(57)【要約】  水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含む発電部と、当該発電部を収容する筐体と、を有するシステム本体と、燃焼部を含み、熱需要に応じて熱量を熱供給するための熱供給部と、筐体内にて外部の空気を流通させて、当該筐体内を冷却する空気流路と、を備え、空気流路の下流側は、空気を発電部のセルスタックに供給する第１分岐流路と、空気を熱供給部の燃焼部に供給する第２分岐流路と、を含み、空気流路には、発電部のセルスタックへ向けて空気を圧送する第１送風部と、熱供給部の燃焼部へ向けて空気を圧送する第２送風部と、が設けられている。
2012091096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含む発電部と、当該発電部を収容する筐体と、を有するシステム本体と、
内部に燃焼部を含み、熱需要に応じて熱量を熱供給するための熱供給部と、
前記筐体内にて外部の空気を流通させて、当該筐体内を冷却する空気流路と、を備え、
前記空気流路の下流側は、前記空気を前記発電部の前記セルスタックに供給する第１分岐流路と、前記空気を前記熱供給部の前記燃焼部に供給する第２分岐流路と、を含み、
前記空気流路には、前記発電部の前記セルスタックへ向けて前記空気を圧送する第１送風部と、前記熱供給部の前記燃焼部へ向けて前記空気を圧送する第２送風部と、が設けられている燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池システムを制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記燃料電池システムの発電量に応じた空気流量の空気が第１分岐流路に流通するように前記第１送風部を動作させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２分岐流路に空気が流通するように前記第２送風部を動作させる請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記筐体内の温度を測定する温度測定部をさらに備え、
前記制御部は、前記筐体内の温度が予め定めた上限温度を上回っているとき、前記第２分岐流路に空気が流通するように前記第２送風部を動作させる請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記熱供給部を作動させるとき、前記第２分岐流路に流通する空気流量が前記燃焼部の燃焼に必要な空気流量となるように前記第２送風部を動作させる請求項２〜４の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
内部に貯えた水に前記燃料電池システムから回収した熱を蓄熱すると共に、需要に応じて当該水を排出する貯湯槽と、
前記貯湯槽と前記燃料電池システムと間で熱媒体を循環させる熱媒体循環流路と、
前記熱供給部から排出される排熱から熱を回収するように前記熱媒体循環流路に設けられた熱交換部と、
前記熱交換部を迂回するように前記熱媒体循環流路において前記熱交換部の上流と前記熱交換部の下流とを連通させるバイパス流路と、
前記熱媒体循環流路に設けられ、前記バイパス流路における前記熱媒体の流通を切り替える切替弁と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記熱供給部が作動しており、且つ、前記熱交換部から回収する熱を前記貯湯槽に蓄熱できない場合、前記熱媒体が前記バイパス流路に流通するように前記切替弁を動作させる請求項２〜５の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記熱供給部が停止している場合、前記熱媒体が前記バイパス流路に流通するように前記切替弁を動作させる請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第１分岐流路に設けられ、前記第１送風部を構成するカソードブロアと、
前記第２分岐流路に設けられ、前記第２送風部を構成する燃焼部用ブロアと、を有する請求項１〜７の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記第１分岐流路に設けられ、前記第１送風部を構成するカソードブロアと、
前記空気流路において前記第１及び第２分岐流路の分岐箇所よりも上流側に設けられ、前記第１及び第２送風部を構成する兼用ブロアと、を有する請求項１〜６の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記空気流路において前記第１及び第２分岐流路の分岐箇所には、マニホールド部が設けられている請求項１〜９の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記空気流路は、前記筐体内の複数の機器を動作保障温度の低い順で冷却するように、前記空気を流通させる請求項１〜１０の何れか一項記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このような燃料電池システムでは、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含む発電部が筐体内に収容されており、筐体内に設置されたファン（送風部）を作動させることで、外部の空気を筐体内に取り込んで筐体内を冷却し、当該外部の空気を発電部のセルスタックへ供給することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０７４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、近年の燃料電池システムでは、例えばシステムの小型化や高密度化等に伴い、筐体内を十分に冷却できることが特に求められている。この点、上述したような燃料電池システムでは、例えば、筐体内に流通する空気量は、発電部に供給されるカソード空気量に限られるため、筐体内の冷却が不十分となるおそれがある。【０００５】
そこで、本発明は、筐体内を十分に冷却することができる燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る燃料電池システムは、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含む発電部と、当該発電部を収容する筐体と、を有するシステム本体と、内部に燃焼部を含み、熱需要に応じて熱量を熱供給するための熱供給部と、筐体内にて外部の空気を流通させて、当該筐体内を冷却する空気流路と、を備え、空気流路の下流側は、空気を発電部のセルスタックに供給する第１分岐流路と、空気を熱供給部の燃焼部に供給する第２分岐流路と、を含み、空気流路には、発電部のセルスタックへ向けて空気を圧送する第１送風部と、熱供給部の燃焼部へ向けて空気を圧送する第２送風部と、が設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
この本発明の燃料電池システムでは、筐体内を一様に換気し冷却するのではなく、空気流路によって筐体内を選択的且つ順次に（効率的に）冷却することができる。加えて、発電部のセルスタックに供給される空気だけでなく、熱供給部の燃焼部に供給される空気によっても、筐体内を冷却することができる。従って、本発明によれば、筐体内を十分に冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池システムを示す概略ブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。
【図３】図２に示す燃料電池システムの変形例における要部を示す概略ブロック図である。
【図４】図２に示す燃料電池システムの他の変形例における要部を示す概略ブロック図である。
【図５】第２実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。
【図６】図５の燃料電池システムにおいて筐体内温度による制御を行なわない場合の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図５の燃料電池システムにおいて筐体内温度による制御を行う場合の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】図５に示す燃料電池システムの変形例における要部を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムを示す概略ブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム１は、脱硫部２と、水気化部３と、水素発生部４と、セルスタック５と、オフガス燃焼部６と、水素含有燃料供給部７と、水供給部８と、酸化剤供給部９と、パワーコンディショナー１０と、制御部１１と、を備えている。
【００１１】
燃料電池システム１は、水素含有燃料及び酸化剤を用いて、セルスタック５にて発電を行う。燃料電池システム１におけるセルスタック５の種類は特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer  Electrolyte  Fuel  Cell）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid  Oxide  Fuel  Cell）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Phosphoric  Acid  Fuel  Cell）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten  Carbonate  Fuel  Cell）、及び、その他の種類を採用することができる。なお、セルスタック５の種類、水素含有燃料の種類、及び改質方式等に応じて、図１に示す構成要素を適宜省略してもよい。
【００１２】
水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
【００１３】
酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。
【００１４】
脱硫部２は、水素発生部４に供給される水素含有燃料の脱硫を行う。脱硫部２は、水素含有燃料に含有される硫黄化合物を除去するための脱硫触媒を有している。脱硫部２の脱硫方式として、例えば、硫黄化合物を吸着して除去する吸着脱硫方式や、硫黄化合物を水素と反応させて除去する水素化脱硫方式が採用される。脱硫部２は、脱硫した水素含有燃料を水素発生部４へ供給する。
【００１５】
水気化部（水気化器）３は、水を加熱し気化させることによって、水素発生部４に供給される水蒸気を生成する。水気化部３における水の加熱は、例えば、水素発生部４の熱、オフガス燃焼部６の熱、あるいは排ガスの熱を回収する等、燃料電池システム１内で発生した熱を用いてもよい。また、別途ヒータ、バーナ等の他熱源を用いて水を加熱してもよい。なお、図１では、一例としてオフガス燃焼部６から水素発生部４へ供給される熱のみ記載されているが、これに限定されない。水気化部３は、生成した水蒸気を水素発生部４へ供給する。
【００１６】
水素発生部４は、脱硫部２からの水素含有燃料を用いて水素リッチガス（水素含有ガス）を発生させる。水素発生部４は、水素含有燃料を改質触媒によって改質する改質器を有している。水素発生部４での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。なお、水素発生部４は、セルスタック５に要求される水素リッチガスの性状によって、改質触媒により改質する改質器の他に性状を調整するための構成を有する場合もある。例えば、セルスタック５のタイプが固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）であった場合、水素発生部４は、水素リッチガス中の一酸化炭素を除去するための構成（例えば、シフト反応部、選択酸化反応部）を有する。水素発生部４は、水素リッチガスをセルスタック５のアノード１２へ供給する。
【００１７】
セルスタック５は、水素発生部４からの水素リッチガス及び酸化剤供給部９からの酸化剤を用いて発電を行う。セルスタック５は、水素リッチガスが供給されるアノード１２と、酸化剤が供給されるカソード１３と、アノード１２とカソード１３との間に配置される電解質１４と、を備えている。セルスタック５は、パワーコンディショナー１０を介して、電力を外部へ供給する。セルスタック５は、発電に用いられなかった水素リッチガス及び酸化剤をオフガスとして、オフガス燃焼部６へ供給する。なお、水素発生部４が備えている燃焼部（例えば、改質器を加熱する燃焼器など）をオフガス燃焼部６と共用してもよい。
【００１８】
オフガス燃焼部６は、セルスタック５から供給されるオフガスを燃焼させる。オフガス燃焼部６によって発生する熱は、水素発生部４へ供給され、水素発生部４での水素リッチガスの発生に用いられる。
【００１９】
水素含有燃料供給部７は、脱硫部２へ水素含有燃料を供給する。水供給部８は、水気化部３へ水を供給する。酸化剤供給部９は、セルスタック５のカソード１３へ酸化剤を供給する。水素含有燃料供給部７、水供給部８、及び酸化剤供給部９は、例えばポンプによって構成されており、制御部１１からの制御信号に基づいて駆動する。なお、水素含有燃料供給部７が、例えば純水素ガス、水素富化ガス等、改質処理を必要としない水素含有燃料を供給する場合には、脱硫部２、水供給部８、水気化部３、及び水素発生部４のうちの一つ又は複数を省略することができる。
【００２０】
パワーコンディショナー１０は、セルスタック５からの電力を、外部での電力使用状態に合わせて調整する。パワーコンディショナー１０は、例えば、電圧を変換する処理や、直流電力を交流電力へ変換する処理を行う。
【００２１】
制御部１１は、燃料電池システム１全体の制御処理を行う。制御部１１は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、及び入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイスによって構成される。制御部１１は、水素含有燃料供給部７、水供給部８、酸化剤供給部９、パワーコンディショナー１０、その他、図示されないセンサや補機と電気的に接続されている。制御部１１は、燃料電池システム１内で発生する各種信号を取得すると共に、燃料電池システム１内の各機器へ制御信号を出力する。
【００２２】
図２は、第１実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。図２に示すように、燃料電池システム１は、システム本体２０と、バックアップボイラ（熱供給部）３０と、を含んで構成されている。
【００２３】
システム本体２０は、発電部２１と、上記パワーコンディショナー１０と、第１及び第２補機モジュール２２、２３と、を含み、これらが筐体２４内に画設されるよう気密に収容されている。ここでのシステム本体２０では、第１補機モジュール２２、発電部２１、第２補機モジュール２３及びパワーコンディショナー１０が、上方から下方に向けてこの順に配置され、縦列配置構造とされている。
【００２４】
発電部２１は、発電を行うモジュールであり、上記脱硫部２、上記水気化部３、上記水素発生部４、上記セルスタック５、上記オフガス燃焼部６、上記水素含有燃料供給部７、上記水供給部８及び上記酸化剤供給部９を少なくとも有している。この発電部２１は、箱体（室部）２１ａに収容されてモジュール化されている。
【００２５】
パワーコンディショナー１０は、上述したように、発電部２１のセルスタック５で発電した電力を調整するものである。パワーコンディショナー１０は、発電部２１の動作を制御する上記制御部１１としての制御盤を有している。このパワーコンディショナー１０は、発電部２１と同様に、箱体（室部）１０ａに収容されてモジュール化されている。
【００２６】
第１及び第２補機モジュール２２，２３は、発電部で発電を行うための周辺機器である。補機モジュール２２，２３のそれぞれは、発電部２１及びパワーコンディショナー１０と同様に、箱体（室部）２２ａ，２３ａにそれぞれ収容されてモジュール化されている。
【００２７】
なお、各箱体１０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａは、図示しない空気流入口及び図示しない空気流出口を備える。そして、隣接する箱体１０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａの空気流入部と空気流出部は、空気の流出入が可能なように連通して空気流路を形成している。
【００２８】
バックアップボイラ３０は、熱需要に対する不足熱量を熱回収系（不図示）の水へ熱供給する（いわゆる追い炊き給湯を行う）ものである。バックアップボイラ３０は、バーナ等の燃焼部３０ａを有している。このバックアップボイラ３０は、システム本体２０と結合するよう設けられている。つまり、システム本体２０及びバックアップボイラ３０は、互いに一体化されて構成されている。
【００２９】
また、燃料電池システム１は、空気流路２５、カソードブロア（第１送風部）２６及び燃焼部用ブロア（第２送風部）２７を備えている。空気流路２５は、筐体２４内で外部の空気を流通させ、当該筐体２４内を冷却する。カソードブロア２６は、空気流路２５に設けられており、空気を発電部２１におけるセルスタック５のカソード１３（図１参照）へ向けて圧送し送風する。燃焼部用ブロア２７は、空気流路２５に設けられており、空気をバックアップボイラ３０における燃焼部３０ａへ向けて圧送し送風する。
【００３０】
この空気流路２５は、筐体２４内においてパワーコンディショナー１０、第２補機モジュール２３、発電部２１、及び第１補機モジュール２２をこの順で冷却するように空気を流通させる。具体的には、以下に示すように、複数のモジュール（機器）をその動作保障温度の低い順で冷却するように、複数の箱体１０ａ，２３ａ，２１ａ，２２ａ内に空気を順次に流通させる。
【００３１】
すなわち、空気流路２５においては、カソードブロア２６及び燃焼部用ブロア２７の稼動により、まず、煙道管（空気配管）Ｔを介して外部の空気（野外空気）が筐体２４内に取り込まれる。そして、当該空気が、パワーコンディショナー１０を収容する箱体１０ａ内に流入され、パワーコンディショナー１０が冷却される。続いて、パワーコンディショナー１０を冷却後の空気が、第２補機モジュール２３を収容する箱体２３ａ内に流入され、第２補機モジュール２３が冷却される。続いて、第２補機モジュール２３を冷却後の空気が、発電部２１を収容する箱体２１ａ内に流入され、発電部２１が冷却される。続いて、発電部２１を冷却した後の空気が、第１補機モジュール２２を収容する箱体２２ａ内に流入され、第２補機モジュール２２が冷却される。
【００３２】
ここで、本実施形態の空気流路２５は、その下流側に、発電部２１のセルスタックに空気を供給する第１分岐流路５１と、バックアップボイラ３０の燃焼部３０ａに空気を供給する第２分岐流路５２と、を含んでいる。ここでの空気流路２５は、第１補機モジュール２２の内部にて第１及び第２分岐流路５１，５２に２分岐されている。この第１分岐流路５１には上記カソードブロア２６が設けられ、第２分岐流路５２には上記燃焼部用ブロア２７が設けられている。
【００３３】
これにより、第１補機モジュール２２を冷却した後の空気は、セルスタック５のカソード１３（図１参照）へカソードブロア２６を介して供給されると共に、バックアップボイラ３０の燃焼部３０ａへ燃焼部用ブロア２７を介して供給されることとなる。
【００３４】
以上、本実施形態においては、発電部２１のセルスタック５に供給される空気だけでなく、バックアップボイラ３０の燃焼部３０ａに供給される空気によっても、筐体２４内を冷却することができる。従って、本実施形態によれば、筐体２４内を十分に冷却することが可能となる。加えて、筐体２４内を一様に換気し冷却するのではなく、空気流路２５によって筐体２４内を選択的且つ順次に（効率的に）冷却することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、上述したように、空気流路２５は、筐体２４内の複数のモジュール（パワーコンディショナー１０、第１及び２補機モジュール２２，２３及び発電部２１）を動作保障温度の低い順で冷却するように空気を流通させている。よって、筐体２４内にて複数のモジュールを効率的に冷却することができ、過剰な送風能力を有するカソードブロア２６及び燃焼部用ブロア２７の必要性を低減し、システムの経済性を向上可能となる。
【００３６】
また、このように過剰な送風能力のカソードブロア２６及び燃焼部用ブロア２７が不要となるため、カソードブロア２６及び燃焼部用ブロア２７の消費電力や騒音が過剰になるのを抑制することができる。また、本実施形態では、上述したように、空気流路２５の下流側で外部の空気をセルスタック５及び燃焼部３０ａへ供給するため、筐体２４内に熱がこもるのを抑制することができる。また、筐体２４内を冷却して温度が高まった空気を、セルスタック５に供給することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態では、空気流路２５にて必要以上の圧力損失が発生するのを抑制することもできる。さらに、各モジュールが要する温度のそれぞれに応じて当該各モジュールを冷却することが可能となる。
【００３８】
図３は、図２に示す燃料電池システムの変形例における要部を示す概略ブロック図である。図３に示すように、燃料電池システム１では、空気流路２５において第１及び第２分岐流路５１，５２の分岐箇所Ｐが第１補機モジュール２２外に位置し、当該分岐箇所Ｐにマニホールド部５３が設けられていてもよい。マニホールド部５３は、空気流路２５よりも広い流路面積を有する空間部であり、空気を一時的に貯留するバッファタンクとして機能する。
【００３９】
この変形例の燃料電池システム１では、マニホールド部５３により、セルスタック５に供給される空気及び燃焼部３０ａに供給される空気の脈動を抑制することができる。
【００４０】
図４は、図２に示す燃料電池システムの他の変形例における要部を示す概略ブロック図である。図４に示すように、燃料電池システム１は、燃焼部用ブロア２７に代えて、兼用ブロア２８を備えていてもよい。
【００４１】
兼用ブロア２８は、第１及び第２送風部を兼用するものであり、空気流路２５において第１及び第２分岐流路５１，５２の分岐箇所Ｐよりも上流側に設けられている。ここでは、兼用ブロア２８は、筐体２４において煙道管Ｔとの接続部である吸気口に設置されている。この兼用ブロア２８は、セルスタック５に供給する空気量と燃焼部３０ａに供給する空気量との合計に相当する空気量の空気を、圧送して送風する。
【００４２】
この他の変形例の燃料電池システムでは、兼用ブロア２８で圧送された空気の一部がカソードブロア２６によってセルスタック５に供給されると共に、残部が燃焼部３０ａに燃焼用空気として供給されることとなる。これにより、セルスタック５に対して、より正確な空気供給を行うことが可能となる。
【００４３】
次に、第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００４４】
図５は、第２実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。図５に示すように、本実施形態の燃料電池システム５０は、貯湯槽１９、熱媒体循環流路５５、第１熱交換部１６ａ、第２熱交換部（熱交換部）３０ｂ、温度測定部１８、及び制御部１５をさらに備えている。
【００４５】
貯湯槽１９は、外部から供給された例えば上水等の水を内部に貯えると共に、内部を通過する熱媒体循環流路５５を流れる熱媒体から熱を回収し、貯えた水へ蓄熱する。また、この貯湯槽１９は、例えばユーザ等の需要に応じて、給湯ライン１９ａを介して貯えた水を温水として排出する。給湯ライン１９ａは、燃焼部３０ａを通過するように設けられており、これにより、貯湯槽１９上部の温度が低い場合、例えば温水が所望温度となるように燃焼部３０ａの加熱により温水の熱量が補われる。
【００４６】
熱媒体循環流路５５は、貯湯槽１９と燃料電池システム５０と間で熱媒体を循環させるものである。ここでの熱媒体循環流路５５は、貯湯槽１９、第１熱交換部１６ａ及び第２熱交換部３０ｂの間で熱媒体を循環させる。熱媒体としては、例えば、不凍液や高沸点油等が用いられている。この場合、図５の貯湯槽１９内に破線で示すような流路兼熱交換部を備え、熱媒体循環経路５５を閉鎖系とすればよい。これによると、熱媒体循環経路５５が回収してきた熱が貯湯槽１９内の水に移動し、熱媒体は再び第１熱交換部１６ａに向けて流れていくことになる。なお、熱媒体として水を用いる場合、貯湯槽１９の水を熱媒体とすることもできる。この場合、図５の貯湯槽１９内の破線部分を不要にできる。
【００４７】
第１熱交換部１６ａは、セルスタック５からの排ガス中の熱を熱媒体へ回収するものであり、セルスタック５からの排ガスを流通させる第１排ガス流路６１上で、且つ熱媒体循環流路５５上に設けられている。本実施形態においては、この第１熱交換部１６ａは、第１補機モジュール２２内に配置されているが、配置場所はこの限りではない。例えば、第２補機モジュール２３内でもよいし、発電部２１内であってもよい。
【００４８】
第２熱交換部３０ｂは、燃焼部３０ａの排ガス中の熱を熱媒体又は／及び貯湯槽１９から給湯ライン１９ａを流通する温水へ回収するものであり、燃焼部３０ａからの排ガスを流通させる第２排ガス流路６２上で、且つ熱媒体循環流路５５上に設けられている。この第２熱交換部３０ｂは、バックアップボイラ３０内に配置されている。なお、本実施形態では、給湯ライン１９ａ用の熱回収と、熱媒体循環流路用５５の熱回収を１つの熱交換部（ここでは、第２熱交換部３０ｂ）で実施する構成であるが、給湯ライン１９ａ用の熱交換部を別個に設けてもよい。
【００４９】
また、熱媒体循環流路５５には、第２熱交換部３０ｂを迂回するように設けられたバイパス流路１７ｂが設けられている。バイパス流路１７ｂは、熱媒体循環流路５５において第２熱交換部３０ｂの上流と下流とを連通させる。なお、以下においては、第２熱交換部３０ｂを通過する（迂回しない）熱媒体循環流路５５を、熱交換流路１７ａと称する。また、熱媒体循環流路５５においてバイパス流路１７ｂの上流側の合流部には、熱交換流路１７ａとバイパス流路１７ｂとの間で熱媒体の流通を切り替える切替弁１７が設けられている。
【００５０】
温度測定部１８は、筐体２４内の温度を測定するものである。本実施形態においては、温度測定部１８は、第１補機モジュール２２内に配置されているが、配置場所はこの限りではない。例えば、第２補機モジュール２３内でもよいし、発電部２１内であってもよい。制御部１５は、燃料電池システム５０を制御するものであり、ここでは、少なくともカソードブロア２６、燃焼部用ブロア２７及び切替弁１７の動作を制御する。具体的には、制御部１５は、セルスタック５の発電量に応じた空気流量の空気が第１分岐流路５１に流通するようにカソードブロア２６を動作させる。また、制御部１５は、温度測定部１８で測定された筐体２４内の温度が予め定めた上限温度を上回っているとき、第２分岐流路５２に空気が流通するように燃焼部用ブロア２７を動作させる。また、制御部１５は、バックアップボイラ３０を作動させるとき、第２分岐流路５２に流通する空気流量が燃焼部３０ａの燃焼に必要な空気流量となるように燃焼部用ブロア２７を動作させる。
【００５１】
さらに、制御部１５は、バックアップボイラ３０が作動しており、且つ、第２熱交換部３０ｂから回収する熱を貯湯槽１９に蓄熱できない場合、熱媒体がバイパス流路１７ｂに流通するように切替弁１７を動作させる。また、制御部１５は、バックアップボイラ３０が停止している場合、熱媒体がバイパス流路１７ｂに流通するように切替弁１７を動作させる。
【００５２】
カソードブロア２６及び／又は燃焼部用ブロア２７を動作させることにより煙道管Ｔから導入された空気は、パワーコンディショナー１０が内包されている箱体１０ａ、第２補機モジュール２３a、発電部２１ａ、第１補機モジュール２２ａの空気流入部及び空気流出部を通過しながら、それぞれを冷却する。そして、分岐箇所Ｐに到達し、第１分岐流路５１又は／及び第２分岐流路５２に流通する。
【００５３】
なお、本実施形態では、システム本体２０及びバックアップボイラ３０は、システム本体２０の上面と、バックアップボイラ３０の下面とが接しており、外ケース５６に内包されている。また、第１及び第２排ガス流路６１，６２の下流側には、これらを合流してなる合流ガス流路５７が接続されている。合流ガス流路５７は、セルスタック５からの排ガス及び燃焼部３０ａからの排ガスを合流して外ケース５６外へ排出する。また、図５におけるカソードブロア２６及び燃焼部用ブロア２７、並びに、第１及び第２分岐流路５１，５２の構成は、図３に示す構成となっているが、図２又は図４の構成を適用してもよい。
【００５４】
次に、上記燃料電池システム５０の動作の一例について、図６，７を参照しつつ説明する。図６は、図５の燃料電池システムにおいて筐体内温度による制御を行なわない場合の動作の一例を示すフローチャートであり、図７は、図５の燃料電池システムにおいて筐体内温度による制御を行う場合の動作の一例を示すフローチャートである。
【００５５】
図６に示すように、筐体２４内の温度による動作制御を行なわない場合には、まず、燃焼部用ブロア２７によって第２分岐流路５２に空気が供給され、給湯ライン１９ａから供給される温水に熱量不足（燃焼部３０ａに対する熱需要）が生じているか否かが判断される（Ｓ１，Ｓ２）。上記Ｓ２でＮｏの場合、熱媒体がバイパス流路１７ｂに流通するように切替弁１７が操作されると共に、バックアップボイラ３０が停止される（Ｓ３，Ｓ４）。これにより、熱媒体が第２熱交換部３０ｂを迂回することになる（Ｓ３）。つまり、給湯ライン１９ａから供給される温水に熱量不足が生じていない場合には、バックアップボイラ３０を動作させない状態で、第２分岐流路５２から燃焼部３０ａに空気を流通させる。そして、上記Ｓ２の判断処理に再び移行される。
【００５６】
一方、上記Ｓ２でＹｅｓの場合、貯湯槽１９が満蓄（蓄熱量が上限に達した状態）か否かがさらに判断される（Ｓ５）。上記Ｓ５でＹｅｓの場合、熱媒体がバイパス流路１７ｂに流通するように切替弁１７が操作され、熱媒体が第２熱交換部３０ｂを迂回する（Ｓ６）。他方、上記Ｓ５でＮｏの場合、熱媒体が熱交換流路１７ａに流通するように切替弁１７が操作され、これにより、熱媒体が第２熱交換部３０ｂを通過し、燃焼部３０ａの排ガスの熱が熱媒体へ回収される（Ｓ７）。上記Ｓ６又はＳ７の実行と共に、バックアップボイラ３０が運転される（Ｓ８）。つまり、給湯ライン１９ａから供給される温水に熱量不足が生じている場合には、第２分岐流路５２にバックアップボイラ３０の運転に必要な燃焼空気量が流通するように燃焼部用ブロア２７を制御し、バックアップボイラ３０を運転する。そして、上記Ｓ２の判断処理に再び移行される。
【００５７】
或いは、図７に示すように、筐体２４内の温度による動作制御を行う場合には、まず、給湯ライン１９ａから供給される温水に熱量不足が生じているか否かが判断される（Ｓ１１）。上記Ｓ１１でＹｅｓの場合、貯湯槽１９が満蓄か否かがさらに判断される（Ｓ１２）。上記Ｓ１２でＹｅｓの場合、熱媒体がバイパス流路１７ｂに流通するように切替弁１７が操作され、これにより、熱媒体が第２熱交換部３０ｂを迂回する（Ｓ１３）。他方、上記Ｓ１２でＮｏの場合、熱媒体が熱交換流路１７ａに流通するように切替弁１７が操作され、これにより、熱媒体が第２熱交換部３０ｂを通過し、燃焼部３０ａの排ガスの熱が熱媒体へ回収される（Ｓ１４）。
【００５８】
上記Ｓ１３又はＳ１４の実行と共に、燃焼部用ブロア２７によって第２分岐流路５２に空気が供給され、バックアップボイラ３０が運転される（Ｓ１５，Ｓ１６）。つまり、給湯ライン１９ａから供給される温水に熱量不足が生じている場合には、第２分岐流路５２にバックアップボイラ３０の運転に必要な燃焼空気量が流通するように燃焼部用ブロア２７を制御し、バックアップボイラ３０を運転する。そして、上記Ｓ１１の判断処理に再び移行される。
【００５９】
一方、上記Ｓ１１でＮｏの場合、温度測定部１８で筐体２４内の温度Ｒを取得し、測定された筐体２４内の温度Ｒが上限温度Ｒｍａｘを上回っているか否かがさらに判断される（Ｓ１７）。上記Ｓ１７でＮｏの場合、燃焼部用ブロア２７が停止されて第２分岐流路５２への空気供給が停止される（Ｓ１８）。上記Ｓ１７でＹｅｓの場合、熱媒体がバイパス流路１７ｂに流通するように切替弁１７が操作され、これにより、熱媒体が第２熱交換部３０ｂを迂回する（Ｓ１９）。そして、燃焼部用ブロア２７によって第２分岐流路５２に空気が供給され、バックアップボイラ３０が運転される（Ｓ２０）。このとき、取得された筐体２４内温度Ｒに応じて燃焼部用ブロア２７の出力を増減させ、第２分岐流路５２に流通させる空気量を調整してもよい。
【００６０】
上記Ｓ１８又はＳ２０の実行と共に、バックアップボイラ３０が停止される（Ｓ２１）。つまり、給湯ライン１９ａから供給される温水に熱量不足が生じておらず、且つ、筐体２４内の温度Ｒが上限温度Ｒｍａｘを上回っている場合は、バックアップボイラ３０を動作させない状態で、第２分岐流路５２から燃焼部３０ａに空気を流通させる。そして、上記Ｓ１１の判断処理に再び移行される。
【００６１】
以上、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様な効果を奏する。さらに、本実施形態では、燃料電池システム５０の発電量に応じた空気流量の空気が第１分岐流路５１に流通するようにカソードブロア２６が動作される。よって、燃料電池システム５０の発電時には、常に第１分岐流路５１に空気が流れることになる。
【００６２】
また、本実施形態では、筐体２４内の温度が上限温度Ｒｍａｘを超えたとき、、第２分岐流路５２に空気が流通するように燃焼部用ブロア２７が動作される。よって、筐体２４内の温度が高いときには、第２分岐流路５２に空気を流通させることが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態では、バックアップボイラ３０を運転（作動）させるとき、第２分岐流路５２に流通する空気流量が燃焼部３０ａの燃焼に必要な空気流量となるよう燃焼部用ブロア２７が動作される。よって、第２分岐流路５２の空気流量を、燃焼部３０ａの燃焼に支配的なものとして制御することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、バックアップボイラ３０が作動しており、且つ、第２熱交換部３０ｂから回収する熱を貯湯槽１９に蓄熱できない満蓄時に、熱媒体がバイパス流路１７ｂに流通するように切替弁１７を切り替えることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、上述したように、バックアップボイラ３０が停止されている場合、熱媒体がバイパス流路１７ｂに流通するように切替弁１７を切り替えることができる。その結果、第２熱交換部３０ｂを通過する熱媒体から逆に熱が奪われてしまうということを抑制できる。
【００６６】
図８は、図５に示す燃料電池システムの変形例における要部を示す概略ブロック図である。本実施形態の燃料電池システム５０は、図８に示す構成を採用することもできる。具体的には、冷却優先性が高い構成要素（補機モジュール、パワーコンディショナー、発電部等）を優先的にシステム本体の下方に設置し、構成要素を配置する板、又は箱体の全面又は一部の面を、通気可能な部材（例えば、網またはパンチング板）で形成してもよい。煙道管Ｔから導入された空気は、システム本体２０内部を冷却し、空気自体は温められながらシステム本体２０の上方に向かって上昇する。そして、第１分岐流路５１又は／及び第２分岐流路５２に流通する。図８におけるカソードブロア２６及び燃焼部用ブロア２７、並びに、第１及び第２分岐流路５１，５２の構成は、図４に示す構成となっているが、図２又は図３の構成を適用してもよい。また、燃焼部用ブロア２７に代えて、上記兼用ブロア２８を備えていてもよい。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００６８】
例えば、上記実施形態においては、パワーコンディショナー１０、第２補機モジュール２３、発電部２１、第１補機モジュールの順番で空気流路を形成したが、空気流路を形成する順番及び補機を収納するモジュール等の区画数はこの限りではない。燃料電池システムを構成する部品配置の優先性、又は冷却優先性を考慮して、任意に定めることができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、煙道管Ｔを介して野外空気を筐体２４内に流通させているが、室内空気を外部の空気として筐体２４内に流通させる場合には、煙道管Ｔは不要となる。また、上記実施形態は、熱供給部としてバックアップボイラ３０を備えているが、熱供給部は、熱需要に応じて熱量を熱供給するためのものであればよく、例えば通常のボイラ（メインボイラを含む）等であってもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、空気流路２５により空気をモジュール内に流通させているが、空気流路２５は、モジュールの外表面（箱体１０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａの外壁）に接するように空気を流通させ、これにより、モジュールを冷却（外表面を冷却）してもよい。また、第１ガス流路６１及び第２ガス流路６２は必ずしも合流させる必要はなく、それぞれ独立して外ケース５６外へ排出してもよい。なお、上記において「モジュール」とは、例えば、所定機能を実現するためのものとして、１又は複数の要素（部品や機器）が機能上又は構成上において集約されて纏まったものを意味する。
【００７１】
また、上記第２実施形態では、第１及び第２熱交換部１６ａ，３０ｂに代えて、合流ガス流路５７上に設けられた熱交換部を備えていてもよい。つまり、燃焼部から排出される熱を回収する熱交換部は、発電部から排出される熱を回収する熱交換部と兼ねることができる。
【００７２】
また、上記第２実施形態の熱媒体循環流路５５では、第１熱交換部１６ａの熱交換の後に第２熱交換部３０ｂの熱交換が行われている。しかし、熱交換部を複数設ける場合、熱媒体循環流路上においての熱回収順序は限定されるものではない。また、上記第２実施形態において例えば貯湯槽１９として熱回収率が高いものを用いた場合、第２熱交換部３０ｂ、バイパス流路１７ｂ及び切替弁１７は不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、筐体内を十分に冷却することが可能となる。
【符号の説明】
【００７４】
１…燃料電池システム、５…セルスタック、１０…パワーコンディショナー（制御部，機器）、１５…制御部、１７…切替弁、１７ｂ…バイパス流路、１８…温度測定部、１９…貯湯槽、２０…システム本体、２１…発電部（機器）、２２…第１補機モジュール（機器）、２３…第１補機モジュール（機器）、２４…筐体、２５…空気流路、２６…カソードブロア（第１送風部）、２７…燃焼部用ブロア（第２送風部）、２８…兼用ブロア（第１及び第２送風部）、３０…バックアップボイラ（熱供給部）、３０ａ…燃焼部、３０ｂ…第２熱交換部（熱交換部）、５１…第１分岐流路、５２…第２分岐流路、５３…マニホールド部、５５…熱媒体循環流路、Ｐ…分岐箇所。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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