AT407590B - Blockheizkraftwerk - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Blockheizkraftwerk gemäss dem Oberbegriff des Anspruches      
Bei bekannten derartigen Blockheizkraftwerken arbeitet der Zusatzbrenner in der Regel ohne eine Koppelung mit der Brennstoffzelle. 



   Der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle wird durch mehrere Faktoren bestimmt. So ist der Reformierungs- und Konditionierungsprozess mit Verlusten behaftet, und es kann nur ein Teil der in das System eingebrachten Energie in elektrische Energie umgesetzt werden Weiters weist auf der elektrischen Seite der übliche Wechselrichter Verluste auf, und auch die Brennstoffzellen arbeitet mit Wärmeverlusten. Die heissen Abgase der Brennstoffzellen können bei einer Kraft-Wärme- Nutzung bei den bekannten Blockheizkraftwerken nur auf die Rücklauftemperatur eines Heizkreis- laufes beschränkt abgekühlt und daher nicht optimal genutzt werden.

   Alle Wirkungsgradmin- derungen werden zwar in Wärme umgesetzt, doch kann diese Wärme bei den herkömmlichen Blockheizkraftwerken nicht ausreichend genutzt werden, da bei diesen kaum eine thermische Koppelung der Brennstoffzellen und des Zusatzbrenners gegeben ist. 



   In Blockheizkraftwerken mit Brennstoffzellen zur Stromerzeugung und einem Zusatzbrenner zur Wärmeerzeugung ist das Blockheizkraftwerk meist so dimensioniert, dass es auf Haushalte zugeschnitten ist, die deutlich mehr Wärme als Strom benötigen. Dies bedeutet, dass der Zusatz- brenner eine höhere Belastung als die Brennstoffzellen aufweisen. 



   Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Blockheizkraftwerk der ein- gangs erwähnten Art vorzuschlagen, das mit einem besonders hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann. 



   Erfindungsgemäss wird dies bei einem Blockheizkraftwerk der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. 



   Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist sichergestellt, dass die in den Abgasen der Brenn- stoffzellen enthaltene Wärme nutzbringend zur Vorwärmung der für den Betrieb des Blockheiz- kraftwerks erforderlichen Luft verwendet wird, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad des Block- heizkraftwerks erhöht. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass die Verluste der einzelnen Bauteile des Blockheizkraftwerks, die in Wärme umgesetzt werden, zu einer Erwärmung der Zuluft der Brennstoffzellen und des Zusatzbrenners genutzt werden können. Dadurch sinkt der erforder- liche Einsatz von Primärenergie zur Erwärmung der Luft für die Brennstoffzellen und den Zusatz- brenner, was zu einer weiteren Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des   Blockheizkraftwerks   führt. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich eine im Hinblick auf den Wärmeübergang sehr günstige Lösung. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, dass auch allfällige Abstrahlungs- verluste des Abgas-Luft-Wärmetauschers zur Aufheizung der Zuluft für das Blockheizkraftwerk genutzt werden können. 



   Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch ein erfindungs- gemässes Blockheizkraftwerk zeigt. 



   Bei einem erfindungsgemässen Blockheizkraftwerk 17 ist ein Stapel von Brennstoffzellen 1 samt den nicht dargestellten Hilfsaggregaten, wie Reformer, Konverter und Wechselrichter, sowie ein Zusatzbrenner 2 samt einem Wärmetauscher 6 zur Bereitung von Heizwasser in einem mit einer Wärmedämmung 18 versehenen geschlossenen Gehäuse 3 angeordnet, in das eine Luft- leitung 14 mündet. 



   Den Brennstoffzellen 1, bzw. deren Reformer wird Wasser über eine Wasserzuleitung 12 zuge- führt. Weiters ist eine Gaszuleitung 13 vorgesehen, an die die Brennstoffzellen 1 und der Zusatz- brenner 2 angeschlossen sind. Weiters ist eine Ausleitung 15 für den von den Brennstoffzellen erzeugten elektrischen Strom vorgesehen. 



   Eine Abgasleitung 5 der Brennstoffzellen durchsetzt das Gehäuse 3 und führt zu einem Abgas- Luft-Wärmetauscher 8, über dessen Sekundärzweig 19 die gesamte Zuluft über die Luftleitung 14 für das Blockheizkraftwerk geführt ist, die über einen Einlass 11 in den Wärmetauscher 8 einströmt und über die an diesen angeschlossene Luftleitung 14 mit entsprechend erhöhter Temperatur in das Innere 20 des Gehäuses 3 strömt. 



   Das Abgas der Brennstoffzellen 1 verlässt den Wärmetauscher 8 über einen Auslass 10. 

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   Das Abgas des Zusatzbrenners 2 ist über einen Abgasstutzen 16 mit einem Primärzweig 21 eines Wärmetauschers 6 verbunden, der zur Bereitung von Heizwasser dient, das über eine Vor- laufleitung 7 und eine Rücklaufleitung 71 durch einen Sekundärzweig 22 des Wärmetauschers 6 strömt 
Das abgekühlte Abgas des Zusatzbrenners 2 wird über eine Abgasleitung 9 nach aussen geführt. 



   Beim Betrieb des Blockheizkraftwerkes 17, bei dem sich die Brennstoffzellen 1 sehr erheblich erhitzen, heizen deren Strahlungswärme 4 auch die im Inneren 20 des Gehäuses 3 befindliche Luft auf. Dadurch wird einerseits die für die Brennstoffzellen 1 erforderliche Luft, wie auch die Luft für den Zusatzbrenner 2 entsprechend aufgeheizt. Dadurch sinkt der Bedarf an Energie zur Auf- heizung der Luft auf die für die Brennstoffzellen 1 erforderliche Temperatur. 



   Da aus dem Gehäuse 3 nur wenig Wärme entweichen kann, ergibt sich für das Blockheiz- kraftwerk 17 ein sehr hoher Wirkungsgrad. 



   Bei fehlendem Wärmebedarf für das Heizwasser kann der Zusatzbrenner 2 stillgesetzt werden. 



  In einem solchen Fall wird die Wärme der Brennstoffzellen 1 zur Aufheizung der Luft für die Brennstoffzellen 1 genutzt. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Blockheizkraftwerk mit einem Stapel von Brennstoffzellen (1) samt Hilfsaggregaten, wie 
Reformer, Konverter und Wechselrichter und einem Zusatzbrenner (2), der einen Wärme- tauscher (6) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Brennstoffzellen (1) und den Zusatzbrenner (2) erforderliche Luft über einen von den Abgasen der Brennstoff- zellen (1) beaufschlagten Abgas-Luft-Wärmetauscher (8) geführt ist.

Claims (1)

1. 2. Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Aggregate des Blockheizkraftwerkes (17) in einem mit einer Wärmedämmung (18) versehenen geschlossenen Gehäuse (3) angeordnet sind.

   3. Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas- Luft-Wärmetauscher (8) als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist.

   4. Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abgas-Luft-Wärmetauscher (8) innerhalb des Gehäuses (3) befindet.