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TECHNISCHES GEBIET:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellenstartverfahren
und ein Brennstoffzellensystem, das das Startverfahren verwendet.
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STAND DER TECHNIK:
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Eine
Brennstoffzelle erzeugt elektrische Energie durch eine chemische
Reaktion von Wasserstoff enthaltendem Brenngas und Oxidationsgas,
die entsprechend zu einem Brennstoffpol und einem Oxidationspol
von dieser zugeführt werden. Das Brenngas kann durch ein
Reformieren von Reformierungsbrennstoff durch die Verwendung eines
Reformierungskatalysators erhalten werden, wobei die Temperatur
des Reformierungskatalysators auf einer hohen Temperatur gehalten
werden sollte, um das Brenngas stabil zu erhalten. Dazu wird zu
der Zeit eines Startbetriebs der Brennstoffzelle ein Brenner mit Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft versorgt, um einen Reformer zu erwärmen,
und zu der Zeit eines gewöhnlichen Betriebs, in dem die
Brennstoffzelle elektrische Energie erzeugt, wird der Brenner mit
Anodenabgas (d. h. mit Wasserstoff enthaltendem Reformierungsgas,
das an dem Brennstoffpol nicht verbraucht worden ist), das von der
Brennstoffzelle abgegeben wird, und mit Verbrennungsluft versorgt,
um den Reformer zu erwärmen. Um die Brennstoffzelle so
schnell wie möglich in den gewöhnlichen Betrieb
zu bringen, ist es notwendig, eine Startbetriebszeit für
die Brennstoffzelle zu verkürzen und die Brennstoffzelle
stabil zu starten.
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Bis
jetzt sind als ein Brennstoffzellenstartverfahren und ein Brennstoffzellensystem
diejenigen bekannt, die im Patentdokument 1 und Patentdokument 2
beschrieben sind. Das Brennstoffzellenstartverfahren und das Brennstoffzellensystem,
die in Patentdokument 1 beschrieben sind, haben den Aufbau, dass in
einer ersten Betriebsstufe ein Brenner mit einem Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft gezündet wird, die zu diesem zugeführt
werden, und dass in einer zweiten Betriebsstufe der Verbrennungsbrennstoff,
der zu dem Brenner zugeführt wird, allmählich
verringert wird, während ein zu einem Reformer zugeführter
Reformierungsbrennstoff allmählich erhöht wird,
um von dem Reformer gefördertes Erzeugungsgas zu dem Brenner
zu führen. In dem Brennstoffzellenstartverfahren und dem
Brennstoffzellensystem, da das von dem Reformer geförderte Erzeugungsgas
als Verbrennungsbrennstoff verwendet werden kann, kann es realisiert
werden, die Startbetriebszeit für die Brennstoffzelle zu
verkürzen.
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Des
Weiteren ist das Brennstoffzellenstartverfahren und das Brennstoffzellensystem,
die in Patentdokument 2 beschrieben sind, von dem Aufbau, dass in
einer ersten Betriebsstufe ein Brenner mit Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft gezündet wird, die zu diesem zugeführt
werden, und dass in einer zweiten Betriebsstufe die Zufuhr von Reformierungswasser
auf eine vorbestimmte Strömungsrate erhöht wird,
wenn die Temperatur eines Reformierungskatalysators in einem Reformer
erhöht ist. In dem Brennstoffzellenstartverfahren und dem Brennstoffzellensystem,
da eine Temperaturungleichmäßigkeit unwahrscheinlich über
dem Reformierungskatalysator auftritt, und da das Brenngas leicht
bezüglich einer Qualität stabil wird, kann es realisiert
werden, die Startbetriebszeit für die Brennstoffzelle zu
verkürzen.
- Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte veröffentlichte
Patentanmeldung Nr. 2001-354401 (Seiten 3–4 und 1)
- Patentdokument 2: Japanische
ungeprüfte veröffentlichte Patentanmeldung Nr.
2004-146089 (Seiten 6–8 und 3–4)
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG:
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PROBLEM, DASS DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST
WERDEN SOLL:
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Jedoch
kann es in den Brennstoffzellenstartverfahren und den Brennstoffzellensystemen
des zuvor genannten Stands der Technik passieren, dass das Brennstoffzellensystem
nicht stabil gestartet werden kann, weil dessen Zustand vor dem
Starten nicht berücksichtigt wird. D. h. in diesen Brennstoffzellenstartverfahren
und diesen Brennstoffzellensystemen, in denen die Brennstoffzelle
unmittelbar nach einem Stopp wieder gestartet wird (Heißstarten),
wird ein großes Dampfvolumen unmittelbar nach der Zufuhr von
Reformierungswasser zu dem Reformer erzeugt, weil dieser bei einer
hohen Temperatur verbleibt. Wenn der Dampf zu dem Brenner zurückgeführt
wird, kann er ein Erlöschen des Brenners verursachen. Des
Weiteren wird in diesen Brennstoffzellenstartverfahren und diesen
Brennstoffzellensystemen dieselbe Reihenfolge verwendet, egal ob
es sich um ein gewöhnliches Starten (Kaltstarten) oder
ein wieder starten unmittelbar nach einem Stopp (Heißstarten)
der Brennstoffzelle handelt. Dies engt den Bereich eines tolerierbaren
Luftverhältnisses zum Erhalten der Verbrennung ein, so
dass die Brennstoffzellenstartverfahren und die Brennstoffzellensysteme
eine geringe Robustheit aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der
Probleme des vorstehend genannten Stands der Technik gemacht, und
es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellenstartverfahren
und ein Brennstoffzellensystem vorzusehen, die stabil gestartet
werden können.
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MAßNAHMEN ZUR LÖSUNG
DES PROBLEMS:
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Um
die vorstehend genannten Probleme zu lösen, liegt das Merkmal
eines Brennstoffzellenstartverfahrens gemäß Anspruch
1 darin, dass in einem Startverfahren für eine Brennstoffzelle,
die mit einem Reformer zum Erzeugen von Wasserstoff enthaltendem
Brenngas aus Reformierungsbrennstoff und Reformierungswasser, einem
Brenner zum Erwärmen des Reformers und einer Brennstoffzelle
zum Erzeugen von elektrischer Energie von dem Brenngas und einem
Oxidationsgas versehen ist, eine erste Betriebsstufe, bei der der
Brenner mit Verbrennungsbrennstoff und Verbrennungsluft gezündet
wird, die zu diesem zugeführt werden, und eine zweite Betriebsstufe
hat, bei der der Verbrennungsbrennstoff und die Verbrennungsluft
zu dem Brenner kontinuierlich zugeführt werden und das
Reformierungswasser zu dem Reformer zugeführt wird, wobei
in der zweiten Betriebsstufe von dem Reformer abgeführtes Gas
zu dem Brenner geführt wird, wobei die zweite Betriebsstufe
eine Kaltstartroutine für den Fall hat, dass die Temperatur
des Brenners vor einer Zündung gleich oder niedriger als
eine vorbestimmte Temperatur ist, und eine Heißstartroutine
zum Zuführen des Verbrennungsbrennstoffs und der Verbrennungsluft, um
das Luftverhältnis in der Heißstartroutine kleiner als
in der Kaltstartroutine zu machen, in dem Fall hat, dass die Temperatur
des Brenners vor einer Zündung höher als die vorbestimmte
Temperatur ist.
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Das
Merkmal des Brennstoffzellenstartverfahrens gemäß Anspruch
2 liegt darin, dass in Anspruch 1 die Zufuhr des Verbrennungsbrennstoffs
in der Kaltstartroutine im Vergleich zu der ersten Betriebsstufe
verringert wird, während die Zufuhr der Verbrennungsluft
in der Kaltstartroutine im Vergleich zu dem ersten Betriebsstufe
erhöht wird.
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Das
Merkmal des Brennstoffzellenstartverfahrens gemäß Anspruch
3 liegt darin, dass in Anspruch 1 oder 2 der Reformer in der zweiten
Betriebsstufe mit dem Reformierungswasser versorgt wird, ohne mit
dem Reformierungsbrennstoff versorgt zu werden.
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Das
Merkmal des Brennstoffzellenstartverfahrens gemäß Anspruch
4 liegt darin, dass in einem der Ansprüche 1 bis 3 die
Zufuhr des Verbrennungsbrennstoffs in der Heißstartroutine
bei einer vorbestimmten Strömungsrate gehalten wird.
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Das
Merkmal eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch
5 liegt darin, dass in einem Brennstoffzellensystem, das einen Reformer
zum Erzeugen von Wasserstoff enthaltendem Brenngas von einem Reformierungsbrennstoff
und Reformierungswasser, einen Brenner zum Erwärmen des
Reformers, eine Brennstoffzelle zum Erzeugen von elektrischer Energie
von dem Brenngas und einem Oxidationsgas, und eine Steuerungseinrichtung
aufweist, die eine erste Betriebsstufe, bei der der Brenner mit Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft gezündet wird, die zu diesem zugeführt
werden, und eine zweite Betriebsstufe des kontinuierlichen Zuführens
des Verbrennungsbrennstoffs und der Verbrennungsluft zu dem Brenner
und des Zuführens des Reformierungswassers zu dem Reformer
hat, und zum Führen des von dem Reformer abgeführten
Gases zu dem Brenner in der zweiten Betriebsstufe, die Steuerungseinrichtung
in der zweiten Betriebsstufe eine Kaltstartroutine in dem Fall ausführt,
dass die Temperatur des Brenners vor einer Zündung gleich oder
niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, und eine Heißstartroutine
zum Zuführen des Verbrennungsbrennstoffs und der Verbrennungsluft,
um das Luftverhältnis in der Heißstartroutine
kleiner als das in der Kaltstartroutine zu machen, in dem Fall ausführt,
dass die Temperatur des Brenners vor einer Zündung höher
als die vorbestimmte Temperatur ist.
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Das
Merkmal des Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch
6 liegt darin, dass in Anspruch 5 die Zufuhr des Verbrennungsbrennstoffs
in der Kaltstartroutine im Vergleich zu der ersten Betriebsstufe
verringert ist, während die Zufuhr der Verbrennungsluft in
der Kaltstartroutine im Vergleich zu der ersten Betriebsstufe erhöht
ist.
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Das
Merkmal des Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch
7 liegt darin, dass in Anspruch 5 oder 6 der Reformer in der zweiten
Betriebsstufe mit dem Reformierungswasser versorgt wird, ohne mit dem
Reformierungsbrennstoff versorgt zu werden.
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Das
Merkmal des Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch
8 liegt darin, dass in einem der Ansprüche 5 bis 7 die
Zufuhr des Verbrennungsbrennstoffs in der Heißstartroutine
bei einer vorbestimmten Strömungsrate gehalten wird.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG:
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In
dem Brennstoffzellenstartverfahren gemäß Anspruch
1 wird, nachdem der Brenner mit Verbrennungsbrennstoff und Verbrennungsluft,
die zu diesem zugeführt werden, in der ersten Betriebsstufe gezündet
wird, das Zufuhrverhältnis zwischen Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft in der zweiten Betriebsstufe in Abhängigkeit
von der Temperatur des Brenners vor der Zündung geändert.
Das heißt, wo die Temperatur des Brenners vor der Zündung
höher als die vorbestimmte Temperatur ist, werden Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft in der Heißstartroutine zugeführt,
um das Luftverhältnis kleiner als in der Kaltstartroutine
zu machen. Somit ist dort, wo die Brennstoffzelle unmittelbar nach
einem Stopp wieder gestartet wird, ausreichend Verbrennungsbrennstoff
in der Heißstartroutine zugeführt worden, und
somit erlischt der Brenner kaum, selbst wenn das Reformierungswasser
in Form von Dampf von dem Reformer gefördert wird, um zu
dem Brenner zurückgeführt zu werden. Weil verschiedene Reihenfolgen
in der Kaltstartroutine und der Heißstartroutine verwendet
werden, ist es des Weiteren möglich, den Bereich eines
tolerierbaren Luftverhältnisses zum Erhalten der Verbrennung
zu verbreitern. Demzufolge ist es in dem Brennstoffzellenstartverfahren
möglich, die Brennstoffzelle stabil zu starten.
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In
dem Brennstoffzellenstartverfahren gemäß Anspruch
2 wird, wo die Temperatur des Brenners vor einer Zündung
gleich oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, eine
Verbrennungsluft, die ausreichend ist, damit der Verbrennungsbrennstoff
verbrennt, in der Kaltstartroutine zugeführt, um die Zufuhr
von Verbrennungsbrennstoff zu verringern und die Zufuhr von Verbrennungsluft
zu erhöhen. Somit kann es realisiert werden, dass CO und
NOx in einem Verbrennungsabgas verringert werden.
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In
dem Brennstoffzellenstartverfahren gemäß Anspruch
3 kann es, da in der zweiten Betriebsstufe der Reformer mit Reformierungswasser
versorgt wird, ohne mit Reformierungsbrennstoff versorgt zu werden,
realisiert werden, dass verhindert wird, dass Kohlenstoff an dem
Katalysator in dem Reformer anhaftet.
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In
dem Brennstoffzellenstartverfahren gemäß Anspruch
4 kann, da die Zufuhr von Verbrennungsbrennstoff in der Heißstartroutine
bei der vorbestimmten Strömungsrate gehalten wird, ausreichend
Verbrennungsbrennstoff zugeführt werden, um zu verhindern,
dass der Brenner erlöscht.
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In
dem Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 5 wird,
nachdem der Brenner mit Verbrennungsbrennstoff und Verbrennungsluft,
die zu diesem zugeführt werden, in der ersten Betriebsstufe gezündet
wird, das Zufuhrverhältnis zwischen Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft in der zweiten Betriebsstufe in Abhängigkeit
von der Temperatur des Brenners vor der Zündung geändert.
Das heißt, wo die Temperatur des Brenners vor der Zündung
höher als die vorbestimmte Temperatur ist, werden Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft in der Heißstartroutine zugeführt,
um das Luftverhältnis kleiner als in der Kaltstartroutine
zu machen. Somit ist dort, wo die Brennstoffzelle unmittelbar nach
einem Stopp wieder gestartet wird, ausreichend Verbrennungsbrennstoff
in der Heißstartroutine zugeführt worden, und
somit erlöscht der Brenner kaum, selbst wenn das Reformierungswasser
in der Form von Dampf von dem Reformer geleitet wird, um zu dem
Brenner zurück geführt zu werden. Des Weiteren
ist es möglich, weil verschiedene Reihenfolgen in der Kaltstartroutine
und der Heißstartroutine verwendet werden, den Bereich
eines tolerierbaren Luftverhältnisses zum Erhalten der
Verbrennung breit zu machen. Demzufolge ist es in dem Brennstoffzellensystem
möglich, die Brennstoffzelle stabil zu starten.
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In
dem Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 6 wird,
wo die Temperatur des Brenners vor einer Zündung gleich
oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, Verbrennungsluft,
die ausreichend ist, damit der Verbrennungsbrennstoff verbrennt,
in der Kaltstartroutine zugeführt, um die Zufuhr von Verbrennungsbrennstoff
zu verringern und die Zufuhr von Verbrennungsluft zu erhöhen.
Somit kann es realisiert werden, dass CO und NOx in einem Verbrennungsabgas
verringert werden.
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In
dem Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 7 kann
es, da in der zweiten Betriebsstufe der Reformer mit Reformierungswasser
versorgt wird, ohne mit Reformierungsbrennstoff versorgt zu werden,
realisiert werden, dass verhindert wird, dass Kohlenstoff an dem
Katalysator in dem Reformer anhaftet.
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In
dem Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 8 kann,
da die Zufuhr von Verbrennungsbrennstoff in der Heißstartroutine
bei der vorbestimmten Strömungsrate gehalten wird, ausreichend Verbrennungsbrennstoff
zugeführt werden, um zu verhindern, dass der Brenner erlöscht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
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1 bezieht
sich auf ein Brennstoffzellenstartverfahren und ein Brennstoffzellensystem
in einer Ausführungsform und ist eine schematische Ansicht
des Brennstoffzellensystems.
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2 bezieht
sich auf das Brennstoffzellenstartverfahren und das Brennstoffzellensystem
in der Ausführungsform und ist ein Flussdiagramm eines Startbetriebsprogramms.
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3 bezieht
sich auf das Brennstoffzellenstartverfahren und das Brennstoffzellensystem
in der Ausführungsform und ist ein Zeitdiagramm in dem Fall,
dass der Startbetrieb ein Heißstarten ist.
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4 bezieht
sich auf das Brennstoffzellenstartverfahren und das Brennstoffzellensystem
in der Ausführungsform und ist ein Zeitdiagramm in dem Fall,
dass der Startbetrieb ein Kaltstarten ist.
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- 10
- Reformer;
- 20
- Brenner;
- 30
- Brennstoffzelle;
- S4,
S5
- erste
Betriebsstufe;
- S6
bis S12
- zweite
Betriebsstufe;
- S7,
S9, S10, S11, S12
- Heißstartroutine;
- S8,
S9, S10, S11, S12
- Kaltstartroutine.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM ZUM
AUSFÜHREN DER ERFINDUNG:
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform, die ein Brennstoffzellenstartverfahren
und ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung konkretisiert, mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Für das Brennstoffzellenstartverfahren und das Brennstoffzellensystem
wird ein Brennstoffzellensystem verwendet, das in 1 gezeigt
ist. Das Brennstoffzellensystem ist mit einem Reformer 10 zum
Erzeugen von Wasserstoff enthaltendem Reformierungsgas als ein Brenngas
von einem Reformierungsbrennstoff und einem Reformierungswasser,
einem Brenner 20 zum Erwärmen des Reformers 10,
einer Brennstoffzelle 30 zum Erzeugen von elektrischer
Energie von dem Reformierungsgas und Luft als Oxidationsgas, und
einer Steuerungseinrichtung 1 zum Steuern des Brennstoffzellensystems
versehen.
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Der
Reformer 10 besteht aus einem Reformierungsabschnitt 11,
einem Verdampferabschnitt 12, einem katalytischen Kohlenoxid-Konvertierungsabschnitt
(nachstehend als "CO-Konvertierungsabschnitt" bezeichnet) 13 und
einem Kohlenoxid-Selektivoxidationsabschnitt (nachstehend als "CO-Selektivoxidationsabschnitt"
bezeichnet) 14.
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Der
Reformierungsabschnitt 11 erzeugt Reformierungsgas aus
einem Gasgemisch aus Brennstoff und Dampf, die von der Außenseite
zugeführt werden, und gibt das Reformierungsgas ab. Als
der Brennstoff kann Erdgas, LPG, Kerosin, Benzin, Methanol oder
dgl. verwendet werden. Die vorliegende Ausführungsform
wird nachstehend in der Form beschrieben, die Erdgas verwendet.
Der Reformierungsabschnitt 11 ist mit einem Katalysator
gefüllt (bspw. Ru- oder Ni-Basiskatalysator) und ein Gemisch
aus Reformierungsbrennstoff, der von einem Brennstoffzufuhrrohr 41 zugeführt
wird, und von einem Dampfzufuhrrohr 52 zugeführter
Dampf reagiert durch den Katalysator und wird reformiert, um Wasserstoffgas
und Kohlenoxidgas zu erzeugen (eine sog. Dampf-Reformierreaktion).
Gleichzeitig findet eine sog. katalytische Kohlenoxidkonvertierung
statt, in der das Kohlenoxid, das durch die Dampf-Reformierungsreaktion
erzeugt wird, und der Dampf reagieren, um zu Wasserstoffgas und
Kohlendioxid zu werden. Diese erzeugten Gase (zusammengefasst sog.
"Reformierungsgas") werden zu dem CO-Konvertierungsabschnitt 13 geführt.
Die Dampf-Reformierungsreaktion ist eine endotherme Reaktion, wohingegen
die katalytische Kohlenoxidkonvertierung eine exotherme Reaktion
ist. Des Weiteren ist der Reformierungsabschnitt 11 mit
einem Temperatursensor 11a an einer Innenfläche
einer Innenwand versehen, auf die aus dem Brenner 20 ausgeblasenes
Verbrennungsgas direkt auftritt. Durch diesen Temperatursensor 11a ist
es möglich, die Brenntemperatur des Brenners 20 zu
erfassen, d. h. die Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11. Das
Erfassungsergebnis des Temperatursensors 11a wird zu der
Steuerungseinrichtung 1 übertragen.
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Der
Reformierungsabschnitt 11 ist mit dem Brennstoffzufuhrrohr 41 verbunden,
das mit einer Brennstoffzufuhrquelle Sf (bspw. einem Stadtgasrohr) verbunden
ist, und wird mit Reformierungsbrennstoff von der Brennstoffzufuhrquelle
Sf versorgt. Das Brennstoffzufuhrrohr 41 ist mit einem
ersten Brennstoffventil 42, einer Reformierungsbrennstoffpumpe 43,
einem Entschwefeler 44 und einem zweiten Brennstoffventil 45 in
Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite versehen. Das
erste und zweite Brennstoffventil 42, 45 sprechen
auf Befehle von der Steuerungseinrichtung 1 an, um das
Brennstoffzufuhrrohr 41 zu öffnen oder zu schließen.
Die Reformierungsbrennstoffpumpe 43 saugt Reformierungsbrennstoff
an, der von der Brennstoffzufuhrquelle Sf zugeführt wird,
um den Reformierungsbrennstoff zu dem Reformierungsabschnitt 11 abzugeben,
und spricht auf einen Befehl von der Steuerungseinrichtung 1 an,
um die Zufuhrmenge von Reformierungsbrennstoff zu regulieren. Der
Entschwefeler 44 entfernt Schwefelbestandteile (bspw. Schwefelverbindungen)
in dem Reformierungsbrennstoff. Somit wird der Reformierungsbrennstoff
nach einem Entfernen der Schwefelbestandteile von diesem zu dem
Reformierungsabschnitt 11 zugeführt.
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Des
Weiteren ist ein mit dem Verdampferabschnitt 12 verbundenes
Dampfzufuhrrohr 52 mit dem Brennstoffzufuhrrohr 41 zwischen
dem zweiten Brennstoffventil 45 und dem Reformierungsabschnitt 11 verbunden.
Der von dem Verdampferabschnitt 12 zugeführte
Dampf wird mit dem Reformierungsbrennstoff gemischt, um zu dem Reformierungsabschnitt 11 zugeführt
zu werden. Der Verdampferabschnitt 12 ist mit einem Speisewasserrohr 51 verbunden,
das mit einer Reformierungswasserzufuhrquelle Sw verbunden ist.
Das Speisewasserrohr 51 ist mit einer Speisewasserpumpe 53 und
einem Wasserventil 54 in Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite
versehen. Die Wasserpumpe 53 saugt von der Reformierungswasserzufuhrquelle
Sw zugeführtes Reformierungswasser an, um das Reformierungswasser
zu dem Verdampferabschnitt 12 abzugeben, und spricht auf
einen Befehl von der Steuerungseinrichtung 1 an, um die
Zufuhrmenge von Reformierungswasser zu regulieren. Das Wasserventil 54 spricht
auf einen Befehl von der Steuerungseinrichtung 1 an, um
das Speisewasserrohr 51 zu öffnen oder zu schließen.
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Der
Verdampferabschnitt 12 erzeugt Dampf durch Erwärmen
und Sieden von Reformierungswasser, um den Dampf zu dem Reformierungsabschnitt 11 zuzuführen.
Der Verdampferabschnitt 12 ist mit dem Speisewasserrohr 51 und
auch mit dem Dampfzufuhrrohr 52 verbunden, und von dem
Speisewasserrohr 51 geleitetes Wasser strömt,
um durch den Verdampferabschnitt 12 hindurch zu gehen,
und wird erwärmt, um zu dem Dampfzufuhrrohr 52 in
der Form von Dampf abgegeben zu werden.
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Der
CO-Konvertierungsabschnitt 13 dient, um das Kohlenoxid
in dem Reformierungsgas zu verringern, das von dem Reformierungsabschnitt 11 zugeführt
wird, d. h. er dient als ein Kohlenoxid-Reduktionsabschnitt. Der
CO-Konvertierungsabschnitt 13 ist mit einem Katalysator
(bspw. einem Cu-Zn-Basiskatalysator) gefüllt, und das von
dem Reformierungsabschnitt 11 abgeführte Reformierungsgas
wird durch den Katalysator hindurch geführt, um zu dem CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 ausgegeben
zu werden. Zu dieser Zeit findet eine sog. katalytische Kohlenoxid-Konvertierung
statt, in der das Kohlenoxid und der Dampf, die in dem Reformierungsgas
enthalten sind, durch den Katalysator reagieren, um in Wasserstoffgas
und Kohlendioxidgas umgewandelt zu werden. Diese katalytische Kohlenoxid-Konvertierung
ist eine exotherme Reaktion.
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Der
CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 dient dazu, das Kohlenoxid
in dem von dem CO-Konvertierungsabschnitt 13 zugeführten
Reformierungsgas weiter zu verringern, um das Reformierungsgas zu der
Brennstoffzelle 30 zuzuführen, d. h. er dient
als ein Kohlenoxid-Verringerungsabschnitt. Der CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 ist
mit einem Katalysator (bspw. Ru- oder Pt-Basiskatalysator) gefüllt.
Des Weiteren ist der CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 mit
einem Reformierungsgaszufuhrrohr 71 verbunden, und das
von dem CO-Konvertierungsabschnitt 13 zugeführte
Reformierungsgas strömt, um durch den CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 hindurch
zu gehen, und wird durch das Reformierungsgaszufuhrrohr 71 abgegeben.
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Des
Weiteren wird Oxidationsluft mit dem Reformierungsgas gemischt,
das zu dem CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 zugeführt
wird. Im Speziellen ist der CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 mit
einem Oxidationsluftzufuhrrohr 61 verbunden, das mit der
Luftzufuhrquelle Sa verbunden ist, und wird mit Oxidationsluft von
der Luftzufuhrquelle Sa (bspw. der Atmosphäre) versorgt.
Das Oxidationsluftzufuhrrohr 61 ist mit einem Filter 62,
einer Luftpumpe 63 und einem Luftventil 64 in
Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite versehen. Der
Filter 62 filtert Luft. Die Luftpumpe 63 saugt
von der Luftzufuhrquelle Sa zugeführte Luft an, um die
Luft zu dem CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 abzugeben,
und spricht auf einen Befehl von der Steuerungseinrichtung 1 an,
um die Luftzufuhrmenge zu regulieren. Das Luftventil 64 spricht
auf einen Befehl von der Steuerungseinrichtung 1 an, um
das Oxidationsluftzufuhrrohr 61 zu öffnen oder
zu schließen. Somit wird die Oxidationsluft mit dem Reformierungsgas
von dem CO-Konvertierungsabschnitt 13 gemischt, um zu dem
CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 zugeführt zu
werden.
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Demzufolge
reagiert das Kohlenoxid in dem Reformierungsgas, das zu dem CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 zugeführt
wird, mit Sauerstoff in der Oxidationsluft, um Kohlendioxid zu werden.
Diese Reaktion ist eine exotherme Reaktion und wird durch den Katalysator
gefördert. Somit wird durch die Oxidationsreaktion die
Dichte von Kohlenmonoxid in dem Reformierungsgas weiter verringert
(geringer als 10 ppm) und das Reformierungsgas wird zu einem Brennstoffpol 31 der
Brennstoffzelle 30 zugeführt.
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Der
Brenner 20 wird mit brennbarem Gas (Verbrennungsbrennstoff,
Reformierungsgas und Anodenabgas) versorgt und erwärmt
den Reformierungsabschnitt 11 durch Verbrennen des brennbaren Gases.
Das Verbrennungsabgas wird durch ein Abgasrohr 81 ausgestoßen.
Der Brenner 20 ist mit einem Verbrennungsbrennstoffzufuhrrohr 47 verbunden,
das von dem Brennstoffzufuhrrohr 41 an der stromaufwärtigen
Seite der Reformierungsbrennstoffpumpe 43 abzweigt, und
wird mit Verbrennungsbrennstoff versorgt. Das Verbrennungsbrennstoffzufuhrrohr 47 ist
mit einer Verbrennungsbrennstoffpumpe 48 versehen. Die
Verbrennungsbrennstoffpumpe 48 ist eine Pumpe der Membranbauart
und saugt von der Brennstoffzufuhrquelle Sf zugeführten
Verbrennungsbrennstoff an, um den Verbrennungsbrennstoff zu dem
Brenner 20 abzugeben. Die Verbrennungsbrennstoffpumpe 48 spricht
auf einen Befehl von der Steuerungseinrichtung 1 an, um
die Zufuhrmenge von Verbrennungsbrennstoff zu regulieren.
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Des
Weiteren ist der Brenner 20 mit einem Verbrennungsluftzufuhrrohr 65 verbunden,
das von dem Oxidationsluftzufuhrrohr 61 an der stromaufwärtigen
Seite der Luftpumpe abzweigt, und wird mit Verbrennungsluft zum
Verbrennen eines Verbrennungsbrennstoffs, eines Reformierungsgases
oder eines Anodenabgases versorgt. Das Verbrennungsluftzufuhrrohr 65 ist
mit einer Verbrennungsluftpumpe 66 versehen. Die Verbrennungsluftpumpe 66 saugt
von der Luftzufuhrquelle Sa zugeführte Verbrennungsluft an,
um die Luft zu dem Brenner 20 abzugeben, und spricht auf
einen Befehl von der Steuerungseinrichtung 1 an, um die
Zufuhrmenge von Verbrennungsluft zu regulieren. Wenn der Brenner 20 in
Erwiderung auf einen Befehl von der Steuerungseinrichtung 1 gezündet
wird, wird der Verbrennungsbrennstoff, das Reformierungsgas oder
das Anodenabgas, das zu dem Brenner zugeführt wird, verbrannt,
um ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur zu erzeugen.
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Zellen,
die jeweils einen Brennstoffpol 31 und einen Oxidationspol 32 haben,
sind durch eine Vielzahl von Lagen in der Brennstoffzelle 30 gestapelt.
Der Brennstoffpol 31 der Brennstoffzelle 30 ist an
seinem Einlassanschluss durch das Reformierungsgaszufuhrrohr 71 mit
dem CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 verbunden, und Reformierungsgas wird
zu dem Brennstoffpol 31 zugeführt. Der Brennstoffpol 31 der
Brennstoffzelle 30 ist an seinem Auslassanschluss durch
ein Abgaszufuhrrohr 72 mit dem Brenner 20 verbunden,
um von der Brennstoffzelle 30 abgegebenes Anodenabgas von
dem Brenner 20 zuzuführen. Ein Umgehungsrohr 73 umgeht
die Brennstoffzelle 30, um eine direkte Verbindung zwischen
dem Reformierungsgaszufuhrrohr 71 und dem Abgaszufuhrrohr 72 herzustellen.
Das Reformierungsgaszufuhrrohr 71 ist mit einem ersten
Reformierungsgasventil 74 zwischen einem Abzweigpunkt zu
dem Umgehungsrohr 73 und der Brennstoffzelle 30 versehen.
Das Abgaszufuhrrohr 72 ist an sich mit einem Abgasventil 75 zwischen
einem Zusammenlaufpunkt mit dem Umgehungsrohr 73 und der
Brennstoffzelle 30 verbunden. Das Umgehungsrohr 73 ist mit
einem zweiten Reformierungsgasventil 76 versehen.
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Das
erste und zweite Reformierungsgasventil 74, 76 und
das Abgasventil 75 sind betreibbar, um jeweilige Rohre
zu öffnen oder zu schließen, und sind durch die
Steuerungseinrichtung 1 steuerbar.
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Des
Weiteren ist der Oxidationspol 32 der Brennstoffzelle 30 an
seinem Einlassanschluss mit einem Ende eines Kathodenluftzufuhrrohrs 67 verbunden,
das von dem Verbrennungsluftzufuhrrohr 65 an der stromaufwärtigen
Seite der Luftpumpe 66 abzweigt, und Kathodenluft als ein
Oxidationsgas wird in den Oxidationspol 32 zugeführt.
Das Kathodenluftzufuhrrohr 67 ist mit einer Kathodenluftpumpe 68 und einem
Kathodenluftventil 69 in Reihenfolge von der stromaufwärtigen
Seite versehen. Die Kathodenluftpumpe 68 saugt von der
Luftzufuhrquelle Sa zugeführte Kathodenluft an, um die
Luft zu dem Oxidationspol 32 der Brennstoffzelle 30 abzugeben,
und spricht auf einen Befehl der Steuerungseinrichtung 1 an,
um die Zufuhrmenge von Kathodenluft zu regulieren. Das Kathodenluftventil 69 arbeitet,
um das das Kathodenluftzufuhrrohr 67 in Erwiderung auf
einen Befehl von der Steuerungseinrichtung 1 zu öffnen oder
zu schließen. Des Weiteren ist der Oxidationspol 32 der
Brennstoffzelle 30 an seinem Auslassanschluss mit einem
Ende eines Abgasrohrs 82 verbunden, das an seinem anderen
Ende zu der Atmosphäre geöffnet ist.
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Die
Steuerungseinrichtung 1 ist mit dem Temperatursensor 11a,
den jeweiligen Pumpen 43, 48, 53, 63, 66, 68,
den jeweiligen Ventilen 42, 45, 54, 64, 69, 74, 75, 76 und
dem Brenner 20 elektrisch verbunden. Das Brennstoffzellensystem
ist durch die Steuerungseinrichtung 1 steuerbar.
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Der
Betrieb des Brennstoffzellensystems, das wie vorstehend aufgebaut
ist, wird mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben. 2 ist
ein Flussdiagramm eines Startbetriebprogramms. Des Weiteren ist 3 ein
Zeitdiagramm, das die Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11 und die
Zufuhrmengen von Verbrennungsbrennstoff, Verbrennungsluft und Reformierungswasser
in dem Fall zeigt, dass der Startbetrieb ein Heißstarten
ist. Des Weiteren ist 4 ein Zeitdiagramm, das die
Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11 und
die Zufuhrmengen von Verbrennungsbrennstoff, Verbrennungsluft und
Reformierungswasser in dem Fall zeigt, dass der Startbetrieb ein
Kaltstarten ist. Wenn ein Startschalter (nicht gezeigt) zur Zeit
t0 eingeschaltet wird, wie in den 3 und 4 gezeigt ist,
beginnt die Steuerungseinrichtung 1 die Ausführung
des Startbetriebsprogramms, das in 2 gezeigt
ist.
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In
Schritt S1 wird überprüft, ob die Innenwandtemperatur
T des Reformierungsabschnitts 11, d. h. die Temperatur
des Brenners 20 vor einer Zündung, die von dem
Temperatursensor 11a eingegeben wird, höher als
100°C ist. Wenn die Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11 höher als
100°C (JA) ist, wird der Startbetrieb als ein Wiederstarten
unmittelbar nach dem Stopp des Brennstoffzellensystems beurteilt,
d. h. als ein Heißstarten, und dann wird Schritt S2 erreicht.
Des Weiteren, wenn die Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11 gleich
oder geringer als 100°C ist (NEIN), wird der Startbetrieb
als ein gewöhnliches Starten des Brennstoffzellensystems
beurteilt, d. h. als ein Kaltstarten, und dann wird Schritt S3 erreicht.
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Bei
Schritt S2 wird ein Heißstartflag auf EIN (1) geschaltet,
um ein Heißstarten zu merken, und dann wird Schritt S4
erreicht. Bei Schritt S3 wird das Heißstartflag auf AUS
(0) eingestellt, um ein Kaltstarten zu merken, und dann wird Schritt
S4 erreicht. Bei Schritt S4 wird der Brenner 20 gezündet.
Im Speziellen wird die Verbrennungsluftpumpe 66 angetrieben, um
Verbrennungsluft von der Luftzufuhrquelle Sa durch das Verbrennungsluftzufuhrrohr 65 zu
dem Brenner 20 zuzuführen. Des Weiteren wird die
Verbrennungsbrennstoffpumpe 48 angetrieben und das erste
Brennstoffventil 42 wird geöffnet, um Verbrennungsbrennstoff
von der Brennstoffzufuhrquelle Sf durch das Verbrennungsbrennstoffzufuhrrohr 47 zu dem
Brenner 20 zuzuführen, der dann gezündet
wird. Des Weiteren wird das zweite Reformierungsgasventil 76 geöffnet,
um durch das Umgehungsrohr 73 eine direkte Verbindung zwischen
dem Reformierungsgaszufuhrrohr 71 und dem Abgaszufuhrrohr 72 herzustellen.
Wenn der Brenner 20 gezündet wurde, wird Verbrennungsgas
aus dem Brenner 20 herausgeblasen und bewirkt, dass die
Temperatur des Reformierungsabschnitts 11 ansteigt. Das
Verbrennungsgas wird durch das Abgasrohr 81 ausgestoßen.
Dann wird bei Schritt S5 ein Warten fortgeführt, bis die
Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11 über
300°C ansteigt, und Schritt S6 wird erreicht, wenn die
Temperatur T über 300°C ansteigt. Hier bilden
die Schritte S4 und S5 eine erste Betriebsstufe. Diese erste Betriebsstufe
deckt die Dauer von der Zeit t0 bis t1 in 3 und die
Dauer von der Zeit t0 bis t4 in 4 ab.
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In
Schritt S6 wird überprüft, ob der Startbetrieb
das Heißstarten oder das Kaltstarten ist. Falls das Heißstartflag
auf AN (1) ist (JA), wird der Startbetrieb als das Heißstarten
beurteilt, und der Schritt S7 wird dann erreicht. Falls das Heißstartflag
auf AUS (0) ist (NEIN), wird der Startbetrieb als das Kaltstarten
beurteilt, und der Schritt S8 wird dann erreicht.
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In
Schritt S7 wird ein Prozess für den Fall ausgeführt,
dass der Startbetrieb ein Heißstarten ist. D. h., wie als
die Dauer von einer Zeit t1 bis zu einer Zeit t2 in 3 gezeigt
ist, wird die Verbrennungsluftpumpe 66 gesteuert, um die
Zufuhrmenge von Verbrennungsluft allmählich zu erhöhen,
die von der Luftzufuhrquelle Sa durch das Verbrennungsluftzufuhrrohr 65 zu
dem Brenner 20 zugeführt wird. Des Weiteren wird
die Zufuhrmenge von Verbrennungsbrennstoff konstant gehalten, der
von der Brennstoffzufuhrquelle Sf durch das Verbrennungsbrennstoffzufuhrrohr 47 zu
dem Brenner 20 zugeführt wird. Somit wird ausreichend
Verbrennungsbrennstoff zugeführt, damit der Brenner 20 nicht
aufhört zu brennen. In 3 stellen
Symbole GT1, GF1, GA1, GW1 und GR1 die Innenwandtemperatur T des
Reformierungsabschnitts 11, die Zufuhrmenge von Verbrennungsbrennstoff,
die Zufuhrmenge von Verbrennungsluft, die Zufuhrmenge von Reformierungswasser
bzw. die Zufuhrmenge von Reformierungsbrennstoff dar. Schritt S9
folgt der Ausführung von Schritt S7.
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In
Schritt S8 wird ein Prozess für den Fall ausgeführt,
dass der Startbetrieb ein Kaltstarten ist. D. h., wie als die Dauer
von einer Zeit t4 bis zu einer Zeit t5 in 4 gezeigt
ist, wird die Verbrennungsluftpumpe 66 gesteuert, um die
Zufuhrmenge von Verbrennungsluft allmählich zu erhöhen,
die von der Luftzufuhrquelle Sa durch das Verbrennungsluftzufuhrrohr 65 zu
dem Brenner 20 zugeführt wird. Des Weiteren wird
die Verbrennungsbrennstoffpumpe 48 gesteuert, um die Zufuhrmenge
von Verbrennungsbrennstoff allmählich zu verringern, der
von der Brennstoffzufuhrquelle Sf durch das Verbrennungsbrennstoffzufuhrrohr 47 zu
dem Brenner 20 zugeführt wird. Somit wird bewirkt,
dass der Verbrennungsbrennstoff vollständig verbrennt,
wodurch realisiert werden kann, dass CO und NOx in dem Verbrennungsabgas
reduziert werden und dass die Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11 sanft
ansteigt. Hier ist es durch Verwenden eines Softwaretimers möglich,
die Zufuhrmenge von Verbrennungsluft allmählich zu erhöhen
und die Zufuhrmenge von Verbrennungsbrennstoff allmählich
zu verringern. In 4 stellen Symbole GT2, GF2,
GA2, GW2 und GR2 die Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11,
die Zufuhrmenge von Verbrennungsbrennstoff, die Zufuhrmenge von
Verbrennungsluft, die Zufuhrmenge von Reformierungswasser bzw. die
Zufuhrmenge von Reformierungsbrennstoff dar. Schritt S9 folgt der
Ausführung von Schritt S8.
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In
Schritt S9 wird ein Warten fortgeführt, bis die Innenwandtemperatur
T des Reformierungsabschnitts 11 400°C übersteigt,
und Schritt S10 wird erreicht, wenn die Temperatur T 400°C übersteigt.
Bei Schritt S10 wird, wie in 3 (Zeit
t2) und 4 (Zeit t5) gezeigt ist, die
Wasserpumpe 53 angetrieben und das Wasserventil 54 wird
geöffnet, um Reformierungswasser mit V1 cm3/min
(V1 = 3 in dieser speziellen Ausführungsform) von der Reformierungswasserzufuhrquelle
Sw durch das Speisewasserrohr 51 zu dem Verdampferabschnitt 12 zuzuführen.
Das Reformierungswasser wird an dem Verdampferabschnitt 12 erwärmt,
um zu Dampf zu werden, der dann durch das Dampfzufuhrrohr 52 zu
dem Reformierungsabschnitt 11 zugeführt wird.
Somit hat der Reformierungskatalysator kaum eine ungleichmäßige
Temperatur, und die Qualität des Brenngases wird leichter
stabilisiert. Des Weiteren, da der Reformierungsabschnitt 11 mit
Reformierungswasser versorgt wird, ohne mit Reformierungsbrennstoff
versorgt zu werden, kann es realisiert werden, dass verhindert wird,
dass Kohlenstoff an dem Reformierungskatalysator anhaftet. In der
Heißstartroutine wird das Reformierungswasser, wenn es
zugeführt wird, sofort in Dampf umgewandelt, und somit
tritt kein Problem auf, selbst wenn Reformierungsbrennstoff zu der gleichen
Zeit zugeführt wird, zu der Reformierungswasser zugeführt
wird. Deshalb ist es in der Heißstartroutine möglich,
Reformierungsbrennstoff bei Schritt S10 zuzuführen. Schritt
S11 folgt der Ausführung von Schritt S10.
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In
Schritt S11 wird ein Warten fortgeführt, bis die Innenwandtemperatur
T des Reformierungsabschnitts 11 600°C übersteigt,
und Schritt S12 wird ausgeführt, wenn die Temperatur T
600°C übersteigt. Bei Schritt S12 wird die Reformierungsbrennstoffpumpe 43 angetrieben
und das zweite Brennstoffventil 45 wird geöffnet,
um Reformierungsbrennstoff von der Brennstoffzufuhrquelle Sf durch
das Brennstoffzufuhrrohr 41 zu dem Reformierungsabschnitt 11 zuzuführen.
Des Weiteren wird die Speisewasserpumpe 53 gesteuert, um
Reformierungswasser mit V2 cm3/min (V2 =
8 in dieser speziellen Ausführungsform) von der Reformierungswasserzfuhrquelle
Sw durch das Speisewasserrohr 51 zu dem Verdampferabschnitt 12 zuzuführen.
Somit findet in dem Reformierungsabschnitt 11 die Dampfreformierreaktion statt,
in der ein Gasgemisch aus Reformierungsbrennstoff und Dampf durch
den Katalysator reagiert, wodurch Reformierungsgas erzeugt wird.
Kohlenmonoxid in dem Reformierungsgas wird als eine Folge des Hindurchgehens
durch den CO-Konvertierungsabschnitt 13 und den CO-Selektivoxidationsabschnitt 14 verringert,
und das Reformierungsgas wird von dem Reformer 10 zu dem
Reformierungsgaszufuhrrohr 71 zugeführt. Des Weiteren
wird, wie in 3 (Zeit t3) und 4 (Zeit
t6) gezeigt ist, die Verbrennungsbrennstoffpumpe 48 durch
Verwenden eines Softwaretimers allmählich gestoppt, wodurch
die Zufuhr von Verbrennungsbrennstoff von der Brennstoffzufuhrquelle
Sf zu dem Brenner 20 allmählich unterbrochen wird.
Somit kann die Verbrennung des Brenners 20 mit dem Reformierungsgas
aufrecht erhalten werden, das von dem Reformer 10 durch
das Reformierungsgaszufuhrrohr 71, das Umgehungsrohr 73 und
das Abgaszufuhrrohr 72 zu dem Brenner 20 zugeführt
wird. Hier bilden die Schritte S6 bis S12 eine zweite Betriebsstufe.
Des Weiteren decken die Schritte S7, S9, S10, S11 und S12 die Heißstartroutine
ab, wohingegen die Schritte S8, S9, S10, S11 und S12 die Kaltstartroutine
abdecken.
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Die
Ausführung des Startbetriebsprogramms wird nach Ausführung
von Schritt S12 beendet. Des Weiteren wird nach Beendigung der Ausführung
des Startbetriebsprogramms begonnen, ein gewöhnliches Betriebsprogramm
(nicht gezeigt) auszuführen, wobei nach dem Verstreichen
einer vorbestimmten Zeit, die hergenommen ist, um das Reformierungsgas
stabil zu machen, das erste Reformierungsgasventil 74 und
das Abgasventil 75 geöffnet werden und das zweite
Reformierungsgasventil 76 geschlossen wird. Des Weiteren
wird die Kathodenluftpumpe 68 angetrieben und das Kathodenluftventil 69 wird
geöffnet, um Kathodenluft von der Luftzufuhrquelle Sa durch
das Kathodenluftzufuhrrohr 67 zu dem Oxidationspol 32 der
Brennstoffzelle 30 zuzuführen. Somit wird die
Brennstoffzelle 30 in den gewöhnlichen Betrieb
gebracht, um elektrische Energie zu erzeugen.
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In
dem Brennstoffzellenstartverfahren und dem Brennstoffzellensystem
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
wird, nachdem der Brenner 20 bei Schritt S4 mit Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft gezündet worden ist, die zu diesem
zugeführt worden sind, das Verhältnis einer Zufuhr
zwischen Verbrennungsstoff und Verbrennungsluft in den Schritten
S7 und S8 in Abhängigkeit von der Innenwandtemperatur T
vor der Zündung des Reformierungsabschnitts 11 geändert.
Im Speziellen wird, wenn die Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11 vor
der Zündung gleich oder niedriger als 100°C ist,
in Schritt S8 die Zufuhr von Verbrennungsbrennstoff verringert und
die Zufuhr von Verbrennungsluft wird erhöht. Wenn die Innenwandtemperatur
T des Reformierungsabschnitts 11 vor einer Zündung
höher als 100°C ist, wird in Schritt S7 die Zufuhr
von Verbrennungsbrennstoff konstant gehalten. Das heißt,
wenn die Innenwandtemperatur T des Reformierungsabschnitts 11 vor
der Zündung höher als 100°C ist, werden
Verbrennungsbrennstoff und Verbrennungsluft so zugeführt,
dass das Luftverhältnis in diesem Fall kleiner als das
in dem Fall wird, in dem die Temperatur gleich oder niedriger als 100°C
ist. Hier meint der Ausdruck "Luftverhältnis" eine tatsächliche
Luftmenge zu einer Luftmenge, die erforderlich ist, damit ein Brennstoff
vollständig verbrennt. Deshalb ist in einem Fall, in dem
die Brennstoffzelle unmittelbar nach einem Stopp nochmals gestartet
werden soll, in Schritt S7 ausreichend Verbrennungsbrennstoff zugeführt
worden, und somit erlöscht die Flamme des Brenners 20 kaum,
selbst wenn Reformierungswasser, das in Dampf gewandelt worden ist,
durch das Reformierungsgaszufuhrrohr 71, das Umgehungsrohr 73 und
das Abgaszufuhrrohr 72 in den Brenner 20 eintritt.
Des Weiteren, weil jeweils verschiedene Reihenfolgen in den Schritten
S7 und S8 verwendet werden, kann der Bereich eines tolerierbaren
Luftverhältnisses, um die Verbrennung zu erhalten, verbreitert
werden. Demzufolge kann es in dem Brennstoffzellenstartverfahren und
dem Brennstoffzellensystem realisiert werden, die Brennstoffzelle
stabil zu starten.
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Obwohl
das Brennstoffzellenstartverfahren und das Brennstoffzellensystem
gemäß der vorliegenden Erfindung auf Basis der
Ausführungsform beschrieben worden sind, ist es nicht notwendig
zu sagen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform
beschränkt ist und in einer anderen Form ausgeführt
werden kann, die in geeigneter Weise modifiziert ist, um nicht dem
technischen Konzept der vorliegenden Erfindung zu widersprechen.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT:
-
Das
Brennstoffzellenstartverfahren und das Brennstoffzellensystem gemäß der
vorliegenden Erfindung kann ein tolerierbares Luftverhältnis
zum Erhalten der Verbrennung verbreitern, und ist daher zum stabilen
Starten einer Brennstoffzelle geeignet.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung sieht ein Brennstoffzellenstartverfahren und ein Brennstoffzellensystem
vor, die einen Betriebsstart stabil machen können. Das
Brennstoffzellenstartverfahren und das Brennstoffzellensystem sind
mit einem Reformer 10, einem Brenner 20 und einer
Brennstoffzelle 30 versehen und haben einen Schritt S4
zum Zünden des Brenners 20 mit Verbrennungsbrennstoff
und Verbrennungsluft, die zu diesem zugeführt werden, und
Schritte S5 bis S12 des Führens wenigstens eines Teils
eines erzeugten Gases, das von dem Reformer 10 geliefert
wird, zu dem Brenner 20, während Verbrennungsbrennstoff und
Verbrennungsluft zu dem Brenner 20 zugeführt werden.
Die Schritte S5 bis S12 umfassen Schritte S8 bis S12 für
den Fall, dass die Temperatur des Brenners vor einer Zündung
gleich oder niedriger als 100°C ist, und Schritte S7, S9
bis S12 des Zuführens des Verbrennungsbrennstoffs und der
Verbrennungsluft, um das Luftverhältnis geringer als das
in den Schritten S8 bis S12 zu machen, in dem Fall, dass die Temperatur
des Brenners vor einer Zündung höher als 100°C
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2001-354401 [0004]
- - JP 2004-146089 [0004]