EP4095443A1 - Energiewandlungsvorrichtung mit einer brennstoffzelleneinheit - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an energy conversion device with a fuel cell unit, in particular an energy conversion device for heating a building and supplying the building with electricity.
- the invention is based on the object of specifying an energy conversion device and a method with which heat and electricity can be provided for a building without emitting pollutants or with only very low pollutant emissions.
- the object is achieved according to the invention by an energy conversion device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 13 .
- the energy conversion device enables an autonomous generation of electrical energy from hydrogen and oxygen, independent of fossil fuels, for heating a building and supplying the building with electrical power.
- the energy conversion device includes a fuel cell unit with which electrical energy can be generated from hydrogen and oxygen.
- no fossil fuels such as natural gas, from which the hydrogen is obtained, are required.
- At least one heating element is operated with the electrical energy generated by the fuel cell unit, with which a heat transfer fluid of a heat transfer circuit is heated in a storage container.
- the heated heat transfer fluid is supplied to a water reservoir, for example a hygiene reservoir, in which heat from the heated heat transfer fluid is released to service water and/or heating water in the building.
- the energy conversion device according to the invention can thus be used in particular for buildings that are not connected to an energy supply network, for example in remote areas.
- One configuration of the energy conversion device includes temperature sensors that are set up to detect an outlet temperature of the heat transfer fluid after or when it exits the storage container and an inlet temperature of the heat transfer fluid before or when it enters the storage container.
- a temperature difference between the outlet temperature and the inlet temperature can be monitored and, if necessary, corrected. This temperature difference is required for controlling or regulating the temperature of the heat transfer fluid in the heat transfer circuit.
- a further configuration of the energy conversion device includes a temperature sensor which is set up to detect a temperature of the heat transfer fluid in the storage container.
- the detection of the temperature of the heat transfer fluid in the storage tank makes it possible, in particular, to keep this temperature above a specifiable minimum temperature. In other words, this makes it possible to heat the heat transfer fluid in the storage tank to a temperature above the minimum temperature by the heating unit when the temperature falls below the minimum temperature. This avoids the temperature of the heat transfer fluid in the storage tank dropping too much when no heat output is required from the heat transfer circuit itself. This is advantageous because heating up the heat transfer fluid in the storage container from a temperature that has fallen too much is time-consuming and thus prevents a timely provision of a heating output that is requested by the heat transfer circuit for a short time.
- a further configuration of the energy conversion device includes a pressure sensor which is set up to detect a pressure in the storage container.
- the detection of the pressure in the storage tank makes it possible, in particular, to monitor the pressure in the storage tank and to counteract a critical increase in pressure in the storage tank.
- a further configuration of the energy conversion device comprises a control and regulation unit with which the outlet temperature of the heat transfer fluid after or when it exits from the storage tank and/or the inlet temperature of the heat transfer fluid before or when it enters the storage tank and/or the temperature of the heat transfer fluid in the Storage tank and / or the pressure in the storage tank can be controlled and / or regulated.
- the control and regulation unit can also have an interface to a radio network and/or to a data cloud service for remote access to the control and regulation unit.
- control and regulation unit enables automatic control and/or regulation of the temperature of the heat transfer fluid in the storage tank and the above-mentioned temperature difference between the outlet temperature of the heat transfer fluid after or when it exits the storage tank and the inlet temperature of the heat transfer fluid before or when it enters into the storage tank.
- An interface of the control and regulation unit to a radio network and/or to a data cloud service advantageously enables remote access to the control and regulation unit, for example for the purpose of remote maintenance, remote monitoring and/or remote control of the control and regulation unit.
- the heat transfer medium circuit pump can be operated with electrical energy generated by the fuel cell unit.
- the aforementioned configuration of the energy conversion device also allows the heat carrier circuit pump to be operated with the
- Fuel cell unit generated electrical energy, so that no external energy source is required for the operation of the heat transfer circuit pump.
- the heat transfer medium circuit pump can be operated directly with direct current generated by the fuel cell unit.
- An inverter for operating the heat transfer medium circuit pump with alternating current and energy losses that would occur when converting the direct current generated by the fuel cell unit into alternating current for the heat transfer medium circuit pump are then also eliminated.
- a further configuration of the energy conversion device comprises a cooling circuit for a cooling liquid for cooling the at least one fuel cell and at least one heat exchange unit arranged in the cooling circuit, with which heat can be transferred from cooling liquid of the cooling circuit to heat transfer liquid of the heat transfer circuit before the heat transfer liquid enters the storage container.
- waste heat from the at least one fuel cell can be used to heat the heat transfer fluid of the heat transfer circuit before it enters the storage tank, so that the power of the heating elements can be reduced. This advantageously increases the efficiency of the energy conversion device.
- the cooling liquid of the cooling circuit which has been heated by cooling the at least one fuel cell, is cooled and can then be used again to cool the at least one fuel cell.
- At least one heating element of the heating unit can be operated directly with direct current generated by the fuel cell unit.
- an inverter for heating elements operated with alternating current and the associated energy losses for converting the direct current into alternating current are eliminated, for example.
- a further configuration of the energy conversion device comprises an inverter which is set up to convert direct current generated by the fuel cell unit into alternating current, with which at least one heating element of the heating unit can be operated.
- heating elements that can be operated with alternating current can also be used. This can be advantageous, for example, if heating elements that can be operated directly with direct current generated by the fuel cell unit are not available or are not available in sufficient numbers or with sufficient power.
- a further configuration of the energy conversion device comprises an electrolysis unit which has at least one electrolysis cell for the electrolysis of water.
- the electrolysis unit can be supplied with water that is emitted by the fuel cell unit during the chemical reaction of hydrogen and oxygen.
- the electrolysis unit is operated, for example, with electrical energy that is provided by an energy source of regenerative energy, for example by a photovoltaic system, by a hydroelectric power plant and/or by a wind power plant.
- an energy source of regenerative energy for example by a photovoltaic system
- a hydroelectric power plant and/or by a wind power plant can be used to produce hydrogen, which is stored, for example, in an external storage unit.
- the hydrogen can also be supplied to the fuel cell unit later, for example.
- Using water generated from the fuel cell unit for electrolysis by the electrolysis unit is advantageous because of the fuel cell unit pure water is produced, which in particular has no algae or other impurities and can therefore be stored and processed by the electrolysis unit without any problems.
- electrical energy is generated from a chemical reaction of hydrogen and oxygen with the fuel cell unit. Furthermore, a heat transfer fluid of a heat transfer circuit in the storage container is heated with the heating unit using electrical energy generated by the fuel cell unit and the heat transfer fluid in the heat transfer circuit is conveyed with the heat transfer circuit pump.
- the method according to the invention enables a building to be heated and the building to be supplied with electricity by an energy conversion device according to the invention with the advantages mentioned above.
- FIG 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of an energy conversion device 100.
- the energy conversion device 100 comprises a fuel cell unit 200, an electrolysis unit 300, a heating unit 400, a heat exchange unit 500 and a cooling circuit 600.
- Lines 101 to 109 are shown, in particular schematically, which connect the units 200, 300, 400, 500 connect and flow directions represented by arrows of material flows through these lines 101 to 109.
- Embodiments of the fuel cell unit 200, electrolysis unit 300, heating unit 400 and heat exchange unit 500 are below based on the Figures 2 to 5 described in more detail.
- the fuel cell unit 200 is set up to generate an electrical direct current from a chemical reaction of hydrogen H and oxygen, in which water H 2 O is formed.
- Hydrogen H can be fed to the fuel cell unit 200 via a hydrogen feed line 101 .
- Oxygen for the fuel cell unit 200 is taken from the ambient air.
- Water H 2 O generated by the fuel cell unit 200 can be discharged from the fuel cell unit 200 via a water discharge line 102 .
- the electrolysis unit 300 is set up for the electrolysis of water H 2 O, in which hydrogen H is obtained.
- Water H 2 O can be supplied to the electrolysis unit 300 via a water supply line 103 .
- Hydrogen H generated by the electrolysis unit 300 can be discharged from the electrolysis unit 300 via a hydrogen discharge line 104 .
- the electrolysis unit 300 is operated, for example, with electrical energy that is provided by an external energy source of regenerative energy, for example by a photovoltaic system, by a hydroelectric power plant and/or by a wind power plant.
- the heating unit 400 is set up for heating a heat transfer fluid W of a heat transfer circuit.
- Heat transfer fluid W to be heated can be fed to the heating unit 400 from the heat exchange unit 500 via a heat transfer medium connection line 105 .
- Heated heat transfer fluid W can be discharged from the heating unit 400 via a heat transfer medium discharge line 106 .
- the heat exchange unit 500 can be supplied with heat transfer fluid W via a heat transfer medium feed line 107 .
- Heat transfer fluid W heated by the heating unit 400 is used to heat service water and/or heating water of a building.
- the heated heat transfer fluid W is fed to a water reservoir, for example a hygiene reservoir, in which the heat from the heated heat transfer fluid W is released to the process water and/or heating water.
- the heat carrier circuit can be connected to the energy conversion device 100 via the heat carrier discharge line 106 and the heat carrier feed line 107 .
- a heat transfer medium circuit pump P1 for example a centrifugal pump, is arranged in the heat transfer medium supply line 107, with which the heat transfer medium W can be conveyed in the heat transfer medium circuit.
- the heat transfer medium circuit pump P1 can also be installed in the heat transfer medium discharge line 106 be arranged.
- the heat transfer medium circuit pump P1 can be operated with direct current generated by the fuel cell unit 200 .
- the heat transfer fluid W is water, for example.
- An external heat source for example a solar thermal system or a system that can be fired with wood or wood pellets, can also be coupled to the heat transfer medium supply line 107 in order to heat the heat transfer fluid W in the heat transfer medium supply line 107 .
- the cooling circuit 600 is used to cool the fuel cell unit 200 and the electrolysis unit 300 by a cooling liquid K of the cooling circuit 600.
- the cooling circuit 600 comprises a cooling liquid supply line 108, via which the fuel cell unit 200 and the electrolysis unit 300 cooling liquid K can be supplied, and a cooling liquid discharge line 109, via which Cooling liquid K from the fuel cell unit 200 and the electrolysis unit 300 can be derived.
- the coolant supply line 108 runs from the heat exchange unit 500 to a supply line branch 108.3, where the coolant supply line 108 branches into a first coolant supply branch 108.1, which runs to the fuel cell unit 200, and a second coolant supply branch 108.2, which runs to the electrolysis unit 300.
- the coolant discharge line 109 runs from the heat exchange unit 500 to a discharge line branch 109.3, where the coolant discharge line 109 branches into a first coolant discharge branch 109.1, which runs to the fuel cell unit 200, and a second coolant discharge branch 109.2, which runs to the electrolysis unit 300.
- the cooling circuit 600 also includes a cooling circuit pump P2, for example a centrifugal pump, with which the cooling liquid K can be conveyed in the cooling circuit 600.
- the cooling circuit pump P2 is arranged in the coolant supply line 108 between the heat exchange unit 500 and the supply line branch 108.3.
- the cooling circuit pump P2 but also in the Coolant discharge line 109 may be arranged between the discharge line branch 109.3 and the heat exchange unit 500.
- the cooling circuit pump P2 can be operated with direct current generated by the fuel cell unit 200 .
- the cooling liquid K is water, for example.
- Heat exchange unit 500 is set up to transfer heat from cooling liquid K of cooling circuit 600, which is supplied to heat exchange unit 500 via cooling liquid discharge line 109, to heat transfer liquid W of the heat transfer circuit, which is supplied to heat exchange unit 500 via heat transfer medium supply line 107.
- a temperature sensor T01 is arranged in the heat carrier supply line 107 and is set up to detect an inlet temperature of the heat carrier liquid W before it enters the heat exchange unit 500 .
- a temperature sensor T02 is arranged in the heat carrier discharge line 106 and is set up to detect an outlet temperature of the heat carrier liquid W after it has exited the heating unit 400 .
- a temperature sensor T03 is arranged in the heat carrier connection line 105 and is set up to detect a temperature of the heat carrier liquid W after it has exited the heat exchange unit 500 and before it has entered the heating unit 400 .
- a temperature sensor T04 is arranged in the coolant discharge line 109 and is set up to detect an inlet temperature of the coolant K before it enters the heat exchange unit 500 .
- a temperature sensor T05 is arranged in the coolant supply line 108 and is set up to detect an outlet temperature of the coolant K after it has exited the heat exchange unit 500 .
- FIG 2 shows a block diagram of an embodiment of a fuel cell unit 200.
- the fuel cell unit 200 of this embodiment has six fuel cells B1 to B6, the for example, are each designed for a maximum power in the range of 1 kW to 10 kW.
- Hydrogen H can be supplied to each fuel cell B1 to B6 via the hydrogen supply line 101 .
- the hydrogen supply line 101 to each fuel cell B1 to B6 has a branch in which a valve V11 to V16 is arranged, with which the hydrogen supply to the fuel cell B1 to B6 can be controlled, in particular blocked.
- a further valve V17 is also arranged in the hydrogen supply line 101, with which the hydrogen supply to all the fuel cells B1 to B6 can be blocked.
- each fuel cell B1 to B6 is connected to the water discharge pipe 102 to supply water H 2 O generated from the fuel cell B1 to B6 to the water discharge pipe 102 .
- Water H 2 O generated by the fuel cell unit 200 can in particular be fed to the electrolysis unit 300 and used by it to generate hydrogen H . This is advantageous because the fuel cell unit 200 produces pure water H 2 O which, in particular, has no algae or other impurities and can therefore be stored and processed by the electrolysis unit 300 without any problems.
- each fuel cell B1 to B6 is connected both to the first coolant supply branch 108.1 of the coolant supply line 108 and to the first coolant discharge branch 109.1 of the coolant discharge line 109 in order to be cooled by coolant K of the cooling circuit 600.
- the coolant supply branch 108.1 for each fuel cell B1 to B6 has a branch in which a valve V05 to V10 is arranged, with which the coolant supply to the fuel cell B1 to B6 can be controlled, in particular blocked.
- the first coolant discharge branch 109.1 has a branch for each fuel cell B1 to B6, in which a temperature sensor T10 to T15 is arranged, with which a temperature of the coolant K can be detected after exiting the fuel cell B1 to B6. This can In particular, it can be monitored whether the fuel cells B1 to B6 are sufficiently cooled and, if necessary, overheating of a fuel cell B1 to B6 can be counteracted.
- FIG 3 shows a block diagram of an exemplary embodiment of an electrolysis unit 300.
- the electrolysis unit 300 of this exemplary embodiment has four electrolysis cells E1 to E4, which are each designed for a maximum output in the range from 1 kW to 5 kW, for example.
- the electrolytic cells E1 to E4 can be operated with electrical energy which is provided by an energy source, for example by a photovoltaic system and/or by a hydroelectric power plant and/or by a wind power plant.
- each electrolytic cell E1 to E4 is switched off by a relay if the energy source does not provide any or not enough electrical energy, for example with a definable time delay after a point in time at which the energy provided by the energy source falls below a definable threshold value.
- Water H 2 O can be supplied to each electrolytic cell E1 to E4 via the water supply line 103 .
- the water supply line 103 has a branch to each electrolytic cell E1 to E4.
- the hydrogen discharge line 104 has a branch via which hydrogen H produced by the electrolytic cells E1 to E4 can be fed to the hydrogen discharge line 104 .
- Hydrogen H generated by the electrolysis unit 300 is supplied to an external hydrogen storage device and can be supplied from this to the fuel cell unit 200, for example.
- each electrolytic cell E1 to E4 is connected both to the second coolant supply branch 108.2 of the coolant supply line 108 and to the second coolant discharge branch 109.2 of the coolant discharge line 109 in order to be cooled by coolant K des Cooling circuit 600 to be cooled.
- the second coolant supply branch 108.2 for each electrolytic cell E1 to E4 has a branch in which a valve V01 to V04 is arranged, with which the coolant supply to the electrolytic cell E1 to E4 can be controlled, in particular blocked.
- the second coolant discharge branch 109.2 has a branch for each electrolytic cell E1 to E4, in which a temperature sensor T06 to T09 is arranged, with which a temperature of the coolant K can be detected after exiting the electrolytic cell E1 to E4. In this way, it is possible in particular to monitor whether each electrolytic cell E1 to E4 is sufficiently cooled and, if necessary, overheating of an electrolytic cell E1 to E4 can be counteracted.
- FIG 4 shows a schematic front view of an exemplary embodiment of a heating unit 400.
- the heating unit 400 has a storage container 401 in which the heat transfer fluid W can be heated by heating elements H1 to H6 using direct current generated by the fuel cell unit 200.
- the heating elements H1 to H6 are each designed, for example, as a heating cartridge, which is also referred to as a heating element or electric heating element and protrudes into the storage container 401 .
- each heating element H1 to H6 has a screw thread with which it can be screwed into a corresponding opening 402 in an inspection flap 403.
- the inspection flap 403 closes the storage container 401 and is mounted on the storage tank 401 with a plurality of screw connections 404, with a seal (not shown) being arranged between the inspection flap 403 and the storage tank 401 in order to seal the connection of the inspection flap 403 with the storage tank 401.
- Each opening 402 for a heating element H1 to H6 in the inspection flap 403 can be closed if no heating element H1 to H6 is arranged in the opening 402. Thereby, the number of heating elements H1 to H6 of the heating unit 400 can be changed. Since the heating elements H1 to H6 each in an opening 402 of Inspection flap 403 can be screwed in and unscrewed from the opening 402, heating elements H1 to H6 of different power can also be used. As a result, the heat output of the heating unit 400 can advantageously be flexibly adapted to a heating requirement.
- Each heating element H1 to H6 is designed, for example, for a maximum power in the range from 1 kW to 10 kW. Furthermore, each heating element H1 to H6 is switched on by a relay with a predeterminable time delay after the fuel cells B1 to B6 of the fuel cell unit 200 have been switched on. For example, the time delay is specified in the range from 3 s to 5 s. This advantageously prevents the fuel cells B1 to B6 from being overloaded during their start-up operation due to the energy requirements of the heating elements H1 to H6.
- a temperature sensor T16 and a pressure sensor D, with which a temperature and a pressure in the storage container 401 can be detected, are arranged in the storage container 401 .
- a temperature and a pressure in the storage container 401 can be monitored and controlled or regulated.
- the temperature sensor T16 can be contacted electrically via a first feedthrough 405 in a front wall of the storage container 401 .
- the pressure sensor D can be contacted electrically via a second passage 406 in the front wall of the storage container 401 .
- the storage tank 401 has a heat transfer medium supply connection 407 via which the heat transfer fluid W can be introduced into the storage tank 401 . Furthermore, the storage tank 401 has a heat transfer medium discharge connection 408 via which the heat transfer fluid W can be discharged from the storage tank 401 .
- the exemplary embodiment shown is connected to the storage container 401 via the heat transfer medium supply connection 407 to the heat transfer medium connecting line 105 and via the heat transfer medium discharge connection 408 to the heat transfer medium discharge line 106 .
- the storage tank 401 has a closable outlet 409, through which the heat transfer fluid W can be drained from the storage tank 401, for example for maintenance or conversion work or in the event that the pressure in the storage tank 401 is too high.
- FIG 5 shows a sectional view of an exemplary embodiment of a heat exchange unit 500.
- the heat exchange unit 500 has a heat exchange housing 501 in which a heat exchange tube 502 is arranged, which runs between a first housing opening 503 and a second housing opening 504 of the heat exchange housing 501, so that the first housing opening 503 and the second housing opening 504 are openings to the interior of the heat exchange tube 502, respectively.
- a third housing opening 505 of the heat exchange housing 501 is arranged in the vicinity of the second housing opening 504 and a fourth housing opening 506 of the heat exchange housing 501 is arranged in the vicinity of the first housing opening 503 .
- the third housing opening 505 and the fourth housing opening 506 are each openings to the interior of the heat exchange housing 501 surrounding the heat exchange tube 502.
- the heat exchange pipe 502 has a plurality of straight pipe sections 507 arranged next to one another and running parallel to one another, with two adjacent straight pipe sections 507 being connected to one another by a bent pipe section 508, so that the heat exchange pipe 502 runs in a meandering manner in the heat exchange housing 501. Furthermore, inner walls 509 are arranged in the heat exchange housing 501 and each run between two adjacent straight tube sections 507 .
- cooling liquid K For example, as in figure 5 indicated, conducted through the first housing opening 503 cooling liquid K from the cooling liquid discharge line 109 into the heat exchange tube 502.
- the cooling liquid K flows through the heat exchange tube 502 and is conducted through the second housing opening 504 into the cooling liquid supply line 108 .
- heat transfer fluid W from the heat transfer medium supply line 107 in the heat exchange case 501 passed.
- the heat carrier liquid W flows in the heat exchange case 501 along the outer surface of the heat exchange tube 502 to the fourth case opening 506 and is guided into the heat carrier connection pipe 105 therethrough.
- heat transfer fluid W can be conducted through the first housing opening 503 from the heat transfer medium feed line 107 into the heat exchange tube 502 .
- heat transfer fluid W flows through the heat exchange tube 502 and is conducted through the second housing opening 504 into the heat transfer medium connecting line 105 .
- cooling liquid K is conducted through the third housing opening 505 from the heat carrier supply line 107 into the heat exchanger housing 501 .
- the cooling liquid K flows in the heat exchange case 501 along the outer surface of the heat exchange tube 502 to the fourth case opening 506 and is guided into the cooling liquid supply line 108 through them.
- FIG 6 shows a perspective representation of a housing 110 of an energy conversion device 100.
- the housing 110 has a front door 111 that can be opened, for example for maintenance, repair or conversion work.
- FIG 7 shows schematically an exemplary embodiment of an energy conversion device 100 with an opened housing 110.
- the housing 110 in particular, the fuel cell unit 200, the electrolysis unit 300, the heating unit 400, the heat exchange unit 500, a control and regulation unit 700 and a battery 800 are arranged.
- the control and regulation unit 700 is set up to control and/or regulate the energy conversion device 100 .
- control and regulation unit 700 is set up to measure the outlet temperature of heat transfer fluid W after it exits storage tank 401 of heating unit 400, the inlet temperature of heat transfer fluid W before it enters storage tank 401, the temperature of heat transfer fluid W in storage tank 401, and the To control pressure in the storage tank 401 and / or to regulate.
- the control unit 700 controls the valves V1 to V17, the heat transfer medium circuit pump P1, the cooling circuit pump P2 and the heating elements H1 to H6 as a function of sensor signals from the temperature sensors T01 to T16 and the pressure sensor D.
- the control and regulation unit 700 can be operated, for example, via a touchpad or a touch-sensitive screen.
- Control and regulation unit 700 also has an interface to a radio network and/or to a data cloud service for remote access to control and regulation unit 700, for example for the purpose of remote maintenance, remote monitoring and/or remote control of control and regulation unit 700.
- the battery 800 is set up to supply the energy conversion device 100 with sufficient electrical energy if required, in particular when the fuel cells B1 to B6 are switched off.
- the battery 800 is designed, for example, like a conventional 12 V battery that is used in motor vehicles.
- internal liquid lines of energy conversion device 100 for cooling liquid K or heat transfer liquid W such as cooling liquid supply line 108, cooling liquid discharge line 109 and heat transfer medium connection line 105, and internal electrical lines of energy conversion device 100 are arranged within housing 110.
- the internal lines run predominantly on side walls of the housing 110.
- the electrical lines are preferably separate from arranged the lines for cooling liquid K or heat transfer liquid W, for example in cable ducts.
- Other lines, in particular the lines 101 to 104, 106 and 107, are led out of the housing 110, for example on a rear side of the housing.
- the fuel cell unit 200 can have a different number of fuel cells from six.
- the electrolysis unit 300 can be omitted, in particular if there is no suitable energy source for supplying it with electrical energy.
- the water supply line 103, the hydrogen discharge line 104, the coolant supply branch 108.2 of the coolant supply line 108 and the coolant discharge branch 109.2 of the coolant discharge line 109 are also omitted Heat transfer fluid W of the heat transfer circuit is transferrable.
- the heat exchange unit 500 can also be omitted.
- the heat transfer medium supply line 107 is connected directly to the storage container 401 of the heating unit 400 and the cooling circuit 600 is not coupled to the heat transfer medium circuit.
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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 derFiguren 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.
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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. -
- 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 (13)
- 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.
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