(57)【要約】      （修正有）【課題】  熱源装置は、外部電源を不要とするとともに、燃料電池スタックを用いることでエネルギ効率のよい装置を提供する。【解決手段】  熱源装置１０は、加熱板を有するケーシング１４内に配置されている。熱源装置１０は、燃料電池スタック３０と、燃料電池スタック３０の水素極に水素および酸素極に酸素をそれぞれ供給する原料供給手段４０と、加熱手段６０とを備えている。燃料電池スタック３０は、プロトン伝導性を有する電解質層と、該電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する電解質膜と、該電解質膜を挟んで配置された水素極および酸素極とを備えている。燃料電池スタック３０の運転により生じる熱エネルギや電気エネルギで加熱手段６０により加熱板を加熱する。【選択図】        図１
2006024399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電と加熱とを行なう熱源装置であって、
ケーシング内に配置された加熱板と、
プロトン伝導性を有する電解質層と、該電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する電解質膜と、該電解質膜を挟んで配置された水素極および酸素極とを有する燃料電池スタックと、
上記燃料電池スタックの上記水素極に水素および上記酸素極に酸素をそれぞれ供給する原料供給手段と、
上記燃料電池スタックの運転により生じる熱エネルギで上記加熱板を加熱する加熱手段と、
を備える熱源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱源装置において、
上記燃料電池スタックから生じる電気エネルギを熱エネルギに変換して上記加熱板を加熱するヒータと、
上記加熱手段により上記加熱板を加熱する熱エネルギと上記ヒータへ供給する電気エネルギとの割合を設定する熱エネルギ割合設定手段と、
を備えた熱源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱源装置において、
上記原料供給手段は、炭化水素を含む原燃料から改質反応により水素を形成する改質手段を備え、
上記加熱手段は、上記改質手段の上記改質反応により生じる熱エネルギで上記加熱板を加熱するよう構成した熱源装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の熱源装置において、
上記加熱手段は、上記燃料電池スタックで未反応の水素を含むオフガスを燃焼する燃焼手段を備える熱源装置。
【請求項５】
請求項３に記載の熱源装置において、
上記改質手段は、上記水素極に担持され、上記改質反応を行なう触媒を有する熱源装置。
【請求項６】
発電と加熱とを行なう熱源装置であって、
ケーシング内に配置された加熱板と、
プロトン伝導性を有する電解質層と、該電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する電解質膜と、該電解質膜を挟んで配置された水素極および酸素極と、上記水素極に配置され炭化水素を水素に改質する触媒とを有する燃料電池スタックと、
上記燃料電池スタックの上記水素極に炭化水素を含有する原料ガスと水蒸気とを混合した混合ガスを供給するとともに、上記酸素極に酸素を供給する原料供給手段と、
上記燃料電池スタックから排出される水素を含有するオフガスを燃焼して上記加熱板を加熱する加熱手段と、
を備える熱源装置。
【請求項７】
発電と加熱とを行なう熱源装置であって、
ケーシング内に配置された加熱板と、
プロトン伝導性を有する電解質層と、該電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する電解質膜と、該電解質膜を挟んで配置された水素極および酸素極を有する燃料電池スタックと、
炭化水素を含有する燃料ガスを改質反応により改質することにより、上記燃料電池スタックの上記水素極に水素および上記酸素極に酸素をそれぞれ供給する原料供給手段と、
上記原料供給手段から燃料電池スタックに供給される炭化水素を改質する際の燃焼熱により上記加熱板を加熱する加熱手段と、
を備える熱源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックを備え、家庭用加熱調理機器などに適用することができる熱源装置に関する。 
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱源装置として、商用電源などの外部電源を不要とするコードレスタイプの機器が種々知られている。例えば、燃料電池の廃熱を加熱調理の熱源とする構成である（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１０８１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の熱源装置では、エネルギ効率の向上が十分に達成されているとは言えなかった。本発明は、外部電源が不要で、エネルギ効率のよい熱源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた本発明は、
発電と加熱とを行なう熱源装置であって、
ケーシング内に配置された加熱板と、
プロトン伝導性を有する電解質層と、該電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する電解質膜と、該電解質膜を挟んで配置された水素極および酸素極とを有する燃料電池スタックと、
上記燃料電池スタックの上記水素極に水素および上記酸素極に酸素をそれぞれ供給する原料供給手段と、
上記燃料電池スタックの運転により生じる熱エネルギで上記加熱板を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
ここで、燃料電池スタックの運転により生じる熱エネルギとしては、燃料電池スタックから生じる廃熱、オフガスの燃焼熱、炭化水素を含む原燃料から水素リッチガスを得るための改質により生じる熱である。
【０００７】
本発明にかかる熱源装置は、加熱板を有するケーシング内に収納された燃料電池スタックを中心に構成されている。燃料電池スタックは、プロトン伝導体を有する電解質層と、該電解質層に接合される水素透過性金属層を有する電解質膜を有し、該電解質膜を挟んで配置された水素極および酸素極を有している。燃料電池スタックは、原料供給手段から供給される水素および酸素を用いた運転により電気エネルギおよび熱エネルギを生じる。電気エネルギおよび熱エネルギは、加熱手段により熱交換されまたはそのまま伝熱して加熱板を加熱する。
【０００８】
本発明にかかる熱源装置は、燃料電池スタックを用いることでコードレスとすることができ、使い勝手がよい。また、熱源装置は、燃料電池スタックの運転により生じる熱エネルギおよび／または電気化学反応により生じる電気エネルギを用いているから、熱効率に優れている。
【０００９】
さらに、上記燃料電池スタックは、プロトン伝導性を有する電解質層と、該電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する電解質膜と、該電解質膜を挟んで配置された水素極および酸素極を有する構成を用いているので、小型で熱効率に優れ、かつ加熱板の必要な加熱温度を容易に得ることができる。
【００１０】
また、本発明の他の態様は、上記燃料電池スタックから生じる電気エネルギを熱エネルギに変換して上記加熱手段により上記加熱板を加熱するヒータと、上記加熱板を加熱する熱エネルギと上記ヒータへ供給する電気エネルギとの割合を設定する熱エネルギ割合設定手段とを備える構成をとることができる。熱エネルギ割合設定手段は、加熱板を加熱する電気エネルギと熱エネルギとの割合を適宜設定するので、エネルギ効率が高い使用方法が可能になる。
【００１１】
さらに、本発明の他の好適な態様において、上記原料供給手段は、炭化水素を含む原燃料から改質反応により水素を形成する改質手段を備え、改質手段の上記改質反応により生じる熱エネルギで上記加熱板を加熱するよう構成することができる。この構成によれば、改質手段が炭化水素を改質する際に生じる部分酸化による熱エネルギを効率的に使用することができる。ここで、改質手段は、原燃料から改質反応により水素リッチのガスを作成する改質部を備え、該改質部から水素リッチガスを燃料電池スタックに供給する構成のほか、改質するための触媒を燃料電池スタックに備える構成をとることができる。
【００１２】
また、本発明の別の好適な態様において、上記加熱手段は、上記燃料電池スタックにて未反応の水素を含むオフガスを燃焼する燃焼手段を備える構成をとることができる。この構成によれば、燃料電池スタックから生じるオフガスが無駄に捨てられることなく、燃焼手段により燃焼されるから、エネルギ効率を高めることができる。
【００１３】
さらに、本発明の別の態様は、燃料電池スタックにより発電される電気エネルギを充電する二次電池を有する構成をとることができる。これにより、燃料電池スタックから生じる電気エネルギは、二次電池に蓄電することにより、始動時または運転時に、原料供給手段などのアクチュエータやヒータなどに供給することができる。
【００１４】
また、本発明の好適な態様は、
加熱板を有するケーシング内に配置され、水素および酸素の供給を受けて発電する熱源装置であって、
プロトン伝導性を有する電解質層と、該電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する電解質膜と、該電解質膜を挟んで配置された水素極および酸素極と、上記水素極に配置され炭化水素を水素に改質する触媒とを有する燃料電池スタックと、
上記燃料電池スタックの上記水素極に炭化水素を含有する原料ガスと水蒸気とを混合した混合ガスを供給するとともに、上記酸素極に酸素を供給する原料供給手段と、
上記燃料電池スタックから排出される水素を含有するオフガスを燃焼して上記加熱板を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の好適な態様は、
加熱板を有するケーシング内に配置され、水素および酸素の供給を受けて発電する熱源装置であって、
プロトン伝導性を有する電解質層と、該電解質層に接合される水素透過性金属層とを有する電解質膜と、該電解質膜を挟んで配置された水素極および酸素極を有する燃料電池スタックと、
炭化水素を含有する燃料ガスを改質反応により改質することにより、上記燃料電池スタックの上記水素極に水素および上記酸素極に酸素をそれぞれ供給する原料供給手段と、
上記原料供給手段から燃料電池スタックに供給される炭化水素を改質する際の燃焼熱により上記加熱板を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
Ａ．  第１の実施例
（１）  熱源装置１０の概略構成
図１は本発明の第１の実施例にかかる熱源装置１０を説明する概略構成図である。熱源装置１０は、商用電源を不要とするコードレス家庭用加熱調理機器であり、燃料電池システムを利用している。すなわち、熱源装置１０は、ケーシング１４を備え、このケーシング１４の上部に加熱板１４ｂを配置している。そのケーシング１４内には、発電ユニット２０が収納されている。発電ユニット２０は、燃料電池スタック３０と、原料供給手段４０と、酸素供給手段５０と、加熱手段６０と、充電／切換回路８０と、制御手段９０とを主要な構成としている。
【００１７】
燃料電池スタック３０は、原料供給手段４０から供給される水素と酸素供給手段５０から供給される酸素との電気化学反応により発電するとともに、この電気およびその運転により生じる熱で加熱手段６０を発熱させることで、熱源装置１０の加熱板１４ｂを加熱することにより、熱源装置１０として機能させている。そして、熱源装置１０の加熱板１４ｂの温度は、制御手段９０により制御される。
【００１８】
（２）  熱源装置１０の各部の構成
次に熱源装置１０の各部の構成について説明する。
（２）−１  ケーシング１４
図１に示すように、ケーシング１４の上面は、加熱板１４ｂが直接露出しており、発電ユニット２０による熱が伝えられることにより料理の材料を加熱するための加熱面になっている。
【００１９】
（２）−２  発電ユニット２０
発電ユニット２０を構成する燃料電池スタック３０、原料供給手段４０と、酸素供給手段５０と、加熱手段６０、充電／切換回路８０、制御手段９０について、以下説明する。
【００２０】
（ａ）  燃料電池スタック３０
図２は燃料電池スタック３０を説明する説明図である。燃料電池スタック３０は、単セル３１を複数枚有し、該複数枚の単セル３１を積層し、両側からエンドプレート３６，３６で挟み込むことにより構成されている。単セル３１は、水素極（以下、アノード３２と呼ぶ）と酸素極（以下、カソード３３と呼ぶ）と、電解質膜３４とを積層し、さらに両側からセパレータ３５，３５で挟持することにより構成されている。
【００２１】
電解質膜３４は、固体酸化物からなる電解質層３４ａと、バナジウムの薄板（約４０μｍ）である水素分離膜３４ｂとを備えている。電解質層３４ａとしては、例えば、ＢａＣｅＯ3系や、ＳｒＣｅＯ3系のセラミックスプロトン伝導体などを用いることができ、その厚みは、０．１〜１．０μｍとすることができる。水素分離膜３４ｂは、水素含有ガス中の水素を選択的に透過する。なお、水素分離膜３４ｂは、バナジウムやパラジウムなどの貴金属や、ＶＡ族元素、たとえばニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）等およびそれらの合金で形成することもできる。
【００２２】
電解質膜３４のアノード３２側には、通常、アノード３２側での反応を促進するためのパラジウムの被膜（図示しない）が設けられている。一方、電解質膜３４のカソード３３側での反応を促進するための触媒（図示しない）が設けられている。触媒としては、白金（Ｐｔ）等の貴金属やＬａＧａＭｎＯ3等の導電性セラミックスを用いることができる。
【００２３】
アノード３２には、電解質膜３４に面した側に凹部からなる流路３２ａが設けられている。流路３２ａには、燃料ガスとしての水素リッチガスが流される。一方、カソード３３には、電解質膜３４に面した側に凹部からなる流路３３ａが設けられている。流路３３ａには、燃焼ガスとしての酸素を含む空気が供給される。また、セパレータ３５，３５には、溝からなる冷媒の流路３５ａが設けられている。
【００２４】
上記単セル３１の構成において、アノード３２側に供給された水素分子は、パラジウム被膜でプロトンに解離され、電解質膜３４を経てカソード３３側に移動し、カソード３３の酸素と電気化学反応する。単セル３１での発電は、この水素の移動に伴い、外部の導体を通して電子がアノード３２からカソード３３に移動することによって行われる。燃料電池スタック３０は、こうした単セル３１を複数直列に接続することで、高い電力を出力している。また、単セル３１では、その電気化学反応により４００〜５００℃の熱エネルギを生じる。こうした熱エネルギは、後述するように加熱手段６０により有効利用される。
【００２５】
エンドプレート３６，３６は、燃料電池スタック３０の内部に水素リッチガス、酸化ガス、冷媒の各種流体を供給する入口ポートと、各種流体を外部へ排出する出口ポートとを備えており、各ポートは、各配管と接続されている。入口ポートから供給される各種流体は、各単セル３１の溝に適切に供給され、電気化学反応が滞りなく進行する。
【００２６】
（ｂ）  原料供給手段４０
図１において、原料供給手段４０は、水素を含有する燃料ガスを燃料電池スタック３０に供給するものであり、燃料供給手段４２と、水分供給手段４４と、蒸発部４６と、改質手段４８とを備えている。燃料供給手段４２は、炭化水素系の原燃料を貯留する燃料タンク４２ａからポンプ４２ｂおよび弁４２ｃ，４２ｄを介して蒸発部４６に原燃料を供給するものである。水分供給手段４４は、水を貯留する水タンク４４ａからポンプ４４ｂおよび弁４４ｃを介して水を蒸発部４６に供給するものである。蒸発部４６は、バーナ４６ａを備え、燃料供給手段４２および水分供給手段４４からの原燃料と水分供給手段４４からの水とを混合して改質手段４８に混合ガスとして供給するものである。なお、燃料供給手段４２からの原燃料としては、例えば、メタン、メタノール等を適用することができる。
【００２７】
（ｃ）  改質手段４８
改質手段４８は、改質部４８ａと、改質部４８ａに空気を供給するポンプ４８ｂとを備えており、蒸発部４６から供給された原燃料ガスと水蒸気とからなる混合ガスを触媒により改質して、水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する。
【００２８】
（ｃ）−１ 水蒸気改質反応
まず、原燃料の主成分としてメタンを用いて、水蒸気改質反応によって水素を生成する水蒸気改質反応について説明する。
ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ  →  ４Ｈ2＋ＣＯ2−１６５．１３（kJ/mol）    ...（１）
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ＋３Ｈ2−２０６．２（kJ/mol）         ...（２）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋Ｈ2＋４０．５（kJ/mol）             ...（３）
【００２９】
メタンの水蒸気改質反応が進行する際には、まず（２）式に示したメタンの分解反応が進行し、メタンは水（水蒸気）と反応して一酸化炭素と水素とを生じる。ここで生じた一酸化炭素は、（３）式に示したシフト反応に従って水と反応して二酸化炭素と水素とを生じ、全体として（１）式に示した反応が進行する。
また、以下の（４）式に示すメタンの部分酸化反応や、（５）式に示す一酸化炭素の酸化反応や、（６）式に示す水素の酸化反応が空気（酸素）を供給することにより進行する。
【００３０】
ＣＨ4＋（１／２）Ｏ2  →  ＣＯ＋２Ｈ2＋４４（kJ/mol）        ...（４）
ＣＯ＋（１／２）Ｏ2  →  ＣＯ2＋２７９．５（kJ/mol）         ...（５）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ＋２４０（kJ/mol）              ...（６）
【００３１】
（１）式に示したように、メタンの水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反応を進行させるためには熱を加える必要があるが、空気の供給によって、上式（４）〜（６）式に示した酸化反応を進行させ、これらの酸化反応で生じた熱を上記水蒸気改質反応で利用している。
【００３２】
ここで、（５）式の反応は、（２）式に示したメタンの分解反応や（４）式に示したメタンの部分酸化反応で生じた一酸化炭素を、酸化する反応である。また、（６）式の反応は、（１）〜（４）式に示した反応で生じた水素を、酸化することで消費する反応である。（４）〜（５）式に示した各々の酸化反応が進行する程度は、空気の量を調節することで制御することができる。つまり、（１）式に示したメタンの水蒸気改質反応に要する熱と酸化反応で生じる熱とのバランスをとりつつ、水素が消費されてしまう（６）式の酸化反応が過剰に進行しないように、供給する空気量を調節している。
【００３３】
（ｃ）−２  改質手段４８の構成および作用
改質部４８ａは、水蒸気改質反応や酸化反応を促進する活性を有する改質触媒を備えている。改質触媒としては、例えば、ロジウム触媒や白金・イリジウム合金触媒などの貴金属系の触媒や、ニッケル触媒などを用いることができる。また、シフト反応（（４）式）を進行させるために、銅を備える銅系触媒、あるいは、鉄を備える鉄系触媒などを用いている。
改質部４８ａ内で上記改質触媒を保持する形状としては、種々のものを選択可能であるが、例えば、この改質触媒を担持して粒子状に成形されたペレットを改質部４８ａの内部に充填することとしてもよいし、あるいは、改質部４８ａをハニカム状に形成してその表面に上記改質触媒を担持させることとしてもよい。
改質手段４８は、蒸発部２６で水を気化させて水蒸気と燃料ガスとから成る混合ガスに基づいて、ポンプ４８ｂからの空気により、水蒸気改質反応を行なって水素リッチなガスを生成している。このとき、ガス中の一酸化炭素濃度を低減するための（３）式のシフト反応を行ない、
【００３４】
（ｄ） 酸素供給手段５０
酸素供給手段５０は、空気を燃料電池スタック３０に供給する系統であり、ファン５２と、エアクリーナ５４とを備え、配管５６が燃料電池スタック３０のエンドプレート３６に接続されている。ファン５２は、モータを駆動源としており、モータの回転数に応じた空気を吸入する。ファン５２の駆動により外部から取り込んだ空気は、エアクリーナ５４で浄化され、燃料電池スタック３０へと流入する。
【００３５】
（ｅ）  加熱手段６０
加熱手段６０は、熱交換手段６２と、ヒータ６４とを備えており、この熱で１４ａを加熱するものである。熱交換手段６２は、熱交換器６２ａと、ポンプ６２ｂとを備え、配管６２ｃを介して燃料電池スタック３０のエンドプレート３６に接続されている。燃料電池スタック３０の内部での電気化学反応は、発熱反応であるため、内部の温度は上昇する。この温度上昇を抑えるとともに、その廃熱を有効利用するために、燃料電池スタック３０に冷却媒体をポンプ６２ｂで循環させつつ、熱交換器６２ａにて熱交換することで、燃料電池スタック３０を冷却するとともに、ケーシング１４の加熱板１４ｂ（図１参照）を加熱する。また、ヒータ６４は、加熱板１４ｂの加熱を補助するために、燃料電池スタック３０の発電された電力が供給される。
【００３６】
（ｆ）  充電／切換回路８０
充電／切換回路８０は、インバータやＤＣ／ＤＣコンバータなどの変換回路や切換回路などを備えた電気回路８２と、二次電池８４と、電気回路８２に接続され外部の照明装置などに給電するための出力端子８６とから構成されている。電気回路８２は、燃料電池スタック３０から出力された電力を、ヒータ６４に供給するとともに、その余剰分を二次電池８４に蓄電し、または出力端子８６を介して外部機器に給電する。また、二次電池８４に蓄電された電気は、ポンプや弁などのアクチュエータにも供給される。
【００３７】
（ｇ）  制御手段９０
制御手段９０は、二次電池８４や燃料電池スタック３０から供給される電気により駆動され、発電ユニット２０の各種弁、ポンプなどのアクチュエータを制御している。制御手段９０は、メインスイッチＳＷや、目標設定温度器９１、各種センサからの信号を受け、その熱源装置１０の加熱状態を判断し、アクチュエータを制御する信号を出力する。具体的には、温度センサ９２で検出した信号を入力し目標設定温度器９１で設定された温度に向かうように要求される出力（電力）を算出し、ポンプ４２ｂ，４４ｃなどを制御することにより、燃料電池スタック３０の発電量を制御し、または、充電量センサ９３で検出した信号に基づいて充電量を求め、二次電池８４やヒータ６４へ電力を供給するように制御する。なお、発電ユニット２０の始動時には、各種アクチュエータから二次電池８４から燃料を供給するように構成してもよい。
【００３８】
（３）  熱源装置１０の動作
次に、熱源装置１０の動作について説明する。メインスイッチＳＷをオンすると、その出力が制御手段９０に入力される。制御手段９０の指令により、ポンプ４２ｂ，４４ｃやファン５２を起動する。これにより、原料供給手段４０から水素リッチガスが燃料電池スタック３０に供給され、一方、ファン５２の起動により空気が燃料電池スタック３０に供給される。さらに、ポンプ６２ｂを駆動して燃料電池スタック３０と熱交換器６２ａとの間に冷却媒体を循環させる。これにより、燃料電池スタック３０は、供給された水素と酸素とを電気化学反応させて発電する。この電気は、ヒータ６４に供給されることで加熱板１４ｂが加熱される。加熱板１４ｂの温度が所定の目標設定温度以上の場合であり、二次電池８４の充電量が所定以下の場合には、二次電池８４に充電される。また、熱交換器６２ａで熱交換された冷却媒体の熱も加熱板１４ｂを加熱する。
【００３９】
燃料電池スタック３０で発電される電気は、ヒータ６４に供給されるとともに、二次電池８４に供給される。二次電池８４の充電量は、充電量センサ９３により検出された充電量に基づいて制御手段９０により制御される。すなわち、制御手段９０は、二次電池８４が所定以上の充電量であるときに燃料電池スタック３０により発電された電力を二次電池８４に充電するとともに、二次電池８４が所定以下の充電量であるときに燃料電池スタック３０に発電された電力をヒータ６４に供給するように制御する。このような制御により、エネルギ効率を高めることができる。
【００４０】
熱源装置１０の温度制御は、温度センサ９２により検出された温度に基づいて制御手段９０により制御される。すなわち、制御手段９０は、温度センサ９２で検出された検出温度が目標設定温度器９１で設定された目標温度に対して所定範囲内に収まるように、二次電池８４から供給される電力および／またはポンプ４２ｂ，４４ｃの駆動制御により燃料電池スタック３０に供給される水素リッチガスの量を調節することにより行なう。
【００４１】
（４）  上記実施例の構成により、上述した効果のほか、以下の効果を奏する。
熱源装置１０は、コードレスであるから、電源コード付家庭用加熱調理機器と比較して、使い勝手がよい。また、水素と酸素の電気化学反応により生じた電気だけでなく、廃熱を利用しているから、熱効率がよい。さらに、単セル３１として、水素分離膜型の燃料電池スタックを用いているから、小型で熱効率に優れており、また、熱源装置１０に必要な加熱温度を容易に得ることができる。
【００４２】
Ｂ．  第２の実施例
図３は第２の実施例にかかる熱源装置１０Ｂを示す概略構成図である。熱源装置１０Ｂは、燃料電池スタック３０Ｂから排出されるオフガスを燃焼ガスとして利用した構成に特徴を有する。熱源装置１０Ｂは、炭化水素を含有する原料（ガソリン）および水の混合燃料を充填した燃料タンク４２Ｂａおよびポンプ４２Ｂｂを有する原料供給手段４０Ｂと、原料供給手段４０Ｂからの混合燃料を燃焼および改質するための予備改質器４８Ｂと、燃料電池スタック３０Ｂと、燃料電池スタック３０Ｂからのオフガスを燃焼する加熱手段６０Ｂとを備え、これらは、加熱板１４Ｂｂを上部に配置したケーシング１４Ｂ内に配置されている。ケーシング１４Ｂには、予備改質器４８Ｂと燃料電池スタック３０Ｂとの間に空気導入口１４Ｂｃ、燃料電池スタック３０Ｂと加熱手段６０Ｂとの間に空気導入口１４Ｂｄおよび燃料電池スタック３０Ｂと加熱板１４Ｂｂとの間に排出口１４Ｂｅがそれぞれ設けられている。また、ケーシング１４Ｂの側壁には、燃料電池スタック３０Ｂに接続された出力端子８６Ｂが設けられている。
【００４３】
燃料タンク４２Ｂａには、ガソリンと水とを所定の割合で混合した予混合燃料が貯蔵されている。例えば、ガソリン中の炭素原子の数に対する水分子の数の比（以下、Ｓ／Ｃという）が、Ｓ／Ｃ＝０．５となるように、ガソリンと水とを混合した予混合燃料を用いることができる。ここで、上記予混合燃料は、ガソリンと水とに乳化剤（界面活性剤）をさらに混合して、エマルション（乳濁液）化したものとなっている。
予備改質器４８Ｂは、原料供給手段４０Ｂから供給された混合燃料を加熱蒸発させて、触媒やヒータなどにより加熱することで部分酸化を行なう燃料ガスを燃料電池スタック３０Ｂに供給するものである。
燃料電池スタック３０Ｂのアノードには、炭化水素を水素に改質するための改質触媒が担持されている。改質触媒としては、上述したように、例えば、ロジウム触媒や白金・イリジウム合金触媒などの貴金属系の触媒や、ニッケル触媒などを用いることができる。
【００４４】
本実施例の熱源装置１０Ｂは、次の動作を行なう。原料供給手段４０Ｂから混合燃料が予備改質器４８Ｂに供給される。予備改質器４８Ｂは、混合燃料を蒸発させて燃料電池スタック３０Ｂに供給する。混合気体の上昇気流により、空気導入口１４Ｂｃから空気を導入し、燃料電池スタック３０Ｂのカソード側に酸素が供給される。燃料電池スタック３０Ｂは、アノードにて混合燃料から水蒸気改質を行ない、水素および酸素を用いた電気化学反応により発電する。このとき、燃料電池スタック３０Ｂから未燃焼のオフガスが排出され、上昇気流で加熱手段６０Ｂに流れる。オフガスの上昇気流は、空気導入口１４Ｂｄから空気を加熱手段６０Ｂに向かわせる。加熱手段６０Ｂは、燃料電池スタック３０Ｂからのオフガスを空気導入口１４Ｂｄからの空気で燃焼させて、加熱板１４Ｂｂを加熱する。なお、燃料電池スタック３０Ｂで発電された電気は、二次電池（図示省略）に充電されるか、出力端子８６Ｂを通じて電気機器に供給可能になっている。
上記熱源装置１０Ｂによれば、上述した効果に加えて、燃料電池スタック３０Ｂで電気化学反応されなかった水素を含有するオフガスを有効に利用しているから、熱効率が高い。
【００４５】
Ｃ．  第３の実施例
図４は第３の実施例にかかる熱源装置１０Ｃを示す概略構成図である。熱源装置１０Ｃは、燃料電池スタック３０Ｃに供給する原料ガスを改質するときに生じる酸化熱を利用した構成に特徴を有する。熱源装置１０Ｃは、炭化水素を含有する原料（ガソリン）を充填した燃料タンク４２Ｃａおよびポンプ４２Ｃｂを有する原料供給手段４０Ｃと、水タンク４４Ｃａ、ポンプ４４Ｃｂおよび蒸発器４４Ｃｃを有する水蒸気供給手段４４Ｃと、原料供給手段４０Ｃからの燃料を燃焼および改質するための予備改質器４８Ｃと、予備改質器４８Ｃを取り囲むように配置された筒状の燃料電池スタック３０Ｃと、加熱室６１Ｃ内に空気を導入するファン６２Ｃを有する加熱手段６０Ｃとを備え、これらは、加熱板１４Ｃｂを上部に配置したケーシング１４Ｃ内に配置されている。また、ケーシング１４Ｃの側壁には、燃料電池スタック３０Ｃに接続された出力端子８６Ｃが設けられている。
【００４６】
水蒸気供給手段４４Ｃは、燃料電池スタック３０Ｃから排出されるオフガスを蒸発器４４Ｃｃで燃焼することで水タンク４４Ｃａからの水を蒸発させて加熱室６１Ｃに供給する。予備改質器４８Ｃは、原料供給手段４０Ｃから供給された燃料を加熱蒸発させて、加熱室６１Ｃに供給するものである。燃料電池スタック３０Ｃのアノードには、炭化水素を水素に改質するための改質触媒が担持されている。なお、燃料電池スタック３０Ｃと予備改質器４８Ｃとの配置は、加熱板１４Ｃｂの形状に適合して任意にとることができ、例えば、中心部に燃料電池スタックを配置し、これを取り囲むように予備改質器を配置し、予備改質器からの熱を、加熱室を通じて加熱板に効率よく伝達するように配置してもよい。
【００４７】
本実施例の熱源装置１０Ｃは、次の動作を行なう。原料供給手段４０Ｃから燃料が予備改質器４８Ｃに供給される。予備改質器４８Ｃは、加熱により燃料をガス化して、加熱室６１Ｃに供給する。加熱室６１Ｃでは、燃料ガスを水蒸気供給手段４４Ｃから供給される水蒸気およびファン６２Ｃから供給される空気により、部分酸化反応やＣＯの酸化反応を行なう。この反応により生じた熱が加熱板１４Ｃｂを加熱する。そして、その加熱室６１Ｃ内のガスは、燃料電池スタック３０Ｃ内を流れ、触媒により水素リッチガスを作成し、水素および酸素を用いた電気化学反応により発電する。このとき、燃料電池スタック３０Ｃから排出されたオフガスは、蒸発器４４Ｃｃで燃焼されて水を水蒸気に変えるための熱源とされる。なお、燃料電池スタック３０Ｃで発電された電気は、二次電池（図示省略）に充電されるか、出力端子８６Ｃを通じて電気機器に供給可能になっている。
上記熱源装置１０Ｃによれば、第１の実施例の効果に加えて、原燃料ガスの改質時の熱を有効に利用しているから、熱効率が高い。
【００４８】
なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。上記実施例では、家庭用加熱調理機器に適用した構成について説明したが、これに限らず、各種の熱源装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施例にかかる熱源装置を説明する概略構成図である。
【図２】燃料電池スタックを説明する説明図である。
【図３】第２の実施例にかかる熱源装置を示す概略構成図である。
【図４】第３の実施例にかかる熱源装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０...熱源装置
１０Ｂ...熱源装置
１０Ｃ...熱源装置
１４...ケーシング
１４Ｂ...ケーシング
１４Ｃ...ケーシング
１４ｂ...加熱板
１４Ｂｂ...加熱板
１４Ｃｂ...加熱板
１４Ｂｃ...空気導入口
１４Ｂｄ...空気導入口
１４Ｂｅ...排出口
２０...発電ユニット
２６...蒸発部
３０...燃料電池スタック
３０Ｂ...燃料電池スタック
３０Ｃ...燃料電池スタック
３１...単セル
３２...アノード
３２ａ...流路
３３...カソード
３３ａ...流路
３４...電解質膜
３４ａ...電解質層
３４ｂ...水素分離膜
３５...セパレータ
３５ａ...流路
３６...エンドプレート
４０...原料供給手段
４０Ｂ...原料供給手段
４０Ｃ...原料供給手段
４２...燃料供給手段
４２ａ...燃料タンク
４２ｂ...ポンプ
４２ｃ，４２ｄ...弁
４２Ｂａ...燃料タンク
４２Ｃａ...燃料タンク
４２Ｂｂ...ポンプ
４２Ｃｂ...ポンプ
４４...水分供給手段
４４Ｃ...水蒸気供給手段
４４ａ...水タンク
４４ｂ...ポンプ
４４ｃ...弁
４４Ｃａ...水タンク
４４Ｃｂ...ポンプ
４４Ｃｃ...蒸発器
４６...蒸発部
４６ａ...バーナ
４８...改質手段
４８Ｂ...予備改質器
４８Ｃ...予備改質器
４８ａ...改質部
４８ｂ...ポンプ
５０...酸素供給手段
５２...ファン
５４...エアクリーナ
５６...配管
６０...加熱手段
６０Ｂ...加熱手段
６０Ｃ...加熱手段
６１Ｃ...加熱室
６２Ｃ...ファン
６２...熱交換手段
６２ａ...熱交換器
６２ｂ...ポンプ
６２ｃ...配管
６４...ヒータ
８０...切換回路
８２...電気回路
８４...二次電池
８６...出力端子
８６Ｂ...出力端子
８６Ｃ...出力端子
９０...制御手段
９１...目標設定温度器
９２...温度センサ
９３...充電量センサ
ＳＷ...メインスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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