(57)【要約】【課題】  燃料電池システムの蓄熱器の蓄熱量が最大蓄熱量になっても、運転停止する頻度が従来よりも低減される燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池１を備える燃料電池システム１００であって、燃料電池システム１００における排熱を回収した第１熱媒体を貯える蓄熱器３と、排熱を第１熱媒体により回収するための第１熱交換器６と、第１熱媒体が流れる第１熱媒体流路５とを備え第１熱媒体流路５は、外部熱負荷４及び第１熱交換器６を通過するよう構成され、第１熱交換器６は、第１熱媒体の流れに対して外部熱負荷４の下流の第１熱媒体流路５に配設されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムにおける排熱を回収した第１熱媒体を貯える蓄熱器と、
前記排熱を前記第１熱媒体により回収するための第１熱交換器と、
前記第１熱媒体が流れる第１熱媒体流路とを備え、
前記第１熱媒体流路は、外部熱負荷及び前記第１熱交換器を通過するよう構成され、前記第１熱交換器は、前記第１熱媒体の流れに対して前記外部熱負荷の下流の前記第１熱媒体流路に配設されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記蓄熱器内の前記第１熱媒体を加熱する加熱器を備える、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
外部給湯器に温水を供給するための給湯流路を備え、
前記給湯流路は前記蓄熱器内を通過するよう構成されている、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池システムにおける排ガスと第２熱媒体とが熱交換する第２熱交換器、及び前記燃料電池を冷却した冷媒と前記第２熱媒体とが熱交換する第３熱交換器と、前記第２熱媒体が流れる第２熱媒体流路とを備え、
前記第２熱媒体流路は、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を通過するよう構成され、
前記第１熱交換器は、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を通過した前記第２熱媒体と前記第１熱媒体とが熱交換するよう構成されている、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器を加熱する燃焼器とを備え、
前記第２熱交換器は、
前記燃料電池のアノードガス流路から排出されたオフ燃料ガスと前記第２熱媒体とが熱交換する第２熱交換器Ａ、
前記燃料電池のカソードガス流路から排出されたオフ酸化剤ガスと前記第２熱媒体とが熱交換する第２熱交換器Ｂ、及び
前記燃焼器からの燃焼排ガスと前記第２熱媒体とが熱交換する第２熱交換器Ｃを備える、請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第２熱交換器Ａ、前記第２熱交換器Ｂ、前記第２熱交換器Ｃ、及び前記第３熱交換器は、前記第２熱媒体流路の流れに対して、順次、前記第２熱媒体流路上に配設されている、請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第２熱媒体経路は、第１分岐路及び第２分岐路にそれぞれ分岐し、前記第１分岐路及び前記第２分岐路は、再度合流するよう構成され、
前記第２熱交換器Ａは、前記分岐前の前記第２熱媒体流路に配設され、
前記第２熱交換器Ｂは、前記第１分岐路に、前記第２熱交換器Ｃは、前記第２分岐路にそれぞれ配設され、
前記第３熱交換器は、前記合流後の前記第２熱媒体流路に配設される、請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第１熱交換器は、前記燃料電池システムにおける排ガスと前記第１熱媒体とが熱交換する第４熱交換器、及び前記燃料電池を冷却した冷媒と前記第１熱媒体とが熱交換する第５熱交換器を備え、
前記第１熱媒体流路は、前記第４熱交換器及び前記第５熱交換器を通過するよう構成されている、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項９】
原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器を加熱する燃焼器とを備え、
前記第４熱交換器は、
前記燃料電池のアノードガス流路から排出されたオフ燃料ガスと前記第１熱媒体とが熱交換する第４熱交換器Ａ、
前記燃料電池のカソードガス流路から排出されたオフ酸化剤ガスと前記第１熱媒体とが熱交換する第４熱交換器Ｂ、及び
前記燃焼器からの燃焼排ガスと前記第１熱媒体とが熱交換する第４熱交換器Ｃを備える、請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第４熱交換器Ａ、前記第４熱交換器Ｂ、前記第４熱交換器Ｃ、及び前記第５熱交換器は、前記第１熱媒体流路の流れに対して、順次、前記第１熱媒体流路上に配設されている、請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記第１熱媒体経路は、第３分岐路及び第４分岐路にそれぞれ分岐し、前記第３分岐路及び前記第４分岐路は、再度合流するよう構成され、
前記第４熱交換器Ａは、前記分岐前の前記第１熱媒体流路に配設され、
前記第４熱交換器Ｂは、前記第３分岐路に、前記第４熱交換器Ｃは、前記第４分岐路にそれぞれ配設され、
前記第５熱交換器は、前記合流後の前記第１熱媒体流路に配設される、請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記第１熱交換器は、前記蓄熱器と一体化している、請求項１―１１のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記蓄熱器より取り出された前記第１熱媒体が前記外部熱負荷をバイパスして、前記外部熱負荷の下流の前記第１熱媒体流路に合流するバイパス流路と、
前記第１熱媒体が流れる流路を、前記外部熱負荷を経由する流路と前記バイパス流路との間で切り替える切替器と、を備える、請求項１―１２のいずれかに記載の燃料電池システム。
冷却器
【請求項１４】
前記第１熱媒体が流れる流路上に前記第１熱媒体を冷却する冷却器を備える、請求項１−１３のいずれか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、水素を含む水素リッチなガスと酸素を含む酸化剤ガスとを利用して発電する燃料電池システムに関し、特に燃料電池システムから発生する熱を回収する機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池で発生した熱を水で回収し、貯湯タンクに貯えるよう構成されている。この貯湯タンク内にお湯が満たされると、燃料電池の排熱を回収できないため、燃料電池システムの発電運転が停止される。換言すれば、燃料電池より回収した熱を貯える蓄熱器が最大蓄熱量に到達すると、燃料電池システムの発電運転が停止される。
そこで、排熱回収経路にラジエータを設け、貯湯タンク内のお湯が満たされても、貯湯タンクから取り出されたお湯をラジエータで冷却することで、燃料電池の発電を継続する燃料電池システムが提案されている（例えば、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２００７−２４８００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の燃料電池システムでは、蓄熱器が最大蓄熱量に達しても、燃料電池の発電運転は継続できるが、ラジエータを介して蓄熱器に貯えた熱を無駄に廃棄しているため、好ましくない。
本発明は、上記課題を解決するもので、従来の燃料電池システムに比べ、エネルギーの無駄な廃棄を低減しながら、蓄熱器が最大蓄熱量に達した後も発電運転を実行することが可能な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】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池システムにおける排熱を回収した第１熱媒体を貯える蓄熱器と、前記排熱を前記第１熱媒体により回収するための第１熱交換器と、前記第１熱媒体が流れる第１熱媒体流路とを備え、前記第１熱媒体流路は、前記外部熱負荷及び前記第１熱交換器を通過するよう構成され、前記第１熱交換器は、前記第１熱媒体の流れに対して前記外部熱負荷の下流の前記第１熱媒体流路に配設されている。
かかる構成により、外部熱負荷を介して需要家に熱利用された後の熱媒体を用いて燃料電池システムの排熱が回収されるので、従来の燃料電池システムに比べ、エネルギーの無駄を低減しながら、蓄熱器が最大蓄熱量に達した後も発電運転を実行される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の燃料電池システムによれば、従来の燃料電池システムに比べ、エネルギーの無駄を低減しながら、蓄熱器が最大蓄熱量に達した後も発電運転が実行される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１における燃料電池システムの構成の一例を示す図
【図２】実施の形態２における燃料電池システムの構成の一例を示す図
【図３】実施の形態３における燃料電池システムの構成の一例を示す図
【図４】実施の形態４における燃料電池システムの構成の一例を示す図
【図５】実施の形態３または実施の形態４における熱交換器の接続関係の変形例を示す図
【図６】実施の形態５における燃料電池システムの構成の一例を示す図
【図７】実施の形態６における燃料電池システムの構成の一例を示す図
【図８】実施の形態７における燃料電池システムの構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る燃料電池システムは、燃料電池システムにおける排熱を回収した第１熱媒体を貯える蓄熱器と、排熱を第１熱媒体により回収するための第１熱交換器と、第１熱媒体が流れる第１熱媒体流路とを備え、第１熱媒体流路は、外部熱負荷及び第１熱交換器を通過するよう構成され、第１熱交換器は、第１熱媒体の流れに対して外部熱負荷の下流の前記第１熱媒体流路に配設されている。
【０００９】
かかる構成により、外部熱負荷を介して需要家に熱利用された後の熱媒体を用いて燃料電池システムの排熱が回収されるので、従来の燃料電池システムに比べ、エネルギーの無駄を低減しながら、蓄熱器が最大蓄熱量に達した後も発電運転が実行される。
【００１０】
ここで、上記燃料電池システムにおける排熱とは、燃料電池システムの発電運転中において生じる排熱であれば、いずれの排熱であっても構わない。例えば、燃料電池本体の排熱、燃料電池から排出される排ガスの排熱、燃料電池のオフ燃料ガスを燃焼した後の燃焼排ガス等が挙げられる。
【００１１】
次に、実施の形態１における燃料電池システムの詳細について説明する。
本実施の形態の燃料電池システムは、上記燃料電池システムの排熱が、燃料電池本体の排熱を含む形態について説明する。図１は、実施の形態１における燃料電池システムの構成の一例を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１００は、燃料電池１、冷媒流路２、蓄熱器３、第１熱媒体流路５、及び第１熱交換器６を備える。
【００１３】
燃料電池１は、水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガスを反応させ電気化学反応により直流電力を発生させる機器である。冷媒流路２は、燃料電池１を冷却する冷媒が流れる流路である。冷媒としては、水、不凍液等が用いられる。蓄熱器３は、燃料電池１を冷却した冷媒の保有熱を回収した第１熱媒体を貯える機器である。第１熱媒体としては、水、不凍液等が用いられる。第１熱媒体流路５は、第１熱媒体が流れる流路である。第１熱交換器６は、冷媒流路２内を流れる冷媒と第１熱媒体流路５を流れる第１熱媒体との間で熱交換を行う機器である。
【００１４】
ここで、本実施の形態の燃料電池システム１００は、第１熱媒体流路５は、外部熱負荷４及び第１熱交換器６を通過するよう構成されている。第１熱交換器６は、第１熱媒体の流れに対して外部熱負荷４の下流の第１熱媒体流路５に配設されている。なお、第１熱媒体は、第１熱媒体流路５に設けられた図示されないポンプの動作により、第１熱媒体流路５を流れる。
【００１５】
これにより、外部熱負荷４を介して需要者に熱利用された後の第１熱媒体を用いて燃料電池システムの排熱が回収されるので、従来の燃料電池システムに比べ、エネルギーの無駄を低減しながら、蓄熱器が最大蓄熱量に達した後も発電運転が実行される。
【００１６】
なお、外部熱負荷４は、例えば、床暖房、浴室暖房等の暖房機器が挙げられる。
【００１７】
また、燃料電池は、いずれのタイプの燃料電池であってもよい。例えば、固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池等が例示される。
【００１８】
なお、第１熱媒体流路５の上流端及び下流端が共に蓄熱器３の上部に接続されているが、これに限定されるものではなく、第１熱媒体流路５の両端の蓄熱器３に対する接続位置は任意である。例えば、第１熱媒体流路５の上流端及び下流端が共に蓄熱器３の下部に設けられても構わない。また、第１熱媒体流路５の上流端と下流端が、蓄熱器３の上部と下部または蓄熱器３の下部と上部にそれぞれ、より離れて接続される形態を採用しても構わない。ただし、第１熱媒体流路５の上流端及び下流端を共に上部に設けた場合、第１熱交換器６を通過し加熱された第１熱媒体が、蓄熱器３の上部に戻り、そのまま、外部熱負荷４に利用できるので、上流端と下流端が、蓄熱器３の上部と下部または蓄熱器３の下部と上部というように離れた箇所に設けられる場合に比べて、外部熱負荷４の熱需要への即応性が向上する。
【００１９】
また、第１熱媒体流路５の上流端及び下流端を共に蓄熱器３の下部に設けた場合も、第１熱交換器６を通過し加熱された第１熱媒体が、蓄熱器３の上部に戻り、そのまま、外部熱負荷４に利用できるが、温度の高い第１熱媒体が下部に存在すると対流により上部に熱が拡散しやすいので、第１熱媒体流路５の上流端及び下流端を共に蓄熱器３の上部に設ける方が好ましい。
【００２０】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る燃料電池システムは、蓄熱器内の第１熱媒体を加熱する加熱器を備えていてもよい。
【００２１】
また、燃料電池システムは、外部給湯器に温水を供給するための給湯流路を備え、給湯流路は蓄熱器内を通過するよう構成されていてもよい。
【００２２】
以下に説明する燃料電池システムは、加熱器と給湯流路を共に備える形態であるが、これに限定されるものではない。
【００２３】
図２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の一例を示す図である。
【００２４】
図２に示すように、燃料電池システム１００は、加熱器８と給湯流路７を備える。加熱器８は蓄熱器３中の第１熱媒体を加熱する機器であり、例えば、ボイラーや電気ヒータ等が例示される。加熱器３は、例えば、蓄熱器３に貯えられている熱量が、外部熱負荷４の熱需要量に対して不足したときや不足が予測される場合に動作して、蓄熱器３内の第１熱媒体を加熱する。
【００２５】
給湯流路７は、外部給湯器に温水を供給するための流路であり、外部から供給される水道水等が、蓄熱器３内を通過するよう構成されている。かかる構成により、外部から供給された水は、蓄熱器３内の熱エネルギーにより加熱され、給湯流路７を介してお湯として需要者に供給される。また、上記構成は、蓄熱器３内の第１熱媒体が水であって、これを給湯用に利用する場合に比べ、より衛生的である。
【００２６】
（実施の形態３）
実施の形態３の燃料電池システムは、燃料電池システムにおける排ガスと第２熱媒体とが熱交換する第２熱交換器と燃料電池を冷却した冷媒と第２熱媒体とが熱交換する第３熱交換器と、第２熱媒体が流れる第２熱媒体流路とを備え、第２熱媒体流路は、第１熱交換器及び第２熱交換器を通過するよう構成され、第１熱交換器は、第１熱交換器及び第２熱交換器を通過した第２熱媒体と第１熱媒体とが熱交換するよう構成されている。
【００２７】
ここで、燃料電池システムにおける排ガスは、燃料電池から排出されるオフ燃料ガス、オフ酸化剤ガス、及び燃焼器から排出される燃焼排ガスの少なくともいずれか一つである。
【００２８】
また、燃料電池システムは、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する燃焼器とを備え、第２熱交換器は、燃料電池のアノードガス流路から排出されたオフ燃料ガスと第２熱媒体とが熱交換する第２熱交換器Ａ、燃料電池のカソードガス流路から排出されたオフ酸化剤ガスと第２熱媒体とが熱交換する第２熱交換器Ｂ、及び燃焼器からの燃焼排ガスと第２熱媒体とが熱交換する第２熱交換器Ｃを備えていてもよい。
【００２９】
また、第２熱交換器Ａ、第２熱交換器Ｂ、第２熱交換器Ｃ、及び第３熱交換器は、第２熱媒体の流れに対して、順次、第２熱媒体流路上に配設されていてもよい。
以下に説明する燃料電池システムは、第２熱交換器として、第２熱交換器Ａ、第２熱交換器Ｂ、及び第２熱交換器Ｃを備え、第２熱媒体流路に第２熱交換器Ａ、第２熱交換器Ｂ、第２熱交換器Ｃ、及び第３熱交換器を、この順に配設する形態であるが、これに限定されるものではない。
【００３０】
図３は、本実施の形態３における燃料電池システムの構成の一例を示す図である。実施の形態１の燃料電池システム１００と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３１】
図３に示すように、燃料電池システム１００は、改質器１０、燃焼器１１、第２熱交換器Ａ１２、第２熱交換器Ｂ１３、第２熱交換器Ｃ１４及び第３熱交換器１５を備える。改質器１０は、原燃料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する機器である。上記水素含有ガスは、燃料電池１の燃料ガスとして用いられる。原燃料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含む燃料であり、例えば、都市ガス、ＬＰＧ、灯油、またはメタノール等が用いられる。燃焼器１１は、改質器１０に改質反応の必要な熱を供給するための機器であり、燃料電池１のオフ燃料ガスを燃焼燃料として用いるよう構成されている。
【００３２】
第２熱交換器Ａ１２は、燃料電池１より排出されたオフ燃料ガスと第２熱媒体とが熱交換する熱交換器である。第２熱交換器Ｂ１３は、燃料電池１より排出されたオフ酸化剤ガスと第２熱媒体とが熱交換する熱交換器である。第２熱交換器Ｃ１４は、燃焼器１１より排出された燃焼排ガスと第２熱媒体とが熱交換する熱交換器である。第３熱交換器１５は、燃料電池１を冷却した冷媒と第２熱媒体とが熱交換する熱交換器である。
【００３３】
第２熱媒体流路１６は、第２熱媒体が循環する流路であり、第１熱交換器６は、第２熱媒体と第１熱媒体が熱交換する熱交換器である。
【００３４】
第２熱媒体流路において、第２熱交換器Ａ１２、第２熱交換器Ｂ１３、第２熱交換器Ｃ１４及び第３熱交換器１５は、第２熱媒体の流れに対して順次配設されている。そして、これらの熱交換器を介して熱回収した第１熱媒体は、蓄熱器３に蓄えられる。
【００３５】
上記のように構成することで、排熱量が相対的に小さな流体から先に熱回収され、順次、相対的に排熱量が大きい流体より熱回収するよう構成されるので、熱交換器を上記以外の順序で配設する場合に比べ、熱回収効率が向上する。
【００３６】
また、燃料電池システムは、同一の筐体３０内に第２熱交換器（本例では、第２熱交換器Ａ、第２熱交換器Ｂ、及び第２熱交換器Ｃ）、第２熱媒体流路１６、及び第３熱交換器６が設けられている。
【００３７】
かかる構成により、第３熱交換器６を筐体３０外に設ける場合に比べ、第２熱媒体流路１６及び第３熱交換器６からの放熱が抑制され、熱回収効率が向上するので好ましい。
【００３８】
なお、上記構成は例示であり、第２熱交換器、第２熱媒体流路１６、及び第３熱交換器６が同一の筐体３０内に設けられない形態を採用しても構わない。
【００３９】
［変形例］
図５（ａ）は、本変形例の燃料電池システム１００の模式的に示すブロック図である。
【００４０】
図５（ａ）に示すように、本変形例の燃料電池システム１００は、第２熱媒体経路１６は、第１分岐路２０及び第２分岐路２１にそれぞれ分岐し、第１分岐路２０及び第２分岐路２１は、再度合流するよう構成されている。そして、第２熱交換器Ａ１２は、分岐前の第２熱媒体流路１６に配設され、第２熱交換器Ｂ１３は、第１分岐路２０に、第２熱交換器Ｃ１４は、第２分岐路２１にそれぞれ配設され、第３熱交換器１５は、合流後の第２熱媒体流路１６に配設されるよう構成されている。
【００４１】
上記構成により、排熱量が相対的に小さな流体から先に熱回収され、順次、相対的に排熱量が大きい流体より熱回収するよう構成されるので、実施の形態３の燃料電池システムと同様に、熱回収効率が向上する。
【００４２】
（実施の形態４）
実施の形態４の燃料電池システムは、第１熱交換器は、燃料電池システムにおける排ガスと第１熱媒体とが熱交換する第４熱交換器、及び燃料電池を冷却した冷媒と第１熱媒体とが熱交換する第５熱交換器を備え、第１熱媒体流路は、第４熱交換器及び前記第５熱交換器を通過するよう構成されている。
【００４３】
ここで、燃料電池システムにおける排ガスは、燃料電池から排出されるオフ燃料ガス、オフ酸化剤ガス、及び燃焼器から排出される燃焼排ガスの少なくともいずれか一つである。
【００４４】
また、燃料電池システムは、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、改質器を加熱する燃焼器とを備え、第４熱交換器は、燃料電池のアノードガス流路から排出されたオフ燃料ガスと第１熱媒体とが熱交換する第４熱交換器Ａ、燃料電池のカソードガス流路から排出されたオフ酸化剤ガスと第１熱媒体とが熱交換する第４熱交換器Ｂ、及び燃焼器からの燃焼排ガスと第１熱媒体とが熱交換する第４熱交換器Ｃを備えてもよい。
【００４５】
また、第４熱交換器Ａ、第４熱交換器Ｂ、第４熱交換器Ｃ、及び第５熱交換器は、第１熱媒体流路の流れに対して、順次、第１熱媒体流路上に配設されていてもよい。
【００４６】
以下に説明する燃料電池システムは、第４熱交換器として、第４熱交換器Ａ、第４熱交換器Ｂ、及び第４熱交換器Ｃを備え、第１熱媒体流路に第４熱交換器Ａ、第４熱交換器Ｂ、第４熱交換器Ｃ、及び第５熱交換器を、この順に配設する形態であるが、これに限定されるものではない。
【００４７】
図４は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムの構成の一例を示す図である。実施の形態３の燃料電池システムと同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４８】
図４に示すように、燃料電池システム１００は、第２熱媒体流路１６及び第１熱交換器６を備えず、第４熱交換器Ａ１６、第４熱交換器Ｂ１７、第４熱交換器Ｃ１８及び第５熱交換器１９を備える。
【００４９】
上記構成により、第１熱交換器６と第２熱媒体流路１６が削減されるので、実施の形態３の燃料電池システムに比べ、低コストで省スペースになる。
【００５０】
第４熱交換器Ａ１６は、燃料電池１より排出されたオフ燃料ガスと第２熱媒体とが熱交換する熱交換器である。第４熱交換器Ｂ１７は、燃料電池１より排出されたオフ酸化剤ガスと第２熱媒体とが熱交換する熱交換器である。第４熱交換器Ｃ１８は、燃焼器１１より排出された燃焼排ガスと第２熱媒体とが熱交換する熱交換器である。第５熱交換器１９は、燃料電池１を冷却した冷媒と第２熱媒体とが熱交換する熱交換器である。
【００５１】
第１熱媒体流路において、第４熱交換器Ａ１６、第４熱交換器Ｂ１７、第４熱交換器Ｃ１８及び第５熱交換器１９は、第２熱媒体の流れに対して順次配設されている。そして、これらの熱交換器を介して熱回収した第１熱媒体は、蓄熱器３に蓄えられる。
【００５２】
上記のように構成することで、排熱量が相対的に小さな流体から先に熱回収され、順次、相対的に排熱量が大きい流体より熱回収するよう構成されるので、熱交換器を上記以外の順序で配設する場合に比べ、熱回収効率が向上する。
【００５３】
［変形例］
図５（ｂ）は、本変形例の燃料電池システム１００の模式的に示すブロック図である。
図５（ｂ）に示すように、本変形例の燃料電池システム１００は、第１熱媒体経路５は、第３分岐路２２及び第４分岐路２３にそれぞれ分岐し、第３分岐路２２及び第４分岐路２３は、再度合流するよう構成され、第４熱交換器Ａ１６は、分岐前の第１熱媒体流路５に配設され、第４熱交換器Ｂ１７は、第３分岐路２２に、第４熱交換器Ｃ１８は、第４分岐路２３にそれぞれ配設され、第５熱交換器１９は、合流後の第１熱媒体流路５に配設される。
【００５４】
上記構成により、排熱量が相対的に小さな流体から先に熱回収され、順次、相対的に排熱量が大きい流体より熱回収するよう構成されるので、実施の形態４の燃料電池システムと同様に、熱回収効率が向上する。
【００５５】
（実施の形態５）
実施の形態５の燃料電池システムは、燃料電池システムにおける排熱を回収するための第１熱交換器は、蓄熱器と一体化している。
【００５６】
ここで、上記燃料電池システムにおける排熱とは、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
以下に説明する、燃料電池システムは、上記排熱が燃料電池本体の排熱である形態であるが、これに限定されるものではない。
【００５７】
図６は、本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成の一例を示す図である。図６において、実施の形態１の燃料電池システム１００と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５８】
図６に示すように、燃料電池システム１００は、第１熱交換器６が蓄熱器３と一体化している。上記構成により、第１熱交換器６及び蓄熱器３を個別に配設する場合に比べ、省スペース化、及び第１熱交換器６及び蓄熱器３の放熱面積を低減による熱効率向上が図られる。  
【００５９】
（実施の形態６）
実施の形態６の燃料電池システムは、蓄熱器より取り出された第１熱媒体が外部熱負荷をバイパスして、外部熱負荷の下流の前記第１熱媒体流路に合流するバイパス流路と、第１熱媒体が流れる流路を、外部熱負荷を経由する流路とバイパス流路との間で切り替える切替器と、を備える。
【００６０】
かかる構成により、第１熱媒体の循環において、外部熱負荷への熱供給の有無を適宜切替ることが可能になる。
【００６１】
図７は、本実施の形態の燃料電池システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。図７において、実施の形態１の燃料電池システムと同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００６２】
図７に示すように、燃料電池システム１００は、バイパス流路２４と、切替器２５とを備える。バイパス流路２４は、蓄熱器３より取り出された第１熱媒体が外部熱負荷４をバイパスして、外部熱負荷４の下流の第１熱媒体流路５に合流するよう構成された流路である。切替器２５は、第１熱媒体が流れる流路を、外部熱負荷４を経由する流路とバイパス流路２４との間で切り替える機器である。
【００６３】
バイパス流路２４は蓄熱器３に対して任意の位置に設けて構わないが、本例においては、蓄熱器３の下部に設けられている。蓄熱器３内では第１熱交換器６により加熱された相対的に温度の高い第１熱媒体が上部に貯まり、相対的に温度の低い第１熱媒体は蓄熱器３の下部に貯まる。この相対的に温度の低い第１熱媒体を第１熱交換器６に導くことで、燃料電池１からより多くの排熱を回収できるためである。
【００６４】
第１熱媒体流路５に設けられるポンプ（図示せず）は、切替器２５よりも下流の第１熱媒体流路５に設けてもよい。
【００６５】
上記切替器２５を切り替えることにより、第１熱媒体の循環において、外部熱負荷４への熱供給の有無が適宜切り替えられる。
【００６６】
例えば、外部熱負荷４に熱需要がある場合は、図示されない制御器により切替器２５が第１熱媒体流路５側に切り替えられ、第１熱媒体が外部熱負荷４及び第１熱交換器６を経由するように第１熱媒体流路５を循環する。また、外部熱負荷４の熱需要がない場合は、制御器により切替器２５をバイパス流路２４側に切替えられ、第１熱媒体が外部熱負荷４をバイパスし、かつ第１熱交換器６を経由するように、バイパス流路２４及び第１熱媒体流路５を流れる。なお、上記切替器２５の制御は、例示であり、本例に限定されるものではない。
【００６７】
［変形例］
次に、実施の形態６の燃料電池システムの変形例について説明する。本変形例の燃料電池システムは、切替器２５に代えて分流器を設ける。分流器としては、例えば、混合弁が用いられる。そして、図示されない制御器により、分流器を制御し、バイパス流路２４を経由し、第１熱交換器６に流入する第１熱媒体と外部熱負荷４を経由し第１熱交換器６に流入する第１熱媒体の流量比を制御する。これにより、第１熱交換器６に流入する第１熱媒体の温度及び流量の少なくともいずれか一方が調整される。
【００６８】
（実施の形態７）
実施の形態７の燃料電池システムは、第１熱交換器よりも上流の第１熱媒体流路またはバイパス流路に第１熱媒体を冷却する冷却器を備える。かかる構成により、外部熱負荷を介した放熱が少なくても、第１熱交換器へ流入する第１熱媒体の温度を適切な温度まで低下することができる。
【００６９】
以下に説明する燃料電池システムは、バイパス流路上に冷却器を備えるが、これに限定されるものではなく、第１熱交換器よりも上流の第１熱媒体流路上に冷却器を設ける形態を採用してもよい。
【００７０】
図８は本実施の形態における燃料電池システムの構成の一例を示す図である。図８において、実施の形態６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７１】
図８に示すように、燃料電池システム１００は、バイパス流路２４に冷却器２６を備える。冷却器２６は、バイパス流路２４を流れる第１熱媒体を冷却する機器であれば、いずれの形態であってもよい。例えば、ラジエータ等が用いられる。
【００７２】
ここで、外部熱負荷４の熱需要が所定の閾値以下で、第１熱交換器６に流入する第１熱媒体の温度が適温まで冷却されない場合、図示されない制御器２４により切替器２５をバイパス流路２４側に切替える。一方、外部熱負荷４の熱需要が所定の閾値よりも大きく、第１熱交換器６に流入する第１熱媒体の温度が適温まで冷却される場合、制御器（図示せず）により切替器２５を第１熱媒体流路５側に切替える。なお、上記切替器２５の制御は、例示であり、本例に限定されるものではない。
【００７３】
これにより、蓄熱器３が最大蓄熱量に達した後に外部熱負荷の需要が少なく、外部熱負荷を介した放熱を利用しても、第１熱交換器に流入する第１熱媒体の温度を適温にまで低下できない場合にも、冷却器を介して第１熱媒体の温度を適温にまで低下させ、燃料電池システムの運転の停止を抑制することができる。
【００７４】
［変形例］
次に、実施の形態７の燃料電池システムの変形例について説明する。本変形例の燃料電池システムは、切替器２５に代えて分流器を設ける。分流器としては、例えば、混合弁が用いられる。そして、図示されない制御器により、分流器を制御し、バイパス流路２４を経由し、第１熱交換器６に流入する第１熱媒体と外部熱負荷４を経由し第１熱交換器６に流入する第１熱媒体の流量比を制御する。これにより、第１熱交換器６に流入する第１熱媒体の温度が適温にまで低下するよう調整される。
【００７５】
上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明にかかる燃料電池システムは、従来の燃料電池システムに比べ、エネルギーの無駄を低減しながら、蓄熱器が最大蓄熱量に達した後も発電運転が実行される燃料電池システム等として有用である。
【符号の説明】
【００７７】
１  燃料電池
２  冷媒流路
３  蓄熱器
４  外部熱負荷
５  第１熱媒体流路
６  第１熱交換器
７  給湯流路
８  加熱器
１０  改質器
１１  燃焼器
１２  第２熱交換器Ａ
１３  第２熱交換器Ｂ
１４  第２熱交換器Ｃ
１５  第３熱交換器
１６  第４熱交換器A
１７  第４熱交換器B
１８  第４熱交換器C
１９  第５熱交換器
２０  第１分岐路
２１  第２分岐路
２２  第３分岐路
２３  第４分岐路
２４  バイパス流路
２５  切替器
２６  冷却器
１００  燃料電池システム
【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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【図８】
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