(57)【要約】  本発明は、熱電併給設備（１０）を運転する方法であって、第１の燃料の第１の割合を、熱電併給設備（１０）に設けられた燃料電池設備（２０）の少なくとも１つの燃料電池（２１）内で電気化学的に変換し、これによって電気的な出力および熱を生成し、第１の燃料の、変換されることなしに燃料電池（２１）を出る第２の割合を、燃料電池（２１）からの進出後に、燃料電池設備（２０）に設けられたアフタバーナ（２４）内で燃焼し、熱を生成し、熱電併給設備（１０）の付加加熱器（３０）内で、第２の燃料が燃焼可能であり、熱を生成可能であり、燃料電池（２１）の最適な運転点において、第１の燃料の最適な第１の割合が変換可能である、熱電併給設備（１０）を運転する方法に関する。燃料電池（２１）の最適な運転点において燃料電池設備（２０）内で生成可能である熱よりも、熱需要が高い場合に、第１の燃料の第１の割合を、最適な運転点に比べて低下させ、これにより最適な運転点におけるよりも多くの熱をアフタバーナ（２４）内で生成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電併給設備（１０）を運転する方法であって、
第１の燃料の第１の割合を、熱電併給設備（１０）に設けられた燃料電池設備（２０）の少なくとも１つの燃料電池（２１）内で電気化学的に変換し、これによって電気的な出力および熱を生成し、
第１の燃料の、変換されることなしに燃料電池（２１）を出る第２の割合を、燃料電池（２１）からの進出後に、燃料電池設備（２０）のアフタバーナ（２４）内で燃焼し、その際に熱を生成し、
熱電併給設備（１０）の付加加熱器（３０）内で、第２の燃料が燃焼可能であり、その際に熱が生成可能であり、
燃料電池（２１）の最適な運転点において、第１の燃料の最適な第１の割合が変換可能である、熱電併給設備（１０）を運転する方法において、
燃料電池（２１）の最適な運転点において燃料電池設備（２０）内で生成可能である熱よりも、熱需要が高い場合に、第１の燃料の第１の割合を、最適な運転点に比べて低下させ、これにより最適な運転点におけるよりも多くの熱をアフタバーナ（２４）内で生成することを特徴とする、熱電併給設備を運転する方法。
【請求項２】
より多くの第１の燃料を燃料電池（２１）を通じて案内することによって、第１の燃料の低下された第１の割合を生ぜしめる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の燃料の第１の割合が、下限値にまでしか低下可能ではない、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
熱需要が、第１の燃料の第１の割合が下限値と最適な割合との間に調節されている場合に燃料電池設備（２０）内で生成される熱と同じ高さであると、燃料電池設備（２０）が、付加加熱器（３０）内での熱生成なしに、要求された熱を生成する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
第１の燃料の第１の割合が下限値に調節されている場合に燃料電池設備（２０）内で生成される熱よりも熱需要が高いと、付加的な熱を生成するために、第２の燃料を付加加熱器（３０）内で燃焼させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
外気温、循環路（６０）内の熱媒体の少なくとも１つの温度、加熱回路（５０）の少なくとも１つの温度、温水システム（５１）から取り出された温水量および／または蓄熱器（４２）の少なくとも１つの温度の測定によって熱需要を求める、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
付加加熱器（３０）への第２の燃料の供給および／または燃料電池（２１）への第１の燃料の供給を、共通の制御部および／または調節部（４０）によって調節する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
付加加熱器（３０）への第２の燃料の供給および／または燃料電池（２１）への第１の燃料の供給を、それぞれ独立した制御部および／または調節部（４７，４８）により行い、特に各制御部および／または調節部（４７，４８）が、蓄熱器（４２）の温度または循環路（６０）内の熱媒体の少なくとも１つの温度を検知する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
熱電併給設備（１０）であって、
少なくとも１つの燃料電池（２１）とアフタバーナ（２４）とを備えた燃料電池設備（２０）が設けられており、燃料電池（２１）内で第１の燃料の第１の割合が電気化学的に変換可能であり、変換されることなしに燃料電池（２１）を出た、第１の燃料の第２の割合が、アフタバーナ（２４）内で燃料可能であり、
さらに付加加熱器（３０）が設けられており、該付加加熱器（３０）内で第２の燃料が燃焼可能である形式の熱電併給設備において、
熱電併給設備（１０）が、少なくとも１つの制御部および／または調節部（４０，４７，４８）を有していて、該制御部および／または調節部（４０，４７，４８）が、燃料電池（２１）の最適な運転点において燃料電池設備（２０）によって生成可能である熱よりも高い熱需要がある場合に、第１の燃料の第１の割合を低下させることで、燃料電池の最適な運転点におけるよりも多くの第１の燃料が、アフタバーナ（２４）内で燃焼されることを特徴とする、熱電併給設備。
【請求項１０】
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法で運転可能なことを特徴とする、熱電併給設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の熱電併給設備を運転する方法であって、第１の燃料の第１の割合を、熱電併給設備に設けられた燃料電池設備の少なくとも１つの燃料電池内で電気化学的に変換し、これによって電気的な出力および熱を生成し、第１の燃料の、変換されることなしに前記燃料電池を出る第２の割合を、燃料電池からの進出後に燃料電池設備に設けられたアフタバーナ内で燃焼し、その際に熱を生成し、熱電併給設備に設けられた付加加熱器内で第２の燃料が燃焼可能であり、その際に熱が生成可能であり、燃料電池の最適な運転点において、第１の燃料の最適な第１の割合を変換可能である、熱電併給設備を運転する方法に関する。
【０００２】
本発明はさらに、請求項９の上位概念部に記載の形式の熱電併給設備に関する。
【０００３】
従来技術
熱電併給設備（Kraft-Waerme-Kopplungsanlage：コージェネレーションプラント）では、たとえば、燃料電池設備によって電流が形成される。この場合、発電時に生じる排熱は、別の用途、たとえば室暖房に用いられる加熱回路および／または温水システムに提供される。これに関して、ある時刻またはある季節に、一時的な熱需要、つまり室暖房および／または温水システムのために必要とされる熱が、発電時に生じる排熱を上回ることが起こり得る。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５８７０７号明細書は、燃料電池加熱器と、該燃料電池加熱器に対して付加的に設備内に配置された付加加熱器とを備えた設備を開示している。さらに温水を貯蔵するための温度成層型蓄熱槽（Schichtenspeicher）が設けられている。付加加熱器は、温度成層型蓄熱槽の上側部分において温水の温度が目標温度を下回り、したがって十分な温水が提供されていない場合にスイッチオンされる。これにより十分な熱が、熱需要のピーク時にも生成され得る。
【０００５】
燃料電池設備が、電流生成のために熱抽出なしに運転される場合、燃料電池の劣化を生ぜしめることなしに、供給された燃料のできるだけ高い割合を電気化学的に反応させるようにされる。したがって、所望の電気的な出力を形成するために、出来るだけ少ない燃料が供給される。できるだけ高い効率を得るためには、出来るだけ高い割合の燃料が電気化学的に変換されなければならない。この場合、効率は、供給された燃料量当たりの電気的な出力に関する。しかし他方では、劣化を阻止するために、通常は複数の燃料電池を備える燃料電池設備は、化学量論的に過剰に運転されなければならない。つまり、アノードおよびカソードにおいて電気化学的に反応するよりも多くの燃料がアノードに提供され、多くの酸化剤がカソードに供給されなければならない。これによって、個別の電極または電極領域への燃料および酸化剤の供給不足を阻止することができる。燃料および酸化剤の供給不足は、不都合な副反応、不均一な電圧分配および場合によっては電流分配、ならびに燃料電池内の不均等な温度分配につながる。これによって、燃料電池が劣化する。燃料電池の最適な運転点では、燃料電池の早期の劣化を生ぜしめることなく、最大の可能な割合の燃料が燃料電池内で電気化学的に変換される。全負荷時の運転または種々の部分負荷状態に対して、それぞれ最適な運転点が決定され得る。燃料電池内で変換されず、消費されなかった燃料は、再循環させられるか、またはアフタバーナ内で燃焼され得る。
【０００６】
最適な運転点とは、電気的な効率と、燃料電池の劣化との間の妥協点であるので、劣化は、燃料電池の最適な運転点において最低でない。この場合、劣化とは、種々の原因を有し得る、少なくとも１つの燃料電池の効率または出力の長期にわたる減少であると理解される。
【０００７】
発明の開示
したがって本発明の課題は、上述の欠点が回避された、熱電併給設備を運転する方法、特に熱電併給設備内の燃料電池設備を運転する方法を提供することである。特に、熱電併給設備の効率がほぼ不変に維持され、しかも燃料電池の劣化が公知先行技術に比べてさらに減じられると望ましい。
【０００８】
この課題を解決するために、請求項１の特に特徴部に記載の全ての特徴を有する方法、すなわち冒頭で述べた形式の方法において、燃料電池の最適な運転点において燃料電池設備内で生成可能である熱よりも熱需要が高い場合に、第１の燃料の第１の割合を最適な運転点よりも低下させ、これによって最適な運転点におけるよりも多くの熱をアフタバーナ内で生成する方法が提案される。本発明に係る方法の有利な実施態様は、従属する方法クレームに記載されている。さらに本発明の課題は、請求項９の特に特徴部に記載の全ての特徴を有する熱電併給設備により解決される。熱電併給設備の有利な実施形態は、従属する装置クレームに記載されている。本発明に係る方法に関して説明された特徴および詳細は、当然ながら本発明に係る熱電併給設備にも適用され、本発明に係る装置に関連して説明された特徴および詳細は、本発明に係る方法にも適用される。この場合、特許請求の範囲および明細書において言及された特徴は、それぞれ個別でも組合せでも本発明にとって重要であり得る。
【０００９】
本発明によれば、燃料電池の最適な運転点において燃料電池設備内で生成可能である熱よりも熱需要が高い場合に、第１の燃料の第１の割合が、最適な運転点に比べて低下されているので、最適な運転点におけるよりも多くの熱がアフタバーナ内で生成される。
【００１０】
本発明による熱電併給設備は、少なくとも１つの燃料電池と、アフタバーナとを備えた燃料電池設備を有している。この燃料電池設備では、電圧および場合によっては電流が燃料電池内で生成され、熱が燃料電池およびアフタバーナ内で生成される。熱電併給設備は付加的に付加加熱器を有している。付加加熱器内では、熱需要が燃料電池設備内で放出された熱によってカバーされない場合に、第２の燃料の燃焼により熱が生成される。付加加熱器は、ボイラ、ガス湯沸かし器（Therme）、またはバーナであってよい。付加加熱器は、燃料電池設備に統合されて１つの機器を形成するか、または別個の機器として形成されていてよい。特に、燃料電池設備と付加加熱器とは、構成部材、たとえば熱交換器または燃料供給部を一緒に使用することができる。燃料電池設備の寿命を高め、熱の消費と生成とを分離するために、蓄熱器を使用することができる。この蓄熱器は、たとえばバッファ槽（Pufferspeicher）、貯湯槽またはコンビネーション型貯湯槽（Kombispeicher）であってよい。
【００１１】
本発明は、燃料電池の最適な運転点が、熱電併給設備の最も有利な運転点には一致しないという認識に基づいている。燃料電池の規定された劣化速度を上回ることなしに、できるだけ高い第１の割合の第１の燃料が燃料電池内で電気化学的に変換される運転点が、燃料電池の最適な運転点であると判断される。第１の燃料電池の第１の割合は、ガス使用率とも呼ばれ、燃料電池設備に供給される第１の燃料の量に関連して燃料電池内で変換される第１の燃料の割合に一致する。第１の燃料電池の第１の割合は、燃料電池の最適な運転点ではたとえば７０％〜８０％であり、最適な第１の割合と呼ばれる。第１の燃料の低下された第１の割合は、以下では、燃料電池の最適な運転点における第１の割合の下方にある第１の割合である。
【００１２】
熱電併給設備は、別の運転点で、電流生成にだけ適合された燃料電池として、最も有利に運転され得る。なぜならば、熱電併給設備内で、生成された電気的な出力も、生成された熱も使用され、したがって熱電併給設備の効率に導入されるからである。以下では、本発明による方法を、燃料電池が最適な運転点で運転され、これによりカバーされない高い熱需要を付加加熱器内での第２の燃料の燃焼によりカバーする、熱電併給設備の運転点と比較する。この運転点に比べて、本発明によれば、より多くの第１の燃料が燃料電池を変換されずに通過し、アフタバーナ内で燃焼され得ることによって、第１の燃料の第１の割合が低下されていることが規定されている。本発明によれば、確かにより多くの第１の燃料がアフタバーナで燃焼されるが、付加加熱器内では、第２の燃料を全く燃焼しないか、または相応して僅かにしか燃焼しなくてよい。これによって、燃焼される第１および第２の燃料の全体的な量と、熱電併給設備の効率とは、ほぼ不変であるが、第１の燃料の低下された第１の割合によって、燃料電池の個別の箇所への燃料の供給不足、または燃料電池が複数設けられている場合には個別の燃料電池への燃料の供給不足が減じられる。これによって、燃料電池の劣化を、燃料電池の最適な運転点におけるよりも効果的に予防することができる。
【００１３】
以下の段落では、比較は燃料電池の最適な運転点に関連する。減じられた発電量に基づいて、燃料電池を通過する第１の燃料の流量が同一ある場合に、より少ない燃料が燃料電池内で電気化学的に変換されるので、第１の燃料の第１の割合が低下されていることがあり得る。しかし、第１の燃料の低下された第１の割合は、より多くの第１の燃料が燃料電池を通じて案内され、燃料電池を通る流量が増大することによって生じると有利である。両方の場合に、燃料電池のアノードにおける第１の燃料の局所的な濃度が高められるので、より高い電圧が燃料電池内で生成される。これによって、同じ電気的な出力で、燃料電池はより小さな電流を生成すればよいという利点が生じる。これによって、付加的に燃料電池の劣化が予防される。この付加的な利点が使用されて、電気的な出力が一定に維持されることが規定されていてよい。択一的には、燃料電池により生成された電流が一定に維持されることが規定されていてよい。この場合、低下された第１の割合を、同じ発電量のままで得るために、燃料電池を通る第１の燃料の流量が高められていなければならない。択一的には、電圧が一定に維持されてもよい。この場合、インバータが、燃料電池を一定の電流、一定の出力または一定の電圧に調整することができる。
【００１４】
有利には、第１の燃料の第１の割合は、下限値にまでしか低下させることができない。この下限値は、たとえば、約５０％〜６０％のガス使用率に一致してよい。第１の割合のさらなる降下は、燃料電池の流れ抵抗、燃料電池内の高すぎる圧力および／または第１の燃料の不要な再改質の理由から望ましくない。
【００１５】
熱電併給設備の制御部（開ループ）および／または調節部（閉ループ）が設けられていてよい。燃料電池の最適な運転点において燃料電池設備によって提供され得る熱よりも熱需要が小さいか、または同じであると、相応して燃料の最適な第１の割合、たとえば７０％〜８０％が、燃料電池内で電気化学的に変換される。これに対して、第１の燃料の第１の割合が下限値と最適な第１の割合との間に調節されている場合に燃料電池設備によって提供され得る熱と、熱需要とが同じ高さである場合には、燃料電池設備内だけで要求された熱が生成される。付加加熱器内では、第２の燃料は燃焼されない。第１の燃料の第１の割合が下側の下限値に調節されている場合に燃料電池設備で提供される熱よりも熱需要が高いと、第２の燃料が付加加熱器内で燃焼され、これにより付加的な熱を生成することができる。つまり、第１の燃料の第１の割合が下限値、たとえば５０％〜６０％である場合に燃料電池設備によって達成される熱が熱需要をカバーしない場合に、ようやく第２の燃料が燃焼される。熱需要は、燃料電池の最適な運転点において燃料電池設備によって提供され得る熱よりも少ないか、または同じである熱需要を起点として高められるので、熱需要は、第１の燃料の最適な第１の割合においてもはやカバーすることができず、第１の燃料の第１の割合が下限値にまで最小限にまで低下させられる。熱需要がさらに増大した場合に、熱需要は、下限値における第１の燃料の第１の割合ではもはやカバーすることができず、制御部および／調節部は、第２の燃料を付加加熱器に供給し、該付加加熱器で燃焼させるように指示する。この状態から熱需要が再び減少すると、まず、付加加熱器への第２の燃料の供給が遮断される。熱需要がさらに減少すると、第１の燃料の第１の割合は、最適な第１の割合に向かって最大限まで高められる。
【００１６】
熱電併給設備により提供された熱は、種々異なる使用装置のために、たとえば公共または私用の建物の室暖房および／または温水システムのために、かつ／または産業プロセスのために、たとえば化学産業のプロセス熱として、または食品製造時に使用され得る。以下に、例示的に家庭用の室暖房および温水システムのための熱の使用が前提とされる。
【００１７】
熱を収容する熱媒体、特に水は、燃料電池設備と、付加加熱器とを、１つの循環路内で相前後して、または並列して貫流し、熱電併給設備の熱を使用装置に搬送する。流体技術的な直列配置の場合には、特に、熱媒体が、まず燃料電池設備を、次いで付加過熱器を貫流することが規定されている。
【００１８】
建物の外気温、熱媒体の循環路の１つまたは複数の温度、室暖房の加熱回路の１つまたは複数の温度、温水システムから取り出された温水量および／または蓄熱器の少なくとも１つの温度、特に蓄熱器の互いに異なる箇所における複数の温度の測定によって、熱需要が求められてもよい。この場合、蓄熱器は、電流生成が熱需要を上回っている時間に熱を蓄えるために働く。特に、外気温の測定時に、熱需要を前もって求めることができる。測定された温度、特に蓄熱器内の温度の時間的な経過は、熱需要を求めるために参照され得る。熱媒体の循環路は、室暖房の加熱回路を含んでいてよい。つまり、熱媒体は、熱電併給設備の熱を使用装置に搬送するだけでなく、室暖房の加熱回路を貫流して、加熱回路で熱を再び放出する。熱媒体の温度は、循環路および／または加熱回路のそれぞれの箇所で測定され得る。特に、付加加熱器とアフタバーナとが直列に配置されている場合、熱媒体の温度は、付加加熱器およびアフタバーナの最後に位置されたものの後方で測定される。付加加熱器とアフタバーナとが並列に配置されている場合、アフタバーナを含む循環路の流路と、付加加熱器を含む循環路の流路との合流後に温度が測定されると有利である。
【００１９】
付加加熱器への第２の燃料の供給および／または、燃料電池および／または燃料電池設備への第１の燃料の供給を、共通の制御部および／または調節部により調節することも考えられる。この場合、上述の温度のうちの少なくとも１つの温度が、制御部および／または調節部に伝達され、したがってこれらの制御部および／または調節部は、第１の燃料の供給と、場合によっては第２の燃料の付加的な供給を、上述のように熱需要に応じて調節する。択一的には、付加加熱器への第２の燃料の供給および／または燃料電池または燃料電池設備への第１の燃料の供給は、それぞれ独立した制御部および／または調節部によって行われてよく、この場合、特に各制御部および／または調節部は、蓄熱器の温度および／または熱媒体の少なくとも１つの温度を検知する。
【００２０】
付加加熱器への第２の燃料の供給および／または燃料電池への第１の燃料の供給は、付加加熱器および／または燃料電池の後方に配置された圧縮機により制御されるか、または調節され得る。付加的には、付加加熱器および／または燃料電池の手前に配置された弁によって、燃料電池のカソードに供給される酸化剤と、第１の燃料との比に影響を与えることができる。第１の燃料に対する酸化剤の比が変化しない場合、弁の代わりに絞りが使用され得る。択一的には、圧縮機が、付加加熱器および／または燃料電池の手前に位置している。
【００２１】
本願発明の課題は、燃料電池設備を備えた熱電併給設備によっても解決される。燃料電池設備は、少なくとも１つの燃料電池と、アフタバーナとを有していて、燃料電池内で、第１の燃料の第１の割合が電気化学的に変換可能であり、アフタバーナ内で、燃料電池を変換され得ることなしに出た第１の燃料の第２の割合が燃焼可能であり、さらに熱電併給設備が付加加熱器を有しており、付加加熱器内で第２の燃料が燃焼可能である。熱電併給設備は、少なくとも１つの制御部および／または調節部を有しており、該制御部および／または調節部は、少なくとも１つの相応する制御装置および／または調節装置として実現されており、制御装置および／または調節装置は、燃料電池の最適な運転点において燃料電池設備により生成可能な熱よりも高い熱需要がある場合に、第１の燃料の第１の割合を低下させることで、燃料電池の最適な運転点におけるよりも多くの第１の燃料がアフタバーナで燃焼される。
【００２２】
燃料電池は、ＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）であってよい。この場合、燃料電池設備は、複数の燃料電池を有している。これらの燃料電池は、接合されて燃料電池スタックまたは燃料電池束を形成していてよい。第１の燃料は、天然ガス、バイオガス、純メタン、または長鎖炭化水素、たとえばプロパン、ディーゼル、ガソリン、ケロシン、液体ガスまたは燃料油であってよい。択一的には、第１の燃料は、メタノールまたは長鎖アルコールであってよい。第１の燃料は、燃料電池への進入前に、または燃料電池内で、部分的にまたは完全に改質され得る。この場合、水素および／または一酸化炭素が豊富な燃料が生じる。第１の燃料とは、改質された燃料とも改質されていない燃料とも理解される。燃料電池内でかつ／またはアフタバーナ内で生成された熱の一部は、改質のために必要とされ得る。
【００２３】
燃料電池から進出した第１の燃料の第３の割合が、当該燃料電池に、再循環によって再び提供されることもあり得る。したがって、第１の燃料の第２の割合は、第３の割合の分だけ減じられる。燃料電池を変換されずに出て、アフタバーナで燃料される第２の割合とはつまり、完全には燃料電池内で変換されなかった割合である。第３の割合は、同じく熱需要に応じて調節することができ、特に熱需要が増大すると減じられ得る。第２の割合および第３の割合は、同様に燃料電池設備に供給される第１の燃料の量に関係している。
【００２４】
燃料電池設備のアフタバーナおよびバーナとして形成された付加加熱器は、共通の燃焼室を有していてよい。この場合、第１の燃料は、燃料電池を通って共通の燃焼室に供給される。第２の燃料は、燃料電池を貫流することなしに、直接に共通の燃焼室に供給される。この場合、本発明による方法および本発明による熱電併給設備の制御装置および／または調節装置は、第１の燃料の、共通の燃焼室に供給される第２の燃料に対する比を制御しかつ／または調節するために使用され得る。
【００２５】
第２の燃料は、第１の燃料と同一の物質であってよい。しかし、第２の燃料および第１の燃料は、互いに異なる物質であってもよい。付加加熱器は、ガス式高効率型加熱器（潜熱回収型加熱装置：Gasbrennwertheizgeraet）であってよい。
【００２６】
本発明を改良する別の手段は、図面に概略的に示された本発明の実施形態に対する以下の詳細な説明から明らかになる。構造的な特徴、空間的な配置または方法ステップを含む、特許請求の範囲、明細書または図面から明らかな全ての特徴および／または利点は、それ自体でも種々異なる組合せでも本発明のために重要である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】２つの使用装置を備えた本発明による熱電併給設備の第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】２つの使用装置を備えた本発明による熱電併給設備の第２の実施形態を示す概略図である。
【図３】第１の燃料の種々の第１の割合における電流に関する電圧を示す概略図である。
【００２８】
図１および図２において同一の機能または作用形式を備えたエレメントは、同一の符号を備えている。
【００２９】
図１には、本発明による熱電併給設備（Kraft-Waerme-Kopplungsanlage：コージェネレーションプラント）１０の第１の実施形態が示されている。この熱電併給設備１０は、熱を、２つの使用装置、すなわち室暖房の加熱回路５０と、建物（図示せず）のための温水システム５１とに提供する。熱電併給設備１０は、例示的に燃料電池２１、すなわちアノード（燃料極）２２およびカソード（空気極）２３と、アフタバーナ２４とを備えた燃料電池設備２０を有している。第１の圧縮機２７は、アノード２２の第１の燃料として天然ガスを流れ経路７０に供給する。同様に第２の圧縮機２８により、酸素を含んだ空気がカソード２３の酸化剤として流れ経路７１に供給される。第１および第２の圧縮機２７，２８は、燃料電池２１の手前に配置されている。アノード２２において、天然ガス等は水素および一酸化炭素に改質され、水素および一酸化炭素の第１の割合が電気化学的に変換される。この場合に、電流および熱が生成される。変換されなかった水素および一酸化炭素、反応物質としての水および二酸化炭素、ならびに別の改質物質から成る流れは、流れ経路７２に向かってアノード２２を出て、部分的には再循環流れ経路７３でアノード２２の入口２２’へ、かつ部分的にはアフタバーナ２４へ案内される。再循環流れ経路７３の圧縮装置２９は、どれくらい多くの水素がアノード２２へ戻るか、かつどれくらい多くの水素がアフタバーナ２４に到達するかを調節することができる。アフタバーナ２４内では、水素と、カソード２３から流れ経路７４に到来する変換されていない酸素とが燃焼される。この場合に、熱が生じる。燃焼物質は、共通の排ガス流７５によりアフタバーナ２４を出る。水素の第１の割合は、電気需要に応じて生成された熱が熱需要をカバーするか否か、かつどの割合において、電気需要に応じて生成された熱が熱需要をカバーするかによって、最適な割合と、下限値との間で、つまり約５０〜８０％の間で変化することができる。
【００３０】
水素の第１の割合が下限値にある場合に、燃料電池設備によって使用装置５０，５１に提供される熱が熱需要をカバーしないと、付加的な加熱器３０内で第２の燃料としての天然ガスが燃焼される。このためには、第３の圧縮機３３によって、天然ガスが流れ経路７６で付加的な加熱器３０に供給され、かつ空気が第４の圧縮機３４によって流れ経路７７で付加的な加熱器３０に供給される。燃料および空気の流れ経路７０，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８は、実線で示されている。
【００３１】
燃料電池２１により生成された直流電流を交流電流に変換するインバータ４１によって、一定の電流、一定の出力または一定の電圧が設定され得る。インバータ４１への、かつインバータ４１からの電気的な線路は、点線で示されている。消費機を有する電気回路への接続部は図示されていない。
【００３２】
熱を授受する熱媒体としての水は、循環路６０内を案内される。循環路６０に設けられた流路は、破線で示されている。この場合、水はポンプ６１によってアフタバーナ２４を貫流し、場合によってはポンプ６５によって流体技術的に並列に配置された付加加熱器３０を貫流して、熱を吸収する。この熱は使用装置５０，５１内で再び放出される。使用装置５０，５１は、流体技術的に並列に配置されている。それぞれ使用装置５０，５１を貫流する水の割合は、３ポート２位置切換弁６６によって、調節され得る。燃料電池２１自体内で生成された熱は、流れ経路７２，７４の流れによりアフタバーナ２４内に搬送されて、アフタバーナ２４から水に伝達される。
【００３３】
付加加熱器３０と、燃料電池設備２０とは、別個の２つの調節装置４７，４８を有している。両調節装置４７，４８に、アフタバーナ２４と、場合によっては付加加熱器３０とを出た水の温度が伝達される。水の温度は、温度測定器４６により測定される。この場合、温度測定器４６は、付加加熱器３０およびアフタバーナ２４を通る並列する流路が合流した後の循環路６０内に配置されている。燃料電池設備２０の調節装置４７は、測定された温度に基づいて、第１および第２の圧縮機２７，２８および圧縮機装置２９の電気的な出力を調節する。同様に、調節装置４７はインバータ４１とも通信している。付加加熱器３０の調節装置４８は、測定された温度に基づいて第３および第４の圧縮機３３，３４の電気的な出力を調節する。調節装置４７，４８の通信経路４６は、一点破線で示されている。さらに制御装置および／または調節装置４７は、建物の、要求される電気的な出力の測定値を、たとえば同じ建物内で消費することができない電気的な出力を出来るだけ少なくする目的で、制御部および／または調節部に取り入れる。
【００３４】
図２には、２つの使用装置５０，５１を備えた本発明による熱電併給設備１０の別の実施形態が示されている。以下に図１との比較における差異についてのみ言及する。
【００３５】
天然ガスおよび空気は、付加加熱器３０内に、共通の排ガス流７８内に配置された圧縮機３５によって吸い込まれる。この場合、天然ガスと空気との比は、流れ経路７６内の弁３１と流れ経路７７内の弁３２とによって調節され得る。同様に、燃料電池設備２０内では、排ガス流７５内の圧縮機２７’によって天然ガスおよび空気の量が調節され、流れ経路７０，７１内の弁２５，２６によって、空気に対する天然ガスの比が調節される。再循環は行われない。
【００３６】
アフタバーナ２４および付加加熱器３０は、流体技術的に循環路６０内で直列に配置されている。アフタバーナ２４の背後に配置された３ポート２位置切換弁６４は、燃料電池設備２０の熱生成量の高い時間に切り換えられて、これにより水は燃料電池設備２０の熱を使用装置５０，５１ではなく、蓄熱器４２に搬送する。このように蓄えられた熱は、熱需要の高い時間にポンプ６３によって使用装置５０，５１に提供され得る。
【００３７】
熱電併給設備１０は、共通の調節装置４０を有している。共通の調節装置４０は、外気温を、第１の温度測定器４３によって測定し、かつ蓄熱器４２の温度を第２および第３の温度測定器４４，４５によって互いに異なる２つの箇所で測定する。測定された温度は、通信経路４６で調節装置４０に伝達され、これにより調節装置４０は、弁２５，２６，３１，３２、圧縮機２７’，３５およびインバータ４１を、本発明による方法に相応して調節するように指示する。同様に、調節装置４０が、ポンプ６１，６３，６５を調節することが規定されていてよい（図示せず）。さらに調節装置４０は、建物の、要求される電気的な出力の測定値を使用することができる。
【００３８】
図３は、電圧Ｕと、電流Ｉとの関係のグラフを示している。直線Ａは、第１の燃料の低下された第１の割合における電流Ｉと電圧Ｕとの関係を示しているのに対して、直線Ｂは、第１の燃料の高い第１の割合における電流Ｉと電圧Ｕとの関係を示している。曲線Ｐ（一定）は、一定の電気的な出力Ｐの線である、低い第１の割合（直線Ａ）では、出力Ｐが同じままで電流Ｉが減じられるので、ガス使用率の低下作用の他に、燃料電池２１の劣化がさらに減じられ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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