PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10133733B4 24.05.2006
Titel Kraft-Wärme-Kopplungssystem
Anmelder Stiebel Eltron GmbH & Co. KG, 37603 Holzminden, DE
Erfinder Grünig, Lutz, 37603 Holzminden, DE;
Nolte, Hubert, 37671 Höxter, DE
DE-Anmeldedatum 11.07.2001
DE-Aktenzeichen 10133733
Offenlegungstag 30.01.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2006
IPC-Hauptklasse F25B 30/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F24H 9/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01M 8/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einer Brennstoffzelle, die elektrische Energie und ein warmes Offgas erzeugt.

Ein derartiges System dient der Gewinnung von elektrischem Strom und von Wärme für einen Nutzkreis.

In der DE 198 54 035 A1 ist eine derartige Heizeinrichtung beschrieben. Ein Verbrennungsgerät beheizt einen Wärmetauscher, der ein Heizmedium erwärmt. Warmes Offgas der Brennstoffzelle wird teils dem Brenner des Verbrennungsgeräts und teils dem Wärmetauscher zugeführt. Ein Dampfreformer wird mit Wasserdampf und Erdgas gespeist und liefert wasserstoffhaltiges Gas an die Brennstoffzelle. Im Sommerbetrieb muss die Brennstoffzelle gekühlt werden, um sie vor Überhitzung zu schützen. Diesbezügliche Maßnahmen sind in der DE 198 54 035 A1 nicht angegeben.

In der DE 197 02 903 A1 ist eine Klimaanlage mit einer Wärmepumpe beschrieben. Die Wärmepumpe ist zur Umschaltung von Heizbetrieb auf Kühlbetrieb umschaltbar. Es ist davon ausgegangen, dass der Verdichter aus einem elektrischen Netz gespeist wird.

Aus der US 4 574 112 ist ein Kühlsystem für eine Brennstoffzelle bekannt.

Aus der DE 199 11 018 C1 ist ein Hilfstriebwerk für ein Luftfahrzeug bekannt, wobei eine Gasturbine mit einer Brennkammer, einem Verdichter und einer Turbine vorgesehen ist. Ein mit der Turbine gekoppelter Kompressor erzeugt Druckluft für eine Brennstoffzelle. Offgas der Brennstoffzelle wird der Brennkammer zugeführt.

Ein mit einer Brennstoffzelle angetriebenes elektrisches Fahrzeug ist in der DE 100 26 268 A1 beschrieben. Die DE 199 28 102 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einem Antriebs-Verbrennungsmotor und mit einem Brennstoffzellensystem zur Stromversorgung elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs.

Aus der DE 100 02 942 A1 ist eine Heizungsanlage bekannt, bei der zur Ausnutzung der Wärme einer Brennstoffzellen-Anordnung die Wärmequelle durch den Kondensator einer Wärmepumpe gebildet ist, deren Verdampfer von einer Brennstoffzellen-Anordnung beaufschlagt ist. Dabei ist der Verdampfer im Bereich des Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzellenstapels angeordnet und kühlt diesen. In einer anderen Ausführungsform ist der Verdampfer im Bereich eines Abgasrohres, in das ein katalytischer Nachbrenner eingefügt ist, angeordnet.

Aus der DE 197 02 903 ist eine Klimaanlage mit einer Wärmepumpe bekannt, bei der der Kältemittelkreis der Wärmepumpe umgeschaltet werden kann. Hiermit wird die Strömungsrichtung des Kältemittels im Hauptwärmetauscher, im Expansionsventil und im Luft-Kältemittel-Wärmetauscher umgekehrt.

Bei üblichen Hausenergiezentralen, die elektrische Energie und Wärme mit einer Brennstoffzelle dezentral erzeugen, wird ein zusätzlicher Gas- oder Öl-Wärmeerzeuger benötigt, um den Spitzenwärmebedarf zu decken. Während der Heizperiode besteht eine gewisse Gleichzeitigkeit der Wärmenachfrage und der Elektrizitätsnachfrage. Außerhalb der Heizperiode ist der Anteil für die Brauchwasserbereitung im Altbaubestand weniger als 5%, bei Neubaustandard etwa 10% des Jahresheizwärmebedarfs. Der Ausnutzungsgrad ist also – abhängig vom Baustandard – gering. Außerdem ist beim stromgeführten Sommerbetrieb, wenn die Brennstoffzelle im wesentlichen der Erzeugung elektrischer Energie dient, nachteilig, dass die Abwärme der Brennstoffzelle über eine zusätzliche Wärmesenke vernichtet werden muss. Dies ist unwirtschaftlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirtschaftlichkeit eines Kraft-Wärme-Kopplungssystems der eingangs genannten Art zu verbessern.

Die vorliegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erfüllt. Demgemäß ist ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einer Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet, dass dem als Verdampfer dienenden Wärmetauscher oder einem Nutzkreis Abwärme der Brennstoffzelle zu deren Kühlung zugeführt wird, und dass der als Verdampfer dienende Wärmetauscher den Nutzkreis kühlt, oder dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie der Brennstoffzelle oder des Offgases der Brennstoffzelle dem Verdampfer zugeführt wird, wobei der Verflüssiger einen Nutzkreis beheizt oder dessen Abwärme der Brennstoffzelle dem Nutzkreis zugeführt wird, um die Brennstoffzelle zu kühlen, wobei die Brennstoffzelle eine in ein Kraftfahrzeug für dessen Betrieb eingebaute Brennstoffzelle ist und die Wärmepumpe bei oder in einem Haus oder in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, und dass lösbare Kupplungselemente vorgesehen sind, über die elektrische Energie und/oder thermische Energie der Brennstoffzelle auf die Wärmepumpe oder das Haus übertragbar ist.

Durch die Kopplung der Brennstoffzelle mit der Wärmepumpe wird im Winterbetrieb (Heizperiode), wenn der Kältemittelkreislauf als Wärmepumpe arbeitet, die Wärmeenergie zur Beheizung des Nutzkreises verwendet. Zusätzlich ist über die Wärmepumpe Umweltenergie zugeführt. Im Sommerbetrieb ist die Stromerzeugung mit der Brennstoffzelle dadurch uneingeschränkt möglich, dass der Kältekreis der Wärmepumpe invertiert ist und für die Rückkühlung in der Brennstoffzelle nutzbar gemacht ist. Der Rest der Kälteleistung kann für weitere Zwecke bereitgestellt werden. Die gewonnene elektrische Energie der Brennstoffzelle ist in vorteilhafter Weise der Wärmepumpe direkt zugeleitet. Bei einer indirekten Wärmepumpen-Stromversorgung speist die Brennstoffzelle den Strom ins Netz, an das der Verdichter der Wärmepumpe angeschlossen ist.

Die in der Brennstoffzelle im Brennstoffzellenprozess entstehende Wärme führt einerseits zu einem warmen Offgas und andererseits zu einer Erhitzung des Brennstoffzellenstapels selbst. Damit die Temperatur des Brennstoffzellenstapels einen zulässigen Wert nicht übersteigt, muss sie gekühlt werden. Hierzu kann in der Heizperiode die Abwärme der Brennstoffzelle auf den Nutzkreis direkt oder indirekt über den Verdampfer übertragen werden.

Für den Sommerbetrieb lässt sich der Wärmepumpenkreis derart umschalten, dass der Verdampfer als Verflüssiger und der Verflüssiger als Verdampfer arbeiten, wobei der Kältemittelkreis den Nutzkreis kühlt.

Im Sommerbetrieb wird die Brennstoffzelle dadurch gekühlt, dass deren Abwärme dem Verdampfer bzw. dem Nutzkreis zugeführt wird. Im Sommerbetrieb kann das Offgas auf den Verflüssiger wirken oder so abgeleitet werden, dass es nicht auf den Verflüssiger wirkt. Die Wärmepumpe kann eine Absorptions- oder Kompressionswärmepumpe sein.

Das beschriebene System hat verschiedene Vorteile:

Eine Hausenergiezentrale lässt sich mit geringem Primärenergiebedarf und hohem Nutzungsgrad im Sommer und im Winter betreiben, weil die Abwärme der Brennstoffzelle auch außerhalb der Heizperiode weitgehend vollständig nutzbar ist. Außerhalb der Heizperiode wird die Kältemaschine (umschaltbare Wärmepumpe) zur Kühlung der Brennstoffzelle und des Gebäudes verwendet.

Bei geeigneter Dimensionierung der Wärme/Kälteleistung der Kältemaschine kann auf eine zusätzliche Gas-, Öl- oder elektrische Heizquelle verzichtet werden. Das beschriebene System deckt den gesamten Wärmebedarf für die Brauchwassererwärmung und die Raumheizung.

Außerdem wird bei Verwendung einer Wärmepumpe und einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle deren vergleichsweise niedrige Offgastemperatur von etwa 50°C bis 75°C besser genutzt als beim Stand der Technik, da das Offgas bis unter die Kondensationstemperatur des Wasserdampfes abgekühlt wird.

Das beschriebene System ist für Gebäude oder Kraftfahrzeuge einsetzbar. Das beschriebene System kann auch so aufgebaut sein, dass eine in einem Kraftfahrzeug vorhandene Brennstoffzelle zusammen mit einer stationären Wärmepumpe eines Hauses verwendet wird, wobei entsprechende Kupplungselemente vorgesehen sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Blockschaltbild des Systems im Winterbetrieb,

2 das Blockschaltbild des Systems im Sommerbetrieb,

3 eine Alternative zu den 1 und 2,

4 ein Leistungsdiagramm,

5 das System in einem Kraftfahrzeug schematisch und

6 das System mit Brennstoffzelle in einem Kraftfahrzeug und stationärer Wärmepumpe.

Das System weist eine Brennstoffzellenstufe A, eine Wärme/Kälteprozessstufe B und eine Verbraucherstufe C auf. Die Stufen A und B bilden beispielsweise eine Hausenergiezentrale, wobei die Stufe C der Raumheizung oder Raumkühlung und/oder Brauchwassererwärmung dient. Die Stufen A, B und C können auch in einem Kraftfahrzeug installiert sein (vgl. 5). Es ist auch möglich, dass die Stufe A – ohne den Wandler 2 – Teil eines Kraftfahrzeugs ist und die Stufen B und C stationär in oder bei einem Haus angeordnet sind (vgl. 6).

Die Stufe A umfasst eine Brennstoffzelle 1 und einen Gleichstrom/Wechselstromwandler 2. Der Brennstoffzelle 1 wird über eine Leitung 3 wasserstoffhaltiger Brennstoff und mittels eines nicht dargestellten Lüfters über eine Leitung 4 Luft zugeführt. Ein mittels einer Steuerklappe 5 steuerbarer Bypass 6 zur Brennstoffzelle 1 dient dazu, Luft dem unten näher beschriebenen Wärmetauscher als Umweltwärme zuzuleiten.

Ein elektrischer Gleichstromausgang 7 der Brennstoffzelle 1 ist an den Wandler 2 und an den unten näher beschriebenen Verdichter der Stufe B gelegt. Eine Offgasleitung 8 führt aus der Brennstoffzelle 1 in den unten beschriebenen Wärmetauscher der Stufe B. Es kann ein steuerbarer oder schaltbarer Offgas-Auslass 9 vorgesehen sein, um das warme Offgas, insbesondere im Sommerbetrieb, nicht durch den als Verflüssiger arbeitenden Wärmetauscher zu leiten.

Um den die Brennstoffzelle 1 bildenden Brennstoffzellenstapel zu kühlen, d.h. ihre Abwärme abzuleiten, ist ein Wärmetauscher 10 vorgesehen.

Die Stufe B umfasst als Kältemaschine eine von Heizen auf Kühlen umschaltbare Wärmepumpe, die im Kältemittelkreis einen vom Gleichstrom der Brennstoffzelle 1 angetriebenen Verdichter 11, einen Wärmetauscher 12 und einen Wärmetauscher 13 aufweist. Der Wärmetauscher 12 arbeitet in der Heizperiode (Winterbetrieb) als Verflüssiger (vgl. 1) und im Sommerbetrieb als Verdampfer (vgl. 2). Der Wärmetauscher 13 arbeitet in der Heizperiode als Verdampfer (vgl. 1) und im Sommerbetrieb als Verflüssiger (vgl. 2). Zur Umschaltung von Winterbetrieb auf Sommerbetrieb sind im Kältemittelkreis ein Paar von dem Verdichter 11 zugeordneten Schaltventilen 14, 15, insbesondere Magnetventilen, und ein Paar von Expansionsventilen 16, 17 sowie ein Paar von den Expansionsventilen 16, 17 zugeordneten Schaltventilen 18, 19 und ein umschaltbares Dreiwegeventil 20 vorgesehen. In den 1, 2 und 3 sind die Ventilsymbole in der Schließstellung ausgefüllt dargestellt. In den 1, 2 und 3 sind die jeweiligen Strömungsrichtungen des Kältemittels mit Pfeilen gezeigt.

Die Verbrauchsstufe C weist einen Nutzkreis 21, Heizkörper 22 bzw. Kühlkörper zur Raumklimatisierung und Brauchwasserbeheizung und eine Umwälzpumpe 23 auf. Der Nutzkreis 21 liegt am Wärmetauscher 12. Im Nutzkreis 21 ist ein steuerbares Dreiwegeventil 24 angeordnet, das über eine Leitung 25 mit dem Wärmetauscher 10 verbunden ist, welcher über eine Leitung 26 am Rücklauf 27 des Nutzkreises 21 liegt. Je nach der Stellung des Dreiwegeventils 24 fließt ein mehr oder weniger großer Teilstrom des Wärmeträgermediums, insbesondere Wasser, des Nutzkreises 21 durch den Wärmetauscher 10. Dadurch lässt sich die Brennstoffzelle 1 in gewünschter Weise kühlen und die Abwärme der Brennstoffzelle 1 auf den Nutzkreis 21 übertragen. Die Abwärme der Brennstoffzelle 1 ließe sich auch auf den Verdampfer 13 übertragen. Wegen des hohen Temperaturniveaus der Abwärme könnte es dabei jedoch zu einem Ansprechen eines Sicherheits-Hochdruckschalters des Wärmepumpenkreises kommen.

Das Temperaturniveau des den Verdampfer 13 beaufschlagenden Offgases lässt sich durch die Steuerklappe 5 annähernd konstant halten, indem dessen Offgas über den Bypass 6 mehr oder weniger Luft beigemischt wird.

Um eine Bereifung des Verdampfers 13 zu verhindern, wird bei in den Bereifungsbereich sinkender Umgebungstemperatur die Steuerklappe 5 so gesteuert, dass ein größerer Luftanteil durch die Brennstoffzelle 1 geführt wird als bei höherer Umgebungstemperatur.

Im Winterbetrieb (vgl. 1) und im Sommerbetrieb (Kühlbetrieb) wird die elektrische Energie der Brennstoffzelle 1 zum Antrieb des Verdichters 11 und über den Wandler 2 zur Einspeisung in eine Hausinstallation oder in ein Versorgungsnetz genutzt.

In einer weiteren Ausgestaltung arbeitet das Kraft-Wärme-Kopplungssystem netzunabhängig und versorgt sich selbst mit elektrischer Energie, wobei der Leistungsbedarf der Wärmepumpe in vorteilhafter Weise an das Leistungsvermögen der Brennstoffzelle 1 angepaßt ist. Der über den Eigenbedarf hinausgehende Stromanteil steht für weitere Anwendungen zur Verfügung.

Im Winterbetrieb wird die Wärmeenergie des Offgases dem Verdampfer 13 zugeführt und über den Wärmepumpenkreis 11, 14, 12, 16, 18 auf den Nutzkreis 21 übertragen. Die Abwärme der Brennstoffzelle 1 wird über die Leitung 25, den Wärmetauscher 10, die Leitung 25 und das Dreiwegeventil 24 auf den Nutzkreis 21 übertragen.

Im Sommerbetrieb (Kühlbetrieb, siehe 2) wird Wärmeenergie des Nutzkreises 21 über den umgeschalteten Kältemittelkreis 12, 15, 11, 20, 13, 19, 17 und den Verflüssiger 13 geführt. Das Offgas kann durch Öffnen des Auslasses 9 unter Umgehung des Verflüssigers 13 direkt in den Kamin 28 abgelassen werden. Abwärme der Brennstoffzelle 1 wird über den Wärmetauscher 10 und den Nutzkreis 21 abgeführt.

Beim Ausführungsbeispiel nach 3 ist der Wärmetauscher 13 in die Brennstoffzelle 1 integriert. Er ist in 3 nicht dargestellt. Vorzugsweise ist ein zwei- oder mehrstufiger Wärmetauscher vorgesehen.

Im Heizbetrieb wird die Wärme der Brennstoffzelle 1 über den Wärmetauscher (Verdampfer) auf das Kältemittel des Wärmepumpenkreises übertragen. An der Kathodenseite der Brennstoffzelle 1 entsteht Wasserdampf. Durch intensive Kühlung durch das Kältemittel kondensiert der Wasserdampf und es wird dessen Kondensationswärme frei und damit nutzbar – ähnlich wie dies bei einem Brennwertheizgerät der Fall ist. Das entstehende hochreine, kondensierte Wasser wird für eine gewünschte Befeuchtung der Brennstoffzelle 1 bzw. deren Zellenstapel verwendet, wofür eine zelleninterne Verteilung vorgesehen ist. Restwasser kann gesammelt und einem nicht näher dargestellten, an sich bekannten Dampfreformierungsprozess zugeführt werden, mit dem sich Brennstoff für die Brennstoffzelle 1 gewinnen lässt.

Mit einem zweistufigen Wärmetauscher (Verdampfer) ist eine Überhitzung des Kältemittels außerhalb oder innerhalb der Brennstoffzelle 1 erreichbar. Die Verdampfung des Kältemittels kann durch Einstellen des Verhältnisses der der Kathode der Brennstoffzelle 1 zugeführten Luft 4 und der über den Bypass 6 (vgl. 1) zugeführten Luft gesteuert werden.

Im Kühlbetrieb (Sommerbetrieb) – nach Umkehr des Wärmepumpenprozesses – ist ein Kühlluftstrom durch den Wärmetauscher 13 (Verflüssiger im Kühlbetrieb) erforderlich. Dieser lässt sich durch eine Erhöhung des Kathodenluftstroms 4 oder bei einem zweistufigen Wärmetauscher durch Veränderung der den Bypass durchströmenden Luftmenge erreichen.

Der Wärmetauscher 10 dient hier speziell der Kühlung der Brennstoffzelle 1. Die Kühlleistung der Wärmepumpe ist somit auch zur Kühlung der Brennstoffzelle 1 verwendet, da der Nutzkries im Sommerbetrieb als Kühlkreis arbeitet.

4 zeigt die Wärme/Kälteleistung der Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Im Heizbetrieb verläuft die Wärmeleistung einer Wärmepumpe nach dem Stand der Technik etwa nach Kurve I. Dagegen verläuft die Wärmeleistung der mit einer Brennstoffzelle gekoppelten Wärmepumpe nach Kurve II. Ersichtlich ist die Wärmeleistung nach Kurve II wesentlich höher als die nach Kurve I.

Die 5 zeigt das beschriebene System in einem Kraftfahrzeug. Die elektrische Energie e der Brennstoffzelle 1 treibt neben anderen Aggregaten des Kraftfahrzeugs den Verdichter 11 der Stufe B an. Die Abwärme a der Brennstoffzelle 1 wird dem Verdampfer (Heizbetrieb) der Stufe B zugeführt. Sie kann jedoch auch direkt der Verbrauchsstufe C zugeführt werden. Die Verbrauchsstufe C ist von einem Wärmetauscher 29 für die Heizung und einem Wärmetauscher 30 für die Kühlung gebildet. Die Wärmetauscher 29, 20 sind wie oben beschrieben an die Stufe B angeschlossen.

Im Sommerbetrieb oder im Bedarfsfall dient die von der Brennstoffzelle 1 teilweise oder ganz an die Wärmepumpe abgegebene Energie zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums und/oder zur Kühlung der Brennstoffzelle 1.

Das Offgas der Brennstoffzelle 1 wird ausgelassen und über einen Wärmetauscher 31 geführt, der im Heizbetrieb mit dem Wärmetauscher 29 verbindbar ist.

Bei der Ausführung nach 6 ist die Brennstoffzelle 1 Teil eines Kraftfahrzeugs K und die Stufen B und C sind stationär bei und in einem Haus H angeordnet. Die Wärmepumpe B bezieht Wärme beispielsweise aus Umgebungsluft oder aus dem Erdreich.

Zwischen der Brennstoffzelle 1 und der Wärmepumpe sind lösbare Kupplungselemente 32, 33 vorgesehen.

Die Brennstoffzelle 1 des Fahrzeugs K dient dem Betrieb des Fahrzeugs. Wird das Fahrzeug K abgestellt, dann werden die Kupplungselemente 32, 33 geschlossen und elektrische Energie der Brennstoffzelle 1 wird auf den Verdichter der Wärmepumpe B und auf die elektrische Installation E des Gebäudes übertragen und/oder in ein Versorgungsnetz N eingespeist. Über das Kupplungselement 33 wird die thermische Energie der Brennstoffzelle 1 in die Stufe B und die Stufe C eingespeist. Dabei kann die Abwärme der Brennstoffzelle 1 und/oder die Wärmeenergie des Offgases wie oben beschrieben genutzt werden.

Eine weitere Ausführung kann darin bestehen, dass die Brennstoffzelle 1 und die Wärmepumpenstufe B in einem Kraftfahrzeug installiert ist (vgl. 5). Mittels Kupplungselementen zwischen dem Fahrzeug K und dem Haus H wird die elektrische Energie der Brennstoffzelle 1 auf die elektrische Installation des Hauses übertragen. Zusätzlich oder stattdessen wird die Wärmeleistung oder Kühlleistung der Wärmepumpe des Kraftfahrzeugs auf das Haus übertragen.


Anspruch[de]
  1. Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einer Brennstoffzelle, die elektrische Energie und ein warmes Offgas erzeugt, wobei die Brennstoffzelle (1) mit einem einen ersten Wärmetauscher (12) und einen zweiten Wärmetauscher (13) aufweisenden Wärmepumpenkreis (B) über Leitungen (25, 26) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Verdampfer dienenden Wärmetauscher (12) oder einem Nutzkreis (21) Abwärme der Brennstoffzelle (1) zu deren Kühlung zugeführt wird, und dass der als Verdampfer dienende Wärmetauscher (12) den Nutzkreis (21) kühlt.
  2. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie der Brennstoffzelle (1) oder des Offgases der Brennstoffzelle (1) dem Verdampfer (13) zugeführt wird, wobei der Verflüssiger (12) einen Nutzkreis (21) beheizt, oder dass Abwärme der Brennstoffzelle (1) dem Nutzkreis (21) zugeführt wird, um die Brennstoffzelle (1) zu kühlen.
  3. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie der Brennstoffzelle (1) einen Verdichter (11) des Wärmepumpenkreises (B) antreibt.
  4. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmepumpenkreis (B) derart umschaltbar ist, dass die Wärmetauscher (12, 13) je nach Betriebsart als Verflüssiger bzw. als Verdampfer arbeiten.
  5. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dreiwegeventil (24) vorgesehen ist, über das Wärmeträgermedium des Nutzkreises (21) Abwärme der Brennstoffzelle (1) dem Nutzkreis (21) zuführt.
  6. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es vom Gleichstrom der Brennstoffzelle (1) versorgt ist.
  7. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie der Brennstoffzelle (1) über einen Wandler (2) zusätzlich zu einer Energieversorgung eines Gebäudes eingesetzt und/oder in ein elektrisches Versorgungsnetz eingespeist ist.
  8. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (1) eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle ist.
  9. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittels einer Steuerklappe (5) steuerbarer Bypass (6) zu einer Luftstrecke der Brennstoffzelle (1) vorgesehen ist.
  10. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (13) in die Brennstoffzelle (1) eingebaut ist.
  11. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (1) eine in ein Kraftfahrzeug für dessen Betrieb eingebaute Brennstoffzelle ist und der Wärmepumpenkreis (B) bei oder in einem Haus (H) ortsfest installiert ist und dass lösbare Kupplungselemente (32. 33) vorgesehen sind, über die elektrische Energie und thermische Energie der Brennstoffzelle (1) auf den Wärmepumpenkreis (B) übertragbar ist.
  12. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (1) und der Wärmepumpenkreis (B) in ein Kraftfahrzeug eingebaut sind, um dieses mit elektrischer Energie zu versorgen und dessen Innenraum zu heizen und/oder zu kühlen.
  13. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Kupplungselemente vorgesehen sind, mit denen die elektrische Energie der Brennstoffzelle in die elektrische Installation eines Hauses und/oder die Wärme- oder Kühlleistung der Wärmepumpe auf das Haus übertragbar ist.
  14. Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einer Brennstoffzelle, die elektrische Energie und ein warmes Offgas erzeugt, wobei die Brennstoffzelle mit einem einen Verdampfer (13) und einen Verflüssiger (12) aufweisenden Wärmepumpenkreis (B) gekoppelt ist, wobei die Wärmeenergie der Brennstoffzelle (1) oder des Offgases der Brennstoffzelle (1) dem Verdampfer (13) zugeführt wird, wobei der Verflüssiger (12) einen Nutzkreis (21) beheizt oder dessen Abwärme der Brennstoffzelle (1) dem Nutzkreis (21) zugeführt wird, um die Brennstoffzelle (1) zu kühlen, wobei die Brennstoffzelle (1) eine in ein Kraftfahrzeug für dessen Betrieb eingebaute Brennstoffzelle ist und der Wärmepumpenkreis (B) bei oder in einem Haus oder in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, und dass lösbare Kupplungselemente (32, 33) vorgesehen sind, über die elektrische Energie und/oder thermische Energie der Brennstoffzelle auf die Wärmepumpe oder das Haus übertragbar ist.
  15. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (1) und der Wärmepumpenkreis (B) in Kraftfahrzeug eingebaut sind, um dieses mit elektrischer Energie zu versorgen und dessen Innenraum zu heizen und/oder zu kühlen.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com