特許 6192868 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6192868

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0662 20160101AFI20170828BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/06 S

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-79321(P2017-79321)

(22)【出願日】2017年4月12日

【審査請求日】2017年4月14日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安藤 大樹

(72)【発明者】

【氏名】菱沼 祐一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 英樹

【審査官】 武市 匡紘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２１２６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２２３５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２９３３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４３５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０８１２３３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４

(57)【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と共に、水分を含んだ排ガスを排出する燃料電池と、
前記燃料電池を収容する筐体と、
前記筐体に設けられ前記筐体の外部から前記筐体の内部に外気を導入する外気導入用換気口と、前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出する換気ファンと、前記筐体の内部における前記換気ファンの上流側に配置され、前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合する管形状、または両側が開放された箱状に形成された混合部と、前記混合部よりも小径とされて前記混合部の側部に接続され、前記燃料電池から排出される前記排ガスを前記混合部の内部に送る排ガス配管と、を有し、前記混合部内の空間で前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合して前記筐体の外部に排出する排ガス排出装置と、
を有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、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】

従来の燃料電池システムでは、燃料電池から水蒸気を含んだ排気が排出されるため、システム外、即ち、大気に排気を排出すると、急激な温度低下によって排気中の水分が結露して目に見える白い湯気が発生する場合がある。湯気は、たとえば、パッケージ外壁への結露発生の原因等になる。

【0005】

本発明は、上記事実を考慮して、目に見える白い湯気の排出を抑制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】

【0006】

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と共に、水分を含んだ排ガスを排出する燃料電池と、前記燃料電池を収容する筐体と、前記筐体に設けられ前記筐体の外部から前記筐体の内部に外気を導入する外気導入用換気口と、前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出する換気ファンと、前記筐体の内部における前記換気ファンの上流側に配置され、前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合する管形状、または両側が開放された箱状に形成された混合部と、前記混合部よりも小径とされて前記混合部の側部に接続され、前記燃料電池から排出される前記排ガスを前記混合部の内部に送る排ガス配管と、を有し、前記混合部内の空間で前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合して前記筐体の外部に排出する排ガス排出装置と、を有する。

【0007】

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、水分を含んだ排ガスを排出する。

【0008】

排ガス排出装置は、筐体の内部の空気と排ガスとを混合して筐体の外部に排出する。なお、燃料電池から排出される排ガスは、外気と比べて高温であり、かつ水分を含んでいるが、排ガスに、排ガスに比べて低温で、かつ相対湿度の低い筐体の内部の空気を混合して排ガスの相対湿度を低下させるため、筐体の外部においては、温度を低下させ相対湿度の低下した排ガスと外気との温度差が小さくなり、筐体の外部に排出される排気中の水分が結露し難くなり、その結果、目に見える白い湯気の排出を抑制することができる。

【0010】

請求項１に記載の燃料電池システムでは、筐体の外部の外気が外気導入用換気口から筐体の内部に導入され、排ガスは、筐体の内部の空気と混合部で混合されて温度が低下され相対湿度が低下され、その後、換気ファンによって筐体の外部へ排出される。
即ち、燃料電池によって暖められた筐体の内部の空気と排ガスとが換気ファンによって筐体の外部へ排出されるので、筐体の内部の空気を外部へ排出するための換気ファンと、排ガスを外部へ排出するための換気ファンの２つの換気ファンを用いなくて済み、換気ファンの数が増えて構成が複雑にならない。

【発明の効果】

【0011】

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、目に見える白い湯気の排出を抑制可能となる、という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【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。

【図3】東京都の１年間（１２ヶ月）における外気温と外気相対湿度との関係を表したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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乃至図３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。

【0014】

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とは別体とれ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。

【0015】

（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。

【0016】

冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２は、第２の筐体としての筐体１６の内部に、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、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。

【0017】

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の天井壁３０Ａ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、第１送出し側配管３６に設けられて冷媒Ｗ２の熱を外部に放出可能とするラジエータ４２、ラジエータ４２に送風を行うラジエータファン４３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。

【0018】

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。

【0019】

筐体１６には、筐体１６の外部から筐体１６の内部に外気を導入する外気導入用換気口１４２が設けられている。外気導入用換気口１４２は、例えば、筐体１６の側部下方に設けることができるが、他の部位に設けてもよい。また、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２は、筐体１６の内部の空気を筐体１６の外部に排出する換気ファン１４０を備えている。換気ファン１４０は、例えば、外気導入用換気口１４２とは反対側の側壁の上部に設けることができるが、他の部位に設けてもよい。

【0020】

筐体１６の内部には、換気ファン１４０の上流側に、筐体１６の内部の空気と排ガスとが混合される混合部１７０が設けられている。混合部１７０は、例えば、大径の管形状に形成されていてもよく、両側が開放された箱状に形成されていてもよく、筐体１６の内部の空気と排ガスとを混合可能な空間を有していれば特に形状は問わない。

【0021】

この混合部１７０には、排気熱交換器３１を通過した排ガスが排出される第２排ガス管３４が接続されており、混合部１７０の内部で、排ガスと筐体１６の内部の空気とを混合することができる。したがって、換気ファン１４０は、排ガスに筐体１６の内部の空気を混合して筐体１６の外部に排出することになる。

【0022】

なお、筐体１６の内部には、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。

【0023】

また、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。

【0024】

筐体１６の内部には、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。筐体１６の内部には、冷媒タンク３０と上水熱交換器４４との間で冷媒Ｗ２が循環する経路、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、筐体１６の内部には、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。

【0025】

本実施形態では、冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２として水（一例として水道水等）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部としての開口部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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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（筐体１６の外部の空気）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。

【0032】

（空気極反応）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻ →Ｏ^２− ・・・（１）

【0033】

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。

【0034】

（燃料極反応）
Ｈ_２＋Ｏ^２− →Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ ・・・（２）
ＣＯ＋Ｏ^２− →ＣＯ_２＋２ｅ⁻ ・・・（３）

【0035】

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。

【0036】

なお、図１に示す制御装置７０は、インバーター６８より電力が供給され、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２の電装部品、例えば、改質水ポンプ２８、熱回収ポンプ４０、ラジエータファン４３、予熱ポンプ５０、補水弁６０、混合弁６２等の制御を行うことができる。

【0037】

（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等を制御する。なお、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。

【0038】

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。

【0039】

（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。

【0040】

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。

【0041】

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。排気熱交換器３１で生成された凝縮水（蒸留水）は、改質水Ｗ１として排水管３５を介して改質水タンク２４に回収される。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。

【0042】

ここで、燃料電池スタック７６で発電をしている際には、換気ファン１４０が駆動される。換気ファン１４０が駆動されると、筐体１６の内部の空気が外部に排出されて筐体１６の内部が負圧になり、これにより、外気導入用換気口１４２を介して筐体１６の内部に外気が流入する。

【0043】

このとき、排気熱交換器３１から排出されたバーナ排ガスは、第２排ガス管３４を介して混合部１７０に導入され、筐体１６の内部の空気と混合されることで温度、及び相対湿度が低下する。そして、筐体１６の内部の空気と混合されて温度、及び相対湿度の低下したバーナ排ガスは、換気ファン１４０によって筐体１６の外部へ排出される。

【0044】

筐体１６の外部へ排出されるバーナ排ガスは、混合部１７０に導入されるバーナ排ガスよりも温度が低下しているので、外気との温度差が小さくなる。したがって、筐体１６の外部に排出されるバーナ排ガス中の水分は結露し難くなり、その結果、目に見える白い湯気の排出を抑制することができる。このように、目に見える白い湯気の排出を抑制することが出来るので、筐体１６の外壁の結露の発生も抑制することができる。

【0045】

本実施形態の燃料電池システム１０では、一例として、定格運転時において、燃料電池セル８１から排出されるバーナ排ガスの温度が２０５℃、排気熱交換器３１から排出されるバーナ排ガスの温度が４８℃、外気の気温が９．８℃、外気の相対湿度が５２％の、混合部１７０に吸引される筐体１６内の空気の温度が２５°Ｃ、混合部１７０に吸引される空気の量が０．７５ｍ^３／ｍｉｎである場合、バーナ排ガスに筐体１６内の空気を混合することで、バーナ排ガスの温度を２６℃まで低下させることができ、目に見える白い湯気の排出が抑制できた。

【0046】

図３は、東京都の１年間（１２ヶ月）における外気温と外気相対湿度との関係を表したグラフである。白丸は各月の日平均気温であり、黒丸はその月の日最高気温である。
図３において、点の密度の濃い領域（排気相対湿度：１００．００〜１５０．００ＲＨ％）、点の密度の薄い領域（排気相対湿度：０．０〜５０．０ＲＨ％）、点の密度が中間の領域（５０．０〜１００．０ＲＨ％）の３つの領域が記載されているが、外部に排出される排気の排気相対湿度が０．０〜１００．０ＲＨ％に収まっていれば、目に見える白い湯気が生じないことを表している。

【0047】

本実施形態の燃料電池システム１０では、排気熱交換器３１から排出されるバーナ排ガスの相対湿度が比較的高い場合であっても、排気熱交換器３１から排出されるバーナ排ガスに筐体内の空気と混合することで、目に見える白い湯気の排出を抑制するように相対湿度を下げることができる。

【0048】

また、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。

【0049】

ここで、本実施形態の燃料電池システム１０では、発電に用いる改質水Ｗ１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Ｗ２）と熱交換する方法をとるが、例えば、発電を行っており、かつ湯の使用利用が少ない場合などで、冷媒タンク３０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、十分な量の改質水Ｗ１を確保できなくなる。そのため、熱回収水の温度は一定温度以下に保つ必要があり、第１送出し側配管３６に冷媒Ｗ２の熱を外部に放出可能とするラジエータ４２、及びラジエータ４２に送風を行うラジエータファン４３を配置し、必要に応じて冷媒Ｗ２の冷却を行う。

【0050】

本実施形態の燃料電池システム１０では、外気温を測定する温度センサ６５からの温度測定データ、及び改質水タンク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等からの測定データに基づいて、制御装置７０は、外気温や、改質水Ｗ１の量に応じて熱回収ポンプ４０、及びラジエータファン４３を制御することができる。熱回収ポンプ４０、及びラジエータファン４３を作動させることで、排気熱交換器３１に流入させる冷媒Ｗ２の温度を低下させることができ、これにより、排気熱交換器３１で生成される改質水Ｗ１の量を増加させることができる。

【0051】

本実施形態の燃料電池システム１０では、熱回収ポンプ４０、及びラジエータファン４３を制御することで、効率の良い熱回収を行うことができる。熱回収温度、即ち、排気熱交換器３１から排出される冷媒Ｗ２の温度が高いほど、多くの熱を冷媒タンク３０に蓄えることができるが、排気熱交換器３１とバーナ排ガスとの温度差が小さくなるため、単位時間当たりの熱回収量は低下する。

【0052】

逆に、熱回収温度を低くすると、冷媒タンク３０に蓄える熱は少なくなるが、排気熱交換器３１においてバーナ排ガスと冷媒Ｗ２との温度差が大きくなるため、単位時間当たりに多くの熱を回収することができる。

【0053】

よって、冷媒タンク３０の蓄熱量が少ないときには熱回収温度を低めに設定し、素早くバーナ排ガスの熱を回収し、冷媒タンク３０が満蓄に近づいてきたら熱回収温度を上げて冷媒タンク３０の蓄熱量を増やすことで、バーナ排ガスからの熱をより多く利用することが可能となる。

【0054】

本実施形態の燃料電池システム１０では、冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２を給湯に用いておらず、冷媒Ｗ２と、給湯に用いる上水とを分離しているため、従来の燃料電池システムの様に湯の使用によって冷媒タンク３０内の冷媒Ｗ２の量が変化することは無く、冷媒タンク３０内の冷媒Ｗ２の量を制御する必要が無い。

【0055】

なお、冷媒タンク３０の天井壁３０Ａには、内部と外部とを連通する開口部３３が設けられているため、冷媒タンク３０内の冷媒Ｗ２が温度上昇に伴って膨張しても、冷媒Ｗ２の上の空気は開口部３３から外部へ排出されるので、タンク内の圧力上昇を抑制することができる。

【0056】

したがって、冷媒タンク３０内の圧力上昇を抑えるために、冷媒タンク３０内の冷媒Ｗ２を外部へ排出する必要が無い。即ち、冷媒タンク３０から外部への排水が無いため、冷媒Ｗ２を外部へ排水するための経路を必要とせず、燃料電池システム１０のコンパクト化を図ることができる。また、冷媒Ｗ２を外部へ排水するための経路を排水配管（下水）に繋ぐ現場工事も必要としない。

【0057】

また、暖められた冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２は、上水熱交換器４４で、外部より供給された上水との間で熱交換を行うことができる。予熱ポンプ５０を作動させることで、第２の循環経路１２０は、冷媒タンク３０と上水熱交換器４４との間で冷媒Ｗ２を循環させるため、外部の上水道から供給された上水は、上水熱交換器４４で加熱されて暖められる。

【0058】

混合弁６２は、上水熱交換器４４で加熱された上水に、外部の上水道から供給された冷たい上水を混合して排出することができ、また、上水熱交換器４４で加熱された上水をそのまま排出することもできる。混合弁６２は、制御装置７０からの制御信号に基づいて、上水熱交換器４４で加熱された上水と、外部の上水道から供給された冷たい上水との混合比を調整して排出することができる。

【0059】

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使用することもできる。

【0060】

［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。

【0061】

上記実施形態では、混合部１７０の中でバーナ排ガスと筐体１６の内部の空気とを混合したが、バーナ排ガスと筐体１６の内部の空気とを混合して外部に排出できれば、混合部１７０は設けなくてもよい。

【0062】

また、外気温が低くなると目に見える白い湯気が生じ易くなるので、例えば、外気温が低下した場合には、換気ファン１４０の回転数を上げて換気量を増やし、バーナ排ガスと混合する筐体１６内の空気量を相対的に増やすことで、排出するバーナ排ガスの温度、及び相対湿度をより低下させる制御を行ってもよい。

【0063】

また、排気熱交換器３１から排出されるバーナ排ガスの温度、湿度、排出量、外気の温度、湿度等をセンサーで検出し、センサーで得た情報に基づいて目に見える白い湯気の排出を抑制するように換気ファン１４０の回転数（送風量）を制御してもよい。これにより、目に見える白い湯気の抑制効果を高めることができる。

【0064】

なお、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】

【0065】

１０ 燃料電池システム
１６ 筐体
８１ 燃料電池セル（燃料電池）
１４０ 換気ファン（排ガス排出装置）
１４２ 外気導入用換気口（排ガス排出装置）
１７０ 混合部（排ガス排出装置）

【要約】

【課題】目に見える白い湯気の排出を抑制可能な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と共に水分を含んだ排ガスを排出する燃料電池セル８１と、燃料電池セル８１を収容する筐体１６と、筐体１６の外部から取り入れた外気と排ガスとを混合して筐体１６の外部に排出する混合部１７０、及び換気ファン１４０によって構成される排ガス排出装置と、を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】