[发明专利]加热设备及用于运行加热设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有至少一个力热耦合设备、至少一个附加加热器和至少一个热存储器的加热设备。本发明还涉及用于运行尤其所述加热设备的方法。

以下，力热耦合设备理解为在第一输出端上提供力的等效量(例如机械旋转部件或者提供电流的电压)并且在另一输出端上提供热的设备。燃料电池加热设备理解为具有燃料电池设备以及补燃器(Nachbrenner)的特定的力热耦合设备，所述燃料电池设备具有包含一个或多个燃料电池的燃料电池堆。在燃料电池设备中，在燃料电池中产生电压并且必要时产生电流以及在燃料电池中和补燃器中产生热。

背景技术

在具有力热耦合设备的加热设备中，例如通过燃料电池设备产生电流，其中在电流产生时出现的废热可供另一应用使用、例如用于空间加热的加热回路和/或热水系统。在此，在一定的白天或者季节可能发生，当前的热需要、即对于空间加热和/或热水系统所需要的热超过在电流产生时出现的废热。

DE102010001011A1公开了一种具有以燃料电池加热设备形式的力热耦合设备的设备，其中在力热耦合设备的燃料电池设备的至少一个燃料电池中电化学地转化第一燃料的第一份额，由此产生电功率和热，其中第一燃料的在没有转化的情况下离开燃料电池的第二份额在从燃料电池中排出之后在燃料电池设备的补燃器中燃烧并且在此产生热，其中可以在附加加热装置中燃烧第二燃料并且在此可以产生热，其中可以在燃料电池的最优的运行点处转化第一燃料的最优的第一份额。

如果在没有热脱耦合的情况下运行燃料电池设备来进行电流产生，则尝试在不发生燃料电池的老化的情况下使所输送的燃料的尽可能大的份额电化学地反应。因此，为了产生所期望的电功率，尽可能少地输送燃料。必须电化学地转化尽可能大份额的燃料，以便实现尽可能高的效率，其中所述效率涉及每所输送的燃料量的电功率输出。但另一方面，为了避免老化，必须超化学计量地运行通常具有多个燃料电池的燃料电池设备。也就是说，必须给阳极输送比在那里电化学反应的更多的燃料并且必须给阴极输送比在那里电化学反应的更多的氧化剂。由此，能够避免各个电极或者电极区域的不足供给。在燃料电池中，不足供给导致不期望的副反应、不相同的电压分布并且可能不相同的电流分布以及不相同的温度分布，由此燃料电池老化。在燃料电池的最优的运行点处电化学地转化燃料电池中的最大尽可能份额的燃料，而不发生燃料电池的快速老化。对于全负荷时的运行以及对于不同的部分负荷状态可以分别确定最优的运行点。在燃料电池中没有转化的、没有消耗的燃料可以再次循环或者在补燃器中燃烧。在补燃器中产生的热计算进总效率。

因为最优的运行点涉及燃料电池的电效率和老化之间的让步，所以燃料电池的最优运行点处的老化不是最小。在此，老化理解为燃料电池的效率或者功率随时间的下降，所述下降可能具有不同的原因。

在DE102010001011A1中提出，在力热耦合设备、尤其燃料电池设备的运行时使力热耦合设备的效率基本上不变并且减小燃料电池的老化。在比能够在燃料电池的最优运行点处通过燃料电池设备产生的热更大的热需要的情况下，力热耦合设备尤其应当借助其调节减少第一燃料的第一份额，以便在补燃器中燃烧比在燃料电池的最优运行点处更多的第一燃料。

本发明的任务是在不引起增强的老化的情况下进一步改善所述加热设备的效率。

发明内容

当所存在的热存储器设计为热缓冲器时，实现所述任务的解决。通过这种方式能够实现显著减少断开循环的次数，由此抑制老化。尽管如此，包含在力热耦合设备中的燃料电池设备能够在宽的范围中以其最大电功率运行。最大电功率应当理解为在不损坏燃料电池的情况下从布置在燃料电池设备中的燃料电池堆后方连接的逆变器能够最大得到的额定功率。逆变器应当理解为可以将从燃料电池输出的直流电流转换成交流电流的装置。

通过在从属权利要求中提及的特征，根据主权利要求能够实现加热设备的有利的扩展方案。因此，当热缓冲器连接在力热耦合设备和附加加热器之间时，电路技术上容易地实现热缓冲器的加入。附加加热装置可以是锅炉、温泉(Therme)或者燃烧器，所述附加加热装置可以与燃料电池设备集成在装置中或者构造为独立的装置。特别地，燃料电池设备和附加加热装置可以共同利用组件——例如热交换器、燃料输送装置或者控制装置或者调节装置。

如果热缓冲器具有上方区域和下方区域，所述上方区域具有至少两个连接端，所述下方区域具有至少两个连接端，并且力热耦合设备借助热水输出端与热缓冲器的上方连接端连接并且借助冷水输入端与热缓冲器的下方连接端连接，则实现另一简化。