(57)【要約】【課題】ラジエータを無くしてシステムのシンプル化、及びコンパクト化を可能とする燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料ガスと改質水とを供給して発電を行う燃料電池セル８１、燃料電池セル８１の排気と冷媒との間で熱交換を行う排気熱交換器３１、排気熱交換器３１へ供給する冷媒を貯留する冷媒タンク３０、冷媒タンク３０と排気熱交換器３１との間で冷媒を循環させる第１送出し側配管３６と第１戻し側配管３８とに冷媒を循環させる熱回収ポンプ４０を有し、冷媒タンク３０は、金属部材で形成されていると共に、外面の一部に金属部材が露出した放熱部１４８を有している。【選択図】図１
2018195469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと改質水とを供給して発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の排気と冷媒との間で熱交換を行う排気熱交換器と、
前記排気熱交換器へ供給する前記冷媒を貯留する冷媒タンクと、
前記冷媒タンクと前記排気熱交換器との間で前記冷媒を循環させる配管と、
前記配管に前記冷媒を循環させる熱回収ポンプと、
を有し、
前記冷媒タンクは、外面の一部にタンク表面が露出した放熱部を有している、燃料電池システム。
【請求項２】
前記冷媒タンクは、前記放熱部よりも上側が断熱材で覆われており、
前記配管は、前記排気熱交換器よりも上流側の端部が前記冷媒タンクの下側に接続されて冷媒タンク内の下側の前記冷媒を取り込み、前記排気熱交換器よりも下流側の端部が前記冷媒タンクの上側に接続されて前記排気熱交換器を通過した前記冷媒を前記冷媒タンクの上側に排出する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池、前記排気熱交換器、前記冷媒タンク、前記配管、及び前記熱回収ポンプを収納する筐体と、
前記筐体に形成され、前記筐体内に外気を導入可能とする外気導入用換気口と、
前記筐体内の空気を外部へ排出する排気用換気ファンと、
を有する請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池、前記排気熱交換器、前記冷媒タンク、前記配管、及び前記熱回収ポンプを収納する筐体と、
前記筐体内の空気に外気を導入して前記放熱部に送風を行う外気導入換気ファンと、
前記筐体に形成され、前記筐体内の空気を外部に排出する排気用換気口と、
を有する請求項１または請求項２に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、電力と湯の供給が可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅等に用いる従来の燃料電池システムとして以下のものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−００２０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池システムでは、発電時に発生した熱を回収するために、オフガスの熱を熱交換器を用いて温水として回収してタンクに貯留し、必要に応じて貯留する温水を給湯や暖房等に利用することが行われている。
【０００５】
従来の燃料電池システムでは、発電に用いる水は、水蒸気を含んだバーナ排ガスから回収するため、バーナ排ガスを冷却する必要がある。その際、十分な量の水を回収するために、バーナ排ガスを一定温度以下まで冷却する必要がある。バーナ排ガスの冷却には、熱回収水（冷媒）と熱交換する方法をとるが、冷媒タンクが満蓄になる等の状況により熱回収水温が上昇してくると、バーナ排ガスを十分には冷却できなくなり、発電に必要な十分な量の水を確保できなくなる。そのため、熱回収水の温度は一定以下に保つ必要があり、配管経路上に冷媒の熱を外部に放出可能とするラジエータ、及びラジエータに送風を行うラジエータファンを配置し、必要に応じて冷媒の冷却を行うようにしている。
【０００６】
しかしながら、従来の燃料電池システムでは、ラジエータのためのスペースに加え、通風経路やラジエータファンが必要であるため、システムの大型化、高コスト化を招いていた。
【０００７】
本発明は、上記事実を考慮して、ラジエータを無くしてシステムのシンプル化、及びコンパクト化を可能とする燃料電池システム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】
【０００８】
請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと改質水とを供給して発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の排気と冷媒との間で熱交換を行う排気熱交換器と、前記排気熱交換器へ供給する前記冷媒を貯留する冷媒タンクと、前記冷媒タンクと前記排気熱交換器との間で前記冷媒を循環させる配管と、前記配管に前記冷媒を循環させる熱回収ポンプと、を有し、前記冷媒タンクは、外面の一部にタンク表面が露出した放熱部を有している。
【０００９】
請求項１に記載の燃料電池システムでは、燃料ガスと改質水とを燃料電池に供給することで、燃料電池は発電を行うと共に、高温の排ガスを排出する。高温の排ガスは、排気熱交換器で冷媒との間で熱交換を行う。なお、熱交換を行う冷媒は、冷媒タンクに貯留される。
【００１０】
熱回収ポンプを作動させることで、冷媒タンク内の冷媒は、排気熱交換器で加熱された後、冷媒タンク内に戻り、これによって冷媒タンク内の冷媒の温度が上昇する。また、燃料電池から排出される排気が排気熱交換器で冷却されることで、排気中の水蒸気が凝縮して水となる。この水は、燃料電池の発電に用いられる。
【００１１】
排気熱交換器で水を生成するには、排気熱交換器に供給する冷媒の温度をある程度低くしておく必要がある。請求項１の燃料電池システムの冷媒タンクは、外面の一部にタンク表面が露出した放熱部を有しているため、放熱部近傍の冷媒の熱を外部へ放出して放熱部近傍の冷媒を他の部分の冷媒に比較して低温にすることができる。放熱部近傍の冷媒を排気熱交換器に供給することで、排気熱交換器で効率的に水を生成することが可能となる。
【００１２】
請求項１に記載の燃料電池システムでは、冷媒タンクの放熱部が従来の燃料電池システムのラジエータの役目をしているため、従来の燃料電池システムで必要とされていたラジエータやラジエータファンを用いる事無く、排気熱交換器に供給する冷媒を冷却することができ、システムのシンプル化、及びコンパクト化を図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷媒タンクは、前記放熱部よりも上側が断熱材で覆われており、前記配管は、前記排気熱交換器よりも上流側の端部が前記冷媒タンクの下側に接続されて冷媒タンク内の下側の前記冷媒を取り込み、前記排気熱交換器よりも下流側の端部が前記冷媒タンクの上側に接続されて前記排気熱交換器を通過した前記冷媒を前記冷媒タンクの上側に排出する。
【００１４】
冷媒タンクは、放熱部よりも上側が断熱材で覆われているので、放熱部よりも上側部分の冷媒を保温し、放熱部が設けられている下側部分の冷媒は放熱部からの放熱により冷却することができる。したがって、冷媒タンク内においては、上側部分の冷媒の温度よりも下側部分の冷媒の温度を相対的に低くすることがきる。
【００１５】
熱回収ポンプを作動させて冷媒を循環させると、冷媒タンク内の下側の温度の低い冷媒が排気熱交換器を通るので、冷媒タンク内の上側の温度の高い冷媒を排気熱交換器に通す場合に比較して、排気中の水蒸気が凝縮し易くなり、発電に使用する水が得やすくなる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池、前記排気熱交換器、前記冷媒タンク、前記配管、及び前記熱回収ポンプを収納する筐体と、前記筐体に形成され、前記筐体内に外気を導入可能とする外気導入用換気口と、前記筐体内の空気を外部へ排出する排気用換気ファンと、を有する。
【００１７】
従来の燃料電池システムでは、冷媒の冷却効率を向上するために、ラジエータに送風するラジエータファンを必要としていたが、請求項３に記載の燃料電池システムでは、筐体内の熱気を排出する排気用換気ファンを稼動することで、換気口から外気が導入され、導入された外気を冷媒タンクの放熱部に当てることで冷媒の冷却効率を向上させることができる。即ち、筐体内の熱気を排出する排気用換気ファンが、ラジエータファンの役目もするので、ラジエータファンを必要とせず、システムのシンプル化、及びコンパクト化を図ることができる。また、請求項３に記載の燃料電池システムでは、ラジエータファンが無い事で、ラジエータファンに起因した騒音の発生も無い。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池、前記排気熱交換器、前記冷媒タンク、前記配管、及び前記熱回収ポンプを収納する筐体と、前記筐体内の空気に外気を導入して前記放熱部に送風を行う外気導入換気ファンと、前記筐体に形成され、前記筐体内の空気を外部に排出する排気用換気口と、を有する。
【００１９】
従来の燃料電池システムでは、冷媒の冷却効率を向上するために、ラジエータに送風するラジエータファンを必要としていたが、請求項４に記載の燃料電池システムでは、筐体外の外気を導入する外気導入換気ファンを稼動することで外気が冷媒タンクの放熱部に当たり、冷媒の冷却効率を向上させることができる。即ち、外気導入換気ファンが、ラジエータファンの役目もするので、ラジエータファンを必要とせず、システムのシンプル化、及びコンパクト化を図ることができる。なお、筐体内の空気は排気用換気口から外部に排出される。請求項４に記載の燃料電池システムでは、ラジエータファンが無い事で、ラジエータファンに起因した騒音の発生も無い。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明の燃料電池システムによれば、ラジエータを無くしてシステムのシンプル化、及びコンパクト化を図ることができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図である。
【図２】燃料電池モジュールの構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１０を図１、及び図２にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池システム１０は、一例として住宅に適用されるものである。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１０は、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２、及び冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２とは別体としたバックアップ熱源機ユニット１４の２ユニットで構成されている。冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２、及びバックアップ熱源機ユニット１４は、一例として、屋外のコンクリート等で形成された基礎の上、ベランダ等に設置することができる。
【００２４】
（冷媒タンク付き燃料電池ユニットの構成）
冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２は、筐体１６の内部に、発電を行うと共に排ガスを排出する発電部１７、排ガスによって冷媒Ｗ２を加熱する冷媒加熱部１９、及び冷媒Ｗ２によって上水を加熱する上水加熱部２１が設けられている。
【００２５】
筐体１６の内部には、都市ガス、空気（酸素）、及び改質水Ｗ１が供給されて発電を行う燃料電池モジュール１８、都市ガスを燃料電池モジュール１８に供給する燃料ガス管２０、燃料ガス管２０の中間部に設けられ都市ガス中に含まれる硫黄化合物を除去する脱硫器２２、燃料電池モジュール１８に供給する改質水Ｗ１を貯留する改質水タンク２４、改質水タンク２４の改質水Ｗ１の液面レベルを測定する液面レベルセンサ２４Ａ、改質水タンク２４と燃料電池モジュール１８とを連結する改質水供給管２６、改質水タンク２４の改質水Ｗ１を燃料電池モジュール１８に供給するための改質水ポンプ２８、燃料電池モジュール１８で発電された電力を外部へ送電する配線６６、配線６６の中間部に設けられ、直流電力を交流電力に変換するインバーター６８、空気ブロワ８６が設けられた酸化ガス管８８等が収容されており、発電部１７は、これらの構成要素を含んで構成されている。
【００２６】
また、筐体１６の内部には、冷媒Ｗ２を貯留する冷媒タンク３０、燃料電池モジュール１８から排出された排ガスと冷媒Ｗ２との間で熱交換を行う排気熱交換器３１、燃料電池モジュール１８と排気熱交換器３１とを接続する第１排ガス管３２、排気熱交換器３１を通過した排ガスを筐体１６の外部へ排出するための第２排ガス管３４、排気熱交換器３１の内部で生成された水分（排気熱交換器３１の内部で凝集された排ガス中の水分）を改質水タンク２４へ排出するための排水管３５、冷媒タンク３０の底部と排気熱交換器３１とを連結し冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２を排気熱交換器３１へ供給するための第１送出し側配管３６、冷媒タンク３０の上部と排気熱交換器３１とを連結し排気熱交換器３１を通過した冷媒Ｗ２を冷媒タンク３０へ戻すための第１戻し側配管３８、第１送出し側配管３６に設けられて冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２を排気熱交換器３１側へ送り出すための熱回収ポンプ４０が収容されており、冷媒加熱部１９は、これらの構成要素を含んで構成されている。
【００２７】
また、筐体１６の内部には、冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２と外部から供給された上水との間で熱交換を行う上水熱交換器４４、冷媒タンク３０の上部に連結され冷媒タンク３０と上水熱交換器４４とを連結する第２送出し側配管４６、上水熱交換器４４を通過した冷媒Ｗ２を冷媒タンク３０へ戻すための第２戻し側配管４８、第２戻し側配管４８に設けられて冷媒Ｗ２を冷媒タンク３０へ戻すための予熱ポンプ５０、外部（上水道）から供給された上水を上水熱交換器４４に供給する上水供給配管５２、上水供給配管５２の中間部から分岐された上水分岐配管５４、上水熱交換器４４を通過した上水を排出する給湯配管５６、給湯配管５６の中間部から分岐され、上水熱交換器４４を通過した上水を冷媒タンク３０へ供給する給湯分岐配管５８、給湯分岐配管５８に設けられ冷媒タンク３０へ供給する上水の量を調整する補水弁６０、給湯配管５６から供給された暖められた上水と上水分岐配管５４から供給された上水（冷たい）とを混合する混合弁６２、混合弁６２から筐体１６の外部へ上水を排出する上水排出配管６４等が収容されており、上水加熱部２１は、これらの構成要素を含んで構成されている。
【００２８】
さらに、筐体１６の内部には、筐体１６内の空気を外部へ排出する排気用換気ファンとしての換気ファン１４０、及び冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２に設けられた各種電装部品の制御を行う制御装置７０が収容されている。
【００２９】
なお、筐体１６の外部には、制御装置７０に接続されて、外気温を測定する温度センサ６５が設けられている。
【００３０】
本実施形態では、冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２として水が用いられている。冷媒タンク３０の天井壁３０Ａには、冷媒タンク３０の内外を貫通し、空気の出入を可能とする連通孔としての開口部３３が形成されている。また、冷媒タンク３０には、上部に空間が設けられるように冷媒Ｗ２が貯留されており、タンク内の冷媒Ｗ２が熱膨張して体積が増加した場合においても、開口部３３から冷媒Ｗ２が溢れ出ないように、冷媒タンク３０に注入する冷媒Ｗ２の体積が決められている。
【００３１】
なお、本実施形態では、冷媒タンク３０と排気熱交換器３１との間で冷媒Ｗ２が循環する経路、即ち、第１送出し側配管３６、及び第１戻し側配管３８で第１の循環経路１１８が形成されている。冷媒タンク３０と上水熱交換器４４との間で冷媒Ｗ２する経路、即ち、第２送出し側配管４６、及び第２戻し側配管４８で第２の循環経路１２０が形成されている。また、給湯配管５６、及び上水排出配管６４で給湯経路１２１が形成されている。
【００３２】
冷媒タンク３０は、ステンレススチール等の金属材料で形成されており、底部３０Ｂ、及び側部３０Ｓの下側の一部を残して、他の部分が断熱材１４４で覆われている。断熱材１４４としては、例えば、グラスウール、ロックウール、発泡樹脂、真空断熱材等の周知の断熱材を用いることができるが、冷媒タンク３０を構成している金属よりも熱伝導性の低い材料であればこれら以外の断熱材を用いてもよい。
【００３３】
冷媒タンク３０は、底部３０Ｂ、及び側部３０Ｓの下側の一部が露出しており、この露出している部分が放熱部１４８とされている。
【００３４】
筐体１６の側壁１６Ｌには、内部と外部とを連通する外気導入用換気口としての換気口１４２が形成されている。また、筐体１６内の空気を外部へ排出する換気ファン１４０は、筐体１６の天井壁１６Ｓに設けられており、換気ファン１４０を駆動すると、筐体１６内の空気が排出されると共に、外部の空気（外気）が換気口１４２を介して筐体１６内に導入される。
【００３５】
図２に示すように、燃料電池モジュール１８は、筐体７１の内部に、改質触媒７２、バーナ７４、及び燃料電池スタック７６を主要な構成として備えている。
【００３６】
改質触媒７２は、燃料ガス管２０と接続されている。この改質触媒７２には、脱硫器２２にて硫黄化合物が吸着除去された都市ガスが燃料ガス管２０を通じて供給される。この改質触媒７２は、供給された都市ガス（原料ガス）を、改質水供給管２６を通じて供給された改質水（凝縮水）Ｗ１を利用して水蒸気改質する。
【００３７】
バーナ７４には、後述するスタック排ガス管８０が接続されている。このバーナ７４は、スタック排ガス管８０を通じて供給されたバーナガス（未反応の水素ガスを含むスタック排ガス）を燃焼し、改質触媒７２を加熱する。そして、この改質触媒７２では、脱硫器２２から供給された都市ガス（原料ガス）から、水素ガスを含む燃料ガスが生成される。この燃料ガスは、燃料ガス管７５を通じて後述する燃料電池スタック７６の燃料極７８に供給される。
【００３８】
燃料電池スタック７６は、固体酸化物形の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セル８１（図２では１つのみ図示）を有している。各燃料電池セル８１は、電解質層８２と、この電解質層８２の表裏面にそれぞれ積層された燃料極７８及び空気極８４とを有している。
【００３９】
空気極８４（カソード極）には、空気ブロワ８６が設けられた酸化ガス管８８を通じて酸化ガス（空気）が供給される。この空気極８４では、下記式（１）で示されるように、酸化ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、電解質層８２を通って燃料極７８に到達する。
【００４０】
（空気極反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ− →Ｏ２−  ・・・（１）
【００４１】
一方、燃料極７８では、下記式（２）及び式（３）で示されるように、電解質層８２を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水（水蒸気）及び二酸化炭素と、電子が生成される。燃料極７８で生成された電子は、外部回路を通って空気極８４に到達する。そして、このようにして電子が燃料極７８から空気極８４に移動することにより、各燃料電池セル８１において発電される。また、各燃料電池セル８１は、発電時に上記反応に伴って発熱する。
【００４２】
（燃料極反応）
Ｈ２ ＋Ｏ２− →Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  ・・・（２）
ＣＯ＋Ｏ２− →ＣＯ２＋２ｅ−  ・・・（３）
【００４３】
燃料電池スタック７６に接続されたスタック排ガス管８０の上流側は、燃料極排ガス管９０及び空気極排ガス管９２に分岐されており、この燃料極排ガス管９０及び空気極排ガス管９２は、燃料極７８及び空気極８４にそれぞれ接続されている。燃料極７８から排出された燃料極排ガスと、空気極８４から排出された空気極排ガスとは、燃料極排ガス管９０及び空気極排ガス管９２を通じて排出されると共に、スタック排ガス管８０内にて混合されてスタック排ガスとされる。このスタック排ガスは、燃料極排ガスに含まれる未反応の水素ガスを含んでおり、上述の通り、バーナ７４にバーナガスとして供給される。なお、このバーナ７４に、バーナ排ガスを排気熱交換器３１へ排出する第１排ガス管３２が接続されている。
【００４４】
なお、制御装置７０は、インバーター６８より電力が供給され、改質水ポンプ２８、熱回収ポンプ４０、予熱ポンプ５０、補水弁６０、混合弁６２等の制御を行う。
【００４５】
（バックアップ熱源機ユニットの構成）
本実施形態のバックアップ熱源機ユニット１４は、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２から供給された湯を更に加熱して排出可能とした潜熱回収型の熱源機（一般的に潜熱回収型ガス給湯器とも呼ばれる）である。潜熱回収型の熱源機は、バーナ１００の排気中の水蒸気を水（凝縮水）にすることにより、排気中の潜熱を回収して、熱効率を向上させたタイプの熱源機である。図１に示すように、バックアップ熱源機ユニット１４の第１の筐体９３の内部には、二次熱交換器９１、一次熱交換器９４、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２からの湯を二次熱交換器９１、一次熱交換器９４に供給する配管９６、一次熱交換器９４を加熱する加熱装置としてのバーナ１００、バーナ１００に燃料ガスを供給する燃料ガス管１０２、熱交換器９４を通った湯を排出する配管９８、配管９６の途中に接続された分岐管１０４と配管９８とに接続された混合弁１０６、混合弁１０６から湯を排出する配管１０８、排出される湯の温度を計測する温度センサ１０９、制御装置１１０等が設けられている。制御装置１１０は、混合弁１０６、バーナ１００へ送る燃料ガスの流量調整弁（図示せず）等の電装部品を制御する。
【００４６】
バックアップ熱源機ユニット１４の下方には、排水を集めて下水等へ排水するための排水設備としての排水受け１２８が設けられている。排水受け１２８に流入した排水は、下水等に排出することができる。
【００４７】
本実施形態では、バックアップ熱源機ユニット１４から排水が排出される場合、該排水は排水管１２９を介して排水受け１２８に排水することができる。
【００４８】
本実施形態の改質水タンク２４には、液面レベルセンサ２４Ａが設けられており、改質水タンク２４に貯留した改質水Ｗ１の液面が予め設定した上限値に達したことが液面レベルセンサ２４Ａで検出されると、制御装置７０は、改質水タンク２４に貯留した改質水Ｗ１の液面が予め設定した上限値に達したことが分かるようになっている。
【００４９】
また、本実施形態の改質水タンク２４には、中間部に排水ポンプ１３２を備えた排水管１３０が接続されており、排水ポンプ１３２が駆動されると、改質水タンク２４の改質水Ｗ１が排水管１３０を通って排水受け１２８へ排出されるようになっている。制御装置７０は、改質水Ｗ１の液面が予め設定した上限値に達したと判断すると、排水ポンプ１３２を駆動し、改質水タンク２４に貯留した改質水Ｗ１の液面が予め設定した下限値になると排水ポンプ１３２を停止するように排水ポンプ１３２を制御するようになっている。これにより、余剰の改質水Ｗ１が排水受け１２８に排水され、発電に必要な量の改質水Ｗ１が残る。
【００５０】
なお、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２の燃料ガス管２０、及びバックアップ熱源機ユニット１４の燃料ガス管１０２には、都市ガスのガス供給管１１２が接続されている。
また、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２の上水排出配管６４とバックアップ熱源機ユニット１４の配管９６とは、接続配管１１４で接続されている。さらに、バックアップ熱源機ユニット１４の配管１０８には、住宅の水機器に向けて湯を送る配管１１６が接続されている。  
【００５１】
（作用、効果）
次に、本実施形態の燃料電池システム１０の動作について説明する。
第一実施形態に係る燃料電池システム１０では、改質触媒７２から燃料ガスが燃料電池スタック７６の燃料極７８に供給されると共に、空気ブロワ８６が作動して酸化ガス管８８から酸化ガスとしての空気が燃料電池スタック７６の空気極８４に供給されると、この燃料電池スタック７６において燃料ガス及び酸化ガスが反応し発電する。
【００５２】
この発電に伴い燃料電池スタック７６からは、未反応の水素ガスを含むスタック排ガスが排出され、このスタック排ガスは、バーナガスとしてバーナ７４にて燃焼され、このバーナ７４からは、バーナ排ガスが排出される。このバーナ排ガスは、水蒸気を含んでおり、第１排ガス管３２を通じて排気熱交換器３１に供給される。
【００５３】
この排気熱交換器３１では、バーナ排ガスと冷媒タンク３０から供給された冷媒Ｗ２との間で熱交換がなされ、冷媒Ｗ２が加熱されると共にバーナ排ガスに含まれる水蒸気が凝縮される。このようにして生成された凝縮水（蒸留水）は、改質水Ｗ１として改質水タンク２４に回収され、この改質水タンク２４に回収された改質水は、改質水供給管２６を通じて改質触媒７２に供給され、この改質触媒７２にて水蒸気改質用の水蒸気として利用される。なお、このようにして水分の除去されたバーナ排ガスは、第２排ガス管３４を介して外部に排出される。
【００５４】
熱回収ポンプ４０を作動させることで、第１の循環経路１１８は、冷媒タンク３０と排気熱交換器３１との間で冷媒Ｗ２を循環させるため、冷媒タンク３０内の下側の冷媒Ｗ２は第１送出し側配管３６を介して排気熱交換器３１へ供給され、排気熱交換器３１で加熱された後、冷媒タンク３０の上側に戻り、これによって冷媒タンク内の冷媒Ｗ２の温度が上側から下側に向けて徐々に上昇する。また、冷媒タンク３０内では、熱回収ポンプ４０の作動が停止している場合、必然的に暖かい冷媒Ｗ２は、相対的に温度の低い冷媒Ｗ２は下側になる。
【００５５】
本実施形態の燃料電池システム１０では、発電に用いる水は、水蒸気を含んだバーナ排ガスから回収するため、排気熱交換器３１でバーナ排ガスを冷却している。十分な量の水を回収するためには、バーナ排ガスを一定温度以下まで冷却する必要がある、即ち、排気熱交換器３１に供給する冷媒Ｗ２の温度を、上記一定温度よりも更に低くしておくことが好ましい。
【００５６】
本実施形態の燃料電池システム１０では、断熱材１４４で覆われていない冷媒タンク３０の下側の放熱部１４８から、タンク内の下側の冷媒Ｗ２の熱を直接放熱することができる。このため、冷媒タンク３０全体が断熱材１４４で覆われて放熱部１４８が無い場合に比較して、冷媒タンク３０の下側の冷媒Ｗ２の温度を下げることができる。
【００５７】
筐体１６の内部では、換気口１４２から換気ファン１４０に向けて空気が流れる。このため、筐体１６の内部においては、空気の流れる部分に冷媒タンク３０の放熱部１４８を配置することが好ましい。例えば、換気口１４２の近傍に冷媒タンク３０の放熱部１４８を配置することが好ましい。
【００５８】
換気ファン１４０によって筐体１６内の熱気を外部へ排出すると共に、換気口１４２から流入した外部の空気を放熱部１４８に当てることで、放熱部１４８からの放熱を促進することができる。これにより、放熱部１４８に外部の空気を当てない場合に比較し冷媒Ｗ２の温度を効率的に低下させることができる。
【００５９】
このように、本実施形態の燃料電池システム１０は、温度を低下させた冷媒タンク３０の下側の冷媒Ｗ２を排気熱交換器３１に供給することでバーナ排ガスを十分に冷却することができ、発電に用いる十分な量の改質水Ｗ１を排気熱交換器３１で得ることが可能となる。
【００６０】
本実施形態の燃料電池システム１０では、従来の燃料電池システムで必要としていたラジエータやラジエータファンが無いので、従来よりもシステムのコンパクト化、及び低コスト化が可能となる。また、ラジエータファンが無い事で、ラジエータファンに起因した騒音の発生も無い。
【００６１】
なお、バックアップ熱源機ユニット１４は、例えば、冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２の温度が低く、上水熱交換器４４から排出される上水の温度が低い場合等に、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２から供給される上水を更に加熱することができる。また、バックアップ熱源機ユニット１４は、図示しない住宅の風呂の追い炊きをする場合に稼動させることもできる。
【００６２】
［その他の実施形態］
以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【００６３】
上記実施形態では、筐体１６の側壁１６Ｌに換気口１４２が形成され、天井壁１６Ｓに換気ファン１４０が設けられていたが、換気口１４２と換気ファン１４０との位置関係を逆にしてもよい。換気ファン１４０を駆動すると、筐体１６内に外部の空気（外気）が導入され、換気口１４２から筐体１６内の熱気を外部に排出することができる。また、冷媒タンク３０の放熱部１４８に対して、換気ファン１４０から送風された外部の空気を直接的に当てることが好ましい。この例の場合、換気ファン１４０が本発明の外気導入換気ファンに相当し、換気口１４２が本発明の排気用換気口に相当する。
【００６４】
なお、放熱部１４８からの放熱を促進するために、放熱部１４８にフィンを設けたり、放熱部１４８の表面に放熱を促進する放熱塗料を塗布してもよい。
【００６５】
上記実施形態では、燃料電池スタック７６に供給する燃料ガスに都市ガスを用いた例を示したが、燃料ガスとしてプロパンガス等、都市ガス以外の可燃性ガスを用いることもできる。
【符号の説明】
【００６６】
１０    燃料電池システム
１６    筐体
３０    冷媒タンク
３１    排気熱交換器
３６    第１送出し側配管（送出し側配管、配管）
３８    第１戻し側配管（戻し側配管、配管）
４０    熱回収ポンプ
８１    燃料電池セル（燃料電池）
１４０  換気ファン（排気用換気ファン、外気導入換気ファン）
１４２  換気口（外気導入用換気口、排気用換気口）
１４４  断熱材
１４８  放熱部
【図１】
2018195469.tif 000003
【図２】
2018195469.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月31日(2017.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと改質水とを供給して発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の排気と冷媒との間で熱交換を行う排気熱交換器と、前記排気熱交換器へ供給する前記冷媒を貯留し、外面の一部にタンク表面が露出した放熱部を有する冷媒タンクと、前記冷媒タンクと前記排気熱交換器との間で前記冷媒を循環させる配管と、前記配管に前記冷媒を循環させる熱回収ポンプと、前記燃料電池、前記排気熱交換器、前記冷媒タンク、前記配管、及び前記熱回収ポンプを収納する筐体と、前記筐体に形成され、前記筐体内に外気を導入可能とする外気導入用換気口と、前記筐体内の空気を外部へ排出する排気用換気ファンと、を有し、前記放熱部は、前記外気導入用換気口と前記排気用換気ファンとの間の空気の流れる部分に配置されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項１に記載の燃料電池システムでは、冷媒タンクの放熱部が従来の燃料電池システムのラジエータの役目をしているため、従来の燃料電池システムで必要とされていたラジエータやラジエータファンを用いる事無く、排気熱交換器に供給する冷媒を冷却することができ、システムのシンプル化、及びコンパクト化を図ることができる。
従来の燃料電池システムでは、冷媒の冷却効率を向上するために、ラジエータに送風するラジエータファンを必要としていたが、請求項１に記載の燃料電池システムでは、筐体内の熱気を排出する排気用換気ファンを稼動することで、換気口から外気が導入され、導入された外気を冷媒タンクの放熱部に当てることで冷媒の冷却効率を向上させることができる。即ち、筐体内の熱気を排出する排気用換気ファンが、ラジエータファンの役目もするので、ラジエータファンを必要とせず、システムのシンプル化、及びコンパクト化を図ることができる。また、請求項１に記載の燃料電池システムでは、ラジエータファンが無い事で、ラジエータファンに起因した騒音の発生も無い。
請求項２に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと改質水とを供給して発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の排気と冷媒との間で熱交換を行う排気熱交換器と、前記排気熱交換器へ供給する前記冷媒を貯留し、外面の一部にタンク表面が露出した放熱部を有する冷媒タンクと、前記冷媒タンクと前記排気熱交換器との間で前記冷媒を循環させる配管と、前記配管に前記冷媒を循環させる熱回収ポンプと、前記燃料電池、前記排気熱交換器、前記冷媒タンク、前記配管、及び前記熱回収ポンプを収納する筐体と、前記筐体内の空気に外気を導入して前記放熱部に送風を行う外気導入換気ファンと、前記筐体に形成され、前記筐体内の空気を外部に排出する排気用換気口と、を有し、前記放熱部は、前記外気導入換気ファンと前記排気用換気口との間の空気の流れる部分に配置されている。
従来の燃料電池システムでは、冷媒の冷却効率を向上するために、ラジエータに送風するラジエータファンを必要としていたが、請求項２に記載の燃料電池システムでは、筐体外の外気を導入する外気導入換気ファンを稼動することで外気が冷媒タンクの放熱部に当たり、冷媒の冷却効率を向上させることができる。即ち、外気導入換気ファンが、ラジエータファンの役目もするので、ラジエータファンを必要とせず、システムのシンプル化、及びコンパクト化を図ることができる。なお、筐体内の空気は排気用換気口から外部に排出される。請求項２に記載の燃料電池システムでは、ラジエータファンが無い事で、ラジエータファンに起因した騒音の発生も無い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷媒タンクは、前記放熱部よりも上側が断熱材で覆われており、前記配管は、前記排気熱交換器よりも上流側の端部が前記冷媒タンクの下側に接続されて冷媒タンク内の下側の前記冷媒を取り込み、前記排気熱交換器よりも下流側の端部が前記冷媒タンクの上側に接続されて前記排気熱交換器を通過した前記冷媒を前記冷媒タンクの上側に排出する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと改質水とを供給して発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の排気と冷媒との間で熱交換を行う排気熱交換器と、
前記排気熱交換器へ供給する前記冷媒を貯留し、外面の一部にタンク表面が露出した放熱部を有する冷媒タンクと、
前記冷媒タンクと前記排気熱交換器との間で前記冷媒を循環させる配管と、
前記配管に前記冷媒を循環させる熱回収ポンプと、
前記燃料電池、前記排気熱交換器、前記冷媒タンク、前記配管、及び前記熱回収ポンプを収納する筐体と、
前記筐体に形成され、前記筐体内に外気を導入可能とする外気導入用換気口と、
前記筐体内の空気を外部へ排出する排気用換気ファンと、
を有し、
前記放熱部は、前記外気導入用換気口と前記排気用換気ファンとの間の空気の流れる部分に配置されている、燃料電池システム。
【請求項２】
燃料ガスと改質水とを供給して発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の排気と冷媒との間で熱交換を行う排気熱交換器と、
前記排気熱交換器へ供給する前記冷媒を貯留し、外面の一部にタンク表面が露出した放熱部を有する冷媒タンクと、
前記冷媒タンクと前記排気熱交換器との間で前記冷媒を循環させる配管と、
前記配管に前記冷媒を循環させる熱回収ポンプと、
前記燃料電池、前記排気熱交換器、前記冷媒タンク、前記配管、及び前記熱回収ポンプを収納する筐体と、
前記筐体内の空気に外気を導入して前記放熱部に送風を行う外気導入換気ファンと、
前記筐体に形成され、前記筐体内の空気を外部に排出する排気用換気口と、
を有し、
前記放熱部は、前記外気導入換気ファンと前記排気用換気口との間の空気の流れる部分に配置されている、燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷媒タンクは、前記放熱部よりも上側が断熱材で覆われており、
前記配管は、前記排気熱交換器よりも上流側の端部が前記冷媒タンクの下側に接続されて冷媒タンク内の下側の前記冷媒を取り込み、前記排気熱交換器よりも下流側の端部が前記冷媒タンクの上側に接続されて前記排気熱交換器を通過した前記冷媒を前記冷媒タンクの上側に排出する、請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。