EP4095443A1

EP4095443A1 - Energiewandlungsvorrichtung mit einer brennstoffzelleneinheit

Info

Publication number: EP4095443A1
Application number: EP22174760.3A
Authority: EP
Inventors: Michael Andreas Büchting; Mirko Dähne; Peter Siegel
Original assignee: Greenage Ag
Current assignee: Greenage Ag
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2022-05-23
Publication date: 2022-11-30
Also published as: DE102021113423A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiewandlungsvorrichtung (100). Die Energiewandlungsvorrichtung (100) umfasst eine Brennstoffzelleneinheit (200) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (B1 bis B6), die zum Erzeugen elektrischer Energie aus einer chemischen Reaktion von Wasserstoff (H) und Sauerstoff eingerichtet ist, eine Heizeinheit (400) mit einem Speicherbehälter (401) und wenigstens einem Heizelement (H1 bis H6), das zum Erhitzen einer Wärmeträgerflüssigkeit (W) eines Wärmeträgerkreislaufs in dem Speicherbehälter (401) mit von der Brennstoffzelleneinheit (200) erzeugter elektrischer Energie eingerichtet ist, und eine Wärmeträgerkreislaufpumpe (P1), die zum Fördern der Wärmeträgerflüssigkeit (W) in dem Wärmeträgerkreislauf eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiewandlungsvorrichtung mit einer Brennstoffzelleneinheit, insbesondere eine Energiewandlungsvorrichtung zur Beheizung eines Gebäudes und Versorgung des Gebäudes mit elektrischem Strom.
Die meisten gegenwärtig verwendeten Heizungssysteme, auch Blockheizkraftwerke, verbrennen für die Erzeugung von Wärme und/oder elektrischem Strom Energieträger, wobei Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. Insbesondere trifft dies auf Erdöl- und Erdgassysteme und mit Holz beziehungsweise Holzpellets befeuerte Anlagen zu. Brennstoffzellenheizungssysteme weisen dagegen Brennstoffzellen auf, mit denen durch eine chemische Redoxreaktion chemisch in Brennstoffen gebundene Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Allerdings wird bei den meisten derzeit verwendeten Brennstoffzellenheizungssystemen für den Betrieb der Brennstoffzellen Wasserstoff verwendet, der aus Erdgas gewonnen wird. Daher ist auch bei diesen Heizungssystemen ein fossiler Brennstoff der Hauptenergieträger, bei dessen Verarbeitung Abgase, insbesondere Kohlenstoffdioxid, freigesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Energiewandlungsvorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit denen ohne Schadstoffemission oder mit nur sehr geringer Schadstoffemission Wärme und elektrischer Strom für ein Gebäude bereitgestellt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Energiewandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Energiewandlungsvorrichtung umfasst:

eine Brennstoffzelleneinheit mit wenigstens einer Brennstoffzelle, die zum Erzeugen elektrischer Energie aus einer chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff eingerichtet ist,
eine Heizeinheit mit einem Speicherbehälter und wenigstens einem Heizelement, das zum Erhitzen einer Wärmeträgerflüssigkeit eines Wärmeträgerkreislaufs in dem Speicherbehälter mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie eingerichtet ist, und
eine Wärmeträgerkreislaufpumpe, die zum Fördern der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Wärmeträgerkreislauf eingerichtet ist.

Die Energiewandlungsvorrichtung ermöglicht eine autarke und von fossilen Energieträgern unabhängige Erzeugung elektrischer Energie aus Wasserstoff und Sauerstoff zur Beheizung eines Gebäudes und Versorgung des Gebäudes mit elektrischem Strom. Dazu umfasst die Energiewandlungsvorrichtung eine Brennstoffzelleneinheit, mit der aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie erzeugt werden kann. Insbesondere wird kein fossiler Energieträger wie Erdgas benötigt, aus dem der Wasserstoff gewonnen wird.
Zum Beheizen eines Gebäudes wird mit der von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten elektrischen Energie wenigstens ein Heizelement betrieben, mit dem in einem Speicherbehälter eine Wärmeträgerflüssigkeit eines Wärmeträgerkreislaufs erhitzt wird. Beispielsweise wird die erhitzte Wärmeträgerflüssigkeit einem Wasserspeicher, beispielsweise einem Hygienespeicher, zugeführt, in dem Wärme der erhitzten Wärmeträgerflüssigkeit an Brauchwasser und/oder Heizungswasser des Gebäudes abgegeben wird. Die erfindungsgemäße Energiewandlungsvorrichtung kann somit insbesondere für Gebäude eingesetzt werden, die keine Anbindung an ein Energieversorgungsnetz aufweisen, beispielsweise in abgelegenen Gebieten.
Eine Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung umfasst Temperatursensoren, die zum Erfassen einer Ausgangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit nach oder bei dem Austreten aus dem Speicherbehälter und einer Eingangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit vor oder bei dem Eintreten in den Speicherbehälter eingerichtet sind.
Durch die Erfassung der Ausgangstemperatur und der Eingangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit kann insbesondere eine Temperaturdifferenz zwischen der Ausgangstemperatur und der Eingangstemperatur überwacht und erforderlichenfalls korrigiert werden. Diese Temperaturdifferenz wird für eine Steuerung oder Regelung der Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Wärmeträgerkreislauf benötigt.
Eine weitere Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung umfasst einen Temperatursensor, der zum Erfassen einer Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Speicherbehälter eingerichtet ist.
Die Erfassung der Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Speicherbehälter ermöglicht insbesondere, diese Temperatur oberhalb einer vorgebbaren Mindesttemperatur zu halten. Mit anderen Worten ermöglicht dies, die Wärmeträgerflüssigkeit in dem Speicherbehälter beim Unterschreiten der Mindesttemperatur durch die Heizeinheit auf eine Temperatur oberhalb der Mindesttemperatur zu erwärmen. Dadurch wird vermieden, dass die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Speicherbehälter zu stark sinkt, wenn von dem Wärmeträgerkreislauf selbst keine Heizleistung angefordert wird. Dies ist vorteilhaft, weil ein Aufheizen der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Speicherbehälter von einer zu stark gesunkenen Temperatur langwierig ist und somit ein zeitnahes Bereitstellen einer von dem Wärmeträgerkreislauf kurzfristig angeforderten Heizleistung verhindert.
Eine weitere Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung umfasst einen Drucksensor, der zum Erfassen eines Druckes in dem Speicherbehälter eingerichtet ist.
Die Erfassung des Druckes in dem Speicherbehälter ermöglicht insbesondere, den Druck in dem Speicherbehälter zu überwachen und einem kritischen Druckanstieg in dem Speicherbehälter entgegenzuwirken.
Eine weitere Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung umfasst eine Steuer- und Regeleinheit, mit der die Ausgangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit nach oder bei dem Austreten aus dem Speicherbehälter und/oder die Eingangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit vor oder bei dem Eintreten in den Speicherbehälter und/oder die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Speicherbehälter und/oder der Druck in dem Speicherbehälter steuerbar und/oder regelbar sind. Die Steuer- und Regeleinheit kann ferner eine Schnittstelle zu einem Funknetz und/oder zu einem Datenwolkendienst für einen Fernzugriff auf die Steuer- und Regeleinheit aufweisen.
Die Steuer- und Regeleinheit ermöglicht insbesondere eine automatische Steuerung und/oder Regelung der Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit in dem Speicherbehälter sowie der oben bereits genannten Temperaturdifferenz zwischen der Ausgangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit nach oder bei dem Austreten aus dem Speicherbehälter und der Eingangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit vor oder bei dem Eintreten in den Speicherbehälter. Eine Schnittstelle der Steuer- und Regeleinheit zu einem Funknetz und/oder zu einem Datenwolkendienst ermöglicht vorteilhaft einen Fernzugriff auf die Steuer- und Regeleinheit, beispielsweise zum Zweck der Fernwartung, Fernüberwachung und/oder Fernsteuerung der Steuer- und Regeleinheit.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung ist die Wärmeträgerkreislaufpumpe mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie betreibbar.
Die vorgenannte Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung ermöglicht ein Betreiben auch der Wärmeträgerkreislaufpumpe mit von der
Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie, so dass auch für das Betreiben der Wärmeträgerkreislaufpumpe keine externe Energiequelle benötigt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Wärmeträgerkreislaufpumpe direkt mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugtem Gleichstrom betreibbar ist. Dann entfallen auch ein Wechselrichter zum Betreiben der Wärmeträgerkreislaufpumpe mit Wechselstrom und Energieverluste, die bei der Umwandlung von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom für die Wärmeträgerkreislaufpumpe anfallen würden.
Eine weitere Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung umfasst einen Kühlkreislauf für eine Kühlflüssigkeit zum Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle und wenigstens eine in dem Kühlkreislauf angeordnete Wärmetauscheinheit, mit der Wärme von Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs auf Wärmeträgerflüssigkeit des Wärmeträgerkreislaufs vor dem Eintreten der Wärmeträgerflüssigkeit in den Speicherbehälter übertragbar ist.
Durch die Kopplung des Kühlkreislaufs mit dem Wärmeträgerkreislauf mittels wenigstens einer Wärmetauscheinheit kann Abwärme der wenigstens einen Brennstoffzelle genutzt werden, um die Wärmeträgerflüssigkeit des Wärmeträgerkreislaufs bereits vor dem Eintreten in den Speicherbehälter zu erwärmen, so dass die Leistung der Heizelemente gesenkt werden kann. Dadurch wird vorteilhaft der Wirkungsgrad der Energiewandlungsvorrichtung erhöht. Gleichzeitig wird in jeder Wärmetauscheinheit die durch das Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle erwärmte Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs abgekühlt und kann dann wieder zum Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle verwendet werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung ist wenigstens ein Heizelement der Heizeinheit direkt mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugtem Gleichstrom betreibbar.
Bei der Verwendung von Heizelementen, die direkt mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugtem Gleichstrom betrieben werden, entfallen beispielsweise ein Wechselrichter für mit Wechselstrom betriebene Heizelemente und damit verbundene Energieverluste zur Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom.
Eine weitere Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung umfasst einen Wechselrichter, der eingerichtet ist, von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, mit dem wenigstens ein Heizelement der Heizeinheit betreibbar ist.
Bei der vorgenannten Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung können auch mit Wechselstrom betreibbare Heizelemente verwendet werden. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugtem Gleichstrom direkt betreibbare Heizelemente nicht oder nicht in ausreichender Anzahl oder mit ausreichender Leistung verfügbar sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Energiewandlungsvorrichtung umfasst eine Elektrolyseeinheit, die wenigstens eine Elektrolysezelle zur Elektrolyse von Wasser aufweist. Dabei kann der Elektrolyseeinheit Wasser zuführbar sein, das von der Brennstoffzelleneinheit bei der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff abgegeben wird.
Die Elektrolyseeinheit wird beispielsweise mit elektrischer Energie betrieben, die von einer Energiequelle regenerativer Energie, beispielsweise von einer Photovoltaikanlage, von einer Wasserkraftanlage und/oder von einer Windkraftanlage, bereitgestellt wird. Dadurch kann elektrische Energie dieser Energiequelle zur Gewinnung von Wasserstoff eingesetzt werden, der beispielsweise in einer externen Speichereinheit gespeichert wird. Der Wasserstoff kann ferner beispielsweise später der Brennstoffzelleneinheit zugeführt werden. Die Verwendung von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten Wassers zur Elektrolyse durch die Elektrolyseeinheit ist vorteilhaft, weil von der Brennstoffzelleneinheit reines Wasser erzeugt wird, das insbesondere keine Algen oder andere Verunreinigungen aufweist und somit problemlos gespeichert und von der Elektrolyseeinheit verarbeitet werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Energiewandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche wird mit der Brennstoffzelleneinheit elektrische Energie aus einer chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Ferner wird mit der Heizeinheit eine Wärmeträgerflüssigkeit eines Wärmeträgerkreislaufs in dem Speicherbehälter mit von der Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie erhitzt und mit der Wärmeträgerkreislaufpumpe wird die Wärmeträgerflüssigkeit in dem Wärmeträgerkreislauf gefördert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das Beheizen eines Gebäudes und Versorgen des Gebäudes mit elektrischem Strom durch eine erfindungsgemäße Energiewandlungsvorrichtung mit den oben genannten Vorteilen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:

Figur 1: ein Blockfließbild eines Ausführungsbeispiels einer Energiewandlungsvorrichtung,
Figur 2: ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelleneinheit einer Energiewandlungsvorrichtung,
Figur 3: ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Elektrolyseeinheit einer Energiewandlungsvorrichtung,
Figur 4: eine schematische Frontansicht eines Ausführungsbeispiels einer Heizeinheit einer Energiewandlungsvorrichtung,
Figur 5: eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Wärmetauscheinheit einer Energiewandlungsvorrichtung,
Figur 6: eine perspektive Darstellung eines Gehäuses einer Energiewandlungsvorrichtung,
Figur 7: schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Energiewandlungsvorrichtung mit einem geöffneten Gehäuse.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 (FIG 1) zeigt ein Blockfließbild eines Ausführungsbeispiels einer Energiewandlungsvorrichtung 100. Die Energiewandlungsvorrichtung 100 umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 200, eine Elektrolyseeinheit 300, eine Heizeinheit 400, eine Wärmetauscheinheit 500 und einen Kühlkreislauf 600. Dargestellt sind insbesondere schematisch Leitungen 101 bis 109, die die Einheiten 200, 300, 400, 500 verbinden und durch Pfeile dargestellte Fließrichtungen von Stoffströmen durch diese Leitungen 101 bis 109. Ausführungsbeispiele der Brennstoffzelleneinheit 200, Elektrolyseeinheit 300, Heizeinheit 400 und Wärmetauscheinheit 500 werden unten anhand der Figuren 2 bis 5 näher beschrieben.
Die Brennstoffzelleneinheit 200 ist zum Erzeugen eines elektrischen Gleichstroms aus einer chemischen Reaktion von Wasserstoff H und Sauerstoff eingerichtet, bei der Wasser H₂O entsteht. Wasserstoff H ist der Brennstoffzelleneinheit 200 über eine Wasserstoffzuführungsleitung 101 zuführbar. Sauerstoff für die Brennstoffzelleneinheit 200 wird der Umgebungsluft entnommen. Von der Brennstoffzelleneinheit 200 erzeugtes Wasser H₂O ist aus der Brennstoffzelleneinheit 200 über eine Wasserabführungsleitung 102 ableitbar.
Die Elektrolyseeinheit 300 ist zur Elektrolyse von Wasser H₂O eingerichtet, bei der Wasserstoff H gewonnen wird. Der Elektrolyseeinheit 300 ist Wasser H₂O über eine Wasserzuführungsleitung 103 zuführbar. Von der Elektrolyseeinheit 300 erzeugter Wasserstoff H ist aus der Elektrolyseeinheit 300 über eine Wasserstoffabführungsleitung 104 ableitbar. Die Elektrolyseeinheit 300 wird beispielsweise mit elektrischer Energie betrieben, die von einer externen Energiequelle regenerativer Energie, beispielsweise von einer Photovoltaikanlage, von einer Wasserkraftanlage und/oder von einer Windkraftanlage, bereitgestellt wird.
Die Heizeinheit 400 ist zum Erhitzen einer Wärmeträgerflüssigkeit W eines Wärmeträgerkreislaufs eingerichtet. Der Heizeinheit 400 ist zu erhitzende Wärmeträgerflüssigkeit W über eine Wärmeträgerverbindungsleitung 105 aus der Wärmetauscheinheit 500 zuführbar. Aus der Heizeinheit 400 ist erhitzte Wärmeträgerflüssigkeit W über eine Wärmeträgerabführungsleitung 106 ableitbar. Der Wärmetauscheinheit 500 ist Wärmeträgerflüssigkeit W über eine Wärmeträgerzuführungsleitung 107 zuführbar.
Von der Heizeinheit 400 erhitzte Wärmeträgerflüssigkeit W wird zum Erwärmen von Brauchwasser und/oder Heizungswasser eines Gebäudes verwendet. Beispielsweise wird die erhitzte Wärmeträgerflüssigkeit W einem Wasserspeicher, beispielsweise einem Hygienespeicher, zugeführt, in dem Wärme der erhitzten Wärmeträgerflüssigkeit W an das Brauchwasser und/oder Heizungswasser abgegeben wird. Über die Wärmeträgerabführungsleitung 106 und die Wärmeträgerzuführungsleitung 107 ist der Wärmeträgerkreislauf mit der Energiewandlungsvorrichtung 100 verbindbar.
In der Wärmeträgerzuführungsleitung 107 ist eine Wärmeträgerkreislaufpumpe P1, beispielsweise eine Kreiselpumpe, angeordnet, mit der Wärmeträgerflüssigkeit W in dem Wärmeträgerkreislauf förderbar ist. Alternativ kann die Wärmeträgerkreislaufpumpe P1 auch in der Wärmeträgerabführungsleitung 106 angeordnet sein. Beispielsweise ist die Wärmeträgerkreislaufpumpe P1 mit von der Brennstoffzelleneinheit 200 erzeugtem Gleichstrom betreibbar. Die Wärmeträgerflüssigkeit W ist beispielsweise Wasser. Mit der Wärmeträgerzuführungsleitung 107 kann ferner beispielsweise eine externe Heizquelle, beispielsweise eine Solarthermieanlage oder eine mit Holz beziehungsweise Holzpellets befeuerbare Anlage, koppelbar sein, um Wärmeträgerflüssigkeit W in der Wärmeträgerzuführungsleitung 107 zu erwärmen.
Der Kühlkreislauf 600 dient der Kühlung der Brennstoffzelleneinheit 200 und der Elektrolyseeinheit 300 durch eine Kühlflüssigkeit K des Kühlkreislaufs 600. Der Kühlkreislauf 600 umfasst eine Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108, über die der Brennstoffzelleneinheit 200 und der Elektrolyseeinheit 300 Kühlflüssigkeit K zuführbar ist, und eine Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109, über die Kühlflüssigkeit K aus der Brennstoffzelleneinheit 200 und der Elektrolyseeinheit 300 ableitbar ist. Die Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108 verläuft von der Wärmetauscheinheit 500 zu einer Zuführungsleitungsverzweigung 108.3, an der sich die Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108 in einen ersten Kühlflüssigkeitszuführungszweig 108.1, der zu der Brennstoffzelleneinheit 200 verläuft, und einen zweiten Kühlflüssigkeitszuführungszweig 108.2, der zu der Elektrolyseeinheit 300 verläuft, verzweigt. Die Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109 verläuft von der Wärmetauscheinheit 500 zu einer Abführungsleitungsverzweigung 109.3, an der sich die Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109 in einen ersten Kühlflüssigkeitsabführungszweig 109.1, der zu der Brennstoffzelleneinheit 200 verläuft, und einen zweiten Kühlflüssigkeitsabführungszweig 109.2, der zu der Elektrolyseeinheit 300 verläuft, verzweigt.
Der Kühlkreislauf 600 umfasst ferner eine Kühlkreislaufpumpe P2, beispielsweise eine Kreiselpumpe, mit der die Kühlflüssigkeit K in dem Kühlkreislauf 600 förderbar ist. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kühlkreislaufpumpe P2 in der Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108 zwischen der Wärmetauscheinheit 500 und der Zuführungsleitungsverzweigung 108.3 angeordnet. Alternativ kann die Kühlkreislaufpumpe P2 aber auch in der Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109 zwischen der Abführungsleitungsverzweigung 109.3 und der Wärmetauscheinheit 500 angeordnet sein. Beispielsweise ist die Kühlkreislaufpumpe P2 mit von der Brennstoffzelleneinheit 200 erzeugtem Gleichstrom betreibbar. Die Kühlflüssigkeit K ist beispielsweise Wasser.
Die Wärmetauscheinheit 500 ist eingerichtet, Wärme von Kühlflüssigkeit K des Kühlkreislaufs 600, die der Wärmetauscheinheit 500 über die Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109 zugeführt wird, auf Wärmeträgerflüssigkeit W des Wärmeträgerkreislaufs zu übertragen, die der Wärmetauscheinheit 500 über die Wärmeträgerzuführungsleitung 107 zugeführt wird.
In der Wärmeträgerzuführungsleitung 107 ist ein Temperatursensor T01 angeordnet, der eingerichtet ist, eine Eingangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit W vor dem Eintreten in die Wärmetauscheinheit 500 zu erfassen. In der Wärmeträgerabführungsleitung 106 ist ein Temperatursensor T02 angeordnet, der eingerichtet ist, eine Ausgangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit W nach dem Austreten aus der Heizeinheit 400 zu erfassen. In der Wärmeträgerverbindungsleitung 105 ist ein Temperatursensor T03 angeordnet, der eingerichtet ist, eine Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit W nach dem Austreten aus der Wärmetauscheinheit 500 und vor dem Eintreten in die Heizeinheit 400 zu erfassen.
In der Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109 ist ein Temperatursensor T04 angeordnet, der eingerichtet ist, eine Eingangstemperatur der Kühlflüssigkeit K vor dem Eintreten in die Wärmetauscheinheit 500 zu erfassen. In der Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108 ist ein Temperatursensor T05 angeordnet, der eingerichtet ist, eine Ausgangstemperatur der Kühlflüssigkeit K nach dem Austreten aus der Wärmetauscheinheit 500 zu erfassen.
Figur 2 (FIG 2) zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzelleneinheit 200. Die Brennstoffzelleneinheit 200 dieses Ausführungsbeispiels weist sechs Brennstoffzellen B1 bis B6 auf, die beispielsweise jeweils für eine maximale Leistung im Bereich von 1 kW bis 10 kW ausgelegt sind. Jeder Brennstoffzelle B1 bis B6 ist über die Wasserstoffzuführungsleitung 101 Wasserstoff H zuführbar. Dazu weist die Wasserstoffzuführungsleitung 101 zu jeder Brennstoffzelle B1 bis B6 einen Abzweig auf, in dem ein Ventil V11 bis V16 angeordnet ist, mit dem die Wasserstoffzuführung zu der Brennstoffzelle B1 bis B6 gesteuert, insbesondere gesperrt werden kann. In der Wasserstoffzuführungsleitung 101 ist außerdem ein weiteres Ventil V17 angeordnet, mit dem die Wasserstoffzufuhr zu allen Brennstoffzellen B1 bis B6 gesperrt werden kann.
Ferner ist jede Brennstoffzelle B1 bis B6 mit der Wasserabführungsleitung 102 verbunden, um der Wasserabführungsleitung 102 von der Brennstoffzelle B1 bis B6 erzeugtes Wasser H₂O zuzuleiten. Von der Brennstoffzelleneinheit 200 erzeugtes Wasser H₂O kann insbesondere der Elektrolyseeinheit 300 zugeführt werden und von dieser zur Erzeugung von Wasserstoff H verwendet werden. Dies ist vorteilhaft, weil von der Brennstoffzelleneinheit 200 reines Wasser H₂O erzeugt wird, das insbesondere keine Algen oder andere Verunreinigungen aufweist und somit problemlos gespeichert und von der Elektrolyseeinheit 300 verarbeitet werden kann.
Des Weiteren ist jede Brennstoffzelle B1 bis B6 sowohl mit dem ersten Kühlflüssigkeitszuführungszweig 108.1 der Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108 als auch mit dem ersten Kühlflüssigkeitsabführungszweig 109.1 der Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109 verbunden, um durch Kühlflüssigkeit K des Kühlkreislaufs 600 gekühlt werden zu können. Dazu weist der Kühlflüssigkeitszuführungszweig 108.1 zu jeder Brennstoffzelle B1 bis B6 einen Abzweig auf, in dem ein Ventil V05 bis V10 angeordnet ist, mit dem die Kühlflüssigkeitszuführung zu der Brennstoffzelle B1 bis B6 gesteuert, insbesondere gesperrt werden kann. Der erste Kühlflüssigkeitsabführungszweig 109.1 weist zu jeder Brennstoffzelle B1 bis B6 einen Abzweig auf, in dem ein Temperatursensor T10 bis T15 angeordnet ist, mit dem eine Temperatur der Kühlflüssigkeit K nach dem Austreten aus der Brennstoffzelle B1 bis B6 erfassbar ist. Dadurch kann insbesondere überwacht werden, ob die Brennstoffzellen B1 bis B6 ausreichend gekühlt werden und erforderlichenfalls kann einem Überhitzen einer Brennstoffzelle B1 bis B6 entgegengewirkt werden.
Figur 3 (FIG 3) zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Elektrolyseeinheit 300. Die Elektrolyseeinheit 300 dieses Ausführungsbeispiels weist vier Elektrolysezellen E1 bis E4 auf, die beispielsweise jeweils für eine maximale Leistung im Bereich von 1 kW bis 5 kW ausgelegt sind. Die Elektrolysezellen E1 bis E4 sind mit elektrischer Energie betreibbar, die von einer Energiequelle, beispielsweise von einer Photovoltaikanlage und/oder von einer Wasserkraftanlage und/oder von einer Windkraftanlage, bereitgestellt wird. Ferner wird jede Elektrolysezelle E1 bis E4 durch ein Relais abgeschaltet, wenn die Energiequelle keine oder nicht genügend elektrische Energie bereitstellt, beispielsweise mit einer vorgebbaren zeitlichen Verzögerung nach einem Zeitpunkt, zu dem die von der Energiequelle bereitgestellte Energie einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet.
Jeder Elektrolysezelle E1 bis E4 ist über die Wasserzuführungsleitung 103 Wasser H₂O zuführbar. Dazu weist die Wasserzuführungsleitung 103 zu jeder Elektrolysezelle E1 bis E4 einen Abzweig auf.
Die Wasserstoffabführungsleitung 104 weist für jede Elektrolysezelle E1 bis E4 einen Abzweig auf, über den der Wasserstoffabführungsleitung 104 von der Elektrolysezelle E1 bis E4 erzeugter Wasserstoff H zuführbar ist. Von der Elektrolyseeinheit 300 erzeugter Wasserstoff H wird einem externen Wasserstoffspeicher zugeführt und kann von diesem beispielsweise der Brennstoffzelleneinheit 200 zugeführt werden.
Des Weiteren ist jede Elektrolysezelle E1 bis E4 sowohl mit dem zweiten Kühlflüssigkeitszuführungszweig 108.2 der Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108 als auch mit dem zweiten Kühlflüssigkeitsabführungszweig 109.2 der Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109 verbunden, um durch Kühlflüssigkeit K des Kühlkreislaufs 600 gekühlt werden zu können. Dazu weist der zweite Kühlflüssigkeitszuführungszweig 108.2 zu jeder Elektrolysezelle E1 bis E4 einen Abzweig auf, in dem ein Ventil V01 bis V04 angeordnet ist, mit dem die Kühlflüssigkeitszuführung zu der Elektrolysezelle E1 bis E4 gesteuert, insbesondere gesperrt werden kann. Der zweite Kühlflüssigkeitsabführungszweig 109.2 weist zu jeder Elektrolysezelle E1 bis E4 einen Abzweig auf, in dem ein Temperatursensor T06 bis T09 angeordnet ist, mit dem eine Temperatur der Kühlflüssigkeit K nach dem Austreten aus der Elektrolysezelle E1 bis E4 erfassbar ist. Dadurch kann insbesondere überwacht werden, ob jede Elektrolysezelle E1 bis E4 ausreichend gekühlt wird und erforderlichenfalls kann einem Überhitzen einer Elektrolysezelle E1 bis E4 entgegengewirkt werden.
Figur 4 (FIG 4) zeigt schematisch eine Frontansicht eines Ausführungsbeispiels einer Heizeinheit 400. Die Heizeinheit 400 weist einen Speicherbehälter 401 auf, in dem Wärmeträgerflüssigkeit W durch Heizelemente H1 bis H6 mit von der Brennstoffzelleneinheit 200 erzeugtem Gleichstrom erhitzbar ist. Die Heizelemente H1 bis H6 sind beispielsweise jeweils als eine Heizpatrone ausgebildet, die auch als Heizstab oder Elektroheizstab bezeichnet wird und in den Speicherbehälter 401 hineinragt.
Beispielsweise weist jedes Heizelement H1 bis H6 ein Schraubgewinde auf, mit dem es in eine korrespondierende Öffnung 402 in einer Revisionsklappe 403 einschraubbar ist. Die Revisionsklappe 403 verschließt den Speicherbehälter 401 und wird mit mehreren Schraubverbindungen 404 an dem Speicherbehälter 401 montiert, wobei zwischen der Revisionsklappe 403 und dem Speicherbehälter 401 eine (nicht dargestellte) Dichtung angeordnet ist, um die Verbindung der Revisionsklappe 403 mit dem Speicherbehälter 401 abzudichten.
Jede Öffnung 402 für ein Heizelement H1 bis H6 in der Revisionsklappe 403 ist verschließbar, wenn in der Öffnung 402 kein Heizelement H1 bis H6 angeordnet ist. Dadurch kann die Anzahl der Heizelemente H1 bis H6 der Heizeinheit 400 geändert werden. Da die Heizelemente H1 bis H6 jeweils in eine Öffnung 402 der Revisionsklappe 403 einschraubbar und aus der Öffnung 402 ausschraubbar sind, können ferner Heizelemente H1 bis H6 unterschiedlicher Leistung verwendet werden. Dadurch kann die Heizleistung der Heizeinheit 400 vorteilhaft flexibel einem Heizbedarf angepasst werden.
Jedes Heizelement H1 bis H6 ist beispielsweise für eine maximale Leistung im Bereich von 1 kW bis 10 kW ausgelegt. Ferner wird jedes Heizelement H1 bis H6 durch ein Relais mit einer vorgebbaren zeitlichen Verzögerung nach dem Einschalten der Brennstoffzellen B1 bis B6 der Brennstoffzelleneinheit 200 eingeschaltet. Beispielsweise wird die zeitliche Verzögerung im Bereich von 3 s bis 5 s vorgegeben. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass die Brennstoffzellen B1 bis B6 bei deren Anfahrbetrieb durch Energieanforderungen der Heizelemente H1 bis H6 überlastet werden.
In dem Speicherbehälter 401 sind ein Temperatursensor T16 und ein Drucksensor D angeordnet, mit denen eine Temperatur und ein Druck in dem Speicherbehälter 401 erfassbar sind. Dadurch können eine Temperatur und ein Druck in dem Speicherbehälter 401 überwacht und gesteuert oder geregelt werden. Der Temperatursensor T16 ist über eine erste Durchführung 405 in einer Frontwand des Speicherbehälters 401 elektrisch kontaktierbar. Der Drucksensor D ist über eine zweite Durchführung 406 in der Frontwand des Speicherbehälters 401 elektrisch kontaktierbar.
Der Speicherbehälter 401 weist einen Wärmeträgerzuführungsanschluss 407 auf, über den Wärmeträgerflüssigkeit W in den Speicherbehälter 401 einleitbar ist. Ferner weist der Speicherbehälter 401 einen Wärmeträgerabführungsanschluss 408 auf, über den Wärmeträgerflüssigkeit W aus dem Speicherbehälter 401 ableitbar ist. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Speicherbehälter 401 über den Wärmeträgerzuführungsanschluss 407 mit der Wärmeträgerverbindungsleitung 105 und über den Wärmeträgerabführungsanschluss 408 mit der Wärmeträgerabführungsleitung 106 verbunden.
Außerdem weist der Speicherbehälter 401 einen verschließbaren Auslass 409 auf, durch den Wärmeträgerflüssigkeit W aus dem Speicherbehälter 401 abgelassen werden kann, beispielsweise für Wartungs- oder Umrüstarbeiten oder im Fall eines zu hohen Drucks in dem Speicherbehälter 401.
Figur 5 (FIG 5) zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Wärmetauscheinheit 500. Die Wärmetauscheinheit 500 weist ein Wärmetauschgehäuse 501 auf, in dem ein Wärmetauschrohr 502 angeordnet ist, das zwischen einer ersten Gehäuseöffnung 503 und einer zweiten Gehäuseöffnung 504 des Wärmetauschgehäuses 501 verläuft, so dass die erste Gehäuseöffnung 503 und die zweite Gehäuseöffnung 504 jeweils Öffnungen zu dem Inneren des Wärmetauschrohrs 502 sind. In der Nähe der zweiten Gehäuseöffnung 504 ist eine dritte Gehäuseöffnung 505 des Wärmetauschgehäuses 501 angeordnet und in der Nähe der ersten Gehäuseöffnung 503 ist eine vierte Gehäuseöffnung 506 des Wärmetauschgehäuses 501 angeordnet. Die dritte Gehäuseöffnung 505 und die vierte Gehäuseöffnung 506 sind jeweils Öffnungen zu dem das Wärmetauschrohr 502 umgebenden Innenraum des Wärmetauschgehäuses 501.
Das Wärmetauschrohr 502 weist mehrere nebeneinander angeordnete und zueinander parallel verlaufende gerade Rohrabschnitte 507 auf, wobei je zwei benachbarte gerade Rohrabschnitte 507 durch einen gebogenen Rohrabschnitt 508 miteinander verbunden sind, so dass das Wärmetauschrohr 502 in dem Wärmetauschgehäuse 501 mäanderartig verläuft. Ferner sind in dem Wärmetauschgehäuse 501 Innenwände 509 angeordnet, die jeweils zwischen zwei benachbarten geraden Rohrabschnitten 507 verlaufen.
Beispielsweise wird, wie in Figur 5 angedeutet, durch die erste Gehäuseöffnung 503 Kühlflüssigkeit K aus der Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109 in das Wärmetauschrohr 502 geleitet. Die Kühlflüssigkeit K fließt durch das Wärmetauschrohr 502 und wird durch die zweite Gehäuseöffnung 504 in die Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108 geleitet. Durch die dritte Gehäuseöffnung 505 wird Wärmeträgerflüssigkeit W aus der Wärmeträgerzuführungsleitung 107 in das Wärmetauschgehäuse 501 geleitet. Die Wärmeträgerflüssigkeit W fließt in dem Wärmetauschgehäuse 501 entlang der Außenoberfläche des Wärmetauschrohrs 502 zu der vierten Gehäuseöffnung 506 und wird durch sie in die Wärmeträgerverbindungsleitung 105 geleitet.
Alternativ kann beispielsweise durch die erste Gehäuseöffnung 503 Wärmeträgerflüssigkeit W aus der Wärmeträgerzuführungsleitung 107 in das Wärmetauschrohr 502 geleitet werden. In diesem Fall fließt Wärmeträgerflüssigkeit W durch das Wärmetauschrohr 502 und wird durch die zweite Gehäuseöffnung 504 in die Wärmeträgerverbindungsleitung 105 geleitet. Durch die dritte Gehäuseöffnung 505 wird in diesem Fall Kühlflüssigkeit K aus der Wärmeträgerzuführungsleitung 107 in das Wärmetauschgehäuse 501 geleitet. Die Kühlflüssigkeit K fließt in dem Wärmetauschgehäuse 501 entlang der Außenoberfläche des Wärmetauschrohrs 502 zu der vierten Gehäuseöffnung 506 und wird durch sie in die Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108 geleitet.
In beiden Fällen wird in dem Wärmetauschgehäuse 501 von der Kühlflüssigkeit K Wärme an die Wärmeträgerflüssigkeit W abgegeben, das heißt die Kühlflüssigkeit K wird abgekühlt und die Wärmeträgerflüssigkeit W wird erwärmt.
Figur 6 (FIG 6) zeigt eine perspektive Darstellung eines Gehäuses 110 einer Energiewandlungsvorrichtung 100. Das Gehäuse 110 weist eine Fronttür 111 auf, die geöffnet werden kann, beispielsweise für Wartungs-, Reparatur- oder Umrüstarbeiten.
Figur 7 (FIG 7) zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Energiewandlungsvorrichtung 100 mit einem geöffneten Gehäuse 110. In dem Gehäuse 110 sind insbesondere die Brennstoffzelleneinheit 200, die Elektrolyseeinheit 300, die Heizeinheit 400, die Wärmetauscheinheit 500, eine Steuer- und Regeleinheit 700 und eine Batterie 800 angeordnet.
Die Steuer- und Regeleinheit 700 ist eingerichtet, die Energiewandlungsvorrichtung 100 zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere ist die Steuer- und Regeleinheit 700 eingerichtet, die Ausgangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit W nach dem Austreten aus dem Speicherbehälter 401 der Heizeinheit 400, die Eingangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit W vor dem Eintreten in den Speicherbehälter 401, die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit W in dem Speicherbehälter 401 und den Druck in dem Speicherbehälter 401 zu steuern und/oder zu regeln. Die Steuerungseinheit 700 steuert die Ventile V1 bis V17, die Wärmeträgerkreislaufpumpe P1, die Kühlkreislaufpumpe P2 und die Heizelemente H1 bis H6 in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Temperatursensoren T01 bis T16 und des Drucksensors D an. Die Steuer- und Regeleinheit 700 ist beispielsweise über ein Touchpad oder einen berührungsempfindlichen Bildschirm bedienbar. Ferner weist die Steuer- und Regeleinheit 700 eine Schnittstelle zu einem Funknetz und/oder zu einem Datenwolkendienst für einen Fernzugriff auf die Steuer- und Regeleinheit 700 auf, beispielsweise zum Zweck der Fernwartung, Fernüberwachung und/oder Fernsteuerung der Steuer- und Regeleinheit 700.
Die Batterie 800 ist eingerichtet, die Energiewandlungsvorrichtung 100 erforderlichenfalls, insbesondere bei ausgeschalteten Brennstoffzellen B1 bis B6, mit ausreichender elektrischer Energie zu versorgen. Die Batterie 800 ist beispielsweise wie eine herkömmliche 12 V-Batterie ausgebildet, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird.
In Figur 7 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte interne Flüssigkeitsleitungen der Energiewandlungsvorrichtung 100 für Kühlflüssigkeit K oder Wärmeträgerflüssigkeit W wie die Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108, die Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109 und die Wärmeträgerverbindungsleitung 105 sowie interne elektrische Leitungen der Energiewandlungsvorrichtung 100 sind innerhalb des Gehäuses 110 angeordnet. Beispielsweise verlaufen die internen Leitungen überwiegend an Seitenwänden des Gehäuses 110. Dabei sind die elektrischen Leitungen vorzugsweise getrennt von den Leitungen für Kühlflüssigkeit K oder Wärmeträgerflüssigkeit W angeordnet, beispielsweise in Kabelkanälen. Andere Leitungen, insbesondere die Leitungen 101 bis 104, 106 und 107, sind aus dem Gehäuse 110 herausgeführt, beispielsweise an einer Gehäuserückseite.
Die in den Figuren 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiele können in verschiedener Weise zu anderen Ausführungsbeispielen abgewandelt werden. Beispielsweise kann die Brennstoffzelleneinheit 200 eine von sechs verschiedene Anzahl von Brennstoffzellen aufweisen. Ferner kann die Elektrolyseeinheit 300 entfallen, insbesondere wenn keine geeignete Energiequelle zu deren Versorgung mit elektrischer Energie vorhanden ist. In diesem Fall entfallen auch die Wasserzuführungsleitung 103, die Wasserstoffabführungsleitung 104, der Kühlflüssigkeitszuführungszweig 108.2 der Kühlflüssigkeitszuführungsleitung 108 und der Kühlflüssigkeitsabführungszweig 109.2 der Kühlflüssigkeitsabführungsleitung 109. Des Weiteren kann die Energiewandlungsvorrichtung 100 mehr als eine Wärmetauscheinheit 500 aufweisen, mit der Wärme von Kühlflüssigkeit K des Kühlkreislaufs 600 auf Wärmeträgerflüssigkeit W des Wärmeträgerkreislaufs übertragbar ist. Alternativ kann die Wärmetauscheinheit 500 auch entfallen. In diesem Fall ist die Wärmeträgerzuführungsleitung 107 direkt mit dem Speicherbehälter 401 der Heizeinheit 400 verbunden und der Kühlkreislauf 600 ist nicht an den Wärmeträgerkreislauf gekoppelt.

BEZUGSZEICHENLISTE

100: Energiewandlungsvorrichtung
101: Wasserstoffzuführungsleitung
102: Wasserabführungsleitung
103: Wasserzuführungsleitung
104: Wasserstoffabführungsleitung
105: Wärmeträgerverbindungsleitung
106: Wärmeträgerabführungsleitung
107: Wärmeträgerzuführungsleitung
108: Kühlflüssigkeitszuführungsleitung
108.1: erster Kühlflüssigkeitszuführungszweig
108.2: zweiter Kühlflüssigkeitszuführungszweig
108.3: Zuführungsleitungsverzweigung
109: Kühlflüssigkeitsabführungsleitung
109.1: erster Kühlflüssigkeitsabführungszweig
109.2: zweiter Kühlflüssigkeitsabführungszweig
109.3: Abführungsleitungsverzweigung
110: Gehäuse
111: Fronttür
200: Brennstoffzelleneinheit
300: Elektrolyseeinheit
400: Heizeinheit
401: Speicherbehälter
402: Öffnung
403: Revisionsklappe
404: Schraubverbindung
405: erste Durchführung
406: zweite Durchführung
407: Wärmeträgerzuführungsanschluss
408: Wärmeträgerabführungsanschluss
409: Auslass
500: Wärmetauscheinheit
501: Wärmetauschgehäuse
502: Wärmetauschrohr
503: erste Gehäuseöffnung
504: zweite Gehäuseöffnung
505: dritte Gehäuseöffnung
506: vierte Gehäuseöffnung
507: gerader Rohrabschnitt
508: gebogener Rohrabschnitt
509: Innenwand
600: Kühlkreislauf
700: Steuer- und Regeleinheit
800: Batterie

B1 bis B6: Brennstoffzelle
E1 bis E4: Elektrolysezelle
D: Drucksensor
H: Wasserstoff
H2O: Wasser
H1 bis H6: Heizelement
K: Kühlflüssigkeit
P1: Wärmeträgerkreislaufpumpe
P2: Kühlkreislaufpumpe
W: Wärmeträgerflüssigkeit
T01 bis T16: Temperatursensor
V01 bis V17: Ventil

Claims

Energiewandlungsvorrichtung (100), umfassend
- eine Brennstoffzelleneinheit (200) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (B1 bis B6), die zum Erzeugen elektrischer Energie aus einer chemischen Reaktion von Wasserstoff (H) und Sauerstoff eingerichtet ist,

- eine Heizeinheit (400) mit einem Speicherbehälter (401) und wenigstens einem Heizelement (H1 bis H6), das zum Erhitzen einer Wärmeträgerflüssigkeit (W) eines Wärmeträgerkreislaufs in dem Speicherbehälter (401) mit von der Brennstoffzelleneinheit (200) erzeugter elektrischer Energie eingerichtet ist, und

- eine Wärmeträgerkreislaufpumpe (P1), die zum Fördern der Wärmeträgerflüssigkeit (W) in dem Wärmeträgerkreislauf eingerichtet ist.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 mit Temperatursensoren (T01, T02), die zum Erfassen einer Ausgangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit (W) nach oder bei dem Austreten aus dem Speicherbehälter (401) und einer Eingangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit (W) vor oder bei dem Eintreten in den Speicherbehälter (401) eingerichtet sind.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Temperatursensor (T16), der zum Erfassen einer Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit (W) in dem Speicherbehälter (401) eingerichtet ist.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Drucksensor (D), der zum Erfassen eines Druckes in dem Speicherbehälter (401) eingerichtet ist.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach den Ansprüchen 2 bis 4 mit einer Steuer- und Regeleinheit (700), mit der die Ausgangstemperatur und/oder die Eingangstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit (W) und/oder die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit (W) in dem Speicherbehälter (401) und/oder der Druck in dem Speicherbehälter (401) steuerbar und/oder regelbar sind.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei die Steuer- und Regeleinheit (700) eine Schnittstelle zu einem Funknetz und/oder zu einem Datenwolkendienst für einen Fernzugriff auf die Steuer- und Regeleinheit (700) aufweist.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmeträgerkreislaufpumpe (P1) mit von der Brennstoffzelleneinheit (200) erzeugter elektrischer Energie betreibbar ist.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Kühlkreislauf (600) für eine Kühlflüssigkeit (K) zum Kühlen der wenigstens einen Brennstoffzelle (B 1 bis B6) und wenigstens einer in dem Kühlkreislauf (600) angeordneten Wärmetauscheinheit (500), mit der Wärme von Kühlflüssigkeit (K) des Kühlkreislaufs (600) auf Wärmeträgerflüssigkeit (W) des Wärmeträgerkreislaufs vor dem Eintreten der Wärmeträgerflüssigkeit (W) in den Speicherbehälter (401) übertragbar ist.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Heizelement (H1 bis H6) der Heizeinheit (400) direkt mit von der Brennstoffzelleneinheit (200) erzeugtem Gleichstrom betreibbar ist.
Energiewandlungsvorrichtung (100) mit einem Wechselrichter, der eingerichtet ist, von der Brennstoffzelleneinheit (200) erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, mit dem wenigstens ein Heizelement (H1 bis H6) der Heizeinheit (400) betreibbar ist.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Elektrolyseeinheit (300), die wenigstens eine Elektrolysezelle (E1 bis E4) zur Elektrolyse von Wasser (H₂O) aufweist.
Energiewandlungsvorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei der Elektrolyseeinheit (300) Wasser (H₂O) zuführbar ist, das von der Brennstoffzelleneinheit (200) bei der chemischen Reaktion von Wasserstoff (H) und Sauerstoff abgegeben wird.
Verfahren zum Betreiben einer Energiewandlungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- mit der Brennstoffzelleneinheit (200) elektrische Energie aus einer chemischen Reaktion von Wasserstoff (H) und Sauerstoff erzeugt wird,

- mit der Heizeinheit (400) eine Wärmeträgerflüssigkeit (W) eines Wärmeträgerkreislaufs in dem Speicherbehälter (401) mit von der Brennstoffzelleneinheit (200) erzeugter elektrischer Energie erhitzt wird und

- mit der Wärmeträgerkreislaufpumpe (P1) die Wärmeträgerflüssigkeit (W) in dem Wärmeträgerkreislauf gefördert wird.