家用能源中心和用于操作家用能源中心的方法技术

本发明专利技术涉及一种尤其用于住宅的自给自足式电能供应和/或热能供应的家用能源中心(500)。该家用能源中心具有包括外界空气管接口(16)和废气管接口(24)的壳体(550)和带有换热器(34)的通风设备(12)。该通风设备(12)与外界空气管接口(16)相连接，使得外界空气(AUL)能够在第一空气管路(14)中经换热器(34)或者经在换热器(34)旁侧的外界空气旁路(14‘)流入家用能源中心(500)的供气管路(15)。该供气管路(15)至少部分在壳体(550)内延伸。家用能源中心还具有排气管路(30)，在该排气管路(30)中，由通风设备(12)产生的空气体积流能够在壳体(50)内被继续输送。家用能源中心还具有燃料电池单元(200)，其优选布置在壳体(550)内并且被集成到排气管路(30)中，以使得在燃料电池单元(200)中释放的不希望的气体能够通过空气体积流被稀释并且与废热一起从燃料电池单元(200)排出。家用能源中心还具有蓄电池单元(450)，其优选布置在壳体(550)内并且被集成到排气管路(30)中，以使得在蓄电池单元(450)中释放的不希望的气体能够通过空气体积流被稀释并且与废热一起从蓄电池单元(450)排出。家用能源中心还具有与排气管路(30)相连接的第二空气管路(20)，其中，通风设备(12)的第二空气管路(20)通过通风设备(12)的换热器(34)与第一空气管路(14)热耦接，使得经第二空气管路(20)向外送出的排气能够根据需要将其所含热能的至少一部分通过通风设备(12)的换热器(34)输送到第一空气管路(14)，并且同时，通过空气体积流稀释的不希望的气体能够随空气体积流经外界空气管接口(16)被排出，从而避免了在家用能源中心中形成爆炸性混合气体并且使得家用能源中心能够可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】家用能源中心和用于操作家用能源中心的方法本专利技术涉及一种家用能源中心以及一种用于操作家用能源中心的方法。家用能源中心原则上已由现有技术公开并且用于住宅的电能供应和/或热能供应。本专利技术的任务是提供一种在能量方面有利且可靠的家用能源中心。本专利技术的另一任务是提出一种用于操作家用能源中心的方法。关于家用能源中心，所述任务通过一种家用能源中心来完成，尤其是用于住宅的自给自足式电能供应和/或热能供应，该家用能源中心包括具有外界空气管接口和废气管接口的壳体、具有换热器的通风设备，其中，该通风设备如此与外界空气管接口相连，以使得外界空气能够在第一空气管路中经换热器或者经在换热器旁的外界空气旁路流入家用能源中心的供气管路，其中，该供气管路至少部分在所述壳体内延伸。家用能源设备还配备有排气管路，在该排气管路内，由通风设备引起的空气体积流可以在壳体内被继续输送，家用能源设备还配备有燃料电池单元和蓄电池单元，所述燃料电池单元优选设置在壳体内并且被如此并入排气管路，使得在燃料电池单元中释放的不希望的气体通过该空气体积流被稀释并且可以随废热一起从燃料电池单元被送出，所述蓄电池单元优选设置在壳体内并且被如此并入排气管路，使得在蓄电池单元中释放的不希望的气体通过该空气体积流被稀释并且可以与废热一起从燃料电池单元被送出。家用能源设备还配备有第二空气管路，该第二空气管路与排气管路相连，其中，通风设备的第二空气管路通过该通风设备的换热器与第一空气管路热耦接，以使得经第二空气管路向外送的排气可以根据需要将其所含热能的至少一部分经通风设备的换热器输送到第一空气管路，并且同时，被空气体积流稀释的不希望的气体可以随该空气体积流经外界空气管接口被排出。根据本专利技术的家用能源中心具有以下优点，即，其所包括的燃料电池单元、蓄电池单元和/或家用能源中心本身不必一定在技术上完全密封地构成。相反，由于被空气体积流稀释的不希望的气体可以随该空气体积流经外界空气管接口被排出，故避免了在家用能源中心中形成爆炸性混合气体。因此，根据本专利技术的家用能源中心一方面能够安全地操作，另一方面能够廉价地制造。在燃料电池单元中释放的不希望的气体例如可能是含氢气的泄漏气体。在蓄电池单元中释放的不希望的气体例如可能是硫化氢(铅蓄电池)或在相应温度下的碳酸二乙酯(锂离子蓄电池)。由于向外送出的排气根据需要可以将其所含热能的至少一部分(例如燃料电池单元和蓄电池单元的废热)经通风设备的换热器输送到第一空气管路，因此该家用能源中心在能量方面被有利设计。燃料电池单元的较低电效率可以通过废热利用而被补偿。本专利技术还包含以下认识，以氢气为能量载体的家用能源中心必须满足更好的安全性要求，因为氢气与氧气或空气以较大的混合比形成爆炸性混合物。本专利技术还包含以下认识，在尤其是私人住所中使用防爆部件经济上几乎是不合理的。而通过根据本专利技术的家用能源中心提供了一种另选的安全概念，其在于或许来自电解单元和/或燃料电池单元和/或其它部件的氢气通过用家用能源中心的排气稀释而可以被明显冲淡至低于其点燃极限。存在大到足以稀释可能出现的和/或在操作中按规定出现的富含H2(氢气)的气体的冷却吹扫体积流的与安全技术相关的功能优选通过合适的传感器装置、尤其优选通过流量监测器和/或压差测量和/或通过防爆H2传感器来监测。家用能源中心的壳体连同所有形成在其中的子空间可以在排气管路的引导下被冷却吹扫体积流流过。可以如此设计排气管路，使得该排气管路能够吸收所出现的部件废热并且同时也接纳或许出现的氢气并稀释至明显低于点燃下限的总浓度(UZG为空气中的4％H2)，送走并作为排气排至环境。蓄电池单元优选设置在家用能源中心的壳体内，优选在自身的子空间内。蓄电池单元可以设置在家用能源中心的壳体外。在这种情况下，排气管路局部在家用能源中心外延伸。在尤其优选的实施方式中，家用能源中心具有单独的同样完全不透空气的用于蓄电池单元的壳体，该壳体具有用于冷却吹扫体积流的供应和排出装置，冷却吹扫体积流借此可以被送入和送出。尤其在铅电池的情况下，高效冷却对于获得长使用寿命是有利的，其保证了温差<5K、优选<3K的均匀温度分布，同时允许优选<25℃的平均温度。在尤其有利的实施方式中，冷却吹扫体积流首先被送入低压力损失的空气分配体积中，随后以限定的压力损失环绕限定列中的各个电池单元或电池单元块流动，该限定的压力损失明显高于在分配和收集体积中的压力损失，并且被收集在低压力损失的收集体积中并从那里被送出。这种布置的优点是冷却吹扫体积流围绕电池单元的很均匀的分布和引导以及进而各个电池单元的极高效均匀冷却。从蓄电池逸出的可能不希望的气体且尤其是在蓄电池单元过度充电时会出现的含H2气体可以通过所述排气被送走。家用能源中心的组件可以布置在一个壳体或者多个通过排气管路相互连通的壳体中，所述壳体相对于环境在技术上是充分气密的。在此，下述情况视为在技术上充分密封，经壳体边界的空气体积流损失小于整个冷却吹扫体积流的20％、尤其优选小于5％。关于氢气安全性，总是在可行情况下采用技术上长久密封的部件和连接件。由结构和功能决定地无法在技术上设计成长久密封的部件被组合在单独的子空间中并且避免了点燃源和/或采用防爆部件。通过优选在操作期间的反复密封测试，确保组件相对于H2泄漏的充分密封。在优选实施方式中，家用能源中心设有供气管接口和排气管接口用于将家用能源中心连接至至少一个待中央通风的客房，使得流入家用能源中心的供气管路的空气流首先可以作为进气被供给该客房，并且来自客房的排气可以在家用能源中心的排气管路中被继续输送。因此，可以优选借助家用能源中心实现可控的住宅通风(KWL)，其中，从家用能源中心排出的热可被用于加热客房。除了通风设备，还可以将对于KWL来说典型的组件(如过滤器、换热器、阀)集成到家用能源中心中，或者如此进行设计，使得它们可以以模块形式连接至家用能源中心的壳体。尤其是与KWL相关地已经被证明有利的是燃料电池单元是空冷式的，优选仅是空冷式的。燃料电池单元的燃料电池单元优选具有质子交换膜，以使得燃料电池单元是PEM-燃料电池单元。为了在夏季必要时也能冷却供给客房的进气，还可以在通风设备的第一空气管路之后设有冷却单元。该冷却单元例如可以具有第二换热器和与该换热器相连的制冷机。该制冷机优选是压缩式制冷机。供气管路可以直接与排气管路相连。例如这在现有建筑中是有的，其中例如由于成本原因而无法实现可控的住所通风。家用能源中心废热的利用在该替代方案中尤其(但并非只)可以通过与排气管路热耦接的热泵和/或气-液换热器实现，优选地，其目的是将排气管路的热能供给到住房的热水(WW)回路。燃料电池单元可以是液冷式的并且至少暂时与家用能源中心的热水箱热耦接。家用能源中心的壳体可以具有多个相互间隔开的子空间，它们通过排气管路彼此连通。在家用能源中心壳体内的各个子空间优选布置在潜在发出氢气的量增大的方向上。根据次于安全技术优先级的第二优先级，各个子空间优选根据操作温度和/或冷却的要求和/或根据工艺技术方面来布置。在此，具有相似的安全技术性能的组件也可以组装在共同的子空间或子空间组内，并且也在该子空间组内按照流通顺序根据热要求和/或工艺技术要求来进行不同地放置。这意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种家用能源中心(500)，尤其用于住宅的自给自足式电能供应和/或热能供应，该家用能源中心(500)具有：‑壳体(550)，所述壳体(550)具有外界空气管接口(16)和废气管接口(24)，‑通风设备(12)，所述通风设备(12)具有换热器(34)，其中，所述通风设备(12)与所述外界空气管接口(16)相连接，使得外界空气(AUL)能够在第一空气管路(14)中经所述换热器(34)或者经在所述换热器(34)侧旁的外界空气旁路(14‘)流入所述家用能源中心(500)的供气管路(15)，其中，所述供气管路(15)至少部分在所述壳体(550)内延伸，‑排气管路(30)，在所述排气管路(30)中，由所述通风设备(12)产生的空气体积流能够在所述壳体(50)内被继续输送，‑燃料电池单元(200)，所述燃料电池单元(200)优选布置在所述壳体(550)内，并且被集成到所述排气管路(30)中，使得在所述燃料电池单元(200)中释放出的不希望的气体能够通过所述空气体积流被稀释并且与废热一起从所述燃料电池单元(200)被排出，‑蓄电池单元(450)，所述蓄电池单元(450)优选布置在所述壳体(550)内，并且被集成到所述排气管路(30)中，使得在所述蓄电池单元(450)中释放出的不希望的气体能够通过所述空气体积流被稀释并且与废热一起从所述蓄电池单元(450)被排出，‑第二空气管路(20)，所述第二空气管路(20)与所述排气管路(30)相连接，其中，所述通风设备(12)的所述第二空气管路(20)通过所述通风设备(12)的所述换热器(34)与所述第一空气管路(14)热耦接，以使得通过所述第二空气管路(20)向外输送的排气(ABL)能够根据需要将其所含热能的至少一部分通过所述通风设备(12)的所述换热器(34)传送至所述第一空气管路(14)，并且同时，通过所述空气体积流稀释的所述不希望的气体能够随所述空气体积流通过所述外界空气管接口(16)被排出，从而避免在所述家用能源中心中形成爆炸性混合气体并使得所述家用能源中心能够可靠运行。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.25 DE 102015120454.11.一种家用能源中心(500)，尤其用于住宅的自给自足式电能供应和/或热能供应，该家用能源中心(500)具有：-壳体(550)，所述壳体(550)具有外界空气管接口(16)和废气管接口(24)，-通风设备(12)，所述通风设备(12)具有换热器(34)，其中，所述通风设备(12)与所述外界空气管接口(16)相连接，使得外界空气(AUL)能够在第一空气管路(14)中经所述换热器(34)或者经在所述换热器(34)侧旁的外界空气旁路(14‘)流入所述家用能源中心(500)的供气管路(15)，其中，所述供气管路(15)至少部分在所述壳体(550)内延伸，-排气管路(30)，在所述排气管路(30)中，由所述通风设备(12)产生的空气体积流能够在所述壳体(50)内被继续输送，-燃料电池单元(200)，所述燃料电池单元(200)优选布置在所述壳体(550)内，并且被集成到所述排气管路(30)中，使得在所述燃料电池单元(200)中释放出的不希望的气体能够通过所述空气体积流被稀释并且与废热一起从所述燃料电池单元(200)被排出，-蓄电池单元(450)，所述蓄电池单元(450)优选布置在所述壳体(550)内，并且被集成到所述排气管路(30)中，使得在所述蓄电池单元(450)中释放出的不希望的气体能够通过所述空气体积流被稀释并且与废热一起从所述蓄电池单元(450)被排出，-第二空气管路(20)，所述第二空气管路(20)与所述排气管路(30)相连接，其中，所述通风设备(12)的所述第二空气管路(20)通过所述通风设备(12)的所述换热器(34)与所述第一空气管路(14)热耦接，以使得通过所述第二空气管路(20)向外输送的排气(ABL)能够根据需要将其所含热能的至少一部分通过所述通风设备(12)的所述换热器(34)传送至所述第一空气管路(14)，并且同时，通过所述空气体积流稀释的所述不希望的气体能够随所述空气体积流通过所述外界空气管接口(16)被排出，从而避免在所述家用能源中心中形成爆炸性混合气体并使得所述家用能源中心能够可靠运行。2.根据权利要求1所述的家用能源中心(500)，该家用能源中心(500)具有供气管接口(17)和排气管接口(25)用于将所述家用能源中心(500)与至少一个待中央通风的客房(26)相连接，使得流入所述家用能源中心(500)的所述供气管路(15)的空气流能够首先作为进气(ZUL)输送至所述客房(26)，并且来自所述客房(26)的排气(ABL)能够在所述家用能源中心(500)的所述排气管路(30)中被继续输送。3.根据权利要求1或2所述的家用能源中心(500)，其中，所述壳体具有多个相互分隔开的子空间，这些子空间通过所述排气管路(30)彼此相连。4.根据前述权利要求中的一项所述的家用能源中心，其中，所述供气管路(15)直接与所述排气管路(30)相连接。5.根据前述权利要求中的一项所述的家用能源中心，其中，所述燃料电池单元(200)仅是空冷式的。6.根据前述权利要求中的一项所述的家用能源中心，该家用能源中心具有电解单元(300)，所述电解单元(300)布置在所述壳体(550)内并被集成到所述排气管路(30)中，使得在所述电解单元(300)中释放出的不希望的气体通过所述空气体积流被稀释并且与废热一起从所述电解单元(300)被排出。7.根据前述权利要求中的一项所述的家用能源中心，其特征在于，来自所述燃料电池单元(200)并且能够作为排气(ABL‘)输送至所述通风设备(12)的所述第二空气管路(20)的空气流被引导，使得所述空气流在流过所述电解单元(300)之后才与来自各个客房(26)的排气(ABL)混合。8.根据前述权利要求中的一项所述的家用能源中心，该家用能源中心具有接设在所述电解单元(300)之后的催化燃烧器。9.根据前述权利要求中的一项所述的家用能源中心，该家用能源中心具有集成到所述排气管路(30)中的太阳能充电控制器、岛式逆变器和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·希尔勒，D·拉度，G·施奈德，U·本茨，K·施罗德，Z·阿布尔埃拉，
申请(专利权)人：HPS家庭电源解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE