加热设备及用于运行加热设备的方法
【技术领域】
[0001] 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。
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] DE102010001011Al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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 在DE102010001011Al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。
[0008] 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】
[0009] 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。
[0010] 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一一例如热交换器、燃料输送装置或者控制装置或者调 节装置。
[0011] 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。
[0012] 此外，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，并且附加加热器借助热水输入端与热缓冲器的上 方连接端连接并且借助冷水输出端与热缓冲器的下方连接端连接，则使所述电路简化。
[0013] 如果热缓冲器通过三路混合阀与附加加热器连接，则能够灵敏地调节水流、尤其 热水流。
[0014] 如果热缓冲器具有至少一个上方温度传感器和/或至少一个下方温度传感器，则 实现热缓冲器的控制。通过上方温度传感器尤其可以监视热缓冲器的热水区域，而另一温 度传感器布置在下方的冷区域中。
[0015] 优选地，附加加热器可以直接地和/或间接地与生活用水容器(BrauchwasserbeMlter)连接和/或与一个或多个加热回路连接。
[0016] 如果力热耦合设备具有至少一个用于使所输送的燃料（可以给所述燃料附加地 输送水）分开（aufspalten)的重整器（Reformer)，则能够进一步提高加热设备的效率。重 整器理解为以下装置：可以给其输送天然气并且其可以至少部分地将天然气转换成氢、碳 氢化合物、一氧化碳和/或二氧化碳。
[0017] 如果从加热设备的至少一个热交换器获得作为冷凝水的可以输送给重整器的水 并且将其输送给冷凝水容器，则可以完全或者部分地放弃用于力热耦合设备的外部的水连 接端。
[0018] 当冷凝水容器具有液位传感器时，能够简单地求取冷凝水容器中的可供使用的冷 凝水量。
[0019] 当附加加热器仅仅从热缓冲器得到热的加热水时，当到达附加加热器的加热水的 回流温度小于热缓冲器的上方区域中的温度时，也才通过根据本发明的用于运行具有至少 一个力热耦合设备、至少一个附加加热器和至少一个热缓冲器的加热设备的方法来实现效 率提尚。
[0020] 此外，当附加加热器仅仅从热缓冲器得到热的加热水时，当到达附加加热器的加 热水的回流温度小于热缓冲器的下方区域中的温度时，也才在运行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缓冲器的加热设备时实现效率提高。
[0021] 此外，如果力热耦合设备能够提供电功率并且只要热缓冲器的下方区域中的温度 小于50°C、优选小于45°C就以高的、尤其最大的电功率运行，则也通过根据本发明的用于 运行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缓冲器的加热设备的 方法来实现效率提高。
[0022] 此外，如果力热耦合设备能够提供电功率并且只要热缓冲器的上方区域中的温度 小于70°C、优选小于65°C就以高的、尤其最大的电功率运行，则也通过根据本发明的用于 运行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缓冲器的加热设备的 方法来实现效率提高。
[0023] 附加地，如果力热耦合设备能够提供电功率并且只要可以从冷凝水容器得到冷凝 水并且尤其可以输送给重整器就以高的、尤其最大的电功率运行，则也通过根据本发明的 用于运行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缓冲器的加热设 备的方法来实现效率提高。
[0024] 根据本发明的方法也可以进行组合并且优选适于上述加热设备的运行。在此，在 权利要求中以及说明书中提及的特征分别单独地或者组合地是本发明本质。
[0025] 燃料电池可以涉及S0FC(SolidOxidFuelCell:固体氧化物燃料电池）。燃料电 池设备可以具有多个燃料电池，它们可以汇总成燃料电池堆或者燃料电池束。第一燃料可 以涉及天然气、生物气、纯甲烷或者更长链的碳氢化合物一一丙烷、柴油、汽油、煤油、液化 气或者加热油（Heiz6l)。替代地，第一燃料可以是甲醇或者更长链的乙醇。第一燃料可以 在进入到燃料电池中之前或者在燃料电池中部分地或者完全地重整。在此，产生富含氢和/ 或一氧化碳的燃料。第一燃料不仅理解为经重整的燃料而且理解为没有经重整的燃料。对 于所述重整，可能需要在燃料电池中和/或补燃器中产生的热的一部分。
[0026] 可能的是，从燃料电池排出的第一燃料的第三份额通过再循环再次提供给燃料电 池。因此，以第三份额减少第一燃料的第二份额。因此，在没有转换的情况下离开燃料电池 并且在补燃器中燃