Im Stand der Technik werden unterschiedliche zur Wärmeübertragung bzw.

Wärmerückgewinnung in Verbindung mit Absorptionskälteanlagen eingesetzte Wärmetauscher vorbeschrieben.

So beschreibt beispielsweise die US 48 19 444 ein Verfahren zur Wärmeübertragung für beispielsweise den Einsatzfall einer mit der Abluft eines Dieselmotors betriebenen Absorptionskälteanlage, wobei dort in Verbindung mit einer Figur 8 die Abluft über ein Rohrleitungssystem in Reihe nacheinander zunächst durch einen mit einem Lösungsmittelzulauf und einem Lösungsmittelablauf versehenen herkömmlichen Hochtemperaturgenerator und anschließend durch einen mit einem Kühlwasserzulauf und einen Kühlwasserablauf versehenen herkömmlichen Niedertemperaturwärmetauscher hindurchgeleitet wird.

Die im Stand der Technik zur Rückgewinnung der Wärme aus der Abluft vom Dieselmotoren eingesetzten Wärmetauscher zeichnen sich dabei durch eine Vielzahl von Nachteilen aus, so dass mit der in der US 4 819 444 A vorbeschriebenen Reihenschaltung eine hocheffektive Rückgewinnung der Wärme aus der Abluft von Brennstoffzellen nicht möglich ist.

Die US 5 463 880 A beschreibt beispielsweise einen in Absorptionskälteanlagen eingesetzten Wärmetauscher mit liegenden Rohrbündeln welche beidseitig fest eingeschweißt sind.

Bei derartigen Ausführungsformen haben die aus der Wärmeausdehnung resultierenden Materialspannungen unter anderem eine verminderte 2 Lebensdauer des Wärmetauschers, insbesondere infolge der während des Dauerbetriebes auftretenden Spannungsrisse zur Folge.

Ein anderer in der US 5 588 596 A vorbeschriebener, ebenfalls in Absorptionskälteanlagen eingesetzter Wärmetauscher mit liegenden Rohrbündeln welche beidseitig in Rohrbögen eingeschweißt sind, hat den Nachteil, dass die aus der Wärmeausdehnung resultierenden Längenunterschiede zwangsläufig einen erhöhten Bauraum erfordern.

In der EP 0 949 466 A1 wird unter anderem ein Wärmetauscher mit zwei ineinander angeordneten, zylinderförmigen Ringrohrspiralen vorbeschrieben.

Bei dieser Ausführungsform werden zwar die Nachteile der vorgenannten Bauform teilweise beseitigt, auf Grund der erfindungsgemäßen Bauform treten jedoch hohe Strömungswiderstände auf, die in Verbindung mit den daraus resultierenden hohe Strömungsverluste in der zylinderförmigen Ringrohrspirale zwangsläufig einen hohen Abgasgegendruck zur Folge haben.

Aus der DE 198 02 670 A1 ist darüber hinaus eine weitere Bauform eines Wärmetauschers für den Einsatz in Absorptionskältemaschinen bekannt geworden, bei der die der Wärmeübertragung dienenden Rohre als ebene Rohrspiralen ausgebildet sind, welche jeweils parallel übereinander in einzelnen Ebenen angeordnet, einerseits mit einem Verteilerrohr und andererseits mit einem Sammelrohr verbunden sind.

Mindestens eines dieser beiden dem Zu-bzw. Ablauf dienenden Rohre muss dabei konzentrisch zu den Rohrspiralen angeordnet sein, so dass sich je nach Ausführungsform der Rohrspiralen das zweite Rohr ebenfalls im Zentrum oder am Außendurchmesser der Rohrspiralen befindet.

Nachteile dieser ebenen, parallel übereinander angeordneten Spiralform ist, dass stets eines der beiden"Verbindungsrohre"konzentrisch angeordnet werden muss.

Treten beispielsweise fertigungsbedingte Undichtheiten am Mittelrohr auf, ist deren Beseitigung nur mit sehr großem Montageaufwand möglich.

Um diesen Nachteil zu beseitigen wurde in der DE 101 16 949 A 1 eine andere Möglichkeit der Übereinanderanordnung von ebenen Rohrspiralen 3 vorgeschlagen, welche wiederum einerseits in ein gemeinsames Verteiler-und andererseits in ein gemeinsames Sammelrohr münden.

In dieser Ausführungsform sind die ebenen übereinander angeordneten Rohrspiralen als Doppelspiralen ausgebildet die von einem Punkt am Außenumfang nach innen verlaufen, sich in der Nähe des Zentrums umkehren und in den radialer Zwischenräumen, in gleicher Ebene, wieder nach außen geführt werden.

Mit dieser Ausführungsform werden auf möglichst kleinstem Raum mit vertretbarem Montageaufwand eine Vielzahl von Rohrspiralen angeordnet.

Doch auch bei dieser Bauform treten in den ebenen Ringrohrspiralen recht hohe Strömungswiderstände mit den daraus resultierenden hohe Strömungsverlusten auf.

Da herkömmliche Verbrennungsmotore einen maximalen Abgasgegendruck von 50-80 mbar zulassen sind derartige im Stand der Technik vorbeschriebene Wärmetauscher für den Betrieb von Absorptionskälteanlagen mit Hilfe von Verbrennungsmotoren, beispielsweise in Verbindung mit BHKW- Kopplungen, geeignet.

Die JP 2000 082 477 AA beschreibt nun eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus der Abluft einer Brennstoffzelle mittels eines dem gegenwärtigen Stand der Technik entsprechenden Wärmetauschers, welcher jedoch keinesfalls eine optimale Rückgewinnung der in der Abluft einer Brennstoffzelle enthaltenen Wärmemenge ermöglicht.

Um mittels der Abgase einer Brennstoffzelle, deren Wärmeleistung und deren Abgas-/Abluftmenge im Vergleich zu herkömmliche Verbrennungsmotore um bis zum Faktor drei größer ist und deren zulässiger Abgasgegendruck sich gleichzeitig auf einen Wert unter 10 mbar verringert, nicht nur direktbefeuerte Absorptionskältemaschinen zu betreiben, sondern selbst Absorptionskälteanlagen einer neuen Generation, wie beispielsweise auch die Multieffektanlagen (z. B. in der DE 195 00 508 A1 vorbeschrieben) betreiben zu können, ist es zudem gleichzeitig zwingend erforderlich die Gefahr der partiellen Überhitzung zu unterbinden um selbst bei einem nahezu 4 gleichbleibendem Lösungsvolumenstrom, beispielsweise einer Litihium- Bromidlösung, eine aus einer partiellen Überhitzung, infolge der sehr viel höheren bereitstehenden Wärmemenge, resultierende mögliche Kristallisation zu vermeiden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung insbesondere für den Einsatz in Verbindung mit Brennstoffzellen und Absorptionskälteanlagen zu entwickeln, welche mit der Abluft einer Brennstoffzelle betrieben werden kann und dabei einerseits die Nachteile des Standes der Technik wie einen erhöhten Bauraum, eine erhöhte Wärmedehnung und/oder die damit verbundenen Wärmespannungen vermeidet, die Fertigungs-, Montage-und Instandhaltungskosten deutlich senkt, gleichzeitig die zwangsläufig auftretende Strömungsverluste wesentlich minimiert, d. h. konkret den Abgasgegendruck auf maximal 10 mbar reduziert, darüber hinaus gleichzeitig eine Kristallisation der Kältemittellösung vermeidet, zudem sowohl das ausschließliche wie aber auch das gleichzeitige Erzeugen von Kälte und/oder Wärme derart ermöglicht, dass im Teillastbetrieb des Absorbers beispielsweise die nicht für die Kälteerzeugung benötigte Brennstoffzellenabwärme einem Heizkreis zugeführt werden kann, wobei stets ein gefahrloses Umschalten von voller Kälteleistung über kombinierten Kälte- /Wärmebetrieb bis hin zu reinem Wärmebetrieb möglich sein soll, zudem soll mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Abwärmwärme der Brennstoffzelle so hocheffektiv ausgenutzt werden, dass in Verbindung mit einer nachfolgenden Kälteauskopplung das erreichbare Wärmeverhältnis, der COP-Wert, im Vergleich zu bisherigen Anlagen, die die Ablufttemperatur bis zu einem Temperaturniveau von ca. 90°C nutzen können von derzeit ca. 0,65 bis 0,75 deutlich erhöht wird.

5 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung für den Einsatz in Verbindung mit Absorptionskälteanlagen und zur Rückgewinnung der Wärme aus der Abluft einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1 gelöst, die sich dadurch auszeichnet, dass in dieser ein mit einem Lösungsmittelzulauf (2) und einem Lösungsmittelablauf (3) versehener Hochtemperaturgenerator (1) und ein mit einem Kühlwasserzulauf (5) und einem Kühlwasserablauf (6) versehener Niedertemperaturwärmetauscher (4) angeordnet sind, welche derart aufgebaut sind, dass sowohl beim Hochtemperaturgenerator (1), um einen mit einem Anschlussstutzen (7) versehenen Innenzylinder (8) herum, wie auch beim Niedertemperaturwärmetauscher (4), um einen mit zwei Anschlussstutzen (7) versehenen Innenzylinder (8) herum, ein zylindrischer Wärmeübertragungsbehälter (9) angeordnet ist, in dem eine Vielzahl von Rohrkreissegmenten (10) mit jeweils einem Bogenwinkel im Bereich von 300° bis 330° derart übereinander und nebeneinander angeordnet sind, dass diese mit ihren beiden freien Enden jeweils gas-und flüssigkeitsdicht in den Bohrungen zweier allseitig im Wärmeübertragungsringraum (11) des Wärmeübertragungsbehälter (9) befestigten Lochblech (12), einem Einströmblech und einem Ausströmblech so angeordnet sind, dass die Ebenen dieser beiden radial am Innenzylinder (8) im Wärmeübertragungsringraum (11) angeordneten Lochblech (12) zueinander einen Winkel von 30° bis 60° einschließen, wobei in dem nicht von Rohrkreissegmenten (10) überdeckten Bereich des Wärmeübertragungsbehälters (9) zwischen dem Anschlussbereich des Einströmbleches und dem Anschlussbereich des Ausströmbleches eine Aussparung (13) angeordnet ist, und am Außenmantel des Wärmeübertragungsbehälters (9) der Aussparung (13) des Innenzylinder (8) etwa gegenüberliegend ein Anschlussflansch (14) angeordnet ist, wobei in diesem nicht von Rohrkreissegmenten (10) überdeckten Bereich des Wärmeübertragungsbehälter (9), dem Strömungsleitraum (15), ein Strömungsleitblech (16) zwischen den Anschlussbereich eines Lochbleches (12) am Innenzylinder (8) und dem Anschlussbereich des anderen Lochbleches 6 (12) am Außenmantel (17) des Wärmeübertragungsbehälters (9) derart angeordnet ist, dass die in den Strömungsleitraum (15) eintretende Abluft erst nach dem Durchströmen der Rohrkreissegmente (10) diesen wieder verlassen kann.

Wesentlich ist auch, dass der Ablufteintritt (22) einerseits über ein mit einer Havarieklappe (24) versehenes Rohrleitungssystem, einer Abluftleitung (23), direkt mit dem Abluftaustritt (28) und andererseits über ein mit einer Systemeintrittsklappe (25) und einer Generatoreintrittsklappe (26) versehenes Rohrleitungssystem, der Abluftleitung (23), mit dem Anschlussflansch (14) des Hochtemperaturgenerators (1) und auch gleichzeitig über eine mit einer Niedertemperaturwärmetauscherklappe (27) versehenen Abluftleitung (23) mit einem der beiden Anschlussstutzen (7) des Niedertemperaturwärmetauschers (4) verbunden ist, wobei der Anschlussstutzen (7) des Hochtemperaturgenerators (1) über das Rohrleitungssystem, die Abluftleitung (23), mit dem zweiten Anschlussstutzen (7) des Niedertemperaturwärmetauschers (4), und der Anschlussflansch (14) des Niedertemperaturwärmetauschers (4) über das Rohrleitungssystem, die Abluftleitung (23), mit dem Abluftaustritt (28) verbunden ist.

Im Havariefall kann durch das Öffnen Havarieklappe (24) und das Schließen den Systemeintrittsklappe (25) die Abluft vom Ablufteintritt (22) direkt zum Abluftaustritt (28) umgeleitet werden, um so eine Durchströmung des Hochtemperaturgenerators (1) und/oder des Niedertemperaturwärmetauschers (4) zu verhindern.

Die Abluft kann somit über ein mit regelbaren Absperrklappen versehenes Rohrleitungssystem entweder in Reihe nacheinander zunächst durch einen mit einem Lösungsmittelzulauf und einem Lösungsmittelablauf versehenen Hochtemperaturgenerator (1) und anschließend durch einen mit einem Kühlwasserzulauf und einem Kühlwasserablauf versehenen Niedertemperaturwärmetauscher (4), oder gleichzeitig unter bedarfsvariierbarer teilweiser Umgehung des Hochtemperaturgenerators (1) aber auch unter vollständiger Umgehung des Hochtemperaturgenerators (1) ausschließlich nur 7 durch den Niedertemperaturwärmetauscher (4) hindurchgeleitet werden, wobei gleichzeitig der Kühlmittelvolumenstrom zudem wärmemengenangepasst variiert werden kann.

Die in der heißen Abluft einer Brennstoffzelle enthaltene Wärmemenge kann somit mittels der erfindungsgemäßen Anordnung der beiden erfindungsgemäßen Wärmeübertrager optimal in Verbindung mit einer Multi- Effect-Anlage zur Kälteerzeugung ausgenutzt werden.

Im ersten Wärmeübertrager, dem Hochtemperaturgenerator (1) wird die Abluft von ca. 400°C auf ca. 135°C abgekühlt und mittels dieser Wärmemenge die reiche Kältemittellösung, beispielsweise eine Lithium-Bromidlösung, auf ca.

130°C aufgeheizt.

Der ausgetriebene Dampf strömt dabei über den Dampfaustritt (21) des Dampfdomes (20) am Hochtemperaturgenerators (1) in den Hochdruckkondensator der Multi-Effect-Anlage, gibt dort seine Kondensationswärme an die Lösung ab und treibt mit dieser Wärme in einer zweiten Stufe ebenfalls Dampf aus der versprühten Kältemittellösung aus.

In dem erfindungsgemäß dem Hochtemperaturgenerator (1) nachgeschalteten zweiten Wärmeübertrager, dem Niedertemperaturwärmetauscher (4) wird die Abluft weiter auf beispielsweise 90°C ausgekühlt und damit Heizwasser auf beispielsweise 90°C erwärmt, welches dann für die Dampfaustreibung im Niedertemperaturgenerator der Multi-Effect-Anlage genutzt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung ermöglicht dabei zugleich auch eine optimale Ausnutzung der Abluftwärme selbst bei geringerem oder bei gar keinem Kältebedarf.

Bei geringerem Kältebedarf kann beispielsweise nur ein Abwärmestrom, der des Hochtemperaturgenerators (1), zur Kälteerzeugung beispielsweise im Double-Effect-Prozess genutzt werden.

Der andere Abwärmestrom, der des Niedertemperaturwärmetauschers (4), wird in diesem Betriebszustand zu Heizzwecken oder zur Warmwasserbereitung verwendet.

Bei teilweiser Umgehung des Hochtemperaturgenerators (1) kann die in den jeweiligen Wärmeübertrager, den Hochtemperaturgenerators (1) bzw. den Niedertemperaturwärmetauscher (4) eingeleitete Wärmemenge beliebig variiert werden.

In diesem Betriebszustand einer beliebig, jedoch bedarfsangepassten, definiert variierbaren teilweisen Umgehung des Hochtemperaturgenerators (1) findet im Innenzylinder (8) des Niedertemperaturwärmetauschers (4) stets eine Vermischung der beiden zwei unterschiedlichen, d. h. auch unterschiedlich warmen Abluftvolumenströmen statt.

Der Niedertemperaturwärmetauscher (4) ist dabei so ausgelegt, dass er selbst bei fehlendem Kältebedarf die gesamte Abwärme der Brennstoffzelle, beispielsweise in Verbindung mit einem erhöhten Kühlmittelumlauf, zur Heizwassererzeugung nutzen kann.

In diesem Betriebszustand der reinen Heizwassererzeugung wird dann die gesamte Abluft ausschließlich in den Niedertemperaturwärmetauschers (4) geleitet.

Bei minimiertem Bauraum gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung dabei stets zugleich die Vermeidung einer erhöhten Wärmedehnung wie auch die Vermeidung von Wärmespannungen.

Darüber hinaus wird mittels der erfindungsgemäßen Lösung der Fertigungs-, Montage-und Instandhaltungsaufwand minimiert und gleichzeitig der Abgasgegendruck auf maximal 10 mbar reduziert.

Zudem kann infolge der erfindungsgemäßen Bauform gleichzeitig eine Kristallisation der Kältemittellösung verhindert werden.

In der Gesamtheit bewirkt die erfindungsgemäße Lösung somit eine stufenlose Regelbarkeit der Kälteleistung zwischen 0 % und 100 % unter dem Gesichtspunkt der anteiligen parallelen Abwärmenutzung zur Wärmeversorgung von 100% bis 0%.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dabei durch eine hocheffektive Mehrfachnutzung der Abwärme der Brennstoffzelle auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gleichzeitig eine hocheffiziente Kälteauskopplung möglich, 9 wodurch das mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbare Wärmeverhältnis, der COP-Wert, gegenüber vergleichbaren Anlagen des Standes der Technik, die ebenfalls die Ablufttemperatur zur Kälteauskopplung bis zu einem Temperaturniveau von ca. 90°C nutzen können, von derzeit ca.

0,65 bis 0,75 auf bis zu 1,15 deutlich erhöht wird.

Das bedeutet, dass mittels der von einer Brennstoffzelle abgegebenen Wärmeleistung von 100 kW eine Kälteleistung von bis zu 115 kW erzeugt werden kann.

Somit kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung entweder durch die Reihenschaltung des Hochtemperaturgenerators mit dem Niedertemperaturgenerator, oder auch in Verbindung mit einer definierten Steuerung und bedarfsabhängige Aufteilung des Volumenstromes der Brennstoffzellenabluft bis hin zur reinen Wärmeerzeugung allein im Niedertemperaturgenerator die Abluftwärme optimal bedarfsangepasst ausgenutzt werden.

Ein derartiger optimaler Verbund der einzelnen Betriebszustände ist mit den herkömmlichen bisher im Stand der Technik vorbeschriebenen Vorrichtungen zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung nicht möglich.

Die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung eingesetzten Absperrklappen sind entsprechend dem Stand der Technik ausgelegt und mechanisch und/oder elektrisch so miteinander verkettet, dass ein gefahrloses Umsteuern von reinem Kältebetrieb über kombinierten Kälte-, Wärmebetrieb bis hin zu reinem Wärmebetrieb jederzeit möglich ist.

Selbstverständlich wird in den einzelnen Betriebszuständen der jeweilige Kühimitteldurchsatz entsprechend der abzuführenden Wärmemenge mit den im Stand der Technik gegebenen Möglichkeiten, wie beispielsweise einer definierten Veränderung der jeweiligen Kühlmittelpumpenleistung, bedarfsangepasst variiert.

10 Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.

Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit 9 Figuren näher erläutert werden.

Dabei zeigt die : Figur 1 : die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung in der Gesamtseitenansicht ; Figur 2 : die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung aus Figur 1 in der Draufsicht im Betriebszustand zur Erzeugung einer maximalen Kälteleistung bei kombiniertem Kälte-/Wärmebetrieb ; Figur 3 : die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung aus Figur 1 in der Draufsicht im Betriebszustand bei Teillastkältebetrieb ; Figur 4 : die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung aus Figur 1 in der Draufsicht im Betriebszustand bei reinem Wärmebetrieb ; Figur 5 : den erfindungsgemäße Hochtemperaturgenerator 1 im Schnitt bei A-A gemäß Figur 1, in der Seitenansicht ; Figur 6 : den erfindungsgemäße Hochtemperaturgenerator 1 im Schnitt bei B-B gemäß Figur 2, in der Seitenansicht ; Figur 7 : der erfindungsgemäße Niedertemperaturwärmetauscher 4 im Schnitt bei C-C gemäß Figur 2, in der Seitenansicht ; Figur 8 : eine Stützwandplatten 30 der Rohrstützwände 29 mit den gegenüberliegend angeordneten halbkreisförmigen Aussparungen 31 ; 11 Figur 9 : eine Fußplatte 32 der Rohrstützwände 29.

In der Figur 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung bzw. Wärmerückgewinnung in der Gesamtseitenansicht dargestellt.

Der Hochtemperaturgenerator 1 wie auch der Niedertemperaturwärmetauscher 4 sind mittels der Stützfüße 18 auf einem Grundgestell 19 angeordnet.

Der Hochtemperaturgenerator 1 ist mit einem Dampfdom 20 und einem an diesem angeordneten Dampfaustritt 21 versehenen.

Am Außenmantel 17 des Hochtemperaturgenerators 1 wie auch am Außenmantel des Niedertemperaturwärmetauscher 4 ist jeweils ein Anschlussflansch 14 angeordnet.

Am Innenzylinder 8 des Hochtemperaturgenerators 1 ist ein Anschlussstutzen 7 und am Innenzylinder 8 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 sind zwei Anschlussstutzen 7 angeordnet.

Der Ablufteintritt 22 ist über die mit Absperrklappen versehenen Abluftleitungen 23 einerseits mit dem Anschlussflansch 14 des Hochtemperaturgenerator 1 und andererseits mit einem der Anschlussstutzen 7 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 verbunden.

Der Anschlussstutzen 7 am Innenzylinder 8 des Hochtemperaturgenerators 1 ist mit dem zweiten Anschlussstutzen 7 am Innenzylinder 8 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 ebenfalls über eine Abluftleitung 23 verbunden.

Zur besseren Verdeutlichung der Abluftführung zeigt die Figur 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung aus der Figur 1 in der Draufsicht.

In Verbindung mit dieser Figur soll eine Möglichkeit der Abluftführung durch die mit Pfeilen versehene"Strich-Punkt-Linie"am Betriebszustand zur Erzeugung einer maximalen Kälteleistung bei kombiniertem Kälte-/Wärmebetrieb näher erläutert werden.

12 Wie in der Figur 2 dargestellt, tritt die Abluft der Brennstoffzelle mit einer Temperatur von ca. 350°C bis 400°C über den Ablufteintritt 22 in den erfindungsgemäßen Wärmetauscher ein.

Bei geschlossener Havarieknappe 24, geöffneter Systemeintrittsklappe 25, geschlossener Niedertemperaturwärmetauschereintrittsklappe 27 und geöffneter Generatoreintrittsklappe 26 strömt die Abluft über die zwischen den Absperrklappen angeordneten Abluftleitungen 23 vom Ablufteintritt 22 zum Anschlussflansch 14 des Hochtemperaturgenerator 1.

Dort wird die Abluft über den Wärmeübertragungsringraum 11 in den Innenzylinder 8 des Hochtemperaturgenerator 1 geleitet und verlässt diesen mit beispielsweise 130 °C über den unterhalb des Wärmeübertragungsringraumes 11 am Innenzylinder 8 angeordneten Anschlussstutzen 7 des Hochtemperaturgenerators 1.

Von dort wird nun die beispielsweise auf 130°C abgekühlte Abluft über den am Innenzylinder 8 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 angeordneten Anschlussstutzen 7 in den Innenraum des Niedertemperaturwärmetauscher eingeleitet, steigt dort auf, strömt in den Wärmeübertragungsringraum 11 des Niedertemperaturwärmetauscher 4 und verlässt über den Anschlussflansch 14 den Niedertemperaturwärmetauscher mit beispielsweise 80° bis 85°C.

Über die am Anschlussflansch 14 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 angeordnete Abluftleitung 23 strömt die so abgekühlte Abluft nun zum Abluftaustritt 28 des erfindungsgemäßen Systems.

Das jeweilige"Temperaturgefälle"der Abluft wird sowohl im Hochtemperaturgenerator 1 wie auch im Niedertemperaturwärmetauscher 4 vom jeweiligen Kühlmitteldurchsatz bestimmt.

Im Betriebszustand der maximalen Kälteleistung werden entsprechend der Anlagengröße zur Wärmeerzeugung beispielsweise etwa 2 m3 Kühlwasser pro Stunde durch den Niedertemperaturwärmetauscher 4 durchgesetzt.

Die in der heißen Abluft der Brennstoffzelle enthaltene Wärmemenge wird dabei infolge der erfindungsgemäßen Anordnung in Verbindung mit einer Multi- Effect-Anlage zur Kälteerzeugung optimal ausgenutzt werden.

13 Im Hochtemperaturgenerator 1 wird dabei die Abluft von ca. 400°C auf ca.

135°C abgekühlt. Mittels dieser Wärmemenge wird die reiche Kältemittellösung, beispielsweise eine Lithium-Bromidlösung, auf ca. 130°C aufgeheizt.

Der ausgetriebene Dampf strömt über den in der Figur 1 dargestellten Dampfdom 20 und den an diesem angeordneten Dampfaustritt 21 des Hochtemperaturgenerators 1 in den Hochdruckkondensator der Multi-Effect- Anlage, gibt dort seine Kondensationswärme an die Lösung ab und treibt mit dieser Wärme in einer zweiten Stufe ebenfalls Dampf aus der versprühten Kältemittellösung aus.

In dem dem Hochtemperaturgenerator 1 nachgeschalteten Niedertemperaturwärmetauscher 4 wird die Abluft auf beispielsweise 90°C weiter ausgekühlt und damit Heizwasser auf beispielsweise 90°C erwärmt, welches dann für die Dampfaustreibung im Niedertemperaturgenerator der Multi-Effect-Anlage genutzt werden kann.

In der Figur 3 ist nun die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung aus der Figur 1 in der Draufsicht im Betriebszustand bei Teillastkältebetrieb dargestellt.

Zur Verdeutlichung dieses Betriebszustandes ist die Abluftführung in der Figur 3, ebenso wie bereits in Figur 2, durch eine mit Pfeilen versehene"Strich- Punkt-Linie"-nun jedoch für den Betriebszustand des Teillastkältebetriebes- dargestellt.

Die Abluft der Brennstoffzelle tritt wiederum mit einer Temperatur von ca.

350°C bis 400°C über den Ablufteintritt 22 in die erfindungsgemäße Vorrichtung ein.

Bei geschlossener Havarieknappe 24, geöffneter Systemeintrittsklappe 25, teilweise geöffneter Niedertemperaturwärmetauschereintrittsklappe 27 und teilweise geöffneter Generatoreintrittsklappe 26 strömt nun die Abluft einerseits über die zwischen den Absperrklappen angeordneten Abluftleitungen 23 vom Ablufteintritt 22 zum Anschlussflansch 14 des Hochtemperaturgenerators 1.

14 Dort wird die Abluft, wie bereits zu Figur 2 erläutert, über den Wärmeübertragungsringraum 11 in den Innenzylinder 8 des Hochtemperaturgenerator 1 geleitet und verlässt diesen mit beispielsweise 130°C über den am Innenzylinder 8 angeordneten Anschlussstutzen 7 des Hochtemperaturgenerators 1.

Diese nun auf beispielsweise 130°C abgekühlte Abluft wird von dort über eine Abluftleitung 23 und den am Innenzylinder 8 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 angeordneten Anschlussstutzen 7 in den Innenraum des Niedertemperaturwärmetauscher 4 eingeleitet.

Gleichzeitig strömt jedoch auch die ca. 350°C bis 400°C heiße, vom Ablufteintritt 22 kommende Abluft über die entsprechend dem gewünschten Betriebszustand der Anlage mehr oder weniger geöffnete Niedertemperaturwärmetauschereintrittsklappe 27 und die an dieser angeordnete Abluftleitung 23 zum zweiten, am Innenzylinder des Niedertemperaturwärmetauschers 4 angeordneten Anschlussstutzen 7 und vermischt sich im Innenzylinder mit der gleichzeitig in den Innenzylinder eintretenden, vom Wärmeübertragungsbehälter 9 des Hochtemperaturgenerators 1 kommenden Abluft des Hochtemperaturgenerators 1, steigt dabei auf, und strömt über den Wärmeübertragungsringraum 11 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 zum Anschlussflansch 14.

Dabei kühlt sie sich auf beispielsweise 80° bis 85°C ab. Über die am Anschlussflansch 14 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 angeordnete Abluftleitung 23 strömt diese nun abgekühlte Abluft zum Abluftaustritt 28 der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Mittels der erfindungsgemäßen Lösung kann somit bei geringerem Kältebedarf nur einer der Abwärmeströme, der des Hochtemperaturgenerators 1, zur Kälteerzeugung beispielsweise im Double-Effect-Prozess genutzt werden.

Die Wärmeenergie des restlichen, nicht für die Kälteerzeugung benötigte Abwärmestromes wird in den Niedertemperaturwärmetauschers 4 eingeleitet und zu Heizzwecken bzw. zur Warmwasserbereitung verwendet.

15 Die in diesem Zusammenhang in den jeweiligen Wärmeübertrager der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dem Hochtemperaturgenerator 1 bzw. den Niedertemperaturwärmetauscher 4 eingeleitete Wärmemenge kann dabei, wie bereits erläutert, beliebig variiert werden, da im Betriebszustand einer beliebig, jedoch definiert variierbaren teilweisen Umgehung des Hochtemperaturgenerators 1 im Innenzylinder 8 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 stets eine Vermischung der beiden unterschiedlichen, auch unterschiedlich warmen Abluftvolumenströme stattfindet.

Mittels der erfindungsgemäßen Lösung kann somit in allen Betriebszuständen eine optimale, bedarfsangepasste Ausnutzung der Wärmeenergie der Abluft der Brennstoffzelle gewährleistet werden.

Die Figur 4 zeigt nun die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung aus Figur 1 in der Draufsicht im Betriebszustand bei reinem Wärmebetrieb.

Zur Verdeutlichung dieses Betriebszustandes ist die Abluftführung wiederum wie bereits in den Figuren 2 und 3, durch eine mit Pfeilen versehene"Strich- Punkt-Linie", nun für den Betriebszustand des reinem Wärmebetriebes, dargestellt.

Die Abluft, beispielsweise der Brennstoffzelle, tritt wieder mit einer Temperatur von beispielsweise 350°C bis 400°C über den Ablufteintritt 22 in den erfindungsgemäßen Wärmetauscher ein.

Bei geschlossener Havarieknappe 24, geöffneter Systemeintrittsklappe 25, vollständig geöffneter Niedertemperaturwärmetauschereintrittsklappe 27 und geschlossener Generatoreintrittsklappe 26 strömt nun die gesamte Abluft über die zwischen den Absperrklappen angeordneten Abluftleitungen 23 vom Ablufteintritt 22 zum zweiten, am Innenzylinder des Niedertemperaturwärmetauschers 4 angeordneten Anschlussstutzen 7, steigt im Innenzylinder des Niedertemperaturwärmetauschers auf und strömt über den Wärmeübertragungsringraum 11 des Niedertemperaturwärmetauscher 4 zum Anschlussflansch 14 des Niedertemperaturwärmetauschers 4.

16 Über die am Anschlussflansch 14 des Niedertemperaturwärmetauschers 4 angeordnete Abluftleitung 23 strömt diese nun beispielsweise auf ca. 80° bis 85°C abgekühlte Abluft zum Abluftaustritt 28 des erfindungsgemäßen Systems.

Der Niedertemperaturwärmetauscher 4 ist dabei so ausgelegt, dass bei fehlendem Kältebedarf die gesamte Abwärme der Brennstoffzelle ausschließlich in den Niedertemperaturwärmetauschers (4) geleitet und in Verbindung mit einem erhöhten Kühlmittelumlauf vollständig zur Heizwassererzeugung genutzt werden kann.

In diesem Betriebszustand der maximalen Wärmeleistung werden zur Wärmeerzeugung entsprechend der jeweiligen Anlagengröße (gleiche Anlagengröße bei den Erläuterungen zu den Figuren 1 bis 4 vorausgesetzt) beispielsweise etwa 8 m3 Kühlwasser pro Stunde durch den Niedertemperaturwärmetauscher 4 gepumpt.

In der Figur 5 ist der erfindungsgemäße Hochtemperaturgenerator 1 im Schnitt bei A-A gemäß Figur 1 in der Seitenansicht dargestellt.

Um den Innenzylinder 8 herum, ist ein zylindrischer Wärmeübertragungsbehälter 9 angeordnet, in dem eine Vielzahl von Rohrkreissegmenten 10 mit einer Bogenwinkel von 315° übereinander und nebeneinander derart angeordnet sind, dass diese mit ihren beiden freien Enden jeweils gas-und flüssigkeitsdicht in den Bohrungen zweier allseitig im Wärmeübertragungsringraum 11 des Wärmeübertragungsbehälter 9 befestigten Lochblech 12 so verbunden sind, dass die Ebenen dieser beiden radial am Innenzylinder 8 im Wärmeübertragungsringraum 11 angeordneten Lochblech 12 zueinander einen Winkel von 45° einschließen, wobei der nicht von Rohrkreissegmenten 10 überdeckten Bereich des Innenzylinders 8 zwischen dem Anschlussbereich des Einströmbleches und dem Anschlussbereich des Ausströmbleches mit einer Aussparung 13 versehen ist, und am Außenmantel 17 des Wärmeübertragungsbehälters 9, in etwa der Aussparung 13 des Innenzylinders 8 gegenüberliegend, ein Anschlussflansch 14 angeordnet ist, wobei in diesem nicht von Rohrkreissegmenten 10 überdeckten Bereich des Wärmeübertragungsbehälter 9, dem 17 Strömungsleitraum 15, ein Strömungsleitblech 16 zwischen dem Anschlussbereich eines Lochbleches 12 am Innenzylinder 8 und dem Anschlussbereich des anderen Lochbleches 12 am Außenmantel 17 des Wärmeübertragungsbehälters 9 derart angeordnet ist, dass die in den Strömungsleitraum 15 eintretende Abluft erst nach dem Durchströmen der Rohrkreissegmente 10 diesen wieder verlassen kann.

Entsprechend der jeweiligen Baugröße sind über den Umfang verteilt Rohrstützwände 29 angeordnet, in denen die Rohrkreissegmente 10 gleitend gelagert sind.

Diese Rohrstützwände 29 reichen abwechselnd einerseits vom Boden bis in das obere Drittel der aus Rohrkreissegmenten 10 gebildeten Wärmeübertragerbauhöhe (wie u. a. in der Figur 6 dargestellt), bzw. andererseits von oberhalb der maximalen Füllhöhe bis in das zweite Drittel der aus Rohrkreissegmenten 10 gebildeten Wärmeübertragerbauhöhe (wie u. a. in der Figur 7 dargestellt).

Die auf dem Boden aufstehenden Rohrstützwände 29 sind dabei vorzugsweise mit Standfüßen versehen.

Die erfindungsgemäße teilweise"Überdeckung"der von unten, bzw. von oben in den Wärmetauscherraum hineinreichenden Rohrstützwände 29 bewirkt eine optimale Strömungsführung des Kühlmediums und somit eine optimale Wärmeübertragung bei gleichzeitiger, die Wärmedehnungen zulassender Führung der Rohrkreissegmente.

Die Figur 6 zeigt den erfindungsgemäße Hochtemperaturgenerator 1 im Schnitt bei B-B gemäß Figur 2 in der Seitenansicht.

Der Hochtemperaturgenerator 1 ist mit einem Dampfdom 20 und einem an diesem angeordneten Dampfaustritt 21 versehenen.

Im Dampfdom 20 befindet sich ein Tropfenabscheider 34.

Um einen Innenzylinder 8 herum, befindet sich der zylindrische Wärmeübertragungsbehälter 9 in dem eine Vielzahl von Rohrkreissegmenten 10 übereinander und nebeneinander angeordnet sind, wobei diese mit ihren beiden freien Enden jeweils gas-und flüssigkeitsdicht in den Bohrungen zweier 18 allseitig im Wärmeübertragungsringraum des Wärmeübertragungsbehälter 9 befestigten Lochblech 12 angeordnet sind.

Die Rohrkreissegmente 10 sind wiederum in Rohrstützwänden 29 gelagert welche abwechselnd, wie in dieser Figur 6 dargestellt, vom Boden bis in das obere Drittel der aus Rohrkreissegmenten 10 gebildeten Wärmeübertragerbauhöhe, bzw. von oberhalb der maximalen Füllhöhe bis in das zweite Drittel der aus Rohrkreissegmenten 10 gebildeten Wärmeübertragerbauhöhe reichen.

Am Außenmantel 17 des Hochtemperaturgenerators 1 ist der Anschlussflansch angeordnet.

Unterhalb des Wärmeübertragungsbehälters 9 befindet sich am Innenzylinder 8 des Hochtemperaturgenerators 1 ein Anschlussstutzen 7.

In der Figur 7 ist der erfindungsgemäße Niedertemperaturwärmetauscher 4 im Schnitt bei C-C, gemäß Figur 2, in der Seitenansicht dargestellt.

Am Außenmantel 17 des Niedertemperaturwärmetauscher 4 ist ein Anschlussflansch 14 angeordnet.

Die Rohrkreissegmente 10 sind im Wärmeübertragungsbehälter wiederum in Rohrstützwänden 29 gelagert welche abwechselnd vom Boden bis in das obere Drittel der aus Rohrkreissegmenten 10 gebildeten Wärmeübertragerbauhöhe bzw. wie in dieser Figur 7 dargestellt, von oberhalb der maximalen Füllhöhe bis in das zweite Drittel der aus Rohrkreissegmenten 10 gebildeten Wärmeübertragerbauhöhe reichen.

Am Innenzylinder 8 des Niedertemperaturwärmetauscher 4 sind unterhalb des Wärmeübertragungsbehälters zwei zueinander um jeweils 90° versetzte Anschlussstutzen 7 angeordnet.

Die Figur 8 zeigt nun eine erfindungsgemäße Stützwandplatte 30 mit gegenüberliegend angeordneten halbkreisförmigen Aussparungen 31 zur Aufnahme der einzelnen Rohrkreissegmente.

Mit den Stützwandplatten 30 werden die in der Figur 5 und auch in den Figuren 6 und 7 beschriebenen, über-und nebeneinanderliegenden Rohrkreissegmente positioniert.

Dabei bewirkt die in der Figur 5, in Verbindung mit den Figuren 6 und 7 dargestellte, erfindungsgemäße Anordnung von Rohrstützwänden 29 gleichzeitig eine optimale Strömung des Kühlmittels im Wärmeübertragungsbehälter.

In der Figur 9 ist nun die in Verbindung mit den Figuren 5 und 6 beschriebene erfindungsgemäße Fußplatte 32 einer Rohrstützwand 29 dargestellt.

Die auf dem Boden des Wärmeübertragungsbehälters aufstehenden Rohrstützwände 29 sind an ihrem unteren Ende vorzugsweise mit einer solchen Fußplatte 32 versehen, deren auf der Bodenfläche des Wärmetauscherbehälters aufstehenden Standfüßen 33 eine Verschiebung der Standfläche in Abhängigkeit von den jeweiligen Wärmedehnungen zulassen.

Die am unteren Rand mit Standfüßen 33 versehene erfindungsgemäße Fußplatte 32 ist an ihrem oberen Rand wiederum mit halbkreisförmigen Aussparungen 31 versehen in die die einzelnen Rohrkreissegmente der unteren"Ebene"eingelegt werden.

Vor dem Auflegen der nächsten"Ebene"von Rohrkreissegmenten werden die Fuß-und Stützwandplatten positioniert, untereinander ausgerichtet und übereinanderliegend im Randbereich miteinander verbunden, z. B. verschweißt.

Wesentlich ist in diesem Zusammenhang auch, dass der Innendurchmesser der halbkreisförmigen Aussparungen 31 etwas größer ist als der Außendurchmesser des Rohrquerschnittes der Rohrkreissegmente, so dass sich die Rohrkreissegmente in der Rohrstützwand zwar ausdehnungsbedingt verschieben können jedoch das Hindurchströmen des Kühlmittels durch die Rohrstützwand sehr stark behindert wird.

Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen, eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung für den Einsatz in Verbindung mit Brennstoffzellen und Absorptionskälteanlagen zu entwickeln, welche mit der Abluft einer Brennstoffzelle betrieben werden kann und dabei einerseits die Nachteile des bisherigen Standes der Technik wie einen erhöhten Bauraum, eine erhöhte Wärmedehnung und/oder die damit verbundenen Wärmespannungen vermeidet, die Fertigungs-, Montage-und Instandhaltungskosten deutlich senkt, gleichzeitig die zwangsläufig auftretende Strömungsverluste wesentlich minimiert, d. h. konkret den Abgasgegendruck auf maximal 10 mbar reduziert, darüber hinaus gleichzeitig eine Kristallisation der Kältemittellösung vermeidet, und sowohl das ausschließliche wie aber auch das gleichzeitige Erzeugen von Kälte und/oder Wärme derart ermöglicht, dass im Teillastbetrieb des Absorbers beispielsweise die nicht für die Kälteerzeugung benötigte Brennstoffzellenabwärme einem Heizkreis zugeführt werden kann, wobei stets ein gefahrloses Umschalten von voller Kälteleistung über kombinierten Kälte- /Wärmebetrieb bis hin zu reinem Wärmebetrieb möglich ist.

Dabei wird mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die hocheffektive Mehrfachnutzung der Abwärme der Brennstoffzelle auf unterschiedlichen Temperaturniveaus eine hocheffiziente Kälteauskopplung möglich, wodurch mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung das erreichbare Wärmeverhältnis, der COP-Wert, gegenüber vergleichbaren Anlagen des Standes der Technik, die ebenfalls die Ablufttemperatur zur Kälteauskopplung bis zu einem Niveau von 90°C nutzen können von derzeit ca. 0,65 bis 0,75 deutlich auf bis zu 1,15 erhöht.

Bezugszeichenzusammenstellung 1 Hochtemperaturgenerator 2 Lösungsmittelzulauf 3 Lösungsmittelablauf 4 Niedertemperaturwärmetauscher 5 Kühlwasserzulauf 6 Kühlwasserablauf 7 Anschlussstutzen 8 Innenzylinder 9 Wärmeübertragungsbehälter 10 Rohrkreissegment 11 Wärmeübertragungsringraum 12 Lochblech 13 Aussparung 14 Anschlussflansch 15 Strömungsleitraum 16 Strömungsleitblech 17 Außenmantel 18 Stützfuß 19 Grundgestell 20 Dampfdom 21 Dampfaustritt 22 Ablufteintritt 23 Abluftleitung 24 Havarieklappe 25 Systemeintrittsklappe 26 Generatoreintrittsklappe 27 Niedertemperaturwärmetauschereintrittsklappe 28 Abluftaustritt 29 Rohrstützwand 30 Stützwandplatte 31 Aussparung 32 Fußplatte 33 Standfuß 34 Tropfenabscheider