(57)【要約】  【課題】燃料電池装置が稼動していない状態となることを許容し、燃料電池装置を連続して稼動することによる無駄なエネルギ消費を抑制し、各種補機の長寿命化を実現すると共に、セル周辺を還元性雰囲気に保持することが出来る様な燃料電池システムの提供。  【解決手段】複数の燃料電池装置（Ｕａ、Ｕｂ）を備えており、該複数の燃料電池装置（Ｕａ、Ｕｂ）の各々は、燃料極（１２ａ、１２ｂ）からの排ガスが流過する排ガスライン（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）から分岐した分岐ライン（Ｅ３、Ｅ５ａ、Ｅ８ａ、Ｅ１０ａ；Ｅ３、Ｅ５ｂ、Ｅ８ｂ、Ｅ１０ｂ）が、当該排ガスを他の燃料電池装置の燃料ガス供給ライン（Ｆ３ａ、Ｆ３ｂ）に合流させるための配管系（バイパス回路Ｅａｂ）に連通していることを特徴としている。  【選択図】図１
2005174566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池装置を備えており、該複数の燃料電池装置の各々は、セルスタックの燃料極からの排ガスが流過する排ガスラインから分岐した分岐ラインが、当該排ガスを他の燃料電池装置の燃料ガス供給ラインに合流させるための配管系に連通していることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
空気極及び燃料極を有するセルスタックを複数備えており、該複数のセルスタックの各々は、燃料極からの排ガスが流過する排ガスラインから分岐した分岐ラインが、当該排ガスを他のセルスタックの燃料ガス供給ラインに連通していることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記排ガスラインを流過する排ガスが保有する熱量を同一の燃料電池装置における燃料ガス供給ラインを流過する燃料ガスに投入するための熱交換器を設け、前記分岐ラインは、当該熱交換器よりも上流側或いは下流側で前記排ガスラインから分岐している請求項１、２の何れかの燃料電池システム。
【請求項４】
前記排ガスラインはセルスタックの燃料極からの排ガスを燃料電池装置系外に排出する様に配置されており、当該排ガスラインから第２の分岐ラインが分岐しており、該第２の分岐ラインは改質器の供給側に連通している請求項１〜３の何れか１項の燃料電池システム。
【請求項５】
前記排ガスラインはセルスタックの燃料極からの排ガスを燃料電池装置系外に排出する様に配置されており、当該排ガスラインを流れる排ガスが保有する熱量が燃料ガス供給ラインを流れる燃料ガスへ投入される様に構成されている請求項１〜３の何れか１項の燃料電池システム。
【請求項６】
セルスタックに電気式の加熱手段が設けられており、稼動中の燃料電池本体の発電出力が待機中の燃料電池本体の前記加熱手段に供給される様に構成されている請求項１〜５の何れか１項の燃料電池システム。
【請求項７】
複数の燃料電池装置を備えており、該複数の燃料電池装置の各々は、セルスタックの空気極からの排ガスが流過する排ガスラインから分岐した分岐ラインが、当該排ガスを他の燃料電池装置の空気供給ラインに合流させるための配管系に連通していることを特徴と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、燃料電池を複数台有する燃料電池システム、或いは単一の燃料電池装置が複数のセルスタックを有する燃料電池システムにおいて、停止中の燃料電池（セルスタック）の待機状態を保持する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気と熱とを同時に供給するコージェネレーションシステムにおいて、発電負荷が少ない場合でも、熱バランスを担保しながら継続運転する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃料電池に電気温水器を併設し、電気温水器の電気ヒータの入力側に分流器を設け、分流器と燃料電池の発電端子を繋ぎ、燃料電池側に逆電流を流して発生する分極抵抗により燃料電池を加熱・保温して、スタンバイ状態を維持する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、従来の燃料電池装置では、燃料電池装置の運転を継続する必要があり、運転継続のために無駄なエネルギを費やしてしまうという問題を有している。
そして、運転を連続して行う分だけ、各種補機の寿命も短くなってしまう。
【０００５】
さらに、燃料電池停止時に高温にて保温する際には、還元性雰囲気を維持しないと、燃料電池セルがＮｉ（ニッケル）酸化により劣化を生じてしまう。そのため、高温にて保温されている稼動していない燃料電池装置（待機状態の燃料電池装置）では、セル周辺を還元性雰囲気に保持しなければならない、という問題が存在する。
【特許文献１】特開２００３−１８７８４３号公報
【特許文献２】特開平１０−１９７０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、燃料電池装置が稼動していない状態となることを許容し、燃料電池装置を連続して稼動することによる無駄なエネルギ消費を抑制し、各種補機の長寿命化を実現すると共に、セル周辺を還元性雰囲気に保持することが出来る様な燃料電池システムの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池システムは、複数の燃料電池装置（ユニットＵａ、Ｕｂ）を備えており、該複数の燃料電池装置（ユニットＵａ、Ｕｂ）の各々は、セルスタック（１ａ、１ｂ）の燃料極（１２ａ、１２ｂ）からの排ガスが流過する排ガスライン（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）から分岐した分岐ライン（Ｅ３、Ｅ５ａ、Ｅ８ａ、Ｅ１０ａ；Ｅ３、Ｅ５ｂ、Ｅ８ｂ、Ｅ１０ｂ）が、当該排ガスを他の燃料電池装置の燃料ガス供給ライン（Ｆ３ａ、Ｆ３ｂ）に合流させるための配管系（バイパス回路Ｅａｂ）に連通していることを特徴としている（請求項１）。
なお、「燃料電池装置」なる文言は、セルスタックと各種補機類との組み合わせを総称する文言であり、「燃料電池システム」なる文言は、燃料電池装置を複数台保有する場合と、単一の燃料電池装置内に複数のセルスタックを有する場合の双方を包含する趣旨の文言である。
【０００８】
また、本発明の燃料電池システムは、空気極（１１ｃ、１１ｄ）及び燃料極（１２ｃ、１２ｄ）を有するセルスタック（１ｃ、１ｄ）を複数備えており、該複数のセルスタック（１ｃ、１ｄ）の各々は、燃料極（１２ｃ、１２ｄ）からの排ガスが流過する排ガスライン（Ｅ１ｃ、Ｅ１ｄ）から分岐した分岐ライン（バイパスラインＥｃｄ、分岐ラインＥｆｃ、Ｅｆｄ）が、当該排ガスを他のセルスタックの燃料ガス供給ライン（Ｆ３ｃ、Ｆ３ｄ）に連通していることを特徴としている（請求項２）。
【０００９】
本発明において、前記排ガスライン（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）を流過する排ガスが保有する熱量を同一の燃料電池装置（ユニットＵａ又はＵｂ）における燃料ガス供給ライン（Ｆ２ａ、Ｆ３ａ又はＦ２ａ、Ｆ３ａ）を流過する燃料ガスに投入するための熱交換器（燃料用熱交換器６ａ、６ｂ）を設け、前記分岐ライン（Ｅ３、Ｅ５ａ、Ｅ１０ａ；Ｅ３、Ｅ５ｂ、Ｅ１０ｂ）は、当該熱交換器（６ａ、６ｂ）よりも下流側（改質器５ａ、５ｂに供給される側）で前記排ガスライン（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）から分岐しているのが好ましい（請求項３：図１〜図３、図１０〜図１２）。
【００１０】
或いは、前記排ガスライン（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）を流過する排ガスが保有する熱量を同一の燃料電池装置における燃料ガス供給ライン（Ｆ２ａ、Ｆ３ａ又はＦ２ａ、Ｆ３ａ）を流過する燃料ガスに投入するための熱交換器（燃料用熱交換器６ａ、６ｂ）を設け、前記分岐ライン（Ｅ８ａ、Ｅ８ｂ）は、当該熱交換器（６ａ、６ｂ）よりも上流側（稼動中の燃料電池装置に近い側Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）で前記排ガスライン（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）から分岐しているのが好ましい（請求項３：図４〜図９）。
【００１１】
本発明において、前記排ガスライン（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）はセルスタック（１ａ、１ｂ）の燃料極（１２ａ、１２ｂ）からの排ガスを燃料電池装置（ユニットＵａ、Ｕｂ）系外に排出する様に配置されており（Ｅ４ａ、Ｅ４ｂ；Ｅ７ａ、Ｅ７ｂ）、当該排ガスラインから第２の分岐ライン（Ｅ２ａ、Ｅ２ｂ）が分岐しており、該第２の分岐ライン（Ｅ２ａ、Ｅ２ｂ）は改質器（５ａ、５ｂ）の供給側に連通していることが好ましい（請求項４：図１〜図６）。
【００１２】
或いは、本発明において、前記排ガスライン（Ｅ９ａ、Ｅ９ｂ）はセルスタック（１ａ、１ｂ）の燃料極（１２ａ、１２ｂ）からの排ガスを燃料電池装置（ユニットＵａ、Ｕｂ）系外に排出する様に配置されており、当該排ガスライン（Ｅ９ａ、Ｅ９ｂ）を流れる排ガスが保有する熱量が燃料ガス供給ライン（Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ）を流れる燃料ガスへ投入される様に構成されていることが好ましい（請求項５：図７〜図１２）。
【００１３】
さらに本発明において、燃料電池本体（セルスタック１ａ、１ｂ）に電気式の加熱手段（電気ヒータＨａ、Ｈｂ）が設けられており、稼動中の燃料電池本体（セルスタック１ａ又は１ｂ）の発電出力が待機中の燃料電池本体（セルスタック１ｂ又は１ａ）の前記加熱手段（Ｈｂ又はＨａ）に供給される様に構成されているのが好ましい（請求項６）。
【００１４】
本発明の燃料電池システムは、複数の燃料電池装置を備えており、該複数の燃料電池装置の各々は、セルスタックの空気極からの排ガスが流過する排ガスラインから分岐した分岐ラインが、当該排ガスを他の燃料電池装置の空気供給ラインに合流させるための配管系に連通していることを特徴としている（請求項７）。
この燃料電池システム（請求項７の燃料電池システム）と、上述した燃料電池システムの何れか（請求項１〜６の燃料電池システムの何れか）とを、組み合わせて実施することが出来る（例えば、図１６参照）。
【００１５】
本発明の実施に際して、燃料電池本体（セルスタック１ａ、１ｂ）は作動温度が高く（例えば８００℃〜１０００℃）、起動・停止に時間が掛かるタイプであるのが好ましい。例えば、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）が好ましい。
ここで、「作動温度が高い」とは、燃料電池装置で使用される材料の耐熱限界温度と、作動温度とが、比較的近いことを意味している。
【発明の効果】
【００１６】
上述した構成を具備する本発明の燃料電池システム（１０１〜１０４）によれば、稼動中の燃料電池装置（ユニットＵａ又はＵｂ）の燃料極（１２ａ、又は１２ｂ）からの排ガスが待機中の燃料電池（セルスタック１ｂ、又は１ａ）の燃料極（１２ｂ、又は１２ａ）に供給される。排ガスが保有する熱量により、待機中の燃料電池装置（ユニットＵｂ、又はＵａ）セルスタックの燃料極が加熱され、高温状態を維持する。即ち、待機中の燃料電池装置（ユニットＵｂ、又はＵａ）を起動させる際に、セルスタックの燃料極が高温に維持されているので、起動が極めて円滑である。従って、燃料電池装置（ユニットＵｂ、又はＵａ）を連続運転せずに、待機状態としておくことが可能になる。
【００１７】
燃料電池装置（Ｕａ、又はＵｂ）の連続運転が不必要となることにより、燃料電池装置（Ｕａ、Ｕｂ）の運転を連続させるために、無駄なエネルギ消費が不要となる。更に、補機の寿命も、燃料電池装置（Ｕａ、又はＵｂ）を非稼動状態或いは待機状態とした時間だけ、長期化することが出来る。
【００１８】
稼動中の燃料電池装置（Ｕａ、又はＵｂ）における燃料極（１２ａ、又は１２ｂ）側の排ガスを、（待機中の他の）燃料電池装置（Ｕｂ、又はＵａ）の燃料ガス供給ライン（Ｆ３ｂ又はＦ３ａ）へ導入することにより、待機中の燃料電池装置（Ｕｂ、又はＵａ）のセル周辺を還元性雰囲気に維持することが出来る。
待機中の燃料電池装置（Ｕｂ、又はＵａ）のセル周辺を還元性雰囲気に維持することによって待機中の燃料電池装置（Ｕｂ、又はＵａ）のセルがＮｉ酸化して劣化することを防止出来る。
稼動中の燃料電池（セルスタック１ａ又は１ｂ）の空気極（１１ａ又は１１ｂ）からの排ガスが待機中の燃料電池（セルスタック１ｂ又は１ａ）の空気極（１１ｂ又は１１ａ）に供給される場合においても、同様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図１〜図３を参照して第１実施形態を説明する。
図１〜図３の第１実施形態は、図１３で示す様に、セルスタック１と空気ブロワ２と空気用熱交換器３と脱硫器４と改質器５と燃料用熱交換器６と燃料供給ラインＦ１からＦ３と排ガスラインＥ１からＥ３とを有する燃料電池システムにおいて、セルスタック１の燃料極１２の排ガスの１部（例えば３０％）を、分岐排ガスラインＥ３から系外に排出し、残り（例えば７０％）を改質器（予備改質器）５で利用するタイプの燃料電池を２台、バイパス回路を含む配管系で結合したシステムである。
そして、一方が稼動中は他方が待機状態となるように構成されている。そのように構成することによって、稼動中の燃料電池装置の燃料極からの排ガスであって、系外に排出されていた量を、待機中の燃料電池装置の燃料極に供給する。
【００２０】
以下、図１を参照して第１実施形態の構成を説明する。全体を符号１０１で示す燃料電池システムは、２台の燃料電池ユニット（燃料電池装置）Ｕａ（Ａ側のユニット）とＵｂ（Ｂ側のユニット）とを有している。
Ａ側の燃料電池ユニットＵａは、空気極１１ａと燃料極１２ａとからなるセルスタック１ａと空気ブロワ２ａと空気用熱交換器３ａと脱硫器４ａと改質器（予備改質器）５ａと燃料用熱交換器６ａを備えている。
【００２１】
前記空気用熱交換器３ａは、第１の空気熱交換器３１ａと第２の空気熱交換器３２ａと酸化触媒を有するチャンバ３３ａとを有している。
【００２２】
前記空気ブロワ２ａと空気用熱交換器３ａとは空気供給ラインＬ１ａによって、空気用熱交換器３ａと空気極１１ａとは空気供給ラインＬ２ａによって夫々連通している。
【００２３】
前記空気極１１ａから排出空気ラインＬ１１ａが前記空気用熱交換器３ａの第２の熱交換器３２ａと酸化触媒チャンバ３３ａを経由して、後述する排ガスラインＥ４ａに接続されている。
【００２４】
前記空気ブロワ２ａで吸入し圧縮された常温の空気は、空気供給管Ｌ１ａによって前記空気用熱交換器の第１熱交換器３１ａ、第２熱交換器３２ａを流過し、以下の方法で熱を受けて昇温され、空気供給管Ｌ２ａによってセルスタック１ａの空気極１１ａに供給される。
【００２５】
空気用熱交換器３ａでの熱の授受の方法は、セルスタック１ａの空気極１１ａから排出される（戻りの）高温の空気が第１、第２の熱交換器３１ａ、３２ａ内において吸入空気に直接熱を与える（熱交換する）と共に、その（戻りの）高温の空気の酸化触媒における酸化作用によって発する熱が更に第１、第２の熱交換器３１ａ、３２ａを加熱し、吸入空気を凡そ７００度まで昇温して空気極１１ａに供給する。
【００２６】
燃料供給に関して、先ず、例えば都市ガス（１３Ａ）を前記脱硫器４ａに取り込む。脱硫器４ａと改質器（予備改質器）５ａとは燃料供給ラインＦ１ａによって、改質器５ａと燃料用熱交換器６ａとは燃料供給ラインＦ２ａによって、又、燃料用熱交換器６ａとセルスタック１ａの燃料極１２ａとは第１の切換弁Ｖ１ａを介装した燃料供給ラインＦ３ａによって夫々連通している。
ここで第１の切換弁Ｖ１ａは３方弁で、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のポートを有している。
【００２７】
前記燃料極１２ａからの排ガスラインとして、一端が燃料極１２ａに接続された排ガスラインＥ１ａは、前記燃料用熱交換器６ａで、供給燃料に熱を与えた後、排ガスラインＥ２ａとＥ３ａとに分岐する。
【００２８】
排ガスラインＥ２ａは脱硫器４ａと改質器５ａとを連通する前記燃料供給ラインＦ１ａに接続され、再び供給燃料として利用される。すなわち、排ガスラインＥ２ａを流れる排ガスが保有する水蒸気を燃料改質に用いると共に、未反応分の燃料を利用するべく、リサイクルされるのである。
一方、排ガスラインＥ３ａには第２の切換弁（３方弁）Ｖ２ａのＰ１ポートに接続される。
【００２９】
第２の切換弁Ｖ２ａのＰ２ポートには排ガスラインＥ４ａが接続され、その排ガスラインＥ４ａは前記空気用熱交換器３ａの酸化触媒チャンバ３３ａから第１の熱交換器３１ａを経由して排気ガスとして、所定の処理を施した後に大気中に排出される。尚、前述したように、排ガスラインＥ４ａには排出空気ラインＬ１１ａが接続されている。
【００３０】
第２の切換弁Ｖ２ａのＰ３ポートには排ガスラインＥ５ａが接続され、その排ガスラインＥ５ａはバイパス回路Ｅａｂの一端に接続される。
【００３１】
脱硫器４ａに導入された燃料、例えば都市ガス（１３Ａ）は、燃料供給ラインＦ１ａを介して予備改質器５ａに流入して、都市ガス中の炭素原子を２個以上有する成分が炭素原子を１固有する成分に改質される。予備改質器５ａで改質されたガスは、燃料供給ラインＦ２ａを介して燃料用熱交換器６ａに流入する。
なお、燃料極及び空気極を有するセルスタック（燃料電池本体）１ａ、１ｂ側で炭素原子を２個以上有する成分の存在を許容できるのであれば、予備改質器５ａ、５ｂは省略することが出来る。
【００３２】
燃料用熱交換器内６ａでは、セルスタック１ａの燃料極１２ａから排出された高温の排気ガスによって供給燃料が昇温される。そして昇温された供給燃料は燃料極１２ａに流入し、前述の空気極１１ａに供給された空気中の酸素Ｏ２と反応することで発電が行われる。
【００３３】
Ｂ側の燃料電池ユニットＵｂは、前述のＡ側の燃料電池ユニットＵａと実質的に全く同様な機器によって構成されている。
各機器の符号の末尾にｂを付して、Ａ側の燃料電池ユニットＵａの機器類（末尾にａを付した）と識別することによって、Ｂ側の燃料電池ユニットＵｂの構成の説明を省略する。
【００３４】
前記バイパス回路Ｅａｂの他端は、前記Ａ側の燃料電池ユニットＵａの燃料供給ラインＦ３ａに介装された第１の切換弁Ｖ１ａのＰ１ポートに連通するラインＥ６ａに接続されると共に、前記Ｂ側の燃料電池ユニットＵｂの燃料供給ラインＦ３ｂに介装された第１の切換弁Ｖ１ｂのＰ１ポートに連通するラインＥ６ｂに接続されている。
【００３５】
又、Ａ側のユニットＵａのセルスタック１ａで発電された電力の一部はワイヤーＷａによってＢ側のユニットＵｂのセルスタック１ｂを加熱する電熱ヒータＨｂに接続され、一方、Ｂ側のユニットＵｂのセルスタック１ａで発電された電力の一部はワイヤーＷｂによってＡ側のユニットＵａのセルスタック１ａを加熱する電熱ヒータＨａに接続されている。
なお、図１に示す三方弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ａ、Ｖ２ｂは、ＯＮ−ＯＦＦの方向切替弁としてのみ作用するものではなく、流量調整機能も有する様に構成されている。
【００３６】
次に、図２及び図３を参照して、稼動中の燃料電池装置の燃料極からの排ガスの流れ、特に、待機中の燃料電池装置の燃料極に供給する流れの説明及び、両方の燃料電池装置が稼動する場合について説明する。
【００３７】
先ず、Ｂ側のユニットＵｂが待機中でＡ側のユニットＵａを稼動する場合について図２を参照して説明する。
尚、図中、作動中の機器及びラインは太線で示し、便宜上、待機中のユニット（Ｂ側のユニットＵｂ）で非作動のラインに関しては矢印を省略して示す。
【００３８】
Ａ側のユニットＵａが稼動中であり、このとき、Ａ側の第１切換弁Ｖ１ａの図示のＰ１ポートを閉じた状態に保ち、第２の切換弁Ｖ２ａの図示のＰ２ポートを閉じた状態とする。以降、切換弁Ｖ１ａ、Ｖ２ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ｂにおいて黒く塗り潰したポートは開放状態を、白抜きのポートは閉鎖状態を示す。
【００３９】
一方、Ｂ側の第１切換弁Ｖ１ｂの図示のＰ３ポートを閉じた状態に保ち、第２の切換弁Ｖ２ｂの図示のＰ３ポートを閉じた状態とする。
【００４０】
Ａ側のユニットＵａの燃料極１２ａから排出された凡そ８００℃の熱エネルギを有する排ガスは排ガスラインＥ１ａを流過し、燃料用熱交換器６ａで熱交換を行い熱エネルギを消費する。そして、排ガスラインＥ１ａはラインＥ２ａとラインＥ３ａとに分岐し、排ガスラインＥ２ａを流れる排ガスは改質器５ａ側に戻され、再利用される。一方、排ガスラインＥ３ａを流れる排ガスは、第２の切換弁Ｖ１ａ（Ｐ１→Ｐ３）を介して、排ガスラインＥ５ａに至る。
【００４１】
Ｂ側のユニットＵｂの第２の切換弁のポートＰ３が閉じているので、排ガスラインＥ５ａから先はバイパスラインＥａｂを流過する。更に、Ａ側のユニットＵａの第１の切換弁Ｖ１ａのポートＰ１が閉じているので、バイパスラインＥａｂから先は、Ａ側ユニットの排ガスラインＥ６ａには至らず、Ｂ側ユニットの排ガスラインＥ６ｂを経由して、Ｂ側のユニットの第１の切換弁Ｖ１ｂのポートＰ１経由でＢ側ユニットの燃料極１１ｂに流入する。
【００４２】
従って、待機中であるにも拘らず、Ｂ側のユニットＵｂの燃料電池１ｂは、かかる排熱によって加熱保温され、スタンバイ状態が維持される。
【００４３】
又、上述した方法ではＢ側のセルスタック１ｂを十分に加熱出来ない場合、Ａ側のユニットＵａのセルスタック１ａで発電された電力の一部をワイヤーＷａを介してＢ側のユニットＵｂのセルスタック１ｂを加熱する電熱ヒータＨｂに送り、その電熱ヒータＨｂによってＢ側のユニットＵｂのセルスタック１ｂを加熱すればよい。
【００４４】
ここで、稼動中の燃料電池装置の燃料極からの排ガスにより、待機中の燃料電池装置のセルスタックをどの程度まで加熱するのかについて、換言すれば、待機中の燃料電池装置セルスタックの断熱壁からの放熱と、稼動中の燃料電池装置の燃料極からの排ガスによる供給熱量とがバランスする温度（平衡温度）について、具体例に沿って以下で説明する。
【００４５】
発電容量が６ｋＷのセルスタックのサイズを求める。
先ず、セルの単位面積あたりの電力を０．２Ｗ／ｃｍ２とし、
１枚のセルを１０ｃｍ角としてセル１枚あたりの電力Ｅを求める。
即ち、
Ｅ＝０.２［Ｗ／ｃｍ２］×１００ｃｍ２＝２０［Ｗ］
このとき、周囲のマニフォールド部を考慮すると、サイズは２００ｍｍ×２００ｍｍ×４ｍｍである。
１ｋＷとするには、１［ｋＷ］＝２０［Ｗ］×５０［段］であるので、上記２０Ｗのセルが５０段必要となる。
従って、６ｋＷでは１ｋＷのセルスタックが６個必要となり、スペース効率を考慮して２×３で配置する。
即ち、６［ｋＷ］＝１［ｋＷ］×２［列］×３［個］
６ｋＷのセルスタックトータルのサイズは４００ｍｍ×６００×２５０と仮定する。
【００４６】
次に、断熱材からの放熱量を以下の容量で求める。
断熱ルームからの放熱量Ｑｏｕｔを以下の計算式より求める。
Ｑｏｕｔ＝λ・Ａ・ΔＴ／δ
ここで、λ：熱伝導率、Ａ：断熱面積、ΔＴ：温度差、δ：断熱材厚み、である。
断熱材として、一般的に用いられるセラミックボードを仮定し、前出の６ｋＷセルスタックを収める断熱材の上記各定数を以下のように設定する。
λ＝０．２［Ｗ／ｍＫ］
Ａ＝１．１３５［ｍ２］
δ＝０．２５［ｍ］
温度さΔＴにおける放熱量は、以下のように求められる。
Ｑｏｕｔ［Ｗ］＝０．２×（１．１３５／０．２５）×ΔＴ＝０．９×ΔＴ
【００４７】
次に排ガスによる入熱量Ｑｉｎを以下の要領で求める。
稼動中のセルスタックからの排熱による入熱量を以下の計算式により計算する。
Ｑｉｎ＝ｍ・Ｃｐ・ΔＴ
ここで、ｍ：質量流量、ＣＰ：定圧比熱、ΔＴ：温度差、である。
セルスタックから得られる排熱は図示しないデータより、以下のようなものである。
ｍ＝５４．５［ｇ／ｍｉｎ］＝０．９０８［ｇ／ｓ］
Ｃｐ＝１．４７［ｋＪ／ｋｇＫ］
Ｔ＝６２０［℃］  但しＴは排ガスの温度
従って、得られる入熱量Ｑｉｎは以下のとおりである。
Ｑｉｎ＝１．３３×ΔＴ
【００４８】
最後に熱平衡（平衡温度）を求める。
断熱壁からの放熱量と排ガスからの入熱量がバランスする温度（平衡温度）Ｔｂを求める。
例えば、周囲の温度を２５℃とすると、平衡温度Ｔｂは以下のようになる。
０．９×（Ｔｂ−２５）＝１．３３×（６２０−Ｔｂ）
従って、Ｔｂ＝３８０［℃］
以上の関係から、セルスタックに必要な熱量が５００℃の場合、付加する電熱ヒータの熱量Ｑｈは
放熱量Ｑｏｕｔ：０．９×（５００−２５）＝４２７．５［Ｗ］
入熱量Ｑｉｎ：１．３３×（６２０−５００）＝１５９．６［Ｗ］から、
電熱ヒータ付加熱量Ｑｈ：＝Ｑｏｕｔ−Ｑｉｎ
＝４２７．５−１５９．６≒２６８［Ｗ］
同様に、セルスタック温度を７００℃に維持する場合、付加する電熱ヒータの
熱量Ｑｈは
放熱量Ｑｏｕｔ：０．９×（７００−２５）＝６０７．５［Ｗ］
電熱ヒータ付加熱量Ｑｈ：Ｑｈ≒６０８［Ｗ］
因みに、断熱材として超低伝導率断熱材（λ＝０．０３［Ｗ／ｍＫ］）を用いた場合の平衡温度Ｔｂは以下のようになる。
０．１４×（Ｔｂ−２５）＝１．３３×（６２０−Ｔｂ）
従ってＴｂ＝５６３［℃］
【００４９】
図２は、Ｂ側のユニットＵｂが待機中でＡ側のユニットＵａを稼動する場合について説明した作動図であった。
これに対して図３は、Ａ側のユニットＵａが待機中でＢ側のユニットＵｂを稼動する場合について説明した作動図である。実質的にはＡ側のユニットをＢ側のユニットに置き換えたのみであり、以降の説明は省略する。
【００５０】
又、両方の燃料電池装置が稼動する場合については、Ａ側、Ｂ側友に第１の切換弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂは少なくともＰ２、Ｐ３ポートを開放し、第２の切換弁Ｖ２ａ、Ｖ２ｂのＰ３ポートを閉鎖すればよい。
【００５１】
次に、図４〜図６を参照して第２実施形態を説明する。
図１〜図３の第１実施形態では、燃料極からの排ガスがバイパス回路を含む配管系（待機中の燃料電池装置の燃料極に高温排ガスを供給するための配管系）へ分岐する箇所が、燃料極に供給される供給燃料を予熱するための熱交換器（燃料用熱交換器）６ａ、６ｂの下流側（改質器５ａ、５ｂに供給される側）であるのに対して、図４〜図６の第２実施形態では、当該熱交換器６ａ、６ｂの上流側（稼動中の燃料電池装置のセルスタックに近い側）で分岐する実施形態である。
【００５２】
以下、図４を参照して第２実施形態の構成を説明する。尚、排気ラインの構成及び２個の切換弁の介装位置を除いては、実質的に各機器は第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同様の機器を省略して、排気ラインの構成及び２個の切換弁及びその介装位置等について以下に説明する。又、第１実施形態と同様の各機器については第１実施形態と同様の符号を付す。
【００５３】
全体を符号１０２で示す燃料電池システムは、２台の燃料電池ユニット、２Ｕａ（Ａ側のユニット）と２Ｕｂ（Ｂ側のユニット）とを有している。
【００５４】
Ａ側の燃料電池ユニット２Ｕａ、及びＢ側の燃料電池ユニット２Ｕｂの構成機器類は、夫々第１実施形態のユニットＵａ、Ｕｂの構成機器と同様である。
【００５５】
前記空気極１１ａからの排出空気ラインとして、排出空気ラインＬ１１ａが空気極１１ａから前記空気用熱交換器３ａの第２の熱交換器３２ａと酸化触媒チャンバ３３ａを経由して、後述する排ガスラインＥ７ａに接続されている。
【００５６】
燃料供給系は、先ず、例えば都市ガス（１３Ａ）を前記脱硫器４ａに取り込む。脱硫器４ａと改質器（予備改質器）５ａとは燃料供給ラインＦ１ａによって、改質器（予備改質器）５ａと燃料用熱交換器６ａとは燃料供給ラインＦ２ａによって、又、燃料用熱交換器６ａとセルスタック１ａの燃料極１２ａとは第１の切換弁Ｖ３ａを介装した燃料供給ラインＦ３ａによって夫々連通している。
【００５７】
前記燃料極１２ａからの排ガスラインとして、一端が燃料極１２ｂに接続され第２の切換弁Ｖ４ａを介装した排ガスラインＥ１ａは、前記燃料用熱交換器６ａで、供給燃料に熱を与えた後、排ガスラインＥ２ａとＥ７ａとに分岐する。
【００５８】
排ガスラインＥ２ａは脱硫器４ａと改質器５ａとを連通する前記燃料供給ラインＦ１ａに接続され、供給燃料を加熱する為に再利用される。
【００５９】
前記排ガスラインＥ７ａは前記空気用熱交換器３ａの酸化触媒チャンバ３３ａから第１の熱交換器３１ａを経由した後に、排ガスに所定の処理を施して大気中に排出する。尚、前述したように、排ガスラインＥ７ａには排出空気ラインＬ１１ａが接続されている。
【００６０】
前記第１の切換弁Ｖ３ａの図示のＰ１ポートと第２の切換弁Ｖ４ａの図示のＰ１ポートとは排ガスラインＥ８ａで連通されている。その排ガスラインＥ８ａにはバイパス回路Ｅａｂの一端が接続される。
【００６１】
燃料用熱交換器内６ａでは、供給用の燃料ガスから生成された供給燃料が、セルスタック１ａの燃料極１２ａから排出され、前記第２の切換弁Ｖ４ａの図示のＰ２ポートからＰ３ポートを経由して流入した高温の排気ガスによって昇温される。
【００６２】
そして昇温された供給燃料は第１の切換弁Ｖ３ａを経由して（ポートＰ３→ポートＰ２）燃料極１２ａに流入し、前述の空気極１１ａに供給された後、空気中の酸素Ｏ２と反応することで発電が行われる。
【００６３】
Ｂ側の燃料電池ユニット２Ｕｂは、前述のＡ側の燃料電池ユニット２Ｕａと実質的に全く同様な機器によって構成されている。
第１実施形態と同様に、Ｂ側の燃料電池ユニット２Ｕｂの各機器の符号の末尾にｂを付して、Ａ側の燃料電池ユニット２Ｕａの機器類（末尾にａを付した）と識別する。
【００６４】
前記バイパス回路Ｅａｂの他端は、前記Ｂ側の燃料電池ユニット２Ｕｂの排気ラインＥ８ｂに接続されている。
なお、図４に示す三方弁Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ、Ｖ４ａ、Ｖ４ｂは、ＯＮ−ＯＦＦの方向切替弁としてのみ作用するものではなく、流量調整機能も有する様に構成されている。
【００６５】
次に、図５及び図６を参照して、稼動中の燃料電池装置の燃料極からの排ガスの流れ、特に、待機中の燃料電池装置の燃料極に供給する流れの説明及び、両方の燃料電池装置が稼動する場合について説明する。
【００６６】
先ず、Ｂ側のユニット２Ｕｂが待機中でＡ側のユニット２Ｕａを稼動する場合について図５を参照して説明する。
尚、図中、作動中の機器及びラインは太線で示し、便宜上、待機中のユニット（Ｂ側のユニット２Ｕｂ）で非作動のラインに関しては矢印を省略して示す。
【００６７】
Ａ側のユニット２Ｕａが稼動中であり、このとき、Ａ側の第１切換弁Ｖ３ａの図示のＰ１ポートを閉じた状態に保ち、同第２の切換弁Ｖ４ａの全ポートＰ１〜Ｐ３ポートを開いた状態とする。
【００６８】
一方、Ｂ側の第１切換弁Ｖ３ｂの図示のＰ３ポートを閉じた状態に保ち、同第２の切換弁Ｖ４ｂの図示のＰ１ポートを閉じた状態とする。
【００６９】
Ａ側のユニット２Ｕａの燃料極１２ａから排出された凡そ８００℃の熱エネルギを有する排ガスは排ガスラインＥ１ａに介装された第２の切換弁Ｖ４ｂ（のポートＰ３）を経由した後、１部が燃料用熱交換器６ａで熱エネルギを消費され、その後、排ガスラインＥ２ａを介して再び改質器５ａ側に戻される。
残りの排ガスは、排ガスライン（分岐ライン）Ｅ７ａを介して、大気に排出される。
【００７０】
前記Ａ側の第２の切換弁Ｖ４ａのＰ１ポートから流出した排気ガスは、Ａ側のユニット２Ｕａの第１の切換弁Ｖ３ａのポートＰ１が閉じているので、Ａ側の燃料供給ラインＦ３ａには流入することなく、Ｂ側の排ガスラインＥ８ｂに流入する。
【００７１】
一方、Ｂ側第２切換弁Ｖ４ｂのＰ１ポートが閉じているので、Ｂ側の排ガスラインＥ８ｂに流入した排ガスはB側の第１切換弁Ｖ３ｂに至る。B側の第１切換弁Ｖ３ｂでは図示のＰ３ポートが閉じているので、同切換弁Ｖ３ｂを通過した排ガスはＰ２ＰポートからＢ側のセルスタック１Ｂの燃料極１２ｂに流入する。
【００７２】
従って、Ｂ側のユニット２Ｕｂが待機中であるにも拘らず、Ｂ側のユニット２Ｕｂの燃料電池１ｂは、常時Ａ側ユニット２Ｕａの排熱によって加熱保温され、スタンバイ状態が維持される。
【００７３】
又、上述した方法ではＢ側のセルスタック１ｂを十分に加熱できない場合、Ａ側のユニット２Ｕａのセルスタック１ａで発電された電力の一部をワイヤーＷａを介してＢ側のユニット２Ｕｂのセルスタック１ｂを加熱する電熱ヒータＨｂに送り、その電熱ヒータＨｂによってＢ側のユニット２Ｕｂのセルスタック１ｂを加熱すればよい。
【００７４】
当該熱交換器（燃料用熱交換器）６ａで降温する以前の高温排ガスが待機中の燃料電池ユニット１ｂに供給されることによるメリットを享受できる。但し、熱バランス如何によっては、熱交換器（燃料用熱交換器）６ａの下流側（改質器に供給される側）から分岐した方が好適な場合がある。
【００７５】
図５は、Ｂ側のユニット２Ｕｂが待機中でＡ側のユニット２Ｕａを稼動する場合について説明した作動図であった。
これに対して図６は、Ａ側のユニット２Ｕａが待機中でＢ側のユニット２Ｕｂを稼動する場合について説明した作動図である。実質的にはＡ側のユニットをＢ側のユニットに置き換えたのみであり、以降の説明は省略する。
【００７６】
又、両方の燃料電池装置が稼動する場合は、少なくともＡ側、Ｂ側友に第２の切換弁Ｖ４ａ、Ｖ４ｂのポートＰ１を閉じればよい。
【００７７】
次に図７〜図９を参照して、第３実施形態（システム全体は符号１０３）を説明する。
図７〜図９の第３実施形態は、図１４で示す様に、燃料極１２の排ガスの全量を排ガスラインＥ９によって送り、排ガスが保有する熱量を燃料ガス供給ラインＦ１、Ｆ２、Ｆ１ａ、Ｆ２ａを流れる燃料ガスに投入する（或いは熱交換する）タイプの実施形態である。
ここで、図１３で示すタイプの燃料電池装置では、燃料をリサイクルするシステムを採用しており、図１４で示すタイプの燃料電池装置はいわゆる「１パス」タイプのシステムを採用している。
図１３で示すリサイクルするシステムでは排ガス中に水蒸気が含まれており、その水蒸気を用いることが出来るが、図１４で示す様な「１パス」タイプのシステムでは予備改質器５に対して、外部から水蒸気を供給する必要がある。そのため、図７〜図９の第３実施形態の様に、図１４で示す様な「１パス」タイプのシステムでは水ポンプ７が設けられており、排ガスが保有する熱量を用いて燃料ガスへ水蒸気を供給している。
【００７８】
以下、図７を参照して第３実施形態の構成を説明する。
尚、図７〜図９の第３実施形態は、以下の点が図４〜図６の第２実施形態と異なる。
即ち、燃料極を出た排気ラインの経路が異なる点と、改質器前の燃料供給ラインにおいて、水ポンプによって供給燃料に水を加える点である。以下に、第２実施形態と異なる点について説明する。又、説明に際しては、第１実施形態および第２実施形態と同様に、Ａ側のユニット３ＵａとＢ側のユニット３Ｕｂの内、特にＡ側のユニット３Ｕａに関して重点的に説明する。
【００７９】
図７において、図４〜図６の第２実施形態に対して追加される機器は水ポンプ７である。その水ポンプ７からは給水ラインＬｗが燃料供給ラインＦ１ａに接続されている。
【００８０】
一方、排ガスラインは、燃料電池１ａの燃料極１２ａから排ガスラインＥ１ａを介して流出した排ガスは、一旦燃料用熱交換器６ａ内を通過した後に排ガスラインＥ９ａに接続される。その排ガスラインＥ９ａは空気用熱交換器３ａ内を通り、更に、改質器５ａ内及び給水ポンプ７ａ内を挿通した後、図示しない手段で無害化処理され大気中に排気ガスを排出するように構成されている。
従って、改質器５ａに排熱を送り、更に水ポンプ７ａ内では燃料供給ラインＦ１ａ〜Ｆ２ａを流過する燃料を加熱するために、水ポンプ７ａ内において給水に排熱を与える。
【００８１】
以上の点を除いては図４〜図６の第２実施形態と同様なため、構成に関する以降の説明を省略する。
なお、図７に示す三方弁Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ、Ｖ４ａ、Ｖ４ｂも、ＯＮ−ＯＦＦの方向切替弁としてのみ作用するものではなく、流量調整機能も有する様に構成されている。
【００８２】
次に、図８及び図９を参照して稼動中の燃料電池装置の燃料極からの排ガスの流れ、特に、待機中の燃料電池装置の燃料極に供給する流れの説明について説明する。
【００８３】
先ず、Ｂ側のユニット３Ｕｂが待機中でＡ側のユニット３Ｕａを稼動する場合について図８を参照して説明する。
尚、図中、作動中の機器及びラインは太線で示し、便宜上、待機中のユニット（Ｂ側のユニット３Ｕｂ）で非作動のラインに関しては矢印を省略して示す。
【００８４】
Ａ側のユニット３Ｕａが稼動中であり、このとき、Ａ側の第１切換弁Ｖ３ａの図示のＰ１ポートを閉じた状態に保ち、同第２の切換弁Ｖ４ａの全ポートＰ１〜Ｐ３ポートを開いた状態とする。
【００８５】
一方、Ｂ側の第１切換弁Ｖ３ｂの図示のＰ３ポートを閉じた状態に保ち、同第２の切換弁Ｖ４ｂの図示のＰ１ポートを閉じた状態とする。
【００８６】
Ａ側のユニット３Ｕａの燃料極１２ａから排出された凡そ８００℃の熱エネルギを有する排ガスは排ガスラインＥ１ａに介装された第２の切換弁Ｖ４ｂ（のポートＰ３）を経由した後、燃料用熱交換器６ａで熱エネルギを供給燃料に与える。
【００８７】
次に排ガスラインＥ９ａでは、排気ガスは空気用熱交換器３ａにおいて供給空気に熱エネルギを与え、さらに、改質器５ａ内で供給燃料に熱エネルギを与えた後、前述の給水ポンプ７ａに熱エネルギを与える。
給水ポンプ７ａに熱エネルギを付与した後、図示しない手段で無害化処理された排気ガスは大気中に排出される。
【００８８】
前記Ａ側の第２の切換弁Ｖ４ａのＰ１ポートから流出した排気ガスの一部は、Ａ側のユニット３Ｕａの第１の切換弁Ｖ３ａのポートＰ１が閉じているので、Ａ側の燃料供給ラインには流入することなく、バイパスラインＥａｂを介してＢ側の排ガスラインＥ８ｂに流入する。
【００８９】
一方、Ｂ側第２切換弁Ｖ４ｂのＰ１ポートが閉じているので、Ｂ側の排ガスラインＥ８ｂに流入した排ガスはB側の第１切換弁Ｖ３ｂに至る。B側の第１切換弁Ｖ３ｂでは図示のＰ３ポートが閉じているので、同切換弁Ｖ３ｂを通過した排ガスはＰ２ポートを経由して、Ｂ側のセルスタック１Ｂの燃料極１２ｂに流入する。
【００９０】
従って、Ｂ側のユニット３Ｕｂが待機中であるにも拘らず、Ｂ側のユニット３Ｕｂの燃料電池１ｂは、常時Ａ側ユニット３Ｕａの排熱によって加熱保温され、スタンバイ状態が維持される。
【００９１】
又、上述した方法ではＢ側のセルスタック１ｂを十分に加熱できない場合、Ａ側のユニット３Ｕａのセルスタック１ａで発電された電力の一部をワイヤーＷａを介してＢ側のユニット３Ｕｂのセルスタック１ｂを加熱する電熱ヒータＨｂに送り、その電熱ヒータＨｂによってＢ側のユニット３Ｕｂのセルスタック１ｂを加熱すればよい。
【００９２】
図８は、Ｂ側のユニット３Ｕｂが待機中でＡ側のユニット３Ｕａを稼動する場合について説明した作動図であった。
これに対して図９は、Ａ側のユニット３Ｕａが待機中でＢ側のユニット３Ｕｂを稼動する場合について説明した作動図である。実質的にはＡ側のユニットをＢ側のユニットに置き換えたのみであり、以降の説明は省略する。
【００９３】
次に図１０〜図１２を参照して、第４実施形態を説明する。
図７〜図９の第３実施形態では、燃料極からの排ガスがバイパス回路を含む配管系（待機中の燃料電池装置の燃料極に高温排ガスを供給するための配管系）へ分岐する箇所が、燃料極に供給される供給燃料を予熱するための熱交換器（燃料用ＨＥＸ）の上流側（稼動中の燃料電池装置のセルスタックに近い側）であった。
それに対して、図１０〜図１２の第４実施形態では、当該熱交換器の下流側（改質器に供給される側）で分岐する実施形態である。
熱バランス如何によっては、こちらの方が好適な場合がある。勿論、待機中の燃料電池装置の燃料極に供給される排ガス温度が高温であるほうが良い場合もある。
【００９４】
図１０を参照して第４実施形態（システム全体は符号１０４）の構成を説明する。
尚、図１０〜図１２の第４実施形態は、以下の点が図７〜図９の第３実施形態と異なる。
即ち、燃料極を出た排気ラインにおいて第２の切換弁の介装位置が異なる。以下に、第３実施形態と異なる点について説明する。又、説明に際しては、第１実施形態および第２実施形態と同様に、Ａ側のユニット４ＵａとＢ側のユニット４Ｕｂの内、特にＡ側のユニット４Ｕａを重点的に説明する。
【００９５】
Ａ側のユニット４Ｕａの第２の切換弁Ｖ５ａは、排ガスラインＥ９ａにおける空気用熱交換器３ａと改質器５ａとの間の領域に介装されている。
【００９６】
前記切換弁Ｖ５ａの図示のポートＰ１からは排ガスラインＥ１０ａを経由してバイパスラインＥａｂに接続される。そのバイパスラインＥａｂは排ガスラインＥ１１ａと排ガスラインＥ１１ｂとに分岐する。
そして、排ガスラインＥ１１ａはＡ側ユニット４Ｕａの燃料供給ラインＦ３ａに介装された第１の切換弁Ｖ３ａのポートＰ１に接続され、一方、排ガスラインＥ１１ｂはＢ側ユニット４Ｕｂの燃料供給ラインＦ３ｂに介装された第１の切換弁Ｖ３ｂのポートＰ１に接続されている。
【００９７】
他方、Ｂ側のユニット４Ｕｂの第２の切換弁Ｖ５ｂは、排ガスラインＥ９ｂにおける空気用熱交換器３ｂと改質器５ｂとの間の領域に介装されている。
そして、前記切換弁Ｖ５ｂの図示のポートＰ１からは排ガスラインＥ１０ｂを経由してバイパスラインＥａｂに接続される。
なお、図１０に示す三方弁Ｖ３ａ、Ｖ３ｂ、Ｖ４ａ、Ｖ４ｂも、ＯＮ−ＯＦＦの方向切替弁としてのみ作用するものではなく、流量調整機能も有する様に構成されている。
【００９８】
次に、図１１及び図１２を参照して稼動中の燃料電池装置の燃料極からの排ガスの流れ、特に、待機中の燃料電池装置の燃料極に供給する流れの説明について説明する。
【００９９】
先ず、Ｂ側のユニット４Ｕｂが待機中でＡ側のユニット４Ｕａを稼動する場合について図１１を参照して説明する。
尚、図中、作動中の機器及びラインは太線で示し、便宜上、待機中のユニット（Ｂ側のユニット４Ｕｂ）で非作動のラインに関しては矢印を省略して示す。
【０１００】
Ａ側のユニット４Ｕａが稼動中であり、このとき、Ａ側の第１切換弁Ｖ３ａの図示のＰ１ポートを閉じた状態に保ち、同第２の切換弁Ｖ５ａの全ポートＰ１〜Ｐ３ポートを開いた状態とする。
【０１０１】
一方、Ｂ側の第１切換弁Ｖ３ｂの図示のＰ３ポートを閉じた状態に保ち、同第２の切換弁Ｖ５ｂの図示のＰ１ポートを閉じた状態とする。
【０１０２】
Ａ側のユニット４Ｕａの燃料極１２ａから排出された凡そ８００℃の熱エネルギを有する排ガスは排ガスラインＥ１ａを経由し、燃料用熱交換器６ａで熱エネルギを供給空気に与える。
【０１０３】
次に排ガスラインＥ９ａでは、排気ガスは空気用熱交換器３ａにおいて供給空気に熱エネルギを与え、さらに、同ラインＥ９２に介装された第２の切換弁Ｖ５ａで一部が改質器５ａ内に送られ、改質器５ａ内で供給燃料に熱エネルギを与えた後、前述の給水ポンプ７ａに熱エネルギを与える。
給水ポンプ７ａに熱エネルギを付与した後、図示しない手段で無害化処理された排気ガスは大気中に排出される。
【０１０４】
他方、前記Ａ側の第２の切換弁Ｖ５ａのＰ１ポートから流出した排気ガスは、排ガスラインＥ１０ａ、バイパスラインＥａｂ及び排ガスラインＥ１１ｂを経由して、Ｂ側ユニットの第１切換弁Ｖ３ｂに至り、更にＢ側のユニット４Ｕａの燃料極１１ｂに流入する。
ここで、Ｂ側の第２切換弁Ｖ５ｂのポートＰ１は閉じているためにB側の排気ラインＥ９ｂには排気ガスは進入しない。又、Ａ側の第１の切換弁Ｖ３ａのポートＰ１が閉じているので、Ａ側の燃料供給ラインＦ３aにも流入することはない。更に、Ｂ側の第１の切換弁Ｖ３ｂのポートＰ３が閉じているため、Ｂ側の燃料供給ラインＦ３ｂを排気ガスが逆流することもない。
【０１０５】
上述したように、Ｂ側のユニット４Ｕｂが待機中であるにも拘らず、Ｂ側のユニット４Ｕｂの燃料電池１ｂは、常時Ａ側ユニット４Ｕａの排熱によって加熱保温され、スタンバイ状態が維持される。
【０１０６】
又、上述した方法ではＢ側のセルスタック１ｂを十分に加熱できない場合、Ａ側のユニット４Ｕａのセルスタック１ａで発電された電力の一部をワイヤーＷａを介してＢ側のユニット４Ｕｂのセルスタック１ｂを加熱する電熱ヒータＨｂに送り、その電熱ヒータＨｂによってＢ側のユニット４Ｕｂのセルスタック１ｂを加熱すればよい。
【０１０７】
図１１は、Ｂ側のユニット４Ｕｂが待機中でＡ側のユニット４Ｕａを稼動する場合について説明した作動図であった。
これに対して図１２は、Ａ側のユニット４Ｕａが待機中でＢ側のユニット４Ｕｂを稼動する場合について説明した作動図である。実質的にはＡ側のユニットをＢ側のユニットに置き換えたのみであり、以降の説明は省略する。
【０１０８】
図１５は本発明の第５実施形態を示している。
図１〜図１４を参照して説明した実施形態では、何れも、１つのセルスタックを有している燃料電池装置（ユニット）を複数組み合わせた燃料電池システムに対して、本発明を適用した場合を示している。それに対して、図１５で示す第５実施形態では、単一の燃料電池装置（ユニット）が、複数のセルスタックを有している燃料電池システムについて、本発明を適用した場合を示している。
【０１０９】
図１５において、全体を符号Ｕｃで示す燃料電池ユニットは、２個のセルスタック１ｃ、１ｄを備えており、セルスタック１ｃ、１ｄは、それぞれ、空気極１１ｃ、燃料極１２ｃ或いは空気極１１ｄ、燃料極１２ｄを具備している。
燃料極１２ｃ、１２ｄからの排ガスは、それぞれ、ラインＥ１ｃ、Ｅ１ｄを流れ、三方弁Ｖ５ｃ、Ｖ５ｄでその一部或いは全部がバイパス回路Ｅｃｄを流れて、他のセルスタックの燃料極へ向かい、残りはラインＥ２ｃ、Ｅ２ｄを流れて合流点Ｇｃで合流し、排ガスラインＥ３ｃｄを流れる。
【０１１０】
燃料極１２ｃ、１２ｄへ供給される燃料ガスは燃料供給ラインＦ１ｃｄを流れ、分岐点Ｂｃでセルスタック１ｃへ向かうラインＦ２ｃとセルスタック１ｄへ向かうラインＦ２ｄに分岐する。そして、三方弁Ｖ６ｃ、Ｖ６ｄ及び燃料供給ラインラインＦ３ｃ、Ｆ３ｄを介してセルスタック１ｃ、１ｄへ燃料ガスを供給する。
ここで、三方弁Ｖ６ｃ、Ｖ６ｄはバイパス回路Ｅｃｄに連通しているので、稼動していないセルスタックの燃料極には、バイパス回路Ｅｃｄを流れる排ガス（稼動しているセルスタックの燃料極からの排ガス）が当該三方弁Ｖ６ｃ、Ｖ６ｄを流過する。そして、稼動していないセルスタックの燃料極には、それに連通する燃料供給ライン（Ｆ３ｃ、Ｆ３ｄの何れか一方）を介して、稼動中のセルスタック燃料極からの排ガスが供給されるのである。
【０１１１】
稼動中のセルスタック燃料極から高温の排ガスが供給される結果、非稼動状態のセルスタックの燃料極は高温状態が維持される。
図１５の第５実施形態の作用効果については、複数の燃料電池装置（ユニットＵａ、Ｕｂ）を有する実施形態について上述したのと、特に図４〜図６で説明したのと同様である。
また、図１５では、燃料供給ラインＦ１ｃｄの上流側（燃料ガス供給源側）及び排ガスラインＥ３ｃｄの下流側（セルスタックから離れる側）の構成が示されていないが、これは、図１〜図１４で示すのと同様である。換言すると、図１５で明示されていない構成については、図１〜図１４と同様である。
【０１１２】
なお、図１５に示す三方弁Ｖ５ｃ、Ｖ５ｄ、Ｖ６ｃ、Ｖ６ｄは、ＯＮ−ＯＦＦの方向切替弁としてのみ作用するものではなく、流量調整機能も有する様に構成されている。
【０１１３】
図１６は本発明の第６実施形態を示している。
図１〜図１５の第１〜第５実施形態では、稼動中の燃料電池の燃料極１２ａ又は１２ｂからの排ガスが、待機中の燃料電池の燃料極１２ｂ又は１２ａに供給されている。
これに対して、図１６の第６実施形態では、稼動中の燃料電池の空気極１１ａ又は１１ｂからの排ガスが、待機中の燃料電池の空気極１１ｂ又は１１ａに供給されている。
【０１１４】
図１６において、空気極１１ａ、１１ｂに空気を供給するラインＬ２ａ、Ｌ２ｂには、それぞれ三方弁（或いは切換弁）Ｖ２ａ、Ｖ２ｂが介装されている。そして、空気極１１ａ、１１ｂからの排ガスラインＬ１１ａ、Ｌ１１ｂにも、それぞれ三方弁（或いは切換弁）Ｖ１１ａ、Ｖ１１ｂが介装されている。
Ａ側ユニット３ＵａのラインＬ２ａに介装された切換弁Ｖ２ａと、ラインＬ１１ａに介装された切換弁Ｖ１１ａとは、図１６では２点鎖線で示すバイパス回路ＥＡａｂにより、Ｂ側ユニット３ＵｂのラインＬ２ｂに介装された切換弁Ｖ２ｂと、ラインＬ１１ｂに介装された切換弁Ｖ１１ｂとに連通されている。
【０１１５】
Ａ側ユニット３Ｕａが稼動状態で、Ｂ側ユニット３Ｕｂが待機状態であれば、セルスタック１ａの空気極１１ａからの排ガスは（或いはその一部は）、排ガスラインＬ１１ａ、切換弁Ｖ１１ａ、バイパス回路ＥＡａｂ、切換弁Ｖ２ｂ、空気供給ラインＬ２ｂを経由して、待機中のセルスタック１ｂの空気極１１ｂに投入されて、加熱する。
一方、Ｂ側ユニット３Ｕｂが稼動状態で、Ａ側ユニット３Ｕａが待機状態であれば、セルスタック１ｂの空気極１１ｂからの排ガス（或いはその一部）は、排ガスラインＬ１１ｂ、切換弁Ｖ１１ｂ、バイパス回路ＥＡａｂ、切換弁Ｖ２ａ、空気供給ラインＬ２ａを経由して、待機中のセルスタック１ａの空気極１１ａに投入されて、加熱する。
【０１１６】
図１６の実施形態におけるその他の構成、作用効果は、図７〜図９の第３実施形態と同様である。
図示はされていないが、第３実施形態以外の実施形態（第１、第２、第４、第５実施形態）においても、稼動中の燃料電池の空気極１１ａ又は１１ｂからの排ガスを、待機中の燃料電池の空気極１１ｂ又は１１ａに供給可能に構成することが出来る。
【０１１７】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、図示の実施形態では稼動中と待機中の燃料電池装置がそれぞれ１台ずつ設けられているが、稼動中の１台の燃料電池装置と複数台の待機中の燃料電池装置とをバイパス回路を含む配管系で結合しても良いし、或いは、稼動中の複数台の燃料電池装置と待機中の複数台の燃料電池装置とをバイパス回路を含む配管系で結合しても良い。
【０１１８】
また、燃料極の排ガスの１部を系外に排出するタイプにおいて、改質器（予備改質器）で利用される量は、全体の７０％に限定されるものではない。
さらに、図示の実施形態では予備改質器５を備えたシステムについて説明しているが、セルスタック側で炭素原子を２個以上有する成分を許容できるのであれば、予備改質器５を省略することが出来る。
【０１１９】
それに加えて、供給燃料及び空気の加熱方法（熱交換器）についても、図示の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の第１実施形態を説明する燃料電池システムの全体構成を説明するブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態においてＡ側のユニットを稼動し、Ｂ側のユニットを待機させた場合の作動状態を説明する状態図。
【図３】本発明の第１実施形態においてＢ側のユニットを稼動し、Ａ側のユニットを待機させた場合の作動状態を説明する状態図。
【図４】本発明の第２実施形態を説明する燃料電池システムの全体構成を説明するブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態においてＡ側のユニットを稼動し、Ｂ側のユニットを待機させた場合の作動状態を説明する状態図。
【図６】本発明の第２実施形態においてＢ側のユニットを稼動し、Ａ側のユニットを待機させた場合の作動状態を説明する状態図。
【図７】本発明の第３実施形態を説明する燃料電池システムの全体構成を説明するブロック図。
【図８】本発明の第３実施形態においてＡ側のユニットを稼動し、Ｂ側のユニットを待機させた場合の作動状態を説明する状態図。
【図９】本発明の第３実施形態においてＢ側のユニットを稼動し、Ａ側のユニットを待機させた場合の作動状態を説明する状態図。
【図１０】本発明の第４実施形態を説明する燃料電池システムの全体構成を説明するブロック図。
【図１１】本発明の第４実施形態においてＡ側のユニットを稼動し、Ｂ側のユニットを待機させた場合の作動状態を説明する状態図。
【図１２】本発明の第４実施形態においてＢ側のユニットを稼動し、Ａ側のユニットを待機させた場合の作動状態を説明する状態図。
【図１３】１台のセルスタック（フューエルセル）の場合の燃料電池システムの構成の１例を説明するブロック図。
【図１４】１台のセルスタック（フューエルセル）の場合の燃料電池システムの構成の他の例を説明するブロック図。
【図１５】本発明の第５実施形態の要部を示すブロック図。
【図１６】本発明の第６実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
【０１２１】
１ａ、１ｂ・・・セルスタック
２ａ、２ｂ・・・空気ブロア
３ａ、３ｂ・・・空気用熱交換器
４ａ、４ｂ・・・脱硫器
５ａ、５ｂ・・・改質器
６ａ、６ｂ・・・燃料用熱交換器
７ａ、７ｂ・・・水ポンプ
Ｌ１ａ〜Ｌ２ａ、Ｌ１ｂ〜Ｌ２ｂ・・・空気供給ライン
Ｆ１ａ〜Ｆ３ａ、Ｆ１ｂ〜Ｆ３ｂ・・・燃料供給ライン
Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ・・・排ガスライン
Ｅａｂ・・・バイパスライン
Ｆ・・・流量計
Ｈａ、Ｈｂ・・・電熱ヒータ
【図１】
2005174566.tif 000003
【図２】
2005174566.tif 000004
【図３】
2005174566.tif 000005
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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