(57)【要約】【課題】放熱ファンの運転による騒音と消費電力を抑えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】湯水と周辺空気との熱交換を行う空気熱交換器６に外気を送風する放熱ファン７を有し貯湯タンク３から排ガス熱交換器２に向かう湯水の流路の途中で貯湯タンク３からの湯水の熱を外気に放熱する放熱器８を備え、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温が、第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇するまでは、放熱ファン７は停止しており、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温が、第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇すると、制御器９の制御により、放熱ファン７は送風動作する。放熱ファン７の動作を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯める貯湯タンクと、
燃料電池または水素生成器からの排ガスと前記貯湯タンクからの湯水とを熱交換させる排ガス熱交換器と、
前記貯湯タンクからの湯水を前記排ガス熱交換器に搬送する循環ポンプと、
前記貯湯タンクから前記排ガス熱交換器に向かう湯水の流路の途中で前記貯湯タンクからの湯水の熱を外気に放熱するための放熱器と、
を環状に連接して前記貯湯タンクの湯水を循環させる貯湯水循環経路を構成し、前記排ガス熱交換器で前記排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収すると共に、前記排ガス熱交換器で加温された湯水を前記貯湯タンクに貯める燃料電池システムであって、
前記放熱器は、湯水と周辺空気との熱交換を行う空気熱交換器と、前記空気熱交換器に外気を送風する少なくとも一つの放熱ファンとを有し、
前記放熱ファンは、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が第１所定温度以上の温度に上昇するまでは停止しており、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が前記第１所定温度以上の温度に上昇すると、送風動作する、燃料電池システム。
【請求項２】
冷却水循環経路を循環して前記燃料電池を冷却する冷却水と前記貯湯水循環経路における前記排ガス熱交換器の出口側と前記貯湯タンクの入口側との間の経路を流れる湯水とを熱交換させる冷却水熱交換器をさらに備えた、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記放熱ファンは、外気温度に応じて送風量が変化し、外気温度が低くなるにつれて送風量が減少する、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記放熱ファンは、前記貯湯タンクから前記貯湯水循環経路に流出する湯水の温度または前記放熱器に流入する湯水の温度に応じて送風量が変化し、前記貯湯タンクから前記貯湯水循環経路に流出する湯水の温度または前記放熱器に流入する湯水の温度が低くなるにつれて送風量が減少する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記放熱ファンは、回転数を増減させることにより、もしくは、前記放熱ファンを複数設けて運転台数を増減させることにより、送風量を増減させる、請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記放熱ファンは、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が前記第１所定温度よりも低い温度に設定した第２所定温度よりも低い温度まで下がると、送風動作を停止する、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記放熱ファンは、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が前記第１所定温度よりも低い温度に設定した第２所定温度よりも低い温度まで下がり、且つ、前記貯湯タンクから前記貯湯水循環経路に流出する湯水の温度または前記放熱器に流入する湯水の温度が第３所定温度よりも低い温度まで下がると、送風動作を停止する、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
少なくとも前記放熱器を含むシステムの一部または全体が屋内に設置される、請求項１から７のいずれか１項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、水素と酸素の直接反応により電気エネルギーを生成する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を用いた発電システムは、発電効率が高く、大気汚染物質もほとんど排出しないため、省エネかつクリーンな発電装置として期待されている。
【０００３】
特に、発電時に発生する熱を貯湯タンクに湯として回収し、その熱を給湯や暖房等に利用する燃料電池コージェネレーションシステムは、総合的なエネルギー効率が高く、家庭用のエネルギー機器としての普及が望まれている。
【０００４】
また、燃料電池を用いた発電システムは、エンジンやタービン等を用いた発電機に比べて、機械的な駆動部が少ないため、発電時の静粛性に優れるという点も、その大きな特長となっている。
【０００５】
以下に、従来の燃料電池システムの構成について、図７を用いて説明する。
【０００６】
図７に示すように、燃料電池５１は、水素生成器５２で生成された水素をアノード６２に、空気ブロワなどにより供給された空気中の酸素をカソード６３にそれぞれ流通させ、電気化学的に反応させることで発電を行う。
【０００７】
ここで、水素生成器５２は、例えば、メタンなどの原料ガスを水蒸気で改質することにより、燃料電池５１の燃料ガスとなる水素を生成するものである。
【０００８】
さらに、貯湯タンク５３および貯湯ポンプ５４と、水素生成器５２の排ガスから熱回収を行う排ガス熱交換器５５と、燃料電池５１のカソード６３から排出されるカソードオフガスから熱回収を行うカソードオフガス熱交換器５６と、燃料電池５１を冷却した冷却水から熱回収を行う冷却水熱交換器５７とを、この順番に配管で環状に連接し、貯湯タンク５３の貯湯水をこの順番に流して加熱するように貯湯水循環経路５９を構成している。
【０００９】
そして、冷却水循環ポンプ６０は、冷却水タンク７３に貯蔵された冷却水を、燃料電池５１内部の冷却部６４と冷却水熱交換器５７と冷却水タンク７３と冷却水循環ポンプ６０とを、順次環状に連接した冷却水循環経路５８に循環させる。
【００１０】
このとき、カソードオフガス熱交換器５６において燃料電池５１のカソード６３から排出されるカソードオフガスを冷却することにより得られた凝縮水と、排ガス熱交換器５５において水素生成器５２の排ガスを冷却することにより得られた凝縮水は、気液分離器７０においてカソードオフガスおよび排ガスと分離される。
【００１１】
そして、気液分離器７０において分離された凝縮水は、まず、凝縮水タンク７５に回収され、次に、冷却水供給ポンプ７４により冷却水供給経路７７を通じて冷却水タンク７３に補給されて、燃料電池５１の冷却水として利用される。
【００１２】
また、冷却水タンク７３の水は、改質水ポンプ７８により水素生成器５２に送られ、水蒸気改質にも利用される。なお、凝縮水タンク７５に回収された凝縮水は、若干の不純物を含むため、冷却水供給経路７７の途中に設けられて水処理装置を構成するイオン交換樹
脂７６を介して純水化されてから、冷却水タンク７３に供給される。
【００１３】
このような燃料電池システムを初めて運転する場合は、予め冷却水循環経路５８を純水で満たしておく必要がある。
【００１４】
そのため、例えば、貯湯水循環経路５９と凝縮水タンク７５とを、途中に給水弁８１を備えた給水経路８２により接続しておき、燃料電池システムの設置時に、まず給水弁８１を開放して凝縮水タンク７５を貯湯水循環経路５９からの水道水で満たす。
【００１５】
次に冷却水供給ポンプ７４により冷却水タンク７３を純水（凝縮水タンク７５の水をイオン交換樹脂７６で純水化したもの）で満たし、冷却水循環ポンプ６０で冷却水循環経路５８を冷却水タンク７３の純水で満たす。
【００１６】
なお、排ガス熱交換器５５やカソードオフガス熱交換器５６における凝縮水の回収や、燃料電池５１における発電を安定的に行うためには、貯湯タンク５３から送られる湯水の温度を、排ガス熱交換器５５およびカソードオフガス熱交換器５６で凝縮水が得られ、冷却水熱交換器５７で熱交換後の冷却水で燃料電池５１を適温にできる温度に保持する必要がある。
【００１７】
そのために、排ガス熱交換器５５、カソードオフガス熱交換器５６、冷却水熱交換器５７の上流に放熱器７９を設置して、貯湯タンク５３の蓄熱量が増大し、貯湯タンク５３から供給される貯湯水の温度が高くなるような場合は、予め、放熱器７９により貯湯水の余分の熱を外気に放熱させて、排ガス熱交換器５５、カソードオフガス熱交換器５６、冷却水熱交換器５７に流入する貯湯水の温度を下げることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１８】
なお、特許文献１においては、放熱器７９の入口にサーモスタット８０を設置し、放熱器７９への流入水の温度が所定温度以上か否かによりサーモスタット８０をオンオフさせて、放熱器７９の冷却ファンの駆動および停止を行うとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００４−１１１２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記従来の構成では、放熱器７９がサーモスタット８０のオンオフにより放熱ファンを駆動して貯湯水の冷却を行うものであるため、放熱ファンの回転に伴って一定の騒音を発生し、燃料電池システムの本来の特長である静粛性を損なうという課題があった。
【００２１】
また、放熱ファンの駆動に伴って、システムの電力消費が増大し、すなわち、燃料電池により発生した電力をシステム内部で消費することになり、システムの効率低下を招くという課題もあった。
【００２２】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、排ガスから水を回収でき、簡単な構成で、放熱ファンによるシステム周囲への騒音を抑制し、かつ、放熱ファンの消費電力を低減することができ、静粛性と省エネ性に優れた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】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、湯水と周辺空気との熱交換を行う空気熱交換器と、前記空気熱交換器に外気を送風する少なくとも一つの放熱ファンとを有し、貯湯タンクから排ガス熱交換器に向かう湯水の流路の途中で前記貯湯タンクからの湯水の熱を外気に放熱する放熱器を備え、前記放熱ファンは、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が第１所定温度以上の温度に上昇するまでは、停止しており、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が前記第１所定温度以上の温度に上昇すると、送風動作するのである。
【００２４】
これによって、排ガスから水を回収できるようにするための放熱ファンの送風動作を必要最小限に抑えることにより、放熱ファンによるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファンの電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できるため、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の燃料電池システムは、排ガスから水を回収でき、簡単な構成で、システム周囲への騒音を抑制し、放熱ファン駆動に伴う電力消費を低減することができ、システムの静粛性と省エネ性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの放熱ファンの運転動作を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの放熱ファンの運転動作を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図
【図６】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの変形例の構成図
【図７】従来の燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
第１の発明は、湯水を貯める貯湯タンクと、燃料電池または水素生成器からの排ガスと前記貯湯タンクからの湯水とを熱交換させる排ガス熱交換器と、前記貯湯タンクからの湯水を前記排ガス熱交換器に搬送する循環ポンプと、前記貯湯タンクから前記排ガス熱交換器に向かう湯水の流路の途中で前記貯湯タンクからの湯水の熱を外気に放熱するための放熱器と、を環状に連接して前記貯湯タンクの湯水を循環させる貯湯水循環経路を構成し、前記排ガス熱交換器で前記排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収すると共に、前記排ガス熱交換器で加温された湯水を前記貯湯タンクに貯める燃料電池システムであって、前記放熱器は、湯水と周辺空気との熱交換を行う空気熱交換器と、前記空気熱交換器に外気を送風する少なくとも一つの放熱ファンとを有し、前記放熱ファンは、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が第１所定温度以上の温度に上昇するまでは、停止しており、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が前記第１所定温度以上の温度に上昇すると、送風動作する燃料電池システムである。
【００２８】
上記構成において、放熱ファンは、放熱器の出口側と排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が、第１所定温度以上の温度に上昇するまでは、停止しており、第１所定温度以上の温度に上昇すると、送風動作する。
【００２９】
これによれば、放熱器の出口側と排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の
温度に応じて、放熱ファンの動作を必要最小限に抑えることにより、放熱ファンによるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファンの電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できるため、排ガスから水を回収でき、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【００３０】
なお、本発明は、貯湯水循環経路における放熱器の出口側と排ガス熱交換器の入口側との間の経路に、排ガス熱交換器に流入する湯水の温度を検出する熱交換器入口水温検出器を設けて、制御器が前記熱交換器入口水温検出器の検出温度に基づいて放熱ファンの動作を制御するように構成することができる。
【００３１】
なお、燃料電池または水素生成器からの排ガスとは、燃料電池から排出されるオフガス（特に、燃料電池のカソードから排出されるカソードオフガス）と、水素生成器から排出される排ガス（燃料電池に供給される水素を主成分とした燃料ガス、または燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを燃焼させる等して水素生成器を加熱する燃焼器の排ガス）の少なくともいずれか一方のことである。
【００３２】
燃料電池から排出されるオフガスと水素生成器から排出される排ガスの両方とも排ガスに水蒸気を含んでいるので、両方が好ましいが、両方の場合は、燃料電池から排出されるオフガスと貯湯タンクからの湯水とを熱交換させる排ガス熱交換器（オフガス熱交換器）と、水素生成器から排出される排ガスと貯湯タンクからの湯水とを熱交換させる排ガス熱交換器とを別々に設けても構わない。
【００３３】
第２の発明は、第１の発明の構成に加えて、冷却水循環経路を循環して前記燃料電池を冷却する冷却水と前記貯湯水循環経路における前記排ガス熱交換器の出口側と前記貯湯タンクの入口側との間の経路を流れる湯水とを熱交換させる冷却水熱交換器をさらに備えたものである。
【００３４】
これによれば、発電に必要な水を、排ガス熱交換器での排ガスの凝縮水から安定して回収しながら、冷却水熱交換器で熱交換後の冷却水で燃料電池を適温に維持することが可能になり、発電に必要な水を、排ガス熱交換器での排ガスの凝縮水から安定して回収するために、排ガス熱交換器から流出する湯水の温度が下がるように、放熱器の放熱ファンの動作させた場合でも、排ガス熱交換器から流出した湯水を冷却水熱交換器で加温してから貯湯タンクに貯めることができる。
【００３５】
したがって、燃料電池モジュールの熱を効率的に回収して貯湯タンク内に高温の湯水として貯めることができるため、省エネ性と利便性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【００３６】
第３の発明は、第１または第２の発明における前記放熱ファンが、外気温度に応じて送風量が変化し、外気温度が低くなるにつれて送風量が減少するものである。
【００３７】
これによれば、外気温度に応じて、放熱ファンの送風量を必要最小限に抑えることにより、放熱ファンによるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファンの電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できるため、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【００３８】
なお、外気温度を検出するための気温検出器は、放熱器の吸気側近傍に設けることが好ましい。
【００３９】
第４の発明は、第３の発明における前記放熱ファンが、前記貯湯タンクから前記貯湯水
循環経路に流出する湯水の温度または前記放熱器に流入する湯水の温度に応じて送風量が変化し、前記貯湯タンクから前記貯湯水循環経路に流出する湯水の温度または前記放熱器に流入する湯水の温度が低くなるにつれて送風量が減少するものである。
【００４０】
これによれば、冷却源である外気の温度と、その外気により冷却される湯水の温度の双方の情報に基づいて、放熱ファンによる送風量を設定することができるため、冷却に必要な最小限の送風量が設定可能となり、省エネ性と静粛性に極めて優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【００４１】
なお、放熱ファンの動作中に、冷却源である外気の温度と、その外気により冷却される湯水の温度の双方の情報に基づいて、放熱ファンによる湯水の放熱の要否を判定し、放熱が不要となった場合は直ちに放熱ファンを停止するようにしても構わない。
【００４２】
なお、貯湯タンクから貯湯水循環経路に流出する湯水の温度は、貯湯タンクの底部に設けた貯湯タンク底部水温検出器により検出することができる。また、放熱器に流入する湯水の温度は、貯湯タンクの湯水の出口側と放熱器の湯水の入口側との間の経路に設けた貯湯タンク出口水温検出器により検出することができる。
【００４３】
第５の発明は、第３または第４の発明における前記放熱ファンが、回転数を増減させることにより、もしくは、前記放熱ファンを複数設けて運転台数を増減させることにより、送風量を増減させるものである。
【００４４】
送風量の増減は、放熱ファンの回転数を増減させることにより行うことができ、また、放熱ファンを複数設けて運転台数を増減させることにより行うこともできる。また、その両方を組み合わせても構わない。
【００４５】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明における前記放熱ファンが、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が前記第１所定温度よりも低い温度に設定した第２所定温度よりも低い温度まで下がると、送風動作を停止するものである。
【００４６】
ここで、放熱ファンが運転動作と停止動作とを頻繁に交互に繰り返さないように、放熱ファンの運転開始温度となる第１所定温度と、放熱ファンの運転停止温度となる第２所定温度との温度差を適切に設定する必要がある。
【００４７】
これによれば、放熱ファンの動作中に、貯湯タンクの湯水が使用されて貯湯タンクに水道水が補給された場合のように、排ガス熱交換器に流入する湯水の温度が充分に低くなったような場合には、放熱ファンを動作させての放熱器での湯水の積極的な放熱を不要と判定し、放熱ファンを停止することができるため、省エネ性と静粛性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【００４８】
第７の発明は、第１から第５のいずれかの発明における前記放熱ファンが、前記貯湯水循環経路における前記放熱器の出口側と前記排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が前記第１所定温度よりも低い温度に設定した第２所定温度よりも低い温度まで下がり、且つ前記貯湯タンクから前記貯湯水循環経路に流出する湯水の温度または前記放熱器に流入する湯水の温度が第３所定温度よりも低い温度まで下がると、送風動作を停止するものである。
【００４９】
もし、貯湯タンクから貯湯水循環経路に流出する湯水の温度または放熱器に流入する湯水の温度が、放熱ファンを動作させての放熱器での湯水の積極的な放熱を必要とする温度
（第３所定温度以上の温度）であるにもかかわらず、放熱ファンを動作させての放熱器での湯水の積極的な放熱により、放熱器の出口側と排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が第２所定温度よりも低い温度まで下がる場合は、放熱器の出口側と排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が第２所定温度よりも低い温度まで下がると、放熱ファンが送風動作を停止する構成（第６の発明の構成）であれば、放熱ファンが運転動作と停止動作とを頻繁に交互に繰り返す。
【００５０】
しかしながら、放熱ファンの動作中に、貯湯水循環経路における放熱器の出口側と排ガス熱交換器の入口側との間の経路を流れる湯水の温度が第２所定温度よりも低い温度まで下がっても、貯湯タンクから貯湯水循環経路に流出する湯水の温度または放熱器に流入する湯水の温度が第３所定温度よりも低い温度まで下がるまでは、放熱ファンが送風動作を停止しないので、放熱ファンが運転動作と停止動作とを頻繁に交互に繰り返す現象の発生を防止することができる。
【００５１】
したがって、第６の発明よりも、適切な判断で放熱ファンが送風動作を停止させることが可能となり、省エネ性と静粛性に極めて優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【００５２】
第８の発明は、第１から第７のいずれかの発明において、少なくとも放熱器を含むシステムの一部または全体が屋内に設置されるものである。
【００５３】
これによれば、例えば、寒冷地のように屋内に設置する必要がある場合や、地下室に設置するような場合も、静粛性に優れたシステムを室内設置に展開することが容易となる。
【００５４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００５５】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１の燃料電池システムについて、図１および図２を用いて説明する。
【００５６】
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図であり、図２は、実施の形態１における燃料電池システムの放熱ファンの運転動作を示すフローチャートである。
【００５７】
図１に示すように、本実施の形態１の燃料電池システムは、燃料電池モジュール１と、燃料電池モジュール１の排熱を回収する排熱回収熱交換器としての排ガス熱交換器２と、排ガス熱交換器２からの温水を貯留する貯湯タンク３から構成される。
【００５８】
燃料電池モジュール１は、アノード２２およびカソード２３を有すると共に水素含有ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池２１と、原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する水素生成器２４を備えている。
【００５９】
燃料電池２１は、例えば、固体酸化物形の燃料電池であり、水素生成器２４で生成された水素含有ガスと、空気ブロワなどから送られた酸化剤ガス（空気中の酸素）とを、燃料極であるアノード２２および酸素極であるカソード２３において電気化学的に反応させて発電を行う。
【００６０】
燃料電池２１において電気化学反応を行った後に得られる排ガスは、主に水蒸気と二酸化炭素から構成された高温ガスである。
【００６１】
燃料電池２１からの排ガスを外部に排出する排気経路２５の途中には、排気経路２５を流れる排ガス中に含まれる水分を凝縮させるための排ガス熱交換器２が設けられる。そして、排ガス熱交換器２で凝縮した凝縮水は凝縮水タンク１０に溜まるように構成されている。
【００６２】
凝縮水タンク１０と水素生成器２４とを接続する改質水経路２６には、凝縮水タンク１０に貯留された水を改質水として水素生成器２４に搬送する改質水ポンプ２７と、凝縮水タンク１０から搬送された水を浄化するイオン交換樹脂２８が設けられている。
【００６３】
水素生成器２４は、例えば、メタンやプロパンなどの炭化水素系ガスを含む原料ガスから、触媒による改質反応、例えば水蒸気改質反応により燃料電池２１のアノード２２に供給する水素（水素含有ガス）を生成する。
【００６４】
燃料電池モジュール１がこのような水素生成器２４を備えることで、都市ガス、ＬＰガス、灯油などの様々な原料ガスを利用して発電が行えるため、燃料電池システムの汎用性はより高いものとなる。
【００６５】
排ガス熱交換器２は、燃料電池モジュール１からの排気経路２５と、貯湯タンク３中の湯水を循環ポンプ４により循環する貯湯水循環経路５とに跨って設置され、燃料電池モジュール１からの排気経路２５の排ガスと貯湯タンク３からの貯湯水循環経路５の湯水とが熱交換するように構成されている。
【００６６】
貯湯タンク３は、燃料電池モジュール１が発生する熱を排ガス熱交換器２で回収し、湯水として溜めものであり、貯湯タンク３への給水や貯湯タンク３から外部への給湯を行うために、給水入口管４１、減圧弁４２、第１給水管４３および第２給水管４４、出湯管４５、混合弁４６、給湯出口管４７を備えている。
【００６７】
貯湯タンク３への給水は、一般の上水管に接続された給水入口管４１から、減圧弁４２と第１給水管４３を経由して貯湯タンク３内の底部に行われる。
【００６８】
また、貯湯タンク３からの給湯は、上水管に接続された給水入口管４１から、減圧弁４２と第２給水管４４を経由して供給された水と、貯湯タンク３の上部から出湯管４５を経由して出湯された湯とが、混合弁４６で適温に混合され、給湯出口管４７を介して外部に供給される。
【００６９】
本実施の形態１の燃料電池システムは、貯湯水循環経路５のうちの貯湯タンク３の底部の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の第１経路５ａに、湯水を放熱させる放熱器８を備えている。
【００７０】
この放熱器８は、湯水と周辺空気との熱交換を行う空気熱交換器６と、この空気熱交換器６に外気を供給し、貯湯タンク３から送られる湯水を外気により強制冷却するための放熱ファン７から構成されている。空気熱交換器６としては、例えば、フィンチューブ式の熱交換器を用いることができる。
【００７１】
また、第１経路５ａのうちの放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路には、排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度（第１温度、Ｔ１）を検出する熱交換器入口水温検出器１１を備えている。
【００７２】
また、貯湯水循環経路５のうちの排ガス熱交換器２の出口側と貯湯タンク３の入口側と
の間の第２経路５ｂには、排ガス熱交換器２から流出する湯水の温度（Ｔｏ）を検出する熱交換器出口水温検出器１２を備えている。
【００７３】
また、放熱器８の吸気側近傍には、外気温度（Ｔａ）を検出する気温検出器１６を備えている。
【００７４】
制御器９は、熱交換器出口水温検出器１２によって検出される排ガス熱交換器２から流出する湯水の温度（Ｔｏ）が、予め設定される所定温度（例えば７０℃）となるように、循環ポンプ４による湯水の循環流量を制御する。
【００７５】
また、制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度（第１温度、Ｔ１）に基づいて、放熱器８の放熱ファン７の運転と停止を制御する。
【００７６】
具体的には、排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度（第１温度、Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上になるまでは、放熱器８の放熱ファン７を運転せず、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇した場合に、排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度（第１温度、Ｔ１）が、予め設定される第２所定温度（例えば３０℃）以下の温度に下がるまで、放熱器８の放熱ファン７を運転する。
【００７７】
放熱ファン７を運転しているときは、放熱ファン７の運転により放熱効果が高められた放熱器８により貯湯タンク３から排ガス熱交換器２に送られる湯水を放熱させる。
【００７８】
さらに、制御器９は、気温検出器１６が検出する外気温度に基づいて、外気温度が高いほど強風になるように予め設定された送風量となるように、放熱ファン７の運転を制御する。
【００７９】
例えば、夏季のように外気温が高い場合は、放熱ファン７の回転数を通常よりも増やすことで、送風量を増やして冷却能力を増大させる。一方、冬季のように外気温が低い場合は、放熱ファン７の回転数を落とし、送風量を減らして冷却能力を抑制する。
【００８０】
外気温と放熱ファン７の回転数との関係は、空気熱交換器６の放熱性能に応じて予め定めておき、制御定数として制御器９に記憶させておけばよい。
【００８１】
上記構成の燃料電池システムを設置後に初めて運転する時は、予め凝縮水タンク１０を水で満たしておき、水素生成器２４での水蒸気改質に利用される水を確保しておく必要がある。
【００８２】
そのために、貯湯水循環経路５から凝縮水タンク１０に給水するための経路３０が、給水弁２９を介して貯湯水循環経路５の第１経路５ａと凝縮水タンク１０との間に接続されている。
【００８３】
そして、燃料電池システムの初期設置時には、まず給水弁２９を開放して凝縮水タンク１０を貯湯タンク３から第１経路５ａに流れる水道水で満たし、次に凝縮水タンク１０の水を改質水ポンプ２７によりイオン交換樹脂２８を介して水素生成器２４に供給する。
【００８４】
凝縮水タンク１０の水（最初は、残留塩素等を含んだ水道水）は、イオン交換樹脂２８を通過することにより純水化された後に水素生成器２４に供給され、水素生成器２４での水蒸気改質に利用される。
【００８５】
水素生成器２４に供給され水素生成器２４で使用する水に不純物が含まれると、水素生成器２４内部の触媒の劣化が進んだり、水素生成器２４の蒸発部（図示せず）にスケールが付着して、改質性能が劣化する原因となる。
【００８６】
燃料電池２１や水素生成器２４からの排ガス中に含まれる水分を凝縮させたものは、不純物をほとんど含まない純水である。
【００８７】
したがって、通常の運転時には、この凝縮水をシステム内部で充分に回収し、水素生成器２４の改質水として利用することが望ましい。
【００８８】
また、残留塩素等を含んだ外部からの水道水の供給を抑制し、システム内部での水の自立性を高めることが、イオン交換樹脂２８の容量の低減や、長期的なシステムの信頼性確保につながる。
【００８９】
そして、水の自立性を高めるためには、燃料電池システムの運転中は、排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度を適切に制御して、排ガス熱交換器２の温度を、燃料電池２１や水素生成器２４からの排ガス中に含まれる水分を排ガス熱交換器２で凝縮させて充分な量の凝縮水を回収することができる温度に維持することが重要である。
【００９０】
貯湯タンク３の蓄熱量が少ない場合、例えば、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度、第１温度、Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上になるまでは、放熱器８の放熱ファン７を運転せずに、循環ポンプ４により、貯湯タンク３内の湯水を排ガス熱交換器２へ供給し、この排ガス熱交換器２において、燃料電池モジュール１の排熱を回収して貯湯タンク３へ蓄熱する。
【００９１】
なお、本実施の形態のような燃料電池システムでは、貯湯タンク３内に安定した蓄熱量を確保するために、前述したように、熱交換器出口水温検出器１２で検出される排ガス熱交換器２の出口水温（排ガス熱交換器２から流出する湯水の温度、Ｔｏ）が、所定の目標温度（例えば７０℃）となるように、循環ポンプ４の回転数を変化させ、排ガス熱交換器２に送られる湯水の流量を制御するのが一般的である。
【００９２】
ここで、貯湯タンク３の蓄熱量が充分多くなった場合、例えば、熱交換器入口水温検出器１１によって排ガス熱交換器２の入口水温（排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度、第１温度、Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇したことを検知した場合は、制御器９の指令により、放熱器８の放熱ファン７を動作させ、貯湯タンク３から排ガス熱交換器２に送られる湯水を放熱器８で冷却する。
【００９３】
このとき、放熱ファン７を駆動させることにより、空気熱交換器６に外気を送風し、この空気熱交換器６に供給された湯水を外気に放熱させ冷却する。この放熱した湯水は、排ガス熱交換器２において、燃料電池モジュール１の排熱を回収して貯湯タンク３へ蓄熱する。
【００９４】
なお、貯湯タンク３からの湯水を冷却する必要があるかどうかは、排ガス熱交換器２での凝縮性能が充分確保されるか否かで判断されるものである。
【００９５】
ところで、排ガス熱交換器２での水の凝縮量は、燃料電池モジュール１からの排ガスの温度や成分、排ガス熱交換器２の熱交換性能に依存するものであるが、排ガス熱交換器２への入水温度が、例えば４０℃より低い場合に、充分な量の凝縮水を確保することができるものであれば、熱交換器入口水温検出器１１で検出される湯水の温度が４０℃以上であ
れば、放熱器８を用いて外気により冷却するものとすればよい。
【００９６】
ここで、放熱器８により、外気に対して、排ガス熱交換器２に流入する湯水を放熱させているため、放熱器８の冷却性能は外気の温度に大きく影響される。
【００９７】
例えば、夏季の日中のように外気温度が高い場合を想定して放熱器８を設計すると、冬季のように外気温度が低い場合には、放熱器８としては、冷却能力が過剰となってしまう場合がある。一方、放熱器８の放熱ファン７の動作音は、運転時の静粛性を損なう大きな要因となっている。
【００９８】
そこで、本実施の形態では、図２に示すように、制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇するまでは、図２のＳＴＥＰ１のＮＯ側への分岐を繰り返して、放熱器８の放熱ファン７を動作させない。
【００９９】
そして、制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇した場合に、図２のＳＴＥＰ１のＹＥＳ側に分岐して、次のＳＴＥＰ２に進んで、放熱器８の放熱ファン７を運転し、排ガス熱交換器２に送られる湯水を放熱器８で外気に放熱させる。
【０１００】
このとき、制御器９は、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）に基づいて、放熱ファン７の動作を制御する。
【０１０１】
例えば、夏季のように外気温が比較的高い場合には、通常よりも放熱ファン７を高回転数で運転して放熱器８の冷却能力を増大（放熱効果を向上）させ、逆に、冬季のように外気温が比較的低い場合には、放熱ファン７を低回転数で運転して放熱器８の冷却能力（放熱効果）を抑制する。
【０１０２】
これによれば、外気温度に応じて、放熱ファン７の動作（回転数）を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できる。
【０１０３】
また、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制することもできる。したがって、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１０４】
また、図２に示すように、制御器９は、放熱ファン７を外気温度に応じた回転数で運転している時に、熱交換器入口水温検出器１１が検出する排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度に設定した第２所定温度（例えば３０℃）以下の温度に低下した場合には、図２のＳＴＥＰ３のＹＥＳ側に分岐して、次のＳＴＥＰ４に進んで、放熱ファン７を停止するものとする。
【０１０５】
例えば、放熱ファン７の動作中に、ユーザーが貯湯タンク３の湯を利用した場合は、この出湯に伴い貯湯タンク３下部に外部から冷たい水が給水され、貯湯タンク３から送られる湯水の温度が下がることが想定される。
【０１０６】
このように、排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度が低くなるような場合は、放熱ファン７による湯水の放熱を不要と判定し、放熱ファン７を停止させる。放熱ファン７を必要以上に動作させないことが、システムの省エネ性と静粛性の向上につながる。
【０１０７】
なお、燃料電池システム全体、若しくは、少なくとも放熱器８を屋内に設置するものとしても良い。
【０１０８】
例えば、寒冷地のように、冬季に極低温となりシステム内の水経路が凍結する可能性があるような場合は、屋内に設置するのが一般的である。また、欧州における給湯や暖房設備のように、地下室に設置するような場合も想定される。
【０１０９】
そして、屋内にシステムを設置する場合は、屋外設置の場合と比べて、システムの騒音を極力抑制することが重要であるが、本発明の実施の形態１のように、静粛性に優れた燃料電池システムによれば、屋内設置用として展開することが容易となり、システムの普及拡大につながる。
【０１１０】
したがって、本実施の形態によれば、簡単な構成で、システム周囲への騒音を抑制し、ファン駆動に伴う電力消費を低減することができ、静粛性と省エネ性、設置展開性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１１１】
以上説明したように本実施の形態１の燃料電池システムは、湯水を貯める貯湯タンク３と、燃料電池２１または水素生成器２４からの排ガスと貯湯タンク３からの湯水とを熱交換させる排ガス熱交換器２と、貯湯タンク３からの湯水を排ガス熱交換器２に搬送する循環ポンプ４と、貯湯タンク３から排ガス熱交換器２に向かう湯水の流路の途中で貯湯タンク３からの湯水の熱を外気に放熱するための放熱器８とを環状に連接して貯湯タンク３の湯水を循環させる貯湯水循環経路５を構成し、排ガス熱交換器２で排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を回収すると共に、排ガス熱交換器２で加温された湯水を貯湯タンク３に貯める燃料電池システムである。
【０１１２】
ここで、放熱器８は、湯水と周辺空気との熱交換を行う空気熱交換器６と、空気熱交換器６に外気を送風する少なくとも一つの放熱ファン７とを有する。
【０１１３】
そして、放熱ファン７は、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇するまでは、停止している。
【０１１４】
そして、放熱ファン７は、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇すると、制御器９の制御により、送風動作する。
【０１１５】
これによれば、放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度に応じて、放熱ファン７の動作を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できるため、排ガスから水を回収でき、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１１６】
また、本実施の形態では、放熱ファン７が、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）に応じて送風量が変化し、外気温度が低くなるにつれて送風量が減少する。
【０１１７】
これによれば、外気温度に応じて放熱ファン７の送風量を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できるため、簡単な構成で、静粛性と省エ
ネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１１８】
また、本実施の形態では、放熱ファン７が、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度に設定した第２所定温度（例えば３０℃）よりも低い温度まで下がると、制御器９の制御により、送風動作を停止する。
【０１１９】
これによれば、放熱ファン７の動作中に、貯湯タンク３の湯水が使用されて貯湯タンク３に水道水が補給された場合のように、排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度が充分に低くなったような場合には、放熱ファン７を動作させての放熱器８での湯水の積極的な放熱を不要と判定し、放熱ファン７を停止することができるため、省エネ性と静粛性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１２０】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２の燃料電池システムについて、図３および図４を用いて説明する。
【０１２１】
図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図であり、図４は、実施の形態１における燃料電池システムの放熱ファンの運転動作を示すフローチャートである。
【０１２２】
本実施の形態の燃料電池システムの構成は、図１に示す実施の形態１の燃料電池システムの構成において、貯湯タンク３から第１経路５ａに排出された湯水の温度（第２温度、Ｔ２）を検出する貯湯タンク出口水温検出器１３を、第１経路５ａにおける貯湯タンク３の湯水の出口側（湯水流出口）と放熱器８の湯水の入口側（湯水流入口）との間の経路に設置したものである。
【０１２３】
そして、本実施の形態では、制御器９が、熱交換器入口水温検出器１１が検出する排ガス熱交換器２の入口水温（第１温度、Ｔ１）と、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）と、貯湯タンク出口水温検出器１３が検出する貯湯タンク３の出口水温（第２温度、Ｔ２）と、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）とに基づいて、放熱ファン７の動作を制御するのである。
【０１２４】
その他の燃料電池システムの構成およびその作用は、実施の形態１で説明したものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０１２５】
この貯湯タンク出口水温検出器１３を加えた場合の放熱ファン７の運転動作について、図４のフローチャートを用いて詳しく説明する。
【０１２６】
制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇するまでは、図４のＳＴＥＰ１のＮＯ側への分岐を繰り返して、放熱器８の放熱ファン７を動作させない。
【０１２７】
そして、制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇した場合に、図４のＳＴＥＰ１のＹＥＳ側に分岐して、次のＳＴＥＰ２に進んで、放熱器８の放熱ファン７を運転し、排ガス熱交換器２に送られる湯水を放熱器８で外気に積極的に放熱させる。
【０１２８】
このとき、制御器９は、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）と貯湯タンク出口水温検出器１３が検出する貯湯タンク３の出口水温（Ｔ２）とに基づいて予め設定される送風量となるように、放熱ファン７の動作を制御する。
【０１２９】
例えば、外気温度（Ｔａ）と放熱器８に流入する湯水の温度（Ｔ２）が共に比較的高い場合には、通常よりも放熱ファン７を高回転数で運転して放熱器８の冷却能力を増大（放熱効果を向上）させる。
【０１３０】
逆に、外気温度（Ｔａ）と放熱器８に流入する湯水の温度（Ｔ２）が共に比較的低い場合には、通常よりも放熱ファン７を低回転数で運転して放熱器８の冷却能力（放熱効果）を抑制する。実際には、これらを適宜組み合わせて放熱ファン７の送風量を設定する。
【０１３１】
これによれば、冷却源である外気の温度と、その外気により冷却される湯水の温度の双方の情報から、湯水の冷却に必要な最小限の送風量の算出が可能となる。放熱ファン７の動作に必要なエネルギーを最小化することで、省エネ性と静粛性にさらに向上できる。
【０１３２】
また、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制することもできる。したがって、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１３３】
また、図４に示すように、制御器９は、放熱ファン７を外気温度（Ｔａ）と放熱器８に流入する湯水の温度（Ｔ２）とに基づいた回転数で運転している時に、熱交換器入口水温検出器１１が検出する排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度に設定した第２所定温度（例えば３０℃）以下の温度に低下し、さらに、貯湯タンク出口水温検出器１３が検出する温度（Ｔ２）が予め設定される第３所定温度（例えば４０℃）以下の温度に低下した場合には、図４のＳＴＥＰ３とＳＴＥＰ４をそれぞれＹＥＳ側に分岐して、次のＳＴＥＰ５に進んで、放熱ファン７を停止するものとする。
【０１３４】
これによれば、放熱器８による湯水の冷却が充分であり、かつ、貯湯タンク３から供給される湯水の温度が充分低くなった場合に、放熱ファン７を運転させての積極的な放熱が不要と判定し、放熱ファン７を停止することができる。よって、排ガス熱交換器２に流入する湯水の温度を確実に低く保った状態で、放熱ファン７を過不足なく動作停止させることが可能となる。
【０１３５】
したがって、本実施の形態によれば、簡単な構成で、システム周囲への騒音を抑制し、ファン駆動に伴う電力消費を低減することができ、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１３６】
なお、本実施の形態２において、貯湯タンク３から第１経路５ａに排出される直前の湯水の温度を検出する貯湯タンク底部水温検出器を貯湯タンク３の底部に設けて、この貯湯タンク底部水温検出器を貯湯タンク出口水温検出器１３の代わりに用いても構わない。
【０１３７】
以上説明したように本実施の形態２の燃料電池システムは、湯水を貯める貯湯タンク３と、燃料電池２１または水素生成器２４からの排ガスと貯湯タンク３からの湯水とを熱交換させる排ガス熱交換器２と、貯湯タンク３からの湯水を排ガス熱交換器２に搬送する循環ポンプ４と、貯湯タンク３から排ガス熱交換器２に向かう湯水の流路の途中で貯湯タンク３からの湯水の熱を外気に放熱するための放熱器８とを環状に連接して貯湯タンク３の湯水を循環させる貯湯水循環経路５を構成し、排ガス熱交換器２で排ガス中の水蒸気を凝
縮させて水を回収すると共に、排ガス熱交換器２で加温された湯水を貯湯タンク３に貯める燃料電池システムである。
【０１３８】
ここで、放熱器８は、湯水と周辺空気との熱交換を行う空気熱交換器６と、空気熱交換器６に外気を送風する少なくとも一つの放熱ファン７とを有する。
【０１３９】
そして、放熱ファン７は、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇するまでは、停止している。
【０１４０】
そして、放熱ファン７は、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇すると、制御器９の制御により、送風動作する。
【０１４１】
これによれば、放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度に応じて、放熱ファン７の動作を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できるため、排ガスから水を回収でき、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１４２】
また、本実施の形態では、放熱ファン７が、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）に応じて送風量が変化し、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）が低くなるにつれて送風量が減少する。
【０１４３】
これによれば、外気温度に応じて放熱ファン７の送風量を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できるため、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１４４】
また、本実施の形態では、放熱ファン７が、貯湯タンク出口水温検出器１３が検出した貯湯タンク３から第１経路５ａに排出された（放熱器８に流入する）湯水の温度（第２温度、Ｔ２）に応じて送風量が変化し、貯湯タンク出口水温検出器１３が検出した貯湯タンク３から第１経路５ａに排出された（放熱器８に流入する）湯水の温度（第２温度、Ｔ２）が低くなるにつれて送風量が減少する。
【０１４５】
これによれば、冷却源である外気の温度と、その外気により冷却される湯水の温度の双方の情報に基づいて、放熱ファン７による送風量を設定することができるため、冷却に必要な最小限の送風量が設定可能となり、省エネ性と静粛性に極めて優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１４６】
なお、放熱ファン７の動作中に、冷却源である外気の温度と、その外気により冷却される湯水の温度の双方の情報に基づいて、放熱ファン７による湯水の放熱の要否を判定し、放熱が不要となった場合は直ちに放熱ファン７を停止するようにしても構わない。
【０１４７】
また、本実施の形態では、放熱ファン７が、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度に設定した第２所定温度（例えば３０℃）よりも低い温度まで
下がり、且つ貯湯タンク３から貯湯水循環経路５に流出した（放熱器８に流入する）湯水の温度（貯湯タンク出口水温検出器１３によって検出される貯湯タンク３の出口水温（Ｔ２））が第３所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度まで下がると、制御器９の制御により、送風動作を停止する。
【０１４８】
もし、貯湯タンク３から貯湯水循環経路５に流出した（放熱器８に流入する）湯水の温度（貯湯タンク出口水温検出器１３によって検出される貯湯タンク３の出口水温（Ｔ２））が、放熱ファン７を動作させての放熱器８での湯水の積極的な放熱を必要とする温度（第３所定温度（例えば４０℃）以上の温度）であるにもかかわらず、放熱ファン７を動作させての放熱器８での湯水の積極的な放熱により、放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１））が第２所定温度（例えば３０℃）よりも低い温度まで下がる場合は、放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１））が第２所定温度（例えば３０℃）よりも低い温度まで下がると、放熱ファン７が送風動作を停止する構成（実施の形態１の構成）であれば、放熱ファン７が運転動作と停止動作とを頻繁に交互に繰り返す可能性がある。
【０１４９】
しかしながら、放熱ファン７の動作中に、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器２の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器２の入口水温（Ｔ１））が第２所定温度（例えば３０℃）よりも低い温度まで下がっても、貯湯タンク３から貯湯水循環経路５に流出した（放熱器８に流入する）湯水の温度（貯湯タンク出口水温検出器１３によって検出される貯湯タンク３の出口水温（Ｔ２））が第３所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度まで下がるまでは、放熱ファン７が送風動作を停止しないので、放熱ファン７が運転動作と停止動作とを頻繁に交互に繰り返す現象の発生を防止することができる。
【０１５０】
したがって、実施の形態１よりも、制御器９が適切な判断で放熱ファン７の送風動作を停止させることが可能となり、省エネ性と静粛性に極めて優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１５１】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３の燃料電池システムについて、図５を用いて説明する。
【０１５２】
図５は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図である。
【０１５３】
図５に示すように、本実施の形態３の燃料電池システムは、燃料電池モジュール１と、燃料電池モジュール１の排熱を回収する排ガス熱交換器９１、カソードオフガス熱交換器９２および冷却水熱交換器９３と、これらの熱交換器からの温水を貯留する貯湯タンク３から構成される。
【０１５４】
燃料電池モジュール１は、アノード２２およびカソード２３を有し、水素含有ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池２１と、原料ガスを改質して水素含有ガスを生成する水素生成器２４を備えている。
【０１５５】
燃料電池２１は、例えば、固体高分子形の燃料電池であり、水素生成器２４で生成された水素含有ガスと、空気ブロワなどから送られた酸化剤ガス（空気中の酸素）とを、燃料極であるアノード２２および酸素極であるカソード２３において電気化学的に反応させて発電を行うものである。
【０１５６】
水素生成器２４は、例えば、メタンやプロパンなどの炭化水素系ガスを含む原料ガスから、触媒による改質反応（例えば水蒸気改質反応）により水素を生成し、燃料電池２１のアノード２２に送出する。
【０１５７】
燃料電池モジュール１がこのような水素生成器２４を備えることで、都市ガス、ＬＰガス、灯油などの様々な原料ガスを利用して発電が行えるため、燃料電池システムの汎用性はより高いものとなる。
【０１５８】
貯湯タンク３からの湯水は、循環ポンプ４により、貯湯水循環経路５を循環し、燃料電池２１のアノードオフガス等の可燃性ガスを燃焼することで水素生成器２４を加熱する燃焼器８３からの排ガスの排熱を回収する排ガス熱交換器９１と、燃料電池２１のカソードオフガスの排熱を回収するカソードオフガス熱交換器９２と、燃料電池２１の冷却水の排熱を回収する冷却水熱交換器９３とを介して貯湯タンク３に戻る。
【０１５９】
排ガス熱交換器９１は、貯湯水循環経路５を循環する湯水との熱交換により水素生成器２４の燃焼器８３からの排ガスの排熱を回収すると共に、排ガスから凝縮水を生成する。
【０１６０】
カソードオフガス熱交換器９２は、貯湯水循環経路５を循環する湯水との熱交換により燃料電池２１から排出されるカソードオフガスの排熱を回収すると共に、カソードオフガスから凝縮水を生成する。そして、冷却水熱交換器９３は、燃料電池２１の冷却水の排熱を回収する。
【０１６１】
なお、排ガス熱交換器９１からの排ガス及びその凝縮水と、カソードオフガス熱交換器９２からのカソードオフガス及びその凝縮水は、気液分離器９０において、凝縮水成分とガス成分とに分離され、ガス成分であるカソードオフガスと排ガスは外部に排気され、凝縮水は凝縮水タンク１０に貯留される。
【０１６２】
なお、これら熱交換器としては、例えば二重管式やシェルアンドチューブ式、プレート式などの熱交換器を用いることができる。
【０１６３】
冷却水タンク８７は、燃料電池２１で発電に伴って発生する熱を回収して燃料電池２１を所定温度に保つための冷却水を貯留する。
【０１６４】
水供給管８９は、凝縮水タンク１０内の凝縮水を冷却水として冷却水タンク８７に補給する。
【０１６５】
冷却水供給ポンプ８８は、凝縮水タンク１０よりも下方に配置されたポンプであり、凝縮水タンク１０内の凝縮水を水供給管８９を通して冷却水タンク８７に送る。
【０１６６】
イオン交換樹脂２８は、水供給管８９の途中に設けられ、凝縮水タンク１０からの凝縮水を純水に処理する。
【０１６７】
冷却水タンク８７に蓄えられた純度の高い水は、冷却水循環ポンプ８５により、冷却水循環経路８４を通じて、燃料電池２１の冷却部８６に送られ、燃料電池２１を一定の温度に保つ。
【０１６８】
燃料電池２１の安定的な発電のためには、燃料電池２１の温度を均一に保ち、反応温度を一定に維持することが重要である。また、冷却水タンク８７内部の水は、改質水ポンプ２７により水素生成器２４に送られ、ここでの水蒸気改質反応に供される。
【０１６９】
貯湯タンク３は、燃料電池モジュール１が発生する熱を各熱交換器（排ガス熱交換器９１、カソードオフガス熱交換器９２、冷却水熱交換器９３）で回収した熱で加熱された湯水を溜める。
【０１７０】
また、貯湯タンク３への給水や貯湯タンク３から外部への給湯を行うために、給水入口管４１、減圧弁４２、第１給水管４３及び第２給水管４４、出湯管４５、混合弁４６、給湯出口管４７を備えている。
【０１７１】
貯湯タンク３への給水は、一般の上水管に接続された給水入口管４１から、減圧弁４２と第１給水管４３とを経由して行われる。また、貯湯タンク３からの給湯は、給水入口管４１、減圧弁４２、第２給水管４４を経由して供給された水と、貯湯タンク３の上部から出湯管４５を経由して出湯された湯とが、混合弁４６で適温に混合され、給湯出口管４７を介して外部に供給される。
【０１７２】
本実施の形態３の燃料電池システムは、貯湯水循環経路５のうちの貯湯タンク３の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の第１経路５ａに、湯水を放熱させる放熱器８を備えている。
【０１７３】
この放熱器８は、湯水と周辺空気との熱交換を行う空気熱交換器６と、この空気熱交換器６に外気を供給し、貯湯タンク３から送られる湯水を外気により強制冷却するための放熱ファン７から構成されている。空気熱交換器６としては、例えば、フィンチューブ式の熱交換器を用いることができる。
【０１７４】
また、第１経路５ａのうちの放熱器８の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の経路には、排ガス熱交換器９１に流入する湯水の温度（第１温度、Ｔ１）を検出する熱交換器入口水温検出器１１を備える。
【０１７５】
また、貯湯水循環経路５のうちの冷却水熱交換器９３の出口側と貯湯タンク３の入口側との間の第２経路５ｂには、冷却水熱交換器９３から流出する湯水の温度を検出する熱交換器出口水温検出器１２を備えている。
【０１７６】
さらに、放熱器８の吸気側近傍には、放熱器８に流入する外気の温度（Ｔａ）を検出する気温検出器１６を備えている。
【０１７７】
本実施の形態３の燃料電池システムは、制御器９が、熱交換器入口水温検出器１１が検出する排ガス熱交換器９１の入口水温および気温検出器１６が検出する外気温度に基づいて、放熱器８の放熱ファン７の動作を制御する。
【０１７８】
制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇するまでは、放熱器８の放熱ファン７を動作させない。
【０１７９】
そして、制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇した場合に、放熱器８の放熱ファン７を運転し、排ガス熱交換器９１に送られる湯水を放熱器８で外気に放熱させる。
【０１８０】
このとき、制御器９は、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）に基づいて、放熱ファン７の動作（回転数）を制御する。
【０１８１】
例えば、夏季のように外気温が比較的高い場合には、通常よりも放熱ファン７を高回転数で運転して強風で放熱器８の冷却能力を増大（放熱効果を向上）させ、逆に、冬季のように外気温が比較的低い場合には、放熱ファン７を低回転数で運転して弱風で放熱器８の冷却能力（放熱効果）を抑制する。
【０１８２】
なお、外気温と放熱ファン７の回転数との関係は、空気熱交換器６の放熱性能に応じて予め定めておき、制御定数として制御器９に記憶させておけばよい。
【０１８３】
これによれば、外気温度に応じて、放熱ファン７の動作（回転数）を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できる。
【０１８４】
また、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制することもできる。したがって、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０１８５】
また、制御器９は、放熱ファン７を外気温度に応じた回転数で運転している時に、熱交換器入口水温検出器１１が検出する排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度に設定した第２所定温度（例えば３０℃）以下の温度に低下した場合には、放熱ファン７を停止するものとする。
【０１８６】
例えば、放熱ファン７の動作中に、ユーザーが貯湯タンク３の湯を利用した場合は、この出湯に伴い貯湯タンク３下部に外部から冷たい水が給水され、貯湯タンク３から送られる湯水の温度が下がることが想定される。
【０１８７】
このように、排ガス熱交換器９１に流入する湯水の温度が低くなるような場合は、放熱ファン７による湯水の放熱を不要と判定し、放熱ファン７を停止させる。放熱ファン７を必要以上に動作させないことが、システムの省エネ性と静粛性の向上につながる。
【０１８８】
上記構成の燃料電池システムを設置後に初めて運転する時は、予め凝縮水タンク１０及び冷却水タンク８７を水で満たしておき、燃料電池２１を冷却する冷却水や水素生成器２４での水蒸気改質に利用される水を確保しておく必要がある。
【０１８９】
そのために、貯湯水循環経路５から凝縮水タンク１０に給水するための経路３０が、給水弁２９を介して貯湯水循環経路５の第１経路５ａと凝縮水タンク１０との間に接続されている。
【０１９０】
そして、燃料電池システムの初期設置時には、まず給水弁２９を開放して凝縮水タンク１０を貯湯タンク３から第１経路５ａに流れる水道水で満たし、次に冷却水供給ポンプ８８でイオン交換樹脂２８を介して冷却水タンク８７に純水を供給する。
【０１９１】
凝縮水タンク１０の水（最初は、残留塩素等を含んだ水道水）は、イオン交換樹脂２８を通過することにより純水化された後に冷却水タンク８７に溜める。
【０１９２】
冷却水タンク８７に蓄えられた純度の高い水は、冷却水循環ポンプ８５により、冷却水循環経路８４を循環して、燃料電池２１を一定の温度に保つ。
【０１９３】
また、冷却水タンク８７内部の水は、改質水ポンプ２７により水素生成器２４に供給されて、水素生成器２４での水蒸気改質に利用される。
【０１９４】
この冷却水タンク８７の水に不純物が含まれると、燃料電池２１や水素生成器２４内部
の触媒の劣化が進んだり、水素生成器２４の蒸発部（図示せず）にスケールが付着して、改質性能が劣化する原因となる。
【０１９５】
ところで、燃料電池２１や水素生成器２４からの排ガス中に含まれる水分を凝縮させたものは、不純物をほとんど含まない純水である。
【０１９６】
したがって、通常の運転時には、この凝縮水をシステム内部で充分に回収し、燃料電池２１の冷却水や水素生成器２４の改質水として利用することが望ましい。
【０１９７】
また、残留塩素等を含んだ外部からの水道水の供給を抑制し、システム内部での水の自立性を高めることが、イオン交換樹脂２８の容量の低減や、長期的なシステムの信頼性確保につながる。
【０１９８】
そして、水の自立性を高めるためには、燃料電池システムの運転中は、排ガス熱交換器９１とカソードオフガス熱交換器９２に流入する湯水の温度を適切に制御して、排ガス熱交換器９１とカソードオフガス熱交換器９２の温度を、燃料電池２１や水素生成器２４からの排ガス中に含まれる水分を排ガス熱交換器９１とカソードオフガス熱交換器９２で凝縮させて充分な量の凝縮水を回収することができる温度に維持することが重要である。
【０１９９】
本実施の形態のような燃料電池システムでは、貯湯タンク３内に安定した蓄熱量を確保するために、前述したように、熱交換器出口水温検出器１２で検出される冷却水熱交換器９３の出口水温（冷却水熱交換器９３から流出する湯水の温度、Ｔｏ）が、所定の目標温度（例えば７０℃）となるように、循環ポンプ４の回転数を変化させ、各熱交換器に送られる湯水の流量を制御するのが一般的である。
【０２００】
貯湯タンク３の蓄熱量が少ない場合、例えば、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（排ガス熱交換器９１に流入する湯水の温度、第１温度、Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上になるまでは、放熱器８の放熱ファン７を運転せずに、循環ポンプ４により、貯湯タンク３内の湯水を排ガス熱交換器９１とカソードオフガス熱交換器９２と冷却水熱交換器９３へ供給し、各熱交換器において、燃料電池モジュール１の排熱を回収して貯湯タンク３へ蓄熱する。
【０２０１】
貯湯タンク３の蓄熱量が充分多い場合、例えば、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（排ガス熱交換器９１に流入する湯水の温度、第１温度、Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇したことを検知した場合は、制御器９の指令により、放熱器８の放熱ファン７を動作させ、貯湯タンク３から排ガス熱交換器９１に送られる湯水を放熱器８で積極的に冷却する。
【０２０２】
放熱ファン７を駆動させることにより、空気熱交換器６に外気を送風し、この空気熱交換器６に供給された湯水を外気に放熱させ冷却する。この放熱した湯水は、各熱交換器（排ガス熱交換器９１、カソードオフガス熱交換器９２、冷却水熱交換器９３）において、燃料電池モジュール１の排熱を回収して貯湯タンク３へ蓄熱する。
【０２０３】
また、放熱ファン７を運転させた放熱器８により、排ガス熱交換器９１とカソードオフガス熱交換器９２に流入する湯水の温度が下がると、排ガス熱交換器９１とカソードオフガス熱交換器９２の温度が下がって、燃料電池２１や水素生成器２４からの排ガス中に含まれる水分を排ガス熱交換器９１とカソードオフガス熱交換器９２で凝縮させて凝縮水を回収することができる。
【０２０４】
なお、貯湯タンク３からの湯水を冷却する必要があるかどうかは、排ガス熱交換器９１
およびカソードオフガス熱交換器９２での凝縮性能が充分確保されるか否かで判断されるものである。
【０２０５】
排ガス熱交換器９１及びカソードオフガス熱交換器９２での水の凝縮量は、燃料電池モジュール１からの排ガスの温度や成分、排ガス熱交換器９１及びカソードオフガス熱交換器９２の熱交換性能に依存するものであるが、排ガス熱交換器９１への入水温度が、例えば４０℃より低い場合に、排ガス熱交換器９１及びカソードオフガス熱交換器９２において、充分な量の凝縮水を確保することができるものであれば、熱交換器入口水温検出器１１で検出される湯水の温度が４０℃以上の温度に上昇した場合に、放熱ファン７を駆動させた放熱器８を用いて外気により冷却するものとすればよい。
【０２０６】
ここで、放熱器８により、外気に対して、排ガス熱交換器９１に流入する湯水を放熱させているため、放熱器８の冷却性能は外気の温度に大きく影響される。
【０２０７】
例えば、夏季の日中のように外気温度が高い場合を想定して放熱器８を設計すると、冬季のように外気温度が低い場合には、放熱器８としては、冷却能力が過剰となってしまう場合がある。一方、放熱器８の放熱ファン７の動作音は、運転時の静粛性を損なう大きな要因となっている。
【０２０８】
そこで、先に実施の形態１で、図２を用いて説明したように、制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇したことを検知した場合に、放熱器８の放熱ファン７を運転し、排ガス熱交換器９１に送られる湯水を放熱させる。
【０２０９】
このとき、制御器９は、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）に基づいて、放熱ファン７の動作（回転数）を制御する。
【０２１０】
例えば、夏季のように外気温が比較的高い場合には、放熱ファン７の回転数を通常よりも高回転数に上げて放熱器８の冷却能力を増大させ、冬季のように外気温が比較的低い場合には、放熱ファン７の回転数を通常よりも低回転数に下げて放熱器８の冷却能力を抑制する。
【０２１１】
これによれば、外気温度に応じて、放熱ファン７の動作（回転数）を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できる。また、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制することもできる。
【０２１２】
したがって、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０２１３】
このとき、制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１が検出する排ガス熱交換器９１の入口の温度（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度に設定した第２所定温度（例えば３０℃）以下の温度に下がったことを検知した場合には、放熱ファン７を停止するものとする。
【０２１４】
例えば、放熱ファン７の動作中に、ユーザーが貯湯タンク３の湯を利用した場合、この出湯により貯湯タンク３に外部から冷たい水（水道水）が給水され、貯湯タンク３から送られる湯水の温度が下がることが想定される。
【０２１５】
排ガス熱交換器９１に流入する湯水の温度が低くなるこのような場合は、放熱ファン７による湯水の放熱を不要と判定し、放熱ファン７を停止させる。放熱ファン７を必要以上
に動作させないことが、システムの省エネ性と静粛性の向上につながる。
【０２１６】
なお、燃料電池システム全体、若しくは、少なくとも放熱器８を屋内に設置するものとしても良い。
【０２１７】
例えば、寒冷地のように、冬季に極低温となりシステム内の水経路が凍結する可能性があるような場合は、屋内に設置するのが一般的である。また、欧州における給湯や暖房設備のように、地下室に設置するような場合も想定される。
【０２１８】
そして、屋内にシステムを設置する場合は、屋外設置の場合と比べて、システムの騒音を極力抑制することが重要であるが、本発明の実施の形態３のように、静粛性に優れた燃料電池システムによれば、屋内設置用として展開することが容易となり、システムの普及拡大につながる。
【０２１９】
したがって、本実施の形態によれば、固体高分子形の燃料電池に適用するような場合においても、簡単な構成で、システム周囲への騒音を抑制し、放熱ファン７の駆動に伴う電力消費を低減することができ、静粛性と省エネ性、設置展開性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０２２０】
以上説明したように、本実施の形態３の燃料電池システムでは、湯水を貯める貯湯タンク３と、燃料電池２１のアノードから排出されるアノードオフガスを燃焼させて水素生成器２４を触媒による改質反応（例えば水蒸気改質反応）に適した温度に加熱する燃焼器８３から排出される排ガスと貯湯タンク３からの湯水とを熱交換させる排ガス熱交換器９１と、燃料電池２１のカソードから排出されるカソードオフガスと貯湯タンク３からの湯水とを熱交換させるカソードオフガス熱交換器９２と、冷却水循環経路８４を循環して燃料電池２１を冷却する冷却水と貯湯タンク３からの湯水とを熱交換させる冷却水熱交換器９３と、貯湯タンク３からの湯水を排ガス熱交換器９１、カソードオフガス熱交換器９２、冷却水熱交換器９３の順に搬送する循環ポンプ４と、貯湯タンク３から排ガス熱交換器９１に向かう湯水の流路の途中で貯湯タンク３からの湯水の熱を外気に放熱するための放熱器８とを環状に連接して貯湯タンク３の湯水を循環させる貯湯水循環経路５を構成している。
【０２２１】
そして、排ガス熱交換器９１で水素生成器２４の燃焼器８３から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて水を、カソードオフガス熱交換器９２で燃料電池２１のカソードから排出されるカソードオフガス中の水蒸気を凝縮させて水を、それぞれ回収すると共に、排ガス熱交換器９１とカソードオフガス熱交換器９２と冷却水熱交換器９３とで加温された湯水を貯湯タンク３に貯めるものである。
【０２２２】
ここで、放熱器８は、湯水と周辺空気との熱交換を行う空気熱交換器６と、空気熱交換器６に外気を送風する少なくとも一つの放熱ファン７とを有する。
【０２２３】
そして、放熱ファン７は、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇するまでは、停止している。
【０２２４】
そして、放熱ファン７は、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇すると、制御器９の制御により、送風動作する。
【０２２５】
これによれば、放熱器８の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の経路を流れる湯水の温度に応じて、放熱ファン７の動作を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できるため、排ガスから水を回収でき、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０２２６】
また、冷却水熱交換器９３で熱交換後の冷却水で燃料電池２１を適温に維持することができる。
【０２２７】
また、本実施の形態では、放熱ファン７が、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）に応じて送風量が変化し、外気温度が低くなるにつれて送風量が減少する。
【０２２８】
これによれば、外気温度に応じて放熱ファン７の送風量を必要最小限に抑えることにより、放熱ファン７によるシステム周囲への騒音を抑制できるとともに、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制できるため、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０２２９】
また、本実施の形態では、放熱ファン７が、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度に設定した第２所定温度（例えば３０℃）よりも低い温度まで下がると、制御器９の制御により、送風動作を停止する。
【０２３０】
これによれば、放熱ファン７の動作中に、貯湯タンク３の湯水が使用されて貯湯タンク３に水道水が補給された場合のように、排ガス熱交換器９１に流入する湯水の温度が充分に低くなったような場合には、放熱ファン７を動作させての放熱器８での湯水の積極的な放熱を不要と判定し、放熱ファン７を停止することができるため、省エネ性と静粛性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０２３１】
なお、図６に示す実施の形態３の変形例は、図６に示す実施の形態３の燃料電池システムの構成に、貯湯タンク３から第１経路５ａに排出される直前の湯水の温度（第２温度、Ｔ２）を検出する貯湯タンク底部水温検出器１３ａを、貯湯タンク３の底部に設けたものである。
【０２３２】
そして、この変形例では、制御器９が、熱交換器入口水温検出器１１が検出する排ガス熱交換器９１の入口水温（第１温度、Ｔ１）と、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）と、貯湯タンク底部水温検出器１３ａが検出する貯湯タンク３の出口水温（第２温度、Ｔ２）と、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）とに基づいて、放熱ファン７の動作を制御するのである。
【０２３３】
その他の燃料電池システムの構成およびその作用は、実施の形態３で説明したものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【０２３４】
この貯湯タンク底部水温検出器１３ａを加えた場合の放熱ファン７の運転動作は、図４に示した実施の形態２における燃料電池システムの放熱ファンの運転動作と同様である。
【０２３５】
制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇するまでは、図４のＳＴＥＰ１のＮＯ側への分岐を繰り返して、放熱器８の放熱ファン７を動
作させない。
【０２３６】
そして、制御器９は、熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）以上の温度に上昇した場合に、図４のＳＴＥＰ１のＹＥＳ側に分岐して、次のＳＴＥＰ２に進んで、放熱器８の放熱ファン７を運転し、排ガス熱交換器９１に送られる湯水を放熱器８で積極的に外気に放熱させる。
【０２３７】
このとき、制御器９は、気温検出器１６が検出する外気温度（Ｔａ）と貯湯タンク底部水温検出器１３ａが検出する貯湯タンク３の出口水温（Ｔ２）とに基づいて予め設定される送風量となるように、放熱ファン７の動作を制御する。
【０２３８】
例えば、外気温度（Ｔａ）と貯湯タンク３から第１経路５ａに流出する湯水（貯湯タンク３の底部の湯水）の温度（Ｔ２）が共に比較的高い場合には、通常よりも放熱ファン７を高回転数で運転して放熱器８の冷却能力を増大（放熱効果を向上）させる。
【０２３９】
逆に、外気温度（Ｔａ）と貯湯タンク３から第１経路５ａに流出する湯水（貯湯タンク３の底部の湯水）の温度（Ｔ２）が共に比較的低い場合には、通常よりも放熱ファン７を低回転数で運転して放熱器８の冷却能力（放熱効果）を抑制する。実際には、これらを適宜組み合わせて放熱ファン７の送風量を設定する。
【０２４０】
これによれば、冷却源である外気の温度と、その外気により冷却される湯水の温度の双方の情報から、湯水の冷却に必要な最小限の送風量の算出が可能となる。放熱ファン７の動作に必要なエネルギーを最小化することで、省エネ性と静粛性にさらに向上できる。
【０２４１】
また、放熱ファン７の電力消費の低減によりシステムの効率低下を抑制することもできる。したがって、簡単な構成で、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０２４２】
また、図４に示すように、制御器９は、放熱ファン７を外気温度（Ｔａ）と貯湯タンク３から第１経路５ａに流出する湯水（貯湯タンク３の底部の湯水）の温度（Ｔ２）とに基づいた回転数で運転している時に、熱交換器入口水温検出器１１が検出する排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１）が、予め設定される第１所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度に設定した第２所定温度（例えば３０℃）以下の温度に低下し、さらに、貯湯タンク底部水温検出器１３ａが検出する温度（Ｔ２）が予め設定される第３所定温度（例えば４０℃）以下の温度に低下した場合には、図４のＳＴＥＰ３とＳＴＥＰ４をそれぞれＹＥＳ側に分岐して、次のＳＴＥＰ５に進んで、放熱ファン７を停止するものとする。
【０２４３】
これによれば、放熱器８による湯水の冷却が充分であり、かつ、貯湯タンク３から供給される湯水の温度が充分低くなった場合に、放熱ファン７を運転させての積極的な放熱が不要と判定し、放熱ファン７を停止することができる。よって、排ガス熱交換器９１に流入する湯水の温度を確実に低く保った状態で、放熱ファン７を過不足なく動作停止させることが可能となる。
【０２４４】
したがって、本実施の形態の変形例によれば、簡単な構成で、システム周囲への騒音を抑制し、ファン駆動に伴う電力消費を低減することができ、静粛性と省エネ性に優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０２４５】
なお、この変形例では、貯湯タンク３から第１経路５ａに排出される直前の湯水の温度（第２温度、Ｔ２）を検出する貯湯タンク底部水温検出器１３ａを、貯湯タンク３の底部
に設けたが、実施の形態２のように、貯湯タンク３から第１経路５ａに排出された湯水の温度（第２温度、Ｔ２）を検出する貯湯タンク出口水温検出器１３を、第１経路５ａにおける貯湯タンク３の湯水の出口側（湯水流出口）と放熱器８の湯水の入口側（湯水流入口）との間の経路に設置して、貯湯タンク底部水温検出器１３ａの代わりに貯湯タンク出口水温検出器１３を用いても構わない。
【０２４６】
以上説明したように本実施の形態３の変形例の燃料電池システムは、放熱ファン７が、貯湯タンク底部水温検出器１３ａが検出した貯湯タンク３から第１経路５ａに排出される直前の湯水の温度（第２温度、Ｔ２）に応じて送風量が変化し、貯湯タンク底部水温検出器１３ａが検出した貯湯タンク３から第１経路５ａに排出される直前の湯水の温度（第２温度、Ｔ２）が低くなるにつれて送風量が減少する。
【０２４７】
これによれば、冷却源である外気の温度と、その外気により冷却される湯水の温度の双方の情報に基づいて、放熱ファン７による送風量を設定することができるため、冷却に必要な最小限の送風量が設定可能となり、省エネ性と静粛性に極めて優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０２４８】
なお、放熱ファン７の動作中に、冷却源である外気の温度と、その外気により冷却される湯水の温度の双方の情報に基づいて、放熱ファン７による湯水の放熱の要否を判定し、放熱が不要となった場合は直ちに放熱ファン７を停止するようにしても構わない。
【０２４９】
また、本実施の形態では、放熱ファン７が、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１））が第１所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度に設定した第２所定温度（例えば３０℃）よりも低い温度まで下がり、且つ、貯湯タンク３から貯湯水循環経路５に流出する湯水の温度（貯湯タンク底部水温検出器１３ａによって検出される貯湯タンク３の出口水温（Ｔ２））が第３所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度まで下がると、制御器９の制御により、送風動作を停止する。
【０２５０】
もし、貯湯タンク３から貯湯水循環経路５に流出する湯水の温度（貯湯タンク底部水温検出器１３ａによって検出される貯湯タンク３の出口水温（Ｔ２））が、放熱ファン７を動作させての放熱器８での湯水の積極的な放熱を必要とする温度（第３所定温度（例えば４０℃）以上の温度）であるにもかかわらず、放熱ファン７を動作させての放熱器８での湯水の積極的な放熱により、放熱器８の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１））が第２所定温度（例えば３０℃）より低い温度まで下がる場合は、放熱器８の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１））が第２所定温度（例えば３０℃）よりも低い温度まで下がると、放熱ファン７が送風動作を停止する構成（実施の形態３の構成）であれば、放熱ファン７が運転動作と停止動作とを頻繁に交互に繰り返す可能性がある。
【０２５１】
しかしながら、放熱ファン７の動作中に、貯湯水循環経路５における放熱器８の出口側と排ガス熱交換器９１の入口側との間の経路を流れる湯水の温度（熱交換器入口水温検出器１１によって検出される排ガス熱交換器９１の入口水温（Ｔ１））が第２所定温度（例えば３０℃）よりも低い温度まで下がっても、貯湯タンク３から貯湯水循環経路５に流出する湯水の温度（貯湯タンク底部水温検出器１３ａによって検出される貯湯タンク３の出口水温（Ｔ２））が第３所定温度（例えば４０℃）よりも低い温度まで下がるまでは、放熱ファン７が送風動作を停止しないので、放熱ファン７が運転動作と停止動作とを頻繁に
交互に繰り返す現象の発生を防止することができる。
【０２５２】
したがって、この変形例は実施の形態３よりも、制御器９が適切な判断で放熱ファン７の送風動作を停止させることが可能となり、省エネ性と静粛性に極めて優れた燃料電池システムを提供することが可能となる。
【０２５３】
なお、実施の形態１、２および３において、放熱ファン７の回転数によりその送風量を制御するものとしたが、放熱ファン７を複数台のファンで構成し、その運転台数を切り換えることにより、送風量を制御するものとしても良い。
【０２５４】
なお、気温検出器１６により検出する外気温度（Ｔａ）が、熱交換器入口水温検出器１１により検出する排ガス熱交換器２（または、排ガス熱交換器９１）の入口温度（Ｔ１）よりも高い場合は、外気への放熱が困難であると判断して、放熱ファン７の運転を回避するものとしても良い。
【０２５５】
また、気温検出器１６により検出する外気温度（Ｔａ）が、貯湯タンク出口水温検出器１３または貯湯タンク底部水温検出器１３ａにより検出する放熱器８に流入する湯水の温度（Ｔ２）よりも高い場合は、放熱ファン７を運転しないようにすることが好ましい。その場合は放熱ファン７の電力消費と運転音を無駄に発生させることを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【０２５６】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、その静粛性や省エネ性を損なうことなく、水の効率的な回収利用を実現することができるので、家庭用および業務用の、固体酸化物形および固体高分子形燃料電池システムなどの様々な燃料電池システムに適用できる。
【符号の説明】
【０２５７】
２    排ガス熱交換器
３    貯湯タンク
４    循環ポンプ
５    貯湯水循環経路
６    空気熱交換器
７    放熱ファン
８    放熱器
９    制御器
１１  熱交換器入口水温検出器
１３  貯湯タンク出口水温検出器
１３ａ  貯湯タンク底部水温検出器
１６  気温検出器
２１  燃料電池
２４  水素生成器
９１  排ガス熱交換器
９２  カソードオフガス熱交換器
９３  冷却水熱交換器
【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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