(57)【要約】【課題】寒冷地や冬季等において凍結部位が凍結するおそれを低減させるのに有利な燃料電池システムを提供する。【解決手段】システムは、改質部２２と、燃料電池１と、断熱壁３０と、水が保持される凍結部位４９と、筐体２００の収容室２０１に配置された換気装置６００と、凍結部位４９の水が凍結するおそれがあることを検知する凍結センサ１０２とをもつ。制御部１００は、凍結部位４９が凍結するおそれがあるとき、または、凍結部位４９が凍結しているとき、換気装置６００の作動を制御することにより、断熱壁３０で暖められた空気を凍結部位４９に供給して凍結部位４９の凍結を抑制する。【選択図】図１
2010272288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質部と、
前記改質部で生成された前記アノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、
前記改質部および前記燃料電池を覆う断熱材料で形成された断熱壁と、
システムで使用される水が保持され得る凍結部位と、
前記改質部、前記燃料電池、前記断熱壁および前記凍結部位を収容する収容室と、前記収容室と外部とを連通させる排気口とをもつ筐体と
前記筐体の前記収容室に配置され外部の空気を前記収容室に吸引して前記収容室の空気を前記排気口から外部に排出させる換気装置と、
前記凍結部位の水の凍結に関する物理量を検知する凍結センサと、
前記凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、前記凍結部位が凍結しているときには、前記換気装置の作動を制御することにより、前記断熱壁で暖められた空気を前記凍結部位に供給して前記凍結部位の凍結を抑制する凍結抑制制御を実行する制御部とを具備する燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記制御部は、前記凍結部位が凍結するおそれがないとき、前記換気装置を一方向に作動させ、外部の空気を前記収容室に吸引すると共に、前記断熱壁周辺の暖められた空気を前記排気口から外部に排出させる操作を実行し、且つ、
前記制御部は、前記凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、前記凍結部位が凍結しているとき、前記換気装置を他方向に作動させ、前記排気口から外部の空気を前記収容室に吸引しつつ、前記断熱壁周辺の暖められた空気を前記凍結部位に向けて流す操作を実行する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１において、前記換気装置は、作動により外部の空気を前記収容室に吸引すると共に、前記断熱壁周辺の暖められた空気を前記排気口から外部に排出させる第１換気装置と、前記断熱壁周辺の暖められた空気を前記凍結部位に向けて流す第２換気装置とを備えており、
前記制御部は、前記凍結部位が凍結するおそれがないとき、前記第１換気装置を作動させ、外部の空気を前記収容室に吸引すると共に、前記断熱壁周辺の暖められた空気を前記排気口から外部に排出させる操作を実行し、且つ、
前記制御部は、前記凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、前記凍結部位が凍結しているとき、前記第２換気装置を作動させ、前記断熱壁周辺の暖められた空気を前記凍結部位に向けて流す操作を実行する燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１において、前記筐体は、前記凍結部位を収容する第１収容室と、前記改質器、前記燃料電池および前記断熱壁を収容すると共に前記燃料電池の発電運転時に前記第１収容室よりも高温に維持される第２収容室と、前記第１収容室および前記第２収容室を仕切る仕切壁と、前記仕切壁に形成され前記第１収容室および前記第２収容室を連通させる空気供給口とを有し、
前記制御部は、前記凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、前記凍結部位が凍結しているとき、前記換気装置を作動させ、前記断熱壁周辺の暖められた空気を前記空気供給口を通過させて前記凍結部位に向けて流す操作を実行する燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１において、前記筐体は、前記凍結部位を収容する第１収容室と、前記改質器、前記燃料電池および前記断熱壁を収容する第２収容室と、前記第１収容室および前記第２収容室を仕切る仕切壁と、前記仕切壁に形成され前記第１収容室および前記第２収容室を連通させる空気供給口と、前記空気供給口の開口面積を調整する蓋部とを有し、
前記制御部は、前記凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、前記凍結部位が凍結しているとき、前記蓋部の作動により前記空気供給口の開口面積を増加させると共に、前記換気装置を作動させ、前記断熱壁周辺の暖められた空気を前記空気供給口を通過させて前記凍結部位に向けて流す操作を実行する燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質部および燃料電池を覆う断熱材料で形成された断熱壁を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池から排出される燃料ガスでバルブや配管等を加熱して凍結を防止する燃料電池システムが開示されている。更に特許文献１には、燃料電池から排出されたカソードオフガスの流路を、通常の排気経路から、凍結するおそれがある部品に導くように切り替え、その部品の凍結を防止する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、固体高分子形の燃料電池システムが運転を停止しているとき、生成水が凍結するおそれがある温度になると、メタノールの燃焼で発生した排気ガスの流路を、通常の排気流路から、生成水循環経路に切り替え、生成水循環経路の凍結を防止する燃料電池システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３０４０３号公報
【特許文献２】特開平８−２７３６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記したシステムといえども、寒冷地や冬季等においては、貯水タンクや水精製器といった水を保持し得る凍結部位が凍結するおそれがある。この場合、燃料電池の次回の起動に支障をきたすおそれがある。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池を覆う断熱壁の放熱で暖められた空気を有効利用し、水を保持し得る凍結部位の過剰凍結を寒冷地や冬季等において低減させるのに有利な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】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムは、（ｉ）燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる改質部と、（ｉｉ）改質部で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池と、（ｉｉｉ）改質部および燃料電池を覆う断熱材料で形成された断熱壁と、（ｉｖ）システムで使用される水が保持され得る凍結部位と、（ｖ）改質部、燃料電池、断熱壁および凍結部位を収容する収容室と、収容室と外部とを連通させる排気口とをもつ筐体と、（ｖｉ）筐体の収容室に配置され外部の空気を吸引して収容室の空気を排気口から外部に排出させる換気装置と、（ｖｉｉ）凍結部位の水の凍結に関する物理量を検知する凍結センサと、（ｖｉｉｉ）凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、凍結部位が凍結しているときには、換気装置の作動を制御することにより、断熱壁で暖められた空気を凍結部位に供給して凍結部位の凍結を抑制する凍結抑制制御を実行する制御部とを具備する。
【０００８】
燃料電池が発電運転しているときには、燃料電池および改質部の温度は外気に対して高温である。断熱壁は、燃料電池および改質部の温度を維持する。断熱壁の周辺の空気の温度は高温となり、収容室において熱こもりを発生させるおそれがある。そこで制御部は換気装置の作動を制御し、収容室の空気（殊に、断熱壁の周辺の高温の空気）を排気口から筐体の外部に排出させる。これにより収容室における熱こもりが抑えられる。
【０００９】
凍結部位は水を保持するため、寒冷地や冬季等では凍結するおそれがある。殊に、燃料電池が発電運転していないときには、凍結部位は凍結するおそれがある。または凍結部位が凍結していることがある。凍結センサは、凍結部位の水の凍結に関する物理量（例えば温度）を検知する。代表的な凍結センサとしては、筐体の収容室内、凍結部位または外気の温度を検知するセンサが挙げられる。凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、凍結部位が凍結しているとき、制御部は換気装置の作動を制御することにより、断熱壁で暖められた空気を温風または熱風として凍結部位に供給し、凍結部位の凍結を抑制する凍結抑制制御を実行する。これにより凍結部位の凍結が抑制される。または凍結部位の過剰凍結が抑制される。
【００１０】
ここで、燃料電池の発電運転中はもちろんのこと、発電運転が停止されているときであっても、待機しているときであっても、断熱壁は高い断熱性を有するため、余熱を有する。そのため断熱壁は、燃料電池および改質部の温度を長時間にわたり凍結開始温度以上の高温領域に維持することができる。従って、発電運転中はもちろんのこと、発電運転が停止されたときであっても、余熱を有する断熱壁周辺の空気は暖かい。従って、凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、凍結部位が凍結しているとき、制御部は換気装置の作動を制御することにより、断熱壁で暖められた空気を凍結部位に供給し、凍結部位の過剰凍結を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池の発電運転中はもちろんのこと、発電停止後であったとしても、待機中であったとしても、燃料電池および改質部を包囲する断熱壁の余熱により、断熱壁の周辺の空気の温度を凍結開始温度以上に長時間にわたり維持することができる。このため制御部は換気装置の作動を制御することにより、断熱壁で暖められた空気を凍結部位に供給し、凍結部位の凍結を抑制することができる。このため凍結部位の過剰凍結を抑制することができる。従って、燃料電池の再起動を良好に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係り、燃料電池システムが発電運転している状態を模式的に示す図である。
【図２】実施形態１に係り、燃料電池システムが凍結部位の凍結抑制制御を実行している状態を模式的に示す図である。
【図３】実施形態１に係り、スタックおよび改質部付近を模式的に示す図である。
【図４】実施形態２に係り、燃料電池システムが発電運転している状態を模式的に示す図である。
【図５】実施形態２に係り、燃料電池システムが凍結部位の凍結抑制制御を実行している状態を模式的に示す図である。
【図６】実施形態３に係り、燃料電池システムが発電運転している状態を模式的に示す図である。
【図７】実施形態３に係り、燃料電池システムが凍結部位の凍結抑制制御を実行している状態を模式的に示す図である。
【図８】実施形態４に係り、燃料電池システムが発電運転している状態を模式的に示す図である。
【図９】実施形態４に係り、燃料電池システムが凍結部位の凍結抑制制御を実行している状態を模式的に示す図である。
【図１０】実施形態５に係り、燃料電池システムを模式的に示す図である。
【図１１】実施形態６に係り、燃料電池システムを模式的に示す図である。
【図１２】実施形態７に係り、燃料電池システムを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明によれば、筐体は、排気口を有するほかに吸気口を有することが好ましい。但し、筐体の壁間の隙間または柱間の隙間から外気を収容室に吸引させても良い。燃料電池の作動温度は７０℃以上、または、２００℃以上が好ましい。殊に、５００℃以上が好ましい。燃料電池としては固体酸化物形、リン酸形、溶融炭酸塩形が例示される。作動温度の上限は１２００℃、１０００℃、９００℃が例示される。作動温度とは、燃料電池が定格発電運転するときにおける電解質の温度をいう。改質部は、燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる。断熱壁は、改質部および燃料電池を覆う断熱材料で形成されている。断熱壁は、改質部および燃料電池を高温状態に維持でき、改質部の改質効率および燃料電池の発電効率を高めるものの、収容室における熱こもりの要因となる。換気装置は、筐体の収容室に配置されており、外部の空気を吸引して収容室の空気を排気口から外部に排出させ、収容室の熱こもりを抑制する。
【００１４】
凍結部位はシステムで使用される水を溜める部位である。凍結部位としては、システムで発生した凝縮水を溜めるタンク、凝縮水を精製させる水精製材を有するタンク、改質水を溜めるタンク、これらに繋がるバルブ、ポンプ、配管等が例示される。凍結センサは、凍結部位の水が凍結するおそれがあることを検知する。凍結センサとしては、外気、凍結部位または筐体内部の温度を検知する温度センサが例示される。
【００１５】
本発明の好ましい形態によれば、制御部は、凍結部位が凍結するおそれがないとき、換気装置を一方向に作動させ、外部の空気を収容室に吸引すると共に、断熱壁周辺の暖められた空気を排気口から外部に排出させる操作を実行する。好ましくは、制御部は、凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、凍結部位が凍結しているとき、換気装置を他方向に作動させ、排気口から外部の空気を収容室に吸引しつつ、断熱壁周辺の暖められた空気を凍結部位に向けて流す操作を実行する。これにより凍結部位の凍結が抑制される。
【００１６】
本発明の好ましい形態によれば、換気装置は、作動により外部の空気を収容室に吸引すると共に、断熱壁周辺の暖められた空気を排気口から外部に排出させる第１換気装置と、断熱壁周辺の暖められた空気を凍結部位に向けて流す第２換気装置とを備えており、制御部は、凍結部位が凍結するおそれがないとき、第１換気装置を作動させ、外部の空気を収容室に吸引すると共に、断熱壁周辺の暖められた空気を排気口から外部に排出させる操作を実行し、且つ、制御部は、凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、凍結部位が凍結しているとき、第２換気装置を作動させ、断熱壁周辺の暖められた空気を凍結部位に向けて流す操作を実行する。これにより凍結部位の凍結が抑制される。
【００１７】
本発明の好ましい形態によれば、筐体は、凍結部位を収容する第１収容室と、改質器、燃料電池および断熱壁を収容すると共に燃料電池の発電運転時に第１収容室よりも高温に維持される第２収容室と、第１収容室および第２収容室を仕切る仕切壁と、仕切壁に形成され第１収容室および第２収容室を連通させる空気供給口とを有する。この場合、凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、凍結部位が凍結しているとき、制御部は換気装置を作動させ、断熱壁周辺の暖められた空気を空気供給口を通過させて凍結部位に向けて流す操作を実行することが好ましい。これにより凍結部位の凍結が抑制される。
【００１８】
本発明の好ましい形態によれば、筐体は、凍結部位を収容する第１収容室と、改質器、燃料電池および断熱壁を収容する第２収容室と、第１収容室および第２収容室を仕切る仕切壁と、仕切壁に形成され第１収容室および第２収容室を連通させる空気供給口と、空気供給口の開口面積を調整する蓋部とを有することが好ましい。この場合、制御部は、凍結部位が凍結するおそれがあるとき、または、凍結部位が凍結しているとき、蓋部の作動により空気供給口の開口面積を増加させると共に、換気装置を作動させ、断熱壁周辺の暖められた空気を空気供給口を通過させて凍結部位に向けて流す操作を実行する。これにより凍結部位の凍結が抑制される。
【００１９】
（実施形態１）
図１〜図３は実施形態１の概念を示す。本実施形態に係る燃料電池システムは、（ｉ）改質水を水蒸気化させる蒸発部２０と、（ｉｉ）蒸発部２０に連通するように設けられ、蒸発部２０で生成された水蒸気により燃料原料を水蒸気改質させてアノードガスを生成させる改質部２２と、（ｉｉｉ）改質部２２で生成されたアノードガスとカソードガスとで発電する固体酸化物形の燃料電池で形成されたスタック１と、（ｉｖ）蒸発部２０に改質水を供給する改質水供給通路４１を形成する改質水供給配管４１０と、（ｖ）水蒸気改質される燃料原料を蒸発部２０を介して改質部２２に供給する燃料原料供給通路５１を形成する燃料原料供給配管５１０と、（ｖｉ）スタック１、および蒸発部２０の外側を断熱のため覆う断熱材料で形成された断熱壁３０とを有する。
【００２０】
図３はスタック１の概念図に模式的に示す。図３に模式的に示すように、スタック１は、複数の燃料電池１０を列状に並設することにより形成されている。燃料電池１０は、アノード１１と、カソードガスに対面するカソード１２と、固体酸化物形の電解質膜１５と、アノード１１に供給するアノードガスを流す通路１１ｒをもちアノード１１に隣接する多孔質導電部１１ｗと、緻密性および導電性をもつコネクタ１０ｘを備えている。
【００２１】
図１に示すように、断熱壁３０、スタック１、改質部２２および蒸発部２０は、一体的に組み付けられており、ユニット化されており、燃料電池モジュール３とも呼ばれる。改質部２２は、改質触媒を担持するセラミックス担体を有する。断熱壁３０は箱形状をなしており、断熱材料で形成されている壁部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有する。断熱材料は石綿、セラミックス等の耐火材料で形成されている。耐火材料は煉瓦であっても良い。断熱壁３０としては、繊維状、面状またはブロック状の断熱材料を被覆させて形成しても良く、要するに断熱性を有すれば良い。断熱壁３０は高い断熱性を有するため、蓄熱材としても機能できる。
【００２２】
改質水系４は、改質部２２における水蒸気改質において水蒸気として消費される改質水を改質部２２に供給するものである。改質水系４は、水精製器４０（水溜部）と、水精製器４０と改質器２とを結ぶ改質水通路４１と、水精製器４０で精製された水を改質水として溜める貯水タンク４４（水溜部）と、改質水ポンプ４２（改質水搬送源）と、給水バルブ４３とを有する。水精製器４０は、システムの凝縮器で凝縮された凝縮水を溜め、溜めた凝縮水を精製させて浄化させ得るイオン交換樹脂等の水精製材４０ａを有する。改質水通路４１には、水精製器４０、貯水タンク４４、改質水ポンプ４２、給水バルブ４３が設けられている。水精製器４０、貯水タンク４４、改質水ポンプ４２、給水バルブ４３等は水の凍結開始温度以下になると、水が凍結し得る水凍結部位４９を形成する。
【００２３】
図１に示すように、スタック１、蒸発部２０、改質部２２、断熱壁３０、水凍結部位４９を収容する収容室２０１を有する筐体２００が設けられている。筐体２００は、（ｉ）スタック１、蒸発部２０、改質部２２および断熱壁３０を収容すると共にスタック１、蒸発部２０、改質部２２および断熱壁３０からの放熱を受ける上室部分と、（ｉｉ）スタック１の発電運転に関連する補機（例えば水精製器４０、貯水タンク４４、改質水ポンプ４２、給水バルブ４３等）を収容すると共に発電運転停止時において上室部分よりも温度が低くなる下室部分とを有する。この筐体２００は、収容室２０１と外部とを連通させる吸気口２０４と、収容室２０１と外部とを連通させる排気口２０６とを有する。吸気口２０４は下室部分に対面するように筐体２００の下部に形成されている。排気口２０６は上室部分に対面するように筐体２００の上部において、断熱壁３０に対向する位置に形成されている。収容室２０１の下室部分には、吸気口２０４から外気を吸入しやすいように換気装置６００が配置されている。換気装置６００は送風ファンを有しており、凍結部位４９と断熱壁３０との間に設けられていることが好ましい。
【００２４】
また凍結部位４９の付近には温度センサ１０２が設けられている。温度センサ１０２は、外気の温度を検知することができ、ひいては凍結部位４９において水の凍結が発生するか否かを検知する凍結センサとして機能できる。一般的には、外気または凍結部位４９が０℃付近になると、水が凍結するおそれがある。温度センサ１０２の信号は制御部１００に入力される。制御部１００は、入力処理回路とＣＰＵとメモリと出力処理回路とを有しており、改質水ポンプ４２、燃料原料ポンプ５５、カソードガスポンプ６２、バルブ４３，５２、換気装置６００の作動を制御する指令を出力する。
【００２５】
スタック１の発電運転時には、制御部１００によりバルブ５２が開放し、燃料原料ポンプ５５が駆動し、燃料源５０の燃料原料が燃料原料供給通路５１を介して改質器２の蒸発部２０に供給され、蒸発部２０を介して改質部２２に供給される。また改質水ポンプ４２が駆動し、貯水タンク４４の改質水が改質水通路４１を介して蒸発部２０に供給される。ここで、蒸発部２０は改質水を水蒸気化させる。水蒸気は改質部２２に供給される。改質部２２は燃料原料を水蒸気改質させ、アノードガスを生成させる。
【００２６】
生成されたアノードガスは、アノードガス通路１４およびアノードガスマニホルド１３を介して、スタック１のアノードに供給されて発電に使用される。またカソードガスポンプ６２が駆動しているため、カソードガスとしてカソードガス供給通路６０を介してスタック１のカソードに供給される。これによりスタック１は発電する。
【００２７】
発電反応後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、スタック１の上方の燃焼部２３に排出され、燃焼火炎２４を燃焼部２３において形成する。燃焼火炎２４を形成するように燃焼した後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼排気ガスとなり、図略の熱交換器を経て排気通路から外部に放出される。燃焼排気ガスに含まれる水分が凝縮した凝縮水は、熱交換器から導出される凝縮水通路（図略）から水精製器４０に供給され、水精製器４０で精製される。精製された水は、貯水タンク４４に改質水として貯留される。
【００２８】
上記したスタック１の発電運転中において、換気装置６００が一方向（正方向）に正作動すれば、外部の空気は吸気口２０４から収容室２０１に向けて矢印Ａ１方向に吸引されると共に、断熱壁３０周辺の暖められた空気は排気口２０６から矢印Ａ８方向に筐体２００の外部に排出される。この場合の空気の流れは、図１の矢印Ａ１〜矢印Ａ８として示される。これにより発電運転中において断熱壁３０周辺の熱こもりが抑制され、各部品の熱劣化が抑制される。更に、万一、アノードガスが断熱壁３０の外部に流出しているときであっても、そのガスを排気口２０６から外部に排出でき、ガス溜まりを防止できる。
【００２９】
スタック１が発電運転を停止するときには、スタック１および改質部２２の温度は、発電運転時の高温状態（例えば５００〜９００℃の範囲内）から次第に低下する。しかし断熱壁３０は高い断熱性を有する。このためスタック１および改質部２２の温度は、発電運転時の温度よりも低下するものの、断熱壁３０は自身の余熱により、高温状態（例えば凍結開始温度以上）に長時間（システムの種類によるが、例えば、１時間〜２４０時間の範囲内、３時間〜１００時間の範囲内、３時間〜１０時間の範囲内）にわたり維持される。
【００３０】
この場合、スタック１の発電運転が停止されているときにおいて、断熱壁３０の温度も発電運転時の温度から次第に低下するものの、断熱壁３０の温度は外気温度よりも高い状態が長い間維持される。このため、スタック１の発電停止から長時間経過したとしても、断熱壁３０は余熱を有する。この余熱により、断熱壁３０の周辺の空気は凍結開始温度（例えば０℃）よりも高温状態（燃料電池の種類にもよるが、例えば６００〜５０℃）に長時間にわたり維持される。例えば、夜間においてスタック１の発電運転を停止させたときであっても、翌朝の次回の起動時まで、断熱壁３０の余熱により、断熱壁３０の周辺の空気は、凍結開始温度以上に長時間にわたり維持される。
【００３１】
さて本実施形態によれば、発電運転中はもちろんのこと、発電運転が停止されたときであっても、待機中（起動指示待ち状態）であっても、温度センサ１０２の温度信号は制御部１００に入力される。制御部１００は、温度センサ１０２の温度信号に基づいて、凍結部位４９が凍結するおそれがあるか否か、または凍結しているか否かを判定する。温度センサ１０２が０℃以下であるとき、凍結のおそれがあると判定する。凍結と判定するときには、制御部１００は、換気装置６００の作動を制御することにより、断熱壁３０の壁部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄで暖められた断熱壁３０の周辺の空気を温風または熱風として、矢印Ｂ７方向（図２参照）に凍結部位４９（水精製器４０および貯水タンク４４、改質水ポンプ４２、給水バルブ４３、これらに繋がる配管等）に供給する。よって凍結部位４９の凍結を抑制する凍結抑制制御を実行する。この場合における空気の流れを矢印Ｂ１〜矢印Ｂ８（図２参照）として示す。
【００３２】
すなわち本実施形態によれば、制御部１００は、凍結部位４９が凍結するおそれがないとき、換気装置６００を一方向に正作動させ、吸気口２０４から外部の空気を収容室２０１に吸引すると共に、断熱壁３０周辺の暖められた空気を排気口２０６から外部に排出させる。これにより断熱壁３０周辺の熱こもりと、収容室２０１におけるガス溜まりとが抑制される。
【００３３】
しかしながらスタック１の発電運転が停止されている状態、あるいは、スタック１が待機している状態（起動指示を待つ状態）においては、筐体２００の収容室２０１の下部空間の温度が低下するため、水精製器４０および貯水タンク４４等の凍結部位４９が凍結するおそれがある。温度センサの温度信号に基づいて、制御部１００が凍結部位４９の凍結のおそれがあると判定するとき、制御部１００は、換気装置６００を他方向に逆作動させるように換気装置６００の作動を切り替える。これにより排気口２０６から外部の空気を矢印Ｂ１方向に収容室２０１に吸引しつつ、断熱壁３０周辺の暖められた空気を水精製器４０および貯水タンク４４等の凍結部位４９に向けて流す凍結抑制制御を実行する。
【００３４】
この場合、断熱壁３０周辺の暖められた空気は、水精製器４０および貯水タンク４４等の凍結部位４９の付近に流れた後に、吸気口２０４から矢印Ｂ８方向に筐体２００の外部に向けて排出される。これによりスタック１の発電運転が停止されているときであっても、水精製器４０および貯水タンク４４等の凍結部位４９の凍結が長時間にわたり抑制される。断熱壁３０が凍結開始温度以上の余熱を有する限り、水精製器４０および貯水タンク４４等の凍結部位４９の凍結が効果的に抑制される。上記したように凍結抑制制御では、吸気口２０４は排気口として機能し、排気口２０６は吸気口として機能することができる。
【００３５】
発電運転が停止されている状態のとき、凍結するおそれが解除された場合には、換気装置６００を停止させても良いし、弱作動とさせても良い。この場合、暖められた温風が水精製器４０に吹き付けられないため、水精製器４０の水精製材４０ａの熱劣化が抑制され、イオン交換材等の水精製材４０ａの長寿命化を図り得る。なお、凍結部位４９が再び凍結するおそれがあるときには、前述同様に凍結抑制制御を実行する。
【００３６】
上記したように換気装置６００を他方向に逆作動させて凍結部位４９の凍結を防止する凍結抑制制御を実行しているときには、換気装置６００の単位時間あたりの回転数をＮ２とする。凍結抑制制御を実行せずにスタック１が発電運転しているときにおける換気装置６００の単位時間あたりの回転数をＮ１とする。この場合、Ｎ２＝Ｎ１でも良いし、Ｎ２≒Ｎ１でも良いし、Ｎ２＜Ｎ１でも良い。Ｎ２＜Ｎ１であれば、換気装置６０の送風量が制限され、断熱壁３０の急冷が抑えられるため、断熱壁３０の余熱を長時間にわたり維持させることができ、凍結抑制制御を長時間にわたり実行させ易い。場合によってはＮ２＞Ｎ１でも良い。この場合、換気装置６０の送風量が確保され、凍結部位４９の昇温速度を増加させるのに有利である。もちろん、スタック１の発電運転中においても、外気温度が非常に低温であり、凍結部位４９が凍結するおそれがあると制御部１００が判定するときには、制御部１００は、換気装置６００を他方向に逆作動させ凍結抑制制御を実行することが好ましい。
【００３７】
（実施形態２）
図４および図５は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。筐体２００の収容室２０１は、第１収容室２０１ｆと、第２収容室２０１ｓと、第１収容室２０１ｆおよび第２収容室２０１ｓを仕切る仕切壁２０３と、仕切壁２０３に形成された空気供給口２０８とを有する。第１収容室２０１ｆは、スタック１の発電運転に関連する補機（水精製器４０、貯水タンク４４、改質水ポンプ４２、給水バルブ４３）を収容する補機室として機能すると共に、発電運転停止時において第２収容室２０１ｓよりも温度が低くなる。第２収容室２０１ｓはスタック１を収容する発電室として機能し、スタック１、蒸発部２０、改質部２２および断熱壁３０からの放熱を受ける。なお、第１収容室２０１ｆは第２収容室２０１ｓよりも相対的に高温となり易い。図４に示すように、この筐体２００は、第１収容室２０１ｆと外部とを連通させる吸気口２０４と、第２収容室２０１ｓと外部とを連通させる排気口２０６とを有する。第１収容室２０１ｆには、換気装置６００が仕切壁２０３の空気供給口２０８に対面するように仕切壁２０３の下面側に配置されている。第１収容室２０１ｆにおいて、換気装置６００が逆動するときにおける送風経路に、凍結部位４９が配置されている。具体的には換気装置６００の重力方向の下方に、つまり空気供給口２０８の重力方向の下方に、凍結部位４９が配置されている。断熱壁３０は仕切壁２０３の上面に脚３０ｋを介して載せられている。
【００３８】
本実施形態によれば、外気の温度が０℃よりも高温であるとき、あるいは、スタック１が発電運転しているとき等のように、水精製器４０および貯水タンク４４等の凍結部位４９が凍結するおそれがないとき、制御部１００は換気装置６００を正方向に正作動させる。これにより吸気口２０４から外部の空気を矢印Ａ１方向に第１収容室２０１ｆに吸引すると共に、吸引した空気を仕切壁２０３の空気供給口２０８を介して矢印Ａ２方向に第２収容室２０１ｓに向けて流し、更に、断熱壁３０周辺の暖められた空気を排気口２０６から矢印Ａ８方向に筐体２００の外部に向けて排出させる。この場合の空気の流れは、図４において矢印Ａ１〜矢印Ａ８として示される。これによりスタック１が発電運転しているとき、断熱壁３０周辺の熱こもりが抑制されると共に、万一、アノードガスが第２収容室２０１ｓに流出するときであっても、筐体２００の外部に放出される。
【００３９】
しかしながら寒冷地や冬季等において、スタック１の発電運転が停止されている場合、あるいは、スタック１が待機している場合（起動指示を待つ状態）においては、温度センサ１０２の温度信号に基づいて制御部１００が凍結部位４９が凍結するおそれがあると判定されるとき、制御部１００は、換気装置６００を他方向に逆作動させるように換気装置６００の回転方向を切り替える。これにより外部の空気を排気口２０６から矢印Ｂ１方向（図５参照）に収容室２０１に向けて吸引しつつ、断熱壁３０周辺の暖められた空気を仕切壁２０３の空気供給口２０８を介して、矢印Ｂ７方向（図５参照）に沿って、水精製器４０および貯水タンク４４等の凍結部位４９に向けて流す操作を実行する。
【００４０】
この場合、断熱壁３０周辺の暖められた空気は、仕切壁２０３の空気供給口２０８を集中的に通過し、水精製器４０および貯水タンク４４等の凍結部位４９に流れた後に、吸気口２０４から筐体２００の外部に排出される。これにより凍結部位４９の凍結が長時間にわたり抑制される。凍結抑制制御における空気の流れは、図５において矢印Ｂ１〜矢印Ｂ８（図５参照）として示される。
【００４１】
本実施形態によれば、図４および図５に示すように、第１収容室２０１ｆおよび第２収容室２０１ｓは仕切壁２０３で仕切られており、空気供給口２０８により互いに連通している。そして、凍結部位４９が凍結するおそれがあり、凍結抑制制御が実行されるときには、換気装置６００が断熱壁３０周辺の暖められた空気を矢印Ｂ７方向（図５参照）に沿って仕切壁２０３の空気供給口２０８に集中的に通過させ、凍結部位４９に向けて集中的に流すことができる。このため凍結防止に一層有利である。
【００４２】
もちろん、スタック１の発電運転中においても、凍結部位４９が凍結するおそれがあると判定されるときには、制御部１００は、換気装置６００を他方向に逆作動させる凍結抑制制御を実行し、断熱壁３０周辺の暖められた空気を仕切壁２０３の空気供給口２０８に集中的に通過させ、凍結部位４９に向けて集中的に流す操作を実行する。なお、換気装置６００を他方向に逆作動させて凍結抑制制御を実行しているとき、換気装置６００の回転数をＮ２とする。凍結抑制制御を実行せずにスタック１が発電運転しているときにおける換気装置６００の回転数をＮ１とする。この場合、Ｎ２＝Ｎ１でも良いし、Ｎ２＝Ｎ１でも良いし、Ｎ２＜Ｎ１でも良い。Ｎ２＜Ｎ１であれば、断熱壁３０の余熱を長時間にわたり維持させ易い。外気温度が急激に低下する等、凍結部位４９を急激に昇温させたいときには、Ｎ２＞Ｎ１としても良い。
【００４３】
（実施形態３）
図６および図７は実施形態３を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。換気装置６００は、収容室２０１において互いに独立する第１換気装置６００ｆと第２換気装置６００ｓとを有する。第２換気装置６００ｓが送風する送風経路に、凍結部位４９が配置されている。具体的には、凍結部位４９に対面するように第２換気装置６００ｓが凍結部位４９の上方に配置されている。
【００４４】
スタック１が発電運転するとき、第１換気装置６００ｆが作動するため、外部の空気は吸気口２０４から矢印Ａ１方向（図６参照）に沿って収容室２０１に吸引されると共に、断熱壁３０周辺の暖められた空気は排気口２０６から矢印Ａ８方向（図６参照）に沿って筐体２００の外部に排出される。この場合、第２換気装置６００ｓを停止させておくことが好ましいが、作動させておいても良い。この場合の空気の流れは、矢印Ａ１〜矢印Ａ８（図６参照）として示される。これにより断熱壁３０周辺の熱こもりおよびガス溜まりが抑制される。
【００４５】
温度センサ１０２の温度信号に基づいて、凍結部位４９が凍結するおそれがないと判定されるときには、制御部１００は、第１換気装置６００ｆを正方向に作動させ、吸気口２０４から外部の空気を矢印Ａ１方向に収容室２０１に吸引すると共に、断熱壁３０周辺の暖められた空気を排気口２０６から矢印Ａ８方向に筐体２００の外部に排出させる。
【００４６】
スタック１が発電運転を停止させている場合、凍結部位４９が凍結し易い。温度センサ１０２の信号に基づいて、凍結部位４９が凍結するおそれがあると制御部１００が判定するときには、制御部１００は第２換気装置６００ｓを正方向に作動させ、断熱壁３０の余熱で暖められた断熱壁３０周辺の暖められた空気を、その送風流路に存在する凍結部位４９に向けて矢印Ｂ７方向に流す凍結抑制制御を実行することができる。これにより凍結部位４９の凍結が長時間にわたり抑制される。なお、第１換気装置６００ｆを停止させた状態で、第２換気装置６００ｓを作動させたときにおける空気の流れを、図７において矢印Ｂ１〜矢印Ｂ８として示す。
【００４７】
なお、第２換気装置６００ｓを作動させて凍結抑制制御を実行するとき、第１換気装置６００ｆを停止させても良いし、作動状態に維持させても良い。第２換気装置６００ｓを作動させて凍結抑制制御を実行するときには、制御部１００は、第１換気装置６００ｆの単位時間あたりの回転数（作動量）を、凍結防止操作しないときに比較して低下させても良い。この場合、第２換気装置６００ｓによる送風が優先され、凍結部位４９の凍結防止に有利となる。
【００４８】
なお、第２換気装置６００ｓを作動させて凍結抑制制御を実行するとき、第２換気装置６００ｓの回転数をＮ２とする。スタック１が発電運転（例えば定格運転で凍結抑制操作が実行されていないとき）しているときにおける第１換気装置６００ｆの回転数をＮ１とする。この場合、Ｎ２＝Ｎ１でも良いし、Ｎ２＝Ｎ１でも良いし、Ｎ２＜Ｎ１でも良い。Ｎ２＜Ｎ１であれば、第２換気装置６００ｓは低回転数であるため、断熱壁３０の余熱が長時間にわたり維持され、凍結抑制制御が長時間にわたり維持される。凍結可能性が極めて高い場合等には、暖かい温風の送風量を増加させるべく、Ｎ２＞Ｎ１でも良い。
【００４９】
（実施形態４）
図８および図９は実施形態４を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。筐体２００の収容室２０１は、凍結部位４９を収容すると共に発電運転停止時において第２収容室２０１ｓよりも温度が低くなる第１収容室２０１ｆと、スタック１、蒸発部２０、改質部２２および断熱壁３０からの放熱を受ける第２収容室２０１ｓと、第１収容室２０１ｆおよび第２収容室２０１ｓを仕切る仕切壁２０３と、仕切壁２０３にこれを貫通するように形成された第１空気供給口２０８ｆおよび第２空気供給口２０８ｓとを有する。第１空気供給口２０８ｆおよび第２空気供給口２０８ｓは断熱壁３０に対面する。
【００５０】
図８に示すように、この筐体２００は、第１収容室２０１ｓと外部とを連通させる吸気口２０４と、第２収容室２０１ｓと外部とを連通させる排気口２０６とを有する。第１収容室２０１ｆには、第１換気装置６００ｆが仕切壁２０３の第１空気供給口２０８ｆに対面するように仕切壁２０３の下面に配置されている。また、第２換気装置６００ｓが仕切壁２０３の第２空気供給口２０８ｓに対面するように仕切壁２０３の下面に配置されている。第２換気装置６００ｓの送風経路には凍結部位４９が配置されている。なお、断熱壁３０は仕切壁２０３の上面に脚３０ｋを介して載せられている。
【００５１】
本実施形態によれば、スタック１が発電運転するとき等のように、凍結部位４９が凍結するおそれがないときには、制御部１００は、第１換気装置６００ｆを正方向に正作動させ、外部の空気を吸気口２０４から矢印Ａ１方向（図８参照）に収容室２０１に吸引すると共に、吸引した空気を矢印Ａ２方向（図８参照）に沿って第１空気供給口２０８ｆを介して第２収容室２０１ｓに流し、更に、断熱壁３０の余熱で暖められた断熱壁３０周辺の暖められた空気を、矢印Ａ８方向に（図８参照）に沿って排気口２０６から筐体２００の外部に排出させる。この場合の空気の流れは、図８において矢印Ａ１〜矢印Ａ８として示される。これにより断熱壁３０周辺の熱こもりおよびガス溜まりが抑制される。この場合、第２換気装置６００ｓの回転は停止されており、排気口２０６からの排気性が良好に確保される。
【００５２】
しかしながら発電運転が停止されている状態においては、あるいは、スタック１が待機している状態（起動指示を待つ状態）においては、筐体２００の第１収容室２０１ｆが低温化するおそれがある。この場合、寒冷地や冬季等では、凍結部位４９が凍結するおそれがあることがある。このようなときには、制御部１００は第２換気装置６００ｓを正方向に作動させる。これにより断熱壁３０の余熱で暖められた断熱壁３０周辺の空気を、仕切壁２０３の第２空気供給口２０８ｓを介して矢印Ｂ７方向（図９参照）に凍結部位４９に向けて流す凍結抑制制御を実行する。
【００５３】
この場合、断熱壁３０で暖められた空気は、仕切壁２０３の第２空気供給口２０８ｓを矢印Ｂ７方向に通過し、凍結部位４９に流れて凍結部位４９を暖めた後、吸気口２０４から矢印Ｂ８方向に沿って外部に排出される。これにより凍結部位４９の凍結が長時間にわたり抑制される。このように第２換気装置６００ｓを作動させて凍結抑制制御を実行する場合には、第１換気装置６００ｓを停止させても良いし、低回転で回転させても良い。なお、第２換気装置６００ｓを作動させつつ第１換気装置６００ｓを停止させている場合における空気の流れを、図９において矢印Ｂ１〜矢印Ｂ８として示す。
【００５４】
本実施形態によれば、図８および図９に示すように、第１収容室２０１ｆおよび第２収容室２０１ｓは仕切壁２０３で仕切られており、第１空気供給口２０８ｆおよび第２空気供給口２０８ｓで連通している。そして、凍結部位４９が凍結するおそれがあるときには、断熱壁３０の余熱で断熱壁３０周辺の暖められた空気を仕切壁２０３の第２空気供給口２０８ｓに矢印Ｂ７方向に集中的に通過させ、凍結部位４９に集中的に向けて流すことができ、凍結防止に一層有利である。
【００５５】
もちろん、スタック１の発電運転中においても、凍結部位４９が凍結するおそれがあるときには、制御部１００は、第２換気装置６００ｓを作動させ、断熱壁３０周辺の暖められた空気を矢印Ｂ７方向に沿って仕切壁２０３の第２空気供給口２０８ｓに集中的に通過させ、凍結部位４９に向けて流す凍結抑制制御を実行する。この場合、第１換気装置６００ｆの作動を停止させても良いし、低回転状態とさせておいても良い。
【００５６】
（実施形態５）
図１０は実施形態５を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。図１０に示すように、筐体２００の収容室２０１は、凍結部位４９を収容する第１収容室２０１ｆと、スタック１、蒸発部２０、改質部２２および断熱壁３０からの放熱を受ける第２収容室２０１ｓと、第１収容室２０１ｆおよび第２収容室２０１ｓを仕切る仕切壁２０３と、仕切壁２０３に形成された第１空気供給口２０８ｆおよび第２空気供給口２０８ｓとを有する。第１空気供給口２０８ｆは断熱壁３０に対面する。第２空気供給口２０８ｓは断熱壁３０に対面しつつ、第１収容室２０１ｆの空気を第２収容室２０１ｓに向けて案内させる風案内部２０８ｒをもつ。図１０に示すように、換気装置６００は、第１空気供給口２０８ｆに対面するように仕切壁２０３の下面部に取り付けられている。凍結部位４９は、第２空気供給口２０８ｓに対面するように第１収容室２０１ｆに通路２０１ｘを介して設けられている。
【００５７】
本実施形態によれば、スタック１が発電運転するとき等のように、凍結部位４９が凍結するおそれがないときには、制御部１００は換気装置６００を正方向に正作動させ、外部の空気を吸気口２０４から矢印Ａ１方向（図１０参照）に沿って収容室２０１に吸引すると共に、吸引した空気を第１空気供給口２０８ｆを介して矢印Ａ２方向（図１０参照）に第２収容室２０１ｓに流し、更に、断熱壁３０の余熱で暖められた断熱壁３０周辺の暖められた空気を、排気口２０６から矢印Ａ８方向（図１０参照）に筐体２００の外部に排出させる。この場合の空気の流れは、図１０において矢印Ａ１〜矢印Ａ８として示される。これにより断熱壁３０周辺の熱こもりおよびガス溜まりが抑制される。
【００５８】
寒冷地や冬季等において凍結部位４９が凍結するおそれがあることがある。凍結のおそれは、温度センサ１０２の温度信号に基づいて判定される。このようなときには、スタック１の発電運転が停止されているとき（待機中も含む）であっても、制御部１００は換気装置６００を作動させる。これにより断熱壁３０の余熱で暖められた空気は、風案内部２０８ｒの案内作用により第２空気供給口２０８ｓに案内され、第２空気供給口２０８ｓを介して凍結部位４９に集中的に流れる。この場合、暖められた空気は、仕切壁２０３の第２空気供給口２０８ｓおよび通路２０１ｘを通過し、凍結部位４９を集中的に暖める。これによりスタック１の発電運転が停止されているときであっても、凍結部位４９の凍結が長時間にわたり抑制される。
【００５９】
換気装置６００を作動させて凍結抑制制御を実行しているときにおける換気装置６００の回転数をＮ２とする。凍結抑制制御を実行せずにスタック１が発電運転（例えば定格運転）しているときにおける換気装置６００の回転数をＮ１とする。この場合、Ｎ２＝Ｎ１でも良いし、Ｎ２≒Ｎ１でも良いし、Ｎ２＜Ｎ１でも良い。Ｎ２＜Ｎ１であれば、断熱壁３０の余熱を長時間にわたり維持させ易い。Ｎ２＞Ｎ１であれば、既に凍結している凍結部位４９の急速解凍に貢献できる。
【００６０】
本実施形態においては、第２収容室２０１ｓを開閉させるように風案内部２０８ｒは可動式であっても良い。夏季等のように凍結のおそれがないときには、第２収容室２０１ｓを閉鎖させるように風案内部２０８ｒをアクチュエータで作動させることが好ましい。また凍結のおそれがあるときには、第２収容室２０１ｓを開放させるように風案内部２０８ｒをアクチュエータで作動させることが好ましい。
【００６１】
（実施形態６）
図１１は実施形態６を示す。本実施形態は前記した実施形態と共通する構成および共通する作用効果を有する。図１１に示すように、筐体２００の収容室２０１は、凍結部位４９を収容する第１収容室２０１ｆと、スタック１、蒸発部２０、改質部２２および断熱壁３０からの放熱を受ける第２収容室２０１ｓと、第１収容室２０１ｆおよび第２収容室２０１ｓを仕切る仕切壁２０３と、仕切壁２０３に形成された第１空気供給口２０８ｆおよび第２空気供給口２０８ｓと、第２空気供給口２０８ｓの開口面積を可変に調整させる蓋部２０９とを有する。
【００６２】
換気装置６００は、第１空気供給口２０８ｆに対面するように仕切壁２０３の下面部に取り付けられている。凍結部位４９は、第２空気供給口２０８ｓに対面するように第１収容室２０１ｆに通路２０１ｘを介して設けられている。
【００６３】
本実施形態によれば、スタック１が発電運転するとき等のように凍結部位４９が凍結するおそれがないときには、制御部１００は、蓋２０９を閉鎖方向に作動させて第２空気供給口２０８ｓを閉鎖させることが好ましい。この状態で制御部１００は、換気装置６００を正方向に作動させ、外部の空気を吸気口２０４から矢印Ａ１方向（図１１参照）に第１収容室２０１ｆに吸引すると共に、吸引した空気を第１空気供給口２０８ｆを介して矢印Ａ２方向（図１１参照）に第２収容室２０１ｓに流し、更に、断熱壁３０の余熱で暖められた断熱壁３０周辺の暖められた空気を、排気口２０６から矢印Ａ８方向に筐体２００の外部に排出させる。この場合の空気の流れは、図１１において矢印Ａ１〜矢印Ａ８として示される。これにより断熱壁３０周辺の熱こもりやガス溜まりが抑制される。
【００６４】
なお、夏季等のように凍結するおそれがないときには、排気口２０６からの排気性を良好に確保するため、第２空気供給口２０８ｓを閉鎖させておくことが好ましい。この場合、凍結部位４９における水精製器の水精製材料の過剰加熱が抑制されるため、水精製材料の熱劣化が抑制される。
【００６５】
しかしながらスタック１の発電運転が停止されている状態においては、寒冷地や冬季等では、制御部１００が凍結部位４９が凍結するおそれがあると判定することがある。このようなときには、制御部１００は、蓋部２０９を開放方向に作動させて第２空気供給口２０８ｓの開口面積を増加させるようにアクチュエータを作動させる。この状態で、制御部１００は換気装置６００を正方向に作動させる。これにより断熱壁３０の余熱で暖められた断熱壁３０周辺の空気を、開放状態の第２空気供給口２０８ｓを介して凍結部位４９に向けて矢印Ｂ７方向（図１１参照）に流す。この場合、断熱壁３０の余熱で暖められた空気は、仕切壁２０３の第２空気供給口２０８ｓおよび通路２０１ｘを通過し、凍結部位４９に流れて凍結部位４９を暖める。これにより凍結部位４９の凍結が長時間にわたり抑制される。
【００６６】
なお、凍結部位４９の凍結を抑制するにあたり、凍結部位４９の周辺温度、外気の温度、温度センサ１０２で検知した温度等に応じて、制御部１００は、蓋２０９の開放方向の移動量を制御し、第２空気供給口２０８ｓの開口面積を調整させても良い。例えば、凍結部４９の凍結可能性が高いときには、第２空気供給口２０８ｓの開口面積を増加させ、凍結部４９の凍結可能性が低いときには、第２空気供給口２０８ｓの開口面積を減少させことが好ましい。
【００６７】
換気装置６００を作動させて凍結を防止するときには、換気装置６００の回転数をＮ２とし、スタック１が発電運転しているときにおける換気装置６００の回転数をＮ１とするとき、Ｎ２＝Ｎ１でも良いし、Ｎ２＝Ｎ１でも良いし、Ｎ２＜Ｎ１でも良い。Ｎ２＜Ｎ１であれば、断熱壁３０の余熱を長時間にわたり維持させ易い。
【００６８】
（実施形態７）
図１２は実施形態７を示す。本実施形態は、固体酸化物形の燃料電池システムに適用している。
【００６９】
燃料電池システムは、図１２に示すように、基本的には、固体酸化物形のスタック１と、改質器２と、制御部１００と、筐体２００とを有する。更に、燃料電池システムは、筐体２００の内部において、改質水系４と、燃料原料供給系５、カソードガス供給糸６、貯湯系７とを有する。
【００７０】
図１２に示すように、スタック１は、アノードガスが供給される燃料極として機能するアノードと、カソードガスが供給される酸化剤極として機能するカソードと、アノードおよびカソードで挟まれた固体酸化物を母材とする電解質膜（図略）とを有する。固体酸化物は、酸素イオン（Ｏ２−）を伝導させる性質性をもつものであり、ＹＳＺ等のジルコニア系、ランタンガレート系が例示される。アノードは、ニッケル−セリア系サーメットが例示される。カソードは、サマリウムコバルタイト、ランタンマンガナイトが例示される。材質は上記に限定されるものではない。なお、スタック１の下部には、アノードガスをスタック１に案内するアノードガスマニホルド１３が配置されている。なお、スタック１の温度を検知する第１温度センサ１０１の信号は制御部１００に入力される。
【００７１】
図１２に示すように、改質器２は、蒸発部２０と、燃料原料が供給される改質部２２とを備えている。蒸発部２０は、改質水系４から蒸発部２０に供給される液相状の改質水を水蒸気化させる。改質部２２は蒸発部２０の下流に設けられており、蒸発部２０で生成された水蒸気で燃料原料を水蒸気改質させてアノードガスを生成させる。アノードガスは水素ガスまたは水素含有ガスである。
【００７２】
燃料電池モジュール３は、筐体２００の内部に収容されており、断熱材で形成された容器状の断熱壁３０を有しており、断熱壁３０の内部にスタック１および改質器２を燃焼部２３を介して収容して形成されている。断熱壁３０は殻状をなしており、壁部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有する。断熱壁３０としては、繊維状、面状またはブロック状の断熱材料を被覆させて形成しても良く、要するに断熱性を有すれば良い。
【００７３】
燃料電池モジュール３では、スタック１の上側には改質器２（改質部２２および蒸発部２０）が配置されている。燃料電池モジュール３では、スタック１と改質器２（改質部２２および蒸発部２０）との間には、燃焼部２３が形成されている。殊に、スタック１の上部と改質器２（改質部２２および蒸発部２０）の下部との間には、燃焼部２３が形成されている。スタック１のアノード１１から発電反応後のアノードオフガスが燃焼部２３に排出される。スタック１のカソード１２から発電反応後のカソードオフガスが燃焼部２３に排出される。アノードオフガスはアノードガスを発電させた後のガスであり、未反応の水素（可燃成分）を含有して燃焼可能である。カソードオフガスはカソードガスを発電させた後のガスであり、未反応の酸素を含有している。
【００７４】
燃焼部２３に排出されたアノードオフガスは、カソードオフガス（燃焼用空気に相当）により燃焼され、燃焼火炎２４を燃焼部２３において形成する。燃焼部２３において燃焼火炎２４を形成したアノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼排気ガスとなる。燃焼部２３における燃焼火炎２４は改質部２２および蒸発部２０の双方を加熱させ、改質部２２の温度を改質反応温度領域に維持させる。
【００７５】
図１２に示すように、改質水系４は、改質部２２における水蒸気改質において水蒸気として消費される改質水を改質部２２に供給するものであり、水精製器４０と改質器２とを結ぶ改質水通路４１と、改質水ポンプ４２（改質水搬送源）と、給水バルブ４３とを有する。水精製器４０は、水を浄化させ得るイオン交換樹脂等の水精製材４０ａを有する。改質水通路４１には、貯水タンク４４、改質水ポンプ４２、給水バルブ４３が設けられている。
【００７６】
図１２に示すように、燃料原料供給系５は、炭化水素系の燃料原料を改質器２に供給させるために燃料源５０に繋がる燃料原料供給通路５１と、入口バルブ５２と、流量計５３、脱硫器５４と、燃料原料ポンプ５５（燃料原料搬送源）とを有する。燃料原料供給通路５１には、入口バルブ５２、流量計５３、脱硫器５４および燃料原料ポンプ５５が設けられている。カソードガス供給糸６は、空気であるカソードガスをスタック１のカソード１２に供給するカソードガス供給通路６０と、除塵フィルタ６１と、カソードガスポンプ６２（カソードガス搬送源）と、流量計６３とを有する。カソードガス供給通路６０には、除塵フィルタ６１、カソードガスポンプ６２および流量計６３が配置されている。除塵フィルタ６１は、筐体２００の収容室９１に配置されている。
【００７７】
カソードガスポンプ６２が駆動すると、外気は吸気口２０４から収容室９１に流入し、除塵フィルタ６１およびカソードガス供給通路６０を介してカソードガスとしてカソード１２に供給される。吸気口２０４から取り込まれる外気（カソードガス）の温度を検知する第２温度センサ１０２が、筐体２００の吸気口２０４付近において設けられている。第２温度センサ１０２は、スタック１のカソード１２に供給される前のカソードガスの温度を検知しており、実質的には筐体２００の外部の外気温度を検知する。第２温度センサ１０２の信号は制御部１００に入力される。
【００７８】
図１２に示すように、貯湯系７は、熱交換器７４および貯湯タンク７０を循環する循環通路７１と、循環通路７１に設けられた貯湯ポンプ７２（貯湯用水の搬送源）とを有する。貯湯ポンプ７２が作動すると、貯湯タンク７２の水は、循環通路７１から熱交換器７４に供給され、熱交換器７４における燃焼排気ガスとの熱交換により加熱される。加熱された水は貯湯タンク７０に戻る。これにより貯湯タンク７０は温水を貯留させる。燃料電池モジュール３の近傍には熱交換器７４が設けられている。熱交換器７４は、燃料電池モジュール３から排出される燃焼排気ガスが通過するガス通路７４ｇと、貯湯系７の循環通路７１の水が通過する水通路７４ｗとをもつ。そして、熱交換器７４を流れる燃焼排気ガスの熱は、貯湯系７の循環通路７１の水に伝達される。熱交換器７４のガス通路７４ｇから排気通路７５が筐体２００の排気口７６に向けて延設されており、燃焼排気ガスは排気通路７５を介して排気口７６から排出される。熱交換器７４のガス通路７４ｇから凝縮水通路７７が水精製器４０に向けて延設されている。従って燃焼排気ガスに含まれている気相状の水分は、熱交換器７４において冷却されて凝縮水を生成する。凝縮水は凝縮水通路７７から水精製器４０に供給される。
【００７９】
さてスタック１の発電運転時には、燃料原料ポンプ５５が駆動し、燃料原料が燃料原料供給通路５１を介して改質器２の蒸発部２０に供給される。また改質水ポンプ４２が駆動し、貯水タンク４４の改質水が改質水通路４１を介して蒸発部２０に供給される。ここで、蒸発部２０は加熱されているため、蒸発部２０は改質水を水蒸気化させる。水蒸気は改質部２２に供給される。改質部２２は燃料原料を水蒸気改質させ、アノードガスを生成させる。燃料原料がメタン系である場合には、水蒸気改質ではアノードガスの生成は、次の（１）式に基づくと考えられている。固体酸化物形のスタック１では、Ｈ２他にＣＯも燃料となりうる。
【００８０】
（１）…ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→４Ｈ２＋ＣＯ２
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ
生成されたアノードガスは、アノードガス通路１４およびアノードガスマニホルド１３を介して、スタック１のアノードに供給されて発電に使用される。またカソードガスポンプ６２が駆動しているため、筐体２００の外部の外気がカソードガスとして除塵フィルタ６１およびカソードガス供給通路６０を介してスタック１のカソードに供給される。これによりスタック１は発電する。
【００８１】
発電反応においては、水素含有ガスで供給されるアノードでは基本的には（２）の反応が発生すると考えられている。酸素が供給されるカソードでは基本的には（３）の反応が発生すると考えられている。カソードにおいて発生した酸素イオン（Ｏ２−）がカソードからアノードに向けて電解質を伝導する。
【００８２】
（２）…Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
ＣＯが含まれている場合には、ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（３）…１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
発電反応後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、スタック１の上方の燃焼部２３に排出され、燃焼火炎２４を燃焼部２３において形成する。燃焼した後のアノードオフガスおよびカソードオフガスは、燃焼排気ガスとなり、熱交換器７４および逃がし弁７８を経て排気通路７５の先端の排気口７６から筐体２００の外部に放出される。燃焼排気ガスに含まれる水分が凝縮した凝縮水は、熱交換器７４から導出される凝縮水通路７７から水精製器４０に供給され、水精製器４０で精製される。精製された水は、貯水タンク４４に改質水４４ｗとして貯留される。
【００８３】
上記したようにスタック１のアノードの上部からアノードオフガスが燃焼部２３に吐出され、カソードから吐出されたカソードオフガスが燃焼部２３に吐出され、アノードオフガスがカソードオフガスにより燃焼されて燃焼火炎２４を形成し、改質部２２および蒸発部２０を加熱させる。
【００８４】
従って、アノードガス（燃料原料）の流量としては、スタック１のアノードにおける発電反応で使用される流量と、燃焼部２３においてアノードオフガスが燃焼火炎２４を形成する流量とを加算した流量が設定されている。カソードガスの流量の流量としては、スタック１のカソードにおける発電反応で使用される流量と、燃焼部２３においてカソードオフガスが燃焼用空気として燃焼火炎２４を形成する流量と、余裕流量とを加算した流量が設定されている。なお、固体酸化物形のスタック１を搭載するシステムによれば、定格運転におけるスタック１の作動温度は４００〜１１００℃の範囲内、５００〜８００℃の範囲内である。
【００８５】
本実施形態においても、前記した各実施形態と同様に、凍結部位４９の凍結のおそれがあるとき、または、既に凍結しているとき、スタック１の発電停止中、待機中においても、換気装置６００の逆回転により、断熱壁３０の余熱により改質水供給配管４１０を凍結開始温度以上に長時間にわたり保温することができる。例えば、夜間においてスタック１の発電運転を停止させたときであっても、翌朝の次回の起動時まで、断熱壁３０の余熱は維持される。
【００８６】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。燃料電池の電解質は固体酸化物形に限定されず、リン酸形、溶融炭酸塩形でも良い。凍結センサとして機能する温度センサ１０２は収容室２０１の内部に設けられているが、これに限らず、外気温度を検知するように筐体２００の外部に設けられていてもよいし、凍結部位４９そのものに設けられていても良いし、温度ばかりでなく、凍結に起因する水の体積膨張を検知して凍結を検知しても良い。断熱壁３０は箱形状をなしており、壁部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有するが、これに限らず、円筒形状、疑似円筒形状でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は例えば定置用、車両用、電子機器用、電気機器用の燃料電池システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１はスタック、２は改質器、２０は蒸発部、２２は改質部、２３は燃焼部、２４は燃焼火炎、２９は空気配管、３は燃料電池モジュール、３０は断熱壁、３１は内側表面、３３は外側表面、４は改質水系、４０は水精製器（凍結部位，水溜部）、４１は改質水供給通路、４２は改質水ポンプ（凍結部位）、４４は給水タンク（凍結部位，水溜部）、４９は凍結部位、５は燃料原料供給系、５１は燃料原料供給通路、５１０は燃料原料供給配管、５５は燃料原料ポンプ、６はカソードガス供給系、６０はカソードガス供給通路、６２はカソードガスポンプ、７は貯湯系、７０は貯湯タンク、７１は循環通路、７２は貯湯ポンプ、７４は熱交換器、７５は排気通路、１００は制御部、１０２は温度センサ（凍結センサ）、２００は筐体、２０１は収容室、２０１ｆは第１収容室、２０１ｓは第２収容室、２０３は仕切壁、２０４は吸気口、２０６は排気口、２０８ｆは第１空気供給口、２０８ｓは第２空気供給口、２０９は蓋部を示す。
【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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