DE102016214866A1 - Brennstoffzellen-Kogenerationssystem, Verfahren zum Betriebsstart des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems und Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems - Google Patents

Brennstoffzellen-Kogenerationssystem, Verfahren zum Betriebsstart des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems und Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems Download PDF

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Abstract

Ein Brennstoffzellen-Kogenerationssystem (10) enthält ein Brennstoffzellenmodul (12), einen Wärmetauscher (14), einen Heißwassertank (16), einen Zirkulationswasserkanal (18) sowie einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20). Ein Zirkulationswasserheizer (40) zum Heizen von Wasser ist an dem Zirkulationswasserkanal (18) vorgesehen. Ein Teil (20a) des Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanals (20) ist in dem Zirkulationswasserheizer (40) vorgesehen, um hierdurch zu erlauben, dass durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) fließende Luft durch Wärmeaufnahme von dem Zirkulationswasserheizer (40) erhitzt wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellen-Kogenerationssystem, das ein Brennstoffzellenmodul zum Erzeugen von elektrischen Strom durch elektrochemische Reaktionen von Brenngas und sauerstoffhaltigem Gas enthält, ein Verfahren zum Betriebsstart des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems sowie ein Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Allgemein verwendet eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) einen Festelektrolyten. Der Festelektrolyt ist ein ein Oxidionenleiter, wie etwa stabilisiertes Zirkonoxid. Der Festelektrolyt ist zwischen eine Anode und eine Kathode eingefügt, um eine Elektrolytelektrodenanordnung (nachfolgend auch als MEA bezeichnet) zu bilden. Die Elektrolytelektrodenanordnung ist zwischen Separatoren (Bipolarplatten) geschichtet. Im Gebrauch solcher Brennstoffzellen sind allgemein vorbestimmte Anzahlen der Elektrolytelektrodenanordnungen und der Separatoren zusammen geschichtet, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden, der an einem Brennstoffzellenmodul angewendet wird.
  • Die SOFC wird bei relativ hoher Temperatur betrieben. Das Abgas, welches Brenngas und sauerstoffhaltiges Gas enthält, die bei der Stromerzeugungsreaktion verbraucht werden, hat ebenfalls eine hohe Temperatur. Daher ist es wünschenswert, eine effektive Nutzung des Abgases zu erreichen.
  • Zum Beispiel sind Systeme verwendet worden, welche einen Wärmetauscher zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Abgas von der SOFC und Wasser aufweisen, sowie einen Heißwassertank, welcher das Wasser speichert. Das Wasser in dem Heißwassertank wird durch den Wärmeaustausch erhitzt, um heißes Wasser mit einer vorbestimmten Temperatur zu erzeugen. Das heiße Wasser wird einem Heißwassersystem oder einem Heizsystem für häuslichen Gebrauch zugeführt. Das heißt, die Systeme sind Brennstoffzellen-Kogenerationssysteme.
  • In der Brennstoffzelle braucht es beträchtliche Zeit, um die Brennstoffzelle nach Startbetrieb der Brennstoffzelle auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu erwärmen. Zum Beispiel ist im Falle vom Startbetrieb der Brennstoffzelle bei niedriger Temperatur, wie etwa einer Temperatur unterhalb dem Gefrierpunkt etc., oder in dem Fall, wo eine SOFC, die eine hohe Betriebstemperatur hat, verwendet wird, die für den Startbetrieb der Brennstoffzelle erforderliche Hochfahrzeit signifikant lang.
  • In dieser Hinsicht ist zum Beispiel ein Brennstoffzellensystem bekannt, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-179198 (nachfolgend als die konventionelle Technik bezeichnet) offenbart ist. In dieser konventionellen Technik fließt während des Startbetriebs ein Kühlmittel durch einen Bypasskanal. Dann wird die Stromerzeugung eines Brennstoffzellenstapels gestartet. Ferner wird der Betrieb einer Heizvorrichtung gestartet, um hierdurch das Kühlmittel zu erhitzen, das zur Umgehung der Brennstoffzelle zirkuliert. Wenn die Temperatur des Kühlmittels eine vorbestimmte Temperatur oder darüber erreicht, wird der Fluss des Kühlmittels zu einem Kanal umgeschaltet, der durch den Brennstoffzellenstapel hindurchgeht.
  • Gemäß der Offenbarung wird es in der Struktur möglich, einen Fluss des kalten Kühlmittels in den Brennstoffzellenstapel zu verhindern, und wird die Selbsterwärmung des Brennstoffzellenstapels durch Stromerzeugung erleichtert. Ferner haben gemäß der Offenbarung der Bypasskanal und das Kühlmittel innerhalb des Bypasskanals eine kleinere Wärmekapazität als der Brennstoffzellenstapel selbst und das Kühlmittel innerhalb des Brennstoffzellenstapels, und daher kann das Erwärmen des Bypasskanals und des Kühlmittels innerhalb des Bypasskanals in relativ kurzer Zeitdauer erfolgen, auch wenn eine Heizvorrichtung mit geringer Wärmekapazität verwendet wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Da jedoch in der obigen herkömmlichen Technik das Kühlmittel auf die vorbestimmte Temperatur erhitzt wird, kann insbesondere die bei hoher Temperatur betriebene SOFC nicht rasch auf eine gewünschte Temperatur erhitzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das Problem dieser Art zu lösen, und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Brennstoffzellen-Kogenerationssystem, ein Verfahren für den Betriebsstart des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems und ein Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems anzugeben, womit es möglich ist, die Hochfahrzeit geeignet zu reduzieren und den Stromerzeugungsbetrieb effizient und wirtschaftlich durchzuführen.
  • Ein Brennstoffzellen-Kogenerationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Brennstoffzellenmodul, einen Wärmetauscher, einen Heißwassertank, einen Zirkulationswasserkanal und einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal. Das Brennstoffzellenmodul erzeugt elektrischen Strom durch elektrochemische Reaktionen von Brenngas und sauerstoffhaltigem Gas. Der Heißwassertank gibt das Wasser ab und speichert das heiße Wasser. Der Zirkulationswasserkanal schickt das von dem Heißwassertank abgegebene Wasser zu dem Wärmetauscher und führt das in dem Wärmetauscher erhaltene heiße Wasser zum Heißwassertank zurück. Der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal führt das sauerstoffhaltige Gas dem Brennstoffzellenmodul zu.
  • Das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem enthält ferner einen Zirkulationswasserheizer, der an dem Zirkulationswasserkanal vorgesehen und konfiguriert ist, um das Wasser zu erhitzen. Ferner ist ein Teil des Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanals in dem Zirkulationswasserheizer vorgesehen, um zu erlauben, dass das durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal fließende sauerstoffhaltige Gas durch Wärmeaufnahme von dem Zirkulationswasserheizer erhitzt wird.
  • Ferner werden gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betriebsstart des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems sowie ein Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems angegeben.
  • Das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem enthält ein Brennstoffzellenmodul, einen Dampfreformer, eine Reformierungswasserkammer, einen Wärmetauscher, einen Heißwassertank, einen Zirkulationswasserkanal, einen Zirkulationswasserheizer, einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal und einen Bypasskanal.
  • Wenn in dem Verfahren zum Betriebsstart des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems bestimmt wird, dass der Betrieb des Brennstoffzellenmodul gestartet worden ist, wird bestimmt, ob die Innentemperatur des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems eine vorbestimmte Temperatur oder weniger ist. Wenn dann bestimmt wird, dass die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer die vorbestimmte Temperatur oder weniger ist, wird der Zirkulationswasserheizer eingeschaltet, und wird der Bypasskanal vom Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal hin geöffnet (damit in Verbindung gesetzt). Wenn bestimmt wird, dass die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer nicht die vorbestimmte Temperatur oder weniger ist, wird der Zirkulationswasserheizer eingeschaltet und wird der Bypasskanal in Bezug auf den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal geschlossen (davon getrennt).
  • Wenn ferner in dem Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wird, dass das Brennstoffzellenmodul in einem Dauerbetriebszustand ist, wird bestimmt, ob die Innentemperatur des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems eine vorbestimmte Temperatur oder weniger ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Innentemperatur des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems die vorbestimmte Temperatur oder weniger ist, wird der Zirkulationswasserheizer eingeschaltet, und wird der Bypasskanal mit dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal geöffnet.
  • In der vorliegenden Erfindung wird das durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal fließende sauerstoffhaltige Gas durch Wärmeaufnahme von dem Zirkulationswasserheizer erhitzt. Daher kann das erhitzte sauerstoffhaltige Gas das Brennstoffzellenmodul heizen. Somit wird es möglich, die für den Startbetrieb des Brennstoffzellenmoduls erforderliche Zeit geeignet zu verkürzen. Ferner kann das sauerstoffhaltige Gas durch den Zirkulationswasserheizer erhitzt werden, der zum Heizen des Zirkulationswassers verwendet wird, und es ist keine gesonderte Heizvorrichtung für das sauerstoffhaltige Gas erforderlich. Somit kann das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem den Stromerzeugungsbetrieb effizient und wirtschaftlich durchführen.
  • Ferner kann in der vorliegenden Erfindung während des Betriebsstarts bei niedriger Temperatur das erhitzte sauerstoffhaltige Gas durch die Reformierungswasserkammer bei niedriger Temperatur fließen, und es wird möglich, ein Gefrieren des Reformierungswassers zu verhindern. Ferner wird das durch den Zirkulationswasserkanal fließende Wasser durch den Zirkulationswasserheizer erhitzt, und der Heißwassertank kann das Heißwasser speichern.
  • Ferner kann in der vorliegenden Erfindung während Betrieb bei niedriger Temperatur das erhitzte sauerstoffhaltige Gas durch die Reformierungswasserkammer bei niedriger Temperatur fließen, und es wird möglich, ein Gefrieren des Reformierungswassers zu verhindern. Darüber hinaus wird das durch den Zirkulationswasserkanal fließende Wasser durch den Zirkulationswasserheizer erhitzt, und der Heißwassertank kann das heiße Wasser speichern.
  • Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich, worin eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung als Illustrationsbeispiel gezeigt ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, das schematisch die Struktur eines Brennstoffzellen-Kogenerationssystems gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren für den Betriebsstart des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems darstellt (Hochfahr-Verfahren) und ein Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems (Betriebsverfahren);
  • 3 ist ein Erläuterungsdiagramm, das den Startbetrieb bei niedriger Temperatur darstellt;
  • 4 ist ein Erläuterungsdiagramm, das den Startbetrieb bei normaler Temperatur darstellt;
  • 5 ist ein Erläuterungsdiagramm, das den Betrieb bei niedriger Temperatur darstellt;
  • 6 ist ein Erläuterungsdiagramm, das den Betrieb bei normaler Temperatur in einer Situation darstellt, wo ein Heißwassertank heißes Wasser speichert;
  • 7 ist ein Erläuterungsdiagramm, das den Betrieb bei normaler Temperatur in einer Situation darstellt, wo der Heißwassertank kein heißes Wasser speichert.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
  • Wie in 1 gezeigt, enthält ein Brennstoffzellen-Kogenerationssystem 10 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellenmodul 12, einen Wärmetauscher 14, einen Heißwassertank 16, einen Zirkulationswasserkanal 18 sowie einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20.
  • Das Brennstoffzellenmodul 12 enthält einen Brennstoffzellenstapel 22, einen Dampfreformer 24 und einen Verdampfer 26. Der Brennstoffzellenstapel 22 ist durch Stapeln einer Mehrzahl von Brennstoffzellen gebildet, zum Erzeugen von elektrischen Strom durch elektrochemische Reaktionen eines Brenngases (Mischgases aus Wasserstoff, Methan und Kohlenmonoxid) und eines sauerstoffhaltigen Gases (Luft). Die Brennstoffzelle ist eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC), die eine Elektrolytelektrodenanordnung (MEA) enthält. Die Elektrolytelektrodenanordnung enthält eine Kathode, eine Anode sowie einen zwischen die Kathode und die Anode eingefügten Elektrolyten. Zum Beispiel ist der Elektrolyt ein Oxidionenleiter, wie etwa stabilisiertes Zirkonoxid.
  • Der Dampfreformer 24 führt Dampfreformierung eines Mischgases von hauptsächlich Kohlenwasserstoff enthaltendem Rohbrennstoff (z. B. Stadtgas) und Wasserdampf durch, um hierdurch ein Brenngas zu erzeugen, und führt das Brenngas dem Brennstoffzellenstapel 22 zu. Der Verdampfer 26 verdampft das Reformierungswasser und führt den Wasserdampf dem Dampfreformer 24 zu.
  • Der Verdampfer 26 ist mit einer Reformierungswasserpumpe 30, einem Reformierungswassertank 32 und einem Ionentauscher 34 durch einen Reformierungswasserzirkulationskanal 28 verbunden. Die Reformierungswasserpumpe 30, der Reformierungswassertank 32 und der Ionentauscher 34 sind in einer Reformierungswasserkammer 36 aufgenommen.
  • Der Wärmetauscher 14 ist in einem Zirkulationswasserkanal 18 vorgesehen. Der Wärmetauscher 14 erhitzt Wasser durch Wärmeaustausch mit Abwärme vom Abgas (verbrauchten Brenngas und sauerstoffhaltigem Gas), das von dem Brennstoffzellenmodul 12 durch einen Abgaskanal 38 abgegeben wird, um heißes Wasser zu erzeugen. Der Heißwassertank 16 ist in dem Zirkulationswasserkanal 18 vorgesehen. Der Heißwassertank 16 gibt Wasser an den Zirkulationswasserkanal 18 ab und speichert das heiße Wasser. Es sollte angemerkt werden, dass dem Heißwassertank 16 Wasser von der Außenseite zugeführt (ergänzt) wird.
  • Der Zirkulationswasserkanal 18 führt das vom Heißwassertank 16 abgegebene Wasser zum Wärmetauscher 14 und führt das vom Wärmetauscher 14 erhaltene Heißwasser zum Heißwassertank 16 zurück. Obwohl nicht gezeigt, liefert der Heißwassertank 16 das heiße Wasser zu einem Heißwasser-Versorgungssystem oder Heizsystem für häuslichen Gebrauch.
  • Ein Zirkulationswasserheizer 40 zum Erhitzen des Wassers sowie eine Zirkulationswasserpumpe 42 zum Umwälzen des Wassers (und des Heißwassers) sind in dem Zirkulationswasserkanal 18 vorgesehen. Ein Teil 20a des Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanals 20 ist in dem Zirkulationswasserheizer 40 vorgesehen, um zu erlauben, dass das sauerstoffhaltige Gas, welches durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 fließt, durch Wärmeaufnahme von dem Zirkulationswasserheizer 40 erhitzt wird.
  • Der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 führt das sauerstoffhaltige Gas (Luft) dem Brennstoffzellenmodul 12 zu. Der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 enthält einen Bypasskanal 44, der von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 an einem Verzweigungspunkt DP abzweigt, der mittwegs in dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 vorgesehen ist, erstreckt sich durch die Reformierungswasserkammer 36 und mündest dann an einem Mündungspunkt MP in den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20. An dem Verzweigungspunkt DP ist ein Dreiwegeventil (Umschaltventil) 46 vorgesehen, um die Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases zu dem Bypasskanal 44 zu erlauben. Ein Rückschlagventil 48 zum Verhindern eines Rückflusses des sauerstoffhaltigen Gases von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 zurück zum Bypasskanal 44 ist benachbart dem Mündungspunkt MP vorgesehen.
  • In dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 sind, stromab des Mündungspunkts MP in der genannten Reihenfolge zu dem Brennstoffzellenmodul 12 hin, ein Luftfilter 50, ein Strömungsratenmesser 52 sowie eine Luftpumpe 54 vorgesehen.
  • Das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem 10 ist mit einer Systemstromversorgung 56 verbunden und enthält eine elektrische Geräteeinheit (PCS) 58 zum Steuern der elektrischen Energie. Die elektrische Geräteeinheit 58 enthält eine Lufteinlassöffnung 62 zum Aufnehmen der Außenluft in die elektrische Geräteeinheit 58 durch Betrieb eines Gebläses 60, sowie einen elektrische-Geräteeinheit-seitigen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 64 zum Liefern der in die elektrische Geräteeinheit 58 aufgenommenen Luft zu dem Brennstoffzellenmodul 12 durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20.
  • Der elektrische-Geräteeinheit-seitige Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 64 ist mit dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 an einer Position stromauf des Luftfilters 50 verbunden. Es sollte angemerkt werden, dass der elektrische-Geräteeinheit-seitige Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 64 mit dem Brennstoffzellenmodul 12 auch unabhängig (separat) von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 zum Zuführen der Luft (des sauerstoffhaltigen Gases) zu dem Brennstoffzellenmodul 12 verbunden sein kann.
  • Das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem 10 enthält eine Steuereinheit 66. Die Steuereinheit 66 steuert/regelt das gesamte Brennstoffzellen-Kogenerationssystem und die Steuereinheit 66 ist mit der elektrischen Geräteeinheit 58, dem Dreiwegeventil 46 und einem Temperatursensor 68 verbunden. Der Temperatursensor 68 erfasst die Innentemperatur des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems 10, insbesondere die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36.
  • Nachfolgend wird der Betrieb dieses Brennstoffzellen-Kogenerationssystems 10 in Bezug auf ein Verfahren für den Startbetrieb des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems 10 (Hochfahr-Verfahren) sowie ein Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems 10 (Betriebsverfahren) in Bezug auf ein in 2 gezeigtes Flussdiagramm beschrieben.
  • Zuerst wird in Schritt S1 bestimmt, ob der Betrieb des Brennstoffzellenmoduls 12 gestartet worden ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Brennstoffzellenmoduls 12 gestartet worden ist (JA in Schritt S1), geht die Routine zu Schritt S2 weiter, um zu bestimmen, ob die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 eine vorbestimmte Temperatur T°C (z. B. 5°C) oder weniger ist.
  • Wenn bestimmt wird, dass die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 die vorbestimmte Temperatur T°C oder weniger ist (JA in Schritt S2), geht die Routine zu Schritt S3 und Schritt S4 weiter. In Schritt S3 wird der Zirkulationswasserheizer 40 eingeschaltet. In Schritt S4 wird das Dreiwegeventil 46 betätigt, um zu erlauben, dass der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 mit dem Bypasskanal 44 verbunden wird (d. h. Öffnen des Bypasskanals 44 zu dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20). Schritt S3 und Schritt S4 können gleichzeitig durchgeführt werden. Alternativ können der Prozess von Schritt S3 und der Prozess von Schritt S4 getauscht werden.
  • Wie in 3 gezeigt, wird die elektrische Geräteeinheit 58 durch elektrischen Strom betrieben, der von der Systemstromversorgung 56 geliefert wird, und die elektrische Geräteeinheit 58 betreibt den Zirkulationswasserheizer 40 an. Elektrischer Strom wird von der elektrischen Geräteeinheit 58 der Steuereinheit 66 zugeführt, und die Steuereinheit 66 betätigt das Dreiwegeventil 46 basierend auf einem Temperatursignal von dem Temperatursensor 68. Somit werden das durch den Zirkulationswasserkanal 18 zirkulierende Wasser und die durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 fließende Luft durch den Zirkulationswasserheizer 40 erhitzt.
  • Nachdem durch Betrieb des Dreiwegeventils 46 die durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 fließende Luft erhitzt ist, fließt die Luft von dem Bypasskanal 44 in die Reformierungswasserkammer 36. Die Luft fließt durch die Reformierungswasserkammer 36, um die Reformierungswasserpumpe 30, den Reformierungswassertank 32 und den Ionentauscher 34 zu heizen, und danach fließt die Luft von dem Bypasskanal 44 durch das Rückschlagventil 48 und kehrt dann zu dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 zurück.
  • Nachdem die Luft zu dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 zurückgekehrt ist, fließt die Luft durch den Luftfilter 50, und der Strömungsratenmesser 52 und die Luftpumpe 54. Dann wird die Luft dem Brennstoffzellenmodul 12 zugeführt und heizt das Brennstoffzellenmodul 12.
  • Unterdessen wird in der elektrischen Geräteeinheit 58 die Außenluft mit niedriger Temperatur, die von der Lufteinlassöffnung 62 durch das Gebläse 60 aufgenommen wird, durch Kühlung der elektrischen Geräteeinheit 58 erhitzt. Die erhitzte Luft von dem elektrische-Geräteeinheit-seitigen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 64 mündet in den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20. Dann wird die Luft dem Brennstoffzellenmodul 12 zugeführt.
  • Wenn, wie in 2 gezeigt, bestimmt wird, dass die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 die vorbestimmte Temperatur T°C überschreitet (NEIN in Schritt S2), geht die Routine zu Schritt S5 und Schritt S6 weiter. In Schritt S5 wird der Zirkulationswasserheizer 40 eingeschaltet. In Schritt 86 wird das Dreiwegeventil 46 betätigt, um den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 vom Bypasskanal 44 zu trennen (d. h. Schließen des Bypasskanals 44 in Bezug auf den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20). Schritt 85 und Schritt S6 können gleichzeitig durchgeführt werden. Alternativ können der Prozess von Schritt 85 und der Prozess von Schritt S6 getauscht werden.
  • Wie in 4 gezeigt, werden das durch den Zirkulationswasserkanal 18 zirkulierende Wasser und die durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 fließende Luft durch den Zirkulationswasserheizer 40 erhitzt. Die erhitzte Luft fließt durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20, und die Luft fließt durch den Luftfilter 50, den Strömungsratenmesser 52 und die Luftpumpe 54. Dann wird die Luft dem Brennstoffzellenmodul 12 zugeführt und erhitzt das Brennstoffzellenmodul 12. Unterdessen wird die Luft durch Kühlung der elektrischen Geräteeinheit 58 erhitzt. Die erhitzte Luft mündet in den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 und wird dann dem Brennstoffzellenmodul 12 zugeführt.
  • Dann geht die Routine zu Schritt S7 weiter. Es wird bestimmt, ob das Brennstoffzellenmodul 12 in einem betriebsbereiten Zustand ist oder nicht, d. h. es wird bestimmt, ob das Brennstoffzellenmodul 12 auf eine gewünschte Stromerzeugung ermöglichende Temperatur erhitzt ist. Wenn bestimmt wird, dass das Brennstoffzellenmodul 12 im betriebsbereiten Zustand ist (JA in Schritt S7), geht die Routine zu Schritt S8 weiter, um den Dauerbetrieb zu starten.
  • Während des Dauerbetriebs des Brennstoffzellenmoduls 12 wird zum Beispiel ein Rohbrennstoff, wie etwa Stadtgas (welches CH4, C2H6, C3H4, C4H10 enthält), dem Brennstoffzellenmodul 12 zugeführt. Durch Betrieb der Reformierungswasserpumpe 30 fließt das Reformierungswasser in dem Reformierungswassertank 32 durch den Ionentauscher 34 und wird von dem Reformierungswasserzirkulationskanal 28 dem Verdampfer 26 zugeführt. Somit erhält man Wasserdampf.
  • In dem Dampfreformer 24 erfolgt eine Dampfreformierung des Mischgases aus dem Wasserdampf und dem Rohbrennstoff. Im Ergebnis wird C2+-Kohlenwasserstoff entfernt (reformiert), und man erhält hauptsächlich Methan enthaltendes reformiertes Gas (Brenngas). Dieses reformierte Gas wird dem Brennstoffzellenstapel 22 zugeführt. Somit wird Methan in reformiertem Gas reformiert, um ein Wasserstoffgas zu erzeugen, und Brenngas, das hauptsächlich dieses Wasserstoffgas enthält, wird der Anode (nicht gezeigt) zugeführt.
  • Unterdessen fließt die dem Brennstoffzellenmodul 12 zugeführte Luft in den Brennstoffzellenstapel 22 und wird der Kathode (nicht gezeigt) zugeführt. Somit wird in dem Brennstoffzellenstapel 22 durch elektrochemische Reaktionen des Brenngases und der Luft elektrischer Strom erzeugt.
  • Dann geht die Routine zu Schritt S9 weiter, um zu bestimmen, ob die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 eine vorbestimmte Temperatur T°C (z. B. 5°C) oder weniger ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 eine vorbestimmte Temperatur T°C oder weniger ist (JA in Schritt S9), geht die Routine zu Schritt S10 und S11 weiter.
  • In Schritt S10 wird der Zirkulationswasserheizer 40 eingeschaltet. In Schritt S11 wird das Dreiwegeventil 46 betätigt, um zu erlauben, dass der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 mit dem Bypasskanal 44 verbunden wird (d. h. Öffnen des Bypasskanals 44 zu dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20). Schritt S10 und Schritt S11 können gleichzeitig durchgeführt werden. Alternativ können der Prozess in Schritt S10 und der Prozess in Schritt S11 getauscht werden.
  • Da, wie in 5 gezeigt, das Brennstoffzellenmodul 12 im Betrieb ist, wird elektrischer Strom von diesem Brennstoffzellenmodul 12 der elektrischen Geräteeinheit 58 zugeführt. Unterdessen wird die elektrische Stromzufuhr von der Systemstromversorgung 56 zu der elektrischen Geräteeinheit 58 gestoppt. Der Zirkulationswasserheizer 40 wird durch elektrischen Strom betrieben, der von der elektrischen Geräteeinheit 58 dem Zirkulationswasserheizer 40 zugeführt wird.
  • Elektrischer Strom wird von der elektrischen Geräteeinheit 58 der Steuereinheit 66 zugeführt. Die Steuereinheit 66 betätigt das Dreiwegeventil 46 basierend auf dem Temperatursignal von dem Temperatursensor 68. Somit werden das durch den Zirkulationswasserkanal 18 zirkulierende Wasser und die durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 fließende Luft durch den Zirkulationswasserheizer 40 erhitzt. Es sollte angemerkt werden, dass das Abgas von dem Brennstoffzellenmodul 12 dem Wärmetauscher 14 zugeführt wird, und das durch den Zirkulationswasserkanal 18 zirkulierende Wasser durch Wärmeaustausch mit der Abwärme vom Abgas erhitzt wird.
  • Die Luft fließt durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 und wird erhitzt. Die erhitzte Luft fließt von dem Bypasskanal 44 durch die Reformierungswasserkammer 36 und erhitzt die Reformierungswasserpumpe 30, den Reformierungswassertank 32 und den Ionentauscher 34. Danach wird die Luft zu dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 zurückgeführt. Diese Luft wird mit Luft vermischt, die durch die elektrische Geräteeinheit 58 hindurch geflossen und erhitzt worden ist. Die gemischte Luft fließt durch den Luftfilter 50, den Strömungsratenmesser 52 und die Luftpumpe 54. Dann wird die Luft dem Brennstoffzellenmodul 12 zugeführt und heizt das Brennstoffzellenmodul 12.
  • Wenn, wie in 2 gezeigt, bestimmt wird, dass die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 die vorbestimmte Temperatur T°C überschreitet (NEIN in Schritt S9), geht die Routine zu Schritt S12 weiter. In Schritt S12 wird bestimmt, ob der Heißwassertank 16 eine vorbestimmte Heißwassermenge speichert oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Heißwassertank 16 die vorbestimmte Heißwassermenge speichert (JA in Schritt S12), geht die Routine zu Schritt S13 und Schritt 514 weiter.
  • In Schritt S13 wird der Zirkulationswasserheizer 40 ausgeschaltet, und in Schritt S14 wird das Dreiwegeventil 36 betätigt, um den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 von dem Bypasskanal 44 zu trennen (d. h. Schließen des Bypasskanals 44 in Bezug auf den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20). Schritt S13 und Schritt S14 können gleichzeitig durchgeführt werden. Alternativ können der Prozess von Schritt S13 und der Prozess von Schritt 14 getauscht werden.
  • Wie in 6 gezeigt, wird elektrischer Strom von dem Brennstoffzellenmodul 12 der elektrischen Geräteeinheit 58 zugeführt, und die erhitzte Luft wird dem Brennstoffzellenmodul 12 nur von dem elektrische-Geräteeinheit-seitigen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 64 zugeführt. Ferner wird das durch den Zirkulationswasserkanal 18 zirkulierende Wasser dem Wärmeaustauschprozess mit dem Wärmetauscher 14 heiß gehalten, und in dem Heißwassertank 16 gespeichert.
  • Wenn, wie in 2 gezeigt, bestimmt wird, dass der Heißwassertank 16 nicht die vorbestimmte Heißwassermenge speichert (NEIN in Schritt S11), geht die Routine zu Schritt S15 und Schritt S16 weiter. In Schritt S15 wird der Zirkulationswasserheizer 40 eingeschaltet, und in Schritt S16 wird, wie im Falle von Schritt S14, das Dreiwegeventil 46 betätigt, um den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 von dem Bypasskanal 44 zu trennen (Schließen des Bypasskanals 44 in Bezug auf den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20). Schritt S15 und Schritt S16 können gleichzeitig durchgeführt werden. Alternativ kann der Prozess von Schritt S15 und der Prozess von Schritt S16 getauscht werden.
  • Wie in 7 gezeigt, wird elektrischer Strom von dem Brennstoffzellenmodul 12 zur elektrischen Geräteeinheit 58 zugeführt, und wird der Zirkulationswasserheizer 40 durch elektrischen Strom betrieben, der von der elektrischen Geräteeinheit 58 dem Zirkulationswasserheizer 40 zugeführt wird. Somit werden die vom Zirkulationswasserheizer 40 erhitzte Luft und die von der elektrischen Geräteeinheit 58 erhitzte Luft dem Brennstoffzellenmodul 12 zugeführt. In dem Zirkulationswasserkanal 18 wird das Wasser durch den Zirkulationswasserheizer 40 erhitzt und wird das Wasser durch den Wärmetauscher 14 erhitzt.
  • Ferner geht die Routine zu Schritt S17 weiter, um zu bestimmen, ob der Betrieb des Brennstoffzellenmoduls 12 beendet werden wird oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Brennstoffzellenmoduls 12 beendet werden wird (JA in Schritt S17), wird die Betriebssteuerung des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems 10 beendet.
  • In der Ausführung ist, wie in 1 gezeigt, in dem Brennstoffzellen-Kogenerationssystem 10 der Zirkulationswasserheizer 40 an dem Zirkulationswasserkanal 18 vorgesehen, und ein Teil 20a des Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanals 20 ist in dem Zirkulationswasserheizer 40 vorgesehen. Daher erhält die durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 fließende Luft (das sauerstoffhaltige Gas) Wärme von dem Zirkulationswasserheizer 40 und wird somit erhitzt, und mit der erhitzten Luft kann das Brennstoffzellenmodul 12 geheizt werden.
  • Daher wird es möglich, die Zeit, die für den Startbetrieb des Brennstoffzellenmoduls 12 erforderlich ist, geeignet zu reduzieren. Ferner kann die Luft durch den Zirkulationswasserheizer 40 erhitzt werden, der zum Heizen des Zirkulationswassers benutzt wird, und es ist keine gesonderte Heizvorrichtung für das sauerstoffhaltige Gas erforderlich. Somit kann das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem 10 den Stromerzeugungsbetrieb effizient und wirtschaftlich durchführen.
  • Ferner enthält das Brennstoffzellenmodul 12 den Dampfreformer 24, und das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem 10 enthält die Reformierungswasserkammer 36, die den Reformierungswassertank 32 enthält, der das Reformierungswasser speichert, um Wasserdampf zu erzeugen. Ferner enthält der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 den Bypasskanal 44, der von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 in dem Verzweigungspunkt DP abzweigt, der mittwegs in dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 vorgesehen ist, sich durch die Reformierungswasserkammer 36 erstreckt und dann in den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 mündet.
  • In der Struktur wird bei niedriger Temperatur die vom Zirkulationswasserheizer 40 erhitzte Luft dem Bypasskanal 44 zugeführt, der von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 abzweigt, und die Luft fließt durch die Reformierungswasserkammer 36 und wird dann zu dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 rückgeführt. Da die erhitzte Luft durch die Reformierungswasserkammer 36 fließt, kann dementsprechend ein Gefrieren des Reformierungswassers zuverlässig verhindert werden. Ferner sind kein Heizer, Thermostat, etc. erforderlich um ein Gefrieren der Reformierungswasserkammer 36 zu verhindern. Man erreicht eine Größenreduktion der Vorrichtung und es lässt sich leicht eine Kostenreduktion erreichen, um hierdurch das System wirtschaftlich herzustellen.
  • Ferner ist das Dreiwegeventil 46 als Umschaltventil zum Erlauben, dass die Luft dem Bypasskanal 44 zugeführt wird, an dem Verzweigungspunkt DP vorgesehen. Daher wird einfach durch den Umschaltbetrieb des Dreiwegeventils 46 die erhitzte Luft leicht und zuverlässig der Reformierungswasserkammer 36 zugeführt, und es wird möglich, ein Gefrieren des Reformierungswassers so weit wie möglich zu vermeiden.
  • Darüber hinaus enthält das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem 10 die elektrische Geräteeinheit 58 zum Steuern/Regeln des elektrischen Stroms. Die elektrische Geräteeinheit 58 enthält die Lufteinlassöffnung 62 zum Aufnehmen der Außenluft in die elektrische Geräteeinheit 58 sowie den elektrische-Geräteeinheit-seitigen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 64 zum Zuführen der in die elektrische Geräteeinheit 58 aufgenommenen Luft zu dem Brennstoffzellenmodul 12 durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20.
  • In der Struktur kühlt die Luft, die durch die elektrische Geräteeinheit 58 fließt, die elektrische Geräteeinheit 58 und wird wiederum erhitzt. Danach wird die erhitzte Luft dem Brennstoffzellenmodul 12 zugeführt. Da somit keine gesonderte Luftheizvorrichtung erforderlich ist, ist das System wirtschaftlich konstruiert und lässt sich leicht eine Größenreduktion erzielen.
  • Wenn ferner in dem Hochfahr-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wird, dass der Betrieb des Brennstoffzellenmoduls 12 gestartet worden ist, wird bestimmt, ob die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 die vorbestimmte Temperatur T°C ist oder weniger ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 die vorbestimmte Temperatur T°C oder weniger ist, wird der Zirkulationswasserheizer 40 eingeschaltet und wird der Bypasskanal 44 mit dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 verbunden (geöffnet).
  • In der Struktur kann während des Startbetriebs mit niedriger Temperatur die erhitzte Luft durch die Reformierungswasserkammer 36 mit niedriger Temperatur fließen, und es wird möglich, ein Gefrieren des Reformierungswassers zu verhindern. Ferner wird das durch den Zirkulationswasserkanal 18 fließende Wasser durch den Zirkulationswasserheizer erhitzt, und der Heißwassertank 16 kann das heiße Wasser speichern.
  • Ferner wird bei diesem Hochfahr-Verfahren die Luft, die in die elektrische Geräteeinheit 58 zum Steuern vom elektrischen Strom aufgenommen wird, dem Brennstoffzellenmodul 12 durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 zugeführt. Somit ist keine gesonderte Luftheizvorrichtung erforderlich, so dass das System wirtschaftlich konstruiert ist und eine Größenreduktion leicht erreicht wird.
  • Wenn darüber hinaus in dem Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wird, dass das Brennstoffzellenmodul 12 im Dauerbetriebszustand ist, wird bestimmt, ob die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 die vorbestimmte Temperatur T°C oder weniger ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Innentemperatur die vorbestimmte Temperatur T°C oder weniger ist, wird der Zirkulationswasserheizer 40 eingeschaltet und wird der Bypasskanal 44 zu dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 geöffnet (damit verbunden).
  • Somit kann während Betrieb bei niedriger Temperatur die erhitzte Luft durch die Reformierungswasserkammer 36 bei niedriger Temperatur fließen, und es wird möglich, ein Gefrieren des Reformierungswassers zu verhindern. Darüber hinaus wird das durch den Zirkulationswasserkanal 18 fließende Wasser durch den Zirkulationswasserheizer 40 erhitzt, und der Heißwassertank 16 kann das heiße Wasser speichern.
  • Wenn ferner in diesem Betriebsverfahren bestimmt wird, dass die Innentemperatur der Reformierungswasserkammer 36 nicht die vorbestimmte Temperatur T°C oder weniger ist, wird bestimmt, ob der Heißwassertank 16 eine vorbestimmte Heißwassermenge speichert oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Heißwassertank 16 die vorbestimmte Heißwassermenge speichert, wird der Zirkulationswasserheizer 40 ausgeschaltet und wird der Bypasskanal 44 von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 getrennt (in Bezug darauf geschlossen). Somit wird dem Wärmetauscher 14 das von dem Heißwassertank 16 abgegebene Wasser durch die Abwärme erhitzt, die von dem Brennstoffzellenmodul 12 abgegeben wird, und es wird möglich, das heiße Wasser in dem Heißwassertank 16 warm zu halten.
  • Wenn ferner bestimmt wird, dass der Heißwassertank 16 nicht die vorbestimmte Heißwassermenge speichert, wird der Zirkulationswasserheizer 40 eingeschaltet und wird der Bypasskanal 44 von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 getrennt (in Bezug darauf geschlossen). Da somit das durch den Zirkulationswasserkanal 18 zirkulierende Wasser durch den Zirkulationswasserheizer 40 erhitzt wird, kann der Heißwassertank 16 das heiße Wasser speichern.
  • Ferner wird in diesem Betriebsverfahren die Luft, die in die elektrische Geräteeinheit 18 zum Steuern des elektrischen Stroms aufgenommen wird, dem Brennstoffzellenmodul 12 durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 20 zugeführt. Somit ist keine gesonderte Luftheizvorrichtung erforderlich, so dass das System wirtschaftlich konstruiert ist und eine Größenreduktion leicht erreicht wird.
  • Ein Brennstoffzellen-Kogenerationssystem (10) enthält ein Brennstoffzellenmodul (12), einen Wärmetauscher (14), einen Heißwassertank (16), einen Zirkulationswasserkanal (18) sowie einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20). Ein Zirkulationswasserheizer (40) zum Heizen von Wasser ist an dem Zirkulationswasserkanal (18) vorgesehen. Ein Teil (20a) des Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanals (20) ist in dem Zirkulationswasserheizer (40) vorgesehen, um hierdurch zu erlauben, dass durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) fließende Luft durch Wärmeaufnahme von dem Zirkulationswasserheizer (40) erhitzt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2006-179198 [0006]

Claims (9)

  1. Brennstoffzellen-Kogenerationssystem, welches aufweist: ein Brennstoffzellenmodul (12), das konfiguriert ist, um durch elektrochemische Reaktionen eines Brenngases und eines sauerstoffhaltigen Gases elektrischen Strom zu erzeugen; einen Wärmetauscher (14), der konfiguriert ist, um durch Wärmeaustausch mit von dem Brennstoffzellenmodul (12) abgegebener Abwärme Wasser zu erhitzen, um hierdurch heißes Wasser zu erzeugen; einen Heißwassertank (16), der konfiguriert ist, um das Wasser abzugeben und das heiße Wasser zu speichern; einen Zirkulationswasserkanal (18), der konfiguriert ist, um das von dem Heißwassertank (16) abgegebene Wasser zu dem Wärmetauscher (14) zu schicken, und das in dem Wärmetauscher (14) erhaltene heiße Wasser zum Heißwassertank (16) zurückzuführen; und einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20), der konfiguriert ist, um das sauerstoffhaltige Gas dem Brennstoffzellenmodul (12) zuzuführen, wobei das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem ferner einen Zirkulationswasserheizer (40) aufweist, der an dem Zirkulationswasserkanal (18) vorgesehen und konfiguriert ist, um das Wasser zu erhitzen, und wobei ein Teil (20a) des Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanals (20) in dem Zirkulationswasserheizer (40) vorgesehen ist, um hierdurch zu erlauben, dass das durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) fließende sauerstoffhaltige Gas durch Wärmeaufnahme von dem Zirkulationswasserheizer (40) erhitzt wird.
  2. Das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem nach Anspruch 1, wobei das Brennstoffzellenmodul (12) einen Dampfreformer (24) enthält, der konfiguriert ist, um ein Mischgas aus Rohbrennstoff und Wasserdampf zu reformieren, um hierdurch das Brenngas zu erzeugen, und das Brenngas dem Brennstoffzellenmodul (12) zuzuführen, wobei eine Reformierungswasserkammer (36), die einen Reformierungswassertank (32) aufnimmt, vorgesehen ist, wobei der Reformierungswassertank (32) konfiguriert ist, um Reformierungswasser zu speichern, um den Wasserdampf zu erzeugen, und wobei der Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) einen Bypasskanal (44) enthält, der von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) an einem Verzweigungspunkt abzweigt, der mittwegs in dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) vorgesehen ist, sich durch die Reformierungswasserkammer (36) erstreckt und dann in den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) mündet.
  3. Das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem nach Anspruch 2, wobei an dem Verzweigungspunkt ein Umschaltventil (46) vorgesehen ist, das konfiguriert ist, um zu erlauben, dass das sauerstoffhaltige Gas dem Bypasskanal (44) zugeführt wird.
  4. Das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner eine elektrische Geräteeinheit (58) aufweist, die konfiguriert ist, um elektrischen Strom zu steuern/zu regeln, wobei die elektrische Geräteeinheit (58) enthält: eine Lufteinlassöffnung (62), die konfiguriert ist, um Außenluft in die elektrische Geräteeinheit (58) aufzunehmen; und einen elektrische-Geräteeinheit-seitigen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (64), der konfiguriert ist, um die in die elektrische Geräteeinheit (58) aufgenommene Luft dem Brennstoffzellenmodul (12) durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) oder separat von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) zuzuführen.
  5. Verfahren zum Betriebsstart eines Brennstoffzellen-Kogenerationssystems, wobei das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem aufweist: ein Brennstoffzellenmodul (12), das konfiguriert ist, um durch elektrochemische Reaktionen eines Brenngases und eines sauerstoffhaltigen Gases elektrischen Strom zu erzeugen; einen Dampfreformer (24), der konfiguriert ist, um ein Mischgas aus Rohbrennstoff und Wasserdampf zu reformieren, um hierdurch das Brenngas zu erzeugen und das Brenngas dem Brennstoffzellenmodul (12) zuzuführen; eine Reformierungswasserkammer (36), die einen Reformierungswassertank (32) aufnimmt, der konfiguriert ist, um Reformierungswasser zu speichern, um den Wasserdampf zu erzeugen; einen Wärmetauscher (14), der konfiguriert ist, um durch Wärmeaustausch mit vom Brennstoffzellenmodul (12) abgegebener Abwärme Wasser zu erhitzen, um hierdurch heißes Wasser zu erzeugen; einen Heißwassertank (16), der konfiguriert ist, um das Wasser abzugeben und das heiße Wasser zu speichern; einen Zirkulationswasserkanal (18), der konfiguriert ist, um das von dem Heißwassertank (16) abgegebene Wasser zu dem Wärmetauscher (14) zu schicken und das in dem Wärmetauscher (14) erhaltene heiße Wasser zum Heißwassertank (16) zurückzuführen; einen Zirkulationswasserheizer (40), der an dem Zirkulationswasserkanal (18) vorgesehen und konfiguriert ist, um das Wasser zu heizen; einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20), der konfiguriert ist, um das sauerstoffhaltige Gas dem Brennstoffzellenmodul (12) zuzuführen; und einen Bypasskanal (44), der von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) abzweigt, sich durch die Reformierungswasserkammer (36) erstreckt und dann in den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) mündet, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen, ob der Betrieb des Brennstoffzellenmoduls (12) gestartet worden ist oder nicht; wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Brennstoffzellenmoduls (12) gestartet worden ist, Bestimmen, ob eine Temperatur der Reformierungswasserkammer (36) eine vorbestimmte Temperatur oder weniger ist oder nicht; wenn bestimmt wird, dass die Temperatur der Reformierungswasserkammer (36) die vorbestimmte Temperatur oder weniger ist, Einschalten des Zirkulationswasserheizers (40) und Öffnen des Bypasskanals (44) zu dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20); und wenn bestimmt wird, dass die Temperatur der Reformierungswasserkammer (36) nicht die vorbestimmte Temperatur oder weniger ist, Einschalten des Zirkulationswasserheizers (40) und Schließen des Bypasskanals (44) in Bezug auf den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20).
  6. Das Verfahren zum Betriebsstart des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems nach Anspruch 5, wobei Luft, die in eine zur Steuerung/Regelung von elektrischem Strom konfigurierte elektrische Geräteeinheit (58) aufgenommen wird, dem Brennstoffzellenmodul (12) durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) zugeführt wird oder dem Brennstoffzellenmodul (12) separat von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) zugeführt wird.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Kogenerationssystems, wobei das Brennstoffzellen-Kogenerationssystem aufweist: ein Brennstoffzellenmodul (12), das konfiguriert ist, um durch elektrochemische Reaktionen eines Brenngases und eines sauerstoffhaltigen Gases elektrischen Strom zu erzeugen; einen Dampfreformer (24), der konfiguriert ist, um ein Mischgas aus Rohbrennstoff und Wasserdampf zu reformieren, um hierdurch das Brenngas zu erzeugen und das Brenngas dem Brennstoffzellenmodul (12) zuzuführen; eine Reformierungswasserkammer (36), die einen Reformierungswassertank (32) aufnimmt, der konfiguriert ist, um Reformierungswasser zu speichern, um den Wasserdampf zu erzeugen; einen Wärmetauscher (14), der konfiguriert ist, um durch Wärmeaustausch mit vom Brennstoffzellenmodul (12) abgegebener Abwärme Wasser zu erhitzen, um hierdurch heißes Wasser zu erzeugen; einen Heißwassertank (16), der konfiguriert ist, um das Wasser abzugeben und das heiße Wasser zu speichern; einen Zirkulationswasserkanal (18), der konfiguriert ist, um das von dem Heißwassertank (16) abgegebene Wasser zu dem Wärmetauscher (14) zu schicken und das in dem Wärmetauscher (14) erhaltene heiße Wasser zum Heißwassertank (16) zurückzuführen; einen Zirkulationswasserheizer (40), der an dem Zirkulationswasserkanal (18) vorgesehen und konfiguriert ist, um das Wasser zu heizen; einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20), der konfiguriert ist, um das sauerstoffhaltige Gas dem Brennstoffzellenmodul (12) zuzuführen; und einen Bypasskanal (44), der von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) abzweigt, sich durch die Reformierungswasserkammer (36) erstreckt und dann in den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) mündet, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen, ob das Brennstoffzellenmodul (12) in einem Dauerbetriebszustand ist; wenn bestimmt wird, dass das Brennstoffzellenmodul (12) in dem Dauerbetriebszustand ist, Bestimmen, ob eine Temperatur der Reformierungswasserkammer (36) eine vorbestimmte Temperatur oder weniger ist oder nicht; und wenn bestimmt wird, dass die Temperatur der Reformierungswasserkammer (36) die vorbestimmte Temperatur oder weniger ist, Einschalten des Zirkulationswasserheizers (40) und Öffnen des Bypasskanals (44) zu dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20).
  8. Das Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems nach Anspruch 7, das ferner die Schritte aufweist: wenn bestimmt wird, dass die Temperatur der Reformierungswasserkammer (36) nicht die vorbestimmte Temperatur oder weniger ist, Bestimmen, ob der Heißwassertank (16) eine vorbestimmte Heißwassermenge speichert oder nicht; wenn bestimmt wird, dass der Heißwassertank (16) die vorbestimmte Heißwassermenge speichert, Ausschalten des Zirkulationswasserheizers (60) und Schließen des Bypasskanals (44) in Bezug auf den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20); und wenn bestimmt wird, dass der Heißwassertank (16) nicht die vorbestimmte Heißwassermenge speichert, Einschalten des Zirkulationswasserheizers (40) und Schließen des Bypasskanals (44) in Bezug auf den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20).
  9. Das Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellen-Kogenerationssystems nach Anspruch 8, wobei Luft, die in eine zur Steuerung/Regelung von elektrischem Strom konfigurierte elektrische Geräteeinheit (58) aufgenommen wird, dem Brennstoffzellenmodul (12) durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) zugeführt wird oder dem Brennstoffzellenmodul (12) separat von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal (20) zugeführt wird.
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