JP7264718B2

JP7264718B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP7264718B2
Application number: JP2019093083A
Authority: JP
Inventors: 大樹安藤; 滋人松尾; 崇之渡邉; 素生吉田
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: JP2020187965A

Description

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。

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）。

特開２０１５－００２０９３号公報

燃料電池システムでは、燃料電池から排出される排気と媒体とを排気熱交換器に通して排気と媒体との間で熱交換を行い、媒体を加熱すると共に、排ガスを冷却して排ガス中の水蒸気を凝縮し、燃料の改質に必要な改質水を得ている。媒体は媒体タンクに貯留されており、排気熱交換器と媒体タンクとの間で媒体を循環させている。

ところで、燃料電池システムの運転状況により、媒体タンクの媒体の温度が必要以上に高くなる場合がある。高温の媒体が排気熱交換器に流された場合、排ガス中の水蒸気を凝縮し難くなるため、媒体タンクから熱交換器に流れる媒体をラジエータに通し、かつラジエータにファンで送風を行い、媒体の冷却を行なっている。

また、ガスバーナで媒体を加熱して暖房に用いる熱源機が一般的に知られているが、上述した燃料電池システムに、該熱源機を組み合わせることが考えられる。
しかしながら、燃料電池システムでは、媒体を冷却するための専用のラジエータとファンとが必要となっているため、媒体の冷却に関わるシステム内の部品点数が多く、燃料電池システムに熱源機を組み合わせた場合において、媒体の冷却に関わるシステム内の部品点数は多く、改善の余地があった。

本発明は、上記事実を考慮して、熱媒の冷却に関わるシステム内の部品点数を削減し、構成を簡略化可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の燃料電池システムは、改質水で改質された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と、前記燃料電池の排気と媒体との間で熱交換を行い、前記媒体の加熱を行うと共に前記排気中の水分を凝縮して前記改質水を得る排気熱交換器と、前記媒体を貯留する蓄熱タンクと、前記蓄熱タンクの前記媒体を循環させる第１の循環配管、及び循環ポンプと、ガスバーナ、前記第１の循環配管の中間部に設けられ前記ガスバーナで生成された熱で前記媒体を加熱可能な媒体熱交換器、及び前記媒体熱交換器へ送風するファンを備えた熱源機と、前記蓄熱タンクと前記排気熱交換器との間で前記媒体を循環させる第２の循環配管、及び熱回収ポンプと、を有し、前記第１の循環配管には前記媒体熱交換器で加熱された前記媒体を熱使用機器に送る排出配管が接続され、前記蓄熱タンクには、前記熱使用機器から前記媒体が送られる配管が接続されている。

請求項１に記載の燃料電池システムでは、燃料電池は、改質水で改質された燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電を行う。

また、熱回収ポンプを駆動することで、第２の循環配管を介して蓄熱タンクと排気熱交換器との間で媒体を循環させることができ、排気熱交換器は、燃料電池の排気と媒体との間で熱交換を行い、媒体を加熱すると共に排気中の水分を凝縮して改質水を得る。
これにより、蓄熱タンクの媒体の温度を上げること、即ち、媒体を用いて燃料電池からの熱を蓄熱タンクに蓄熱することができる。また、このようにして得た改質水は、燃料ガスの改質に供することができる。

ところで、排気熱交換器に供給され媒体の温度が高くなり過ぎると、媒体と排気との温度差が小さくなり、排気熱交換器で排気中の水分を凝縮することが困難になる。
このような場合、ガスバーナの燃焼を停止した状態とし、循環ポンプ、及び排気ファンを作動させる。媒体は、排気ファンで送風される媒体熱交換器を通過することで冷却され、これにより、蓄熱タンクに貯留された媒体の温度を低下させ、温度が低下した媒体を排気熱交換器に供給することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記第１の循環配管には、蓄熱タンクから排出された前記媒体を、前記媒体熱交換器を経由せずに、前記熱使用機器に送る分岐管が接続されている。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱源機は、前記第１の循環配管以外の追加配管を流れる媒体を加熱可能な媒体熱交換器をさらに有する。

請求項４に記載の発明は、請求項１～３の何れか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記ファンは、前記ガスバーナからの排ガスの大気への排出に用いられる。

請求項４に記載の燃料電池システムでは、ファンで、ガスバーナからの排ガスを燃料電池システムの外部へ排出することができる。したがって、排ガスの排出と、熱交換器への送風とに、別々のファンを必要とせず、熱源機の部品点数を削減できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１～４の何れか１項に記載の燃料電池システムにおいて、少なくとも前記燃料電池、及び前記排気熱交換器を第１の筐体に収容した燃料電池ユニットと、少なくとも前記蓄熱タンク、及び前記熱源機を第２の筐体に収容したバックアップ熱源機ユニットと、を有する。

請求項５に記載の燃料電池システムでは、バックアップ熱源機ユニットに蓄熱タンクを設けたので、燃料電池ユニットに蓄熱タンクを設けた場合に比較して、燃料電池ユニットを小型化することができる。

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、バックアップ熱源機を備えた燃料電池システムにおいて、熱媒の冷却に関わるシステム内の部品点数が削減され、構成が簡略化される、という優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す構成図である。燃料電池モジュールの構成を示す構成図である。バックアップ熱源機の内部構成の一部を示す構成図である。本発明の第２の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。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の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。

図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１０は、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の２ユニットで構成されている。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、集合住宅の共用廊下、ベランダ等に設置することができる。

（燃料電池ユニットの構成）
燃料電池ユニット１２は、筐体１６の内部に、都市ガス（Ｇ）、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、燃料電池モジュール１８から排出された排ガスと媒体Ｗ２との間で熱交換を行う排気熱交換器３０、燃料電池モジュール１８と排気熱交換器３０とを接続する第１排ガス管３２、排気熱交換器３０を通過した排ガスを筐体１６の外部へ排出するための第２排ガス管３４、排気熱交換器３０の内部で生成された水分（排気熱交換器３０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３６、途中に空気ブロワ３８が設けられた酸化ガス管４０、後述する第１送出し側配管４１に設けられてバックアップ熱源機ユニット１４の蓄熱タンク９４の媒体Ｗ２を排気熱交換器３０側へ送り出すための熱回収ポンプ４２、改質水タンク２４に接続されて余剰の改質水を外部の排水受け４４に排出する排水管４６、排水管４６の途中に設けられて排水を中和する中和器４８等が設けられている。

さらに、筐体１６の内部には、燃料電池モジュール１８に接続されたインバーター５０、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５２が収容されている。制御装置５２は、インバーター５０より電力が供給され、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４２等の補機の制御を行うことができる。

なお、燃料電池ユニット１２の燃料ガス管２０には、ユニット外部に配されたガス管５３を介して都市ガスが供給される。

（燃料電池モジュール）
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。

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。

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。

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。

空気極８４（カソード極）には、空気ブロワ３８が設けられた酸化ガス管４０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。

（空気極反応）
１／２Ｏ_２＋２ｅ^－ →Ｏ^２－・・・（１）

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。

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

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３０へ排出する第１排ガス管３２が接続されている。

（バックアップ熱源機ユニットの構成）
図１に示すように、バックアップ熱源機ユニット１４は、筐体９３の内部に、媒体Ｗ２を貯留する蓄熱タンク９４が設けられている。本実施形態の蓄熱タンク９４は、燃料電池モジュール１８の排熱を媒体Ｗ２に回収して溜めることができる。本実施形態では、蓄熱タンク９４の媒体Ｗ２として水（一例として水道水等）が用いられている。

蓄熱タンク９４の天井壁９４Ａには、蓄熱タンク９４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９６が形成されている。
蓄熱タンク９４には、上部に空間が設けられるように媒体Ｗ２が貯留されており、タンク内の媒体Ｗ２が熱膨張して体積が増加した場合においても、開口部９６から媒体Ｗ２が溢れ出ないように、蓄熱タンク９４に注入する媒体Ｗ２の体積が決められている。
即ち、本実施形態の蓄熱タンク９４は、上部が外部（大気）に開放された、いわゆる上部開放タイプの蓄熱タンクである。

なお、蓄熱タンク９４の底部には貯留している媒体Ｗ２を排気熱交換器３０に送る第１送出し側配管４１が接続され、蓄熱タンク９４の上部には排気熱交換器３０から戻される媒体Ｗ２が流れる第１戻し側配管４３が接続されている。本実施形態では、図１に示す第１送出し側配管４１の一部、及び第１戻し側配管４３の一部は、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の外部に配置されているが、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の外部に配置されている部分は、他の配管（４１Ａ，４３Ａ）であってもよい。

第１送出し側配管４１に設けた熱回収ポンプ４２を駆動し、媒体Ｗ２を蓄熱タンク９４と排気熱交換器３０との間で循環させることで、蓄熱タンク９４の媒体Ｗ２の温度を上昇させること（即ち、排ガスの熱を回収する）ができる。
なお、第１送出し側配管４１、及び第１戻し側配管４３が本発明の第２循環配管に相当し、熱回収ポンプ４２が本発明の熱回収ポンプに相当する。

また、バックアップ熱源機ユニット１４は、筐体９３の内部に、熱源機９８、循環ポンプ１００、風呂ポンプ１０４、切替弁ブロック１０６、プレート熱交換器１０８、ミキシングブロック１１０、各種配管（詳しくは後述する）等が設けられている。

本実施形態の熱源機９８は、いわゆる潜熱回収型の熱源機であり、暖房一次熱交換器１１２、暖房二次熱交換器１１４、給湯二次熱交換器１１６、追い炊き熱交換器１１８、これらの熱交換器を加熱するバーナ１２０、バーナ１２０に対して給排気を行うと共に、これらの熱交換器に送風（外気等）可能なファン１２２等を含んで構成されている。バーナ１２０には、ガス管５３から分岐したガス管５３Ａが接続されている。

なお、熱源機９８から排出される排水（一例として、暖房二次熱交換器１１４、及び給湯二次熱交換器１１６からのドレン水）は、途中に中和器１２３を備えた排水管１２５を介して、外部の排水受け１２７に排出される。

（配管の接続の説明）
（暖房系統）
蓄熱タンク９４の上部と循環ポンプ１００の入り側とは、配管１２４で接続されている。
循環ポンプ１００の出側と暖房二次熱交換器１１４の一端とは、配管１２６で接続されている。
暖房二次熱交換器１１４の他端と暖房一次熱交換器１１２の一端とは、配管１２８で接続されている。

図１、及び図３に示すように、暖房一次熱交換器１１２の他端は、配管１３０を介して切替弁ブロック１０６の第１切替弁１３２の第１ポート１３２－１に接続されている。

図１に示すように、配管１２６の途中には分岐管１３４の一端が接続されており、図３に示すように、分岐管１３４の他端は、切替弁ブロック１０６の第２切替弁１３６の第３ポート１３６－３に接続されている。第２切替弁１３６の第１ポート１３６－１は、配管１３８を介して第１切替弁１３２の第３ポート１３２－３に接続されている。

配管１３８の中間部には、暖房用高温湯排出配管１４０の一端が接続されており、図１に示すように、暖房用高温湯排出配管１４０の他端には、筐体９３の外部に配置される配管１４２の一端が接続されている。

配管１４２の他端は、暖房機１４４に設けられた高温湯流入部１４４Ａに接続されている。暖房機１４４としては、一例として床暖房機等を挙げることができるが、室内の空気を温めるタイプのものであってもよい。

図３に示すように、第２切替弁１３６の第２ポート１３６－２には、暖房用低温湯排出配管１４６の一端が接続されており、図１に示すように、暖房用低温湯排出配管１４６の他端には、筐体９３の外部に配置される配管１４８の一端が接続されている。

配管１４８の他端は、暖房機１４４に設けられた低温湯流入部１４４Ｂに接続されている。暖房機１４４は、低温湯流入部１４４Ｂから低温の湯が供給されて放熱する場合と、暖房用高温湯排出配管１４０から高温の湯が供給されて放熱する場合とがあり（一例として、ユーザーからの要求（指示）等で低温の湯、または高温の湯の何れか一方が供給されるように切替弁ブロック１０６の第１切替弁１３２、及び第２切替弁１３６が切り替えられる）、排出部１４４Ｃからは、暖房に使用した後の冷えた湯が排出される。

暖房機１４４の排出部１４４Ｃには、ユニット外に配置された配管１４９を介してユニット内に配置される配管１５０の一端側が接続されており、配管１５０の他端は、蓄熱タンク９４の底部に接続されている。これにより、暖房機１４４で使用された後の冷えた湯が蓄熱タンク９４に戻される。
なお、配管１２４、配管１２６、配管１２８、配管１３０、及び配管１６４が本発明の第１循環配管に相当し、循環ポンプ１００が本発明の循環ポンプに相当する。

（風呂の追炊き系統）
追い炊き熱交換器１１８の一端には、配管１５２の一端が接続されており、配管１５２の他端は、ユニット外に配置された配管１５３を介して浴槽１５４に接続されている。また、追い炊き熱交換器１１８の他端には、配管１５６の一端が接続されており、配管１５６の他端は、ユニット外に配置された配管１５７を介して浴槽１５４に接続されている。配管１５６の途中には、風呂ポンプ１０４が設けられており、風呂ポンプ１０４を駆動することで、浴槽１５４に張った湯（または水）を追い炊き熱交換器１１８へ送り、浴槽１５４と追い炊き熱交換器１１８との間で湯を循環させて、追い炊きをすることができる。

（給湯系統）
給湯二次熱交換器１１６の一端には、外部からの上水をバックアップ熱源機ユニット１４に供給するための配管１６０の一端が接続されている。配管１６０の中間部には、外部から供給された上水（冷たい）と温められた上水とを混合するミキシングブロック１１０が設けられている。

給湯二次熱交換器１１６の他端には、バックアップ熱源機ユニット１４から湯を排出する（即ち、給湯する）ための配管１６２の一端が接続されている。配管１６２の中間部には、上水を加熱するためのプレート熱交換器１０８、及びミキシングブロック１１０が設けられている。

図１、及び図３に示すように、プレート熱交換器１０８は、配管１６４の中間部に設けられており、配管１６４の一端は、前述した切替弁ブロック１０６に設けられた第１切替弁１３２の第２ポート１３２－２に接続されている。図１に示すように、配管１６４の他端は、蓄熱タンク９４の底部に接続されており、配管１６４は、プレート熱交換器１０８を通過した媒体Ｗ２を蓄熱タンク９４に戻す役目をしている。

プレート熱交換器１０８は、蓄熱タンク９４に貯留された媒体Ｗ２と、外部より供給された上水との間で熱交換を行う。

また、ミキシングブロック１１０には、配管１６２の経路上に混合弁１６６が設けられ、この混合弁１６６には、配管１６０の途中から分岐した分岐管１６８が接続されている。この混合弁１６６は、配管１６０、及び分岐管１６８を介して外部から供給された上水（冷たい）と、プレート熱交換器１０８を経由した湯（加熱された上水）とを混合することができる。
なお、ミキシングブロック１１０には、配管１６０の経路上に開閉弁１７０が設けられている。

（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。
先ず、燃料電池ユニット１２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３８が作動して酸化ガス管４０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、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。

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３０に供給される。

この排気熱交換器３０では、バーナ排ガスとバックアップ熱源機ユニット１４の蓄熱タンク９４から供給された媒体Ｗ２との間で熱交換がなされ、媒体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３０で生成された凝縮水（蒸留水）は、改質水Ｗ１として改質水タンク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。なお、水分の除去されたバーナ排ガスは、第２排ガス管３４を介して外部に排出される。

熱回収ポンプ４２を作動させることで、排気熱交換器３０と蓄熱タンク９４との間で媒体Ｗ２が循環する。蓄熱タンク９４内の下側の媒体Ｗ２は第１送出し側配管４１を介して排気熱交換器３０へ供給され、排気熱交換器３０で加熱された後、第１戻し側配管４３を介して蓄熱タンク９４の上側に戻り、蓄熱タンク内の媒体Ｗ２の温度が上昇する。

（蓄熱タンクの媒体の冷却）
ところで、蓄熱タンク９４に貯留された媒体Ｗ２の温度が高くなり過ぎると、媒体Ｗ２と排ガスとの温度差が小さくなり、排気熱交換器３０でバーナ排ガス中の水分を凝縮することが困難になり、バーナ排ガス中の水分から改質水Ｗ１を作ることが困難になる。

このため、蓄熱タンク９４に貯留された媒体Ｗ２の温度が、予め設定した上限温度（排ガス中の水分を凝縮することが困難になる温度）を超えるような場合には、以下のようにして蓄熱タンク９４に貯留された媒体Ｗ２の温度を低下させる。

制御装置５２は、蓄熱タンク９４から排気熱交換器３０に流入する媒体Ｗ２の温度を、例えば、第１送出し側配管４１、または第１戻し側配管４３に設けた水温センサー（図示せず）で計測し、計測した温度に基づいて、バックアップ熱源機ユニット１４と燃料電池ユニット１２の制御を行う。

先ず、バックアップ熱源機ユニット１４においては、バーナ１２０の燃焼を停止した状態とし、循環ポンプ１００、及びファン１２２を作動させ、蓄熱タンク９４内の媒体Ｗ２が、下記（１）の順で流れるように、切替弁ブロック１０６の第１切替弁１３２、及び第２切替弁１３６の切り替えを行う。

（１）蓄熱タンク９４→配管１２４→暖房二次熱交換器１１４→配管１２８→暖房一次熱交換器１１２→配管１３０→切替弁ブロック１０６の第１切替弁１３２→配管１６４→プレート熱交換器１０８→配管１６４→蓄熱タンク９４（蓄熱タンク９４→第１送出し側配管４１→排気熱交換器３０→第１戻し側配管４３→蓄熱タンク９４）。

ファン１２２からユニット外の外気（媒体Ｗ２の温度より低温）が、暖房二次熱交換器１１４、及び暖房一次熱交換器１１２に送風され、暖房二次熱交換器１１４、及び暖房一次熱交換器１１２を通過する媒体Ｗ２が冷却され蓄熱タンク９４に戻される。

これよって、バックアップ熱源機ユニット１４の蓄熱タンク９４に貯留された媒体Ｗ２の温度を、バックアップ熱源機ユニット１４の熱源機９８（ファン１２２、暖房二次熱交換器１１４、及び暖房一次熱交換器１１２）を用いて低下させることができる。即ち、蓄熱タンク９４に貯留された媒体Ｗ２の温度を下げるだけのためのラジエータやファン等からなる専用の冷却装置を媒体Ｗ２の循環経路（第１送出し側配管４１）に必要とせず、システムの部品点数が減り、かつシステムの構成が簡単になる。

通常の瞬間湯沸し器等の熱源機では、水（媒体）を加熱する用途のみに用いられるが、本実施形態の熱源機９８では、上述したように、媒体Ｗ２を加熱するのみではなく、媒体Ｗ２を冷却することもできる。

（暖房時の動作説明）
以下に暖房時の動作説明を説明する。
本実施形態では、暖房機１４４で暖房を行う場合、暖房強モードと暖房弱モードとを切り替えることができる。

（暖房弱モード）
暖房弱モードでは、循環ポンプ１００を作動させ、蓄熱タンク９４内の媒体Ｗ２が、下記（１）の順で流れるように、切替弁ブロック１０６の第１切替弁１３２、及び第２切替弁１３６の切り替えを行う。

（１）蓄熱タンク９４→配管１２４→循環ポンプ１００→分岐管１３４→第２切替弁１３６→暖房用低温湯排出配管１４６→配管１４８→暖房機１４４→配管１５０→蓄熱タンク９４。

暖房弱モードでは、蓄熱タンク９４内の温度の媒体Ｗ２（燃料電池モジュール１８の排熱を回収したもの）が暖房機１４４に供給されて暖房が行われる。

（暖房強モード）
暖房強モードでは、循環ポンプ１００を作動させると共にバーナ１２０を点火し、蓄熱タンク９４内の媒体Ｗ２が、下記（２）の順で流れるように、切替弁ブロック１０６の第１切替弁１３２、及び第２切替弁１３６の切り替えを行う。

（２）蓄熱タンク９４→配管１２４→循環ポンプ１００→配管１２６→暖房二次熱交換器１１４→配管１２８→暖房一次熱交換器１１２→配管１３０→第１切替弁１３２→配管１３８→暖房用高温湯排出配管１４０→配管１４２→暖房機１４４→配管１５０→蓄熱タンク９４。

暖房強モードでは、蓄熱タンク９４内の媒体Ｗ２が、暖房二次熱交換器１１４、及び暖房一次熱交換器１１２で更に加熱され、暖房機１４４に供給されて暖房が行われる。

（追炊き時の動作説明）
次に、風呂の追炊き時の動作説明を説明する。
追炊きするには、風呂ポンプ１０４を作動させると共にバーナ１２０を点火する。これにより、浴槽１５４に張った湯（または水）が追い炊き熱交換器１１８へ送られて加熱され、浴槽１５４と追い炊き熱交換器１１８との間で湯を循環させて、追い炊きをすることができる。

（給湯時の動作説明）
次に、給湯時の動作説明を説明する。
ユーザーから出湯要求（例えば、蛇口が開かれる、風呂への給湯指示）があると、上水が配管１６０に流入し、流入した上水は、給湯二次熱交換器１１６及び、プレート熱交換器１０８で加熱された後、ミキシングブロック１１０を経由して配管１６２の端部から湯として排出される。

なお、上水は、プレート熱交換器１０８で加熱する場合と、給湯二次熱交換器１１６で加熱する場合と、が有る。

上水をプレート熱交換器１０８で加熱する場合は、バーナ１２０は点火せず、蓄熱タンク９４の内の媒体Ｗ２が、プレート熱交換器１０８を通るように、切替弁ブロック１０６の第１切替弁１３２、及び第２切替弁１３６の切り替えを行う。
これにより、上水は、蓄熱タンク９４の内の媒体Ｗ２によって加熱され、配管１６２の端部から湯として排出される。

一方、上水を熱源機９８の給湯二次熱交換器１１６で加熱する場合は、バーナ１２０を点火して給湯二次熱交換器１１６を通る上水を加熱する。
これにより、上水は、給湯二次熱交換器１１６によって温められ、配管１６２の端部から湯として排出される。

なお、混合弁１６６では、上記のようにして加熱された上水に対して、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、上記のようにして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１６６は、ユーザーからの指示（制御装置５２からの制御信号等）に基づいて、湯（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、所望の温度で排出することができる。

本実施形態の燃料電池システム１０の特徴の一つとして、蓄熱タンク９４の媒体Ｗ２を、燃料電池セル８１の排熱と熱源機９８のバーナ１２０の熱で加熱できる点を挙げることができる。

従来の一般的な燃料電池システムでは、燃料電池の排熱で温められた媒体を貯留するタンクが燃料電池ユニットに設けられており、バックアップ熱源機ユニットには設けられていなかったが、本実施形態の燃料電池システム１０では、燃料電池の排熱で温められた媒体Ｗ２を貯留する蓄熱タンク９４がバックアップ熱源機ユニット１４に設けられており、燃料電池ユニット１２には設けられていないので、燃料電池ユニット１２を小型化することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システム１０を図４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。
図３に示すように、本実施形態の燃料電池システム１０は、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の２ユニットで構成されていた第１の実施形態の燃料電池システム１０の構成部材を筐体１７２の中に入れて１ユニット化したものであり、システムの基本構成は第１の実施形態と略同一である。

本実施形態の燃料電池システム１０では、熱源機９８から排出される排水が、排水管１２５、中和器４８、排水管４６を介して外部の排水受け４４に排出される。

本実施形態の燃料電池システム１０では、余剰の改質水Ｗ１と熱源機９８から排出される排水を排水受け４４に排出するので、排水設備を簡略化できる。なお、排水は、排水受け４４を除いて排水受け１２７（図４では図示せず）に排水してもよい。
なお、その他の作用、効果は第１の実施形態と同様である。

［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。

上記実施形態の蓄熱タンク９４は、上部が外部（大気）に開放された、いわゆる上部開放タイプの蓄熱タンクであったが、蓄熱タンク９４は、外部（大気）に開放されていない、いわゆる密閉タイプの蓄熱タンクであってもよい。

上記実施形態では、追炊きをする際に、浴槽１５４に張った湯を、熱源機９８のバーナ１２０の熱で加熱したが、蓄熱タンク９４の媒体Ｗ２を用いて加熱してもよい。この場合、一例として、浴槽１５４の湯と媒体Ｗ２との間で熱交換を行う熱交換器（図示せず）を配管１５６の途中に設け、さらに、蓄熱タンク９４と熱交換器との間で媒体Ｗ２を循環させる配管、及び循環ポンプ（図示せず）を別途設ける。

１０燃料電池システム
１２燃料電池ユニット
１４バックアップ熱源機ユニット
１６筐体（第１の筐体）
３０排気熱交換器
４１第１送出し側配管（第２の循環経配管）
４２熱回収ポンプ
４３第１戻し側配管（第２の循環配管）
８１燃料電池セル（燃料電池）
９４蓄熱タンク
９８熱源機
１００循環ポンプ
１１２暖房一次熱交換器（媒体熱交換器）
１１４暖房二次熱交換器（媒体熱交換器）
１２０バーナ（ガスバーナ）
１２２ファン
１２４配管（第１の循環配管）
１２６配管（第１の循環配管）
１２８配管（第１の循環配管）
１３０配管（第１の循環配管）
１６４配管（第１の循環配管）
Ｗ１改質水
Ｗ２媒体

Claims

改質水で改質された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と、
前記燃料電池の排気と媒体との間で熱交換を行い、前記媒体の加熱を行うと共に前記排気中の水分を凝縮して前記改質水を得る排気熱交換器と、
前記媒体を貯留する蓄熱タンクと、
前記蓄熱タンクの前記媒体を循環させる第１の循環配管、及び循環ポンプと、
ガスバーナ、前記第１の循環配管の中間部に設けられ前記ガスバーナで生成された熱で前記媒体を加熱可能な媒体熱交換器、及び前記媒体熱交換器へ送風するファンを備えた熱源機と、
前記蓄熱タンクと前記排気熱交換器との間で前記媒体を循環させる第２の循環配管、及び熱回収ポンプと、を有し、
前記第１の循環配管には前記媒体熱交換器で加熱された前記媒体を熱使用機器に送る排出配管が接続され、前記蓄熱タンクには、前記熱使用機器から前記媒体が送られる配管が接続されている、
燃料電池システム。
前記第１の循環配管には、蓄熱タンクから排出された前記媒体を、前記媒体熱交換器を経由せずに、前記熱使用機器に送る分岐管が接続されている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
前記熱源機は、前記第１の循環配管以外の追加配管を流れる媒体を加熱可能な媒体熱交換器をさらに有する、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
前記ファンは、前記ガスバーナからの排ガスの大気への排出に用いられる、
請求項１～３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
少なくとも前記燃料電池、及び前記排気熱交換器を第１の筐体に収容した燃料電池ユニットと、
少なくとも前記蓄熱タンク、及び前記熱源機を第２の筐体に収容したバックアップ熱源機ユニットと、
を有する、請求項１～４の何れか１項に記載の燃料電池システム。