CH690807A5 - Blockheizkraftwerk - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf ein Blockheizkraftwerk gemäss dem einleitenden Teil des Patentanspruches 1. 



  Bei bekannten derartigen Blockheizkraftwerken mit Restwärmenutzung sind die Brennstoffzellen und ein nachgeschalteter Wärmetauscher zur Heizwasserbereitung getrennt. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass das Abgas der Brennstoffzellen nur relativ wenig auf die Temperatur des Heizungsrücklaufs abgekühlt werden kann und daher ein erheblicher Teil der Wärme des Abgases ungenützt abgeführt wird. 



  Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Blockheizkraftwerk der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der das Abgas der Brennstoffzellen (insbesondere Hochtemperatur-Brennstoffzellen) sehr weitgehend abgekühlt und seine Wärme nutzbringend verwendet wird. 



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



  Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist es möglich, das Abgas der Brennstoffzellen zur Aufheizung des in den Reformer eintretenden Wassers, das meist nur eine Temperatur von z.B. 10 DEG C aufweist, zu nutzen, bevor es an die Umgebung abgegeben wird. Dadurch kann das Abgas sehr weitgehend abgekühlt werden, wobei es auch möglich ist, den entsprechen den Wärmetauscher als Kondensations-Wärmetauscher auszubilden, sodass auch die Kondensationswärme genutzt werden kann. 



  Dadurch ist eine sehr weitgehende Nutzung der eingesetzten Primärenergie möglich. 



  Bei einem zweistufig ausgebildeten Reformer bzw. einem zweistufig ausgebildeten Wärmetauscher gemäss dem abhängigen Patentanspruch zur Aufheizung bzw. Verdampfung des Wassers und Aufheizung des Brenngases kann der Wärmetauscher zur Bereitung des Heizungswassers zwischen diesen beiden Stufen des Wärmetauschers des Reformers angeordnet sein. 



  Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Abgas der Brennstoffzellen optimal genutzt werden kann. So wird vom Abgas zuerst ein für die Vorwärmung der Luft und des im Reformer erzeugten Wasserstoffgases vorgesehener Wärmetauscher vom Abgas durchströmt, der das Wasserstoffgas und die Luft auf eine hohe Temperatur bringen muss. Danach durchströmt das Abgas den Wärmetauscher zur Bereitung von Heizungswasser oder die zweite Stufe des Wärmetauschers des Reformers, wodurch das Abgas weiter gekühlt wird. Beim Durchströmen der ersten Stufe des Reformers, die zur Erwärmung des mit sehr niedriger Temperatur zuströmenden Wassers und des zuströmenden Brenngases dient, wird das Abgas sehr weitgehend abgekühlt und gibt daher seine Energie nahezu vollständig ab. 



  Dieser Effekt ist auch dann sehr weitgehend gegeben, wenn der Reformer mit einem einstufigen Wärmetauscher versehen ist, doch ergibt sich bei einem zweistufigen Wärmetauscher im Reformer der Vorteil einer geringen Temperaturdifferenz bei den einzelnen Wärmetauschern. 



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



  Bei einem erfindungsgemässen Blockheizkraftwerk ist in üblicher Weise ein Reformer 1 vorgesehen, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen einstufigen Wärmetauscher 2 aufweist, der zur Erwärmung des zuströmenden Brenngases 3 und des zuströmenden Wassers 4 dient. 



  Diese werden im Reformer zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt, wobei ein Teil des Wassers erhalten bleibt und das Prozessgas über eine Leitung 5 zu einer Vorheizung 6 geleitet wird. In dieser ist ein weiterer Wärmetauscher 7 angeordnet, der zur Erwärmung von Luft 8 und dem Wasserstoffgas dient. 



  Die erwärmte Luft und das erwärmte Wasserstoffgas gelangen über Leitungen 9, 10 zur eigentlichen Brennstoffzelle 11, in der einerseits elektrischer Strom erzeugt wird und andererseits bei der Reaktion Wärme entsteht. Dabei wird der elektrische Strom über eine Leitung 12 ausgeleitet. 



  Das bei der Umsetzung von Wasserstoff und Luft entstehende heisse Abgas, dessen Temperatur bei manchen Brennstoffzellen bis zu 900 DEG C betragen kann, wird über eine Abgasleitung 13 dem Wärmetauscher 7 der Vorheizung 6 zugeführt und in dieser entsprechend abgekühlt. 



  Über eine Verbindungsleitung 14 wird das abgekühlte Abgas einem Wärmetauscher 15 zur Bereitung von Heizungswasser zugeführt. 



  Über eine weitere Verbindungsleitung 16 gelangt das weiter abgekühlte Abgas zum Wärmetauscher 2 des Reformers und erwärmt das zuströmende Brenngas und das zuströmende Wasser, das meist nur eine Temperatur von ca. 10 DEG C aufweist, wodurch das Abgas sehr weitgehend abgekühlt wird. Dadurch ist auch eine sehr weitgehende Nutzung der Energie des Abgases gegeben. 



  Bei einem Reformer mit einem zweistufigen Wärmetauscher zur Vorwärmung der Brennstoffzelle(n) kann der Wärmetauscher 15 zur Bereitung von Heizungswasser zweckmässigerweise zwischen den beiden Stufen des Wärmetauschers des Reformers geschaltet werden. Dadurch ergibt sich eine besonders günstige Beaufschlagung der Wärmetauscher 7, 15 und 2. 

Claims (2)

1. Blockheizkraftwerk mit einem Stapel von Brennstoffzellen (11) und mit Hilfsaggregaten, welche einen Reformer (1) und eine Vorheizvorrichtung (6) für die Brennstoffzellen (11) aufweisen, welche von dem Abgas der Brennstoffzellen beheizt sind, sowie mit einem Wärmetauscher (15) zur Erzeugung von Heizwasser für eine Heizungsanlage, der ebenfalls vom Abgas der Brennstoffzellen (11) beaufschlagt ist und stromauf des Reformers (1) oder im Reformer selbst angeordnet ist.

2. Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (15) zur Erzeugung von Heizwasser im Reformer (1), nachgeordnet einem zweiten Wärmetauscher (2) als erster Stufe, angeordnet ist.