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AT407313B - CHP POWER PLANT - Google Patents

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AT407313B
AT407313B AT0195098A AT195098A AT407313B AT 407313 B AT407313 B AT 407313B AT 0195098 A AT0195098 A AT 0195098A AT 195098 A AT195098 A AT 195098A AT 407313 B AT407313 B AT 407313B
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Vaillant Gmbh
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Description

1.1.

AT 407 313 BAT 407 313 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Blockheizkraftwerk gemäß dem Oberbegriff des AnspruchesThe invention relates to a combined heat and power plant according to the preamble of the claim

Bei derartigen Blockheizkraftwerken ist in der Regel ein Wärmetauscher der Brennstofkelle nachgeordnet, der zur Auskopplung der in den Abgasen der Brennstoffeelle enthaltenen Wärme dient. Dadurch ist es möglich die in der Brennstoffzelle zugeführten Prozeßgasen gebundenen chemische Energie, die im wesentlichen in elektrische Energie umgesetzt wird, in einem hohen Maße auszunutzen. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß auch ein entsprechender Bedarf an Wärme gegeben ist.In such combined heat and power plants, a heat exchanger is usually arranged downstream of the fuel ladle, which is used to decouple the heat contained in the exhaust gases from the fuel cell. This makes it possible to utilize to a large extent the chemical energy bound in the process gases supplied to the fuel cell, which is essentially converted into electrical energy. However, the prerequisite for this is that there is also a corresponding need for heat.

Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Speziell im Sommer besteht bei einem stromgeführten Betrieb der Brennstoffzelle, bei dem die Regelung der Brennstoffeelle in Abhängigkeit vom Strombedarf erfolgt, das Problem, daß kein Bedarf für die anfallende Wärme gegeben ist, sondern viel mehr ein Bedürfnis nach Kühlung besteht, das mit den bisherigen Blockheizkraftwerken nicht befriedigt werden kann. Grundsätzlich wäre es zwar möglich die nicht benötigte Wärme für einen Kälteerzeuger nach dem Absorberprinzip zu verwenden, doch wäre dies mit einem sehr hohen apparativen Aufwand verbunden.However, this is not always the case. Especially in summer there is a problem with a current-operated operation of the fuel cell, in which the control of the fuel cell takes place depending on the electricity demand, that there is no need for the heat generated, but rather a need for cooling that exists with the previous combined heat and power plants cannot be satisfied. In principle, it would be possible to use the heat that is not required for a refrigeration device based on the absorber principle, but this would involve a very high outlay on equipment.

Ein weiteres Problem der bekannten Blockheizkraftwerke besteht auch darin, daß die Hilfsaggregate, wie Wechselrichter, elektronische Steuerung u. dgl. gekühlt werden müssen. Dafür muß bei den bekannten derartigen Lösungen gesonderte Energie, meist durch den Einsatz eines strombetriebenen Gebläses aufgewendet werden.Another problem of the known combined heat and power plants is that the auxiliary units, such as inverters, electronic control and. Like. Must be cooled. For this, separate energy must be expended in the known solutions of this type, usually through the use of a power-operated blower.

Aus der US 5 678 410 ist eine Kombination einer Brennstoffeelle und einer Klimaanlage bekannt geworden. Es geht darum, mit der Brennstoffzelle ein elektrisches Fahrzeug anzutreiben und die Lufttemperatur soll über einen Wasserstoffspeicher innerhalb bestimmter Grenzen konstant gehalten werden.A combination of a fuel cell and an air conditioning system has become known from US Pat. No. 5,678,410. It is about driving an electric vehicle with the fuel cell and the air temperature should be kept constant within certain limits via a hydrogen storage.

Aus der EP 0741 428 A1 ist ein Brennstoffeellenantrieb für ein Hybridfahrzeug bekannt geworden, das einen Kühl- und Befeuchtungskreislauf mit dem demineralisierten unter Druck stehenden Wasser zum Inhalt hat.A fuel cell drive for a hybrid vehicle is known from EP 0741 428 A1, which has a cooling and humidification circuit with the demineralized water under pressure as its content.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Blockheizkraftwerk der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das es ermöglicht auch für Kühlzwecke verwendet werden zu werden.The aim of the invention is to avoid this disadvantage and to propose a combined heat and power plant of the type mentioned at the outset, which also makes it possible to use it for cooling purposes.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Blockheizkraftwerk der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is achieved in a combined heat and power plant of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, daß die Brennstoffeelle mit einem entsprechenden Überdruck betrieben wird und dieser Überdruck, den daher auch die Abgase der Brennstoffeelle aufweisen, über die Drosseln auf Umgebungsdruck entspannt wird. Aufgrund dieser Entspannung kommt es zu einer entsprechenden Abkühlung der Abgase. Dadurch ist es auch möglich ein erfindungsgemäßes Blockheizkraftwerk auch zur Kühlung und bei einer Auskopplung der in der Brennstoffzelle anfallenden Prozeßwärme auch zur Klimatisierung zu verwenden.The proposed measures ensure that the fuel cell is operated with a corresponding overpressure and this overpressure, which therefore also has the exhaust gases of the fuel cell, is expanded to ambient pressure via the throttles. Due to this relaxation, the exhaust gases are cooled accordingly. As a result, it is also possible to use a combined heat and power plant according to the invention also for cooling and, when the process heat generated in the fuel cell is extracted, also for air conditioning.

Bei kleinen Blockheizkraftwerken kann die erzielbare Kühlleistung für die Klimatisierung, bzw. Kühlung von Räumen zu gering sein, doch ist sie ausreichend, um die für den Betrieb des Blockheizkraftwerkes erforderlichen Hilfsaggregate zu kühlen, wodurch sich die Installation und der Betrieb der sonst üblichen Gebläse erübrigt. Da der Wirkungsgrad eines Kühlprozesses in der Regel besser ist, als der Wirkungsgrad eines Gebläses, erhöht sich auch der Gesamtwirkungsgrad. Zudem wird thermische Energie bei der erfindungsgemäßen Kühlung eingesetzt, während ein Gebläse elektrische Energie benötigt und somit den elektrischen Wirkungsgrad des Blockheizkraftwerkes reduziert.In the case of small combined heat and power plants, the achievable cooling capacity for the air conditioning or cooling of rooms may be too low, but it is sufficient to cool the auxiliary units required for the operation of the combined heat and power unit, which makes the installation and operation of the otherwise usual blowers unnecessary. Since the efficiency of a cooling process is generally better than the efficiency of a blower, the overall efficiency also increases. In addition, thermal energy is used in the cooling according to the invention, while a fan requires electrical energy and thus reduces the electrical efficiency of the combined heat and power plant.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, daß im Falle eines Wärmebedarfs dieser gedeckt werden kann und dadurch auch die Kühlung verbessert wird.Due to the features of claim 2, there is the advantage that in the event of a heat requirement, this can be covered and thereby the cooling is also improved.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch ein erfindungsgemäßes Blockheizkraftwerk zeigt.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, which schematically shows a combined heat and power plant according to the invention.

Bei einem erfindungsgemäßen Blockheizkraftwerk ist eine Brennstoffeelle 7 vorgesehen, bei der ein Kathodenraum 9 und ein Anodenraum 8 vorgesehen sind, die durch eine Membrane 10 und ein voneinander getrennt sind und in denen eine Kathode, bzw. eine Anode angeordnet sind.In a combined heat and power plant according to the invention, a fuel cell 7 is provided, in which a cathode chamber 9 and an anode chamber 8 are provided, which are separated from one another by a membrane 10 and in which a cathode or an anode are arranged.

Der Kathodenraum 9 ist über eine Zuleitung 3, die an der Druckseite eines Kompressors 2 angeschlossen ist, mit Kathodengas versorgbar, das dem Kompressor 2 über eine Saugleitung 1 2The cathode chamber 9 can be supplied with cathode gas via a feed line 3, which is connected to the pressure side of a compressor 2, which is supplied to the compressor 2 via a suction line 12

Claims (2)

AT 407 313 B zuströmt. Weiters ist der Anodenraum 8 über eine Zuleitung 6, die an der Druckseite eines Kompressors 5 angeschlossen ist, mit Anodengas versorgbar, das über eine Saugleitung 4 zum Kompressor 5 strömt. Vom Kathodenraum 9 und vom Anodenraum 8 führen Ableitungen 11, bzw. 12 weg, die über Drosseln 14 bzw. 13 in Leitungen 16, 15 mit größerem Querschnitt münden. Weiters führen von der Brennstoffzelle 7 auch nicht dargestellte elektrische Ausleitungen weg. Die beiden Leitungen 15, 16 sind thermisch mit einem Wärmetauscher 18 gekoppelt, der an einen Kühlkreislauf 17 angeschlossen ist, wobei der Wärmetauscher 18 Wärme an die Leitung 15, 16 abgibt. Im Betrieb wird Anodengas und Kathodengas unter Druck der Brennstoffzelle 7 zugeführt, wobei durch die Membrane 10 Wasserstoff diffundiert und es zu einer Reaktion und Erzeugung von elektrischer Energie kommt. Weiters wird dabei auch Wärme freigesetzt. Die heißen und unter Druck stehenden Abgase aus dem Kathodenraum 9 und dem Anodenraum 8 werden beim Durchströmen der Drosseln 13, 14 entspannt und kühlen sich daher sehr stark ab und kühlen daher die Leitungen 15,16, die aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt sind. Über den Wärmetauscher 18 wird Wärme in die Leitungen 15, 16 eingebracht, die gleichzeitig dem Kühlkreislauf 17 entzogen wird. Beispielsweise kann Prozeßgas mit einem Druck von 3 Bar und einer Temperatur von 60°C die Brennstoffzelle 7 verlassen. Bei einer adiabaten Expansion auf Umgebungsdruck wird das Gas auf -20°C abgekühlt, wodurch eine sehr effektive Kühlung möglich ist. Dabei ist es auch möglich, Wärme aus der Brennstoffzelle 7 bzw. aus den Ableitungen 11, 12 Wärme auszukoppeln, z.B. um Wärme für eine Brauchwasserbereitung zu gewinnen, wodurch gleichzeitig die Kühlleistung erhöht wird. PATENTANSPRÜCHE: 1. Blockheizkraftwerk mit mindestens einer Brennstoffzelle, die zwei durch eine Membrane (10) getrennte Räume (8, 9) zur Aufnahme einer mit elektrischen Ausleitungen versehene Anode bzw. Kathode aufWeist, welchen Räumen (8, 9) über getrennte Zuleitungen (3, 6) Anoden-, bzw. Kathodengas zuführbar ist und die mit Ableitungen (11, 12) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Zuleitungen (3, 6) je ein Kompressor (2, 5) vorgeschaltet ist und den Ableitungen (11, 12) Drosseln (13, 14) nachgeschaltet sind, an die sich Ausleitungen (15, 16) anschließen, die thermisch mit einem Wärmetauscher (18) eines Kühlkreislaufes (17) gekoppelt sind.AT 407 313 B flows in. Furthermore, the anode compartment 8 can be supplied with anode gas via a feed line 6, which is connected to the pressure side of a compressor 5 and flows to the compressor 5 via a suction line 4. Leads 11 and 12 lead away from the cathode space 9 and from the anode space 8, which lead to lines 16, 15 with a larger cross section via throttles 14 and 13, respectively. Furthermore, electrical discharges (not shown) also lead away from the fuel cell 7. The two lines 15, 16 are thermally coupled to a heat exchanger 18, which is connected to a cooling circuit 17, the heat exchanger 18 giving off heat to the line 15, 16. In operation, anode gas and cathode gas are supplied to the fuel cell 7 under pressure, with hydrogen diffusing through the membrane 10 and causing a reaction and generation of electrical energy. It also releases heat. The hot and pressurized exhaust gases from the cathode chamber 9 and the anode chamber 8 are relaxed when flowing through the chokes 13, 14 and therefore cool down very much and therefore cool the lines 15, 16, which are made of a good heat-conducting material. Heat is introduced into the lines 15, 16 via the heat exchanger 18 and is simultaneously withdrawn from the cooling circuit 17. For example, process gas with a pressure of 3 bar and a temperature of 60 ° C can leave the fuel cell 7. With an adiabatic expansion to ambient pressure, the gas is cooled to -20 ° C, which enables very effective cooling. It is also possible to extract heat from the fuel cell 7 or from the derivatives 11, 12, e.g. to generate heat for hot water preparation, which at the same time increases the cooling capacity. PATENT CLAIMS: 1. Cogeneration plant with at least one fuel cell, which has two spaces (8, 9) separated by a membrane (10) for receiving an anode or cathode provided with electrical discharge lines, which spaces (8, 9) have separate feed lines (3 , 6) anode or cathode gas can be supplied and which are provided with discharge lines (11, 12), characterized in that a compressor (2, 5) is connected upstream of the supply lines (3, 6) and the discharge lines (11, 12) Throttles (13, 14) are connected downstream, to which the outlets (15, 16) are connected, which are thermally coupled to a heat exchanger (18) of a cooling circuit (17). 2. Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auskopplung der in der Brennstoffeelle (7) entstehende Wärme vorgesehen ist. HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN 32. Combined heat and power plant according to claim 1, characterized in that a coupling out of the heat generated in the fuel cell (7) is provided. HERE 1 SHEET OF DRAWINGS 3
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