MÜLLER, Rudolf (Kreuzlingerstrasse 11, Lengwil-Oberhofen, CH-8574, CH)
MÜLLER, Rudolf (Kreuzlingerstrasse 11, Lengwil-Oberhofen, CH-8574, CH)
| PATENTANSPRÜCHE 1. Wärmeerzeugungseinheit (1) für eine Heizung, insbesondere für eine Hausheizung, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugungseinheit (1) einen Reaktor (2) mit einem Reaktorgehäuse (3) aufweist, in dem mindestens ein Katalysatorkörper (4) zur katalytischen exothermen Umwandlung eines Katalysatorfluids (40, 41) angeordnet ist. 2. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugungseinheit (1) einen Wärmetauscher (11, 11') zum Aufheizen eines Wär- meträgerfluids (90) aufweist. 3. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kata- lysatorfluid im Wärmeerzeugungsbetrieb eine flüssige Phase (40) aufweist, insbesondere dass ein oder der Wärmetauscher (11, 11') in die flüssige Phase (40) eingetaucht ist. 4. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kata¬ lysatorkörper (4) im Wärmeerzeugungsbetrieb zumindest teilweise in eine oder die flüssige Phase (40) des Ka¬ talysatorfluids eingetaucht ist, insbesondere dass der Reaktor (2) und/oder der Katalysatorkörper (4) stehend angeordnet ist oder sind. 5. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kata- lysatorfluid im Wärmeerzeugungsbetrieb eine dampfför¬ mige und/oder gasförmige Phase (41) aufweist. 6. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Katalysatorkörper (4) eine Röhrenstruktur und/oder Wabenstruktur aufweist, und/oder b) der Katalysatorkörper (4) eine längserstreckte, insbesondere zylindrische oder flächenhafte, Gestalt aufweist und entlang seiner Längsachse (4a) durchströmbar ist, insbesondere dass die Längsachse (4a) im stehenden Reaktor (2) vertikal ausgerichtet ist . 7. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach Anspruch 2 und optional einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugungseinheit (1) ein integriertes Katalysator-Wärmetauscher-Modul (11') aufweist, welches den Katalysatorkörper (4) und den Wärmetauscher (11) umfasst, insbesondere dass das integrierte Katalysator-Wärmetauscher-Modul (II1) im Reaktor (2) angeordnet ist oder den Reaktor (2) bildet. 8. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Katalysator- Wärmetauscher-Modul (11') erste Durchströmungskanäle (410) zum Durchströmen des Katalysatorfluids (40, 41) und zweite Durchströmungskanäle (411) zum Durchströmen des Wärmeträgerfluids (90) aufweist. 9. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass a) die ersten und zweiten Durchströmungskanäle (410, 411) in unterschiedlichen Ebenen, insbesondere in alternierender Reihenfolge, angeordnet sind, und/oder b) die ersten und zweiten Durchströmungskanäle (410, 411) im wesentlichen längserstreckt sind und unter einem vorgebbaren Winkel, insbesondere unter 90° oder 180°, relativ zueinander orientiert sind, und/oder c) am integrierten Katalysator-Wärmetauscher-Modul (11') an ersten Flächen ein Verteilvolumen (410a) und an zweiten Flächen ein Sammelvolumen (410b) zum Durchströmen der ersten Durchströmungskanäle (410) mit dem Katalysatorfluid (40, 41) vorhanden sind, und dass an dritten Flächen ein Verteilvolumen (411a) und an vierten Flächen ein Sammelvolumen (411b) zum Durchströmen der zweiten Durchströmungskanäle (411) mit dem Wärmeträgerfluid (90) vorhanden sind. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Durchströmungskanäle in konzentrischen Ringzylindern, insbesondere in alternierender Reihenfolge, angeordnet sind, und in Gleichstromrichtung oder Gegenstromrichtung durchströmbar sind. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 9- 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Durchströmungskanäle (410) Material des Katalysatorkörpers (4) aufweisen oder daraus bestehen, und dass die zwei¬ ten Durchströmungskanäle (411) wärmeleitfähiges Mate¬ rial, insbesondere Kupfer oder Aluminium, aufweisen oder daraus bestehen. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zerstäuber (230) zur Zerstäubung und/oder ein Verdampfer (23, 24) zur Vorverdampfung, insbesondere zur Kaltverdampfung, von Anteilen einer oder der flüssigen Phase (40) des Katalysatorfluids (40) vorhanden, insbesondere im Reaktor (2) angeordnet, ist oder sind. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme¬ erzeugungseinheit (1), insbesondere der Reaktor (2), ReZirkulationsmittel (8, 15; 15'; 410) zur Rezir- kulation des Katalysatorfluids (40, 41) entlang des Katalysatorkörpers (4) aufweist. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ReZirkulationsmittel eine Umwälzpumpe (8) umfassen, welche die flüssige Phase (40) umwälzt, insbesondere dass die Umwälzpumpe (8) zeit- weise oder kontinuierlich die flüssige Phase (40) im stehenden Reaktor (2) vom Reaktorboden (3b) in Richtung zum Reaktordeckel (3c) transportiert. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 13-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezirkulati- onsmittel einen Druckspeicher (15 ') umfassen, welcher mittels der dampf- und/oder gasförmigen Phase (41) das Katalysatorfluid (40, 41) umwälzt. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im stehenden Reaktor (2) mindestens zwei übereinander angeordnete Katalysatorkörper (4) vorhanden sind, die zur Selbstregulierung der Wärmeproduktion einen variablen Abstand (d2) , insbesondere mittels federnder Lagerung (21) mindestens eines der Katalysatorkörper (4) , auf¬ weisen. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kata- lysatorfluid (40, 41) ein Gemisch enthaltend Was¬ serstoffperoxid (H202) enthält, und insbesondere dass der Katalysatorkörper ein Keramikkörper (4) ist, der Kordierit enthält oder aus Kordierit besteht. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (4) Verbin¬ dungen und/oder Kombinationen aus der Menge umfassend Aluminium, Silizium, Kupfer, Magnesium, Titan, Mangan, Eisen, Lanthan, Cerium, Praseodym, Neodym, Phosphor, Kalium, Calcium, Kobalt, Zink, Zinn, Blei, Schwefel, Chlor, Nickel, Strontium, Zirkonium, Molybdän, Rhodi¬ um, Silber, Kaliumpermanganat und Seltene-Erden- Elemente enthält. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kata- lysatorfluid (40, 41) maximal 50 Gew%, bevorzugt maxi¬ mal 35 Gew%, besonders bevorzugt maximal 25 Gew%, ins- besondere maximal 20 Gew%, Wasserstoffperoxid (H202) , enthält, oder dass das Katalysatorfluid (40, 41) weitgehend aus Wasserstoffperoxid besteht. 20. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Reaktor (3) einen Bypass (11) mit Niveausonden (13) zur Niveauregulierung einer oder der flüssigen Phase (40) des Katalysatorfluids (40, 41) aufweist, und/oder b) der Reaktor (2) mindestens einen Temperatursensor (32) und/oder mindestens einen Drucksensor (33) zur Regulierung der Wärmeerzeugung aufweist. 21. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Reaktor (2) ein druckfestes Reaktorgehäuse (3) aufweist, und/oder b) der Reaktor (2) ein thermisch isoliertes Reaktor¬ gehäuse (3) aufweist, und/oder c) das Reaktorgehäuse (3) einen Einlass (30b) für das Katalysatorfluid (40, 41) und einen Auslass (17) für ein Restfluid (170) aufweist, und/oder d) das Reaktorgehäuse (3) einen Auslass (30c) , ins¬ besondere ein Überdruckventil (30c), für gasförmige Produkte, insbesondere Sauerstoff (02) , aufweist. 22. Wärmeerzeugungseinheit (1) einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorwärme¬ tauscher (171) zum Wärmeübertrag von einem Restfluid (170) auf das Katalysatorfluid (40, 41) vorhanden und insbesondere in einer Zuleitung (9) für das Katalysatorfluid (40, 41) angeordnet ist. 23. Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reak¬ tor (2) Anregungsmittel (21', 22) zum Entfernen dampf- und/oder gasförmiger Blasen von der Oberfläche des Ka¬ talysatorkörpers (4) aufweist, insbesondere dass die Anregungsmittel einen Rüttler (21') für den Katalysatorkörper (4) und/oder eine akustische Quelle (22) zur akustischen Erregung des Katalysatorfluids (40, 41), insbesondere mit Ultraschall, umfassen. 24. Heizung, insbesondere Gebäudeheizung, gekennzeichnet durch eine Wärmeerzeugungseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche. 25. Heizung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Heizung einen Vorratstank für das Katalysa- torfluid (40, 41) und einen Wärmeradiator aufweist, und/oder b) die Heizung einen Wärmetauscher (11, 11') für Brauchwasser und/oder Heizungswasser und einen Wär¬ mespeicher (18), insbesondere mit einer warmwasser- solaren oder elektrischen Hilfsheizung, aufweist, und/oder c) die Heizung stationär installiert ist oder ein nichtstationäres Heizmodul ist. 26. Heizung nach einem der Ansprüche 24-25, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung eine automatische Regelung (25) aufweist, insbesondere dass die Regelung (25) ein Einlassventil (30b) für das Katalysatorfluid (40, 41) und/oder ein Auslassventil (30c) für gasförmige Produkte (02) und/oder ein Auslassventil (17) für ein Restfluid (170) regelt. 27. Heizung nach einem der Ansprüche 24-26, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass a) die Heizung für einen Niedertemperaturbetrieb, insbesondere unterhalb von 100 °C, zur Beheizung von Gebäuden ausgelegt ist, oder b) die Heizung für einen Hochtemperaturbetrieb, ins¬ besondere oberhalb von 100 °C, zur Erzeugung von Prozesswärme ausgelegt ist. 28. System, gekennzeichnet durch eine Wärmeerzeugungs¬ einheit (1) nach einem der Ansprüche 17-19, in Kom- bination mit einem Zusatzmodul (20, 26), in welchem der bei der Dissoziation des Wasserstoffperoxid (H2O2) am Katalysatorkörper (4) frei werdende Sauerstoff (02) zur Erzeugung elektrischer Energie und/oder zur zusätzlichen Wärmeerzeugung verwendet wird. 29. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärmeerzeugungseinheit (1) und dem Zusatzmodul (20, 26) ein Sauerstoffspeichertank (19) angeordnet ist, und/oder dass Mittel zur Zuführung eines Reaktionspartners, insbesondere von Wasserstoff (H2) , vorhanden sind. 30. System nach einem der Ansprüche 28-29, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Zusatzmodul eine Brennstoffzelle (20) oder eine Zusatzheizung (26) ist, in welcher der Sauerstoff (O2) mit geeignet zugeführtem Wasserstoff (H2) zu Wasser umgesetzt wird. |
Heizung
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Heizungs- technik, insbesondere von Gebäudeheizungen oder Blockkraftwerken. Sie geht aus von einer Wärmeerzeugungseinheit, einer Heizung und einem System gemäss Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
STAND DER TECHNIK Bei der Erfindung wird ausgegangen von bekannten Heizungssystemen, bei denen durch Verbrennen fossiler Brennstoffe wie Öl, Gas, Holz, Pellets o. ä. in einem Brennraum Hitze erzeugt wird. Die Hitze kann über einen Wärmetauscher dazu verwendet werden, Heizungswasser, das in einem geschlosse- nen Heizwasserkreislauf zirkuliert, oder Brauchwasser, das immer wieder frisch zugeführt wird, zu erwärmen. Die ent ¬ stehenden umweltschädigenden Abgase umfassen Kohlendioxid CO s , Kohlenmonoxid CO, Stickoxide NOx, Schwefeloxide und andere toxische Verbrennungsprodukte sowie Feinstaub.
Bekannt sind auch elektrisch betriebene Heizungen, die entweder direkt durch ohmschen Widerstand (Elektroheizung, Elektrospeicherheizung) oder indirekt durch Temperatur ¬ erhöhung von Umgebungswärme (Wärmepumpe) Heizwärme für Ge ¬ bäude erzeugen. Die direkten Elektroheizungen sind energe- tisch ineffizient. Wärmepumpen sind eher kompliziert auf ¬ gebaut, sind wegen ihrer beweglichen Teile wartungsbedürf ¬ tig und störanfällig und haben eine begrenzte Lebensdauer.
Die bekannten Heizungen sind typischerweise in Gebäuden fest installiert. Bekannt sind auch elektrisch beheizbare Heizkörper, die bedarfsweise in Räumen aufgestellt werden.
BESTÄTIGUNGSKOPIE In der CH 685 836 A5 wird ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserdampf zum Betreiben einer Dampfturbine offenbart. Hierfür wird ein Gemisch in wesentlichen bestehend aus Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 , im folgenden auch WP genannt) einem Reaktor zugeführt, in dem das WP mittels eines geeigneten Katalysators zu Wasser, Sauerstoff und exothermer Wärme umgesetzt wird. Die dabei freiwerdende Energie dient dazu, das Wasser in erhitzten Dampf umzuwandeln, der über eine Auslassöffnung im Reaktor der Dampfturbine als Antriebsmedium zugeführt wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Wärmeerzeugungseinheit und Heizung und ein verbessertes System zur Wärmeerzeugung und optionalen Stromerzeugung anzugeben, bei der oder dem keine umweitschädlichen Abgase oder Rückstände entstehen. Diese Aufgabe wird erfindungs- gemäss durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Merkmale, insbesondere in Unteransprüchen, oder Kombinationen von Merkmalen oder Ausführungsbeispiele sind optional und sind typischerweise als insbesondere, bevorzugt o.a. bezeichnet und sind daher nicht erfindungswesentlich, sondern dienen nur zur Erzielung zusätzlicher Vorteile oder Effekte.
Die Erfindung besteht in einer Wärmeerzeugungseinheit, die für eine Heizung, z.B. Hausheizung, geeignet ist, wobei die Wärmeerzeugungseinheit einen Reaktor mit einem Reak ¬ torgehäuse aufweist, in dem mindestens ein Katalysatorkörper zur katalytischen exothermen Umwandlung eines Kata- lysatorfluids angeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Wärmeerzeugungseinheit einen Wärmetauscher zum Aufheizen eines Wärme- trägerfluids auf. Das Wärmeträgerfluid kann zum Betrieb der Heizung verwendet werden und kann insbesondere Hei ¬ zungswasser und/oder Brauchwasser sein. In einem Ausführungsbeispiel weist das Katalysatorfluid im Wärmeerzeugungsbetrieb eine flüssige Phase auf. Insbesondere steht die flüssige Phase mit dem Wärmetauscher in thermischem Kontakt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Katalysatorkörper im Wärmeerzeugungsbetrieb zumindest teilweise in eine oder die flüssige Phase des Katalysatorfluids eingetaucht. Insbesondere kann der Reaktor stehend angeordnet sein. Durch diese Massnahmen kann die Effizienz der katalytischen Wärmegewinnung und der Wärme- Übertragung auf das Wärmeträgerfluid erhöht werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Katalysatorfluid im Wärmeerzeugungsbetrieb eine dampfförmige und/oder gasförmige Phase auf.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Wärme- erzeugungseinheit ein integriertes Katalysator-Wärmetauscher-Modul auf, welches den Katalysatorkörper und den Wärmetauscher umfasst. Insbesondere kann das integrierte Katalysator-Wärmetauscher-Modul im Reaktor angeordnet sein oder selber den Reaktor bilden.
Andere Ausführungsbeispiele betreffen Ausgestaltungen des Katalysators, insbesondere des integrierten Katalysator- Wärmetauscher-Moduls, welche die Effizienz der Wärmeerzeugung bei der katalytischen Umwandlung und die Wärmeübertragung auf das Wärmeträgerfluid weiter verbessern.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Wärmeerzeugungseinheit, insbesondere der Reaktor, ReZirkulationsmittel zur Rezirkulation des Katalysatorfluids entlang des Kata ¬ lysatorkörpers auf. Durch die Rezirkulation wird die Be ¬ netzung des Katalysatorkörpers verbessert und dadurch die Effizienz der Wärmegewinnung erhöht. Die Rezirkulations- mittel können z.B. eine Umwälzpumpe, eine Druckumwälzung, und/oder in sich geschlossene, zur Erzeugung einer Rezir- kulationsströmung geeignete Durchströmungskanäle für das Katalysatorfluid und insbesondere für dessen flüssige Pha- se umfassen. In bevorzugten Ausführungsbeispielen enthält das Katalysa- torfluid ein Gemisch enthaltend Wasserstoffperoxid (H 2 0 2 ) . Insbesondere ist der Katalysatorkörper ein Keramikkörper, der Kordierit enthält oder aus Kordierit besteht.
In Ausführungsbeispielen enthält das Katalysatorfluid maximal 50 Gew%, bevorzugt maximal 35 Gew%, besonders bevorzugt maximal 25 Gew%, insbesondere maximal 20 Gew%, Wasserstoffperoxid (H 2 0 2 , WP) . Alternativ kann das Kata- lysatorfluid weitgehend aus Wasserstoffperoxid bestehen. WP in geringerer Konzentration hat den Vorteil, dass das Katalysatorfluid umweltverträglich und ohne spezielle Sicherheitsmassnahmen in Tanks gelagert werden kann. WP in höherer Konzentration hat den Vorteil eines höheren Energieinhalts.
Weitere Ausführungsbeispiele betreffen Ausgestaltungen des Reaktors, einen Vorwärmetauscher zum Wärmeübertrag von einem Restfluid auf das Katalysatorfluid, sowie Anregungsmittel zum Entfernen dampf- und/oder gasförmiger Blasen von der Oberfläche des Katalysatorkörpers, insbesondere einen Rüttler oder eine akustische Quelle.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Heizung, ins ¬ besondere Gebäudeheizung oder Heizung zur Erzeugung von Prozesswärme, mit einer Wärmeerzeugungseinheit wie zuvor beschrieben; sowie ein System umfassend eine solche Wärme- erzeugungseinheit in Kombination mit einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung und/oder einer Zusatzheizung, in wel ¬ cher oder welchen der bei der Dissoziation des Wasserstoffperoxid (H 2 0 2 ) am Katalysatorkörper frei werdende Sauerstoff mit geeignet zugeführtem Wasserstoff (H 2 ) zu Wasser umgesetzt wird. Durch den Betrieb mit zwei Reaktionsmedien (H 2 0 2 , H 2 ) kann die Energieeffizienz auf umweltfreundliche Weise weiter gesteigert werden.
Weitere Ausführungsbeispiele, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, aus jeder Anspruchskombination und aus der nun folgenden Be ¬ schreibung und den Figuren. KURZE BESCHREIBUNG OER ZEICHNUNGEN
Es zeigen schematisch
Fig. 1 Ausführungsbeispiele einer Katalysator-Wärmeerzeugungseinheit mit Umwälzpumpe;
Fig. 2 Ausführungsbeispiele einer Katalysator-Wärmeerzeugungseinheit mit Druckspeicherumwälzung;
Fig. 3 Ausführungsbeispiele eines kompaktem Wärmeerzeugungsmoduls mit integriertem Katalysator- Wärmetauscher;
Fig. 4-6 Ausführungsbeispiele einer Katalysator-Wärmeerzeugungseinheit mit Vorverdampfer.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche mit gleichen Bezugszeichen versehen.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG In der Beschreibung werden viele beispielhafte Ausführungsformen angegeben, die zum Teil auch in den Figuren dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele dienen zur Veranschaulichung und sollen nicht zur einschränkenden Auslegung der Ansprüche herangezogen werden. Beispielsweise sollen Merkmale, die als Bestandteil eines Ausführungsbeispiels dargestellt oder beschrieben sind, auch in anderen Ausführungsbeispielen verwendbar sein und so Grundlage für weitere Ausführungsbeispiele darstellen. Solche Modifikationen und Varianten sind ausdrücklich Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere sind alle Merkmale in Unteransprüchen in beliebigen Kombinationen miteinander kombinierbar.
Gegenstand der Erfindung ist eine Wärmeerzeugungseinheit 1 für eine Heizung, insbesondere für eine Hausheizung, wobei die Wärmeerzeugungseinheit 1 einen Reaktor 2 mit einem Reaktorgehäuse 3 aufweist, in dem mindestens ein Katalysa ¬ torkörper 4 zur katalytischen exothermen Umwandlung eines Katalysatorfluids 40, 41 angeordnet ist. Durch die kataly- tische Heizung kann eine umweltfreundliche, abgasfreie Wärmeerzeugung realisiert werden. Im folgenden werden hierzu Ausführungsbeispiele angegeben.
In Ausführungsbeispielen enthält das Katalysatorfluid 40, 41 ein Gemisch enthaltend Wasserstoffperoxid (H 2 0 2 ) . Insbesondere kann der Katalysatorkörper ein Keramikkörper 4 sein, der Kordierit enthält oder aus Kordierit besteht. Beispielsweise enthält der Katalysatorkörper 4 Verbindungen und/oder Kombinationen aus der Menge umfassend Alumi- nium, Silizium, Kupfer, Magnesium, Titan, Mangan, Eisen, Lanthan, Cerium, Praseodym, Neodym, Phosphor, Kalium, Calcium, Kobalt, Zink, Zinn, Blei, Schwefel, Chlor, Nickel, Strontium, Zirkonium, Molybdän, Rhodium, Silber, Kaliumpermanganat und Seltene-Erden-Elemente.
In Ausführungsbeispielen enthält das Katalysatorfluid maximal 50 Gew%, bevorzugt maximal 35 Gew%, besonders bevorzugt maximal 25 Gew%, insbesondere maximal 20 Gew%, Wasserstoffperoxid (H 2 0 2 ) , oder das Katalysatorfluid besteht weitgehend aus Wasserstoffperoxid. Grundsätzlich sind auch andere Katalysatorfluide 40, 41 und/oder andere Katalysatormaterialien möglich.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Wärmeerzeugungseinheit 1 und insbesondere ein Heizungsmodul 1 oder eine Heizung 1. Die Wärmeerzeugungseinheit 1 weist einen Reaktor 2 mit einem Reaktorgehäuse 3 auf. Am Reaktorboden 3b ist eine Einlassöffnung 30b, z.B. in Form eines Einlassventils 30b, für einen Zulauf 5 von Katalysatorfluid 50, z.B. für ein H 2 0 2 -haltiges Gemisch, vorhanden. Am Reak ¬ torboden 3b sammelt sich das Katalysatorfluid typischer- weise in Form eines Flüssigkeitssees 40. Oberhalb des Flüssigkeitssees 40 kann eine Gas- oder Dampfphase 41 des Katalytfluids vorhanden sein. Im Betriebszustand, d.h. Wärmeerzeugungszustand, bildet sich auch oftmals eine mehr oder weniger dicke Schaumschicht, die auf der flüssigen Phase 40 schwimmt, je nach Beschaffenheit eher flüssig oder gasförmig ist und sich beim Abklingen der katalyti- sehen Dissoziation wieder in flüssige Phase 40 und Dampfoder Gasphase 41 auftrennt. Am Reaktorboden 3b ist auch eine Auslassöffnung 17, z.B. in Form eines Auslassventils 17, für ein Restfluid 170 vorhanden. Am Reaktordeckel 3c ist eine Auslassöffnung 30c, insbesondere ein Überdruckventil 30c, für gasförmige Produkte, insbesondere Sauerstoff (0 2 ) , vorhanden. Am Reaktormantel 3a sind ein Vorlauf 9 und ein Rücklauf 10 vorhanden, über welche ein Wärmeträgerfluid 90, z.B. Heizungswasser 90 und/oder Brauchwasser 90, einem Wärmetauscher 11 zuführbar und wieder entnehmbar ist. Die angegebenen Öffnungen können auch an anderen, nicht dargestellten Teilen des Reaktorgehäuses 3 angeordnet sein.
Optional kann auch ein Vorwärmetauscher 171 zum Wärmeüber- trag vom Restfluid 170 auf das Katalysatorfluid 40, 41 vorhanden und insbesondere in der Zuleitung 9 für das Katalysatorfluid 40, 41 angeordnet sein. Gezeigt sind auch ein Wärmespeicher 18 sowie andere Komponenten 19, 20, 26, die aber nicht notwendig Bestandteil des Wärmeerzeugungs- moduls 1 sind.
In einem Ausführungsbeispiel besteht das Reaktorgehäuse 3 des Reaktors 2 aus einem gegenüber dem Katalysatorfluid 40, 41, insbesondere gegenüber Wasserstoffperoxid, inerten Material. Zum Beispiel besteht das Reaktorgehäuse 3 aus Chromstahl, faserverstärktem Kunststoff, PVC, fluorhalti- gem Kunststoff, insbesondere Polytrifluoräthylen, Polyäthylen, Polypropylen, oder Polyäthylenterephtalat, oder aus Kombinationen dieser Materialien. Das Reaktorgehäuse 3 kann auch eine Innenbeschichtung, vorzugsweise aus Alumi- nium, aufweisen.
Im Reaktorvolumen 2 ist ein Katalysatorkörper 4, z.B. aus Keramik und insbesondere aus Kordierit, vorhanden. Der Katalysatorkörper 4 befindet sich im befüllten Betriebszustand des Moduls 1 in einer Atmosphäre, welche zumindest teilweise durch das Katalysatorfluid 40, 41 gebildet ist und bevorzugt eine flüssige Phase 40 und/oder eine dampf- förmige Phase und/oder eine gasförmige Phase 41 des Kata- lysatorfluids umfasst. Dabei kann eine Schaumphase 40, 41 als Kombination einer flüssigen Phase 40 mit einer gasförmigen Phase 41 angesehen werden. Durch die katalytische Umwandlung von Wasserstoffperoxid H 2 0 2 im Katalysatorfluid 40, 41 entstehen Wasser H 2 0 und Sauerstoff 0 2 , wie in der eingangs zitierten Patentschrift CH 685 836 A5 beschrieben ist, die mit ihrem ganzen Offenbarungsgehalt hiermit in die Beschreibung mit aufgenommen wird. Das Restwasser 170, das sich aus dem katalytisch gespaltenen WP und dem im zugeführten Katalysatorfluid 50 beigemischten Wasser zusammensetzt, kann zu geeigneten Zeiten, insbesondere nach einer möglichst vollständigen Umwandlung des Wasserstoffperoxids, über die Auslassöffnung 30b aus dem Reak- torgefäss 2 entfernt werden. Ebenso kann zu geeigneten Zeiten, insbesondere bei Überschreiten eines vorgebbaren Überdrucks, durch die Auslassöffnung 30c der katalytisch entstandene Sauerstoff 60 abgeströmt werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Katalysatorkörper 4 eine Röhrenstruktur und/oder Wabenstruktur auf; und/oder der Katalysatorkörper 4 weist eine längserstreckte, insbe ¬ sondere zylindrische oder flächenhafte, Gestalt auf und ist entlang seiner Längsachse 4a durchströmbar.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Katalysatorkörper 4 stehend angeordnet, wobei im wesentlichen vertikal orientierte Durchströmungskanäle 410 für eine vertikal bewegliche, insbesondere vertikal aufsteigende (Fig. 1, 2, 4, 5) oder vertikal absinkende (Fig. 6), Katalysatorfluid- strömung 400 vorhanden sind. Auch der Reaktor 2 kann ste- hend angeordnet sein. Stehende Anordnung bedeutet, dass eine Längsachse 2a des Reaktors 2 oder eine Längsachse 4a des Katalysatorkörpers 4 vertikal, d.h. im wesentlichen parallel zur Schwerkraft, orientiert ist.
Alternativ kann auch der Katalysatorkörper 4 liegend, d.h. horizontal bzw. senkrecht zur Schwerkraft, angeordnet sein, um eine lange Verweilzeit des Katalysatorfluids 40, 41 und damit eine möglichst vollständige Dissoziation von Wasserstoffperoxid zu erzielen.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Katalysatorkörper 4 im Wärmeerzeugungsbetrieb zumindest teilweise in die flüs- sige Phase 40 des Katalysatorfluids eingetaucht, um eine effiziente Benetzung des Katalysatorkörpers 4 zu erreichen. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher 11 in die flüssige Phase 40 eingetaucht, so dass die flüssige Phase 40 mit dem Wärmetauscher 11 in einem engen thermischen Kontakt, z.B. durch Wärmekonvektion, steht und ein besonders guter Wärmeübergang stattfindet.
In einem ebenfalls in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Reaktor 3 einen Bypass 11 mit Niveausonden 13 zur Niveauregulierung insbesondere der flüssigen Phase 40 des Katalysatorfluids 40, 41 auf. Zudem kann der Reaktor 2 einen Anschluss 14 für Armaturen, insbesondere für mindestens einen Temperatursensor 32 und/oder mindestens einen Drucksensor 33, zur Regulierung der Wärme ¬ erzeugung aufweisen.
Fig. 1 zeigt auch ein Ausführungsbeispiel, in dem im stehenden Reaktor 2 mindestens zwei übereinander angeordnete Katalysatorkörper 4 vorhanden sind, die zur Selbstregulierung der Wärmeproduktion einen variablen Abstand d2 auf ¬ weisen, was insbesondere mittels einer federnden Lagerung 21, z.B. in vertikaler oder Längsrichtung und/oder in horizontaler oder Seitenrichtung, mindestens eines der Kata ¬ lysatorkörper 4 geschieht. Zudem können der Abstand d2 zwischen Katalysatorkörpern 4 und/oder ein Abstand di zwi ¬ schen dem Reaktorboden 3b und dem untersten Katalysator- körper 4 in einem vorgebbaren Bereich, insbesondere zwischen 10 mm und 50 mm, gewählt sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Reaktor 2 Anregungsmittel 21', 22 zum Entfernen dampf- und/oder gasförmiger Blasen von der Oberfläche des Katalysatorkörpers 4 auf. Insbesondere können die Anregungsmittel einen Rütt ¬ ler 21', insbesondere in vertikaler oder Längsrichtung und/oder in horizontaler oder Seitenrichtung, für den Katalysatorkörper 4 und/oder eine akustische Quelle 22 zur akustischen Erregung des Katalysatorfluids 40, 41, insbesondere mit Ultraschall, umfassen. Der Rüttler 21' weist im Gegensatz zur federnden Lagerung 21, einen aktiven Antrieb, z.B. mit einem Exzenter o.a., auf.
Fig. l zeigt auch ein wichtiges Ausführungsbeispiel, in dem die Wärmeerzeugungseinheit 1, insbesondere der Reaktor 2, ReZirkulationsmittel 8, 15 zur Rezirkulation (d.h. zum wiederholten Vorbeiströmen) des Katalysatorfluids 40, 41 entlang des Katalysatorkörpers 4 aufweist. Insbesondere umfassen die ReZirkulationsmittel eine Umwälzpumpe 8, welche die in einem Entgasungstank 15 abgeschiedene flüssige Phase 40 umwälzt. Insbesondere transportiert die Umwälz- pumpe 8 zeitweise oder kontinuierlich die flüssige Phase 40 in Form einer Rezirkulationsströmung 70 via RückstrÖm- rohr 7 im stehenden Reaktor 2 vom Reaktorboden 3b in Richtung zum Reaktordeckel 3c. Zu diesem Zweck können im Reaktor 2 einerseits am Reaktorboden 3b eine Auslassöffnung 31b, insbesondere mit einem Auslassventil 15a, und andererseits am Reaktordeckel 3c eine Einlassöffnung 31c für die Rezirkulationsströmung 70 des Katalysatorfluids 4 angeordnet sein. Zu Regulierung des Flüssigkeitsstands im Entgasungstank 15 kann auch der Entgasungstank 15 mit Ni- veausonden 13 ausgerüstet sein.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rezirku- lationsmittel statt Umwälzpumpe 8 und Entgasungstank 15 einen Druckspeichertank 15' umfassen, welcher mittels der dampf- und/oder gasförmigen Phase 41 das Katalysatorfluid 40, 41 umwälzt. Zur Regulierung der Druckspeicherumwälzung kann der Druckbehälter 15' Niveausonden 13 zur Bestimmung des Flüssigkeitspegels im Druckbehälter 15' sowie ein erstes Ventile 15a (unteres Ventil, hier Einlassventil) und ein zweites Ventil 15b (oberes Ventil, hier Auslassventil) für die umzuwälzende Katalysatorfluidströmung 70 auf ¬ weisen. Die Regelung kann so erfolgen, dass zunächst bei geschlossenen Ventilen 15a, 15b im Reaktor 2 ein Druck- aufbau erfolgt, dann bei geöffnetem Einlassventil 15a und geschlossenem Auslassventil 15b der Druckbehälter 15' sich mit Katalysatorfluid 40, 41 füllt und im Entgasungstank 15' eine Trennung der dampf- oder gasförmigen Phase 41 von der flüssigen Phase 40 erfolgt, dann bei geschlossenen Ventilen 15a, 15b und geöffnetem Auslassventil 30c ein Druckabbau im Reaktor 2 erfolgt, und dann bei geschlossenem Einlassventil 15a und geöffnetem Auslassventil 15b eine starke, druckgetriebene Fluidströmung 70, bevorzugt über- wiegend der flüssigen Phase 40, via Rückströmrohr 7 in den oberen Teil des Reaktors 2 stattfindet.
Wenn der Tank 15' mit Flüssigkeit 40 gefüllt ist, ist auch ein umgekehrter Umwälz- oder Spülvorgang in entgegengesetzter Strömungsrichtung möglich. Dabei wird Druck vom Reaktor 2 über das zweite Ventil 15b (oberes Ventil) in den Druckspeichertank 15' geleitet, der Reaktor 2 über Auslassöffnung 30c druckentlastet und dann der Druckspei ¬ chertank 15' über das erste Ventil 15a (unteres Ventil) entleert und dabei die Katalysatorfluidströmung und die Phasen 40, 41 im Reaktor 2 umgewälzt. Die Druckspeicherumwälzung benötigt je nach Bauweise einen erforderlichen Mindest-Differenzdruck. Im Experimentaireaktor 2 konnte gezeigt werden, dass ein Differenzdruck von z.B. 1,5 bar oder höher für eine gute Druckumwälzung ausreichend ist. Ein Vorteil der Druckspeicherumwälzung besteht darin, dass eine Umwälzpumpe für das korrosive WP entfällt.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann das Reaktorgehäuse 3 ein Druckgefäss 3 für Druckbetrieb sein, welches für Betriebsdrücke z.B. kleiner als 20 bar, insbesondere klei- ner als 10 bar, bevorzugt kleiner als 5 bar, ausgelegt ist. Bei solchen Druckbetrieb kann der Reaktor 2 mit hoher Geschwindigkeit vom Restfluid 170 entleert werden. Dadurch kann der bei der Entleerung auftretende Temperaturabfall gering gehalten werden. Für einen Niederdruckbetrieb, z.B. zwischen 2,5 bar und 4 bar, oder einen (weitgehend) druck ¬ losen Betrieb, z.B. unterhalb von 1,5 bar, muss der Reak ¬ tor 2 öfters entlüftet werden. Optional kann bei Bedarf die Entleerung des Reaktors 2 vom Restfluid 170 mit einer Pumpe (nicht dargestellt) unterstützt werden. Ein Niederdruckbetrieb bzw. ein druckloser Betrieb hat den Vorteil, dass das Reaktorgefäss 3 nur für geringe Maximaldrücke, z.B. für maximal 5-6 bar bzw. maximal 3 bar, ausgelegt werden muss. Das ergibt wesentliche konstruktive Vereinfachungen, Druckprüfungen sind einfacher oder entfallen und die Betriebssicherheit wird erhöht. Für den Niederdruckbetrieb spricht auch, dass aufgrund der simultanen Wärme- und Sauerstoffproduktion bei der katalytischen Dissoziation von WP die Temperatur und der Druck im Reaktor 2 relativ unabhängig voneinander geregelt werden können, d.h. die Wärmeproduktion läuft auch bei Niederdruckbetrieb effizient ab.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines integrierten Katalysator-Wärmetauscher-Modul 11' für die zuvor disku ¬ tierte Wärmeerzeugungseinheit 1. Das integrierte Katalysator-Wärmetauscher-Modul 11' umfasst den Katalysatorkörper 4 und einen Wärmetauscher 11 zum Aufheizen des Wärme- trägerfluids 9. Insbesondere kann das integrierte Katalysator-Wärmetauscher-Modul 11' im Reaktor 2 angeordnet sein, oder es stellt selber den Reaktor 2 oder dessen wesentlichen Komponenten dar. Wie in Fig. 3 dargestellt kann das integrierte Modul 3 einen Einlassstutzen 5 für zuströmbares Katalysatorfluid 50, einen Auslassstutzen 6 für abzuströmendes Gas 60, besonders Sauerstoff, sowie einen Vorlauf 9 und Rücklauf 10 für das Wärmeträgerfluid 90 aufweisen. Auch ein Wärmespeicher 18 kann vorhanden sein.
Gemäss Fig. 3 kann das integrierte Katalysator- Wärmetauscher-Modul 11' erste Durchströmungskanäle 410 zum Durchströmen des Katalysatorfluids 40, 41 und zweite Durchströmungskanäle 411 zum Durchströmen des Wärmeträ- gerfluids 90 aufweisen. Dabei sind diverse Varianten mög ¬ lich, von denen hier einige genannt seien:
- die ersten und zweiten Durchströmungskanäle 410, 411 können z.B. in unterschiedlichen Ebenen, insbesondere in alternierender Reihenfolge, angeordnet sein; und/oder
- die ersten und zweiten Durchströmungskanäle 410, 411 können im wesentlichen längserstreckt sein und unter einem vorgebbaren Winkel, insbesondere unter 90° oder
180°, relativ zueinander orientiert sein; und/oder
- am integrierten Katalysator-Wärmetauscher-Modul 11' können an ersten Flächen ein Verteilvolumen 410a und an zweiten Flächen ein Sammelvolumen 410b zum Durchströmen der ersten Durchströmungskanäle 410 mit dem Katalysa- torfluid 40, 41 vorhanden sein, und an dritten Flächen können ein Verteilvolumen 411a und an vierten Flächen ein Sammelvolumen 411b zum Durchströmen der zweiten Durchströmungskanäle 411 mit dem Wärmeträgerfluid 90 vorhanden sein.
In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können die ersten und zweiten Durchströmungskanäle in konzentrischen Ringzylindern, insbesondere in alternierender Reihenfolge, angeordnet sein und in Gleichstromrichtung oder Gegenstromrichtung durchströmbar sein. Die jeweiligen ersten Durchströmungskanäle können auch in mäandrierender oder anderweitiger Weise seriell hintereinander geschaltet sein oder ringförmig, schraubenförmig oder in sich geschlossen geformt sein, ebenso auch die jeweiligen zweiten Durchströmungskanäle.
Die ersten Durchströmungskanäle 410 weisen Material des Katalysatorkörpers 4 auf oder bestehen daraus. Die zweiten Durchströmungskanäle 411 können wärmeleitfähiges Material, insbesondere Kupfer oder Aluminium, aufweisen oder daraus bestehen.
Fig. 4-6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele. Dort kann oder können auch ein Zerstäuber 230 zur Zerstäubung und/oder ein Verdampfer 23, 24 zur Vorverdampfung, insbe ¬ sondere zur Kalt erdampfung, von Anteilen der flüssigen Phase 40 des Katalysatorfluids 40, 41 vorhanden und insbe ¬ sondere im Reaktor 2 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Verdampfer ein akustischer Verdampfer 23, insbesondere Ultraschallverdampfer 23, und/oder ein Kapillarverdampfer 24 sein.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem beispielhaft ein Zerstäuber 230, und/oder ein Ultraschallverdampfer 23 und/oder ein Kapillarverdampfer 24 vorhanden sind und das Katalysatorfluid nur noch als Dampfphase oder Gasphase 41 mit dem Katalysatorkörper 4 wechselwirkt. Dadurch kann man auch auf relativ kurzen Durchströmungstrecken bzw. in re- lativ kurzen Durchströmungskanälen 410 eine weitgehende WP-Dissoziation erreichen und auf ReZirkulationsmittel 8, 15; 15' verzichten. Fig. 5 zeigt die gleiche Anordnung, jedoch mit einem Bypass 12 mit Niveausonden 13, wie schon aus Fig. 1 bekannt, zur Flüssigkeitsstandsmessung. Mit Hilfe der Apparatur 12, 13 kann der Flüssigkeitsstand gemessen und eine Regelung der Einspritzung bzw. des Zerstäubers 230 und/oder des mindestens einen Verdampfers 23, 24 erfolgen.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem der Reaktor 2 im „Tropfbetrieb" oder „Schwerkraftbetrieb", d.h. mit Durchströmungsrichtung des Katalysator luids 40, 41 vertikal nach unten oder parallel zur Schwerkraft betrieben wird. Hierzu sind die zuvor diskutierte Einlassöffnung 30b für das Katalysatorfluid 40, 41 am Reaktordeckel 3c ange- ordnet. Zudem sind ein Zerstäuber 230 und/oder mindestens ein Verdampfer 23, 24 (z.B. Ultraschallverdampfer 23 oder Kapillar- oder Verdunstungsverdampfer) vorhanden (wie in Fig. 4, 5), diesmal aber im oberen Teil des Reaktors 2. Zudem sind eine vereinfachte Umwälzung mit Umwälzpumpe 8 (wie in Fig. 1) , aber ohne Entgasungstank, und ein Bypass 12 mit Niveausonden 13 zur Flüssigkeitsstandsmessung vorhanden. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch einen hocheffizienten Betrieb mit überwiegender Gas- oder Dampfphase 41 des Katalysatorfluids in Kombination mit ef- fizienzsteigernder Flüssigphasen-Umwälzung 70 aus. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Heizung, insbesondere Gebäudeheizung, welche die zuvor beschriebene Wärmeerzeugungseinheit 1 gemäss einer der offenbarten Varianten oder Kombinationen davon umfasst.
Insbesondere kann die Heizung eine automatische Regelung 25 aufweisen, mit welcher eine Befüllung 50 des Reaktors 2 mit dem Katalysatorfluid 40, 41, eine Entleerung des Reaktors 2 von Restfluid 170, und, falls vorhanden, eine Re- zirkulation durch Steuerung der ReZirkulationsmittel 8, 15; 15' geregelt wird.
In Ausführungsbeispielen kann die Heizung z.B.
- einen Vorratstank für das Katalysatorfluid 40, 41 und einen Wärmeradiator aufweisen (nicht dargestellt) , und/oder
- einen Wärmetauscher 11, 11' für Brauchwasser und/oder Heizungswasser und einen Wärmespeicher 18, insbesondere mit einer warmwasser-solaren oder elektrischen Hilfsheizung, aufweisen, und/oder
- stationär installiert sein oder ein nichtstationäres Heizmodul sein; und/oder
- eine automatische Regelung 25 aufweisen; insbesondere kann die Regelung 25 ein Einlassventil 30b für das Katalysatorfluid 40, 41 und/oder ein Auslassventil 30c für gasförmige Produkte wie z.B. Sauerstoff (0 2 ) und/oder ein Auslassventil 17 für ein Restfluid 170 regeln.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Heizung für einen Niedertemperaturbetrieb, insbesondere unterhalb von 100 °C, zur Beheizung von Gebäuden ausgelegt sein. Alternativ kann die Heizung für einen Hochtemperaturbetrieb, insbesondere oberhalb von 100 °C, zur Erzeugung von Prozess ¬ wärme ausgelegt sein.
Gegenstand der Erfindung ist auch, wie in Fig. 1-6 jeweils gestrichelt dargestellt und als optional offenbart, ein System umfassend eine Wärmeerzeugungseinheit 1 zur kataly- tischen Dissoziation von Wasserstoffperoxid in Kombination mit einem Zusatzmodul 20, 26, in welchem der bei der Dissoziation des Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) am Katalysatorkörper 4 frei werdende Sauerstoff (0 2 ) zur Erzeugung elektrischer Energie und/oder zur zusätzlichen Wärmeenergie verwendet wird. In einem Ausführungsbeispiel kann zwischen der Wärmeerzeugungseinheit 1 und dem Zusatzmodul 20, 26 ein Sauerstoffspeichertank 19 angeordnet sein, und/oder können Mittel zur Zuführung eines Reaktionspartners, ins- besondere von Wasserstoff (H 2 ) , vorhanden sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Zusatzmodul um eine Brennstoffzelle 20, in welcher der Sauerstoff (0 2 ) mit geeignet zugeführtem Wasserstoff (H 2 ) in einer stillen Verbrennung zu Wasser und Strom umsetzbar ist, oder es handelt sich um eine Zusatzheizung 26, in welcher der Sauerstoff (0 2 ) mit geeignet zugeführtem Wasserstoff (H 2 ) in einer exothermen Verbrennung zu Wasser und Wärmeenergie umsetzbar ist. Durch einen Betrieb mit zwei Brennstoffen, insbesondere Wasserstoffperoxid und Wasserstoff, kann zusätzliche Wärme und bei Bedarf Strom produziert werden.
Die offenbarte Wärmeerzeugungseinheit 1 bzw. Heizung bzw. das offenbarte System sind besonders zur Beheizung von Gebäuden geeignet, die nach modernen Standards gut isoliert sind. Bei Umrüstung von herkömmlichen Brennmedien, insbe- sondere Öl, kann ein vorhandener Öltank z.B. durch Innen- beschichtung mit geeigneten Kunststoff-Folien zu einem WP- Tank umgerüstet werden. Der WP-Tank kann generell aus den gleichen nicht-korrosiven Materialen wie das Reaktorgehäuse 3 (wie zuvor offenbart) bestehen. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Heizung, Heizungsmodul, Wärmeerzeugungseinheit
2 Reaktor
2a Längsachse des Reaktors
3 Reaktorgehäuse, Druckgehäuse, thermisch isoliertes Gehäuse
3a Reaktormantel
3b Reaktorboden
3c Reaktordeckel
30b Einlassöffnung für Katalysatorfluid (z.B. H 2 0 2 - haltiges Gemisch) , Einlassventil
30c Auslassöffnung für gasförmiges Produkt (z.B.
Sauerstoff (0 2 ) ) , Überdruckventil
31b Auslassöffnung für Rezirkulationsströmung (Kata- lysatorfluid, z.B. H 2 0 2 -haltiges Gemisch), Auslassventil
31c Einlassöffnung für Rezirkulationsströmung (Katalysatorfluid, z.B. H 2 0 2 -haltiges Gemisch) 32 Temperatursensor
33 Drucksensor
4 Katalysator, Keramikkörper, Kordieritkörper
4a Längsachse des Katalysators
40 Katalysatorfluid, Katalysatorflüssigkeit
41 Katalysatorfluid, Katalysatordampf, Katalysator- gas
400 Katalysatorfluidströmung
410 erste Durchströmungskanäle (für Katalysatorfluid) 410a erstes Verteilvolumen, erstes Sammelvolumen
411 zweite Durchströmungskanäle (für Wärmeträgerfluid) 411a zweites Verteilvolumen, zweites Sammelvolumen
4a Längsachse des Katalysatorkörpers
5 Zulauf für Katalysatorfluid
50 Strömung
6 Ausströmrohr für gasförmiges Produkt (z.B. Sau- erstoff (0 2 ) - Dampf Gemisch)
60 Gasströmung
7 Rückströmrohr, Leitung
70 Rezirkulationsströmung (Katalysatorfluid, z.B.
H 2 0 2 -haltiges Gemisch) 8 Umwälzpumpe
9 Vorlauf für Wärmeträgerfluid, Nutzwasser
(Brauchwasser, Heizungswasser)
90 Wärmeträgerfluid, NutzwasserStrömung
10 Rücklauf für Wärmeträgerfluid, Nutzwasser
(Brauchwasser, Heizungswasser)
11 Wärmetauscher
11' integrierter Katalysator-Wärmetauscher
12 Bypass für Niveauregulierung für Katalysator- fluid (z.B. H 2 0 2 -haltiges Gemisch)
13 Niveausonden (für Katalysatorflüssigkeitsstand) 14 Anschluss für Armaturen (z.B. Drucksensor, Tem ¬ peratursensoren)
15 Entgasungstank
15' Druckbehälter, Druckspeichertank
150 DruckspeicherStrömung
151 DruckförderStrömung
15a, 15b Ventile
16 Druckspeicherleitung, Leitung
17 Auslassöffnung, Auslassventil, Restfluidauslass,
(Rest) Wasserauslass,
170 Restfluid, (Rest ) Wasserströmung
171 Vorwärmetauscher, Vorwärmer für Katalysatorfluid 18 Wärmespeicher, Warmwasserspeichertank
19 SauerstoffSpeicher
20 Brennstoffzelle
21 federnde Lagerung
21' Anregungsmittel, Rüttler
22 Anregungsmittel, akustische Quelle
23 Verdampfer, Ultraschallverdampfer
230 Zerstäuber
24 Verdampfer, Kapillarverdampfer
25 Heizungsregelung, Reaktorsteuerung
26 Zusatzheizung, Nachbrenner mit reinem Sauerstoff
di Abstand zwischen Reaktorboden und Keramikkörper d 2 Abstand zwischen benachbarten Keramikkörpern
P Wasserstoffperoxid, H 2 0 2