WO2016169985A1 - Heizsystem, sowie verfahren zum betreiben eines heizsystems - Google Patents

Heizsystem, sowie verfahren zum betreiben eines heizsystems Download PDF

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WO2016169985A1
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heating system
fluid
downstream
test device
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Gerold Kleineikenscheidt
Wolfgang Friede
Uwe Limbeck
Christian Herbert
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Heating system and method for operating a heating system
  • the present invention relates to a heating system, in particular a fuel cell system, which comprises at least one sensor, and a method for operating a heating system.
  • a sensor which measures a carbon monoxide concentration in a fuel cell vehicle, wherein at elevated carbon monoxide concentration, the operation of the fuel cell is stopped.
  • the present heating system in particular fuel cell system, which comprises at least one sensor, has the advantage that at least one test device is arranged, which is provided to pressurize the at least one sensor for checking with at least a part of at least one fluid. This increases the safety of the heating system.
  • the invention also relates to a heating system, in particular a fuel cell system, which comprises at least one sensor, and which is characterized in that at least one operating state is adjustable so that the at least one sensor for checking at least a part of at least one Fluid is applied. This also increases the safety of the heating system.
  • the at least one sensor is a safety sensor, preferably a gas sensor, which enables efficient technical implementation.
  • the at least one sensor is arranged within at least one housing of at least one heating unit, whereby an efficient measurement of the sensor can be ensured.
  • the or a test device for acting on the at least one sensor at least one test line and / or at least one metering unit, in particular a metering valve, on.
  • the loading and / or checking of the at least one sensor can be configured such that currents of the at least one fluid required for the operation of the heating system are hardly influenced.
  • the or a test apparatus in particular the at least one test line, in the immediate vicinity of the at least one sensor at least one opening, in particular at least one outlet opening, for at least a portion of the at least one fluid. This allows a particularly efficient measurement of the sensor.
  • the or a test device is arranged upstream of at least one fuel cell unit, in particular on an input of at least one heating unit, and / or downstream of at least one fuel tank and / or downstream of at least one desulfurization unit and / or downstream of at least one reformer unit.
  • the application and / or checking of the at least one sensor can be configured as far as possible independently of the heat generation processes in the heating system.
  • the or a test device downstream of at least one fuel cell unit and / or downstream arranged at least one afterburner. This enables a technically simple integration of the test device.
  • the or a test device downstream of at least one condensate container and / or at least one
  • Electrolysers arranged.
  • the high purity of the condensate water can be used, whereby the at least one sensor is "poisoned" to a lesser extent and thus its service life can be increased.
  • the invention also relates to a method for operating a heating system which comprises at least one sensor.
  • the method has the advantage that the at least one sensor for monitoring is acted upon by at least one test device with at least one part of at least one fluid. As a result, the operation of the heating system can be made very secure.
  • the at least one sensor is acted upon at regular intervals, in particular of 24 h, with the at least one part of the at least one fluid, whereby an efficient monitoring of the at least one sensor can be realized.
  • the at least one sensor is acted upon by a fixed dosage of the at least one part of the at least one fluid.
  • a uniform check of the at least one sensor can be ensured.
  • the at least one sensor detects at least one combustible and / or toxic constituent of the at least one part of the at least one fluid.
  • At least one valve preferably at least one fuel valve
  • at least one output signal in particular during a test phase, of the at least one sensor does not exceed at least one threshold value. This can ensure that no dangerous substances can be supplied to the heating system if the at least one sensor is defective.
  • the method is carried out by the following method steps:
  • step b) proceeding with step b) when the heating system is in operation
  • step d) continue with step d) if the heating system is not in
  • monitoring of the at least one sensor can be particularly efficient.
  • process step b) takes place with the following process steps:
  • Dosing valve in at least one line, in particular a test line of the at least one test device, which fluidly leads to the at least one sensor, b2) wait until a prescribed time, in particular of 30 seconds, has elapsed and / or until a prescribed dosing tion of the at least one part of the at least one fluid has acted upon the at least one sensor,
  • the at least one part of the at least one fluid is upstream of a fuel cell unit, in particular at an input of a heating unit, and / or downstream of a fuel tank and / or downstream of a desulfurization unit and / or downstream of at least one
  • the at least one part of the at least one fluid is branched off by means of the at least one test device downstream of at least one fuel cell unit and / or at least one afterburner.
  • the monitoring of the at least one sensor can be technically implemented particularly easily.
  • the at least one part of the at least one fluid is branched off by means of the at least one test device downstream of at least one condensate container and / or at least one electrolyzer.
  • the high purity of the condensate water can be utilized for monitoring the at least one sensor, as a result of which the at least one sensor is "poisoned" to a lesser extent.
  • the at least one electrolyzer is supplied with power during a test phase, whereby the use of
  • the invention also relates to a heating system, in particular a heating system described in the preceding description, which is operated with the method described in the foregoing description.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a heating system according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a further embodiment of a heating system according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of a heating system according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further embodiment of a heating system according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of another embodiment of a heating system according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of an embodiment of a method according to the invention for operating a heating system
  • Fig. 7 is a schematic representation of another embodiment of a method according to the invention for operating a heating system.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an embodiment of a heating system 10 according to the invention.
  • the heating system 10 shown is a fuel cell system 12, which has a heating unit 14 with a housing 15.
  • the heating unit 14 in turn has a fuel cell unit 16 with a fuel cell 17.
  • the fuel cell unit 16 has a plurality of fuel cells 17.
  • the fuel cell unit 16 may be a fuel cell stack.
  • fuel is supplied to the heating system 10 or the heating unit 14.
  • the fuel in the case shown natural gas or methane, is supplied via two fuel valves 26, 28 by means of a compressor 30 to an anode gas processor 32.
  • the anode gas processor 32 is from the supplied fuel, in the case shown from the natural gas, a usable for the production of energy gas, in the case shown, a hydrogen-rich gas generated.
  • the anode gas processor 32 comprises a reformer unit 36, in the case shown a steam reformer 37, and a desulfurization unit 34 (FIG. 2).
  • the anode gas processor 32 comprises a filter.
  • the filter may also be arranged in place of the desulfurization unit 34.
  • the desulfurization unit 34 is a high-temperature desulfurization (HDS).
  • the anode gas processor 32 in this case has a recirculation 35, by means of which, hydrogen-rich gas from a point downstream of the reformer unit 36 is led to a point upstream of the desulfurization unit 34.
  • the fuel cell 16 is an SOFC fuel cell, and it is conceivable to use other types of fuel cells, such as PEM fuel cells.
  • the fuel cell 16 includes an anode 18, a cathode 20, and an electrolyte 22 disposed therebetween.
  • the hydrogen-rich gas generated by the anode gas processor 32 is supplied to the anode 18 of the fuel cell 17. There, the hydrogen is converted electrochemically, whereby heat and electricity are generated. Accordingly, it is in the heating system shown, or fuel cell system, a cogeneration plant.
  • Air or oxygen is supplied to the cathode 20 of the fuel cell 17 by means of an air line 38 and a further compressor 40. In the embodiments shown, this is air, which is picked up from the housing 15, wherein the housing itself has an air opening 42 through which ambient air can enter the housing 15.
  • the anode exhaust gas which optionally still contains unused hydrogen, is fed to an afterburner 44.
  • the cathode exhaust gas containing unused air or unused oxygen the afterburner 44 is supplied.
  • the unused hydrogen and the carbon monoxide originating from the reforming are finally oxidized or burnt.
  • the heat generated in this combustion can also be used for a heating circuit and / or for the heating of process water.
  • the afterburner 44 may be a flame burner, flox burner and / or catalytic burner. It is also conceivable that the afterburner 44 is designed as a combination of the mentioned burners. Thus, the afterburner 44 may also have a plurality of individual burners.
  • the resulting in the heat generation in the fuel cell unit 16 and the afterburner 44 then passes into a heat exchanger 46, through which the heat generated in the heating unit 14 for a heating circuit or a domestic water heating is decoupled.
  • the exhaust gas then leaves the heating unit 14 via an exhaust gas line 48. It is conceivable for the exhaust gas line 48 and the air opening 42 to be connected to an air-exhaust system, preferably wise to a double-pipe chimney or to a coaxial pipe, are connected.
  • a further compressor 50 is shown.
  • air for a rinsing process can be guided from the air opening 42 through the housing 15 to the exhaust pipe 48.
  • the heating system 10 according to the invention or the fuel cell system 12 comprises, as shown in the embodiments, a sensor 52 and is characterized in that a test device 54 is arranged, which is provided or adapted to the sensor 52 for checking with at least a portion of at least one fluid to act in the embodiments shown, the supplied fuel and / or the exhaust gas and / or the condensate water, or a gas obtained from the condensate water.
  • a test device 54 is arranged, which is provided or adapted to the sensor 52 for checking with at least a portion of at least one fluid to act in the embodiments shown, the supplied fuel and / or the exhaust gas and / or the condensate water, or a gas obtained from the condensate water.
  • the heating system 10 has a plurality of sensors 52.
  • the heating system 10 or fuel cell system 12 according to the invention which includes the one sensor 52, is likewise characterized in that at least one operating state is adjustable such that the sensor 52 can be checked with at least one part of at least one fluid, in the case of the supplied fuel and / or the exhaust gas and / or the condensate water, or of the gas obtained from the condensate water, is acted upon. As a result, the security for the operation of the heating system 10 is additionally increased.
  • the sensor 52 is a safety sensor or a gas sensor, which enables efficient technical implementation to increase the safety of the heating system 10.
  • the sensor 52 is disposed within the housing 14 of the heating unit 14, thereby ensuring efficient measurement of the sensor 52.
  • the test device 54 for acting upon the sensor 52 has a test line 56 and a metering unit 58, in the case shown a metering valve 60.
  • There- by the application and / or checking of the at least one sensor 52 is configured so that for the operation of the heating system 10 required flows of the at least one fluid, as in the case shown of the fuel supplied to the input of the heating unit 14, are hardly affected.
  • test device 54 for acting on the sensor 52 has at least one desulfurization unit and / or at least one filter.
  • absorption or adsorption of sulfur can also take place by means of the test device 54.
  • the test device 54 in the case shown the at least one test line 56, has in the immediate vicinity of the sensor 52 an opening 62 or an outlet opening 64 for the at least one part of the at least one fluid.
  • the test device 54 or the test line 56 ends with an opening or an outlet opening in the immediate vicinity of the sensor 52.
  • the at least one part of the at least one fluid can be selectively used in small quantities for the checking of the sensor 52 Near the sensor 52 exit within the housing, whereby the inspection of the sensor 52 is made more efficient.
  • the test apparatus 54 is arranged upstream of the fuel cell unit 16.
  • the test device 54 is arranged at the inlet of the heating unit 14, in the case illustrated fluidically at a location of the supply line 24, at which supplied fuel enters the heating unit 14 in an unchanged form.
  • the supplied fuel can be used in unchanged form for the verification of the sensor 52.
  • test apparatus 54 is located downstream of the compressor 30.
  • test device 54 is arranged upstream of the compressor 30.
  • test device 54 is arranged downstream of a fuel container.
  • a gas storage for example a gas cylinder, is arranged, which is provided to provide gas for the application of the sensor 52.
  • the gas storage can be designed for a lifetime of the heating system 10 or swapped or filled during maintenance.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a further embodiment of a heating system 10 according to the invention.
  • the anode gas processor 32 is shown in more detail.
  • the anode gas processor 32 comprises a desulfurization unit 34 and a reformer unit 36.
  • the test apparatus 54 is arranged downstream of the desulfurization unit 34.
  • the sensor 52 can be acted upon with fuel in desulfurized form for checking.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a further embodiment of a heating system 10 according to the invention.
  • the test apparatus 54 is arranged downstream of the reformer unit 36, as a result of which hydrogen-rich gas can also be used to check the sensor 52. It is the
  • Tester arranged upstream of the fuel cell unit 16.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further embodiment of a heating system 10 according to the invention.
  • the test apparatus 54 is disposed downstream of the fuel cell unit 16 and downstream of the afterburner 44.
  • the exhaust gas of the afterburner 44 can be used to check the sensor 52.
  • the testing device 54 is arranged upstream of the afterburner 44 and downstream of the fuel cell unit 16, whereby exhaust gas coming from the fuel cell unit 16, i. Anode exhaust and / or cathode exhaust gas can be used to check the sensor 52.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a further embodiment of a heating system 10 according to the invention.
  • the test apparatus 54 is downstream of at least one condensate container 66 and at least one
  • Electrolysers 68 arranged. So can the high purity of the
  • Condensate water which is formed during heat dissipation by the heat exchanger 46, are used to check the sensor 52.
  • Condensate tank 66 is arranged and the electrolyzer 68 comprises.
  • electrolyzer 68 an alkaline electrolyzer and / or an electrolyzer with a membrane, for example, a polymer electrolyte membrane (PEM) can be used.
  • PEM polymer electrolyte membrane
  • Heat exchanger 46 resulting condensate filtered, preferably deionized, and the reformer unit 36 for steam reforming supplied (not shown pictorially).
  • the inventive method for operating the heating system 10, which comprises the sensor 52, is characterized in that the sensor 52 for monitoring by means of the test device 54 with at least a portion of at least one fluid, in the embodiments of the supplied fuel and / or the exhaust gas and / or the condensate water, or of the gas obtained from the condensate water, is acted upon.
  • the operation of the heating system 10 is made particularly secure.
  • the sensor is acted upon at regular intervals, in particular of 24 h, with the at least one part of the at least one fluid, whereby an efficient monitoring of the sensor 52 is realized.
  • the sensor 52 is acted upon by a fixed dosage of the at least one part of the at least one fluid, whereby the sensor 52, in particular when exposed to regular intervals, is checked with a uniform dosage.
  • the sensor 52 detects a flammable and / or toxic component of the at least one part of the at least one fluid.
  • a monitoring of the sensor 52 with regard to hazardous substances that could be released in the event of leaks within the housing 14 can be carried out in a targeted manner.
  • the sensor 52 thus monitors the interior of the heating unit 14 for flammable and / or toxic gases, the output of the sensor 52 being measured during the check.
  • control unit 70 When the sensor 52 is acted upon by the at least one part of the at least one fluid, the output signal, which is emitted by a control unit, increases. evaluation unit 70 is evaluated.
  • the control unit 70 is a Gas Firing Machine (GFA).
  • the control unit 70 is connected to the sensor 52 via a communication line 72. Further, the control unit 70 is with the fuel valves
  • control unit 70 is designed fail-safe.
  • control unit 70 is connected to a system control unit 80 via a communication line 78.
  • system control unit 80 is connected to a system control unit 80 via a communication line 78.
  • a communication line 82 is in turn connected via a communication line 82 to a display unit 84.
  • control unit 70 is connected to the dossier unit 58 or the metering valve 60 via a communication line 86.
  • the control unit 70 can control the metering of the at least one part of the fluid during the checking of the sensor 52.
  • the control unit 70 controls the application of the sensor 52 and monitors its output signal.
  • the communication lines 72, 78, 82 are designed as data lines and the communication lines 74, 76, 86 as control lines.
  • the communication lines 72, 78, 82, 74, 76 are implemented by a bus system, by radio links and / or by an Internet connection. If the output signal during the test or during a test phase of the sensor 52 at least one threshold, in the case shown does not exceed a predetermined threshold, then at least one valve, in the embodiments shown, the fuel valves 26, 28 and the supply valves 26, 28 , closed. This ensures that no hazardous substances are supplied to the heating system 10 when the sensor 52 is defective. This means that even dangerous substances can not be released into the housing due to leaks. 15 of the heating unit 14, while the sensor 52 is not functional. If the sensor 52 is defective, an error message is output via the system control unit 80 and the display unit 84 to a user, who can contact a technician who repairs or replaces the sensor 52.
  • the threshold value is stored in a data memory of the control unit 70. It is set during the installation of the heating system 10 of the control unit 70. Alternatively, the threshold value can also be specified after installation of the heating system 10 via a further communication line, a radio connection and / or an Internet connection. The specification of the threshold value can take place both statically and dynamically, for example taking into account and / or adaptation to an operating mode of the heating system 10.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of an embodiment of a method according to the invention for operating the heating system 10.
  • the method for operating the heating system 10 takes place with the following method steps:
  • step c2) proceeding with method step d) if the at least one output signal of the at least one sensor (52) exceeds the at least one threshold value, d) closing at least one valve (26, 28), in particular a fuel valve (26, 28), and / or outputting an error message to a user,
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a further embodiment of a method according to the invention for operating a heating system.
  • the method for operating the heating system 10 takes place by carrying out method step b) with the following method steps:
  • the at least one part of the at least one fluid in the case of the fuel shown, upstream of the fuel cell unit 16 by means of the test device 54, in the case shown at the entrance of the heating unit 14th , branched off.
  • the heating system 10 is driven so that supplied fuel can be used in unmodified form for the verification of the sensor 52.
  • the at least one part of the at least one fluid preferably fuel
  • the heating system 10 can proceed in such a way that unchanged fuel can be used directly from a fuel cell container, which can be arranged at any point of the heating system 10.
  • Fig. 2 as also in the preceding
  • At least part of the at least one fluid branches off downstream of the desulfurization unit 34 by means of the test device 54. Thereby, the heating system 10 is driven so that fuel is used in desulfurized form, whereby the sensor 52 is poisoned to a lesser extent.
  • the at least part of the at least one fluid in the case of the fuel shown, is branched off downstream of the reformer unit 36 by means of the test device 54.
  • the heating system 10 is driven so that hydrogen-rich gas is used to check the sensor 52.
  • the exhaust gas branched off by means of at least one tester 54 downstream of the fuel cell unit 16 and the afterburner 44.
  • the heating system 10 is driven so that exhaust gas is used to check the sensor 52.
  • the at least one part of the at least one fluid is branched off by means of the test device 54 downstream of the fuel cell unit 16 and upstream of the afterburner 44. If the afterburner 44 in an alternative embodiment has a plurality of individual burners, then it is also conceivable that the at least one part of the at least one fluid is diverted by means of the test device 54 at one or more points between the individual burners.
  • the ratio of supplied fuel and supplied air preferably by means of the compressors 30, 40, is set so that combustion in the afterburner 44 produces a high amount of carbon monoxide due to lack of air becomes.
  • the exhaust gas downstream of the afterburner has a high proportion of carbon monoxide.
  • the sensor 52 shown in FIG. 4 is designed to detect carbon monoxide.
  • the carbon monoxide contained in the exhaust gas is detected by the sensor 52.
  • the testing device 54 has no metering unit 58 or no metering valve 60.
  • the sensor 52 reacts insofar as it concerns a sensor 52 which, as in the case shown, acts on the Detection of carbon monoxide is designed. Also are shown for the
  • the at least one part of the at least one fluid in the case shown condensate water or a gas obtained from the condensate water, by means of the test device 54 downstream of the
  • Condensate tank 66 and the electrolyzer 68 branched off. Thereby, the heating system 10 is moved so that the condensate water, which has a high purity, is used.
  • the electrolyser 68 is supplied with power during the test phase, whereby from the pure condensate water gas, in the case shown, hydrogen or a hydrogen-oxygen mixture, is generated.
  • the flow of current is adjusted by the control unit 70 so that during the examination of the sensor 52 or during the test phase sufficient gas, which from the Condensate is recovered, for the verification of the sensor 52 is present.
  • the heating system according to the invention in particular the fuel cell system according to the invention, is not limited to the use which is evident from the preceding description.
  • the heating system according to the invention in particular the fuel cell system according to the invention, in any applications which require generation of electricity and / or heat can be used.
  • the heating system according to the invention in particular the fuel cell system according to the invention, can be used in a vehicle for generating electricity and / or heat.
  • the safety in a vehicle is increased by the use of the heating system according to the invention, in particular of the fuel cell system according to the invention.
  • the heating system according to the invention can also be used in emergency power supply systems.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizsystem (10), insbesondre Brennstoffzellensystem (12), welches mindestens einen Sensor (52) umfasst. Es wird vorgeschlagen mindestens eine Prüfvorrichtung (54) anzuordnen, welche dazu vorgesehen ist, den mindestens einen Sensor (52) zur Überprüfung mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids zu beaufschlagen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Heizsystems (10).

Description

Beschreibung
Titel
Heizsystem, sowie Verfahren zum betreiben eines Heizsystems
Die Vorliegende Erfindung Betrifft ein Heizsystem, insbesondre Brennstoffzellensystem, welches mindestens einen Sensor umfasst, sowie ein Verfahren zum betreiben eines Heizsystems.
Stand der Technik
Aus WO 02/20300 A1 ist ein Sensor bekannt welcher eine Kohlenstoffmonoxid- Konzentration in einem Brennstoffzellenfahrzeug misst, wobei bei erhöhter Koh- lenstoffmonoxid-Konzentration der Betrieb der Brennstoffzelle gestoppt wird.
Offenbarung der Erfindung
Das vorliegende Heizsystem, insbesondre Brennstoffzellensystem, welches mindestens einen Sensor umfasst, hat demgegenüber den Vorteil, dass mindestens eine Prüfvorrichtung angeordnet ist, welche dazu vorgesehen ist, den mindestens einen Sensor zur Überprüfung mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids zu beaufschlagen. Dadurch wird die Sicherheit des Heizsystems erhöht.
Die Erfindung betrifft auch ein Heizsystem, insbesondere Brennstoffzellensystem, welches mindestens einen Sensor umfasst, und welches sich dadurch auszeichnet, dass mindestens ein Betriebszustand so einstellbar ist, dass der min- destens eine Sensor zur Überprüfung mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids beaufschlagt wird. Dadurch wird die Sicherheit des Heizsystems ebenfalls erhöht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung möglich. So handelt es sich bei dem mindestens einen Sensor um einen Sicherheitssensor, vorzugsweise einen Gassensor, durch welchen eine effiziente technische Umsetzung ermöglicht wird.
In bevorzugter Weise ist der mindestens eine Sensor innerhalb mindestens eines Gehäuses mindestens einer Heizeinheit angeordnet, wodurch eine effiziente Messung des Sensors gewährleistet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die oder eine Prüfvorrichtung zur Beaufschlagung des mindestens einen Sensors mindestens eine Prüfleitung und/oder mindestens eine Dosiereinheit, insbesondere ein Dosierventil, auf. So kann die Beaufschlagung und/oder Überprüfung des mindestens einen Sensors so ausgestaltet werden, dass für den Betrieb des Heizsystems benötigte Strömungen des mindestens einen Fluids kaum beeinflusst werden.
Es ist von Vorteil, wenn die oder eine Prüfvorrichtung, insbesondere die mindestens eine Prüfleitung, in unmittelbarer Nähe des mindestens einen Sensors mindestens eine Öffnung, insbesondere mindestens eine Austrittsöffnung, für den zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids aufweist. So kann eine besonders effiziente Messung des Sensors ermöglicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die oder eine Prüfvorrichtung stromaufwärts mindestens einer Brennstoffzelleneinheit, insbesondere an einem Eingang mindestens einer Heizeinheit, und/oder stromabwärts mindestens eines Brennstoffbehälters und/oder stromabwärts mindestens einer Entschwefelungseinheit und/oder stromabwärts mindestens einer Reformereinheit angeordnet. Dadurch kann die Beaufschlagung und/oder Überprüfung des mindestens einen Sensors weitestgehend unabhängig von den Wärmeerzeugungsprozessen im Heizsystem ausgestaltet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die oder eine Prüfvorrichtung stromabwärts mindestens einer Brennstoffzelleneinheit und/oder stromabwärts mindestens eines Nachbrenners angeordnet. Dadurch wird eine technisch einfache Integration der Prüfvorrichtung ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die oder eine Prüfvorrichtung stromabwärts mindestens eines Kondensatbehälters und/oder mindestens eines
Elektrolyseurs angeordnet. So kann beispielswese die hohe Reinheit des Kondensatwassers genutzt werden, wodurch der mindestens eine Sensor in geringerem Maße„vergiftet" und somit auch seine Lebensdauer erhöht werden kann.
Ferner Betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems, welches mindestends einen Sensor umfasst. Das Verfahren hat den Vorteil, dass der mindestens eine Sensor zur Überwachung mittels mindestens einer Prüfvorrichtung mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids beaufschlagt wird. Dadurch kann der Betrieb des Heizsystems besonders sicher gestaltet werden.
In einer vorteilhaften Ausführung, wird der mindestens eine Sensor in regelmäßigen Zeitabständen, insbesondere von 24 h, mit dem zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids beaufschlagt, wodurch eine effiziente Überwachung des mindestens einen Sensors realisiert werden kann.
Bevorzugt ist es, wenn der mindesten eine Sensor mit einer festgelegten Dosierung des zumindest einen Teils des mindestens einen Fluids beaufschlagt wird. So kann eine einheitliche Überprüfung des mindestens einen Sensors sichergestellt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung erfasst der mindestens eine Sensor mindestens einen brennbaren und/oder toxischen Bestandteil des zumindest ei- nen Teils des mindestens einen Fluids. So kann die Erfassung von gefährlichen
Stoffen gezielt Überprüft bzw. Überwacht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Ventil, vorzugsweise mindestens ein Brennstoffventil, geschlossen wird, wenn mindestens ein Ausgangssig- nal, insbesondere während einer Testphase, des mindestens einen Sensors mindestens einen Schwellenwert nicht überschreitet. So kann sichergestellt wer- den, dass keine gefährlichen Stoffe dem Heizsystem zuführbar sind, wenn der mindestens eine Sensor defekt ist.
In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt das Verfahren durch die nachfolgenden Verfahrensschritte:
a) Ermitteln, ob das Heizsystem in Betrieb ist,
a1) Fortfahren mit Verfahrensschritt b), wenn das Heizsystem in Betrieb ist,
a2) Fortfahren mit Verfahrensschritt d), wenn das Heizsystem nicht in
Betrieb ist,
b) Beaufschlagen des mindestens einen Sensors mit dem zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids,
c) Ermitteln, ob mindestens ein Ausgangssignal des mindestens einen Sensors mindestens einen Schwellenwert nicht überschreitet, c1) Fortfahren mit Verfahrensschritt d), wenn das mindestens eine Ausgangssignal des mindestens einen Sensors (52) den mindestens einen Schwellenwert nicht überschreitet,
c2) Fortfahren mit Verfahrensschritt d), wenn das mindestens eine Ausgangssignal des mindestens einen Sensors (52) den mindestens einen Schwellenwert überschreitet,
d) Schließen mindestens eines Ventils (26, 28), insbesondere eines Brennstoffventils (26, 28), und/oder Ausgeben einer Fehlermeldung für einen Nutzer,
e) Fortfahren mit Verfahrensschritt a) nach einer vorgeschriebenen Zeit, insbesondere von 24 h.
So kann eine Überwachung des mindestens einen Sensors besonders effizient erfolgen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt das Verfahren so, dass Verfahrensschritt b) mit nachfolgenden Verfahrensschritten erfolgt:
b1) Öffnen mindestens eines Ventils, insbesondere eines
Dosierventils, in mindestens einer Leitung, insbesondere einer Prüfleitung der mindestens einen Prüfvorrichtung, welche fluid- technisch zu dem mindestens einen Sensor führt, b2) Warten bis eine vorgeschriebene Zeit, insbesondere von 30 Sekunden, verstrichen ist und/oder bis eine vorgeschriebene Dosie- rung des zumindest einen Teils des mindestens einen Fluids den mindestens einen Sensor beaufschlagt hat,
b3) Schließen des mindestens einen Ventils, insbesondere des
Dosierventils, in der Leitung, insbesondere der Prüfleitung der Prüfvorrichtung, welche fluidtechnisch zu dem mindestens einen
Sensor führt,
b4) Fortfahren mit Verfahrensschritt c).
Auf diese Weise kann das Verfahren besonders wirksam erweitert werden. In einer vorteilhaften Ausführung wird der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids mittels der mindestens einen Prüfvorrichtung stromaufwärts einer Brennstoffzelleneinheit, insbesondere an einem Eingang einer Heizeinheit, und/oder stromabwärts eines Brennstoffbehälters und/oder stromabwärts einer Entschwefelungseinheit und/oder stromabwärts mindestens einer
Reformereinheit abgezweigt. So kann die Überwachung des mindestens einen
Sensors besonders effektiv realisiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids mittels der mindestens einen Prüfvorrichtung stromabwärts mindestens einer Brennstoffzelleneinheit und/oder mindestens eines Nachbrenners abgezweigt. So kann die Überwachung des mindestens einen Sensors technisch besonders einfach umgesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird der zumindest eine Teil des min- destens einen Fluids mittels der mindestens einen Prüfvorrichtung stromabwärts mindestens eines Kondensatbehälters und/oder mindestens eines Elektrolyseurs abgezweigt. So kann für die Überwachung des mindestens einen Sensors beispielsweise die hohe Reinheit des Kondensatwassers ausgenutzt werden, wodurch der mindestens eine Sensor in geringerem Maße„vergiftet" wird.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der mindestens eine Elektrolyseur während einer Testphase mit Strom versorgt wird, wodurch die Nutzung von
Kondensatwasser ermöglicht wird. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Heizsystem, insbesondere ein in der vorangehenden Beschreibung beschriebenes Heizsystem, welches mit dem in der vorangehenden Beschreibung beschriebenen Verfahren betrieben wird.
Zeichnungen
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizsystems;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizsystems;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizsystems;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizsystems;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizsystems,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Heizsystems,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Heizsystems.
Beschreibung
Gleiche Bauteile der Ausführungen werden mit gleichen Bezugszeichen belegt. In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizsystems 10 gezeigt. Bei dem gezeigten Heizsystem 10 handelt es sich um ein Brennstoffzellensystem 12, welches eine Heizeinheit 14 mit einem Gehäuse 15 aufweist. Die Heizeinheit 14 wiederum weist eine Brennstoffzelleneinheit 16 mit einer Brennstoffzelle 17 auf. Es ist aber auch denkbar, dass die Brennstoffzelleneinheit 16 eine Mehrzahl an Brennstoffzellen 17 aufweist. So kann es sich bei der Brennstoffzelleneinheit 16 um einen Brennstoffzellenstack handeln.
Über eine Brennstoffzufuhr 24 wird dem Heizsystem 10 bzw. der Heizeinheit 14 Brennstoff zugeführt. Der Brennstoff, im gezeigten Fall Erdgas bzw. Methan, wird über zwei Brennstoffventile 26, 28 mittels eines Verdichters 30 einem Anoden- gasprozessor 32 zugeführt. Mithilfe des Anodengasprozessors 32 wird aus dem zugeführten Brennstoff, im gezeigten Fall aus dem Erdgas, ein für die Erzeugung von Energie verwendbares Gas, im gezeigten Fall ein wasserstoffreiches Gas, generiert. Der Anodengasprozessor 32 umfasst eine Reformereinheit 36, im gezeigten Fall einen Dampfreformer 37, und eine Entschwefelungseinheit 34 (Fig.2).
Mit Hilfe der Entschwefelungseinheit 34 werden Schwefelbestandteile aus dem zugeführten Brennstoff entfernt, während mit Hilfe der Reformereinheit 36 das Erdgas bzw. das Methangas im Wesentlichen zu Wasserstoff und Kohlenstoffmonooxid reformiert wird. Zusätzlich ist es auch denkbar, dass der Anodengasprozessor 32 einen Filter umfasst. So kann der Filter auch anstelle der Entschwefelungseinheit 34 angeordnet sein.
In den gezeigten Ausführungen handelt es sich bei der Entschwefelungseinheit 34 um eine Hochtemperatur-Entschwefelung (HDS). Der Anodengasprozessor 32 weist dabei eine Rückführung 35 auf, mittels welcher, wasserstoffreiches Gas von einer Stelle stromabwärts der Reformereinheit 36 zu einer Stelle stromaufwärts der Entschwefelungseinheit 34 geführt wird. in den gezeigten Ausführungen handelt es sich bei der Brennstoffzelle 16 um eine SOFC-Brennstoffzelle, wobei es denkbar ist, auch andere Brennstoffzellentypen einzusetzen, wie z.B. PEM-Brennstoffzellen. Die Brennstoffzelle 16 umfasst eine Anode 18, eine Kathode 20 und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 22.
Das mittels des Anodengasprozessors 32 generierte wasserstoffreiche Gas wird der Anode 18 der Brennstoffzelle 17 zugeführt. Dort wird der Wasserstoff elektrochemisch umgesetzt, wobei Wärme und Strom erzeugt werden. Demnach handelt es sich bei dem gezeigten Heizsystem, bzw. Brennstoffzellensystem, um eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage.
Mittels einer Luftleitung 38 und einem weiteren Verdichter 40 wird Luft bzw. Sauerstoff der Kathode 20 der Brennstoffzelle 17 zugeführt. In den gezeigten Ausführungen handelt es sich dabei um Luft, welche aus dem Gehäuse 15 aufgegriffen wird, wobei das Gehäuse selbst eine Luftöffnung 42 aufweist, durch welche Umgebungsluft in das Gehäuse 15 eintreten kann.
Das Anodenabgas, welches gegebenenfalls noch unverbrauchten Wasserstoff enthält, wird einem Nachbrenner 44 zugeführt. Ebenso wird das Kathodenabgas, welches unverbrauchte Luft bzw. unverbrauchten Sauerstoff enthält, dem Nachbrenner 44 zugeführt. Im Nachbrenner 44 wird schließlich der unverbrauchte Wasserstoff und das aus der Reformierung stammende Kohlenstoffmonooxid oxidiert bzw. verbrannt. Die bei dieser Verbrennung erzeugte Wärme kann ebenfalls für einen Heizkreis und/oder für die Erwärmung von Brauchwasser genutzt werden.
Bei dem Nachbrenner 44 kann es sich um einen Flammen-Brenner, Flox-Brenner und/oder katalytischen Brenner handeln. Ebenso ist es denkbar dass der Nachbrenner 44 als eine Kombination aus den erwähnten Brennern ausgeführt ist. So kann der Nachbrenner 44 auch eine Mehrzahl an einzelnen Brennern aufweisen.
Das bei der Wärmeerzeugung in der Brennstoffzelleneinheit 16 und dem Nachbrenner 44 entstehende Abgas gelangt daraufhin in einen Wärmeübertrager 46, durch welchen die in der Heizeinheit 14 erzeugte Wärme für einen Heizkreis oder eine Brauchwassererwärmung ausgekoppelt wird. Anschließend verlässt das Abgas die Heizeinheit 14 über eine Abgasleitung 48. Dabei ist es denkbar, dass die Abgasleitung 48 und die Luftöffnung 42 an ein Luft-Abgas-System, vorzugs- weise an einen Doppel-Rohr-Schornstein oder an ein Koaxialrohr, angeschlossen sind.
Des Weiteren ist im Ausführungsbeispiel ein weiterer Verdichter 50 gezeigt. Mittels des weiteren Verdichters 50 kann Luft für einen Spülvorgang von der Luftöffnung 42 durch das Gehäuse 15 zur Abgasleitung 48 geführt werden.
Das erfindungsgemäße Heizsystem 10 bzw. das Brennstoffzellensystem 12, um- fasst, wie in den Ausführungen gezeigt, einen Sensor 52 und zeichnet sich dadurch aus, dass eine Prüfvorrichtung 54 angeordnet ist, welche dazu vorgesehen bzw. dazu eingerichtet ist, den Sensor 52 zur Überprüfung mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids, in den gezeigten Ausführungen des zugeführten Brennstoffs und/oder des Abgases und/oder des Kondensatwassers, bzw. eines aus dem Kondensatwasser gewonnenen Gases, zu beaufschlagen. Durch die Überprüfung des Sensors 52 wird die Sicherheit des Heizsystems 10 erhöht. Dabei ist es auch denkbar dass das Heizsystem 10 eine Mehrzahl an Sensoren 52 aufweist.
Das erfindungsgemäße Heizsystem 10 bzw. Brennstoffzellensystem 12, welches den einen Sensor 52 umfasst, zeichnet sich ebenso dadurch aus, dass mindestens ein Betriebszustand so einstellbar ist, dass der Sensor 52 zur Überprüfung mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids, im gezeigten Fall des zugeführten Brennstoffs und/oder des Abgases und/oder des Kondensatwassers, bzw. des aus dem Kondensatwasser gewonnenen Gases, beaufschlagt wird. Dadurch wird die Sicherheit für den Betrieb des Heizsystems 10 zusätzlich erhöht.
Bei dem Sensor 52 handelt es sich um einen Sicherheitssensor bzw. einen Gassensor, wodurch eine effiziente technische Umsetzung zur Erhöhung der Sicherheit des Heizsystems 10 ermöglicht wird.
Der Sensor 52 ist innerhalb des Gehäuses 14 der Heizeinheit 14 angeordnet, wodurch eine effiziente Messung des Sensors 52 gewährleistet wird.
Die Prüfvorrichtung 54 zur Beaufschlagung des Sensors 52 weist eine Prüfleitung 56 und eine Dosiereinheit 58, im gezeigten Fall ein Dosierventil 60, auf. Da- durch wird die Beaufschlagung und/oder Überprüfung des mindestens einen Sensors 52 so ausgestaltet, dass für den Betrieb des Heizsystems 10 benötigte Strömungen des mindestens einen Fluids, wie im gezeigten Fall des am Eingang der Heizeinheit 14 zugeführten Brennstoffs, kaum beeinflusst werden.
Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Prüfvorrichtung 54 zur Beaufschlagung des Sensors 52 mindestens eine Entschwefelungseinheit und/oder mindestens einen Filter aufweist. So kann auch eine Absorption oder Adsorbtion von Schwefel mittels der Prüfvorrichtung 54 erfolgen.
Die Prüfvorrichtung 54, im gezeigten Fall die mindestens eine Prüfleitung 56, weist in unmittelbarer Nähe des Sensors 52 eine Öffnung 62 bzw. eine Austrittsöffnung 64 für den zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids auf. Im gezeigten Fall endet die Prüfvorrichtung 54 bzw. die Prüfleitung 56 mit einer Öff- nung bzw. einer Austrittsöffnung in unmittelbarer Nähe des Sensors 52. So kann der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids in geringen Mengen für die Überprüfung des Sensors 52 gezielt in unmittelbarer Nähe des Sensors 52 innerhalb des Gehäuses austreten, wodurch die Überprüfung des Sensors 52 effizienter ausgestaltet ist.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführung ist die Prüfvorrichtung 54 stromaufwärts der Brennstoffzelleneinheit 16 angeordnet. So ist die Prüfvorrichtung 54 am Eingang der Heizeinheit 14, im dargestellten Fall strömungstechnisch an einer Stelle der Zufuhrleitung 24 angeordnet, an welcher zugeführter Brennstoff in unveränderter Form in die Heizeinheit 14 eintritt. Dadurch kann der zugeführte Brennstoff in unveränderter Form für die Überprüfung des Sensors 52 genutzt werden.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführung ist die Prüfvorrichtung 54 stromabwärts des Verdichters 30 angeordnet. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Prüfvor- richtung 54 stromaufwärts des Verdichters 30 angeordnet ist.
Alternativ ist es auch denkbar, dass die Prüfvorrichtung 54 stromabwärts eines Brennstoffbehälters angeordnet ist. Ebenso ist es denkbar, dass ein Gasspeicher, z.B. eine Gasflasche, angeordnet ist, welcher dazu vorgesehen ist, Gas für die Beaufschlagung des Sensors 52 zur Verfügung zu stellen. Der Gasspeicher kann dabei für eine Lebensdauer des Heizsystems 10 ausgelegt sein oder bei einer Wartung getauscht oder gefüllt werden.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines er- findungsgemäßen Heizsystems 10 gezeigt. Hier ist der Anodengasprozessor 32 genauer dargestellt. Wie schon erwähnt umfasst der Anodengasprozessor 32 eine Entschwefelungseinheit 34 und eine Reformereinheit 36. Im gezeigten Fall ist die Prüfvorrichtung 54 stromabwärts der Entschwefelungseinheit 34 angeordnet. Dadurch kann der Sensor 52 zur Überprüfung mit Brennstoff in entschwefelter Form beaufschlagt werden.
In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizsystems 10 gezeigt. In diesem Fall ist die Prüfvorrichtung 54 stromabwärts der Reformereinheit 36 angeordnet, wodurch auch wasserstoff- reiches Gas zur Überprüfung des Sensors 52 genutzt werden kann. Dabei ist die
Prüfvorrichtung stromaufwärts der Brennstoffzelleneinheit 16 angeordnet.
In Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizsystems 10 gezeigt. In diesem Fall ist die Prüfvorrichtung 54 stromabwärts der Brennstoffzelleneinheit 16 und stromabwärts des Nachbrenners 44 angeordnet. Dadurch kann das Abgas des Nachbrenners 44 zur Überprüfung des Sensors 52 genutzt werden. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Prüfvorrichtung 54 stromaufwärts des Nachbrenners 44 und stromabwärts der Brennstoffzelleneinheit 16 angeordnet ist, wodurch Abgas kommend aus der Brennstoffzelleneinheit 16, d.h. Anodenabgas und/oder Kathodenabgas, zur Überprüfung des Sensors 52 genutzt werden kann.
In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Heizsystems 10 gezeigt. In diesem Fall ist die Prüfvorrichtung 54 stromabwärts mindestens eines Kondensatbehälters 66 und mindestens eines
Elektrolyseurs 68 angeordnet. So kann die hohe Reinheit des
Kondensatswassers, welches bei der Wärmeabnahme durch den Wärmetauscher 46 entsteht, zur Überprüfung des Sensors 52 genutzt werden. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Prüfvorrichtung 54 stromabwärts des
Kondensatsbehälters 66 angeordnet ist und den Elektrolyseur 68 umfasst. Als Elektrolyser 68 kann ein alkalischer Elektrolyser und/oder ein Elektrolyser mit einer Membran zum Beispiel einer Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) eingesetzt werden.
Ferner wird in der in Fig. 5 gezeigten Ausführung das nach dem
Wärmeübertrager 46 anfallende Kondensatwasser gefiltert, vorzugsweise deionisiert, und der Reformereinheit 36 für eine Dampfreformierung zugeführt (bildlich nicht dargestellt).
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Heizsystems 10, welches den Sensor 52 umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensor 52 zur Überwachung mittels der Prüfvorrichtung 54 mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids, in den gezeigten Ausführungen des zugeführten Brennstoffs und/oder des Abgases und/oder des Kondensatwassers, bzw. des aus dem Kondensatwasser gewonnenen Gases, beaufschlagt wird. Dadurch wird der Betrieb des Heizsystems 10 besonders sicher gestaltet.
Der Sensor wird in regelmäßigen Zeitabständen, insbesondere von 24 h, mit dem zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids beaufschlagt, wodurch eine effiziente Überwachung des Sensors 52 realisiert wird.
Der Sensor 52 wird mit einer festgelegten Dosierung des zumindest einen Teils des mindestens einen Fluids beaufschlagt, wodurch der Sensor 52, insbesondere bei Beaufschlagung in regelmäßigen Zeitabständen, mit einer einheitlichen Dosierung überprüft wird.
Der Sensor 52 erfasst einen brennbaren und/oder toxischen Bestandteil des zumindest einen Teils des mindestens einen Fluids So kann gezielt eine Überwachung des Sensors 52 bezugnehmend auf gefährliche Stoffe, welche bei auftretenden Leckagen innerhalb des Gehäuses 14 freigesetzt werden könnten, durchgeführt werden. Der Sensor 52 überwacht somit den Innenraum der Heizeinheit 14 auf brennbare und/oder toxische Gase, wobei das Ausgangssignal des Sensors 52 während der Überprüfung gemessen wird.
Bei Beaufschlagung des Sensors 52 mit dem zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids erhöht sich das Ausgangssignal, welches von einer Steue- rungseinheit 70 ausgewertet wird. In den gezeigten Ausführungen handelt es sich bei der Steuerungseinheit 70 um einen Gas-Feuerung-Automaten (GFA).
Die Steuerungseinheit 70 ist über eine Kommunikationsleitung 72 mit dem Sen- sor 52 verbunden. Ferner ist die Steuerungseinheit 70 mit den Brennstoffventilen
26, 28 über eine Kommunikationsleitungen 74, 76 verbunden. Entsprechend ist die Steuerungseinheit 70 zweifehlersicher ausgelegt.
Darüber hinaus ist die Steuerungseinheit 70 über eine Kommunikationsleitung 78 mit einer Systemsteuerungseinheit 80 verbunden. Die Systemsteuerungseinheit
80 ist wiederum über eine Kommunikationsleitung 82 mit einer Anzeigeeinheit 84 verbunden.
Ferner ist die Steuerungseinheit 70 über eine Kommunikationsleitung 86 mit der Dossiereinheit 58 bzw. dem Dosierventil 60 verbunden. Dadurch kann die Steuereinheit 70 die Dosierung des zumindest einen Teils des Fluids während der Überprüfung des Sensors 52 steuern. Somit steuert die Steuerungseinheit 70 die Beaufschlagung des Sensors 52 und überwacht dessen Ausgangssignal. In den gezeigten Ausführungen sind die Kommunikationsleitungen 72, 74, 76, 78,
82, 86 dazu vorgesehen eine steuerungs- und/oder regelungstechnische Kommunikation für ein sicheres Betreiben des Heizsystems 10 zu bewerkstelligen. Dabei sind die Kommunikationsleitungen 72, 78, 82 als Datenleitungen und die Kommunikationsleitungen 74, 76, 86 als Steuerungsleitungen ausgeführt.
Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Kommunikationsleitungen 72, 78, 82, 74, 76 durch ein Bussystem, durch Funkverbindungen und/oder durch eine Internetverbindung umgesetzt sind. Wenn das Ausgangssignal während der Überprüfung bzw. während einer Testphase des Sensors 52 mindestens einen Schwellenwert, im gezeigten Fall einen vorgegebenen Schwellenwert, nicht überschreitet, dann wird mindestens ein Ventil, in den gezeigten Ausführungen die Brennstoffventile 26, 28 bzw. die Zufuhrventile 26, 28, geschlossen. Dadurch wird sichergestellt, dass keine gefährli- chen Stoffe dem Heizsystem 10 zugeführt werden, wenn der Sensor 52 defekt ist. Somit können auch keine gefährlichen Stoffe durch Leckagen in das Gehäu- se 15 der Heizeinheit 14 austreten, während der Sensor 52 nicht funktionsfähig ist. Ist der Sensor 52 defekt, so wird eine Fehlermeldung über die Systemsteuerungseinheit 80 und die Anzeigeeinheit 84 für einen Nutzer ausgegeben, wodurch dieser einen Techniker kontaktieren kann, welcher den Sensor 52 repariert oder auswechselt.
Der Schwellenwert ist in einem Datenspeicher der Steuerungseinheit 70 hinterlegt. Er wird während der Installation des Heizsystems 10 der Steuerungseinheit 70 vorgegeben. Alternativ kann der Schwellenwert auch nach der Installation des Heizsystems 10 über eine weitere Kommunikationsleitung, eine Funkverbindung und/oder eine Internetverbindung vorgegeben werden. Die Vorgabe des Schwellenwerts kann sowohl statisch als auch dynamisch, beispielsweise unter Berücksichtigung und/oder Anpassung an eine Betriebsweise des Heizsystems 10, erfolgen.
In Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Heizsystems 10 gezeigt. Das Verfahren zum Betreiben des Heizsystems 10, erfolgt mit nachfolgenden Verfahrensschritten:
a) Ermitteln, ob das Heizsystem 10, bzw. die Heizeinheit 14, in Betrieb ist, a1) Fortfahren mit Verfahrensschritt b), wenn das Heizsystem 10 in Betrieb ist,
a2) Fortfahren mit Verfahrensschritt d), wenn das Heizsystem 10 nicht in Betrieb ist,
b) Beaufschlagen des mindestens einen Sensors mit dem zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids,
c) Ermitteln, ob das Ausgangssignal des Sensors 52 den Schwellenwert, bzw. den vorgegebenen Schwellenwert, nicht überschreitet,
c1) Fortfahren mit Verfahrensschritt d), wenn das mindestens eine Ausgangssignal des mindestens einen Sensors (52) den mindestens einen Schwellenwert nicht überschreitet,
c2) Fortfahren mit Verfahrensschritt d), wenn das mindestens eine Ausgangssignal des mindestens einen Sensors (52) den mindestens einen Schwellenwert überschreitet, d) Schließen mindestens eines Ventils (26, 28), insbesondere eines Brennstoffventils (26, 28), und/oder Ausgeben einer Fehlermeldung für einen Nutzer,
e) Fortfahren mit Verfahrensschritt a) nach einer vorgeschriebenen Zeit, insbesondere von 24 h.
So wird das Verfahren mit den beschriebenen Verfahrensschritten besonders effizient durchgeführt.
In Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Heizsystems gezeigt. Das Verfahren zum Betreiben des Heizsystems 10 erfolgt, indem Verfahrensschritt b) mit nachfolgenden Verfahrensschritten erfolgt:
b1) Öffnen mindestens eines Ventils, in den gezeigten Ausführungen des Dosierventils 60, in mindestens einer Leitung, in den gezeigten Ausführungen in der Prüfleitung 56 der Prüfvorrichtung 54, welche fluidtech- nisch zu dem Sensor 52 führt,
b2) Warten bis eine vorgeschriebene Zeit, in den gezeigten Ausführungen von 30 Sekunden, verstrichen ist und/oder bis eine vorgeschriebene Dosierung des zumindest einen Teils des mindestens einen Fluids den Sensor 52 beaufschlagt hat,
b3) Schließen des mindestens einen Ventils, in den gezeigten Ausführungen des Dosierventils 60, in der Leitung, in den gezeigten Ausführungen der Prüfleitung 56 der Prüfvorrichtung 54, welche fluidtechnisch zu dem mindestens einen Sensor führt,
b4) Fortfahren mit Verfahrensschritt c).
Dadurch wird die Effizienz des Verfahrens zum Betreiben des Heizsystems 10 zusätzlich erhöht. Im Rahmen der Erweiterung des Verfahrens aus Fig. 6 gemäß Fig. 7 ist es alternativ auch denkbar, dass der Verfahrensschritt b4) entfällt.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungen wird, wie in der vorangehenden Beschreibung schon angedeutet, der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids, im gezeigten Fall des Brennstoffs, mittels der Prüfvorrichtung 54 stromaufwärts der Brennstoffzelleneinheit 16, im gezeigten Fall am Eingang der Heizeinheit 14, abgezweigt. Dadurch wird das Heizsystem 10 so gefahren, dass zugeführter Brennstoff in unveränderter Form für die Überprüfung des Sensors 52 genutzt werden kann. In einer alternativen Ausführung, welche nicht bildlich dargestellt ist, ist es auch denkbar, dass der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids, vorzugsweise Brennstoff, mittels der Prüfvorrichtung 54 stromabwärts eines Brennstoffbe- hälters abgezweigt wird. Dadurch kann das Heizsystem 10 so verfahren, dass unveränderte Brennstoff direkt aus einem Brennstoffzellenbehälter, welcher an einer beliebigen Stelle des Heizsystems 10 angeordnet sein kann, genutzt werden kann. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführung wird, wie ebenfalls in der vorangehenden
Beschreibung schon angedeutet, der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids, in dem gezeigten Fall des Brennstoffs, mittels der Prüfvorrichtung 54 stromabwärts der Entschwefelungseinheit 34 abgezweigt. Dadurch wird das Heizsystem 10 so gefahren, dass Brennstoff in entschwefelter Form genutzt wird, wodurch der Sensor 52 in geringerem Maße vergiftet wird.
In der in Fig. 3 gezeigten Ausführung wird, wie ebenfalls in der vorangehenden Beschreibung schon angedeutet, der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids, im gezeigten Fall des Brennstoffs, mittels der Prüfvorrichtung 54 strom- abwärts der Reformereinheit 36 abgezweigt. Dadurch wird das Heizsystem 10 so gefahren, dass wasserstoffreiches Gas zur Überprüfung des Sensors 52 genutzt wird.
In der in Fig. 4 gezeigten Ausführung wird, wie ebenfalls in der vorangehenden Beschreibung schon angedeutet, der zumindest eine Teil des mindestens einen
Fluids, in dem gezeigten Fall des Abgases, mittels der mindestens einen Prüfvorrichtung 54 stromabwärts der Brennstoffzelleneinheit 16 und des Nachbrenners 44 abgezweigt. Dadurch wird das Heizsystem 10 so gefahren, dass Abgas zur Überprüfung des Sensors 52 genutzt wird.
Alternativ ist es auch denkbar, dass der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids mittels der Prüfvorrichtung 54 stromabwärts der Brennstoffzelleneinheit 16 und stromaufwärts des Nachbrenner 44 abgezweigt wird. Weist der Nachbrenner 44 in einer alternativen Ausführung eine Mehrzahl an einzelnen Brennern auf, so ist es auch denkbar, dass der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids mittels der Prüfvorrichtung 54 an einer oder an mehreren Stellen zwischen den einzelnen Brennern abgezweigt wird.
In dem in Fig. 4 gezeigten Fall wird für eine Überprüfung des Sensors 52 das Verhältnis von zugeführtem Brennstoff und zugeführter Luft, vorzugsweise mittels der Verdichter 30, 40, so eingestellt, dass bei einer Verbrennung im Nachbrenner 44 wegen Luftmangels eine hohe Menge an Kohlenmonoxid erzeugt wird. Somit weist das Abgas stromabwärts des Nachbrenners einen hohen Anteil an Kohlenmonoxid auf.
Der in der in Fig. 4 gezeigte Sensor 52 ist so ausgelegt, dass er Kohlenmonoxid erfasst. So wird, in dem gezeigten Fall, das in dem Abgas enthaltene Kohlenmonoxid von dem Sensor 52 detektiert. In dem gezeigten Fall weist die Prüfvorrichtung 54 keine Dosiereinheit 58 bzw. kein Dosierventil 60 auf. Dadurch kann ausgenutzt werden, dass im Abgas stromabwärts des Nachbrenners 44 bzw. stromabwärts der Brennstoffzelleneinheit 16 in der Regel keine Stoffe enthalten sind auf die der Sensor 52 reagiert, insofern es sich um einen Sensor 52 handelt welcher, wie in dem gezeigten Fall, auf die Detektion von Kohlenmonoxid ausgelegt ist. Auch sind für den gezeigten
Fall keine Filter erforderlich.
In der in Fig. 5 gezeigten Ausführung wird, wie ebenfalls in der vorangehenden Beschreibung schon angedeutet, der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids, im gezeigten Fall Kondensatswasser bzw. ein aus dem Kondensat Wasser gewonnenes Gas, mittels der Prüfvorrichtung 54 stromabwärts des
Kondensatsbehälters 66 und des Elektrolyseurs 68 abgezweigt. Dadurch wird das Heizsystem 10 so verfahren, dass das Kondensatswasser, welches eine hohe Reinheit aufweist, genutzt wird.
Der Elektrolyser 68 wird während der Testphase mit Strom versorgt, wodurch aus dem reinen Kondensatswasser Gas, im gezeigten Fall Wasserstoff bzw. ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch, erzeugt wird. Der Stromfluss wird durch die Steuereinheit 70 so eingestellt, dass während der Überprüfung des Sensors 52 bzw. während der Testphase ausreichend Gas, welches aus dem Kondensatwasser gewonnen wird, für die Überprüfung des Sensors 52 vorhanden ist.
Das erfindungsgemäße Heizsystem, insbesondere das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, beschränkt sich nicht nur auf die Verwendung, welche aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht. So kann das erfindungsgemäße Heizsystem, insbesondere das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, in jeglichen Anwendungen welche eine Erzeugung von Strom und/oder Wärme erfordern eingesetzt werden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Heizsystem, insbesondere das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, in einem Fahrzeug zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme eingesetzt werden. So wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Heizsystems, insbesondere des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, die Sicherheit in einem Fahrzeug erhöht. Ebenso kann das erfindungsgemäße Heizsystem auch in Notstromversorgungssystemen eingesetzt werden.

Claims

Heizsystem (10), insbesondre Brennstoffzellensystem (12), welches mindestens einen Sensor (52) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Prüfvorrichtung (54) angeordnet ist, welche dazu vorgesehen ist, den mindestens einen Sensor (52) zur Überprüfung mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids zu beaufschlagen.
Heizsystem (10), insbesondere Brennstoffzellensystem (12), welches mindestens einen Sensor (52) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebszustand so einstellbar ist, dass der mindestens eine Sensor (52) zur Überprüfung mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids beaufschlagt wird.
Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Sensor (52) um einen Sicherheitssensor, vorzugsweise einen Gassensor, handelt.
Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (52) innerhalb mindestens eines Gehäuses (15) mindestens einer Heizeinheit (14) angeordnet ist.
Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Prüfvorrichtung (54) zur Beaufschlagung des mindestens einen Sensors (52) mindestens eine Prüfleitung (56) und/oder mindestens eine Dosiereinheit (58), insbesondere ein Dosierventil (60), aufweist.
Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Prüfvorrichtung (54), insbesondere die mindestens eine Prüfleitung (56), in unmittelbarer Nähe des mindestens einen Sensors (52) mindestens eine Öffnung (62), insbesondere mindes- tens eine Austrittsöffnung (64), für den zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids aufweist.
7. Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Prüfvorrichtung (54) stromaufwärts mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (16), insbesondere an einem Eingang mindestens einer Heizeinheit (14), und/oder stromabwärts mindestens eines Brennstoffbehälters und/oder stromabwärts mindestens einer Entschwefelungseinheit (34) und/oder stromabwärts mindestens einer Reformereinheit (36) angeordnet ist.
8. Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Prüfvorrichtung (54) stromabwärts mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (16) und/oder stromabwärts mindestens eines Nachbrenners (44) angeordnet ist.
9. Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Prüfvorrichtung (54) stromabwärts mindestens eines Kondensatbehälters (66) und/oder mindestens eines Elektrolyseurs (68) angeordnet ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10), insbesondere eines Heizsystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welches mindest- ends einen Sensor (52) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (52) zur Überwachung mittels mindestens einer Prüfvorrichtung (54) mit zumindest einem Teil mindestens eines Fluids beaufschlagt wird.
1 1. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (52) in regelmäßigen Zeitabständen, insbesondere von 24 h, mit dem zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids beaufschlagt wird.
12. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindesten eine Sensor (52) mit einer festgelegten Dosierung des zumindest einen Teils des mindestens einen Fluids beaufschlagt wird.
13. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (52) mindestens einen brennbaren und/oder toxischen Bestandteil des zumindest einen Teils des mindestens einen Fluids erfasst.
14. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ventil (26, 28), vorzugsweise mindestens ein Brennsotffventil (26, 28), geschlossen wird, wenn mindestens ein Ausgangssignal, insbesondere während einer Testphase, des mindestens einen Sensors (52) mindestens einen Schwellenwert nicht überschreitet.
15. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 14 mit nachfolgenden Verfahrensschritten:
a) Ermitteln, ob das Heizsystem (10) in Betrieb ist,
a1) Fortfahren mit Verfahrensschritt b), wenn das Heizsystem (10) in Betrieb ist,
a2) Fortfahren mit Verfahrensschritt d), wenn das Heizsystem (10) nicht in Betrieb ist,
b) Beaufschlagen des mindestens einen Sensors (52) mit dem zumindest einen Teil des mindestens einen Fluids,
c) Ermitteln, ob mindestens ein Ausgangssignal des mindestens einen Sensors (52) mindestens einen Schwellenwert nicht überschreitet,
c1) Fortfahren mit Verfahrensschritt d), wenn das mindestens eine
Ausgangssignal des mindestens einen Sensors (52) den mindestens einen Schwellenwert nicht überschreitet, c2) Fortfahren mit Verfahrensschritt d), wenn das mindestens eine
Ausgangssignal des mindestens einen Sensors (52) den mindestens einen Schwellenwert überschreitet,
d) Schließen mindestens eines Ventils (26, 28), insbesondere eines Brennstoffventils (26, 28), und/oder Ausgeben einer Fehlermeldung für einen Nutzer, e) Fortfahren mit Verfahrensschritt a) nach einer vorgeschriebenen Zeit, insbesondere von 24 h.
16. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt b) mit nachfolgenden Verfahrensschritten erfolgt:
b1) Öffnen mindestens eines Ventils (60), insbesondere eines
Dosierventils (60), in mindestens einer Leitung (56), insbesondere einer Prüfleitung (56) der mindestens einen Prüfvorrichtung (54), welche fluidtechnisch zu dem mindestens einen Sensor (52) führt,
b2) Warten bis eine vorgeschriebene Zeit, insbesondere von 30 Sekunden, verstrichen ist und/oder bis eine vorgeschriebene Dosierung des zumindest einen Teils des mindestens einen Fluids den mindestens einen Sensor (52) beaufschlagt hat,
b3) Schließen des mindestens einen Ventils (60), insbesondere des Dosierventils (60), in der Leitung (56), insbesondere der Prüfleitung (56) der Prüfvorrichtung (54), welche fluidtechnisch zu dem mindestens einen Sensor (52) führt,
b4) Fortfahren mit Verfahrensschritt c).
17. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids mittels der mindestens einen Prüfvorrichtung (54) stromaufwärts einer Brennstoffzelleneinheit (16), insbesondere an einem Eingang einer Heizeinheit (14), und/oder stromabwärts eines Brennstoffbehälters und/oder stromabwärts einer Entschwefelungseinheit (34) und/oder stromabwärts mindestens einer Reformereinheit (36) abgezweigt wird.
18. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids mittels der mindestens einen Prüfvorrichtung (54) stromabwärts mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (16) und/oder mindestens eines Nachbrenners (44) abgezweigt wird.
19. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Teil des mindestens einen Fluids mittels der mindestens einen Prüfvorrichtung (54) stromabwärts mindestens eines Kondensatbehälters (66) und/oder mindestens eines Elektrolyseurs (68) abgezweigt wird.
20. Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elektrolyseur (68) während einer Testphase mit Strom versorgt wird.
21. Heizsystem (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welches mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20 betrieben wird.
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