(57)【要約】【課題】燃料電池の温度調整を行う燃料電池装置において、システム効率低下を抑制する。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応によって発電し、前記電気化学反応に用いられなかった排ガスを排出する燃料電池２０２を有する発電ユニット２００と、作動流体が封入された音響伝達管３０１、３０２と、音響伝達管３０１に配置され、排ガスが有する熱エネルギが入力されることで温度勾配が形成され、熱音響自励振動により熱エネルギから音響エネルギを生成する音響エネルギ生成部３０３と、音響エネルギを異なる種類の他のエネルギに変換し、他のエネルギを用いて発電ユニット２００の温度調整を行う温度調整部３１１とを有する熱音響ユニット３００とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応によって発電し、前記電気化学反応に用いられなかった排ガスを排出する燃料電池（２０２）を有する発電ユニット（２００）と、
作動流体が封入された音響伝達管（３０１、３０２、３１７、３１８）と、前記音響伝達管に配置され、前記排ガスが有する熱エネルギが入力されることで温度勾配が形成され、熱音響自励振動により熱エネルギから音響エネルギを生成する音響エネルギ生成部（３０３）と、前記音響エネルギを異なる種類の他のエネルギに変換し、前記他のエネルギを用いて前記発電ユニットの温度調整を行う温度調整部（３１１、３１４、３１６、３２７）とを有する熱音響ユニット（３００）と、
を備える燃料電池装置。
【請求項２】
前記温度調整部は、前記音響エネルギから運動エネルギを生成する運動エネルギ生成部（３１１ａ）と、前記運動エネルギによって駆動される送風部（３１１ｄ）とを含んでいる請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記温度調整部は、前記音響エネルギから電気エネルギを生成する電気エネルギ生成部（３１４）と、前記電気エネルギによって駆動される送風部（３１６）とを含んでいる請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記送風部は、前記発電ユニットを収納する容器（１００）内を換気する請求項２または３に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記送風部は、前記発電ユニットに向かって送風する請求項２または３に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記温度調整部は、前記音響エネルギから冷熱エネルギを生成する冷熱エネルギ生成部（３１９）を含んでおり、前記冷熱エネルギによって前記発電ユニットの冷却を行う請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記温度調整部は、前記冷熱エネルギで前記発電ユニットを収納する容器（１００）内の空気を冷却する請求項６に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記冷熱エネルギで冷却された空気を前記発電ユニットに向かって送風する請求項６に記載の燃料電池装置。
【請求項９】
前記温度調整部は、前記音響エネルギ生成部に熱エネルギが入力された後の前記排ガスを冷却する排ガス冷却部（３２８、３３０、３３１）を含んでいる請求項１ないし８のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
前記作動流体には、気液相変化を生じる凝縮性流体が含まれている請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
【請求項１１】
前記凝縮性流体は水であり、前記燃料電池のために用いられる水を前記音響伝達管内に供給する水供給部（３１２、３１３）を備える請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池は、作動温度が高く高効率である一方、高温になり過ぎると出力低下などが生じるおそれがある。このため、燃料電池の出力を安定させるためには、温度を所定範囲に保つ必要がある。
【０００３】
これに対し、特許文献１では、空気供給量を増やすことで、燃料電池の過昇温を防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１６２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池の温度調整のために空気供給量を増大させる場合には、空気供給装置の動力が増大するとともに空気供給装置を大型化する必要があり、システム効率が低下する。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、燃料電池の温度調整を行う燃料電池装置において、システム効率低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応によって発電し、前記電気化学反応に用いられなかった排ガスを排出する燃料電池（２０２）を有する発電ユニット（２００）と、作動流体が封入された音響伝達管（３０１、３０２、３１７、３１８）と、音響伝達管に配置され、排ガスが有する熱エネルギが入力されることで温度勾配が形成され、熱音響自励振動により熱エネルギから音響エネルギを生成する音響エネルギ生成部（３０３）と、音響エネルギを異なる種類の他のエネルギに変換し、他のエネルギを用いて前記発電ユニットの温度調整を行う温度調整部（３１１、３１４、３１６、３２７）とを有する熱音響ユニット（３００）と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、燃料電池排ガスの排熱を利用して熱音響ユニットで音響エネルギを生成し、音響エネルギから変換した異なる種類のエネルギを用いて発電ユニットを温度調整している。これにより、システム効率を低下させることなく、燃料電池ユニットの温度調整を行うことができる。
【０００９】
なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。
【図２】第１実施形態の発電ユニットを示す概念図である。
【図３】第１実施形態の第２換気ファンの断面図である。
【図４】第２実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。
【図５】第２実施形態の発電機の断面図である。
【図６】第３実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。
【図７】第４実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。
【図８】第５実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。
【図９】第６実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。
【図１０】第７実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。
【図１１】第８実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。
【図１２】第９実施形態の燃料電池装置を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１に示すように、本第１実施形態の燃料電池装置１では、第１容器１００の内部に発電ユニット２００と熱音響ユニット３００が収容されている。第１容器１００には、内部を換気する２つの換気ファン１０１、３１１が設けられている。第１換気ファン１０１は電動ファンであり、後述する燃料電池２０２からの電力供給によって作動する。第２換気ファン３１１は、後述する熱音響ユニット３００から動力を得て作動する。
【００１３】
図２に示すように、発電ユニット２００は、第２容器２０１の内部に燃料電池２０２が収容されている。本実施形態の燃料電池２０２は、固体酸化物からなる電解質を備える固体酸化物型燃料電池である。固体酸化物型燃料電池は、その作動温度が７００℃〜１０００℃に設定される高温型燃料電池である。燃料電池２０２は、複数の燃料電池セルが積層されたセルスタックとして構成されている。
【００１４】
燃料電池２０２は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応を利用して電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素が用いられ、酸化剤ガスとして酸素を含む空気が用いられる。
【００１５】
燃料電池２０２では、燃料供給通路２０３を介して燃料極に水素を含む燃料ガスが供給され、空気供給通路２０４を介して空気極に酸素を含む空気が供給されることにより、以下の電気化学反応が起こり、電気エネルギが発生する。
【００１６】
（燃料極）Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ-
（空気極）１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｏ2-
燃料供給通路２０３には、燃料流れ上流側から順に、燃料ポンプ２０５、改質器２０６が設けられている。燃料ポンプ２０５は、図示しない燃料タンクから原燃料を燃料供給通路２０３に圧送するポンプである。原燃料は、改質反応によって水素を生成するための燃料であり、例えばメタノールを用いることができる。
【００１７】
燃料供給通路２０３には、水供給通路２０７から水蒸気が供給される。水供給通路２０７は、水（水蒸気）流れ上流側から順に、水タンク２０８、水ポンプ２０９、水加熱器２１０が設けられている。水ポンプ２０９によって、水タンク２０８から供給された水が水供給通路２０７に圧送される。
【００１８】
水加熱器２１０は、水を加熱して水蒸気を生成する。水加熱器２１０は、後述する燃焼器２１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により水を加熱するように構成されている。
【００１９】
改質器２０６には、原燃料と、水供給通路２０７を介して供給される水蒸気とが混合された混合ガスが供給される。改質器２０６は、燃焼器２１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により混合ガスを加熱する。
【００２０】
改質器２０６は、混合ガスを高温に加熱することで、水蒸気改質反応（触媒反応）により原燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する。改質器２０６で生成した燃料ガスは、燃料電池２０２の燃料極側に導入される。
【００２１】
空気供給通路２０４には、空気流れ上流側から順に、空気ポンプ２１１、空気加熱器２１２が設けられている。空気ポンプ２１１は、大気中から吸入した空気を空気供給通路２０４に圧送する。
【００２２】
空気加熱器２１２は、燃料電池２０２の空気極に導入する空気を加熱することで、空気極に導入する空気と燃料極に導入する高温の燃料ガスとの温度差を小さくし、燃料電池２０２における電気化学反応の効率向上を図るための空気予熱部である。空気加熱器２１２は、後述する燃焼器２１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により空気を加熱するように構成されている。
【００２３】
上述の電気化学反応に用いられかなった未反応水素および未反応空気は、排ガス通路２１３を介して燃料電池２０２から排ガスとして排出される。排ガス通路２１３には、排ガスを燃焼させて高温の燃焼排ガスを生成する燃焼器２１４が設けられている。
【００２４】
燃焼器２１４は、改質器２０６に接触しており、燃焼器２１４で発生した燃焼熱は改質器２０６に伝えられる。さらに、排ガス通路２１３は、内部を通過する燃焼排ガスの高熱（排熱）を有効利用すべく、空気加熱器２１２、水加熱器２１０といった加熱対象機器を経由するようになっている。これにより、燃焼器２１４で生成した燃焼排ガスによって、空気供給通路２０４を流れる空気および水供給通路２０７を流れる水が加熱される。
【００２５】
発電ユニット２００には、制御部２１５が設けられている。制御部２１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御部２１５は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。制御部２１５は、燃料ポンプ２０５、水ポンプ２０９、空気ポンプ２１１といった各種制御対象機器の作動を制御する。
【００２６】
図１に戻り、熱音響ユニット３００は、音響伝達管３０１、３０２を備えている。本実施形態の音響伝達管３０１、３０２は、入力ループ配管３０１および直線配管３０２とからなる。
【００２７】
音響伝達管３０１、３０２は、中空状の筒状部材であり、密閉空間を構成している。音響伝達管３０１、３０２としては、例えば円筒形状のステンレス製配管を用いることができる。音響伝達管３０１、３０２は、内部空間に作動流体が封入されている。音響伝達管３０１、３０２は、作動流体を介して音響エネルギを伝達可能な配管である。
【００２８】
本実施形態では、作動流体として非凝縮性流体と凝縮性流体の混合物を用いている。非凝縮性媒体は、熱音響ユニット３００の作動温度範囲で気液相変化しない流体である。凝縮性媒体は、熱音響ユニット３００の作動温度範囲で気液相変化する流体である。
【００２９】
非凝縮性流体としては、例えばヘリウム、窒素、アルゴン等の低分子量の不活性ガス、空気、水素あるいはこれらの混合物を好適に用いることができるが、異なる種類の非凝縮性流体を用いてもよい。凝縮性流体としては、例えば水、炭酸、フロンを好適に用いることができるが、異なる種類の凝縮性流体を用いてもよい。本実施形態では、非凝縮性流体として空気を用い、凝縮性流体として水を用いている。
【００３０】
入力ループ配管３０１には、外部から熱エネルギの入力が行われる入力部３０３が設けられている。入力部３０３は原動機であり、外部から入力された熱エネルギから音響エネルギを生成する音響エネルギ生成部である。つまり、入力部３０３では、熱流から仕事流への変換が行われる。
【００３１】
入力部３０３は、蓄熱部３０４、高温熱交換部３０５、低温熱交換部３０６を備えている。これらは、入力ループ配管３０１の長手方向に沿って配置されている。
【００３２】
蓄熱部３０４の一端側に高温熱交換部３０５が配置されており、蓄熱部３０４の他端側に低温熱交換部３０６が配置されている。これらの熱交換部３０５、３０６は、蓄熱部３０４と熱的に接触している。このため、蓄熱部３０４の一端側が高温側端部となり、蓄熱部３０４の他端側が低温側端部となり、蓄熱部３０４の両端に温度差を生成することができる。
【００３３】
蓄熱部３０４は、多数の細孔が形成されたスタックとして構成されている。蓄熱部３０４としては、例えばセラミックスハニカムのような細かい流路が設けられた構造体、あるいはステンレス等の金属メッシュのような目の細かい金網が積層された構造体等を用いることができる。
【００３４】
高温熱交換部３０５は入熱装置であり、外部からの熱エネルギの入力によって蓄熱部３０４の高温側端部を加熱する。高温熱交換部３０５には、排ガス通路２１３を流れる燃焼排ガスが通過するようになっており、燃焼排ガスの熱によって蓄熱部３０４の高温側端部を加熱する。
【００３５】
低温熱交換部３０６は、蓄熱部３０４の他端側を冷却する。本実施形態では、低温熱交換部３０６に第２熱媒体通路３０７を介して常温の熱媒体が供給される。熱媒体としては、例えば水を用いることができる。第２熱媒体通路３０７を流れる熱媒体は、放熱器３０８で外気と熱交換して常温となっている。放熱器３０８には、外気を送風する送風ファン３０９が設けられている。第２熱媒体通路３０７には、熱媒体を循環させるための熱媒体ポンプ３１０が設けられている。なお、低温熱交換部３０６は、第２熱媒体通路３０７や放熱器３０８を設けることなく、大気と直接熱交換する自然放熱によって冷却してもよい。
【００３６】
高温熱交換部３０５および低温熱交換部３０６によって、蓄熱部３０４の両端に温度差が生じ、作動流体の流通方向に温度勾配が形成される。蓄熱部３０４では、蓄熱部３０４の両端の温度勾配が形成されることで、内部に存在する作動流体の圧縮、加熱、膨張、冷却が行われ、熱音響自励振動である音波が発生する。つまり、入力部３０３の蓄熱部３０４では、熱エネルギから音響エネルギへの変換が行われる。
【００３７】
直線配管３０２の一端側には入力ループ配管３０１が接続され、直線配管３０２の他端側には第２換気ファン３１１が設けられている。第２換気ファン３１１は、入力部３０３で生成した音響エネルギを運動エネルギに変換し、当該運動エネルギを用いて発電ユニット２００の温度調整を行う温度調整部である。ここで、発電ユニット２００の温度調整には、発電ユニット２００を冷却すること、発電ユニット２００の温度上昇を抑えることが含まれる。
【００３８】
図３に示すように、第２換気ファン３１１は、双方向タービン３１１ａ、シャフト３１１ｂ、マグネットカップリング３１１ｃ、ファンブレード３１１ｄを備えている。第２換気ファン３１１は、入力部３０３で生成した音響エネルギによって作動する。
【００３９】
双方向タービン３１１ａは、音波の振動流を回転運動に変換してシャフト３１１ｂを回転させる。双方向タービン３１１ａは、音響エネルギから運動エネルギを生成する運動エネルギ生成部である。シャフト３１１ｂは、マグネットカップリング３１１ｃを介してファンブレード３１１ｄと非接触で接続されている。ファンブレード３１１ｄは、双方向タービン３１１ａで生成した運動エネルギによって駆動される送風部である。
【００４０】
図１に戻り、熱音響ユニット３００は、水タンク２０８の水を音響伝達管３０１、３０２の内部に供給するための水供給通路３１２が設けられている。水は、入力ループ配管３０１における蓄熱部３０４の高温側端部に対応する部位に供給される。水供給通路３１２には、水タンク２０８の水を圧送する水ポンプ３１３が設けられている。
【００４１】
水タンク２０８から音響伝達管３０１、３０２の内部に供給された水は、熱音響ユニット３００の凝縮性流体として用いられる。水タンク２０８の水は改質器２０６で燃料ガスを生成するために用いられる水であり、燃料電池２０２のために用いられる水が熱音響ユニット３００の非凝縮性流体として用いられることとなる。
【００４２】
ここで、本実施形態の燃料電池装置１の作動について説明する。まず、燃料電池２０２に水素と酸素が供給され、発電する。作動中の燃料電池２０２は高温になっており、第２容器２０１の内部が高温となり、さらに第１容器１００の内部が高温になる。
【００４３】
燃料電池２０２の排ガスは、排ガス通路２１３から排出される。燃料電池２０２の排ガスは、燃焼器２１４で燃焼して高温の燃焼排ガスが生成される。燃焼排ガスは、改質器２０６で混合ガスを加熱し、空気加熱器２１２、水加熱器２１０を経由して、熱音響ユニット３００の高温側熱交換器３０５に供給される。
【００４４】
入力部３０３では、高温熱交換部３０５に燃料電池２０２の排ガスから熱エネルギが入力されることで、蓄熱部３０４に温度勾配が形成される。蓄熱部３０４では、作動流体の流通方向に温度勾配が形成されることで、熱音響自励振動である音波が発生する。つまり、入力部３０３の蓄熱部３０４では、熱エネルギから音響エネルギへの変換が行われる。
【００４５】
蓄熱部３０４に存在する液相の凝縮性流体は、蓄熱部３０４の高温側端部や高温熱交換部３０５で気化する。気化した凝縮性流体の一部は入力部３０３から拡散するが、必要に応じて水タンク２０８から蓄熱部３０４の高温側端部に水が補充される。
【００４６】
入力部３０３で発生した音響エネルギは入力ループ配管３０１を巡回して入力部３０３に再入力し、残りは直線配管３０２を通過して第２換気ファン３１１に伝達される。第２換気ファン３１１では、音響エネルギを回転運動エネルギに変換して作動する。これにより、第１容器１００内の換気が行われる。
【００４７】
以上説明した本実施形態によれば、燃料電池２０２の排ガスの排熱を利用して熱音響ユニット３００で音響エネルギを生成し、この音響エネルギによって第２換気ファン３１１を作動させている。これにより、第１容器１００の内部を換気して第１容器１００の内部が高温になりすぎることを防止できる。この結果、発電ユニット２００が高温になりすぎることを防止でき、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。第２換気ファン３１１は、燃料電池２０２の排ガスの排熱から生成した動力によって作動するため、システム効率を低下させることがない。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図４に示すように、本第２実施形態の熱音響ユニット３００では、発電部３１４、インバータ３１５、換気ファン３１６が設けられている。発電部３１４および換気ファン３１６は、入力部３０３で生成した音響エネルギから電気エネルギを生成し、当該電気エネルギを用いて発電ユニット２００の温度調整を行う温度調整部である。発電部３１４は、音響エネルギから電気エネルギを生成する電気エネルギ生成部である。換気ファン３１６は、発電部３１４で生成した電気エネルギによって駆動される送風部である。
【００５０】
発電部３１４は、直線配管３０２に接続されている。図５に示すように、発電部３１４は、双方向タービン３１４ａ、シャフト３１４ｂ、ロータ３１４ｃ、ステータ３１４ｄを備えている。双方向タービン３１４ａは、音波の振動流を回転運動に変換してシャフト３１４ｂを回転させる。シャフト３１４ｂにはロータ３１４ｃが接続されており、ロータ３１４ｃが円筒状のステータ３１４ｄの内部で回転することで、発電が行われる。つまり、発電部３１４は、音波の振動流から電気エネルギを生成する。
【００５１】
発電部３１４で発電した電力は、インバータ３１５を介して換気ファン３１６に供給される。インバータ３１５は、コンバータ回路およびインバータ回路を備えている。
【００５２】
換気ファン３１６は、第１容器１００に設けられており、第１容器１００の内部を換気する。換気ファン３１６は電動ファンであり、インバータ３１５から供給される電力によって作動する。
【００５３】
以上説明した本第２実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で発電した電力を用いて換気ファン３１６を作動させている。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、第１容器１００の換気を行い、第１容器１００の内部が高温になりすぎることを防止できる。この結果、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。
【００５４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５５】
図６に示すように、本第３実施形態の熱音響ユニット３００では、１つのループ配管３１７に入力部３０３と換気ファン３１１が設けられている。ループ配管３１７は、内部に作動流体が封入された音響伝達管である。つまり、本第３実施形態の熱音響ユニット３００はシングルループ型の熱音響装置として構成されている。
【００５６】
本第３実施形態のように、シングルループ型の熱音響装置を用いた場合であっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５８】
図７に示すように、本第４実施形態の熱音響ユニット３００では、２つのループ配管３０１、３１８が直線配管３０２で接続されたダブルループ型の熱音響装置として構成されている。出力ループ配管３１８には、出力部３１９が設けられている。
【００５９】
出力部３１９は、入力部３０３と同様の構成であり、蓄熱部３２０、高温熱交換部３２１、低温熱交換部３２２を備えている。蓄熱部３２０は、入力部３０３の蓄熱部３０４と同じく、例えばセラミックスハニカムのような細かい流路が設けられた構造体、あるいはステンレス等の金属メッシュのような目の細かい金網が積層された構造体等を用いることができる。蓄熱部３２０に音響エネルギが伝達されることで、蓄熱部３２０の両端に温度勾配が生じる。
【００６０】
本実施形態の出力部３１９では、第２熱媒体通路３０７を流れる常温の熱媒体が高温熱交換部３２１を通過するようになっており、低温熱交換部３２２で冷熱が生成される。つまり、出力部３１９は、音響エネルギから冷熱エネルギを生成する冷熱エネルギ生成部である。なお、高温熱交換部３２１は、大気と直接熱交換することで常温となるようにしてもよい。
【００６１】
低温熱交換部３２２で生成された冷熱は、第３熱媒体通路３２３を循環する熱媒体を介して冷却用熱交換器３２４に輸送され、第１容器１００内の空気が冷却される。冷却用熱交換器３２４で冷却された空気は、ファン３２５によって送風され、第１容器１００の内部を冷却する。第３熱媒体通路４００には、熱媒体を循環させるためのポンプ３２６が設けられている。
【００６２】
以上説明した本第４実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で冷熱を生成し、第１容器１００内の空気を冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、第１容器１００の内部が高温になりすぎることを防止できる。この結果、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。
【００６３】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６４】
図８に示すように、本第５実施形態では、直線配管３０２に送風ファン３２７が接続されている。送風ファン３２７は、換気ファン３１１と同様の構成を備えている。つまり、送風ファン３２７は、図示しない双方向タービン、シャフト、マグネットカップリング、ファンブレードを備えている。送風ファン３２７は、入力部３０３で生成した音響エネルギから運動エネルギを生成し、当該運動エネルギを用いて発電ユニット２００の温度調整を行う温度調整部である。
【００６５】
送風ファン３２７は、発電ユニット２００に向かって送風するように配置されている。送風ファン３２７からの送風によって、発電ユニット２００が冷却される。送風ファン３２７は、発電ユニット２００の第２容器２０１に送風してもよく、燃料電池２０２に送風してもよい。
【００６６】
以上説明した本第５実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で生成した音響エネルギを用いて送風ファン３２７を作動させ、発電ユニット２００を冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００が高温になりすぎることを防止でき、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。
【００６７】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６８】
図９に示すように、本第６実施形態では、上記第４実施形態に対して、第３熱媒体通路３２３が発電ユニット２００と接触するように配置されている点が異なっている。低温熱交換部３２２の冷熱を受け取った熱媒体が第３熱媒体通路３２３を流れることで、熱媒体の冷熱が発電ユニット２００に伝わり、発電ユニット２００が冷却される。第３熱媒体通路３２３は、第２容器２０１の周囲に配置してもよく、燃料電池２０２の周囲に配置してもよい。
【００６９】
以上説明した本第６実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で生成した冷熱を用いて、発電ユニット２００を冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００が高温になりすぎることを防止でき、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。
【００７０】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７１】
図１０に示すように、本第７実施形態では、上記第４実施形態に対して、冷却用熱交換器３２４およびファン３２５が発電ユニット２００の近傍に設けられている点が異なっている。冷却用熱交換器３２４で冷却された空気は、ファン３２５によって発電ユニット２００に向かって送風されることで、発電ユニット２００が冷却される。
【００７２】
以上説明した本第７実施形態によれば、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で生成した冷熱を用いて、発電ユニット２００を冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、発電ユニット２００が高温になりすぎることを防止でき、発電ユニット２００の温度調整を行うことができる。
【００７３】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７４】
図１１示すように、本第８実施形態では、上記第２実施形態に対して、外気送風ファン３２８と外気導入ダクト３２９が追加されている点が異なっている。外気送風ファン３２８は、インバータ３１５からの電力供給によって作動する。外気送風ファン３２８は、燃料電池２０２の排ガスを冷却する排ガス冷却部である。
【００７５】
外気送風ファン３２８は、第１容器１００の外部から外気を導入するための外気導入ダクト３２９に設けられている。外気送風ファン３２８は、排ガス通路２１３における高温側熱交換部３０５の下流側に外気を送風する。高温側熱交換部３０５を通過した後の排ガスは、外気送風ファン３２８によって送風される外気で冷却された後で第１容器１００の外部に排出される。
【００７６】
以上説明した本第８実施形態によれば、燃料電池２０２の排ガスを冷却した後で外部に排出することができ、安全性を向上させることができる。また、燃料電池２０２の排熱を利用して熱音響ユニット３００で発電した電力で外気送風ファン３２８を作動させ、燃料電池２０２の排ガスを冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、燃料電池２０２の排ガスを冷却して外部に排出することができる。
【００７７】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７８】
図１２に示すように、上記第７実施形態に対して、熱媒体分岐通路３３０および熱交換器３３１が設けられている点が異なっている。熱媒体分岐通路３３０および熱交換器３３１は、燃料電池２０２の排ガスを冷却する排ガス冷却部である。
【００７９】
熱媒体分岐通路３３０は、第３熱媒体通路３２３から分岐するように設けられており、低温熱交換部３２２の冷熱を受け取った熱媒体が供給される。熱交換器３３１は、排ガス通路２１３における高温側熱交換部３０５の下流側を流れる排ガスと、熱媒体分岐通路３３０を流れる熱媒体とを熱交換する。高温側熱交換部３０５を通過した後の排ガスは、熱交換器３３１で熱媒体によって冷却された後で第１容器１００の外部に排出される。
【００８０】
以上説明した本第９実施形態によれば、燃料電池２０２の排ガスを冷却した後で外部に排出することができ、安全性を向上させることができる。また、燃料電池２０２の排ガスの排熱を用いて生成した冷熱によって燃料電池２０２の排ガスを冷却している。これにより、燃料電池２０２で発電した電力を用いることなく、燃料電池２０２の排ガスを冷却して外部に排出することができる。
【００８１】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【００８２】
（１）上記各実施形態では、燃料電池２０２として固体酸化物型燃料電池を用いた例について説明したが、これ限らず、固体高分子型燃料電池といった異なる種類の燃料電池を用いてもよい。固体高分子型燃料電池は、固体酸化物型燃料電池よりも排ガスが低温である。これに対し、作動流体として凝縮性流体を用いた熱音響ユニットは比較的低い温度でも発振可能であり、固体高分子型燃料電池の排ガスの排熱を利用して熱音響自励振動を開始させることができる。
【００８３】
（２）上記第１実施形態では、改質器２０６での水蒸気改質反応に用いられる水を音響伝達管３０１内に供給するようにしたが、これに限らず、音響伝達管内に供給する水は燃料電池２０２のために用いられる水であればよい。
【００８４】
例えば、固体高分子型燃料電池に加湿空気を供給する構成であれば、加湿用の水を音響伝達管内に供給するようにしてもよい。あるいは、燃料電池用ラジエータに水を散布してラジエータの表面温度を低下させる構成であれば、ラジエータに散布するための水を音響伝達管内に供給するようにしてもよい。
【００８５】
（３）上記第１実施形態では、水タンク２０８に貯蔵された水を音響伝達管内に供給するようにしたが、これに限らず、例えば燃料電池２０２の排ガスに含まれる水分を凝縮水として回収し、回収された凝縮水を音響伝達管内に供給するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１００    第１容器
２００    発電ユニット
２０１    第２容器
２０２    燃料電池
２１３    排ガス通路
３００    熱音響ユニット
３０１    入力ループ配管（音響伝達管）
３０２    直線配管（音響伝達管）
３０３    入力部（音響エネルギ生成部）
３１１    換気ファン（温度調整部）
３１１ａ  双方向タービン（運動エネルギ生成部）
３１１ｄ  ファンブレード（送風部）
３１２    水供給通路（水供給部）
３１３    水ポンプ（水供給部）
３１４    発電部（温度調整部、電気エネルギ生成部）
３１６    換気ファン（温度調整部、送風部）
３１７    ループ配管（音響伝達管）
３１８    出力ループ配管（音響伝達管）
３１９    出力部（冷熱エネルギ生成部）
３２７    送風ファン（温度調整部）
３２８    外気送風ファン（排ガス冷却部）
３３０    熱媒体分岐通路（排ガス冷却部）
３３１    熱交換器（排ガス冷却部）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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