用于为建筑物供给能量的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于为建筑物、特别是独立式建筑物供给能量的装置，包括：至少一个产生能量的设备、特别是光伏设备，用于提供电流，至少一个电解槽（2），用于通过使用来自于产生能量的设备的电流以由水制备氢气，至少一个第一化学反应器（3），用于通过使用在所述电解槽（2）中形成的氢气至少部分使至少一种具有扩展的共轭π体系的基质氢化，至少一个储存罐（4），用于储存在所述第一化学反应器（3）中至少部分氢化的基质，至少一个第二化学反应器（5），用于通过释放氢气至少部分使在所述第一化学反应器（3）中制备的和在所述储存罐（4）中储存的至少部分氢化的基质脱氢，以及至少一个燃料电池（6），用于通过释放能量来氧化在所述第二化学反应器（4）中释放的氢气。本发明同样涉及一种用于通过使用该装置来供给能量的方法。
【专利说明】用于为建筑物供给能量的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于供给能量的装置和一种根据权利要求12所述的用于供给能量的方法。
【背景技术】
[0002]使用燃料电池用以通过氧气的氧化来获得电流普遍已知晓并且应用于不同的领域中。在使用燃料电池时的一个重要且关键的方面是氢气的贮存或储存，众所周知在氧气存在时氢气是极富爆炸性的。
[0003]目前已探寻了一系列氢气储存方法:吸附的、吸收的、作为液体、作为高压缩的气体。所有方法的缺点在于其单位体积的低能量密度和载体的部分高成本。
[0004]目前常用的将氢气作为液体并且在压力下贮存的方法体现了技术性的解决方案，所述技术性的解决方案因此目前(特别是由于技术开销高且与之相关联的成本相对高)并不存在于公众可接触的领域中并且甚至不存在于独立式建筑物例如私人住宅、度假屋、商用不动产或者生产用房中。
[0005]因此具有压缩的氢气的容器难以密封并且氢气在与空气的4%至75%的几乎任意混合情况下爆炸或引爆，压力波大于1000m/S。此外，最小点燃能量低于其它气态材料的最小点燃能量。氢气被归为高可燃性(F+)并且在高的出口速度情况下，以及在其它气体的情况下会自燃。在与空气爆炸的情况下方程式换能(Formelumsatz)非常高,为286kJ/mol。
【发明内容】
[0006]因此所期望的是，提供一种通过使用燃料电池供给能量的技术，所述技术避免了纯氢气的风险。
[0007]可替选的氢气储存形式是已知的。因此在EP1475349A1中描述了不同的芳香族化合物，特别是稠环烃，所述芳香族化合物可以被作为氢气储存体来使用。所描述的物质在这里特别是被使用于移动系统中。
[0008]拥有扩展的共轭电子体系的稠环烃的作用方式的基础是，在中等温的情况下当存在氢化反应的适当的催化剂时其特性消失。在此，氢气在不饱和的双键饱和的情况下被嵌入到所述物质中(氢化)。
[0009]随后在逆反应中仅通过提高温度和/或降低氢气压力在重新生成芳香族物质的情况下又可以从氢化的产物中获得借助于氢化被嵌入的氢气。
[0010]在这里示例性地参考N-乙基咔唑(NEC)的氢化/脱氢。在此，N-乙基咔唑(NEC)作为离析物根据下述反应模式被转化为全氢化形式(H12-NEC)。
[0011]
【权利要求】
1.一种用于为建筑物供给能量的装置，所述建筑物特别是独立式建筑物，所述装置包括: -至少一个产生能量的设备(I )、特别是光伏设备，用于提供电流， -至少一个电解槽(2 )，所述电解槽用于通过使用来自于所述产生能量的设备(I)的电流以由水制备氢气， -至少一个第一化学反应器(3 )，所述第一化学反应器用于通过使用在所述电解槽(2 )中形成的氢气至少部分使至少一种具有扩展的共轭n体系的基质氢化， -至少一个储存罐(4)，所述储存罐用于储存在所述第一化学反应器(3)中至少部分氢化的基质， -至少一个第二化学反应器(5)，所述第二化学反应器用于通过释放氢气至少部分使在所述第一化学反应器(3)中制备的和在所述储存罐(4)中储存的至少部分氢化的基质脱氢，以及 -至少一个燃料电池(6)，所述燃料电池用于通过释放能量来氧化在所述第二化学反应器(4)中释放的氢气。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个电解槽(2)经由所述第一化学反应器(3 )、所述储存罐(4 )和所述第二化学反应器(5 )与所述至少一个燃料电池(6 )连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述至少一种具有扩展的共轭体系的基质选自如下组，所述组包含多环芳香烃、多环杂芳烃、共轭n有机聚合物或者其组入口 o
4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一种具有扩展的共轭n体系的基质选自如下组，所述组包含具有N、S或者作为O的杂原子的稠合杂芳烃，其中所述杂原子是取代的或者未取代的。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述稠合杂芳烃优选是环体系，所述环体系具有C6至C30、优选C8至C20、特别是C12。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述杂原子由至少一个烷基、至少一个芳基、至少一个烯基、至少一个炔基、至少一个环烷基和/或至少一个环烯基取代。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述杂原子由C1-C3tl烷基、优选以C1-Cltl烷基、尤其以C2-C5烷基来取代。
8.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，N-乙基咔唑、N-正丙基咔唑或者N-异丙基咔唑用作具有扩展的共轭体系的基质。
9.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述具有扩展的共轭体系的基质在所述第一化学反应器(3)中在50°C到180°C之间的温度和2巴到200巴之间的压力下在存在适当的催化剂时至少部分被氢化。
10.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个燃料电池(6)是低温聚合物电解膜 燃料电池(PEM)并且所述至少一个电解槽(2)是反转地运行的低温聚合物电解膜燃料电池(PEM)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在所述至少一个电解槽(2)中设置有至少一种储存水的介质。
12.一种用于通过使用根据上述权利要求中任一项所述的装置为独立式建筑物供给能量的方法， 包括如下步骤: -从至少一个能再生的能源(I )、特别是光伏设备中提供电流，优选直流电流， -通过使用来自于所述至少一个能再生的能源(I)的电流在至少一个电解槽(2)中由水制备氢气， -将形成的所述氢气从所述至少一个电解槽(2)转送到包含至少一种具有扩展的共轭 体系的基质的第一化学反应器(3)中，并且至少部分使所述基质氢化， -将至少部分氢化的所述基质从所述第一化学反应器(3)中转送到至少一个储存罐(4)中并且必要时将至少部分氢化的所述基质储存在所述储存罐(4)中， -将至少部分氢化的所述基质从所述储存罐(4)转送到至少一个第二化学反应器(5)中并且在所述第二化学反应器(5)中通过释放氢气使至少部分氢化的所述基质脱氢， -将所述氢气从所述第二化学反应器(5)转送到至少一个燃料电池(6)中并且在同时释放电流和热形式的能量时将所述氢气和存在于所述燃料电池(6 )中的氧气氧化为水。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述电解槽中产生的所述氢气无需暂存地用于在所述第一 化学反应器(3)中至少部分氢化具有扩展的共轭体系的所述至少一种基质。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，使在至少部分氢化具有扩展的共轭n体系的所述至少一种基质时在所述第一化学反应器(3)中产生的热引入到所述独立式建筑物的加热系统中。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，至少部分氢化的具有扩展的共轭n体系的所述基质在所述第二化学反应器(5)中通过热输送来脱氢。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，使用对于所述脱氢所需的来自于所述独立式建筑物的加热系统(7)的热。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，使在所述第二化学反应器(5)中脱氢的所述基质从所述第二化学反应器(5)经由所述储存罐(4)返回到所述电解槽(2)中。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其特征在于，将在所述燃料电池(6)中在氢气氧化期间形成的水转送到所述电解槽(2)中。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其特征在于，将所述在所述燃料电池(6)中释放的热导入到所述加热系统(7)中并且将被释放的电流导入到所述独立式建筑物的电网(8)中或者外部电网(9)中。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的方法，其特征在于，对在所述燃料电池(6)中氢气氧化所需的氧气从外部以空气的形式输送到所述燃料电池(6)中。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的方法，其特征在于，在需要时将另一能源(9)的附加的电流馈送到所述独立式建筑物的所述电网(8)中。
22.根据权利要求12至20中任一项所述的方法，其特征在于，在需要时，将来自于所述燃料电池(6)的附加的电流反馈到所述外部电网(8)中。
【文档编号】H01M8/04GK103814475SQ201280041126
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年8月23日 优先权日:2011年8月23日
【发明者】沃尔夫冈·阿尔特, 彼得·瓦塞尔沙伊德 申请人:海德鲁基尼斯技术有限公司