【手続補正書】
【提出日】平成19年3月8日(2007.3.8)
【手続補正１】
【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】
燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池で発生する熱により加熱される貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
前記貯湯槽を含み前記貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、
前記燃料電池との間で熱交換をする燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路と、
前記貯湯水と前記燃料電池熱媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記貯湯水循環回路とは独立して設けられ、排熱回収熱媒体が循環する排熱回収熱媒体循環回路と、
前記排熱回収熱媒体循環回路に設けられて、前記燃料電池から排出されるオフガスの排熱、前記改質器にて発生する排熱の少なくとも何れか一方を前記排熱回収熱媒体に回収する排熱回収手段と、
前記貯湯水と前記排熱回収熱媒体との間で熱交換する第２熱交換器と、をさらに備え、
前記貯湯水循環回路は、前記第１熱交換器を設けた流路と前記第２熱交換器を設けた流路とが並列に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記排熱回収手段は、前記改質器から前記燃料電池に供給される改質ガス中の水蒸気を凝縮する改質ガス用凝縮器を含んでいることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記第１熱交換器を設けた流路と前記第２熱交換器を設けた流路を同時に使用することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、前記第１熱交換器を設けた流路および前記第２熱交換器を設けた流路の各流量をそれぞれ調整する流量調整手段をさらに備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４において、前記流量調整手段は前記第１熱交換器を設けた流路の流体が両方向流通可能な構成とし、かつ前記第１熱交換器を設けた流路と前記第２熱交換器を設けた流路との分岐点と前記貯湯槽の入口との間に開閉弁を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池で発生する熱により加熱される貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
前記貯湯槽を含み前記貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、
前記燃料電池との間で熱交換をする燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路と、
前記貯湯水と前記燃料電池熱媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記貯湯水循環回路は、前記第１熱交換器を設けた流路と、前記改質器から前記燃料電池に供給する改質ガスの熱を回収して貯湯水を昇温する排熱回収手段を設けた流路と、が並列に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池で発生する熱により加熱される貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
前記貯湯槽を含み前記貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、
前記燃料電池との間で熱交換をする燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路と、
前記貯湯水と前記燃料電池熱媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記貯湯水循環回路は、前記第１熱交換器を設けた流路と、前記燃料電池から排出されるオフガスの排熱、前記改質器にて発生する排熱の少なくとも何れか一方を回収して前記貯湯水を昇温する排熱回収手段を設けた流路と、が並列に設けられ、
前記第１熱交換器を設けた流路および前記排熱回収手段を設けた流路の各流量をそれぞれ調整し、前記第１熱交換器を設けた流路の流体が両方向流通可能な流量調整手段を設け、
前記第１熱交換器を設けた流路と前記排熱回収手段を設けた流路との分岐点と前記貯湯槽の入口との間に開閉弁を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、燃料電池で発生する熱により加熱される貯湯水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽を含み貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、燃料電池との間で熱交換をする燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路と、貯湯水と燃料電池熱媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、を備えた燃料電池システムにおいて、貯湯水循環回路とは独立して設けられ、排熱回収熱媒体が循環する排熱回収熱媒体循環回路と、排熱回収熱媒体循環回路に設けられて、燃料電池から排出されるオフガスの排熱、改質器にて発生する排熱の少なくとも何れか一方を排熱回収熱媒体に回収する排熱回収手段と、貯湯水と排熱回収熱媒体との間で熱交換する第２熱交換器と、をさらに備え、貯湯水循環回路は、第１熱交換器を設けた流路と第２熱交換器を設けた流路とが並列に設けられていることである。
【手続補正３】
【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】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、排熱回収手段は、改質器から燃料電池に供給される改質ガス中の水蒸気を凝縮する改質ガス用凝縮器を含んでいることである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、第１熱交換器を設けた流路と第２熱交換器を設けた流路を同時に使用することである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、第１熱交換器を設けた流路および第２熱交換器を設けた流路の各流量をそれぞれ調整する流量調整手段をさらに備えていることである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項４において、流量調整手段は第１熱交換器を設けた流路の流体が両方向流通可能な構成とし、かつ第１熱交換器を設けた流路と第２熱交換器を設けた流路との分岐点と貯湯槽の入口との間に開閉弁を設けたことである。
【手続補正７】
【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】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、燃料電池で発生する熱により加熱される貯湯水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽を含み貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、燃料電池との間で熱交換をする燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路と、貯湯水と燃料電池熱媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、を備えた燃料電池システムにおいて、貯湯水循環回路は、第１熱交換器を設けた流路と、改質器から燃料電池に供給する改質ガスの熱を回収して貯湯水を昇温する排熱回収手段を設けた流路と、が並列に設けられていることである。
【手続補正８】
【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】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、燃料電池と、該燃料電池へ供給する燃料ガスを生成する改質器と、燃料電池で発生する熱により加熱される貯湯水を貯湯する貯湯槽と、貯湯槽を含み貯湯水が循環する貯湯水循環回路と、燃料電池との間で熱交換をする燃料電池熱媒体が循環する燃料電池熱媒体循環回路と、貯湯水と燃料電池熱媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、を備えた燃料電池システムにおいて、貯湯水循環回路は、第１熱交換器を設けた流路と、燃料電池から排出されるオフガスの排熱、改質器にて発生する排熱の少なくとも何れか一方を回収して貯湯水を昇温する排熱回収手段を設けた流路と、が並列に設けられ、第１熱交換器を設けた流路および排熱回収手段を設けた流路の各流量をそれぞれ調整し、第１熱交換器を設けた流路の流体が両方向流通可能な流量調整手段を設け、第１熱交換器を設けた流路と排熱回収手段を設けた流路との分岐点と貯湯槽の入口との間に開閉弁を設けたことである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、貯湯水循環回路は、第１熱交換器を設けた流路と、第２熱交換器を設けた流路が並列に設けられていることにより、システムの定常運転中においては、第1熱交換器を設けた流路を流通する貯湯水が燃料電池の発電で発生する排熱を回収する。一方、第２熱交換器を設けた流路を循環する貯湯水が排熱回収熱媒体を介して燃料電池から排出されるオフガスの排熱、改質器にて発生する排熱の少なくとも何れか一方を回収する。これにより、燃料電池の発電で発生する排熱と、燃料電池から排出されるオフガスの排熱、改質器にて発生する排熱の少なくとも何れか一方とを直列に回収するのではなく、並列に独立して回収することができるので、それぞれ最も効率のよい貯湯水流量で熱を回収することが可能となる。したがって、燃料電池からの回収熱量の、アノードオフガス、カソードオフガス、燃焼排ガスからの回収熱量に対する比率が低い場合、例えば、低負荷での発電の場合や冬場などの放熱の影響が大きい場合などでも、それら各ガスから十分に熱を回収することができるので、システムの発電開始から停止までを通して熱回収効率を高く維持して運転を行うことができる燃料電池システムを提供することができる。
さらに、このような作用効果に加えて、次のような作用効果がある。排熱回収熱媒体循環回路は、燃料電池から排出されるオフガスの排熱、改質器にて発生する排熱の少なくとも何れかを回収した排熱回収熱媒体が循環するものであり、貯湯水循環回路とは独立して設けられるとともに、第２熱交換器を介して貯湯水と排熱回収熱媒体との間で熱交換が行われる。すなわち、貯湯水は、アノードオフガス、カソードオフガス、燃焼排ガス、燃料ガス（改質ガス）と直接熱交換をしておらず、第２熱交換器を介して間接的に熱交換をすることになる。したがって、貯湯槽が水道水が直接補給される密閉式である場合、貯湯槽、貯湯水循環回路には高圧の水道水圧がかかるが、排熱回収熱媒体循環回路は貯湯水循環回路から独立しているため、排熱回収熱媒体循環回路上に配設される排熱回収手段であるアノードオフガス、カソードオフガス、燃焼排ガス、燃料ガス（改質ガス）との熱交換するための熱交換器には直接水道水圧がかからないので、その排熱回収手段を過剰な耐圧構造としなくてもすむので、コスト高、大型化を招くことなく、高圧水源から貯湯水を補給可能である燃料電池システムを提供することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、改質器から燃料電池に供給される改質ガス中の水蒸気を凝縮する改質ガス用凝縮器が、排熱回収熱媒体循環回路に設けられているので、該改質ガス用凝縮器を設けた排熱回収熱媒体循環回路を流れる排熱回収熱媒体の流量を第１熱交換器を設けた流路と独立に調整することが可能となり、ひいては、改質ガス用凝縮器を設けた排熱回収熱媒体循環回路を流れる熱媒体の温度も独立に調整することが可能となる。したがって、改質器から燃料電池への改質ガス（アノードガス）の湿度調整ができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２において、貯湯水循環回路に互いに並列に設けられた第１熱交換器を設けた流路と第２熱交換器を設けた流路を同時に使用する。これにより、両流路において貯湯水がそれぞれ適切な流量で流通できるので、燃料電池熱媒体の熱と各排熱を独立して効率よく熱回収できる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項に係る発明において、第１熱交換器を設けた流路および第２熱交換器を設けた流路の各流量をそれぞれ調整する流量調整手段をさらに備えたので、第１熱交換器を設けた流路および第２熱交換器を設けた流路を流れる貯湯水の流量を確実に調整することができ、最適な熱回収効率および回収湯温を実現することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項４に係る発明において、流量調整手段は第1熱交換器を設けた流路の流体が両方向流通可能な構成とし、かつ第1熱交換器を設けた流路と第２熱交換器を設けた流路との分岐点と貯湯槽の入口との間に開閉弁を設けたので、起動運転時において、貯湯水が低温である場合、貯湯水は貯湯槽に戻らないで第1熱交換器を設けた流路を流れて第１熱交換器を流通する。すなわち、第２熱交換器を設けた流路にて燃料電池から排出されるオフガスの排熱、改質器にて発生する排熱の少なくとも何れか一方を回収して昇温した貯湯水が第１熱交換器にて燃料電池熱媒体と熱交換するので、燃料電池熱媒体ひいては燃料電池が昇温する。したがって、起動運転時には改質器暖機中の排熱により燃料電池を暖機することが可能であり、起動エネルギーの低減ひいては総合的な効率の向上を図ることができる。また、貯湯水は貯湯槽に戻らないので、貯湯槽の湯層が崩れるのを確実に防止することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、貯湯水循環回路は、第１熱交換器を設けた流路と、改質器から燃料電池に供給する改質ガスの熱を回収して貯湯水を昇温する排熱回収手段を設けた流路と、が並列に設けられている。これにより、排熱回収手段は該排熱回収手段を設けた流路を流れる熱媒体の流量を第１熱交換器を設けた流路と独立に調整することが可能となり、ひいては、排熱回収手段を設けた流路を流れる熱媒体の温度も独立に調整することが可能となる。したがって、改質器から燃料電池への改質ガス（アノードガス）の湿度調整ができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、貯湯水循環回路は、第１熱交換器を設けた流路と、燃料電池から排出されるオフガスの排熱、改質器にて発生する排熱の少なくとも何れか一方を回収して貯湯水を昇温する排熱回収手段を設けた流路と、が並列に設けられている。流量調整手段は、第１熱交換器を設けた流路および排熱回収手段を設けた流路の各流量をそれぞれ調整し、かつ、第１熱交換器を設けた流路の流体が両方向流通可能である。また、開閉弁は、第１熱交換器を設けた流路と排熱回収手段を設けた流路との分岐点と貯湯槽の入口との間に設けられている。
これによれば、流量調整手段によって第１熱交換器を設けた流路および排熱回収手段を設けた流路を流れる貯湯水の流量を確実に調整することができ、最適な熱回収効率および回収湯温を実現することができる。
また、流量調整手段は第1熱交換器を設けた流路の流体が両方向流通可能な構成とし、かつ第1熱交換器を設けた流路と排熱回収手段を設けた流路との分岐点と貯湯槽の入口との間に開閉弁を設けたので、起動運転時において、貯湯水が低温である場合、貯湯水は貯湯槽に戻らないで第1熱交換器を設けた流路を流れて第１熱交換器を流通する。すなわち、排熱回収手段を設けた流路にて燃料電池から排出されるオフガスの排熱、改質器にて発生する排熱の少なくとも何れか一方を回収して昇温した貯湯水が第１熱交換器にて燃料電池熱媒体と熱交換するので、燃料電池熱媒体ひいては燃料電池が昇温する。したがって、起動運転時には改質器暖機中の排熱により燃料電池を暖機することが可能であり、起動エネルギーの低減ひいては総合的な効率の向上を図ることができる。また、貯湯水は貯湯槽に戻らないので、貯湯槽の湯層が崩れるのを確実に防止することができる。