JP2020143794A - 流体を加熱する熱供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温水を供給するにあたって大幅に１次エネルギー使用量を削減可能な流体を加熱する熱供給装置を提供する。【解決手段】熱供給装置１０Ａは、発電に伴って第１の温熱が生じる燃料電池１２と、燃料電池１２で発電された電力によって駆動され、第２の温熱が生じる凝縮器２２を備えた電気式ヒートポンプ１４と、第１の温熱と第２の温熱とで上水を加熱して温水を生成する排ガス熱交換器１８と、凝縮器２２と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、流体を加熱する熱供給装置に関する。

住宅等において、流体、例えば、水を加熱して温水を生成する熱供給装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−１３２５５９号公報

従来の熱供給装置としては、例えば、ガス給湯器、特許文献１に開示されている電気式ヒートポンプ給湯器などがある。

ガス給湯器の場合、ガスを燃焼させ、水を直接加熱して温水を得るため、ガス使用に対して１次エネルギー効率が決まり、原理的に１００％を超えることは不可能である。

電気式ヒートポンプは、大気の熱を使って温水を作ることから、電気使用量に対して３倍以上の熱（ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）やＡＰＦ（Annual Performance Factor）など）を、得ることができる。しかし、系統（商用電源等）から得られる電気の１次エネルギー効率が４０％となっているため、１次エネルギー効率は１００％を超えるものの、給湯需要に対する１次エネルギー削減の観点から改善の余地があった。

本発明は、上記事実を考慮して、熱を生成するにあたって大幅に１次エネルギー使用量を削減可能な流体を加熱する熱供給装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の流体を加熱する熱供給装置は、発電に伴って第１の温熱が生じる分散型発電機と、少なくとも前記分散型発電機で発電された電力によって駆動され、第２の温熱が生じる電気式ヒートポンプと、前記第１の温熱と前記第２の温熱とを利用して、流体を加熱する流体加熱部と、を有する。

請求項１に記載の流体を加熱する熱供給装置では、分散型発電機で発電を行うと、分散型発電機において第１の温熱が生じる。
電気式ヒートポンプが分散型発電機で発電された電力により駆動されると、電気式ヒートポンプにおいて第２の温熱が生じる。
流体加熱部では、第１の温熱と第２の温熱とを利用して流体を加熱することができる。
ここで、流体とは、例えば、液体であってもよく、気体であってもよい。液体としては、一例として、水、防錆剤、凍結防止剤等の薬品類が添加された水、水以外の例えば、不凍液、オイル等を挙げることができる。気体としては、空気（窒素ガス+酸素ガス）、空気以外のガスを挙げることができる。

請求項１に記載の熱供給装置では、分散型発電機で発電された電力により電気式ヒートポンプを駆動し、分散型発電機で生じる第１の温熱と電気式ヒートポンプで生じる第２の温熱とを利用して流体を加熱する。したがって、系統電力で電気式ヒートポンプを駆動して流体を加熱する場合に比較して、熱需要に対して大幅に１次エネルギー使用量を削減することが可能となる。

なお、加熱された流体の供給先、利用方法は特に問わず、様々な用途に使用することができる。
また、電気式ヒートポンプは、分散型発電機で発電された電力によって駆動されるが、系統電力で駆動することもできる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記流体加熱部のうち前記第２の温熱で前記流体を加熱する部分は、前記電気式ヒートポンプに備えられた凝縮器、または前記凝縮器で生成された熱が付与された加熱用媒体が通過する媒体熱交換器である熱出力部を含んでいる。

請求項２に記載の熱供給装置では、媒体加熱部のうち、第２の温熱で流体を加熱する部分は、電気式ヒートポンプに備えられた凝縮器、または凝縮器で生成された熱が付与された加熱用媒体が通過する媒体熱交換器である熱出力部を含んでおり、凝縮器、または媒体熱交換器において、流体を第２の温熱で加熱することができる。
なお、加熱用媒体は、液体、気体等の流体である。

請求項３に記載の発明は、請求項１、または請求項２に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記分散型発電機は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池であり、前記第１の温熱は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により生成される反応熱である。

請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置では、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により燃料電池が発電を行い、燃料電池で発電された電力で電気式ヒートポンプが駆動される。

燃料電池では、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により反応熱が生成され、この反応熱が第１の温熱となる。燃料電池は、反応熱により加熱されて燃料電池自身が発熱する。また、燃料電池からは、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により生成された高温の燃料極オフガスや、燃料極オフガス中の未反応成分が燃焼されて生成された燃焼排ガス等が排出される。したがって、第１の温熱としては、加熱された燃料電池自身から得ることができ、高温の燃料極オフガスや燃焼排ガスから得ることもできる。なお、燃料電池で生成された反応熱は、いわゆる排熱と呼ぶこともできる。
なお、高温とは、室温や上水の温度よりも高い温度のことである。

請求項４に記載の発明は、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記流体加熱部は、一端から前記流体としての上水が流入し、一部分で前記熱出力部から前記上水に前記第２の温熱が供給される第１の上水通路と、前記第１の上水通路に接続され前記燃料電池から排出された前記反応熱と前記上水との間で熱交換を行う第１の熱交換器と、を有している。

請求項４に記載の流体を加熱する熱供給装置では、第１の上水通路の一部分に熱出力部から第２の温熱が供給され、第１の上水通路の一端から上水が流入すると、該一部分で上水に第２の温熱が供給されて温水となる。

第１の上水通路には、第１の熱交換器が接続されており、第１の熱交換器では、燃料電池から排出された反応熱と上水との間で熱交換を行う。これにより、第１の上水通路を流れる上水を反応熱で加熱することができる。

このように、請求項４に記載の流体を加熱する熱供給装置では、上水が、熱出力部の第２の熱と排ガスの第１の温熱とを用いて加熱されて温水となる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記上水は、前記第１の上水通路において、前記第１の熱交換器、前記凝縮器の順に通過する。

請求項５に記載の流体を加熱する熱供給装置では、上水は、第１の上水通路において、第１の熱交換器で温められ、第１の熱交換器で温められた上水は、その後、凝縮器で温められる。

請求項６に記載の発明は、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記流体加熱部は、内部に前記流体が循環し、一部分で前記熱出力部から前記流体に前記第２の温熱が供給される第１の流体循環通路と、前記第１の流体循環通路に接続され前記燃料電池から排出された前記反応熱と前記流体との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、一端から上水が流入する第２の上水通路と、前記第１の流体循環通路と前記第２の上水通路とに接続され前記流体と前記上水との間で熱交換を行う第３の熱交換器と、を有している。

請求項６に記載の流体を加熱する熱供給装置では、第１の流体循環通路において、内部で流体が循環し、一部分で電気式ヒートポンプの熱出力部から流体に第２の温熱が供給され、流体が第２の温熱で加熱される。
第２の熱交換器は、第１の流体循環通路に接続されており、燃料電池から排出された反応熱と流体との間で熱交換を行うので、流体が反応熱で加熱される。
したがって、第１の流体循環通路の流体は、反応熱（第１の温熱）と電気式ヒートポンプの熱出力部の第２の温熱とを用いて加熱される。

第２の上水通路では、一端から上水が流入する。
第３の熱交換器は、第１の流体循環通路と第２の上水通路とに接続され流体と上水との間で熱交換を行うので、上水は、流体の熱で加熱される。
したがって、請求項６に記載の流体を加熱する熱供給装置では、上水が、反応熱（第１の温熱）と電気式ヒートポンプの熱出力部の第２の温熱とで加熱された流体の熱を用いて加熱される。

請求項７に記載の発明は、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記流体加熱部は、内部に前記流体が循環し、一部分で前記熱出力部から前記流体に前記第２の温熱が供給される第１の流体循環通路と、前記第１の流体循環通路に接続され前記燃料電池から排出された前記反応熱と前記流体との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、前記第１の流体循環通路に接続され前記流体の熱を放熱して空気を温めるラジエーターと、を有している。

請求項７に記載の流体を加熱する熱供給装置では、第１の流体循環通路において、内部で流体が循環し、一部分で電気式ヒートポンプの熱出力部から流体に第２の温熱が供給され、流体が第２の温熱で加熱される。
第２の熱交換器は、第１の流体循環通路に接続されており、燃料電池から排出された反応熱と流体との間で熱交換を行うので、流体が反応熱で加熱される。
したがって、第１の流体循環通路の流体は、反応熱（第１の温熱）と電気式ヒートポンプの熱出力部の第２の温熱とを用いて加熱される。
第１の流体循環通路に接続されたラジエーターからは流体の熱が放熱されて空気を温めることができる。ラジエーターは、例えば、暖房器具として用いることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記流体加熱部は、内部に前記流体が循環し、一部分で前記熱出力部から前記流体に前記第２の温熱が供給される第２の流体循環通路と、一端から上水が流入する第３の上水通路と、前記第３の上水通路に接続され前記燃料電池から排出された前記反応熱と前記上水との間で熱交換を行う第４の熱交換器と、前記第２の流体循環通路と前記第３の上水通路とに接続され前記流体と前記上水との間で熱交換を行う第５の熱交換器と、を有している。

請求項８に記載の熱供給装置では、第３の上水通路の一端から上水が流入する。
第２の流体循環通路において、内部に流体が循環し、一部分で熱出力部から流体に第２の温熱が供給されるので、流体が熱出力部の第２の温熱で加熱される。
第４の熱交換器は、燃料電池から排出された反応熱と流体との間で熱交換を行うので、流体が反応熱で加熱される。
第５の熱交換器は、第２の流体循環通路と第３の上水通路とに接続され流体と上水との間で熱交換を行うので、上水は、流体の熱で加熱される。
したがって、請求項８に記載の熱供給装置では、上水が、反応熱（第１の温熱）と、電気式ヒートポンプの熱出力部の第２の温熱で加熱された流体の熱と、を用いて加熱される。

請求項９に記載の発明は、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記流体加熱部は、内部に前記流体が循環し、一部分で前記燃料電池から前記流体に前記第１の温熱が供給される第３の流体循環通路と、一端から上水が流入し、一部分で前記熱出力部から前記上水に前記第２の温熱が供給される第４の上水通路と、前記第３の流体循環通路と前記第４の上水通路とに接続され前記流体と前記上水との間で熱交換を行う第６の熱交換器と、を有している。

請求項９に記載の流体を加熱する熱供給装置では、第３の流体循環通路において、内部に流体が循環し、一部分で燃料電池から流体に第１の温熱が供給されるので、流体が燃料電池の第１の温熱で加熱される。
第４の上水通路では、一端から上水が流入し、一部分で熱出力部から上水に前記第２の温熱が供給されるので、上水が電気式ヒートポンプの熱出力部の第２の温熱で加熱される。
第６の熱交換器は、第３の流体循環通路と第４の上水通路とに接続され流体と上水との間で熱交換を行うので、上水は、流体の熱で加熱される。
このように、請求項９に記載の流体を加熱する熱供給装置では、上水が、電気式ヒートポンプの熱出力部の第２の温熱と、燃料電池の第１の温熱で加熱された流体の熱とを用いて加熱される。

請求項１０に記載の発明は、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記流体加熱部は、内部に前記流体としての第１の流体が循環し、一部分で前記熱出力部から前記第１の流体に前記第２の温熱が供給される第４の流体循環通路と、一端から上水が流入する第５の上水通路と、前記第４の流体循環通路と前記第５の上水通路とに接続され前記第１の流体と前記上水との間で熱交換を行う第７の熱交換器と、
内部に前記流体としての第２の流体が循環し、一部分で前記燃料電池から前記第２の流体に前記第１の温熱が供給される第５の流体循環通路と、前記第５の流体循環通路と前記第５の上水通路とに接続され前記第２の流体と前記上水との間で熱交換を行う第８の熱交換器と、を有している。

請求項１０に記載の流体を加熱する熱供給装置では、第４の流体循環通路では、内部に第１の流体が循環し、一部分で熱出力部から第１の流体に第２の温熱が供給されるので、第１の流体が熱出力部の第２の温熱で加熱される。
第５の上水通路では、一端から上水が流入する。
第７の熱交換器は、第４の流体循環通路と第５の上水通路とに接続され第１の流体と上水との間で熱交換を行うので、上水が、第４の流体循環通路の第１の流体の熱で加熱される。
第５の流体循環通路では、内部に第２の流体が循環し、一部分で燃料電池から第２の流体に第１の温熱が供給されるので、第２の流体が燃料電池の第１の温熱で加熱される。
第８の熱交換器は、第５の流体循環通路と第５の上水通路とに接続され第２の流体と上水との間で熱交換を行うので、上水が、第５の流体循環通路の第２の流体の熱で加熱される。
したがって、請求項１０に記載の流体を加熱する熱供給装置では、上水が、電気式ヒートポンプの熱出力部で加熱された第１の流体の熱と、燃料電池で加熱された第２の流体の熱とを用いて加熱される。

請求項１１に記載の発明は、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記流体加熱部は、一端から前記流体としての第１の上水が流入し、一部分で前記燃料電池から前記第１の上水に前記第１の温熱が供給されて前記第１の上水を第１の温水として排出する第６の上水通路と、一端から前記流体としての第２の上水が流入し、一部分で前記熱出力部から前記第２の上水に前記第２の温熱が供給されて前記第２の上水を第２の温水として排出する第７の上水通路と、を有している。

請求項１１に記載の流体を加熱する熱供給装置では、第６の上水通路において、一端から第１の上水が流入し、一部分で燃料電池から第１の上水に第１の温熱が供給されて、第１の上水を第１の温水として排出される。
第７の上水通路において、一端から第２の上水が流入し、一部分で熱出力部から第２の上水に第２の温熱が供給されて第２の上水が第２の温水として排出される。
第１の上水を燃料電池の第１の温熱で加熱し、第２の上水を熱出力部の第２の温熱で加熱するので、温度の異なる第１の温水と第２の温水とを得ることができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記第６の上水通路の排水方向下流側端部と前記第７の上水通路の排水方向下流側端部とに接続され、前記第１の温水と前記第２の温水とを混合する第１の混合弁を有している。

請求項１２に記載の流体を加熱する熱供給装置では、第６の上水通路から排出された第１の温水と、第７の上水通路から排出された第２の温水と、を第１の混合弁で混合して排出することができる。さらに、第１の混合弁で、温度や流量の異なる第１の温水と第２の温水との混合の比率を変更することで、第１の混合弁から排出される温水の温度や流量を調整することができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、水素を含み第１燃料極へ供給される燃料ガスと、空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記第１燃料極から第１燃料極オフガスを第１燃料極オフガス流路へ送出する第１燃料電池セルスタックと、前記第１燃料極オフガス流路を介して第２燃料極へ供給される前記第１燃料極オフガスと酸化剤ガスとを用いて発電し、前記第２燃料極から第２燃料極オフガスを第２燃料極オフガス流路へ送出し、空気極から空気極オフガスを空気極オフガス流路へ送出する第２燃料電池セルスタックと、を含んで構成される前記燃料電池と、前記第２燃料極オフガス流路と前記空気極オフガス流路とに接続され、前記第２燃料極オフガスを前記空気極オフガスで燃焼させ燃焼排ガスを燃焼排ガス流路に排出する燃焼部と、を備え、一端から前記流体としての第１の上水が流入し、中間部に設けた第９の熱交換器で前記第１の上水と前記燃焼排ガスとの間で熱交換を行って前記第１の上水を第１の温水として排出する第８の上水通路と、一端から前記流体としての第２の上水が流入し、中間部に設けた第１０熱交換器で前記第２の上水と前記第１燃料極オフガスとの間で熱交換を行って前記第２の上水を第２の温水として排出する第９の上水通路と、を有する。

請求項１３に記載の熱供給装置では、燃料電池が、第１燃料電池セルスタックと、第２燃料電池セルスタックとで構成されているため、第１燃料電池セルスタックで発電された電力と第２燃料電池セルスタックで発電された電力とを用いて電気式ヒートポンプを駆動することができる。
第１燃料電池セルスタックでは、水素を含む燃料ガスが第１燃料極へ供給され、酸化剤ガスが空気極へ供給されて発電が行われる。
第２燃料電池セルスタックでは、第１燃料電池セルスタックの第１燃料極から排出された第１燃料極オフガスと、酸化剤ガスとを用いて発電が行われる。
第２燃料電池セルスタックから排出された第２燃料極オフガスと空気極オフガスとは、第２燃料極オフガス流路と空気極オフガス流路を介して燃焼部へ送出され、燃焼部で第２燃料極オフガスが空気極オフガスで燃焼される。
燃焼部からは燃焼排ガスが燃焼排ガス流路に排出される。

第８の上水通路の一端から第１の上水を流入させると、第９の熱交換器で第１の上水が燃焼排ガスの熱で加熱され、第１の上水を第１の温水として第８の上水通路の他端から排出することができる。
また、第９の上水通路の一端から第２の上水を流入させると、第１０の熱交換器で第２の上水が第１燃料極オフガスの熱で加熱され、第２の上水を第２の温水として第９の上水通路の他端から排出することができる。
第１の上水を燃焼排ガスの熱で加熱し、第２の上水を第１空気極オフガスの熱で加熱するので、温度の異なる第１の温水と第２の温水とを得ることができる。

請求項１４に記載の発明は、請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、水素を含み燃料極へ供給される燃料ガスと、空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記燃料極から燃料極オフガスを排出する燃料電池セルスタックを備えた前記燃料電池と、前記燃料極から排出された前記燃料極オフガスの一部を再生する燃料再生部と、前記燃料再生部から排出された再生ガスを前記燃料電池セルスタックに供給する供給部と、前記燃料極から排出された前記燃料極オフガスの他の一部を前記空気極から排出された空気極オフガスで燃焼させ燃焼排ガスを燃焼排ガス流路に排出する燃焼部と、一端から前記流体としての第１の上水が流入し、中間部に設けた第１１の熱交換器で前記第１の上水と前記燃焼排ガスとの間で熱交換を行って前記第１の上水を第１の温水として排出する第１０の上水通路と、一端から前記流体としての第２の上水が流入し、中間部に設けた第１２の熱交換器で前記第２の上水と前記燃料極オフガスとの間で熱交換を行って前記第２の上水を第２の温水として排出する第１１の上水通路と、を有している。

請求項１４に記載の流体を加熱する熱供給装置では、燃料電池で発電された電力を用いて電気式ヒートポンプを駆動することができる。
燃料電池セルスタックでは、燃料ガスが第１燃料極へ供給され、酸化剤ガスが空気極へ供給されて発電が行われる。
燃料極から排出された燃料極オフガスの一部は燃料再生部で再生され、燃料再生部から排出された再生ガスは、供給部により燃料電池スタックに供給される。
また、燃料極から排出された燃料極オフガスの他の一部は、燃焼部において、空気極から排出された空気極オフガスで燃焼され、燃焼排ガスは燃焼排ガス流路に排出される。

第１０の上水通路の一端から第１の上水を流入させると、第１１の熱交換器で第１の上水が燃焼排ガスの熱で加熱され、第１の上水を第１の温水として第１０の上水通路の他端から排出することができる。
また、第１１の上水通路の一端から第２の上水を流入させると、第１２熱交換器で第２の上水が燃料極オフガスの熱で加熱され、第２の上水を第２の温水として第１１の上水通路の他端から排出することができる。
第１の上水を燃焼排ガスの熱で加熱し、第２の上水を空気極オフガスの熱で加熱するので、温度の異なる第１の温水と第２の温水とを得ることができる。

請求項１５に記載の発明は、請求項１３または請求項１４に記載の流体を加熱する熱供給装置において、前記第１の温水と前記第２の温水とを混合する第２の混合弁を有している。

請求項１５に記載の流体を加熱する熱供給装置では、第１０の上水通路から排出された第１の温水と、第１１の上水通路から排出された第２の温水と、を第２の混合弁で混合して排出することができる。さらに、第２の混合弁で、温度や流量の異なる第１の温水と第２の温水との混合の比率を変更することで、第２の混合弁から排出される温水の温度や流量を調整することができる。

請求項１６に記載の発明は、請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置において、流体としての燃料を加熱させて前記燃料ガスとして排出する前記流体加熱部と、前記流体加熱部から排出された前記燃料ガスを前記燃料電池へ供給する燃料供給路と、前記燃料供給路に設けられ、前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスの流量を調整する調整弁と、を有している。

請求項１６に記載の流体を加熱する熱供給装置では、流体加熱部で液体燃料が加熱されて液体燃料が気化し、流体加熱部から燃料ガスが排出される。
流体加熱部から排出された燃料ガスは、燃料供給路を介して燃料電池へ供給され、燃料電池の発電に供される。
燃料電池へ供給される燃料ガスの量は、調整弁で調整することができ、燃料電池に供給される燃料ガスの量を調整することで、燃料電池の発電量を調整することができる。

以上説明したように、本発明の熱供給装置によれば、大幅に１次エネルギー使用量を削減することが可能となる、という優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。 電気式ヒートポンプの構成を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。 本発明の第６の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。 本発明の第７の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。 本発明の第８の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。 本発明の第９の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。 本発明の他の実施形態に係る熱供給装置の構成を示す構成図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る熱供給装置１０Ａを図１にしたがって説明する。本実施形態の熱供給装置１０Ａは、一例として住宅等に適用されるものであり、本発明の流体としての上水を加熱して温水を生成する熱供給装置、言い換えれば、給湯装置である。本実施形態は、請求項１〜５に対応する実施形態である。

図１に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ａは、燃料電池１２と、燃料電池１２で発電された電力Ｅで駆動される電気式ヒートポンプ１４とを備えている。

燃料電池１２は、燃料ガスが燃料極に供給され、酸化剤ガス（空気等）が空気極に供給されて燃料ガスと酸化ガスとが反応して発電を行い、燃料極から燃料極オフガスが排出され、空気極から空気極オフガスが排出される一般的に知られている構成のものであり、内部構造の詳細な説明は省略する。
なお、燃料電池１２で発電された電力Ｅは、配線１６を介して電気式ヒートポンプ１４に送電されるが、一部を住宅内の図示しない電気機器に送電することもできる。
燃料電池１２としては、例えば、発電効率が４０〜６５％とされた多段式の燃料電池を用いることができる。

燃料電池１２からは、反応熱（ＥＸＧ：本実施形態では燃焼排ガスを用いているが、燃焼排ガスに限らず、反応によって温まったガス、例えば、燃料極オフガス、空気等であってもよい）を排出するための配管Ｐ１が接続されている。この配管Ｐ１の中間部には排ガス熱交換器１８が設けられており、排ガス熱交換器１８には、上水が流れる配管Ｐ２が接続されている。排ガス熱交換器１８は、燃料電池１２から排出された高温の排ガスと上水との間で熱交換を行い、上水を加熱することができる。

なお、上水の流れる配管Ｐ２の上流側には、上水を供給する上水道設備（図示省略）が設けられ、配管Ｐ２の下流側には水利用機器や温度・流量の制御機構（図示省略）が設けられている。

図２に示すように、電気式ヒートポンプ１４は、電力で駆動される圧縮機１４Ａ、熱を放出する凝縮器２２、膨張弁１４Ｂ、熱を吸収する蒸発器１４Ｃ、圧縮機１４Ａと凝縮器２２と膨張弁１４Ｂと蒸発器１４Ｃとを連結して冷媒を循環させる循環経路１４Ｄ等を備えた一般的な構造のものである。なお、図２中の矢印は、冷媒の流れる方向を示している。また、電気式ヒートポンプ１４の動作は、一般的なヒートポンプの動作と同じであるため、動作についての説明は省略する。

図１に示すように、凝縮器２２は、排ガス熱交換器１８の下流側の配管Ｐ２に接続されており、電気式ヒートポンプ１４の冷媒と外部から供給された上水との間で熱交換を行って上水に凝縮熱を放出して上水を加熱可能となっている。

（作用、効果）
本実施形態の熱供給装置１０Ａにおいて、電気式ヒートポンプ１４は、燃料電池１２で発電された電力の一部を用いて駆動される。
上水を加熱して温水（ＨＷ）を生成する場合、電気式ヒートポンプ１４を駆動すると共に、配管Ｐ２の一端から上水（Ｗ）を供給する。

本実施形態の熱供給装置１０Ａでは、電気式ヒートポンプ１４を、発電所等からの系統電力により駆動するのではなく、分散型発電機である発電効率に優れた燃料電池１２で発電された電力により駆動しており、しかも、上水を、排ガス熱交換器１８、及び凝縮器２２を順に流して、排ガス熱交換器１８と凝縮器２２とで加熱するので、系統電力により駆動される電気式ヒートポンプのみで水を加熱する場合に比較して、大幅に１次エネルギー使用量を削減しつつ、高温の温水を生成することができる。
なお、熱供給装置１０Ａは、系統電力を使用せずに駆動可能なので、系統電力の停電時においても、温水を生成することができる。

生成した温水は、例えば、配管Ｐ２の端部に設けた蛇口から排出して種々の用途に用いることができ、さらに、風呂、シャワー、キッチンシンク、洗濯機、食器洗い機、床暖房等の水利用機器等で使用することができる。また、配管Ｐ２に貯湯タンクを接続し、生成した温水を貯湯タンクに貯留することもできる。

本実施形態では、上水を排ガス熱交換器１８、凝縮器２２の順に通過させて温水としたが、必要に応じて、上水を凝縮器２２、排ガス熱交換器１８の順に通過させて温水としてもよい。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る熱供給装置１０Ｂを図３にしたがって説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施形態は、請求項６に対応する実施形態である。

図３に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ｂでは、排ガス熱交換器１８と凝縮器２２と循環ポンプ２４とに接続されて、熱媒体が循環する循環配管Ｐ３が設けられている。なお、循環配管Ｐ３で循環させる熱媒体としては、本実施形態では水が用いられる。図３中、循環配管Ｐ３に記載の矢印は、熱媒体の流れる方向を示している。

この循環配管Ｐ３には、凝縮器２２の下流側に、上水熱交換器２８が設けられている。
上水熱交換器２８には、上水が流される配管Ｐ２が接続されており、上水熱交換器２８は、熱媒体によって上水を加熱することができる。

（作用、効果）
本実施形態の熱供給装置１０Ｂでは、上水を加熱する場合、電気式ヒートポンプ１４を駆動すると共に、循環ポンプ２４を駆動し、配管Ｐ２の一端から上水を供給する。
循環ポンプ２４を駆動すると、熱媒体は、排ガス熱交換器１８、及び凝縮器２２を順に流れるため、凝縮器２２で必要な熱量が少なくて良く、電気式ヒートポンプ１４を駆動するための電力を削減することができる。

上水熱交換器２８においては、上水が、加熱された熱媒体の熱で加熱されて温水となり、温水は配管Ｐ２の他端から排出される。

本実施形態の熱供給装置１０Ｂも、電気式ヒートポンプ１４を分散型発電機である燃料電池１２で発電された電力により駆動するので、温水生成時においては、系統電力により駆動される電気式ヒートポンプで水を加熱する場合に比較して、大幅に１次エネルギー使用量を削減することができる。
さらに、熱供給装置１０Ｂは、系統電力を使用しないので、系統電力の停電時においても、温水を生成することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る熱供給装置１０Ｃを図４にしたがって説明する。なお、本実施形態は第２の実施形態の変形例であり、第２の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施形態は、請求項７に対応する実施形態である。
図４に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ｃでは、第２の実施形態の上水熱交換器２８の代わりに、暖房機としてのラジエーター３０が設けられている。ラジエーター３０の近傍には、ラジエーター３０に向けて送風するファン３２が設けられている。
（作用、効果）
本実施形態では、ラジエーター３０において、温められた熱媒体（温水）と空気との間で熱交換が行われ、空気が温水の熱で温められる。また、ファン３２を駆動することで、ラジエーター３０で温められた空気を室内に送風することができる。
本実施形態の熱供給装置１０Ｃも、電気式ヒートポンプ１４を分散型発電機である燃料電池１２で発電された電力により駆動するので、温水生成時においては、系統電力により駆動される電気式ヒートポンプで水を加熱する場合に比較して、大幅に１次エネルギー使用量を削減することができる。
さらに、熱供給装置１０Ｃは、系統電力を使用しないので、系統電力の停電時においても、室内の暖房を行うことができる。
なお、温めた空気は、暖房に限らず、衣類等の乾燥に用いることもできる。
また、循環配管Ｐ３の一部を床下に配置し、床暖房を構成することもできる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る熱供給装置１０Ｄを図５にしたがって説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施形態は、請求項８に対応する実施形態である。

図５に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ｄでは、熱媒体熱交換器３４と凝縮器２２と循環ポンプ２４とに接続されて、熱媒体が循環する熱媒体循環配管Ｐ４が設けられている。

排ガス熱交換器１８と熱媒体熱交換器３４とは配管Ｐ２で接続されており、配管Ｐ２の一端から供給した上水は、排ガス熱交換器１８、熱媒体熱交換器３４を順に通過して他端から排出されるようになっている。
（作用、効果）
本実施形態の熱供給装置１０Ｄは、上水を加熱する場合、電気式ヒートポンプ１４を駆動すると共に、循環ポンプ２４を駆動し、配管Ｐ２の一端から上水を供給する。

凝縮器２２で加熱された熱媒体は、熱媒体熱交換器３４へ送出され、熱媒体熱交換器３４で上水を加熱する。

上水は、排ガス熱交換器１８、及び熱媒体熱交換器３４を順に流れるため、凝縮器２２で必要な熱量が少なくて良く、電気式ヒートポンプ１４を駆動するための電力を削減することができる。

本実施形態の熱供給装置１０Ｄも、電気式ヒートポンプ１４を分散型発電機である燃料電池１２で発電された電力により駆動するので、温水生成時においては、系統電力により駆動される電気式ヒートポンプで水を加熱する場合に比較して、大幅に１次エネルギー使用量を削減することができる。
さらに、本実施形態の熱供給装置１０Ｄも、系統電力を使用しないので、系統電力の停電時においても、温水を生成することができる。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態に係る熱供給装置１０Ｅを図６にしたがって説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施形態は、請求項１１に対応する実施形態である。

図６に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ｅでは、電気式ヒートポンプ１４の凝縮器２２に、上水が流される配管Ｐ２−１が接続されている。
燃料電池１２には、上水が流される配管Ｐ２−２が接続されており、この配管Ｐ２−２は、途中の一部分Ｐ２−２Ａが燃料電池１２の内部を通過している。これにより、上水は、燃料電池１２の内部を通って加熱され、温水となって燃料電池１２から排出される。なお、配管Ｐ２−２の一部分Ｐ２−２Ａが燃料電池１２と上水との間で熱交換を行なう熱交換器として機能している。

（作用、効果）
本実施形態の熱供給装置１０Ｅでは、配管Ｐ２−１の一端から上水（Ｗ２）を供給することで供給された上水を凝縮器２２で加熱して他端から温水（ＨＷ２）を排出することができ、配管Ｐ２−２の一端から上水（Ｗ１）を供給することで供給された上水を燃料電池１２の熱で加熱して他端から温水（ＨＷ１）を排出することができる。
このように、本実施形態では、配管Ｐ２−１と配管Ｐ２−２とが独立して設けられているので、配管Ｐ２−１と配管Ｐ２−２とで異なる温度の温水を排出することが可能である。

また、本実施形態の熱供給装置１０Ｅにおいて、温度や流量の異なる温水（ＨＷ１）や温水（ＨＷ２）の一部を混合させ、混合度合を制御することで、温度や流量を調整することができる。
例えば、図６に２点鎖線で示すように、配管Ｐ２−１の排水方向下流側端部、及び配管Ｐ２−２の排水方向下流側端部を混合弁３５に接続することで、温水（ＨＷ１）と温水（ＨＷ２）とを混合すること、及温水（ＨＷ１）と温水（ＨＷ２）との混合比率を調整して、温度や流量が調整された温水を混合弁３５から排出することができる。

本実施形態の熱供給装置１０Ｅも、分散型発電機である燃料電池１２で発電された電力により駆動するので、温水生成時においては、系統電力により駆動される電気式ヒートポンプで水を加熱する場合に比較して、大幅に１次エネルギー使用量を削減することができる。
さらに、本実施形態の熱供給装置１０Ｅも、系統電力を使用しないので、系統電力の停電時においても、温度の異なる２種類の温水を生成することができる。

［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態に係る熱供給装置１０Ｆを図７にしたがって説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施形態は、請求項９に対応する実施形態である。

図７に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ｆでは、熱媒が循環する循環配管Ｐ５が燃料電池１２に接続されており、この循環配管Ｐ５は、一部分Ｐ５Ａが燃料電池１２の内部を通過しており、該一部分Ｐ５Ａが燃料電池１２と熱媒との間で熱交換を行なう熱交換器として機能している。

この循環配管Ｐ５には、循環ポンプ２４、及び熱媒体熱交換器３６が設けられている。熱媒体熱交換器３６と凝縮器２２とは、配管Ｐ２で接続されている。
例えば、循環配管Ｐ５に熱媒として水を入れることで、水が燃料電池１２で温められて温水となり、燃料電池１２から熱媒体熱交換器３６へ向けて温水が排出される。

（作用、効果）
本実施形態の熱供給装置１０Ｆでは、上水を加熱する場合、電気式ヒートポンプ１４を駆動すると共に、循環ポンプ２４を駆動して循環配管Ｐ５で熱媒体を循環させ、配管Ｐ２の一端から上水を供給する。

燃料電池１２で加熱された熱媒体は、熱媒体熱交換器３６へ送出され、熱媒体熱交換器３６で上水を加熱する。

上水は、熱媒体熱交換器３６、凝縮器２２を順に流れるため、凝縮器２２で必要な熱量が少なくて良く、電気式ヒートポンプ１４を駆動するための電力を削減することができる。

本実施形態の熱供給装置１０Ｅも、電気式ヒートポンプ１４を分散型発電機である燃料電池１２で発電された電力により駆動するので、給湯時においては、系統電力により駆動される電気式ヒートポンプに比較して、大幅に１次エネルギー使用量を削減することができる。
さらに、本実施形態の熱供給装置１０Ｅも、系統電力を使用しないので、系統電力の停電時においても、温水を生成することができる。

［第７の実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態に係る熱供給装置１０Ｇを図８にしたがって説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施形態は、請求項１０に対応する実施形態である。

図８に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ｇでは、熱媒体循環配管Ｐ４と、循環配管Ｐ５とを備えており、熱媒体循環配管Ｐ４の熱媒体熱交換器３４と循環配管Ｐ５の熱媒体熱交換器３６とに上水が流れる配管Ｐ２が接続されている。
（作用、効果）
本実施形態の熱供給装置１０Ｇでは、上水を加熱する場合、電気式ヒートポンプ１４を駆動すると共に、熱媒体循環配管Ｐ４で熱媒体を循環させると共に、循環配管Ｐ５で熱媒体を循環させ、配管Ｐ２の一端から上水を供給する。

上水は、循環配管Ｐ５の熱媒体熱交換器３６、及び熱媒体熱交換器３４を順に流れるため、凝縮器２２で必要な熱量が少なくて良く、電気式ヒートポンプ１４を駆動するための電力を削減することができる。

本実施形態の熱供給装置１０Ｇも、電気式ヒートポンプ１４を分散型発電機である燃料電池１２で発電された電力により駆動するので、温水生成時においては、系統電力により駆動される電気式ヒートポンプに比較して、大幅に１次エネルギー使用量を削減することができる。
さらに、本実施形態の熱供給装置１０Ｇも、系統電力を使用しないので、系統電力の停電時においても、温水を生成することができる。

［第８の実施形態］
次に、本発明の第８の実施形態に係る熱供給装置１０Ｈを図９にしたがって説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施形態は、請求項１６に対応する実施形態である。

図９に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ｈでは、燃料電池１２に配管Ｐ１が接続されており、電気式ヒートポンプ１４の凝縮器２２に熱媒体循環配管Ｐ４が接続されている。
本実施形態では、熱媒体循環配管Ｐ４には、加熱用媒体としての水、防錆剤や凍結防止剤等の薬品類が添加された水、水以外のもの、例えば、不凍液、オイル等の液体が循環する。

配管Ｐ１には排ガス熱交換器１８が接続され、熱媒体循環配管Ｐ４には熱媒体熱交換器３４が接続されている。

排ガス熱交換器１８、及び熱媒体熱交換器３４には、熱媒体が循環する循環配管Ｐ６が接続されている。この循環配管Ｐ６には、循環ポンプ２４、及び熱交換器３８が接続されている。循環配管Ｐ６の熱媒体（請求項１の熱媒体）は、水でもよく、防錆剤、凍結防止剤等の薬品類が添加された水を用いてもよく、水以外のもの、例えば、不凍液、オイル等の液体であってもよい。

熱交換器３８には、図示しないガス利用機器に燃料ガスを供給するためのガス配管Ｐ７の中間部が接続されている。

ガス配管Ｐ７には、熱交換器３８の下流側に、配管内を流れる燃料ガスの温度を計測する第１温度センサ４０が設けられており、第１温度センサ４０の下流側に燃料ガスの流量を調整する減圧弁４２が設けられており、さらに、減圧弁４２の下流側に、配管内を流れる燃料ガスの温度を計測する第２温度センサ４４が設けられている。

また、ガス配管Ｐ７には、減圧弁４２と第２温度センサ４４との間に、分岐配管Ｐ７−２の一端が接続されており、分岐配管Ｐ７−２の他端が燃料電池１２に接続されている。なお、分岐配管Ｐ７−２の中間部には、燃料電池１２へ供給する燃料ガスの流量を調整する調整弁４６が設けられている。

（作用、効果）
本実施形態では、燃料電池１２の排ガスの熱と、電気式ヒートポンプ１４の凝縮器２２で生成された熱とを用いて熱媒体を加熱し、その熱媒体の熱を、液体燃料に付与して気化し、燃料電池１２へ供給する燃料ガスを得ることができる。即ち、液体燃料を気化する際のプレヒーターとして、燃料電池１２の排ガスの熱と、電気式ヒートポンプ１４の凝縮器２２で生成された熱とを利用するものである。その他にも、高圧のガスを減圧する際にもガスが冷却されるため、そのプレヒーターとして燃料電池１２の排ガスの熱と電気式ヒートポンプ１４の凝縮器２２で生成された熱とを利用し、減圧時の配管や減圧弁の結露を防ぎつつ、燃料電池１２に燃料ガスを供給する場合にも利用できる。

熱媒体循環配管Ｐ４の加熱用媒体は、凝縮器２２で加熱され、熱媒体熱交換器３４へ至り、循環配管Ｐ６の熱媒体を加熱する。
また、配管Ｐ１を通過した排ガスは、排ガス熱交換器１８に至り、循環配管Ｐ６の熱媒体を加熱する

循環ポンプ２４を駆動すると、循環配管Ｐ６において、熱媒体は、排ガス熱交換器１８と熱媒体熱交換器３４とを通過して加熱され、加熱された熱媒体は、熱交換器３８において液体燃料との間で熱交換を行う。ガス配管Ｐ７の一端から液体燃料を供給すると、液体燃料は熱交換器３８で加熱されて気化し、燃料ガスとなる。

燃料ガスは、一部が減圧弁４２、調整弁４６を介して減圧されて、燃料電池１２へ送出される。なお、第１温度センサ４０で燃料ガスの温度を測定し、測定した燃料ガスの温度に基づいて調整弁４６を調整することで、燃料電池１２に供給する燃料ガスの流量を調整して燃料電池１２の発電量を制御することができる。
なお、ガス配管Ｐ７の下流側には、燃料電池１２以外のガス利用機器が設けられている。

本実施形態の熱供給装置１０Ｈも、電気式ヒートポンプ１４を分散型発電機である燃料電池１２で発電された電力により駆動するので、系統電力により駆動される電気式ヒートポンプに比較して、液体燃料の気化を行う際に、大幅に１次エネルギー使用量を削減することができる。
さらに、本実施形態の熱供給装置１０Ｈも、系統電力を使用しないので、系統電力の停電時においても、液体燃料の気化を行うことができる。
また、循環配管Ｐ６の熱媒体は、排ガス熱交換器１８、及び熱媒体熱交換器３４を順に流れるため、凝縮器２２で必要な熱量が少なくて良く、電気式ヒートポンプ１４を駆動するための電力を削減することができる。

［第９の実施形態］
次に、本発明の第９の実施形態に係る熱供給装置１０Ｉを図１０にしたがって説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施形態は、請求項１３に対応する実施形態である。

図１０に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ｉの燃料電池１２は、主要な構成として、第１熱交換器５０、第２熱交換器５２、第３熱交換器５４、第４熱交換器５６、混合器５８、改質器６０、燃焼部６２、燃料再生部６４、第１燃料電池セルスタック６６、及び第２燃料電池セルスタック６８を備えた発電効率に優れた多段式の燃料電池である。

第１燃料電池セルスタック６６は、固体酸化物形の燃料電池セルスタックであり(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)、積層された複数の燃料電池セルを有している。
第１燃料電池セルスタック６６の個々の燃料電池セルは、電解質膜と、当該電解質膜の表裏面にそれぞれ積層された燃料極６６Ａ、及び空気極６６Ｂと、を有している。

なお、第２燃料電池セルスタック６８についての基本構成は、第１燃料電池セルスタック６６と同様であり、燃料極６６Ａに対応する燃料極６８Ａ、及び空気極６６Ｂに対応する空気極６８Ｂを有している。

第１熱交換器５０は原料ガス管Ｐ８の中間部に設けられており、原料ガス管Ｐ８の一端は図示しないガス源に接続されており、他端は混合器５８に接続されている。
第２熱交換器５２は水供給管Ｐ９の中間部に設けられており、水供給管Ｐ９の一端は、図示しない水源に接続されており、他端は混合器５８に接続されている。

原料ガス（一例としてメタン）は第１熱交換器５０で加熱されて混合器５８へ送出され、水は第２熱交換器５２で加熱されて水蒸気となって混合器５８へ送出される。混合器５８では、燃料ガスと水蒸気とが混合される。なお、原料ガスとしては、炭化水素系燃料や、水素などが挙げられる。

混合器５８は、燃料ガス管Ｐ１０を介して第１燃料電池セルスタック６６の燃料極６６Ａに接続されている。燃料ガス管Ｐ１０の途中には、改質器６０が設けられている。
この改質器６０は、後述する燃焼排ガス管Ｐ１７の中間部に設けられている。改質器６０は、燃料ガスであるメタンを改質し、水素を含む燃料ガスを生成する。改質器６０で生成された燃料ガスは、燃料ガス管Ｐ１０を介して第１燃料電池セルスタック６６の燃料極６６Ａに供給される。

第１燃料電池セルスタック６６の空気極６６Ｂには、空気供給管Ｐ１１の一端が接続されている。空気供給管Ｐ１１の他端には、図示しないブロアが接続されている。空気供給管Ｐ１１の中間部には、空気予熱部としての第３熱交換器５４が設けられている。ブロアから送出された空気は、空気供給管Ｐ１１によって、第３熱交換器５４を経由し、空気極６６Ｂへ供給される。第３熱交換器５４では、後述する燃焼部６２からの燃焼排ガスにより空気が加熱される。

空気極６６Ｂでは、下記（１）式に示すように、空気中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質膜を通って燃料極６６Ａに到達する。

（空気極反応）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻ →Ｏ^２− …（１）

空気極６６Ｂからは、空気極オフガスが排出される。空気極６６Ｂには、空気極６６Ｂから排出される空気極オフガスを第２燃料電池セルスタック６８の空気極６８Ｂへ案内する空気極オフガス管Ｐ１２が接続されている。

一方、燃料極６６Ａでは、下記（２）式及び（３）式に示すように、電解質膜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６６Ａで生成された電子が燃料極６６Ａから外部回路を通って空気極６６Ｂに移動することで、各燃料電池セルスタックにおいて発電される。また、各燃料電池セルスタックは、発電時に発熱する。

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

燃料極６６Ａには、燃料極オフガス管Ｐ１３の一端が接続されている。燃料極６６Ａから燃料極オフガス管Ｐ１３へ、燃料極オフガスが排出される。燃料極オフガスには、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。

燃料極オフガス管Ｐ１３は、第４熱交換器５６、及び後述する熱交換器７４を経て燃料再生部６４と接続されている。
燃料再生部６４の出口側には、再生燃料ガス管Ｐ１４の一端が接続されている。再生燃料ガス管Ｐ１４の他端は、第２燃料電池セルスタック６８の燃料極６８Ａと接続されている。なお、再生燃料ガス管Ｐ１４の中間部には、第４熱交換器５６が設けられている。

燃料再生部６４では、燃料極オフガスから、熱交換による冷却により凝縮された水が除去される。水が除去された後の燃料極オフガスが、再生燃料ガスとして再生燃料ガス管Ｐ１４へ送出される。

再生燃料ガスは、再生燃料ガス管Ｐ１４を通り、第４熱交換器５６で燃料極６６Ａから排出された燃料極オフガスと熱交換を行い、燃料極オフガスの熱で加熱され、第２燃料電池セルスタック６８の燃料極６８Ａへ送出されて第２燃料電池セルスタック６８の発電に供される。
第２燃料電池セルスタック６８の燃料極６８Ａからは、燃料極オフガスが燃料極オフガス管Ｐ１５を通って燃焼部６２へ送出される。

第２燃料電池セルスタック６８の空気極６８Ｂの出口側には、空気極オフガス管Ｐ１６の一端が接続されている。空気極オフガス管Ｐ１６の他端は、燃焼部６２と接続されており、空気極６８Ｂから排出された空気極オフガスは燃焼部６２へ送出される。

燃焼部６２では、第２燃料電池セルスタック６８の燃料極６８Ａから排出された未反応成分を有する燃料極オフガスが燃焼される。

燃焼部６２の出口側には、燃焼排ガス管Ｐ１７の一端が接続されており、燃焼部６２から、燃焼排ガス管Ｐ１７へ燃焼排ガスが排出される。燃焼排ガスは、改質器６０、第３熱交換器５４、第２熱交換器５２、及び第１熱交換器５０を順に通過した後、後述する熱交換器７０を介して外部（熱供給装置１０Ｉの系外）に排出される。

本実施形態の熱供給装置１０Ｉは、一端に上水を供給する図示しない上水道設備が設けられた配管Ｐ１８を備え、配管Ｐ１８の他端には、第１の水利用機器（図示省略）が接続されている。

配管Ｐ１８の中間部には、燃焼排ガス管Ｐ１７に接続された熱交換器７０が設けられており、熱交換器７０は、上水と燃焼排ガスとの間で熱交換を行い、上水を加熱する。

また、配管Ｐ１８の中間部には、分岐配管Ｐ１８−２の一端が接続されており、分岐配管Ｐ１８−２の他端には、第２の水利用機器（図示省略）が接続されている。なお、分岐配管Ｐ１８−２の中間部には、流量調整弁７２、及び熱交換器７４が設けられており、熱交換器７４は、上水と燃料極６６Ａから排出される燃料極オフガスとの間で熱交換を行い、上水を加熱する。

図１０に示す本実施形態の熱供給装置１０Ｉにおいて、図示が省略されている電気式ヒートポンプ１４の凝縮器２２は、熱交換器７０の下流側の配管Ｐ１８に設けてもよく、分岐配管Ｐ１８−２の熱交換器７４の下流側に設けてもよく、配管Ｐ１８の上流側に設けてもよい。
なお、本実施形態の電気式ヒートポンプ１４は、第１燃料電池セルスタック６６、及び第２燃料電池セルスタック６８で発電された電力によって駆動される。

（作用、効果）
本実施形態の熱供給装置１０Ｉでは、配管Ｐ１８を流れる上水を、燃料電池１２の燃焼部６２から排出される燃焼排ガスの熱で加熱することができ、分岐配管Ｐ１８−２を流れる上水を、燃料極６６Ａから排出される燃料極オフガスの熱で加熱することができる。さらに、燃料極オフガスを冷却することで燃料極オフガス中の水蒸気を凝縮させ、燃料極オフガス中の燃料濃度を上昇させることで、燃料電池１２の発電効率が向上する効果も同時に得られる。

本実施形態の熱供給装置１０Ｉでは、配管Ｐ１８を流れる上水、及び分岐配管Ｐ１８−２を流れる上水の少なくとも一方、または両方を、電気式ヒートポンプ１４の凝縮器２２の熱で加熱することができる。
本実施形態の電気式ヒートポンプ１４も、分散型発電機である燃料電池１２で発電された電力により駆動するので、温水生成時においては、系統電力により駆動される電気式ヒートポンプに比較して、大幅に１次エネルギー使用量を削減することができる。

なお、本実施形態では、分岐配管Ｐ１８−２を流れる上水を、燃料極６６Ａから排出される燃料極オフガスの熱で加熱したが、第４熱交換器５６を燃料極オフガス管Ｐ１５の中間部に設け、分岐配管Ｐ１８−２を流れる上水を、燃料極６８Ａから排出される燃料極オフガスの熱で加熱してもよい。

また、本実施形態では、上水を２系統に分割して、一方を熱交換器７０で加熱し、他方を熱交換器７４で加熱したが、分岐配管Ｐ１８−２を廃止し、配管Ｐ１８に熱交換器７０と熱交換器７４とを直列に設け、上水を直列に設けた熱交換器７４と熱交換器７０とで加熱してもよい。なお、熱交換器７４と熱交換器７０とを配管Ｐ１８に直列に設ける場合、熱交換器７４を熱交換器７０の上流側に設ける第１のパターンと、熱交換器７０を熱交換器７４の上流側に設ける第２のパターンがある。必要に応じて第１のパターン、及び第２のパターンを選択すればよい。また、切替弁を設けて第１のパターンと第２のパターンとを必要に応じて切り替えるようにしてもよい。また、配管Ｐ１８に熱交換器７０と熱交換器７４とを直列に設ける場合、例えば、温度の高い熱媒体が通る方の熱交換器を下流側に配置することができる。

なお、本実施形態の熱供給装置１０Ｉにおいて、例えば、図１０に２点鎖線で示すように、配管Ｐ１８の排水方向下流側端部、及び分岐配管Ｐ１８−２の排水方向下流側端部を混合弁３５に接続することで、温水（ＨＷ１）と温水（ＨＷ２）とを混合すること、及温水（ＨＷ１）と温水（ＨＷ２）との混合比率を調整して、温度や流量が調整された温水を混合弁３５から排出することができる。

［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。

上記実施形態の循環配管内に入れる液体は、給湯に用いるものではないので、防錆剤、凍結防止剤等の薬品類が添加された水であってもよく、水以外の、例えば、不凍液、オイル等であってもよい。

電気式ヒートポンプ１４の消費電力が、燃料電池１２の発電力で不足し、必要な熱が不足する場合は、ガスを使用するバックアップボイラーなどで熱を賄ってもよい。

また、電気式ヒートポンプ１４の消費電力が、燃料電池１２の発電力や熱で不足する場合は、系統の電力を同時に使用してもよい。

電気式ヒートポンプ１４は、図示しない再生可能エネルギー発電で得られた外部の電力（余剰電力）で駆動してもよい。再生可能エネルギー発電として、一例として、太陽光発電、太陽熱発電、水力発電、風力発電、地熱発電、波力発電、温度差発電、バイオマス発電等を挙げることができるが、他のものであってもよい。

系統電気が太陽光発電で得られる場合、太陽光発電などの発電量が多く、電気供給量が過剰なときは、系統電気を優先的に使用し、電気需要量が多いときは燃料ガスを優先的に使用してもよい。電気代、燃料ガス代の金額に連動して、系統電気や分散型発電機を選択して使用してもよい。

系統電気を使用する場合、電力のデマンドレスポンス要請に応じて、燃料ガスと系統電気の使用量を調整してもよい。

上記実施形態では、分散型発電機が燃料電池であったが、分散型発電機は、燃料電池に限らず、熱を発生するものであれば公知の他の発電機、例えば、熱を発生するガスエンジン等であってもよい。

分散型発電機が、燃料電池の場合は、パワコンで直流電気を製造（電圧変換）し、直流対応の電気式ヒートポンプ１４に電気を供給することができる。
また、燃料電池１２の余剰分は、交流に変換し、系統や需要電気として供給してもよい。

上記実施形態では、熱媒体を加熱するにあたって、電気式ヒートポンプ１４の凝縮器２２の熱を利用したが、電力で駆動される圧縮機１４Ａのモータ（図示せず）で発する熱を利用することもできる。
燃料電池から排出される熱（発生源は反応熱）については、燃焼排ガス、燃料極オフガスだけでなく、固体高分子形燃料電池などで発生する燃料電池セルスタックからの発熱なども利用することができる。

また、循環式燃料電池システムを備えた熱供給装置でも上記実施形態と同様に燃焼排ガスや燃料極オフガスの熱を利用することができる。
以下に、循環式燃料電池システムを備えた熱供給装置１０Ｊを図１１にしたがって説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
図１１に示すように、本実施形態の熱供給装置１０Ｊでは、第１燃料電池セルスタック６６の燃料極６６Ａから排出された燃料極オフガスの一部が、熱交換器７４を介して燃料再生部６４へ送出されると共に、燃料再生部６４から排出された再生燃料ガスが、再生燃料ガス管Ｐ１４を介して、第１燃料電池セルスタック６６の燃料極６６Ａへ送出されるように構成されている。
さらに、燃料極６６Ａから排出された燃料極オフガスの他の一部は、熱交換器７４の上流側の燃料極オフガス管Ｐ１３の途中から分岐した燃料極分岐オフガス管Ｐ１９を通って燃焼部６２へ送出さるように構成されている。
本実施形態の熱供給装置１０Ｊも、第９の実施形態の熱供給装置１０Ｉと同様に、温度、及び流量の異なる温水ＨＷ１と温水ＨＷ２とを得ることができる。
なお、再生燃料ガスが再利用される際に戻る場所は、第１燃料電池セルスタック６６よりも上流側ならどこでもよい。

１０Ａ 第１の実施形態の熱供給装置（請求項１の流体を加熱する熱供給装置）
１２ 燃料電池（請求項１の分散型発電機）
１４ 電気式ヒートポンプ（請求項１の電気式ヒートポンプ）
１８ 第１の実施形態の排ガス熱交換器（請求項１の第１の熱交換器、流体加熱部）
２２ 第１の実施形態の凝縮器（請求項１の流体加熱部、熱出力部）
Ｐ２ 第１の実施形態の配管（請求項１の第１の上水通路、流体加熱部）

１０Ｂ 第２の実施形態の熱供給装置（請求項６の流体を加熱する熱供給装置）
１８ 第２の実施形態の排ガス熱交換器（請求項６の第２の熱交換器、流体加熱部）
２８ 第２の実施形態の上水熱交換器（請求項６の第３の熱交換器、流体加熱部）
Ｐ２ 第２の実施形態の配管（請求項６の第２の上水通路、流体加熱部）
Ｐ３ 第２の実施形態の循環配管（請求項６の第１の流体循環通路、流体加熱部）

１０Ｃ 第３の実施形態の熱供給装置（請求項７の流体を加熱する熱供給装置）
１８ 第３の実施形態の排ガス熱交換器（請求項７の第２の熱交換器、流体加熱部）
３０ ラジエーター（請求項７のラジエーター）
Ｐ３ 第３の実施形態の循環配管（請求項７第１の流体循環通路、流体加熱部）

１０Ｄ 第４の実施形態の熱供給装置（請求項８の流体を加熱する熱供給装置）
Ｐ４ 第４の実施形態の熱媒体循環配管（請求項８の第２の流体循環通路、流体加熱部）
Ｐ２ 第４の実施形態の配管（請求項８の第３の上水通路、流体加熱部）
１８ 第４の実施形態の排ガス熱交換器（請求項８の第４の熱交換器、流体加熱部）
３４ 第４の実施形態の熱媒体熱交換器（請求項８の第５の熱交換器）

１０Ｅ 第５の実施形態の熱供給装置（請求項１１の流体を加熱する熱供給装置）
３５ 第５の実施形態の混合弁（請求項１２の混合弁）
Ｐ２−１ 第５の実施形態の配管（請求項１１の第７の上水通路、流体加熱部）
Ｐ２−２ 第５の実施形態の配管（請求項１１の第６の上水通路、流体加熱部）

１０Ｆ 第６の実施形態の熱供給装置（請求項９の流体を加熱する熱供給装置）
３６ 第６の実施形態の熱媒体熱交換器（請求項９の第６の熱交換器、流体加熱部）
Ｐ２ 第６の実施形態の配管（請求項９の第４の上水通路、流体加熱部）
Ｐ５ 第６の実施形態の循環配管（請求項９の第３の流体循環通路、流体加熱部）

１０Ｇ 第７の実施形態の熱供給装置（請求項１０の流体を加熱する熱供給装置）
３４ 第７の実施形態の熱媒体熱交換器（請求項１０の第７の熱交換器、流体加熱部）
３６ 第７の実施形態の熱媒体熱交換器（請求項１０の第８の熱交換器、流体加熱部）
Ｐ２ 第７の実施形態の配管（請求項１０の第５の上水通路、流体加熱部）
Ｐ４ 第７の実施形態の熱媒体循環配管（請求項１０の第４の流体循環通路、流体加熱部）
Ｐ５ 第７の実施形態の循環配管（請求項１０の第５の流体循環通路、流体加熱部）

１０Ｈ 第８の実施形態の熱供給装置（請求項１６の流体を加熱する熱供給装置）
３８ 第８の実施形態の熱交換器（請求項１６の流体加熱部）
４６ 第８の実施形態の調整弁（請求項１６の調整弁）
Ｐ７ 第８の実施形態のガス配管（請求項１６の燃料供給路）
Ｐ７−２ 第８の実施形態の循環配管(請求項１６の燃料供給路）

１０Ｉ 第９の実施形態の熱供給装置（請求項１３の流体を加熱する熱供給装置）
３５ 第９の実施形態の混合弁（請求項１５の混合弁）
６２ 第９の実施形態の燃焼部（請求項１３の燃焼部）
６６ 第９の実施形態の第１燃料電池セルスタック（請求項１３の第１燃料電池セルスタック）
６６Ａ 第９の実施形態の燃料極（請求項１３の第１燃料極）
６６Ｂ 第９の実施形態の空気極（請求項１３の空気極）
６８ 第９の実施形態の第２燃料電池セルスタック（請求項１３の第２燃料電池セルスタック）
６８Ａ 第９の実施形態の燃料極（請求項１３の第２燃料極）
６８Ｂ 第９の実施形態の空気極（請求項１３の空気極）
７０ 第９の実施形態の熱交換器（請求項１３の第１１の熱交換器）
７４ 第９の実施形態の熱交換器（請求項１３の第１０の熱交換器）
Ｐ１３ 第９の実施形態の燃料極オフガス管（請求項１３の第１燃料極オフガス流路）
Ｐ１５ 第９の実施形態の燃料極オフガス管（請求項１３の第２燃料極オフガス流路） Ｐ１６ 第９の実施形態の空気極オフガス管（請求項１３の空気極オフガス流路）
Ｐ１７ 第９の実施形態の燃焼排ガス管（請求項１３の燃焼排ガス流路）
Ｐ１８ 第９の実施形態の配管（請求項１３の第８の上水通路）
Ｐ１８−２ 第９の実施形態の分岐配管（請求項１３の第９の上水通路）

１０Ｊ その他の実施形態の熱供給装置（請求項１４の流体を加熱する熱供給装置）
３５ その他の実施形態の混合弁（請求項１５の混合弁）
６２ その他の実施形態の燃焼部（請求項１４の燃焼部）
６４ その他の実施形態の燃料再生部（請求項１４の燃料再生部）
６６ その他の実施形態の第１燃料スタック（請求項１４の燃料電池スタック、燃料電池）
６６Ａ その他の実施形態の燃料極（請求項１４の燃料極）
６６Ｂ その他の実施形態の空気極（請求項１４の空気極）
７０ その他の実施形態の熱交換器（請求項１４の第１１の熱交換器）
７４ その他の実施形態の熱交換器（請求項１４の第１２の熱交換器）
Ｐ１４ その他の実施形態の再生燃料ガス管（請求項１４の供給部）
Ｐ１８ その他の実施形態の配管（請求項１４の第１０の上水通路）
Ｐ１８−２ その他の実施形態の分岐配管（請求項１４の第１１の上水通路）

Claims (16)

1. 発電に伴って第１の温熱が生じる分散型発電機と、
   少なくとも前記分散型発電機で発電された電力によって駆動され、第２の温熱が生じる電気式ヒートポンプと、
   前記第１の温熱と前記第２の温熱とを利用して、流体を加熱する流体加熱部と、
   を有する流体を加熱する熱供給装置。
2. 前記流体加熱部のうち前記第２の温熱で前記流体を加熱する部分は、前記電気式ヒートポンプに備えられた凝縮器、または前記凝縮器で生成された熱が付与された加熱用媒体が通過する媒体熱交換器である熱出力部を含んでいる、請求項１に記載の流体を加熱する熱供給装置。
3. 前記分散型発電機は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池であり、
   前記第１の温熱は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により生成される反応熱である、請求項１、または請求項２に記載の流体を加熱する熱供給装置。
4. 前記流体加熱部は、
   一端から前記流体としての上水が流入し、一部分で前記熱出力部から前記上水に前記第２の温熱が供給される第１の上水通路と、
   前記第１の上水通路に接続され前記燃料電池から排出された前記反応熱と前記上水との間で熱交換を行う第１の熱交換器と、
   を有している、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。
5. 前記上水は、前記第１の上水通路において、前記第１の熱交換器、前記凝縮器の順に通過する、請求項４に記載の流体を加熱する熱供給装置。
6. 前記流体加熱部は、
   内部に前記流体が循環し、一部分で前記熱出力部から前記流体に前記第２の温熱が供給される第１の流体循環通路と、
   前記第１の流体循環通路に接続され前記燃料電池から排出された前記反応熱と前記流体との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、
   一端から上水が流入する第２の上水通路と、
   前記第１の流体循環通路と前記第２の上水通路とに接続され前記流体と前記上水との間で熱交換を行う第３の熱交換器と、
   を有している、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。
7. 前記流体加熱部は、
   内部に前記流体が循環し、一部分で前記熱出力部から前記流体に前記第２の温熱が供給される第１の流体循環通路と、
   前記第１の流体循環通路に接続され前記燃料電池から排出された前記反応熱と前記流体との間で熱交換を行う第２の熱交換器と、
   前記第１の流体循環通路に接続され前記流体の熱を放熱して空気を温めるラジエーターと、
   を有している、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。
8. 前記流体加熱部は、
   内部に前記流体が循環し、一部分で前記熱出力部から前記流体に前記第２の温熱が供給される第２の流体循環通路と、
   一端から上水が流入する第３の上水通路と、
   前記第３の上水通路に接続され前記燃料電池から排出された前記反応熱と前記上水との間で熱交換を行う第４の熱交換器と、
   前記第２の流体循環通路と前記第３の上水通路とに接続され前記流体と前記上水との間で熱交換を行う第５の熱交換器と、
   を有している、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。
9. 前記流体加熱部は、
   内部に前記流体が循環し、一部分で前記燃料電池から前記流体に前記第１の温熱が供給される第３の流体循環通路と、
   一端から上水が流入し、一部分で前記熱出力部から前記上水に前記第２の温熱が供給される第４の上水通路と、
   前記第３の流体循環通路と前記第４の上水通路とに接続され前記流体と前記上水との間で熱交換を行う第６の熱交換器と、
   を有している、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。
10. 前記流体加熱部は、
    内部に前記流体としての第１の流体が循環し、一部分で前記熱出力部から前記第１の流体に前記第２の温熱が供給される第４の流体循環通路と、
    一端から上水が流入する第５の上水通路と、
    前記第４の流体循環通路と前記第５の上水通路とに接続され前記第１の流体と前記上水との間で熱交換を行う第７の熱交換器と、
    内部に前記流体としての第２の流体が循環し、一部分で前記燃料電池から前記第２の流体に前記第１の温熱が供給される第５の流体循環通路と、
    前記第５の流体循環通路と前記第５の上水通路とに接続され前記第２の流体と前記上水との間で熱交換を行う第８の熱交換器と、
    を有している、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。
11. 前記流体加熱部は、
    一端から前記流体としての第１の上水が流入し、一部分で前記燃料電池から前記第１の上水に前記第１の温熱が供給されて前記第１の上水を第１の温水として排出する第６の上水通路と、
    一端から前記流体としての第２の上水が流入し、一部分で前記熱出力部から前記第２の上水に前記第２の温熱が供給されて前記第２の上水を第２の温水として排出する第７の上水通路と、
    を有している、請求項２を引用する請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。
12. 前記第６の上水通路の排水方向下流側端部と前記第７の上水通路の排水方向下流側端部とに接続され、前記第１の温水と前記第２の温水とを混合する第１の混合弁を有している、請求項１１に記載の流体を加熱する熱供給装置。
13. 水素を含み第１燃料極へ供給される燃料ガスと、空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記第１燃料極から第１燃料極オフガスを第１燃料極オフガス流路へ送出する第１燃料電池セルスタックと、前記第１燃料極オフガス流路を介して第２燃料極へ供給される前記第１燃料極オフガスと酸化剤ガスとを用いて発電し、前記第２燃料極から第２燃料極オフガスを第２燃料極オフガス流路へ送出する第２燃料電池セルスタックと、前記第１燃料電池スタックの前記空気極及び前記第２燃料電池スタックの空気極の少なくとも一方で生成された空気極オフガスが排出される空気極オフガス流路と、を含んで構成される前記燃料電池と、
    前記第２燃料極オフガス流路と前記空気極オフガス流路とに接続され、前記第２燃料極オフガスを前記空気極オフガスで燃焼させ燃焼排ガスを燃焼排ガス流路に排出する燃焼部と、
    を備え、
    一端から前記流体としての第１の上水が流入し、中間部に設けた第９の熱交換器で前記第１の上水と前記燃焼排ガスとの間で熱交換を行って前記第１の上水を第１の温水として排出する第８の上水通路と、
    一端から前記流体としての第２の上水が流入し、中間部に設けた第１０の熱交換器で前記第２の上水と前記第１燃料極オフガスとの間で熱交換を行って前記第２の上水を第２の温水として排出する第９の上水通路と、を有する、
    請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。
14. 水素を含み燃料極へ供給される燃料ガスと、空気極へ供給される酸化剤ガスと、により発電し、前記燃料極から燃料極オフガスを排出する燃料電池セルスタックを備えた前記燃料電池と、
    前記燃料極から排出された前記燃料極オフガスの一部を再生する燃料再生部と、
    前記燃料再生部から排出された再生ガスを前記燃料電池セルスタックに供給する供給部と、
    前記燃料極から排出された前記燃料極オフガスの他の一部を前記空気極から排出された空気極オフガスで燃焼させ燃焼排ガスを燃焼排ガス流路に排出する燃焼部と、
    一端から前記流体としての第１の上水が流入し、中間部に設けた第１１の熱交換器で前記第１の上水と前記燃焼排ガスとの間で熱交換を行って前記第１の上水を第１の温水として排出する第１０の上水通路と、
    一端から前記流体としての第２の上水が流入し、中間部に設けた第１２の熱交換器で前記第２の上水と前記燃料極オフガスとの間で熱交換を行って前記第２の上水を第２の温水として排出する第１１の上水通路と、
    を有している、請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。
15. 前記第１の温水と前記第２の温水とを混合する第２の混合弁を有している、請求項１３または請求項１４に記載の流体を加熱する熱供給装置。
16. 流体としての燃料を加熱させて前記燃料ガスとして排出する前記流体加熱部と、
    前記流体加熱部から排出された前記燃料ガスを前記燃料電池へ供給する燃料供給路と、
    前記燃料供給路に設けられ、前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスの流量を調整する調整弁と、
    を有している、請求項３に記載の流体を加熱する熱供給装置。