WO2012091063A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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WO2012091063A1
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暁 山本
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Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system.
  • a system main body including a cell stack that generates power using a hydrogen-containing gas, and a backup boiler for supplying insufficient heat to heat demand (A backup burner: a heat supply unit) is known.
  • a hydrogen generator reformer
  • a water vaporizer water vapor
  • the water vaporization unit is usually heated by a combustion unit (for example, an off-gas combustion unit), and heat for generating water vapor is supplied to the water vaporization unit. It has been. However, in this case, it may be difficult to sufficiently supply heat to the water vaporization unit due to, for example, the structural positional relationship with other parts (reformer, heat insulating material, etc.), heat absorption by other parts, and the like. There is.
  • a combustion unit for example, an off-gas combustion unit
  • an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can sufficiently supply heat to the water vaporization section.
  • a fuel cell system includes a system body including a cell stack that generates power using a hydrogen-containing gas, a heat recovery system that recovers heat by circulating a heat medium,
  • a fuel cell system comprising: a heat supply unit configured to supply heat to a heat medium according to heat demand, wherein the fuel cell system is provided in the system body and reforms a hydrogen-containing fuel using steam to contain hydrogen
  • a hydrogen generation unit that generates gas
  • a water vaporization unit that is provided in the system main body, generates water vapor and supplies the water generation unit
  • the combustion gas flow path circulates in the water vaporization section so that the water vaporization section is heated by the combustion gas.
  • the combustion gas flow path circulates in the water vaporization unit so that the water vaporization unit is heated by the combustion gas
  • the water vaporization unit can be heated also by the combustion gas of the heat supply unit. it can.
  • the control unit further controls the operation of the heat supply unit, and the control unit outputs an activation signal to the heat supply unit when supplying heat to the heat medium of the heat recovery system to supply an insufficient amount of heat with respect to the heat demand.
  • An activation signal may be output to the heat supply unit when the heating unit is heated.
  • the heat supply unit is activated not only by a request from the heat demand but also by a request for heat supply to the water vaporization unit.
  • the heat recovery system specifically includes a heat exchanger provided on the downstream side of the water vaporization unit in the combustion gas flow path, and the heat exchanger is a combustion Gas and a heat recovery system heat medium may be circulated, and heat may be transferred from the combustion gas to the heat medium.
  • system main body and the heat supply unit may be integrated. In this case, this makes it possible to simplify the routing of the combustion gas flow path, and to realize downsizing and cost reduction of the fuel cell system.
  • the system further includes a first box containing the system main body and a second box containing the heat supply unit, wherein the system main body and the heat supply unit are connected to one of the surfaces constituting the first box and the first box. It may be integrated by bringing one of the surfaces constituting the two box bodies into surface contact with each other.
  • a third box may be further provided, and the system main body and the heat supply unit may be integrated by being included in the third box.
  • the heat medium may be water.
  • 1 is a schematic block diagram showing a fuel cell system according to a first embodiment. It is a schematic block diagram which shows the principal part of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. It is a schematic block diagram which shows the principal part of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 4 is a flowchart showing an example of operation of the fuel cell system of FIG. 3. 4 is a flowchart showing another example of the operation of the fuel cell system of FIG. 3. 6 is a flowchart showing still another example of the operation of the fuel cell system of FIG. 3. 4 is a flowchart showing another example of the operation of the fuel cell system of FIG. 3. It is a schematic block diagram which shows the principal part of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment. It is a schematic block diagram which shows the principal part of the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment. It is a schematic block diagram which shows the principal part of the fuel cell system which concerns on 5th Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a fuel cell system according to the first embodiment.
  • the fuel cell system 1 includes a desulfurization unit 2, a water vaporization unit 3, a hydrogen generation unit 4, a cell stack 5, an offgas combustion unit 6, a hydrogen-containing fuel supply unit 7, A supply unit 8, an oxidant supply unit 9, a power conditioner 10, and a control unit 11 are provided.
  • the fuel cell system 1 generates power in the cell stack 5 using a hydrogen-containing fuel and an oxidant.
  • the type of the cell stack 5 in the fuel cell system 1 is not particularly limited, and examples thereof include a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), and phosphoric acid.
  • PEFC polymer electrolyte fuel cell
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • phosphoric acid phosphoric acid
  • a fuel cell Phosphoric Acid Fuel Cell
  • MCFC Molten Carbonate Fuel Cell
  • 1 may be appropriately omitted depending on the type of cell stack 5, the type of hydrogen-containing fuel, the reforming method, and the like.
  • hydrocarbon fuel a compound containing carbon and hydrogen in the molecule (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used.
  • hydrocarbon fuels include hydrocarbons, alcohols, ethers, and biofuels. These hydrocarbon fuels are derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, and synthetic systems such as synthesis gas. Those derived from fuel and those derived from biomass can be used as appropriate. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.
  • oxygen-enriched air for example, air, pure oxygen gas (which may contain impurities that are difficult to remove by a normal removal method), or oxygen-enriched air is used.
  • the desulfurization unit 2 desulfurizes the hydrogen-containing fuel supplied to the hydrogen generation unit 4.
  • the desulfurization part 2 has a desulfurization catalyst for removing sulfur compounds contained in the hydrogen-containing fuel.
  • a desulfurization method of the desulfurization unit 2 for example, an adsorptive desulfurization method that adsorbs and removes sulfur compounds and a hydrodesulfurization method that removes sulfur compounds by reacting with hydrogen are employed.
  • the desulfurization unit 2 supplies the desulfurized hydrogen-containing fuel to the hydrogen generation unit 4.
  • the water vaporization unit (water vaporizer) 3 generates water vapor supplied to the hydrogen generation unit 4 by heating and vaporizing water.
  • heat generated in the fuel cell system 1 such as recovering the heat of the hydrogen generation unit 4, the heat of the off-gas combustion unit 6, or the heat of the exhaust gas may be used.
  • the water vaporization part 3 here is arrange
  • the water vaporization unit 3 supplies the generated water vapor to the hydrogen generation unit 4.
  • the hydrogen generation unit 4 generates a hydrogen rich gas (hydrogen-containing gas) using the hydrogen-containing fuel from the desulfurization unit 2.
  • the hydrogen generator 4 has a reformer that reforms the hydrogen-containing fuel with a reforming catalyst.
  • the reforming method in the hydrogen generating unit 4 is not particularly limited, and for example, steam reforming, partial oxidation reforming, autothermal reforming, and other reforming methods can be employed.
  • the hydrogen generator 4 may have a configuration for adjusting the properties in addition to the reformer reformed by the reforming catalyst depending on the properties of the hydrogen rich gas required for the cell stack 5.
  • the hydrogen generation unit 4 is configured to remove carbon monoxide in the hydrogen-rich gas. (For example, a shift reaction part and a selective oxidation reaction part).
  • the hydrogen generation unit 4 supplies a hydrogen rich gas to the anode 12 of the cell stack 5.
  • the cell stack 5 generates power using the hydrogen rich gas from the hydrogen generation unit 4 and the oxidant from the oxidant supply unit 9.
  • the cell stack 5 includes an anode 12 to which a hydrogen-rich gas is supplied, a cathode 13 to which an oxidant is supplied, and an electrolyte 14 disposed between the anode 12 and the cathode 13.
  • the cell stack 5 supplies power to the outside via the power conditioner 10.
  • the cell stack 5 supplies the hydrogen rich gas and the oxidant, which have not been used for power generation, to the off gas combustion unit 6 as off gas.
  • a combustion section for example, a combustor that heats the reformer
  • the hydrogen generation section 4 may be shared with the off-gas combustion section 6.
  • the off gas combustion unit 6 burns off gas supplied from the cell stack 5.
  • the heat generated by the off-gas combustion unit 6 is supplied to the hydrogen generation unit 4 and used for generation of a hydrogen rich gas in the hydrogen generation unit 4.
  • the hydrogen-containing fuel supply unit 7 supplies hydrogen-containing fuel to the desulfurization unit 2.
  • the water supply unit 8 supplies water to the water vaporization unit 3.
  • the oxidant supply unit 9 supplies an oxidant to the cathode 13 of the cell stack 5.
  • the hydrogen-containing fuel supply unit 7, the water supply unit 8, and the oxidant supply unit 9 are configured by a pump, for example, and are driven based on a control signal from the control unit 11.
  • the power conditioner 10 adjusts the power from the cell stack 5 according to the external power usage state. For example, the power conditioner 10 performs a process of converting a voltage and a process of converting DC power into AC power.
  • the control unit 11 performs control processing for the entire fuel cell system 1.
  • the control unit 11 is configured by a device including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an input / output interface, for example.
  • the control unit 11 is electrically connected to a hydrogen-containing fuel supply unit 7, a water supply unit 8, an oxidant supply unit 9, a power conditioner 10, and other sensors and auxiliary equipment not shown.
  • the control unit 11 acquires various signals generated in the fuel cell system 1 and outputs a control signal to each device in the fuel cell system 1.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing a main part of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • the fuel cell system 1 includes a system main body 21, a heat recovery system 22, and a backup boiler (heat supply unit) 23.
  • the system body 21 includes the desulfurization unit 2, the water vaporization unit 3, the hydrogen generation unit 4, the cell stack 5, the off-gas combustion unit 6, the hydrogen-containing fuel supply unit 7, the water supply unit 8, and the oxidant. It has at least a supply unit 9 and is arranged in the package 24.
  • the heat recovery system 22 recovers heat by circulating water (recovered water) in the system.
  • the heat recovery system 22 includes, for example, a water flow path 22x configured by piping or the like for circulating water, and a heat exchanger 22y for heating the water in the water flow path 22x.
  • the backup boiler 23 supplies a deficient amount of heat with respect to the heat demand to the water of the heat recovery system 22 (so-called additional hot water supply), and has a combustion section (not shown) such as a burner.
  • the backup boiler 23 is provided so as to be coupled to the system main body 21 in the package 24. That is, the system main body 21 and the backup boiler 23 are integrated with each other.
  • the upper surface (one of the surfaces constituting the first box) containing the system main body 21 and the lower surface (the second box constituting the second box) containing the backup boiler 23. are in surface contact with each other.
  • the system main body 21 and the backup boiler 23 are integrated with each other.
  • the system main body and the backup boiler 23 may be integrated by being included in a package 24 as a third box.
  • the backup boiler 23 is provided with a boiler combustion gas passage (combustion gas passage) 23x.
  • the boiler combustion gas flow path 23x circulates the boiler combustion gas (combustion gas) discharged from the combustion part of the backup boiler 23, and is composed of, for example, piping.
  • the boiler combustion gas flow path 23x of the present embodiment circulates in the heat exchanger 22y after circulating in the water vaporization unit 3 so that the water vaporization unit 3 is heated by the boiler combustion gas.
  • the boiler combustion gas flow path 23 x here once extends outside the package 24, then enters the system main body 21, and circulates in the water vaporization unit 3 in the system main body 21. And it extends outside the package 24 again, and then circulates in the heat exchanger 22y. That is, in this embodiment, the boiler combustion gas from the backup boiler 23 is used for heating the water vaporization unit 3 and for heating the water in the heat recovery system 22.
  • the heat exchanger 22y is provided on the water flow path 22x and on the downstream side of the water vaporization unit 3 in the boiler combustion gas flow path 23x, and the boiler combustion gas and water are circulated. This heat exchanger 22y heat-transfers from the boiler combustion gas to the water in the heat recovery system 22 and heats the water.
  • the fuel cell system 1 further includes a control unit 34.
  • the control unit 34 controls the operation of the backup boiler 23 and is mounted in the system main body 21.
  • the controller 34 outputs an activation signal to the backup boiler 23 when supplying heat to the water flowing through the heat recovery system 22 with a shortage of heat with respect to the heat demand, and also supplies the backup boiler 23 with a heat when the water vaporizer 3 is heated. Output start signal.
  • the water vaporization unit 3 is heated by the heat of the hydrogen generation unit 4 (see FIG. 1) or the heat of the off-gas combustion unit 6 (see FIG. 1).
  • the boiler combustion gas flow path 23x circulates in the water vaporization section 3, so that the water vaporization section 3 can also be heated by boiler combustion gas to generate steam. That is, the exhaust heat from the backup boiler 23 can be used not only as an auxiliary heat source for satisfying the heat demand, but also as a heat source for heating the water vaporization unit 3. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to sufficiently supply heat to the water vaporization unit 3.
  • the backup boiler is used not only when the controller 34 supplies heat to the water in the heat recovery system 22 with a shortage of heat with respect to the heat demand, but also when the water vaporizer 3 is heated.
  • An activation signal can be output to the terminal 23. Therefore, the backup boiler 23 can be suitably activated not only by a request from the heat demand but also by a request for heat supply to the water vaporization unit 3.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram showing the main part of the fuel cell system according to the second embodiment.
  • the system main body 21 includes at least a power generation unit 105, a water vaporization unit 3, and a heating unit 123.
  • the power generation unit 105 includes at least the desulfurization unit 2, the hydrogen generation unit 4, and the cell stack 5.
  • a polymer electrolyte fuel cell PEFC
  • a battery exhaust gas channel 111 and a reforming water channel 112 are connected to the power generation unit 105.
  • the battery exhaust gas flow path 111 circulates the exhausted battery exhaust gas discharged from the power generation unit 105.
  • the battery exhaust gas passage 111 circulates in the heat exchanger 22z, which will be described later, after flowing through the water vaporization unit 3 so that the water vaporization unit 3 is heated by the battery exhaust gas.
  • the reforming water channel 112 supplies the reforming water (steam) generated by the water vaporization unit 3 from the water vaporization unit 3 to the power generation unit 105.
  • the water vaporization unit 3 is connected to a recovered water channel 121 for circulating exhaust gas recovered water generated in the heat exchanger 22z.
  • a water tank 122 for temporarily storing exhaust gas recovered water is provided on the recovered water channel 121.
  • the water vaporization unit 3 is provided with a heating unit 123 for heating the water vaporization unit 3 at normal times.
  • the fuel cell system 100 of the present embodiment includes a heat recovery system 122.
  • the heat recovery system 122 circulates the heat medium so as to circulate in the system and recovers heat, and has a heat medium flow path 122x for circulating the heat medium.
  • the heat medium for example, an antifreeze such as ethylene glycol or an aqueous solution thereof is used.
  • the hot water storage tank 110, the heat medium tank 102, and the heat exchangers 22y and 22z are provided on the heat medium flow path 122x.
  • the hot water storage tank 110 stores, for example, water such as clean water supplied from the outside via the hot water supply line 110a, and collects heat from the heat medium flowing through the heat medium flow path 122x that passes through the water storage tank 110. To store heat.
  • the power generation unit 105 includes the PEFC cell stack 5 as in the present embodiment, a heat medium passes through the power generation unit 105 (described in detail later), and heat recovery is also performed from the power generation unit 105 using the heat medium.
  • the heat medium tank 102 temporarily stores the heat medium.
  • the heat exchanger 22y is provided so that the boiler combustion gas flow path 23x passes through, and heat-transfers the heat medium from the boiler combustion gas to the heat medium in the heat medium flow path 122x to heat the heat medium.
  • the heat exchanger 22z is provided so that the battery exhaust gas passage 111 passes therethrough. The heat exchanger 22z heat-transfers from the battery exhaust gas flow path 111 to the heat medium in the heat medium flow path 122x, and heats the heat medium.
  • the heat medium led out from the hot water storage tank 110 passes through the heat medium tank 102 and is branched into two.
  • One branched heat medium passes through the power generation unit 105, is heated by the heat exchanger 22 y, passes through the backup boiler 23, and is then returned to the hot water tank 110.
  • the other branched heat medium is heated by the heat exchanger 22z and then returned to the hot water tank 110.
  • control part 34 of this embodiment controls operation
  • hot water supply heat demand information is acquired, and when it is determined that there is a heat demand, whether or not the hot water temperature is higher than an appropriate temperature. Determination is made (S11 to S13). In the case of No in S13, the backup boiler 23 is operated with the combustion amount corresponding to the heat demand, and the process proceeds to S11 again (S14). On the other hand, in the case of Yes in S13, the backup boiler 23 is controlled so as to maintain the current state, and the backup boiler 23 is continuously operated with the current combustion amount (S15). On the other hand, in the case of No in S12, the backup boiler 23 is turned off (S16).
  • hot water supply during power generation has been described as an example, but the same applies to hot water supply during non-power generation. That is, switching of the boiler combustion gas flow path 23x and the heat medium flow path 122x is not performed even in hot water supply during non-power generation. Further, when the heat medium becomes high temperature, feedback control for reducing the combustion amount of the backup boiler 23 may be performed based on the temperature at the time of tapping.
  • the temperature of the water vaporization unit 3 is acquired again as a process corresponding to the temperature drop due to the start of vaporization of the water vaporization unit 3 (S35).
  • the backup boiler 23 is turned off (S36, S37).
  • the backup boiler 23 is kept in the ON state (operating state), and the process proceeds to S35 again (S38). Thereafter, for example, a process for supplying hot water (see (1) above) is started.
  • the temperature of the water vaporization unit 3 is acquired, and it is determined whether or not the temperature of the water vaporization unit 3 is greater than the sum of the vaporizable temperature and the predetermined value ⁇ (S42, S43). In the case of No in S43, the backup boiler 23 is turned on (operated), and the process proceeds to S42 again (S44). On the other hand, in the case of Yes in S43, it is further determined whether or not the current amount of reforming water is larger than the required amount (S45).
  • the temperature of the water vaporization unit 3 is acquired again, and when the temperature of the water vaporization unit 3 is larger than the sum of the vaporizable temperature and the predetermined value ⁇ , the backup boiler 23 is turned off (S48 to S50). On the other hand, in the case of No in S49, the backup boiler 23 is kept in the ON state, and the process proceeds to S48 again (S51).
  • the effect similar to the said embodiment ie, the effect of supplying sufficient heat to the water vaporization part 3, is show
  • fever required for the water vaporization part 3 the place which should originally be covered with the heating part 123 grade
  • the exhaust heat can be used. That is, it becomes possible to perform thermal assistance for a short time at the time of start-up / load increase for the water vaporization unit 3. As a result, quick load followability and start-up performance can be ensured.
  • the temperature in the hot water storage tank 110 is set to a predetermined temperature (for example, 90 ° C.) higher than the normal temperature (for example, 70 ° C.).
  • the backup boiler 23 can be operated.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram showing the main part of the fuel cell system according to the third embodiment.
  • the fuel cell system 200 of the present embodiment includes a heat medium flow path 222 x that circulates the water in the hot water storage tank 110 as a heat medium instead of the heat medium flow path 122 x (see FIG. 3). ing.
  • the heat medium flow path 222x water flows out of the hot water tank 110 as a heat medium, and this heat medium is branched into two.
  • One branched heat medium passes through the power generation unit 105, is heated by the heat exchanger 22 y, passes through the backup boiler 23, and is then returned to the hot water tank 110.
  • the other branched heat medium is heated by the heat exchanger 22z and then returned to the hot water tank 110.
  • the heat medium flow path 222x does not include the heat medium tank 102 (see FIG. 3), and is configured to flow without remaining water (hot water).
  • the effect similar to the said embodiment ie, the effect of supplying sufficient heat to the water vaporization part 3, is show
  • FIG. 9 is a schematic block diagram showing the main part of the fuel cell system according to the fourth embodiment.
  • the fuel cell system 300 of this embodiment includes a power generation unit 105 including at least a cell stack 5 that is a solid oxide fuel cell (SOFC).
  • the fuel cell system 300 includes a heat medium flow path 322x that does not pass through the power generation unit 105, instead of the heat medium flow path 122x (see FIG. 3).
  • the effect similar to the said embodiment ie, the effect of supplying sufficient heat to the water vaporization part 3, is show
  • FIG. 10 is a schematic block diagram showing the main part of the fuel cell system according to the fifth embodiment.
  • the fuel cell system 400 of this embodiment includes a power generation unit 105 including at least a cell stack 5 that is a solid oxide fuel cell (SOFC).
  • the fuel cell system 400 includes a heat medium flow path 422x that does not pass through the power generation unit 105, instead of the heat medium flow path 222x (see FIG. 8).
  • the effect similar to the said embodiment ie, the effect of supplying sufficient heat to the water vaporization part 3, is show
  • the arrangement position of the water vaporization unit 3 may be any position as long as it is within the system main body 21, and may be installed, for example, under the system main body 21.
  • the said embodiment is equipped with the backup boiler 23 as a heat supply part, the heat supply part should just be for heat-supplying the quantity of heat to the water of the heat recovery system 22 according to a heat demand,
  • a normal boiler including a main boiler may be used.
  • water is used as the heat medium, but oil, air, a gas such as carbon dioxide or nitrogen, or steam may be used.
  • the heat medium of the present invention may be a fluid used for moving heat.
  • a gas that does not require reforming such as pure hydrogen or a hydrogen-enriched gas, can be supplied as the hydrogen-containing fuel. In this case, the reformer which the hydrogen generating part 4 has becomes unnecessary.
  • SYMBOLS 1 Fuel cell system, 3 ... Water vaporization part, 4 ... Hydrogen generation part, 5 ... Cell stack, 21 ... System main body (1st box), 22, 122 ... Heat recovery system, 22y ... Heat exchanger, 23 ... Backup boiler (heat supply unit, second box), 23x ... boiler combustion gas flow path (combustion gas flow path), 24 ... package (third box), 34 ... control unit.

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Abstract

　水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含むシステム本体と、熱媒体を流通させて熱回収する熱回収系と、熱需要に応じて熱量を熱媒体に熱供給するための熱供給部と、を具備する燃料電池システムであって、システム本体内に設けられ、水蒸気を用いて水素含有燃料を改質し水素含有ガスを生成する水素発生部と、システム本体内に設けられ、水蒸気を生成し水素発生部に供給する水気化部と、熱供給部から排出される燃焼ガスを流通させる燃焼ガス流路と、を備え、燃焼ガス流路は、燃焼ガスによって水気化部が加熱されるよう当該水気化部内を流通する。

Description

燃料電池システム
　本発明は、燃料電池システムに関する。
　従来の燃料電池システムとしては、例えば特許文献１に記載されているように、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含むシステム本体と、熱需要に対する不足熱量を熱供給するためのバックアップボイラ（バックアップバーナ：熱供給部）と、を備えたものが知られている。このような燃料電池システムでは、水蒸気を用いて水素含有燃料を改質し水素含有ガスを生成する水素発生部（改質器）と、水蒸気を生成し水素発生部に供給する水気化部（水気化器）と、がシステム本体内に設けられている。
特開２００４－１６４８６８号公報
　ここで、上述したような燃料電池システムでは、通常、燃焼部（例えば、オフガス燃焼部等）によって水気化部を加熱し、水蒸気を生成するための熱を水気化部に熱供給することが図られている。しかし、この場合、例えば他の部位（改質器、断熱材等）との構成上の位置関係や、他の部位による吸熱等によって、水気化部に十分に熱供給することが困難になるおそれがある。
　また、例えば起動時には、セルスタックを保護する目的から、セルスタックに水素含有ガスを早期に（セル温度が低温のうちに）供給する必要がある。よって、起動時においては、水蒸気を早期に発生させるため、水気化部に十分に熱供給することが特に望まれる。
　そこで、本発明は、水気化部に十分に熱供給することができる燃料電池システムを提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る燃料電池システムは、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含むシステム本体と、熱媒体を流通させて熱回収する熱回収系と、熱需要に応じて熱量を熱媒体に熱供給するための熱供給部と、を具備する燃料電池システムであって、システム本体内に設けられ、水蒸気を用いて水素含有燃料を改質し水素含有ガスを生成する水素発生部と、システム本体内に設けられ、水蒸気を生成し水素発生部に供給する水気化部と、熱供給部から排出される燃焼ガスを流通させる燃焼ガス流路と、を備え、燃焼ガス流路は、燃焼ガスによって水気化部が加熱されるよう当該水気化部内を流通する。
　この本発明の燃料電池システムでは、燃焼ガスによって水気化部が加熱されるよう燃焼ガス流路が水気化部内を流通することから、熱供給部の燃焼ガスによっても水気化部を加熱することができる。これにより、本発明によれば、水気化部に十分に熱供給することが可能となる。
　また、熱供給部の動作を制御する制御部をさらに備え、制御部は、熱需要に対する不足熱量を熱回収系の熱媒体に熱供給する際に熱供給部に起動信号を出力すると共に、水気化部を加熱する際に熱供給部に起動信号を出力してもよい。この場合、熱需要からの要請のみならず、水気化部への熱供給の要請によっても、熱供給部が起動されることとなる。
　また、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、熱回収系は、燃焼ガス流路において水気化部の下流側に設けられた熱交換器を有し、熱交換器は、燃焼ガスと熱回収系の熱媒体とが流通され、燃焼ガスから当該熱媒体へ熱移動させる場合がある。
　また、システム本体と熱供給部とは、一体化されていてもよい。この場合、これにより、燃焼ガス流路の引回しを簡易化することが可能となり、燃料電池システムの小型化及び低コスト化を実現することができる。
　また、システム本体を内包する第１箱体と、熱供給部を内包する第２箱体と、をさらに備え、システム本体と熱供給部とは、第１箱体を構成する面の１つと第２箱体を構成する面の１つとを互いに面接触させることで一体化されていてもよい。
　また、第３箱体をさらに備え、システム本体及び熱供給部は、第３箱体に内包されることにより一体化されていてもよい。また、熱媒体は、水である場合がある。
　本発明によれば、水気化部に十分に熱供給することが可能となる。
第１実施形態に係る燃料電池システムを示す概略ブロック図である。 第１実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。 第２実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。 図３の燃料電池システムの動作の一例を示すフローチャートである。 図３の燃料電池システムの動作の他の一例を示すフローチャートである。 図３の燃料電池システムの動作のさらに他の一例を示すフローチャートである。 図３の燃料電池システムの動作の別の一例を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。 第４実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。 第５実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムを示す概略ブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム１は、脱硫部２と、水気化部３と、水素発生部４と、セルスタック５と、オフガス燃焼部６と、水素含有燃料供給部７と、水供給部８と、酸化剤供給部９と、パワーコンディショナー１０と、制御部１１と、を備えている。
　燃料電池システム１は、水素含有燃料及び酸化剤を用いて、セルスタック５にて発電を行う。燃料電池システム１におけるセルスタック５の種類は特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer　Electrolyte　Fuel　Cell）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid　Oxide　Fuel　Cell）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Phosphoric　Acid　Fuel　Cell）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten　Carbonate　Fuel　Cell）、及び、その他の種類を採用することができる。なお、セルスタック５の種類、水素含有燃料の種類、及び改質方式等に応じて、図１に示す構成要素を適宜省略してもよい。
　水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
　酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。
　脱硫部２は、水素発生部４に供給される水素含有燃料の脱硫を行う。脱硫部２は、水素含有燃料に含有される硫黄化合物を除去するための脱硫触媒を有している。脱硫部２の脱硫方式として、例えば、硫黄化合物を吸着して除去する吸着脱硫方式や、硫黄化合物を水素と反応させて除去する水素化脱硫方式が採用される。脱硫部２は、脱硫した水素含有燃料を水素発生部４へ供給する。
　水気化部（水気化器）３は、水を加熱し気化させることによって、水素発生部４に供給される水蒸気を生成する。水気化部３における水の加熱は、例えば、水素発生部４の熱、オフガス燃焼部６の熱、あるいは排ガスの熱を回収する等、燃料電池システム１内で発生した熱を用いてもよい。また、別途ヒータ、バーナ等の他熱源を用いて水を加熱してもよい。ここでの水気化部３は、例えば、水素発生部４及びセルスタック５近傍に配置され、水素発生部４及びセルスタック５とともに昇温されるように構成されている。なお、図１では、一例としてオフガス燃焼部６から水素発生部４へ供給される熱のみ記載されているが、これに限定されない。水気化部３は、生成した水蒸気を水素発生部４へ供給する。
　水素発生部４は、脱硫部２からの水素含有燃料を用いて水素リッチガス（水素含有ガス）を発生させる。水素発生部４は、水素含有燃料を改質触媒によって改質する改質器を有している。水素発生部４での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。なお、水素発生部４は、セルスタック５に要求される水素リッチガスの性状によって、改質触媒により改質する改質器の他に性状を調整するための構成を有する場合もある。例えば、セルスタック５のタイプが固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）であった場合、水素発生部４は、水素リッチガス中の一酸化炭素を除去するための構成（例えば、シフト反応部、選択酸化反応部）を有する。水素発生部４は、水素リッチガスをセルスタック５のアノード１２へ供給する。
　セルスタック５は、水素発生部４からの水素リッチガス及び酸化剤供給部９からの酸化剤を用いて発電を行う。セルスタック５は、水素リッチガスが供給されるアノード１２と、酸化剤が供給されるカソード１３と、アノード１２とカソード１３との間に配置される電解質１４と、を備えている。セルスタック５は、パワーコンディショナー１０を介して、電力を外部へ供給する。セルスタック５は、発電に用いられなかった水素リッチガス及び酸化剤をオフガスとして、オフガス燃焼部６へ供給する。なお、水素発生部４が備えている燃焼部（例えば、改質器を加熱する燃焼器など）をオフガス燃焼部６と共用してもよい。
　オフガス燃焼部６は、セルスタック５から供給されるオフガスを燃焼させる。オフガス燃焼部６によって発生する熱は、水素発生部４へ供給され、水素発生部４での水素リッチガスの発生に用いられる。
　水素含有燃料供給部７は、脱硫部２へ水素含有燃料を供給する。水供給部８は、水気化部３へ水を供給する。酸化剤供給部９は、セルスタック５のカソード１３へ酸化剤を供給する。水素含有燃料供給部７、水供給部８、及び酸化剤供給部９は、例えばポンプによって構成されており、制御部１１からの制御信号に基づいて駆動する。
　パワーコンディショナー１０は、セルスタック５からの電力を、外部での電力使用状態に合わせて調整する。パワーコンディショナー１０は、例えば、電圧を変換する処理や、直流電力を交流電力へ変換する処理を行う。
　制御部１１は、燃料電池システム１全体の制御処理を行う。制御部１１は、例えばＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、及び入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイスによって構成される。制御部１１は、水素含有燃料供給部７、水供給部８、酸化剤供給部９、パワーコンディショナー１０、その他、図示されないセンサや補機と電気的に接続されている。制御部１１は、燃料電池システム１内で発生する各種信号を取得すると共に、燃料電池システム１内の各機器へ制御信号を出力する。
　図２は、第１実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。図２に示すように、燃料電池システム１は、システム本体２１と、熱回収系２２と、バックアップボイラ（熱供給部）２３と、を含んで構成されている。
　システム本体２１は、上記脱硫部２、上記水気化部３、上記水素発生部４、上記セルスタック５、上記オフガス燃焼部６、上記水素含有燃料供給部７、上記水供給部８及び上記酸化剤供給部９を少なくとも有しており、パッケージ２４内に配置されている。
　熱回収系２２は、システム内において水（回収水）を循環するよう流通させて熱回収するものである。この熱回収系２２は、水を流通させるものとして例えば配管等で構成された水流路２２ｘと、当該水流路２２ｘの水を加熱するための熱交換器２２ｙと、を有している。
　バックアップボイラ２３は、熱需要に対する不足熱量を熱回収系２２の水に熱供給する（いわゆる追い炊き給湯を行う）ものであり、バーナ等の燃焼部（不図示）を有している。このバックアップボイラ２３は、パッケージ２４内においてシステム本体２１と結合するよう設けられている。つまり、システム本体２１及びバックアップボイラ２３は、互いに一体化されて構成されている。換言すると、システム本体２１を内包する第１箱体の上面（第１箱体を構成する面の１つ）と、バックアップボイラ２３を内包する第２箱体の下面（第２箱体を構成する面の１つ）とは、互いに面接触されている。これにより、システム本体２１及びバックアップボイラ２３は、互いに一体化される。なお、システム本体及びバックアップボイラ２３は、第３箱体としてのパッケージ２４に内包されることで一体化されてもよい。
　このバックアップボイラ２３には、ボイラ燃焼ガス流路（燃焼ガス流路）２３ｘが設けられている。ボイラ燃焼ガス流路２３ｘは、バックアップボイラ２３の燃焼部から排出されるボイラ燃焼ガス（燃焼ガス）を流通させるものであり、例えば配管等で構成されている。
　ここで、本実施形態のボイラ燃焼ガス流路２３ｘは、ボイラ燃焼ガスによって水気化部３が加熱されるように水気化部３内を流通した後、熱交換器２２ｙ内を流通している。ここでのボイラ燃焼ガス流路２３ｘは、一旦パッケージ２４外へ延びた後、システム本体２１内に進入し、システム本体２１内の水気化部３内を流通している。そして、再度パッケージ２４外へ延び、その後、熱交換器２２ｙ内を流通している。つまり、本実施形態では、バックアップボイラ２３からのボイラ燃焼ガスが、水気化部３の加熱に用いられると共に熱回収系２２の水の加熱に用いられるようになっている。
　また、熱交換器２２ｙは、水流路２２ｘ上であってボイラ燃焼ガス流路２３ｘにおける水気化部３の下流側に設けられており、ボイラ燃焼ガス及び水が流通されている。この熱交換器２２ｙは、ボイラ燃焼ガスから熱回収系２２の水へと熱移動させ、当該水を加熱する。
　また、燃料電池システム１は、制御部３４をさらに備えている。制御部３４は、バックアップボイラ２３の動作を制御するものであり、システム本体２１内に搭載されている。この制御部３４は、熱需要に対する不足熱量を熱回収系２２で流通する水に熱供給する際、バックアップボイラ２３に起動信号を出力すると共に、水気化部３を加熱する際、バックアップボイラ２３に起動信号を出力する。
　以上、本実施形態の燃料電池システム１においては、水素発生部４（図１参照）の熱やオフガス燃焼部６（図１参照）の熱によって水気化部３を加熱し、当該水気化部３にて水蒸気を生成できるのに加え、ボイラ燃焼ガス流路２３ｘが水気化部３内を流通することから、ボイラ燃焼ガスによっても水気化部３を加熱して水蒸気を生成することができる。すなわち、バックアップボイラ２３からの排熱を、熱需要を満たすための補助熱源としてのみ利用するのではなく、水気化部３を加熱するための熱源として利用することが可能となる。従って、本実施形態によれば、水気化部３に十分に熱供給することが可能となる。その結果、他の部位（改質器、断熱材等）に対する水気化部３の配置関係によらずに水気化部３に十分に熱供給し易くなり、水気化部３の配置自由度が増すこととなる。
　また、本実施形態では、上述したように、制御部３４により、熱需要に対する不足熱量を熱回収系２２の水に熱供給する際だけでなく、水気化部３を加熱する際にもバックアップボイラ２３に起動信号を出力することができる。よって、熱需要からの要請のみならず、水気化部３への熱供給の要請によっても、バックアップボイラ２３を好適に起動することが可能となる。
　また、本実施形態では、上述したように、システム本体２１とバックアップボイラ２３とが一体化されていることから、ボイラ燃焼ガス流路２３ｘの引回しを簡易化することが可能となり、一層の小型化及び低コスト化を実現することができる。ひいては、ボイラ燃焼ガス流路２３ｘの引回しに起因する放熱（ロス）をも低減することが可能となる。
　なお、システム起動時には、セルスタック５を保護する目的から、セル温度が低温のうちにセルスタック５に水素リッチガスを早期供給する必要がある。よって、システム起動時においては、水素発生部４で水素リッチガスを早期発生させるべく水気化部３で水蒸気を早期発生させるため、水気化部３に十分に熱供給できることが特に望まれる。この点、本実施形態は、水気化部３に熱を十分に熱供給できるため、特に有効なものといえる。
［第２実施形態］
　次に、第２実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
　図３は、第２実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。図３に示すように、本実施形態の燃料電池システム１００では、システム本体２１が発電部１０５、水気化部３及び加熱部１２３を少なくとも含んでいる。
　発電部１０５は、上記脱硫部２、上記水素発生部４及び上記セルスタック５を少なくとも含むものであり、セルスタック５としては、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）が用いられている。この発電部１０５には、電池排ガス流路１１１及び改質水流路１１２が接続されている。電池排ガス流路１１１は、発電部１０５から排出される燃焼処理済みの電池排ガスを流通させる。電池排ガス流路１１１は、電池排ガスによって水気化部３が加熱されるように水気化部３内を流通した後、後述の熱交換器２２ｚ内を流通している。改質水流路１１２は、水気化部３により生成された改質水（蒸気）を水気化部３から発電部１０５へ供給する。
　水気化部３には、熱交換器２２ｚで生じた排ガス回収水を流通させる回収水流路１２１が接続されている。回収水流路１２１上には、排ガス回収水を一時的に貯留する水タンク１２２が設けられている。水気化部３には、通常時に水気化部３を加熱するための加熱部１２３が設けられている。
　また、本実施形態の燃料電池システム１００は、熱回収系１２２を備えている。熱回収系１２２は、システム内において熱媒体を循環するよう流通させて熱回収するものであり、熱媒体を流通させる熱媒体流路１２２ｘを有している。熱媒体としては、例えば、エチレングリコール及びその水溶液等の不凍液が用いられている。
　熱媒体流路１２２ｘ上には、貯湯槽１１０、熱媒体タンク１０２及び熱交換器２２ｙ，２２ｚが設けられている。貯湯槽１１０は、給湯ライン１１０ａを介して外部から供給された例えば上水等の水を内部に貯えると共に、内部を通過する熱媒体流路１２２ｘを流れる熱媒体から熱を回収し、貯えた水へ蓄熱する。また、貯湯槽１９は、例えばユーザ等の需要に応じて、給湯ライン１１０ａを介して貯えた水を湯として排出する。なお、本実施形態のように発電部１０５がＰＥＦＣのセルスタック５を含む場合、発電部１０５に熱媒体が通過され（詳しくは後述）、熱媒体で発電部１０５からも熱回収が行われる。
　熱媒体タンク１０２は、熱媒体を一時的に貯留する。熱交換器２２ｙは、ボイラ燃焼ガス流路２３ｘが通過するように設けられており、ボイラ燃焼ガスから熱媒体流路１２２ｘの熱媒体へと熱移動させ、当該熱媒体を加熱する。熱交換器２２ｚは、電池排ガス流路１１１が通過するように設けられている。熱交換器２２ｚは、電池排ガス流路１１１から熱媒体流路１２２ｘの熱媒体へと熱移動させ、当該熱媒体を加熱する。
　このような熱媒体流路１２２ｘにおいて、貯湯槽１１０から導出された熱媒体は、熱媒体タンク１０２を通過した後、２分岐される。分岐された一方の熱媒体は、発電部１０５を通過し、熱交換器２２ｙで加熱され、バックアップボイラ２３を通過した後、貯湯槽１１０へ戻される。分岐された他方の熱媒体は、熱交換器２２ｚで加熱された後、貯湯槽１１０へ戻される。
　また、本実施形態の制御部３４は、例えば水気化部３の温度、バックアップボイラ２３における熱媒体の入口温度及び出口温度等に基づいて、バックアップボイラ２３の動作を制御する（詳しくは、後述）。
　次に、上記燃料電池システム１００におけるバックアップボイラ２３に関する動作について、各状況ごとに以下に例示して説明する。
（１）貯湯槽１１０から給湯する場合
　図４に示すように、発電時において貯湯槽１１０から給湯するための給湯信号が制御部３４で受信されると、まず、当該給湯に係る熱需要に関する給湯熱需要情報が取得される（Ｓ１）。熱需要がありと判断されると、その熱需要に応じた燃焼量でバックアップボイラ２３が動作され、上記Ｓ１へ再び移行する（Ｓ２，Ｓ３）。一方、熱需要が無しと判断されると、バックアップボイラ２３がＯＦＦ（停止）とされる（Ｓ２，Ｓ４）。
　或いは、図５に示すように、給湯信号が制御部３４で受信されると、給湯熱需要情報が取得され、熱需要がありと判断されると、出湯温度が適温よりも大きいか否かが判断される（Ｓ１１～Ｓ１３）。上記Ｓ１３でＮｏの場合、熱需要に応じた燃焼量でバックアップボイラ２３が動作され、上記Ｓ１１へ再び移行する（Ｓ１４）。一方、上記Ｓ１３でＹｅｓの場合、現状維持するようにバックアップボイラ２３が制御され、現状の燃焼量でバックアップボイラ２３が継続動作される（Ｓ１５）。他方、上記Ｓ１２でＮｏの場合、バックアップボイラ２３がＯＦＦとされる（Ｓ１６）。
　なお、上記では、発電時の給湯を例にして説明したが、非発電時における給湯についても同様となる。つまり、非発電時における給湯においても、ボイラ燃焼ガス流路２３ｘ及び熱媒体流路１２２ｘの切替え等は行なわれない。また、熱媒体が高温となった場合には、出湯時の温度に基づいて、バックアップボイラ２３の燃焼量を減らすフィードバック制御を行なってもよい。
（２）起動時
　図６に示すように、燃料電池システム１００の始動時において始動信号が制御部３４で受信されると、まず、水素発生部４で部分酸化改質が開始されると共に、水気化部３の温度が取得される（Ｓ３１）。水気化部３の温度が、水が気化できる気化可能温度と所定値αとの合計（気化可能温度＋α）よりも大きい場合、水気化部３へ水供給するための信号が制御部３４へ送信され、水気化部３の水供給が開始される（Ｓ３２，Ｓ３３）。そして、改質反応がオートサーマル改質反応から水蒸気改質反応とされ移行され、発電が開始される。なお、「所定値α」は、バックアップボイラ２３をＯＦＦとした途端に熱不足となるのを防止するために設けられた設定値である。
　一方、上記Ｓ３２でＮｏの場合、バックアップボイラ２３をＯＮ状態（作動状態）とされ、上記Ｓ３１へ再び移行される（Ｓ３４）。この上記Ｓ３４においてバックアップボイラ２３が既に起動（ＯＮ）されているときには、ＯＮ状態が維持される。
　上記Ｓ３３の後、水気化部３の気化開始による温度低下に応じた処理として、水気化部３の温度が再度取得される（Ｓ３５）。水気化部３の温度が気化可能温度と所定値αとの合計よりも大きい場合、バックアップボイラ２３がＯＦＦとされる（Ｓ３６，Ｓ３７）。一方、上記Ｓ３６でＮｏの場合、バックアップボイラ２３をＯＮ状態（作動状態）が継続され、上記Ｓ３５へ再び移行される（Ｓ３８）。その後、例えば、給湯する場合の処理（上記（１）参照）が開始される。
（３）負荷増加（負荷上げ）時
　図７に示すように、燃料電池システム１００の負荷増加（負荷上げ）時において負荷増加信号が制御部３４で受信されると、例えば改質水の必要量、現在の改質水量、及び水気化部３の温度に基づいて、バックアップボイラ２３が最大燃焼量で動作される（Ｓ４１）。
　続いて、水気化部３の温度が取得され、当該水気化部３の温度が気化可能温度と所定値αとの合計よりも大きいか否かが判断される（Ｓ４２，Ｓ４３）。上記Ｓ４３でＮｏの場合、バックアップボイラ２３をＯＮ状態（作動状態）とされ、上記Ｓ４２へ再び移行される（Ｓ４４）。一方、上記Ｓ４３でＹｅｓの場合、現在の改質水量が必要量よりも大きいか否かがさらに判断される（Ｓ４５）。
　上記Ｓ４５でＮｏの場合、水気化部３へ供給する改質水量を増量するための信号が制御部３４へ送信されて改質水量が増量され、上記Ｓ４２へ再び移行される（Ｓ４６）。一方、上記Ｓ４５でＹｅｓの場合、改質水量の増量が終了される（Ｓ４７）。そして、燃料電池システム１００の負荷が増加される。
　続いて、水気化部３の温度が再度取得され、水気化部３の温度が気化可能温度と所定値αとの合計よりも大きい場合、バックアップボイラ２３がＯＦＦとされる（Ｓ４８～Ｓ５０）。一方、上記Ｓ４９でＮｏの場合、バックアップボイラ２３をＯＮ状態が継続され、上記Ｓ４８へ再び移行される（Ｓ５１）。
　以上、本実施形態においても、上記実施形態と同様な効果、すなわち、水気化部３に十分に熱供給するという効果が奏される。
　また、本実施形態では、水気化部３に要される熱について、本来は加熱部１２３等でまかなうべきところを、例えば起動時や負荷変動時等の熱不足が発生した場合、バックアップボイラ２３からの排熱を利用することができる。つまり、水気化部３に対し、起動時・負荷上げ時の短時間の熱的補助を行なうことが可能となる。その結果、迅速な負荷追従性や起動性能を確保できる。
　また、このようにバックアップボイラ２３からの排熱を、水気化部３を加熱するための熱源として利用することにより、給湯時に無駄に捨てる熱の回収が可能となる。
　なお、貯湯槽１１０の満蓄時においては、貯湯槽１１０内温度を通常温度（例えば７０℃）よりも高い所定温度（例えば９０℃）に設定することにより、その温度差（マージン）の分でバックアップボイラ２３を作動させることができる。
［第３実施形態］
　次に、第３実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第２実施形態と異なる点について主に説明する。
　図８は、第３実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。図８に示すように、本実施形態の燃料電池システム２００は、上記熱媒体流路１２２ｘ（図３参照）に代えて、貯湯槽１１０の水を熱媒体として流通させる熱媒体流路２２２ｘを備えている。
　熱媒体流路２２２ｘでは、貯湯槽１１０から水が熱媒体として流出され、この熱媒体が２分岐される。分岐された一方の熱媒体は、発電部１０５を通過し、熱交換器２２ｙで加熱され、バックアップボイラ２３を通過した後、貯湯槽１１０へ戻される。分岐された他方の熱媒体は、熱交換器２２ｚで加熱された後、貯湯槽１１０へ戻される。この熱媒体流路２２２ｘは、上記熱媒体タンク１０２（図３参照）を有しておらず、水（湯）が留まることなく流れるように構成されている。
　以上、本実施形態においても、上記実施形態と同様な効果、すなわち、水気化部３に十分に熱供給するという効果が奏される。
［第４実施形態］
　次に、第４実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第２実施形態と異なる点について主に説明する。
　図９は、第４実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。図９に示すように、本実施形態の燃料電池システム３００は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）であるセルスタック５を少なくとも含む発電部１０５を備えている。また、燃料電池システム３００は、上記熱媒体流路１２２ｘ（図３参照）に代えて、発電部１０５を通過しない熱媒体流路３２２ｘを備えている。
　以上、本実施形態においても、上記実施形態と同様な効果、すなわち、水気化部３に十分に熱供給するという効果が奏される。
［第５実施形態］
　次に、第５実施形態について説明する。本実施形態の説明では、上記第３実施形態と異なる点について主に説明する。
　図１０は、第５実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。図１０に示すように、本実施形態の燃料電池システム４００は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）であるセルスタック５を少なくとも含む発電部１０５を備えている。また、燃料電池システム４００は、上記熱媒体流路２２２ｘ（図８参照）に代えて、発電部１０５を通過しない熱媒体流路４２２ｘを備えている。
　以上、本実施形態においても、上記実施形態と同様な効果、すなわち、水気化部３に十分に熱供給するという効果が奏される。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
　例えば、水気化部３の配置位置は、システム本体２１内であれば何れの位置としてもよく、例えばシステム本体２１の下部に設置してもよい。また、上記実施形態は、熱供給部としてバックアップボイラ２３を備えているが、熱供給部は、熱需要に応じて熱量を熱回収系２２の水に熱供給するためのものであればよく、例えば通常のボイラ（メインボイラを含む）等であってもよい。
　また、上記実施形態では、熱媒体として水を用いているが、油、空気、二酸化炭素や窒素等のガス、又は蒸気等を用いてもよい。本発明の熱媒体は、熱を移動させるために用いられる流体であればよい。また、上記実施形態では、水素含有燃料として、純水素や水素富化ガス等の改質が不要なガスを供給することもできる。この場合、水素発生部４が有する改質器は不要となる。
　本発明によれば、水気化部に十分に熱供給することが可能となる。
　１…燃料電池システム、３…水気化部、４…水素発生部、５…セルスタック、２１…システム本体（第１箱体）、２２，１２２…熱回収系、２２ｙ…熱交換器、２３…バックアップボイラ（熱供給部，第２箱体）、２３ｘ…ボイラ燃焼ガス流路（燃焼ガス流路）、２４…パッケージ（第３箱体）、３４…制御部。

Claims (7)

  1. 　水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含むシステム本体と、熱媒体を流通させて熱回収する熱回収系と、熱需要に応じて熱量を前記熱媒体に熱供給するための熱供給部と、を具備する燃料電池システムであって、
    　前記システム本体内に設けられ、水蒸気を用いて水素含有燃料を改質し前記水素含有ガスを生成する水素発生部と、
    　前記システム本体内に設けられ、前記水蒸気を生成し前記水素発生部に供給する水気化部と、
    　前記熱供給部から排出される燃焼ガスを流通させる燃焼ガス流路と、を備え、
    　前記燃焼ガス流路は、前記燃焼ガスによって前記水気化部が加熱されるよう当該水気化部内を流通する燃料電池システム。
  2. 　前記熱供給部の動作を制御する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、熱需要に対する不足熱量を前記熱回収系の前記熱媒体に熱供給する際に前記熱供給部に起動信号を出力すると共に、前記水気化部を加熱する際に前記熱供給部に起動信号を出力する請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 　前記熱回収系は、前記燃焼ガス流路において前記水気化部の下流側に設けられた熱交換器を有し、
    　前記熱交換器は、前記燃焼ガスと前記熱回収系の前記熱媒体とが流通され、前記燃焼ガスから当該熱媒体へ熱移動させる請求項１又は２記載の燃料電池システム。
  4. 　前記システム本体と前記熱供給部とは、一体化されている請求項１～３の何れか一項記載の燃料電池システム。
  5. 　前記システム本体を内包する第１箱体と、
    　前記熱供給部を内包する第２箱体と、をさらに備え、
    　前記システム本体と前記熱供給部とは、前記第１箱体を構成する面の１つと前記第２箱体を構成する面の１つとを互いに面接触させることで一体化されている請求項４記載の燃料電池システム。
  6. 　第３箱体をさらに備え、
    　前記システム本体及び前記熱供給部は、前記第３箱体に内包されることにより一体化されている請求項４記載の燃料電池システム。
  7. 　前記熱媒体は、水である請求項１～６の何れか一項記載の燃料電池システム。
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