following hydrogen flow to provide the indicated nominal power:

5 kW / 3 kWh/Nm<3 >= 1,67 Nm<3>/h 5 kW / 3 kWh / Nm <3> = 1.67 Nm <3> / h

in cui si ? divisa la potenza nominale per il potere calorifico inferiore dell?idrogeno. where ? divided the nominal power by the lower calorific value of hydrogen.

Per la cella a combustibile 5 si suppone un rendimento globale del 40% (come previsto con celle a combustibile di tipo PEM attualmente in commercio), per cui il consumo di idrogeno sar? pari a: For the fuel cell 5 an overall efficiency of 40% is assumed (as expected with fuel cells of the PEM type currently on the market), so the consumption of hydrogen will be? equal to:

(1 kW / 3 kWh/Nm3) / 0,4 = 0,833 Nm3/h (1 kW / 3 kWh / Nm3) / 0.4 = 0.833 Nm3 / h

valore previsto dai dati di targa delle celle a combustibile attualmente in commercio. value foreseen by the plate data of the fuel cells currently on the market.

Dalla cella a combustibile 5 durante il funzionamento si sviluppa per? anche calore, il quale pu? essere quantificato come segue: From the fuel cell 5 during operation develops for? also heat, which can? be quantified as follows:

(0,833 Nm3/h * 3 kWh/Nm3) ? 1 kW = 1,499 kW termici. (0.833 Nm3 / h * 3 kWh / Nm3)? 1 kW = 1,499 thermal kW.

Questo calore ? abitualmente dissipato dal ventilatore 13 disposto in prossimit? dello stack, nel caso di raffreddamento ad aria. This heat? usually dissipated by the fan 13 disposed in proximity? of the stack, in the case of air cooling.

Per aumentare l?efficienza del sistema secondo l?invenzione questo calore, precedentemente dissipato, e la cui temperatura ? dell?ordine di circa 40?C, viene recuperato. Una prima soluzione, come illustrato in figura 1, ? quella di convogliare questa aria calda 15 direttamente sul ventilatore di aspirazione 16 del combustore 4. In questo modo si utilizza un passaggio diretto dell?aria calda proveniente dalla cella a combustibile 5 al ventilatore 16 senza uno scambio termico intermedio. To increase the efficiency of the system according to the invention, this heat, previously dissipated, is whose temperature? of the order of about 40? C, is recovered. A first solution, as illustrated in Figure 1,? that of conveying this hot air 15 directly onto the intake fan 16 of the combustor 4. In this way, a direct passage of the hot air coming from the fuel cell 5 to the fan 16 is used without an intermediate heat exchange.

Si assume un recupero del 75% di tale calore da parte del combustore 4. Poich? quest?ultimo si comporta come una caldaia a condensazione, esso ? in grado di recuperare parte del calore latente dei ?fumi? di scarico. Prove sperimentali hanno indicato per questo recupero un rendimento pari a circa il 107%. It assumes a recovery of 75% of this heat by the combustor 4. Since? the latter behaves like a condensing boiler, it? able to recover part of the latent heat of the? fumes? drain. Experimental tests have indicated a yield of approximately 107% for this recovery.

La potenzialit? termica complessiva del sistema ? quindi pari a The potential? overall system thermal? therefore equal to

5 kW * 1.07 1,499 kW * 0,75 = 6,474 kW. 5 kW * 1.07 1.499 kW * 0.75 = 6.474 kW.

La potenzialit? teorica ? invece di: The potential? theoretical? instead of:

(1,67 0,833) Nm<3>/h * 3 kWh/Nm<3 >= 7,509 kW. (1.67 0.833) Nm <3> / h * 3 kWh / Nm <3> = 7.509 kW.

Il rendimento complessivo del sistema secondo l?invenzione sar? quindi di: (6,474 kW 1 kW) / 7,509 kW * 100 = 99,53%. The overall efficiency of the system according to the invention will be? therefore of: (6.474 kW 1 kW) / 7.509 kW * 100 = 99.53%.

Con l?integrazione al combustore 4 di una cella a combustibile 5 si ? ottenuto un aumento della potenzialit? termica del sistema di circa il 16%, senza ridurre la resa del combustore 4 di per s? altissima (superiore al 100% riferendosi al potere calorifico inferiore). Nella cella a combustibile 5 invece, in seguito al recupero di calore, la resa aumenta considerevolmente e raggiunge il valore di circa l?85%, ovvero oltre il doppio del valore nominale. With the integration to the combustor 4 of a fuel cell 5 yes? obtained an increase in the potential? thermal system of about 16%, without reducing the efficiency of the combustor 4 per se? very high (above 100% referring to the lower calorific value). In the fuel cell 5, on the other hand, following the recovery of heat, the yield increases considerably and reaches the value of about 85%, or more than double the nominal value.

Senza il recupero termico della cella a combustibile 5 il raggruppamento del combustore 4 e della cella a combustibile 5 come indicato si sarebbe ottenuto il seguente rendimento totale: Without the heat recovery of the fuel cell 5, the grouping of the combustor 4 and the fuel cell 5 as indicated would have obtained the following total efficiency:

(0,4 * 1,07) * 100 = 42,8%. (0.4 * 1.07) * 100 = 42.8%.

Forme di esecuzione secondo le figure da 2 a 4. Embodiments according to Figures 2 to 4.

Il sistema o unit? 1, rispettivamente 2, di produzione di energia mista da idrogeno secondo l?invenzione illustrato in figura 1 pu? essere vantaggiosamente modificato per impieghi in applicazioni particolari. The system or unit? 1, respectively 2, for the production of mixed energy from hydrogen according to the invention illustrated in Figure 1 can? advantageously be modified for use in particular applications.

Ad esempio, figura 2, per una funzione di back-up il sistema secondo l?invenzione pu? prevedere nel suo interno un piccolo serbatoio 18 di stoccaggio di idrogeno per garantire in ogni caso un funzionamento sicuro per un numero di ore prestabilito. For example, figure 2, for a back-up function the system according to the invention can? provide inside it a small hydrogen storage tank 18 to ensure in any case safe operation for a predetermined number of hours.

Per questo scopo la soluzione tecnica pi? efficiente sarebbe quella di prevedere nel sistema 1 il serbatoio 18 di stoccaggio di idrogeno sotto forma di idruri metallici, inserito come rilevabile dalla figura 2. Questa soluzione permette di avere una buona scorta di idrogeno in uno spazio relativamente piccolo, laddove per? questo tipo di stoccaggio richiede calore per poter erogare l?idrogeno contenuto al suo interno. A questo scopo secondo l?invenzione si utilizza il calore dell?aria di raffreddamento 15 recuperato dalla cella a combustibile 5. Tale dispositivo ? preferibile al combustore per diversi motivi: il calore di recupero si avrebbe in ogni caso con la cella a combustibile 5 in funzione e, a causa del costo degli idruri, ? preferibile avere un back-up solo sulla parte elettrica piuttosto che su quella termica, anche se questa valutazione pu? decadere a seconda delle applicazioni previste, ovvero considerate. For this purpose, the most technical solution? efficient would be to provide in the system 1 the hydrogen storage tank 18 in the form of metal hydrides, inserted as shown in figure 2. This solution allows to have a good supply of hydrogen in a relatively small space, where for? this type of storage requires heat in order to deliver the hydrogen contained within it. For this purpose, according to the invention, the heat of the cooling air 15 recovered from the fuel cell 5 is used. preferable to the combustor for several reasons: the recovery heat would in any case occur with the fuel cell 5 in operation and, due to the cost of the hydrides,? preferable to have a back-up only on the electrical part rather than on the thermal one, even if this evaluation can? expire depending on the applications envisaged, or considered.

Come illustrato in figura 2, la carica dell?idrogeno nell?idruro ha luogo direttamente con una diramazione 20 collegata a monte del riduttore R, ovvero con una pressione dell?idrogeno superiore rispetto a quella presente a valle del riduttore R, laddove tale valore superiore pu? essere fissato a circa 15 bar. Il rilascio dell?idrogeno avviene invece tramite il tratto 21 di uscita collegato al ramo 3B di alimentazione della cella a combustibile 5. La pressione di rilascio dell?idrogeno sar? pertanto inferiore al valore di pressione di carica dell?idrogeno in seguito all?isteresi dell?idruro metallico 18. Le due linee 20 e 21 sono dotate di una valvola di non ritorno 22 e 23 per avere la corretta direzione dei flussi di idrogeno in ogni situazione. As illustrated in figure 2, the hydrogen charge in the hydride takes place directly with a branch 20 connected upstream of the reducer R, i.e. with a higher hydrogen pressure than that present downstream of the reducer R, where this value is higher can be set at about 15 bar. The release of hydrogen, on the other hand, takes place through the outlet section 21 connected to the supply branch 3B of the fuel cell 5. The hydrogen release pressure will be? therefore lower than the hydrogen charge pressure value following the hysteresis of the metal hydride 18. The two lines 20 and 21 are equipped with a non-return valve 22 and 23 to have the correct direction of the hydrogen flows in each situation.

Con lo stoccaggio interno 18 ? possibile trasportare il sistema 1 secondo l?invenzione ad un punto o stazione di caricamento di idrogeno nell?idruro metallico 18 e poi trasportare il sistema in un luogo in cui serve energia elettrica e/o termica come un normale gruppo elettrogeno. In ogni caso lo stoccaggio interno 18 di idrogeno potrebbe servire anche per un funzionamento di emergenza qualora, per qualsiasi ragione, dovesse venire a mancare improvvisamente la sorgente di idrogeno, ovvero il dispositivo di elettrolisi, non illustrato. With internal storage 18? It is possible to transport the system 1 according to the invention to a hydrogen loading point or station in the metal hydride 18 and then to transport the system to a place where electrical and / or thermal energy is needed such as a normal generator. In any case, the internal storage 18 of hydrogen could also be used for emergency operation if, for any reason, the source of hydrogen, or the electrolysis device, not shown, should suddenly fail.

L?ulteriore variante illustrata in figura 3 si riferisce ad una produzione di corrente continua, ad esempio per l?alimentazione di una rete o di una serie di apparecchiature alimentabili con corrente continua. In questa variante al posto dell?inverter 12 verr? previsto un convertitore DC/DC 25 per l?impostazione della tensione in uscita al valore desiderato, laddove in figura ? indicato un valore di 24 Vdc sull?uscita C. In questo caso non sono pertanto presenti riduzioni di rendimento dovute all?inverter 12 delle varianti precedenti, il quale inverter riduce la resa della cella a combustibile, in presenza dell?aumento del rendimento elettrico. The further variant illustrated in figure 3 refers to a production of direct current, for example for the power supply of a network or of a series of devices which can be fed with direct current. In this variant instead of the inverter 12 will come? a DC / DC converter 25 is provided for setting the output voltage to the desired value, where in the figure? a value of 24 Vdc is indicated on output C. In this case there are therefore no efficiency reductions due to the inverter 12 of the previous variants, which inverter reduces the fuel cell yield, in the presence of an increase in electrical efficiency.

Il sistema 1 secondo l?invenzione illustrato nella variante della figura 4 prevede l?impiego di una cella a combustibile 5 raffreddata ad acqua. In questo caso sono ottenibili miglioramenti relativi al recupero termico. In questo caso il recupero termico ? ottenuto mediante uno scambiatore di calore 27, il cui circuito primario 28 ? attraversato dall?acqua di raffreddamento della cella a combustibile 5 ed il cui circuito secondario 29 trasferisce la portata termica dalla cella ad acqua all?ingresso E del combustore 4, come illustrato in figura 4. In altre parole si utilizza il calore fornito dalla cella a combustibile 5 per preriscaldare il ritorno E di un impianto di riscaldamento, non illustrato. The system 1 according to the invention illustrated in the variant of Figure 4 provides for the use of a water-cooled fuel cell 5. In this case, improvements related to heat recovery are achievable. In this case, the heat recovery? obtained by means of a heat exchanger 27, whose primary circuit 28? crossed by the cooling water of the fuel cell 5 and whose secondary circuit 29 transfers the heat flow from the water cell to the inlet E of the combustor 4, as illustrated in figure 4. In other words, the heat supplied by the cell is used. fuel 5 to preheat the return E of a heating system, not shown.

Per avere una migliore gestione dei flussi ? preferibile prevedere due circuiti distinti dell?acqua. Inoltre in questa variante si elimina il rischio di ?inquinare? la cella a combustibile 5 con acqua proveniente dall?impianto di riscaldamento, la quale potrebbe trasportare impurit? di diverso genere. Il controllo dei flussi di temperatura pu? essere eseguito accendendo e spegnendo la pompa 30 di circolazione dell?acqua nel circuito dell?acqua di raffreddamento della cella a combustibile 5. Un controllo pi? preciso pu? essere anche effettuato modulando la velocit? della pompa 30, ovvero la sua portata. To have a better management of flows? it is preferable to have two separate water circuits. Furthermore, this variant eliminates the risk of? Polluting? the fuel cell 5 with water coming from the heating system, which could carry impurities of different kinds. The control of the temperature flows can? be performed by switching the pump 30 for circulating the water in the cooling water circuit of the fuel cell 5 on and off. precise can? also be carried out by modulating the speed? of pump 30, i.e. its flow rate.

Dalla figura 5 ? infine rilevabile un sistema 1 secondo l?invenzione, comprendente un combustore 4 ed una cella a combustibile 5, al quale sistema 1 ? associata una pompa di calore 31, che ? alimentata con energia elettrica fornita dalla cella a combustibile 5 e fornisce da parte sua energia termica per un?utenza 32 che riceve energia termica parimenti dal combustore 4. From Figure 5? finally detectable a system 1 according to the invention, comprising a combustor 4 and a fuel cell 5, to which system 1? associated with a heat pump 31, which? fed with electrical energy supplied by the fuel cell 5 and for its part supplies thermal energy for a user 32 which also receives thermal energy from the combustor 4.

Con questa forma di esecuzione si ottiene pertanto il comportamento funzionale descritto precedentemente con il relativo rendimento ulteriormente miglioramento. With this embodiment, therefore, the functional behavior described above is obtained with the related performance which is further improved.

Dalla descrizione strutturale e funzionale dei diversi sistemi di produzione di energia mista da idrogeno secondo l?invenzione ? rilevabile che con gli stessi si risolve efficacemente il compito posto alla base dell?invenzione e si conseguono i vantaggi citati. From the structural and functional description of the different systems of production of mixed energy from hydrogen according to the invention? it can be seen that with them the task set at the basis of the invention is effectively solved and the mentioned advantages are achieved.

Rientra nell?ambito di protezione dell?invenzione realizzare sistemi di produzione di energia mista da idrogeno utilizzanti in combinazioni a piacere le singole caratteristiche delle forme di esecuzione illustrate. It falls within the scope of the invention to provide systems for the production of mixed energy from hydrogen using the individual characteristics of the illustrated embodiments in combinations as desired.

Gli esperti del ramo potranno introdurre diverse modifiche o varianti, come per esempio prevedere un?alimentazione di idrogeno da bombola con riduttore, ad esempio per sistemi o unit? di emergenza, oppure prevedere serbatoi di idrogeno interni del tipo a pressione, proporre impieghi alternativi all?impiego in abitazioni, come ad esempio per il riscaldamento di serre, di capannoni industriali e cos? via, senza per questo fuoriuscire dall?ambito di protezione della presente invenzione, come rivendicata nelle rivendicazioni seguenti. Those skilled in the art will be able to introduce various modifications or variants, such as for example providing a supply of hydrogen from a cylinder with a reducer, for example for systems or units. emergency, or provide internal hydrogen tanks of the pressure type, propose alternative uses to use in homes, such as for heating greenhouses, industrial warehouses and so on? away, without thereby departing from the scope of protection of the present invention, as claimed in the following claims.

?Sistema di produzione di energia da idrogeno, in particolare per abitazioni? ? Hydrogen energy production system, especially for homes?

Rivendicazioni Claims

1. Sistema di produzione di energia da idrogeno, in particolare per abitazioni, ad esempio di energia termica, comprendente 1. Hydrogen energy production system, in particular for dwellings, for example of thermal energy, comprising

un combustore catalitico con un?alimentazione di idrogeno, a catalytic combustor with a hydrogen supply,

uno scambiatore di calore acqua/acqua con circuito primario riscaldato dal combustore e con circuito secondario alimentante un?utenza, ad esempio un impianto di riscaldamento e/o di produzione di acqua sanitaria di un?abitazione o simile, a water / water heat exchanger with primary circuit heated by the combustor and with secondary circuit feeding a user, for example a heating and / or sanitary water production system of a house or similar,

con associati mezzi di comando tramite software a programmi impostabili, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente una cella a combustibile alimentabile parimenti con idrogeno per la produzione di energia elettrica, con un associato dispositivo di raffreddamento e con un associato dispositivo per la produzione di energia elettrica, e with associated control means via software with settable programs, characterized in that it further comprises a fuel cell which can also be fed with hydrogen for the production of electrical energy, with an associated cooling device and with an associated device for the production of electrical energy, And

dal fatto che il vettore di scarico del calore emesso dalla cella a combustibile ? utilizzato per scopi di riscaldamento all?interno del sistema. by the fact that the vector of exhaust heat emitted by the fuel cell? used for heating purposes within the system.

2. Sistema di produzione di energia mista da idrogeno, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nel circuito di alimentazione dell?idrogeno a valle di un riduttore ? previsto un primo ramo per 2. System for the production of mixed energy from hydrogen, according to claim 1, characterized in that in the hydrogen supply circuit downstream of a reducer? a first branch is planned for

Claims (9)

?Sistema di produzione di energia da idrogeno, in particolare per abitazioni? Rivendicazioni 1. Sistema di produzione di energia da idrogeno, in particolare per abitazioni, ad esempio di energia termica, comprendente un combustore catalitico con un?alimentazione di idrogeno, uno scambiatore di calore acqua/acqua con circuito primario riscaldato dal combustore e con circuito secondario alimentante un?utenza, ad esempio un impianto di riscaldamento e/o di produzione di acqua sanitaria di un?abitazione o simile, con associati mezzi di comando tramite software a programmi impostabili, caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriormente una cella a combustibile alimentabile parimenti con idrogeno per la produzione di energia elettrica, con un associato dispositivo di raffreddamento e con un associato dispositivo per la produzione di energia elettrica, e dal fatto che il vettore di scarico del calore emesso dalla cella a combustibile ? utilizzato per scopi di riscaldamento all?interno del sistema. ? Hydrogen energy production system, especially for homes? Claims 1. Hydrogen energy production system, in particular for dwellings, for example of thermal energy, comprising a catalytic combustor with a hydrogen supply, a water / water heat exchanger with primary circuit heated by the combustor and with secondary circuit feeding a user, for example a heating and / or sanitary water production system of a house or similar, with associated control means via software with settable programs, characterized in that it further comprises a fuel cell which can also be fed with hydrogen for the production of electrical energy, with an associated cooling device and with an associated device for the production of electrical energy, And by the fact that the vector of exhaust heat emitted by the fuel cell? used for heating purposes within the system. 2. Sistema di produzione di energia mista da idrogeno, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nel circuito di alimentazione dell?idrogeno a valle di un riduttore ? previsto un primo ramo per l?alimentzione della cella a combustibile ed un secondo ramo per l?alimentazione del combustore, laddove in ciascun ramo ? prevista una prima elettrovalvola modulante a controllo elettronico gestite dal comando software ed una seconda valvola, rispettivamente di regolazione fine, ad esempio di tipo meccanico. 2. System for the production of mixed energy from hydrogen, according to claim 1, characterized in that in the hydrogen supply circuit downstream of a reducer? a first branch is provided for feeding the fuel cell and a second branch for feeding the combustor, whereas in each branch? a first electronically controlled modulating solenoid valve managed by the software control and a second valve, respectively of fine adjustment, for example of the mechanical type, is provided. 3. Sistema di produzione di energia mista da idrogeno, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che alla cella a combustibile ? collegato un inverter per la produzione di corrente elettrica alternata o un gruppo DC/DC per l?erogazione di corrente continua, laddove il vettore/aria di scarico del calore emesso dalla cella a combustibile ? diretto al ventilatore di preriscaldamento del catalizzatore del combustore catalitico. 3. System for the production of mixed energy from hydrogen, according to claim 1, characterized in that the fuel cell? connected an inverter for the production of alternating electric current or a DC / DC group for the supply of direct current, where the vector / exhaust air of the heat emitted by the fuel cell? directed to the catalyst preheating fan of the catalytic combustor. 4. Sistema di produzione di energia mista da idrogeno, secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che nel sistema ? previsto un contenitore di stoccaggio dell?idrogeno, ad esempio del tipo ad idruri, inserito nel circuito di alimentazione dell?idrogeno, laddove il vettore/aria di scarico del calore emesso dalla cella a combustibile ? diretto sul detto contenitore di stoccaggio, laddove inoltre l?ingresso del detto serbatoio di stoccaggio ? collegato al circuito di alimentazione dell?idrogeno a monte del detto riduttore mentre l?uscita di detto contenitore di stoccaggio ? collegata al ramo di alimentazione dell?idrogeno alla cella a combustibile a valle di detto riduttore, e laddove in detti rami di ingresso e di uscita del detto serbatoio di stoccaggio ? contenuta rispettivamente una valvola di non ritorno. 4. System for the production of mixed energy from hydrogen, according to claims 1 to 3, characterized in that in the system? a hydrogen storage container is foreseen, for example of the hydride type, inserted in the hydrogen supply circuit, where the vector / exhaust air of the heat emitted by the fuel cell? direct on the said storage container, where moreover the entrance of the said storage tank? connected to the hydrogen supply circuit upstream of said reducer while the outlet of said storage container? connected to the hydrogen supply branch to the fuel cell downstream of said reducer, and where in said inlet and outlet branches of said storage tank? respectively contained a non-return valve. 5. Sistema di produzione di energia mista da idrogeno, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che con una cella a combustibile con raffreddamento ad acqua l?acqua di raffreddamento ? condotta nel circuito primario di uno scambiatore di calore tipo acqua/acqua il cui circuito secondario ? inserito nella condotta di ritorno di un impianto di riscaldamento, ad esempio domestico, la quale condotta prosegue nello scambiatore del combustore per il suo riscaldamento, laddove in detto circuito primario ? prevista una pompa di circolazione comandabile dal software del sistema. 5. System of production of mixed energy from hydrogen, according to one or more? of the preceding claims 1 to 4, characterized in that with a water-cooled fuel cell the cooling water? conducted in the primary circuit of a water / water type heat exchanger whose secondary circuit? inserted in the return pipe of a heating system, for example domestic, which pipe continues in the exchanger of the combustor for its heating, whereas in said primary circuit? there is a circulation pump that can be controlled by the system software. 6. Sistema di produzione di energia mista da idrogeno, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che nel circuito elettrico alimentante la CPU ? previsto un carica-batteria per la carica di una batteria tampone da un lato e collegato dall?altro lato tra la cella a combustibile e l?inverter o il gruppo DC/DC. 6. System of production of mixed energy from hydrogen, according to one or more? of the preceding claims from 1 to 4, characterized in that in the electrical circuit feeding the CPU? a battery charger is provided for charging a buffer battery on one side and connected on the other side between the fuel cell and the inverter or the DC / DC unit. 7. Sistema di produzione di energia mista da idrogeno, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che il sistema ? alloggiato in una cassa e forma una unit? di produzione di energia elettrica e/o termica da idrogeno. 7. System of production of mixed energy from hydrogen, according to one or more? of the preceding claims from 1 to 4, characterized in that the system? housed in a box and forms a unit? for the production of electricity and / or thermal energy from hydrogen. 8. Sistema di produzione di energia mista da idrogeno, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ad esso ? associata una pompa di calore. 8. System of production of mixed energy from hydrogen, according to one or more? of the preceding claims, characterized in that to it? associated with a heat pump. 9. Sistema di produzione di energia mista da idrogeno, secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il sistema di produzione di energia mista, la pompa di calore e un?utenza utilizzante energia termica sono collegati in serie in un circuito ad anello, laddove il sistema alimenta, tramite la cella a combustibile, energia elettrica alla pompa di calore, la quale alimenta con energia termica l?utenza, alla quale ultima viene alimentata energia termina anche da parte del sistema tramite il combustore. ?Sistema di produzione di energia da idrogeno, in particolare per abitazioni? Riassunto dell?invenzione Viene proposto un sistema (1) di produzione di energia da idrogeno, in particolare per abitazioni, ad esempio di energia termica, comprendente un combustore catalitico (4) con un?alimentazione di idrogeno, con scambiatore di calore acqua/acqua alimentante con energia termica un?utenza, ad esempio un impianto di riscaldamento e/o di produzione di acqua sanitaria di un?abitazione o simile, il quale sistema (1) comprende ulteriormente una cella a combustibile (5) alimentabile parimenti con idrogeno per la produzione di energia elettrica, e con un associato dispositivo di raffreddamento ( 13; 27) ed un associato inverter (13) o gruppo DC/DC (25) per la produzione di corrente alternata o continua, laddove l?aria o l?acqua di raffreddamento della cella a combustibile (5) durante il funzionamento sono utilizzate per scopi di riscaldamento all?interno del sistema (1) aumentandone il rendimento. Il rendimento viene ulteriormente aumentato associando al sistema (1) una pompa di calore. (Figura 1) 9. Mixed energy production system from hydrogen, according to claim 8, characterized in that the mixed energy production system, the heat pump and a consumer using thermal energy are connected in series in a loop circuit, where the system feeds, through the fuel cell, electrical energy to the heat pump, which feeds the user with thermal energy, which is fed with energy, it also ends up from the system through the combustor. ? Hydrogen energy production system, especially for homes? Summary of the invention A system (1) for the production of energy from hydrogen is proposed, in particular for homes, for example of thermal energy, comprising a catalytic combustor (4) with a hydrogen supply, with a water / water heat exchanger fed with thermal energy a user, for example a heating and / or sanitary water production system of a house or the like, which system (1) further comprises a fuel cell (5) that can also be fed with hydrogen for the production of electricity , and with an associated cooling device (13; 27) and an associated inverter (13) or DC / DC unit (25) for the production of alternating or direct current, where the air or the cooling water of the fuel cell (5) during operation they are used for heating purposes inside the system (1) increasing its efficiency. The efficiency is further increased by associating a heat pump to the system (1). (Figure 1)
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