AT411387B

AT411387B - Heizeinrichtung

Info

Publication number: AT411387B
Application number: AT0002099A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2003-12-29
Also published as: ATA2099A; DE10000405A1; CH690741A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei bekannten derartigen Heizeinrichtungen sind getrennte, in separaten Gehäusen angeord- nete Geräte, eben eine Brennstoffzellenanordnung und ein Zusatzbrenner mit separatem Wärme- tauscher, vorgesehen, wobei gegebenenfalls die Abgase der Brennstoffzellenanordnung über einen separaten Wärmetauscher geführt werden.

Dabei ergibt sich der Nachteil eines erheblichen konstruktiven Aufwandes.

Aus der WO 94/18712 A1 ist bekannt, dass eine Brennstoffzelle und ein Zusatzheizgerät in ei- nem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden können. Das Gehäuse übernimmt hierbei jedoch nur die Funktion einer Verkleidung.

Es ist auch aus der EP 818 840 A1 bekannt, dass eine Brennstoffzelle mit einem Zusatzbren- ner kombiniert werden kann. Es findet sich kein Hinweis auf eine technische Funktion eines Ge- häuses.

Somit ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt, wie eine Kombination einer Brennstoffzelle mit einem Zusatzheizgerät beziehungsweise Zusatzbrenner derart gestaltet werden kann, dass das Austreten von schädlichen Gasen aus der Vorrichtung vermieden und Wärmeverluste reduziert werden können.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen sehr einfachen Aufbau auszeichnet und dabei sicherheitsrelevante und energiesparende Aspekte berücksichtigt.

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

Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, bei dem sich nur sehr wenige vor Ort zu montierende Leitungen ergeben. Dabei ist eine sehr weitgehende Nutzung der in der Brennstoffzellenanordnung entstehenden Wärme möglich, wodurch sich die vorgeschlagene Heizeinrichtung auch durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.

Durch die vorgeschlagene Anordnung im Gehäuse, bzw. der Unterdruckkammer und die ge- wählte Luftführung kann im Falle eines Fehlers, z. B. bei einem CO-Austritt aus dem Reformer der Brennstoffzelle, sichergestellt werden, dass keine gefährlichen Gase, bzw. Abgase in den Aufstel- lungsraum gelangen können.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, einer besonders einfachen Kon- struktion.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, getrennte Wärmetauscher für die Abgase der Brenn- stoffzellenanordnung und des Zusatzbrenners vorzusehen, wobei in einem solchen Fall die beiden Wärmetauscher genau an die jeweils gegebenen Verhältnisse angepasst werden können.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil, dass in Fällen eines geringen Wärmebedarfs des dem bzw. den Wärmetauscher(n) nachgeschalteten Wärmeverbrauchers die Temperatur der abströmenden Abgase entsprechend reduziert werden können. Ausserdem kann aufgrund der erfassten Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Gehäuses und dem Inneren des Abgassammlers und bzw. oder der Abgastemperatur der Betrieb der Heizeinrichtung gesteuert werden.

Durch die Bypassöffnung ist auch eine Entkopplung der Gebläse des Zusatzbrenners und der Brennstoffzellenanordnung sowie des Abgasgebläses möglich, insbesondere, wenn der Quer- schnitt der Bypassöffnungen verstellbar ist. Dadurch ist eine Anpassung des Betriebes der Heizein- richtung an die jeweiligen Verhältnisse auf einfache Weise möglich.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemässer Heizeinrichtungen.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in beiden Figuren gleiche Einzelteile.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist eine Brennstoffzellenanordnung 1, die auch ein Gebläse 13 umfasst, in einem als Unterdruckkammer ausgebildeten Gehäuse 11angeordnet.

Weiters ist in dem Gehäuse 11ein Zusatzbrenner 10 angeordnet, der von einem in diesem in- tegrierten Gebläse 12 unterstützt ist.

Die Brennstoffzellenanordnung 1 ist über eine Abgasleitung 2 mit einem Wärmetauscher 3 ver- bunden und beaufschlagt diesen. Dieser Wärmetauscher 3 ist weiters mit dem Zusatzbrenner 10 über eine Abgasleitung 9 verbunden und auch von diesem beaufschlagbar.

Über dem Wärmetauscher 3 ist ein Abgassammler 4 angeordnet, in dem ein Abgasgebläse 5

angeordnet ist, dessen Druckseite mit einer Abgasleitung 6 verbunden ist. Dabei ist der Abgas- sammler 4 mit Bypassöffnungen 8 versehen, über die Nebenluft aus dem Inneren des Gehäuses 11 in den Abgassammler 4 einströmen kann. Weiter ist nach dem Wärmetauscher 3 ein in der Fig. 1 nicht dargestellter Temperaturfühler vorgesehen, der mit einer ebenfalls nicht dargestellten Steue- rung des Abgasgebläses 5 in Verbindung steht.

Mit dieser Steuerung ist auch ein die Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Gehäuses 11 und dem Inneren des Abgassammlers 4 erfassender Differenzdrucksensor verbunden.

Die Luftzufuhr in das als Unterdruckkammer und daher dicht ausgebildete Gehäuse 11erfolgt über eine gemeinsame Verbrennungsluftleitung 7, die gegebenenfalls durch eine Wand des Auf- stellungsraumes ins Freie geführt sein kann.

Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, dass statt des gemeinsamen Wärmetauschers 3 separate Wärmetauscher 31,32 vorgesehen sind, von denen der Wärmetauscher 31 vom Zusatzbrenner 10 und der Wärmetauscher 32 von der Brenn- stoffzellenanordnung 1 beaufschlagt ist.

Dabei sind diese Wärmetauscher 31,32 über Verbindungsleitungen 21, bzw. 91 mit dem ge- meinsamen Abgassammler 4 verbunden, in dem bei dieser Ausführungsform ein Temperatursen- sor zur Erfassung der Abgastemperatur vorgesehen ist.

Beim Betrieb wird der Brennstoffzellenanordnung 1 Kohlenwasserstoffe enthaltendes Gas, Wasser und Luft zugeführt und in dieser in elektrischen Strom und Wärme umgesetzt. Die dabei entstehenden heissen Abgase werden dem Wärmetauscher 32 oder dem gemeinsamen Wärme- tauscher 3 zugeführt und von diesem Wärme entzogen. Die abgekühlten Abgase gelangen dann in den Abgassammler 4 und werden von dem Abgasgebläse 5 abgezogen.

Bei gemeinsamem Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1 und dem Zusatzbrenner 10, bzw. bei einem Solobetrieb des Zusatzbrenners, wenn lediglich Wärmebedarf aber kein Bedarf an elektrischem Strom besteht, gelangen die heissen Brenngase des Zusatzbrenners 10 zum Wärme- tauscher 31 bzw. zum gemeinsamen Wärmetauscher 3 und geben Wärme ab. Die abgekühlten Abgase gelangen dann in den Abgassammler 4.

Wenn die Abgastemperatur nach dem Wärmetauscher 3, bzw. im Abgassammler 4 einen be- stimmten Sollwert überschreitet, was durch den erwähnten Temperatursensor erfasst wird, so wird die Drehzahl des Abgasgebläses 5 erhöht, wodurch auch mehr Nebenluft aus dem Inneren des Gehäuses 11in das Innere des Abgassammlers 4 einströmen kann und die Temperatur der Abga- se absenkt. Weiters ist es auch möglich, statt einer Erhöhung der Drehzahl des Abgasgebläses 5 eine Vergrösserung der Bypassöffnungen 8 des Abgassammlers 4 vorzusehen. Dazu ist es lediglich erforderlich, die Bypassöffnungen 8 mit verstellbaren, bzw. steuerbaren Klappen zu versehen.

Umgekehrt wird bei einer unter einem bestimmten Wert liegenden Abgastemperatur die Dreh- zahl des Abgasgebläses 5 vermindert, bzw. der Querschnitt der Bypassöffnungen 8 vermindert, um Energie zu sparen.

Weiters ist die Drehzahl des Abgasgebläses 5 vom Differenzdruck zwischen dem Inneren des Gehäuses 11und dem Abgassammler 4 abhängig. So wird, wenn der Differenzdruck einen Soll- wert unterschreitet die Drehzahl des Abgasgebläses 5 erhöht, bzw. der Querschnitt der Bypassöff- nungen 8 vergrössert bzw. umgekehrt bei zu grossem Differenzdruck die Drehzahl des Abgasgeblä- ses reduziert, bzw. der Querschnitt der Bypassöffnungen 8 verringert.

Weiters kann auch, in Strömungsrichtung des Abgasstromes gesehen, nach dem Abgasgeblä- se 5 die Abgastemperatur mittels eines nicht dargestellten Sensors erfasst werden, der mit der Steuerung des Abgasgebläses 5 verbunden ist. Dabei wird bei einem Überschreiten eines vorbe- stimmten Sollwertes die Drehzahl des Abgasgebläses 5 erhöht bzw. der Querschnitt der Bypassöff- nungen 8 vergrössert und umgekehrt bei einem Unterschreiten einer bestimmten Temperatur die Drehzahl des Abgasgebläses 5 vermindert, bzw. der Querschnitt der Bypassöffnungen 8 verkleinert.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Heizeinrichtung mit einer Brennstoffzellenanordnung (1) und einem zu dieser im wesentli- chen parallel geschalteten Zusatzbrenner (10), die beide von einem Gebläse (12,13) un- terstützt sind und die in einem gemeinsamen Gehäuse (11) angeordnet sind, das mit einer <Desc/Clms Page number 3> gemeinsamen Verbrennungsluftleitung (7) versehen ist, wobei Abgasführungen des Zu- satzbrenners (10) und der Brennstoffzellenanordnung (1) über einen gemeinsamen Ab- gassammler (4) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassammler (4) mit einem Gebläse (5) versehen und mit einem Abgasrohr(6) verbunden ist und dass das Ge- häuse (11) als Unterdruckkammer ausgebildet ist und je ein Gebläse (12,13) für den Zu- satzbrenner (10) und die Brennstoffzellenanordnung (1) vorgesehen sind.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführungen des Zusatzbrenners (10) und der Brennstoffzellenanordnung (1) über einen gemeinsamen Wärmetauscher (3) geführt sind.
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassamm- ler (4) mit Bypassöffnungen (8) versehen ist, über die Frischluft aus dem Inneren des Ge- häuses (11) in den Abgassammler (4) ansaugbar ist, wobei ein Differenzdrucksensor zur Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Gehäuses (11) und dem Inneren des Abgassammlers (4) und ein im Abgassammler (4) angeordneter Temperaturfühler, sowie gegebenenfalls ein dem Abgassammler nachgeordneter Temperaturfühler vorgese- hen sind, die mit einer Steuerung des Abgasgebläses (5) verbunden sind.

HIEZU 3 BLATT ZEICHNUNGEN