冷凍機複合型燃料電池システム
【課題】システム全体における排熱を充分に有効利用可能な冷凍機複合型燃料電池システムを提供する。
【解決手段】改質器１１２および燃料電池１０を有する燃料電池ユニット１と、吸着式冷凍機２とを複合した冷凍機複合型燃料電池システムであって、吸着式冷凍機２の吸着材Ｓを燃料電池１０の排熱にて加熱すると共に、燃料電池ユニット１に供給する水、燃料、および空気（酸素）といった供給流体のうち少なくとも１つを吸着式冷凍機２にて生ずる排熱（凝縮熱）にて加熱する。このように、吸着式冷凍機２の排熱を、燃料電池ユニット１にて必要となる熱源として利用することで、燃料電池１０の作動に必要とされる熱量を低減することができる。これにより、システム全体での排熱を充分に有効利用することが可能となる。
【解決手段】改質器１１２および燃料電池１０を有する燃料電池ユニット１と、吸着式冷凍機２とを複合した冷凍機複合型燃料電池システムであって、吸着式冷凍機２の吸着材Ｓを燃料電池１０の排熱にて加熱すると共に、燃料電池ユニット１に供給する水、燃料、および空気（酸素）といった供給流体のうち少なくとも１つを吸着式冷凍機２にて生ずる排熱（凝縮熱）にて加熱する。このように、吸着式冷凍機２の排熱を、燃料電池ユニット１にて必要となる熱源として利用することで、燃料電池１０の作動に必要とされる熱量を低減することができる。これにより、システム全体での排熱を充分に有効利用することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池ユニットと作動時に燃料電池ユニットの排熱を利用する熱駆動式冷凍機を複合した冷凍機複合型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池ユニットは、灯油やＬＰＧ等の燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、当該燃料ガスと酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池とを含んで構成されている。
【０００３】
燃料電池では、燃料極側（アノード側）に燃料ガス（水素）が供給され、空気極側（カソード側）に酸化剤ガス（空気）が供給される。燃料電池に供給される反応ガスは、燃料電池での発電に利用された後、未反応ガスを含む排ガスとして排出される。そして、燃料電池から排出された未反応ガスを燃焼させ、燃焼により生じた熱（燃料電池の排熱）を改質器の改質反応用の熱源として利用することで、未反応ガスを活用する燃料電池ユニット（所謂、内部改質型の燃料電池ユニット）が存在する。
【０００４】
ここで、燃料電池ユニットと吸収式冷凍機とを複合したシステム（吸収式冷凍機複合型燃料電池システム）において、燃料電池の排熱を吸収式冷凍機の熱源として利用する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的に特許文献１では、燃料電池の排熱を、改質器の改質反応用等の熱源および吸収式冷凍機の再生器を加熱する熱源として利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１の如く、燃料電池ユニットと燃料電池の排熱を熱源として駆動する冷凍機（熱駆動式冷凍機）とを複合した冷凍機複合型燃料電池システムでは、燃料電池ユニット側の排熱の有効利用を図っているものの、冷凍機側の排熱については有効利用されておらず、システム全体における排熱の有効利用を図るには不充分であった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、システム全体における排熱を充分に有効利用可能な冷凍機複合型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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、加熱されることによって改質対象流体を改質して、少なくとも水素を含む燃料ガスを生成する改質器（１１２）、および燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させることによって電気エネルギを出力する燃料電池（１０）を有する燃料電池ユニット（１）と、冷媒を捕捉材に捕捉させることによって冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮するとともに、加熱されることによって捕捉材に捕捉していた冷媒を解離させ、解離させた冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を放熱する熱駆動式冷凍機とを備える冷凍機複合型燃料電池システムであって、捕捉材を燃料電池（１０）の排熱にて加熱する捕捉材加熱手段（２４）と、改質対象流体および酸化剤ガスといった燃料電池ユニット（１）に供給する供給流体のうち少なくとも１つを熱駆動式冷凍機にて生ずる凝縮熱にて加熱する第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）と、を備えることを特徴とする冷凍機複合型燃料電池システム。
【０００９】
このように、本発明では、燃料電池（１０）の排熱を熱駆動式冷凍機の捕捉材の加熱に有効利用すると共に、熱駆動式冷凍機にて冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を燃料電池ユニット（１）に供給される供給流体の加熱に有効利用する構成としている。すなわち、燃料電池（１０）および熱駆動式冷凍機の排熱を、燃料電池ユニット（１）および熱駆動式冷凍機（２）の相互で有効利用する構成としている。
【００１０】
これによれば、熱駆動式冷凍機の排熱を燃料電池ユニット（１）にて利用することで、燃料電池（１０）の作動に必要とされる熱量を低減することができるので、システム全体での排熱を充分に有効利用することが可能となる。
【００１１】
さらに、請求項２に記載の発明の如く、請求項１に記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、供給流体を燃料電池（１０）の排熱にて加熱する第２供給流体加熱手段（１５）を備える構成とすれば、システム全体での排熱をより効果的に有効利用することが可能となる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、供給流体と凝縮熱によって加熱された加熱媒体とを熱交換させることによって、供給流体を加熱することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、熱駆動式冷凍機の排熱によって加熱された加熱媒体を介して供給流体である改質対象流体および酸化剤ガスそれぞれを加熱することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、熱駆動式冷凍機を、捕捉材として冷媒を吸着すると共に加熱されることによって吸着した冷媒を脱離する吸着材（Ｓ）、吸着材（Ｓ）が封入された吸着器（２１）、および吸着材（Ｓ）から脱離した冷媒を凝縮させるための凝縮器（２２）を有する吸着式冷凍機（２）で構成し、第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、供給流体のうち少なくとも１つを凝縮器（２２）で冷媒が凝縮する際の凝縮熱にて加熱する構成とすることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、供給流体のうち少なくとも１つを吸着材（Ｓ）で冷媒を吸着した際に生ずる吸着熱にて加熱することを特徴とする。
【００１６】
これによれば、凝縮器（２２）にて生ずる凝縮熱および吸着材（Ｓ）にて冷媒を吸着した際に生ずる凝縮熱（吸着熱）の両方によって、燃料電池ユニット（１）に供給する供給流体を加熱することができるので、供給流体の加熱に利用する燃料電池ユニット（１）の排熱の熱量をより効果的に低減することができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、凝縮器（２２）における凝縮熱にて加熱した改質対象流体を、吸着材（Ｓ）における吸着熱にて加熱するように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、先に、凝縮器（２２）にて生ずる凝縮熱にて改質対象流体を加熱することで、凝縮器（２２）における冷媒の温度を低下させて効率的に凝縮させることができる。この場合、先ず、吸着材（Ｓ）にて冷媒を吸着した際に生ずる凝縮熱（吸着熱）にて改質対象流体を加熱する構成に比べて、同一の放熱量を確保するための放熱面積を小さくすることができるので、凝縮器（２２）の小型化を図ることが可能となる。
【００１９】
ここで、吸着材（Ｓ）で冷媒を吸着する際に生ずる凝縮熱にて改質対象流体を加熱する場合、すなわち、吸着材（Ｓ）を低温の改質対象流体にて冷却する場合には、改質対象流体の温度が低く過ぎると、吸着する冷媒が、吸着材（Ｓ）の吸着孔の開口部で凝縮して吸着孔を塞いでしまうことで、吸着材（Ｓ）での吸着量が低下する虞がある。
【００２０】
これに対して、請求項６に係る発明では、凝縮器（２２）にて加熱された改質対象流体にて吸着工程時の吸着材（Ｓ）を冷却するので、吸着材（Ｓ）における吸着孔の開口部で凝縮して吸着孔を塞いでしまうことを回避することができ、吸着材（Ｓ）における吸着量の低下を抑制することができる。
【００２１】
さらに、凝縮器（２２）にて加熱された改質対象流体にて吸着材（Ｓ）を冷却する場合、低温の改質対象流体にて当該吸着材（Ｓ）を冷却するよりも吸着材（Ｓ）周辺の飽和蒸気圧を増加させることができるので、吸着材（Ｓ）の吸着速度を増加させて効率的に吸着させることが可能となる。
【００２２】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】第２実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【図３】第３実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【図４】第４実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【図５】第５実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【００２６】
この冷凍機複合型燃料電池システムは、燃料ガス（水素等）と酸化剤ガス（酸素）との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備える燃料電池ユニット１および燃料電池ユニット１からの排熱を利用して駆動する吸着式冷凍機２を複合させたものである。
【００２７】
まず、燃料電池ユニット１について説明する。燃料電池ユニット１は、燃料を水蒸気改質することによって生成した水素（および一酸化炭素）を含む燃料ガスと空気中に含まれる酸素（酸化剤ガス）とを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池１０を備えている。燃料電池１０にて生じた直流の電力は、インバータ３を介して交流電流に変換されて各種電気負荷（図示略）に供給される。
【００２８】
本実施形態の燃料電池１０は、電解質（固体酸化物）、燃料極１０ａ、空気極１０ｂ等で構成される燃料電池セルをインターコネクタ（セル同士を接合する接合部材）を介して複数接合した固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）で構成している。固体電解質型燃料電池は、その作動温度が７００℃〜１０００℃に設定される高温型燃料電池である。なお、説明の便宜のため、図１では単一の燃料極１０ａおよび空気極１０ｂのみを図示している。
【００２９】
燃料電池１０には、炭化水素系の燃料（水蒸気を含む燃料ガスを含む）および空気が供給流体として供給される。具体的には、燃料電池１０の燃料極１０ａ側には、燃料や燃料ガスを供給するための燃料供給経路１１が接続され、燃料電池１０の空気極１０ｂ側には、空気（酸化剤ガス）を供給するための空気供給経路１２が接続されている。
【００３０】
燃料供給経路１１には、燃料流れ上流側から順に、気化器１１１、改質器１１２が設けられている。気化器１１１は、水供給経路１３を介して供給される水を加熱して気化させると共に、燃料を加熱して気化させ、気化した水（水蒸気）と燃料とを混合して水蒸気を含む混合ガスを生成する気化手段である。気化器１１１は、後述する燃焼器１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により燃料および水を加熱するように構成されている。
【００３１】
なお、燃料としてＬＰＧ等の気体燃料を採用する場合には、気化器１１１にて水蒸気を生成し、気体燃料を混合すればよい。さらに、気化器１１１によらず、水蒸気を生成できる場合には、気化器１１１を省略して、気体燃料と水蒸気とを改質器１１２にて混合するようにしてもよい。
【００３２】
改質器１１２は、気化器１１１にて生成された混合ガスを高温（８００℃程度）まで加熱することによって、水蒸気改質反応（触媒反応）により改質して水素および（一酸化炭素）を含む燃料ガスを生成するものである。改質器１１２にて改質された燃料ガスは、燃料電池１０の燃料極１０ａ側に導入される。改質器１１２は、後述する燃焼器１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により混合ガスを加熱するように構成されている。
【００３３】
ここで、改質器１１２に導入する混合ガスは、水蒸気を含む燃料ガスであり、気化器１１１に導入する燃料および水が本発明の改質対象流体に相当している。
【００３４】
空気供給経路１２には、空気極１０ｂに導入する空気を加熱するための空気予熱器１２１が設けられている。この空気予熱器１２１は、空気極１０ｂに導入する空気を加熱することで、空気極１０ｂに導入する空気（酸化剤ガス）と燃料電池１０の燃料極１０ａに導入する高温の燃料ガスとの温度差を小さくし、燃料電池１０における電気化学反応の効率向上を図るための空気予熱手段である。
【００３５】
なお、図示しないが、燃料供給経路１１および空気供給経路１２それぞれには、燃料極１０ａに供給する改質ガスの供給量を調整するための調整弁や空気極１０ｂに供給する空気（酸化剤ガス）の供給量を調整するための調整弁等が設けられている。
【００３６】
また、燃料電池１０には、燃料極側排ガスに含まれる未反応水素および空気極側排ガスに含まれる未反応空気を燃焼させて高温の燃焼排ガスを生成する燃焼器１４が隣接配置されており、燃焼器１４は、燃料電池１０の保温用の熱源として機能している。なお、燃料電池１０の保温には、燃焼器１４だけに限らず、外部から導入された熱源を用いることができる。
【００３７】
燃焼器１４には、燃焼器１４にて生じた高温の燃焼排ガスを外部に排出するための燃焼排ガス経路１５が接続されている。燃焼排ガス経路１５には、内部を通過する燃焼排ガスの高熱（排熱）を有効利用すべく、上流側から順に、改質器１１２、気化器１１１、空気予熱器１２１、排熱回収熱交換器３１といった加熱対象機器を経由するように構成されている。
【００３８】
これにより、燃焼器１４で生成した燃焼排ガスの高熱が燃焼排ガス経路１５を介して当該加熱対象機器１１１、１１２、１２１、３１のそれぞれに授受されるようになっている。すなわち、燃焼排ガス経路１５を介して燃料電池１０に供給される燃料ガスおよび空気といった供給流体が加熱される。このため、本実施形態における燃焼排ガス経路１５は、本発明の第２供給流体加熱手段を構成している。
【００３９】
ここで、排熱回収熱交換器３１は、燃焼排ガス経路１５を通過する燃焼排ガスと温水経路３０内の水とを熱交換させて温水を生成する熱交換器である。なお、温水経路３０には、排熱回収熱交換器３１の水流れ上流側に電動式の水ポンプ３２が配置されており、当該水ポンプ３２が作動することで、温水経路３０内を水が循環する。
【００４０】
次に、吸着式冷凍機２について説明する。吸着式冷凍機２は、吸着材Ｓに気相状態の冷媒を吸着させることによって冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮させると共に、加熱されることによって吸着材Ｓから吸着していた冷媒を脱離させ、脱離させた冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を放熱する熱駆動式冷凍機である。
【００４１】
本実施形態の吸着式冷凍機２は、２つの吸着器２１、凝縮器２２、蒸発器２３等を有して構成されている。以下、説明の便宜のため、２つの吸着器２１のうち図１中左側に示す吸着器を第１吸着器２１ａといい、図１中右側に示す吸着器を第２吸着器２１ｂという。
【００４２】
第１吸着器２１ａは、その内部を略真空とした断熱容器内に第１吸着コア２４ａを収容（封入）して、第１吸着コア２４ａの周囲に冷媒（本実施形態では水を採用）を流通可能に構成したものである。第１吸着コア２４ａは、吸着材Ｓと吸着材Ｓを加熱する加熱用熱媒体あるいは吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体とを熱交換させる熱交換器であって、熱交換器の表面に吸着材Ｓを接合もしくは接触して構成されている。
【００４３】
また、第２吸着器２１ｂの基本構成は、第１吸着器２１ａと同様である。従って、第２吸着器２１ｂの断熱容器の内部には、第１吸着コア２４ａと同様の構成の第２吸着コア２４ｂが収容（封入）されている。なお、以下、第１吸着コア２４ａおよび第２吸着コア２４ｂを総称する場合には、単に吸着コア２４ともいう。
【００４４】
吸着材Ｓは、気相状態の吸着用冷媒を捕捉（吸着）するともに、加熱されることによって吸着した吸着用冷媒を解離（脱離）する捕捉材を構成している。本実施形態では、吸着材Ｓとして、例えば、骨格が酸化アルミニウム、リン酸、酸化珪酸からなるものや、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭を採用することができる。
【００４５】
ここで、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂは、冷却用熱媒体を供給可能に構成されると共に、温水経路３０を介して、加熱用熱媒体としての温水が供給可能に構成されている。本実施形態では、加熱用熱媒体として前述の排熱回収熱交換器３１にて生成した温水を利用し、冷却用熱媒体として改質対象流体の１つである燃料電池ユニット１の気化器１１１に供給する水を利用している。このため、加熱用熱媒体である温水が流れる温水経路３０および冷却用熱媒体である水が流れる水供給経路１３にて熱媒体経路が構成されている。
【００４６】
具体的には、熱媒体経路を構成する温水経路３０および水供給経路１３には、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂの熱媒体流れ上流側および下流側に第１吸着コア２４ａおよび第２吸着コア２４ｂに供給する熱媒体の流れを切り換えるための第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂが配置されている。
【００４７】
第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂそれぞれが図１の実線位置に設定されると、第１吸着コア２４ａと水供給経路１３とが接続されると共に、第２吸着コア２４ｂと温水経路３０とが接続される。これにより、水供給経路１３を流れる水が第１吸着コア２４ａの内部に直接供給されて第１吸着コア２４ａの表面に接合された吸着材Ｓが冷却されると共に、温水経路３０を流れる温水が第２吸着コア２４ｂの内部に供給されて第２吸着コア２４ｂの外表面に接合された吸着材Ｓが加熱される。
【００４８】
また、第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂそれぞれが破線位置に設定されると、第２吸着コア２４ｂと水供給経路１３とが接続されると共に、第１吸着コア２４ａと温水経路３０とが接続される。これにより、水供給経路１３を流れる冷水が第２吸着コア２４ａの内部に直接供給されて第２吸着コア２４ａの外表面に接合された吸着材Ｓが冷却されると共に、温水経路３０を流れる温水が第１吸着コア２４ａの内部に供給されて第１吸着コア２４ａの外表面に接合された吸着材Ｓが加熱される。
【００４９】
本実施形態の第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂは、上述のように、温水経路３０を流れる温水が供給されることで、吸着コア２４に接合された吸着材Ｓを加熱する構成であるため、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂのうち温水が供給される吸着コア２４が本発明の捕捉材加熱手段を構成している。
【００５０】
凝縮器２２は、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂの吸着材Ｓから脱離した気相状態の吸着用冷媒（以下、脱離冷媒という。）と空気供給経路１２を流れる空気（空気予熱器１２１に導入する前の空気）とを熱交換させることによって、脱離冷媒を凝縮させる凝縮用熱交換器である。
【００５１】
ここで、空気予熱器１２１に導入する前の空気は、凝縮器２２において脱離冷媒を凝縮させる際の凝縮熱によって加熱され、水供給経路１３を流れる水は、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂに供給される際に、吸着材Ｓにて冷媒を吸着する際に生ずる凝縮熱（吸着熱）にて加熱される。このため、本実施形態における凝縮器２２および第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂのうち冷水が供給される吸着コア２４が本発明の第１供給流体加熱手段を構成している。
【００５２】
蒸発器２３は、液相状態の吸着用冷媒と外部から導入された冷却対象流体とを熱交換させることによって、吸着用冷媒を蒸発させて、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂの外表面に接合された吸着材Ｓに吸着される気相状態の吸着用冷媒（以下、吸着冷媒という。）を発生させる蒸発用熱交換器である。なお、蒸発器２３は、吸着用冷媒を蒸発させることで冷凍能力を発揮し、外部から導入された冷却対象流体を冷却する。蒸発器２３にて冷却された冷却対象流体は、室内等の冷房用に利用することができる。
【００５３】
上述した第１吸着器２１ａ、凝縮器２２、および蒸発器２３は、第１冷媒回路２６によって接続され、第２吸着器２１ｂ、凝縮器２２、および蒸発器２３は、第２冷媒回路２７によって接続されている。
【００５４】
各冷媒回路２６、２７には、凝縮器２２と各吸着器２１ａ、２１ｂとの間に、各吸着器２１ａ、２１ｂ側から凝縮器２２側へ脱離冷媒が流れることだけを許容する逆止弁として機能する第１、第２凝縮用水蒸気バルブ２６ａ、２７ａが配置されている。また、各冷媒回路２６、２７には、蒸発器２３と吸着器２１ａ、２１ｂとの間に、各吸着器２１ａ、２１ｂ側から蒸発器２３へ吸着冷媒が流れることだけを許容する逆止弁として機能する第１、第２蒸発用水蒸気バルブ２６ｂ、２７ｂが配置されている。なお、各水蒸気バルブ２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂは、図示しない制御装置によって、その作動が制御されている。
【００５５】
さらに、凝縮器２２および蒸発器２３は、凝縮器２２にて凝縮した吸着用冷媒を蒸発器２３へ戻す冷媒戻し回路２８によって接続されている。この冷媒戻し回路２８には、冷媒戻し回路２８を開閉する電磁弁である冷媒戻し用バルブ２９が配置されている。
【００５６】
冷媒戻し用バルブ２９は、図示しない制御装置によって、その作動が制御されており、制御装置が冷媒戻し用バルブ２９を所定時間間隔で開閉させることによって、凝縮器２２で凝縮した吸着用冷媒が蒸発器２３へ戻されるようになっている。
【００５７】
次に、上記構成における本実施形態の冷凍機複合型燃料電池システムの作動について説明する。
【００５８】
まず、燃料電池ユニット１では、燃料電池１０において、燃料極１０ａに導入された燃料ガス中の水素（および一酸化炭素）と、空気極１０ｂに導入された空気中の酸素（酸化剤ガス）との電気化学反応により電気を発生させる。そして、燃料電池１０の燃料極１０ａから排出される燃料極側排ガスと空気極１０ｂから排出される空気極側排ガスを燃焼器１４にて燃焼させる。この燃焼器１４にて生じた高温の燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路１５を介して排出される。
【００５９】
ここで、燃焼排ガス経路１５は、改質器１１２、気化器１１１、空気予熱器１２１、排熱回収熱交換器３１を経由しているので、燃焼排ガスの排熱は、改質器１１２、気化器１１１、空気予熱器１２１、排熱回収熱交換器３１にて有効利用される。なお、燃焼排ガスの排熱によって排熱回収熱交換器３１で加熱された温水は、温水経路３０を介して吸着式冷凍機２の吸着コア２４に供給され、吸着材Ｓから吸着用冷媒を脱利させる脱離工程時の熱源として利用される。
【００６０】
次に、吸着式冷凍機２は、燃料電池ユニット１の作動時に、第１吸着器２１ａを内部の吸着材Ｓで冷媒を吸着する吸着工程とし、第２吸着器２１ｂを内部の吸着材Ｓに吸着された冷媒を脱離する脱離工程とする第１運転モードと、第１吸着器２１ａを吸着工程とし、第２吸着器２１ｂを脱離工程とする第２運転モードとを所定時間毎に切り換えて作動する。
【００６１】
具体的には、第１運転モード時には、第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂが図１の実線位置に設定される。そして、第１凝縮用水蒸気バルブ２６ａを閉じ、かつ、第２凝縮用水蒸気バルブ２７ａを開き、さらに、第１蒸発用水蒸気バルブ２６ｂを開き、かつ、第２蒸発用水蒸気バルブ２７ｂを閉じる。
【００６２】
この状態で、水供給経路１３を流れる水は、第１四方弁２５ａ（実線）→第１吸着コア２４ａ→第２四方弁２５ｂ（実線）→気化器１１１の順に流れる（図１中の水供給経路１３近傍の太実線矢印参照）。
【００６３】
これにより、蒸発器２３にて蒸発した吸着用冷媒が、第１冷媒回路２６を介して第１吸着器２１ａに流入し、第１吸着器２１ａ内の吸着材Ｓに吸着される。そして、水供給経路１３から第１吸着コア２４ａに供給された水により吸着材Ｓが冷却されて吸着材Ｓの温度が吸着器外部の雰囲気温度程度に保たれる。
【００６４】
この際、水供給経路１３内を流れる水は、吸着材Ｓが吸着冷媒を吸着する際に生ずる凝縮熱（吸着熱）により加熱されて昇温し、当該昇温した水が燃料電池ユニット１の気化器１１１に導入される。
【００６５】
また、温水経路３０を流れる温水は、水ポンプ３２→排熱回収熱交換器３１→第１四方弁２５ａ（実線）→第２吸着コア２４ｂ→第２四方弁２５ｂ（実線）→水ポンプ３２の順に流れる（図１中の温水経路３０近傍の白抜実線矢印参照）。
【００６６】
これにより、第２吸着器２１ｂでは、第２吸着コア２４ｂに温水経路３０の温水が供給されるので、第２吸着コア２４ｂの外表面に接合された吸着材Ｓが加熱され、吸着材Ｓに吸着している吸着冷媒を脱離する。そして、第２吸着器２１ｂ内の吸着材Ｓから脱離した脱離冷媒は、第２冷媒回路２７を介して凝縮器２２に流入し、凝縮器２２にて空気供給経路１２を流れる空気（空気予熱器１２１に導入される前の空気）により冷却されて凝縮する。
【００６７】
この際、空気供給経路１２を流れる空気は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮する際に小ずる凝縮熱により加熱されて昇温し、当該昇温した空気が空気予熱器１２１に導入されて燃焼排ガスの高温により加熱された後に空気極１０ｂに導入される。
【００６８】
一方、第２運転モード時には、第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂが図１の破線位置（図１の破線位置）に設定される。そして、第１凝縮用水蒸気バルブ２６ａを開き、かつ、第２凝縮用水蒸気バルブ２７ａを閉じ、さらに、第１蒸発用水蒸気バルブ２６ｂを閉じ、かつ、第２蒸発用水蒸気バルブ２７ｂを開く。
【００６９】
この状態で、水供給経路１３を流れる水は、第１四方弁２５ａ（破線）→第２吸着コア２４ｂ→第２四方弁２５ｂ（破線）→気化器１１１の順に流れる（図１中の水供給経路１３近傍の太破線矢印参照）。
【００７０】
これにより、蒸発器２３にて蒸発した吸着用冷媒が、第２冷媒回路２７を介して第２吸着器２１ｂに流入し、第２吸着器２１ｂ内の吸着材Ｓに吸着される。そして、水供給経路１３から第２吸着コア２４ｂに供給された冷水により吸着材Ｓが冷却されて吸着材Ｓの温度が吸着器外部の雰囲気温度程度に保たれる。
【００７１】
この際、水供給経路１３内を流れる水は、吸着材Ｓが吸着冷媒を吸着する際に生ずる凝縮熱により加熱されて昇温し、当該昇温した水が気化器１１１に導入される。
【００７２】
また、温水経路３０を流れる水は、水ポンプ３２→排熱回収熱交換器３１→第１四方弁２５ａ（破線）→第１吸着コア２４ａ→第２四方弁２５ｂ（破線）→水ポンプ３２の順に流れる（図１中の温水経路３０近傍の白抜破線矢印参照）。
【００７３】
これにより、第１吸着器２１ａでは、第１吸着コア２４ａに温水経路３０の温水が供給されるので、第１吸着コア２４ａの外表面に接合された吸着材Ｓが加熱され、吸着材Ｓが吸着している吸着冷媒を脱離する。そして、第１吸着器２１ａ内の吸着材Ｓから脱離した脱離冷媒は、第１冷媒回路２６を介して凝縮器２２に流入し、凝縮器２２にて空気供給経路１２を流れる空気（空気予熱器１２１に導入される前の空気）により冷却されて凝縮する。
【００７４】
この際、空気供給経路１２を流れる空気は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮する際に生ずる凝縮熱により加熱されて昇温し、当該昇温した空気が、空気予熱器１２１に導入されて燃焼排ガスの高温により加熱された後に空気極１０ｂに導入される。
【００７５】
以上説明した本実施形態の構成によれば、高温の燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス経路１５を改質器１１２、気化器１１１、空気予熱器１２１、排熱回収熱交換器３１を経由するように構成している。これにより、燃料電池ユニット１からの排熱である燃焼排ガスの熱を、燃料電池ユニット１の各種加熱対象機器１１１、１１２、１２１、および排熱回収熱交換器３１を加熱する熱源として有効利用することができる。
【００７６】
さらに、本実施形態では、水供給経路１３を流れる水（気化器１１１に導入する前の水）を吸着工程時の吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体とし、空気供給経路１２を流れる空気（空気予熱器１２１に導入する前の空気）にて凝縮器２２の脱離冷媒を冷却する構成としている。
【００７７】
このため、吸着工程時の吸着材Ｓに生ずる凝縮熱（吸着熱）により、気化器１１１に導入する水を加熱することができると共に、凝縮器２２における凝縮熱により空気予熱器１２１に導入する空気を加熱することができる。すなわち、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱や凝縮器２２における凝縮熱といった吸着式冷凍機２の排熱を、燃料電池ユニット１の気化器１１１に導入する水を加熱する熱源および空気予熱器１２１に導入する空気を加熱する熱源として有効利用することができる。
【００７８】
これによれば、吸着式冷凍機２の排熱を燃料電池ユニット１燃料電池１０の作動に必要とされる熱量を低減することができる。さらに、吸着式冷凍機２で利用可能な燃料電池ユニット１の排熱の熱量を増加させることができるので、吸着式冷凍機２の能力向上を図ることができ、吸着式冷凍機２の排熱を有効利用することが可能となる。
【００７９】
従って、本実施形態の構成によれば、燃料電池ユニット１と吸着式冷凍機２とを複合した冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、システム全体における排熱を充分に有効利用することが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態では、燃料電池ユニット１の水供給経路１３を流れる水を吸着コア２４に供給し、吸着式冷凍機２の吸着器２１内の吸着材Ｓを冷却する構成としているので、吸着式冷凍機２の構成として冷却用熱媒体を供給する供給手段（例えば、ポンプ）を省略することができる。
【００８１】
さらに、燃料電池ユニット１の空気供給経路１２を流れる空気を吸着式冷凍機２の凝縮器２２内の脱離冷媒を冷却する構成としているので、吸着式冷凍機２の構成として凝縮器２２を冷却するための手段（例えば、送風機）を省略することができる。
【００８２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２に基づいて説明する。ここで、図２は、第２実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【００８３】
第１実施形態では、空気供給経路１２を流れる空気と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成としているのに対して、本実施形態では、改質対象流体の１つである気化器１１１に導入する前の水と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成としている。
【００８４】
本実施形態の水供給経路１３は、吸着器２１を経由する第１経路１３ａと凝縮器２２を経由する第２経路１３ｂとを有して構成されている。具体的には、水供給経路１３は、第１四方弁２５ａの上流側で第１経路１３ａと第２経路１３ｂといった２つの経路に分岐し、分岐した２つの経路を第２四方弁２５ｂと気化器１１１の間で合流している。
【００８５】
水供給経路１３のうち第１経路１３ａには、上流側から順に、分岐部１３ｃ、第１四方弁２５ａ、吸着器２１、第２四方弁２５ｂ、合流部１３ｄに接続されている。そして、第１経路１３ａを流れる水は、第１実施形態と同様に、吸着式冷凍機２の吸着工程時の吸着材Ｓの凝縮熱により加熱される。
【００８６】
一方、水供給経路１３の第２経路１３ｂには、上流側から順に、分岐部１３ｃ、凝縮器２２、合流部１３ｄに接続されている。そして、第２経路１３ｂを流れる水は、凝縮器２２を冷却する冷却水として作用させている。このため、第２経路１３ｂを流れる水は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮した際に生ずる凝縮熱により加熱される。なお、本実施形態の凝縮器２２は、吸着用冷媒と液体（水）とが熱交換可能なように水−水熱交換器にて構成されている。
【００８７】
水供給経路１３の合流部１３ｄでは、吸着コア２４にて加熱された水と凝縮器２２にて加熱された水とが混合される。そして、合流部１３ｄにて混合された水が気化器１１１に導入される。
【００８８】
本実施形態の構成によれば、吸着工程時に吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱（吸着熱）および凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮した際に生ずる凝縮熱により、気化器１１１に導入する水を加熱することができる。すなわち、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱や凝縮器２２における凝縮熱といった吸着式冷凍機１の排熱を、燃料電池ユニット１の気化器１１１に導入する水を加熱する熱源として有効利用することができる。
【００８９】
これにより、気化器１１１における燃料電池ユニット１の排熱の使用量（熱量）を低減することができる。これに伴い、吸着式冷凍機２で利用可能な燃料電池ユニット１の排熱の熱量が増加するので、吸着式冷凍機２の能力向上を図ることができ、吸着式冷凍機２の排熱を有効利用することが可能となる。
【００９０】
ここで、燃料電池１０にて使用される空気の流量が少なく、気化器１１１にて使用される水量が多い場合には、空気予熱器１２１にける燃料電池ユニット１の排熱の使用量が少ないものの、気化器１１１における燃料電池ユニット１の排熱の使用量が増加する。
【００９１】
この場合、本実施形態の構成の如く、気化器１１１にて導入する前の水を、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱に加えて凝縮器２２での凝縮熱により加熱する構成とすることで、気化器１１１における燃料電池ユニット１の排熱の使用量を効果的に減少させることができる。このため、本実施形態の構成は、燃料電池ユニット１の燃料電池１０にて使用される空気の流量が少なく、逆に気化器１１１にて使用される水量が多い場合に特に有効である。
【００９２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図３に基づいて説明する。ここで、図３は、第３実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【００９３】
上述の第２実施形態では、水供給経路１３を、吸着器２１を経由する第１経路１３ａと凝縮器２２を経由する第２経路１３ｂに分岐させ、各経路１３ａ、１３ｂを水供給経路１３における気化器１１１の上流側にて合流させる構成としている。これに対して、本実施形態では、水供給経路１３を２つの経路に分岐させることなく、水供給経路１３の水流れ上流側にて凝縮器２２を経由させ、その下流側にて吸着工程時の吸着コア２４を経由させる構成としている。
【００９４】
具体的には、本実施形態の水供給経路１３は、上流側から順に、凝縮器２２、第１四方弁２５ａ、吸着工程時の吸着コア２４、第２四方弁２５ｂ、気化器１１１に接続されている。このため、水供給経路１３を流れる水は、凝縮器２２において脱離冷媒の凝縮により生ずる凝縮熱で加熱された後、さらに、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱（吸着熱）によって加熱される。
【００９５】
本実施形態の構成によれば、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱（吸着熱）および凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮した際に生ずる凝縮熱により、気化器１１１に導入する水を加熱することができる。従って、本実施形態の構成では、第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００９６】
ここで、本実施形態では、水供給経路１３を流れる水を凝縮器２２→吸着工程時の吸着コアの順に経由させる構成としているが、吸着工程時の吸着コア→凝縮器２２の順に経由させる構成としてもよい。
【００９７】
但し、水供給経路１３を流れる水を凝縮器２２→吸着工程時の吸着コア２４の順に経由させる構成とする場合には、吸着工程時の吸着コア２４→凝縮器２２の順に経由させる構成に比べて、以下のように種々利点がある。
【００９８】
例えば、先に凝縮器２２にて生ずる凝縮熱にて改質対象流体の１つである水（気化器１１１に導入する前の水）を加熱することで、凝縮器２２における脱離冷媒の温度を低下させて効率的に凝縮させることができる。この場合、先ず、吸着工程時の吸着材Ｓにて冷媒を吸着した際に生ずる凝縮熱（吸着熱）によって水を加熱する構成に比べて、同一の放熱量を確保するための放熱面積を小さくすることができるので、凝縮器２２の小型化を図ることが可能となる。
【００９９】
ここで、吸着工程時の吸着材Ｓで生ずる凝縮熱によって水供給経路１３を流れる水を加熱する場合、すなわち、吸着材Ｓを低温の水にて冷却する場合には、水供給経路１３を流れる水の温度が低過ぎると、吸着する冷媒が、吸着材Ｓの吸着孔の開口部で凝縮して吸着孔を塞いでしまうことで、吸着材Ｓでの吸着量が低下する虞がある。
【０１００】
このため、一旦凝縮器２２にて加熱された水を吸着コア２４に供給し、凝縮器２２にて昇温した水にて吸着工程時の吸着材Ｓを冷却することで、吸着材Ｓにおける吸着孔の開口部で凝縮して吸着孔を塞いでしまうことを回避することができ、吸着材Ｓにおける吸着量の低下を抑制することができる。
【０１０１】
さらに、凝縮器２２にて加熱された水（水供給経路１３を流れる水）にて吸着工程時の吸着材Ｓを冷却する場合、低温の水にて当該吸着材Ｓを冷却するよりも吸着材Ｓ周辺の飽和蒸気圧を増加させることができるので、吸着材Ｓの吸着速度を増加させて効率的に吸着させることが可能となる。
【０１０２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図４に基づいて説明する。ここで、図４は、第４実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【０１０３】
第１実施形態では、空気供給経路１２を流れる空気と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成とし、第２、第３実施形態では、気化器１１１に導入する前の水と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成としている。
【０１０４】
これに対して、本実施形態では、改質対象流体の１つである燃料供給経路１１を流れる燃料（気化器１１１に導入する前の燃料）と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成としている。具体的には、本実施形態の燃料供給経路１１は、上流側から順に、凝縮器２２→気化器１１１→改質器１１２→燃料極１０ａへと接続されている。
【０１０５】
このため、第１吸着器２１ａおよび第２吸着器２１ｂのいずれかに収容された吸着材Ｓから脱離した脱離冷媒が凝縮器２２に流入し、流入した脱離冷媒は、燃料供給経路１１を流れる燃料（気化器１１１に導入される前の燃料）により冷却されて凝縮する。この際、燃料供給経路１１を流れる燃料は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮する際に生ずる凝縮熱により加熱されて昇温する。そして、凝縮器２２にて加熱された燃料供給経路１１を流れる燃料が、気化器１１１に導入され燃焼排ガスの高温により加熱された後に、改質器１１２→燃料極１０ａへと導入される。
【０１０６】
本実施形態の構成によれば、改質対象流体の１つである水供給経路１３を流れる水（気化器１１１に導入する前の水）を吸着工程時の吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体とし、改質対象流体の１つである燃料供給経路１１を流れる燃料（気化器１１１に導入する前の燃料）にて凝縮器２２の脱離冷媒を冷却する構成としている。
【０１０７】
このため、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱により、気化器１１１に導入する水（改質対象流体）を加熱することができると共に、凝縮器２２における凝縮熱により気化器１１１に導入する燃料（改質対象流体）を加熱することができる。すなわち、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱や凝縮器２２における凝縮熱といった吸着式冷凍機１の排熱を、燃料電池ユニット１の気化器１１１に導入する水および燃料を加熱する熱源として有効利用することができる。
【０１０８】
ここで、気化器１１１にて使用される水量が少なく、燃料電池１０にて使用される燃料の流量が多い場合には、気化器１１１にて水を気化させる際の燃料電池ユニット１の排熱使用量が少ないものの、気化器１１１にて燃料を気化させる際の燃料電池ユニット１の排熱使用量が増加する。
【０１０９】
この場合、本実施形態の構成の如く、気化器１１１にて導入する前の燃料を、凝縮器２２での凝縮熱により加熱する構成とすることで、気化器１１１にて燃料を気化させる際の燃料電池ユニット１の排熱使用量を効果的に減少させることができる。このため、本実施形態の構成は、燃料電池ユニット１の気化器１１１にて使用される水量が少なく、燃料電池１０にて使用される燃料の流量が多い場合に特に有効である。
【０１１０】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図５に基づいて説明する。ここで、図５は、第５実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【０１１１】
上述の第１〜第４実施形態では、水供給経路１３を流れる水を吸着コア２４に直接供給して気化器１１１に導入する前の水を加熱する構成としている。
【０１１２】
これに対して、本実施形態では、吸着コア２４に吸着材Ｓを冷却するための冷却水（冷却用熱媒体）を供給し、吸着工程時の吸着材Ｓに生ずる凝縮熱にて加熱された冷却水と燃料電池ユニット１に供給する供給流体（気化器１１１に導入する前の水や燃料、空気予熱器１２１に導入する前の空気）とを熱交換させる構成としている。これにより、燃料電池１０の供給流体（水、燃料、空気）を加熱する構成としている。
【０１１３】
具体的には、本実施形態では、凝縮器２２→第１四方弁２５ａ→吸着コア２４→第２四方弁２５ｂ→凝縮器２２へと冷却水を循環させるための冷却水循環経路１６が設けられている。
【０１１４】
この冷却水循環経路１６には、冷却水流れ上流側から順に、冷却水を循環させる循環ポンプ１６１、凝縮器２２、吸着コア２４、水加熱用熱交換器１６２、燃料加熱用熱交換器１６３、空気加熱用熱交換器１６４、および給湯用熱交換器５１が接続されている。なお、給湯用熱交換器５１の冷却水出口側と循環ポンプ１６１の冷却水入口側が接続されている。
【０１１５】
水加熱用熱交換器１６２は、冷却水と気化器１１１に導入する水とを熱交換させ、凝縮器２２における凝縮熱および吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱によって昇温した冷却水を冷却する液−液熱交換器である。このため、気化器１１１に導入する水は、水加熱用熱交換器１６２にて冷却水の熱により加熱される。
【０１１６】
燃料加熱用熱交換器１６３は、冷却水と気化器１１１に導入する燃料とを熱交換させ、凝縮器２２および吸着コア２４にて昇温した冷却水を冷却する液−液熱交換器である。このため、気化器１１１に導入する燃料は、燃料加熱用熱交換器１６３にて冷却水の熱により加熱される。
【０１１７】
なお、本実施形態では、冷却水循環経路１６において冷却水流れ上流側に水加熱用熱交換器１６２を配置し、その下流側に燃料加熱用熱交換器１６３を配置しているが、これに限定されず、水加熱用熱交換器１６２の上流側に燃料加熱用熱交換器１６３を配置する構成としてもよい。
【０１１８】
空気加熱用熱交換器１６４は、冷却水と空気予熱器１２１に導入する空気とを熱交換させ、凝縮器２２および吸着コア２４にて昇温した冷却水を冷却する気−液熱交換器である。このため、空気予熱器１２１に導入する空気は、空気加熱用熱交換器１６４にて冷却水の熱により加熱される。
【０１１９】
給湯用熱交換器５１は、冷却水と給湯水とを熱交換させ、凝縮器２２および吸着コア２４にて昇温した冷却水を冷却する液−液熱交換器である。このため、給湯水は、空気加熱用熱交換器１６４にて冷却水の熱により加熱される。なお、給湯水経路５０を介して給湯用熱交換器５１に供給される。
【０１２０】
ここで、給湯水経路５０には、給湯用熱交換器５１の給湯水流れ下流側に、燃焼排ガスと給湯水とを熱交換させる給湯用排熱回収熱交換器５２と、給湯用熱交換器５１および給湯用排熱回収熱交換器５２で加熱された給湯水を貯める貯湯タンク５３が配置されている。また、給湯水経路５０には、貯湯タンク５３内の給湯水を給湯用熱交換器５１→給湯用排熱回収熱交換器５２→貯湯タンク５３へと循環させる循環ポンプ５４が配置されている。
【０１２１】
本実施形態では、冷却水循環経路１６を流れる冷却水は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮させた際に生ずる凝縮熱および吸着工程時の吸着材Ｓで生ずる凝縮熱により加熱されて昇温する。そして、昇温した冷却水は、水加熱用熱交換器１６２、燃料加熱用熱交換器１６３、空気加熱用熱交換器１６４、および給湯用熱交換器５１にて冷却される。
【０１２２】
この際、気化器１１１に導入する水、気化器１１１に導入する燃料、空気予熱器１２１に導入する空気、および給湯水は、冷却水の熱により加熱される。なお、本実施形態では、水加熱用熱交換器１６２、燃料加熱用熱交換器１６３、空気加熱用熱交換器１６４が、本発明の第１供給流体加熱手段を構成している。また、冷却水循環経路１６を流れる冷却水が、本発明の加熱媒体に相当している。
【０１２３】
本実施形態の構成では、凝縮器２２および吸着コア２４に供給した冷却水を介して、気化器１１１に導入する水や燃料、空気予熱器１２１に導入する空気、および給湯水を間接的に加熱している。
【０１２４】
これにより、吸着工程時の吸着材Ｓで生ずる凝縮熱や凝縮器２２における凝縮熱といった吸着式冷凍機１の排熱を、冷却水を介して間接的に燃料電池ユニット１に供給する水、燃料、および空気を加熱する熱源として有効利用することができる。
【０１２５】
また、本実施形態では、各加熱用熱交換器１６２〜１６４にて冷却水の熱を充分に放熱させることが困難な場合であっても、給湯水経路５０内を流れる給湯水の水量を増大させることで、給湯用熱交換器５１にて冷却水循環経路１６を流れる冷却水の熱を充分に放熱させることができるので、凝縮器２２における放熱量を確保することができる。
【０１２６】
また、本実施形態では、給湯水経路５０に給湯用排熱回収熱交換器５２を設けているので、凝縮器２２における凝縮熱に加えて、燃焼排ガスの高温にて給湯水を加熱することができる。なお、本実施形態のように、給湯用排熱回収熱交換器５２を給湯水経路５０に配置し、給湯水と燃焼排ガスとを熱交換させる構成は、第１〜第４実施形態にて説明したシステムに適用してもよい。
【０１２７】
また、本実施形態の水加熱用熱交換器１６２、燃料加熱用熱交換器１６３、空気加熱用熱交換器１６４、および給湯用熱交換器５１では、各熱交換器１６２〜１６４、５１を流れる流体の流れ方向が、冷却水の流れ方向と同じ方向としているが、これに限定されない。例えば、各熱交換器１６２〜１６４、５１を流れる流体の流れ方向と冷却水の流れ方向とを対向方向（対向流）となるようにしてもよい。この場合、各熱交換器１６２〜１６４、５１を流れる流体と冷却水との温度差を確保して熱交換効率を向上させることができる。
【０１２８】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【０１２９】
（１）上述の各実施形態では、熱駆動式冷凍機として吸着式冷凍機２を例に挙げて説明したが、熱駆動式冷凍機として吸収式冷凍機を採用する構成としてもよい。
【０１３０】
ここで、吸収式冷凍機は、冷媒を蒸発させる蒸発器、蒸発器にて蒸発させた冷媒を吸収（捕捉）する吸収液（臭化リチウム溶液等）が封入された吸収器、加熱することで吸収液中に吸収された冷媒を分離（解離）させる再生器、再生器にて分離した冷媒を凝縮させる凝縮器等を備えている。なお、吸収式冷凍機における吸収液は、冷媒を捕捉すると共に、加熱されることにより冷媒を解離する捕捉材に相当する。
【０１３１】
このため、吸収式冷凍機を熱駆動式冷凍機として採用する場合には、燃料電池１０の排熱を再生器にて吸収液から冷媒を分離する際の熱源に利用すると共に、凝縮器２２にて冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を、燃料電池ユニット１に供給する供給流体を加熱する熱源として利用すればよい。
【０１３２】
これによれば、燃料電池１０の排熱および吸収式冷凍機の排熱（凝縮器における凝縮熱）を、燃料電池ユニット１および吸収式冷凍機の相互で有効利用することができる。従って、燃料電池ユニット１と吸収式冷凍機とを複合した冷凍機複合型システムにおいて、システム全体での排熱を充分に有効利用することができる。
【０１３３】
（２）上述の各実施形態では、燃料電池１０として固体電解型燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、燃料電池１０として燃料極１０ａと空気極１０ｂとで電解質膜を狭持してなる膜電極接合体（ＭＥＡ）を有する固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を採用してもよい。
【０１３４】
（３）上述の各実施形態では、燃料電池１０の排熱を利用して、水や燃料（改質対象流体）および空気といった燃料電池１０に供給する供給媒体を加熱する構成としているが、これに限定されない。例えば、供給媒体を加熱する加熱装置を別途用意して、当該加熱装置にて供給媒体を加熱する構成としてもよい。
【０１３５】
（４）上述の各実施形態では、２つの吸着器２１を備える吸着式冷凍機２について説明したが、吸着器２１の数はこれに限定されず、吸着器２１を１つ或いは３つ以上設ける構成としてもよい。
【０１３６】
（５）上述の第１〜第４実施形態では、吸着式冷凍機２の吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体として、水供給経路１３を流れる水（気化器１１１に導入する前の水）を用いているが、これに限定されない。例えば、吸着式冷凍機２の吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体として、燃料電池ユニット１に供給する供給流体の１つである燃料供給経路１１を流れる燃料（気化器１１１に導入する前の燃料）等を用いてもよい。この場合、熱媒体経路において、冷却用熱媒体と加熱用熱媒体との混合による不具合を防ぐために、加熱用熱媒体として冷却用熱媒体と同様の燃料を採用した方が好ましい。
【符号の説明】
【０１３７】
１ 燃料電池ユニット
１０ 燃料電池
１１２ 改質器
１５ 燃焼排ガス経路（第２供給流体加熱手段）
１６２ 水加熱用熱交換器
１６３ 燃料加熱用熱交換器
１６４ 空気加熱用熱交換器
２ 吸着式冷凍機（熱駆動式冷凍機）
２１ 吸着器
２２ 凝縮器（第１供給流体加熱手段）
２４ 吸着コア（捕捉材加熱手段、第１供給流体加熱手段）
Ｓ 吸着材（捕捉材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池ユニットと作動時に燃料電池ユニットの排熱を利用する熱駆動式冷凍機を複合した冷凍機複合型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池ユニットは、灯油やＬＰＧ等の燃料を改質して水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、当該燃料ガスと酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池とを含んで構成されている。
【０００３】
燃料電池では、燃料極側（アノード側）に燃料ガス（水素）が供給され、空気極側（カソード側）に酸化剤ガス（空気）が供給される。燃料電池に供給される反応ガスは、燃料電池での発電に利用された後、未反応ガスを含む排ガスとして排出される。そして、燃料電池から排出された未反応ガスを燃焼させ、燃焼により生じた熱（燃料電池の排熱）を改質器の改質反応用の熱源として利用することで、未反応ガスを活用する燃料電池ユニット（所謂、内部改質型の燃料電池ユニット）が存在する。
【０００４】
ここで、燃料電池ユニットと吸収式冷凍機とを複合したシステム（吸収式冷凍機複合型燃料電池システム）において、燃料電池の排熱を吸収式冷凍機の熱源として利用する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的に特許文献１では、燃料電池の排熱を、改質器の改質反応用等の熱源および吸収式冷凍機の再生器を加熱する熱源として利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１の如く、燃料電池ユニットと燃料電池の排熱を熱源として駆動する冷凍機（熱駆動式冷凍機）とを複合した冷凍機複合型燃料電池システムでは、燃料電池ユニット側の排熱の有効利用を図っているものの、冷凍機側の排熱については有効利用されておらず、システム全体における排熱の有効利用を図るには不充分であった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、システム全体における排熱を充分に有効利用可能な冷凍機複合型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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、加熱されることによって改質対象流体を改質して、少なくとも水素を含む燃料ガスを生成する改質器（１１２）、および燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させることによって電気エネルギを出力する燃料電池（１０）を有する燃料電池ユニット（１）と、冷媒を捕捉材に捕捉させることによって冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮するとともに、加熱されることによって捕捉材に捕捉していた冷媒を解離させ、解離させた冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を放熱する熱駆動式冷凍機とを備える冷凍機複合型燃料電池システムであって、捕捉材を燃料電池（１０）の排熱にて加熱する捕捉材加熱手段（２４）と、改質対象流体および酸化剤ガスといった燃料電池ユニット（１）に供給する供給流体のうち少なくとも１つを熱駆動式冷凍機にて生ずる凝縮熱にて加熱する第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）と、を備えることを特徴とする冷凍機複合型燃料電池システム。
【０００９】
このように、本発明では、燃料電池（１０）の排熱を熱駆動式冷凍機の捕捉材の加熱に有効利用すると共に、熱駆動式冷凍機にて冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を燃料電池ユニット（１）に供給される供給流体の加熱に有効利用する構成としている。すなわち、燃料電池（１０）および熱駆動式冷凍機の排熱を、燃料電池ユニット（１）および熱駆動式冷凍機（２）の相互で有効利用する構成としている。
【００１０】
これによれば、熱駆動式冷凍機の排熱を燃料電池ユニット（１）にて利用することで、燃料電池（１０）の作動に必要とされる熱量を低減することができるので、システム全体での排熱を充分に有効利用することが可能となる。
【００１１】
さらに、請求項２に記載の発明の如く、請求項１に記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、供給流体を燃料電池（１０）の排熱にて加熱する第２供給流体加熱手段（１５）を備える構成とすれば、システム全体での排熱をより効果的に有効利用することが可能となる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、供給流体と凝縮熱によって加熱された加熱媒体とを熱交換させることによって、供給流体を加熱することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、熱駆動式冷凍機の排熱によって加熱された加熱媒体を介して供給流体である改質対象流体および酸化剤ガスそれぞれを加熱することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、熱駆動式冷凍機を、捕捉材として冷媒を吸着すると共に加熱されることによって吸着した冷媒を脱離する吸着材（Ｓ）、吸着材（Ｓ）が封入された吸着器（２１）、および吸着材（Ｓ）から脱離した冷媒を凝縮させるための凝縮器（２２）を有する吸着式冷凍機（２）で構成し、第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、供給流体のうち少なくとも１つを凝縮器（２２）で冷媒が凝縮する際の凝縮熱にて加熱する構成とすることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、供給流体のうち少なくとも１つを吸着材（Ｓ）で冷媒を吸着した際に生ずる吸着熱にて加熱することを特徴とする。
【００１６】
これによれば、凝縮器（２２）にて生ずる凝縮熱および吸着材（Ｓ）にて冷媒を吸着した際に生ずる凝縮熱（吸着熱）の両方によって、燃料電池ユニット（１）に供給する供給流体を加熱することができるので、供給流体の加熱に利用する燃料電池ユニット（１）の排熱の熱量をより効果的に低減することができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、凝縮器（２２）における凝縮熱にて加熱した改質対象流体を、吸着材（Ｓ）における吸着熱にて加熱するように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、先に、凝縮器（２２）にて生ずる凝縮熱にて改質対象流体を加熱することで、凝縮器（２２）における冷媒の温度を低下させて効率的に凝縮させることができる。この場合、先ず、吸着材（Ｓ）にて冷媒を吸着した際に生ずる凝縮熱（吸着熱）にて改質対象流体を加熱する構成に比べて、同一の放熱量を確保するための放熱面積を小さくすることができるので、凝縮器（２２）の小型化を図ることが可能となる。
【００１９】
ここで、吸着材（Ｓ）で冷媒を吸着する際に生ずる凝縮熱にて改質対象流体を加熱する場合、すなわち、吸着材（Ｓ）を低温の改質対象流体にて冷却する場合には、改質対象流体の温度が低く過ぎると、吸着する冷媒が、吸着材（Ｓ）の吸着孔の開口部で凝縮して吸着孔を塞いでしまうことで、吸着材（Ｓ）での吸着量が低下する虞がある。
【００２０】
これに対して、請求項６に係る発明では、凝縮器（２２）にて加熱された改質対象流体にて吸着工程時の吸着材（Ｓ）を冷却するので、吸着材（Ｓ）における吸着孔の開口部で凝縮して吸着孔を塞いでしまうことを回避することができ、吸着材（Ｓ）における吸着量の低下を抑制することができる。
【００２１】
さらに、凝縮器（２２）にて加熱された改質対象流体にて吸着材（Ｓ）を冷却する場合、低温の改質対象流体にて当該吸着材（Ｓ）を冷却するよりも吸着材（Ｓ）周辺の飽和蒸気圧を増加させることができるので、吸着材（Ｓ）の吸着速度を増加させて効率的に吸着させることが可能となる。
【００２２】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】第２実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【図３】第３実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【図４】第４実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【図５】第５実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【００２６】
この冷凍機複合型燃料電池システムは、燃料ガス（水素等）と酸化剤ガス（酸素）との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備える燃料電池ユニット１および燃料電池ユニット１からの排熱を利用して駆動する吸着式冷凍機２を複合させたものである。
【００２７】
まず、燃料電池ユニット１について説明する。燃料電池ユニット１は、燃料を水蒸気改質することによって生成した水素（および一酸化炭素）を含む燃料ガスと空気中に含まれる酸素（酸化剤ガス）とを電気化学反応させて電気エネルギを発生させる燃料電池１０を備えている。燃料電池１０にて生じた直流の電力は、インバータ３を介して交流電流に変換されて各種電気負荷（図示略）に供給される。
【００２８】
本実施形態の燃料電池１０は、電解質（固体酸化物）、燃料極１０ａ、空気極１０ｂ等で構成される燃料電池セルをインターコネクタ（セル同士を接合する接合部材）を介して複数接合した固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）で構成している。固体電解質型燃料電池は、その作動温度が７００℃〜１０００℃に設定される高温型燃料電池である。なお、説明の便宜のため、図１では単一の燃料極１０ａおよび空気極１０ｂのみを図示している。
【００２９】
燃料電池１０には、炭化水素系の燃料（水蒸気を含む燃料ガスを含む）および空気が供給流体として供給される。具体的には、燃料電池１０の燃料極１０ａ側には、燃料や燃料ガスを供給するための燃料供給経路１１が接続され、燃料電池１０の空気極１０ｂ側には、空気（酸化剤ガス）を供給するための空気供給経路１２が接続されている。
【００３０】
燃料供給経路１１には、燃料流れ上流側から順に、気化器１１１、改質器１１２が設けられている。気化器１１１は、水供給経路１３を介して供給される水を加熱して気化させると共に、燃料を加熱して気化させ、気化した水（水蒸気）と燃料とを混合して水蒸気を含む混合ガスを生成する気化手段である。気化器１１１は、後述する燃焼器１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により燃料および水を加熱するように構成されている。
【００３１】
なお、燃料としてＬＰＧ等の気体燃料を採用する場合には、気化器１１１にて水蒸気を生成し、気体燃料を混合すればよい。さらに、気化器１１１によらず、水蒸気を生成できる場合には、気化器１１１を省略して、気体燃料と水蒸気とを改質器１１２にて混合するようにしてもよい。
【００３２】
改質器１１２は、気化器１１１にて生成された混合ガスを高温（８００℃程度）まで加熱することによって、水蒸気改質反応（触媒反応）により改質して水素および（一酸化炭素）を含む燃料ガスを生成するものである。改質器１１２にて改質された燃料ガスは、燃料電池１０の燃料極１０ａ側に導入される。改質器１１２は、後述する燃焼器１４で生成した燃焼排ガスの高熱を熱源とし、当該熱源により混合ガスを加熱するように構成されている。
【００３３】
ここで、改質器１１２に導入する混合ガスは、水蒸気を含む燃料ガスであり、気化器１１１に導入する燃料および水が本発明の改質対象流体に相当している。
【００３４】
空気供給経路１２には、空気極１０ｂに導入する空気を加熱するための空気予熱器１２１が設けられている。この空気予熱器１２１は、空気極１０ｂに導入する空気を加熱することで、空気極１０ｂに導入する空気（酸化剤ガス）と燃料電池１０の燃料極１０ａに導入する高温の燃料ガスとの温度差を小さくし、燃料電池１０における電気化学反応の効率向上を図るための空気予熱手段である。
【００３５】
なお、図示しないが、燃料供給経路１１および空気供給経路１２それぞれには、燃料極１０ａに供給する改質ガスの供給量を調整するための調整弁や空気極１０ｂに供給する空気（酸化剤ガス）の供給量を調整するための調整弁等が設けられている。
【００３６】
また、燃料電池１０には、燃料極側排ガスに含まれる未反応水素および空気極側排ガスに含まれる未反応空気を燃焼させて高温の燃焼排ガスを生成する燃焼器１４が隣接配置されており、燃焼器１４は、燃料電池１０の保温用の熱源として機能している。なお、燃料電池１０の保温には、燃焼器１４だけに限らず、外部から導入された熱源を用いることができる。
【００３７】
燃焼器１４には、燃焼器１４にて生じた高温の燃焼排ガスを外部に排出するための燃焼排ガス経路１５が接続されている。燃焼排ガス経路１５には、内部を通過する燃焼排ガスの高熱（排熱）を有効利用すべく、上流側から順に、改質器１１２、気化器１１１、空気予熱器１２１、排熱回収熱交換器３１といった加熱対象機器を経由するように構成されている。
【００３８】
これにより、燃焼器１４で生成した燃焼排ガスの高熱が燃焼排ガス経路１５を介して当該加熱対象機器１１１、１１２、１２１、３１のそれぞれに授受されるようになっている。すなわち、燃焼排ガス経路１５を介して燃料電池１０に供給される燃料ガスおよび空気といった供給流体が加熱される。このため、本実施形態における燃焼排ガス経路１５は、本発明の第２供給流体加熱手段を構成している。
【００３９】
ここで、排熱回収熱交換器３１は、燃焼排ガス経路１５を通過する燃焼排ガスと温水経路３０内の水とを熱交換させて温水を生成する熱交換器である。なお、温水経路３０には、排熱回収熱交換器３１の水流れ上流側に電動式の水ポンプ３２が配置されており、当該水ポンプ３２が作動することで、温水経路３０内を水が循環する。
【００４０】
次に、吸着式冷凍機２について説明する。吸着式冷凍機２は、吸着材Ｓに気相状態の冷媒を吸着させることによって冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮させると共に、加熱されることによって吸着材Ｓから吸着していた冷媒を脱離させ、脱離させた冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を放熱する熱駆動式冷凍機である。
【００４１】
本実施形態の吸着式冷凍機２は、２つの吸着器２１、凝縮器２２、蒸発器２３等を有して構成されている。以下、説明の便宜のため、２つの吸着器２１のうち図１中左側に示す吸着器を第１吸着器２１ａといい、図１中右側に示す吸着器を第２吸着器２１ｂという。
【００４２】
第１吸着器２１ａは、その内部を略真空とした断熱容器内に第１吸着コア２４ａを収容（封入）して、第１吸着コア２４ａの周囲に冷媒（本実施形態では水を採用）を流通可能に構成したものである。第１吸着コア２４ａは、吸着材Ｓと吸着材Ｓを加熱する加熱用熱媒体あるいは吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体とを熱交換させる熱交換器であって、熱交換器の表面に吸着材Ｓを接合もしくは接触して構成されている。
【００４３】
また、第２吸着器２１ｂの基本構成は、第１吸着器２１ａと同様である。従って、第２吸着器２１ｂの断熱容器の内部には、第１吸着コア２４ａと同様の構成の第２吸着コア２４ｂが収容（封入）されている。なお、以下、第１吸着コア２４ａおよび第２吸着コア２４ｂを総称する場合には、単に吸着コア２４ともいう。
【００４４】
吸着材Ｓは、気相状態の吸着用冷媒を捕捉（吸着）するともに、加熱されることによって吸着した吸着用冷媒を解離（脱離）する捕捉材を構成している。本実施形態では、吸着材Ｓとして、例えば、骨格が酸化アルミニウム、リン酸、酸化珪酸からなるものや、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭を採用することができる。
【００４５】
ここで、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂは、冷却用熱媒体を供給可能に構成されると共に、温水経路３０を介して、加熱用熱媒体としての温水が供給可能に構成されている。本実施形態では、加熱用熱媒体として前述の排熱回収熱交換器３１にて生成した温水を利用し、冷却用熱媒体として改質対象流体の１つである燃料電池ユニット１の気化器１１１に供給する水を利用している。このため、加熱用熱媒体である温水が流れる温水経路３０および冷却用熱媒体である水が流れる水供給経路１３にて熱媒体経路が構成されている。
【００４６】
具体的には、熱媒体経路を構成する温水経路３０および水供給経路１３には、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂの熱媒体流れ上流側および下流側に第１吸着コア２４ａおよび第２吸着コア２４ｂに供給する熱媒体の流れを切り換えるための第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂが配置されている。
【００４７】
第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂそれぞれが図１の実線位置に設定されると、第１吸着コア２４ａと水供給経路１３とが接続されると共に、第２吸着コア２４ｂと温水経路３０とが接続される。これにより、水供給経路１３を流れる水が第１吸着コア２４ａの内部に直接供給されて第１吸着コア２４ａの表面に接合された吸着材Ｓが冷却されると共に、温水経路３０を流れる温水が第２吸着コア２４ｂの内部に供給されて第２吸着コア２４ｂの外表面に接合された吸着材Ｓが加熱される。
【００４８】
また、第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂそれぞれが破線位置に設定されると、第２吸着コア２４ｂと水供給経路１３とが接続されると共に、第１吸着コア２４ａと温水経路３０とが接続される。これにより、水供給経路１３を流れる冷水が第２吸着コア２４ａの内部に直接供給されて第２吸着コア２４ａの外表面に接合された吸着材Ｓが冷却されると共に、温水経路３０を流れる温水が第１吸着コア２４ａの内部に供給されて第１吸着コア２４ａの外表面に接合された吸着材Ｓが加熱される。
【００４９】
本実施形態の第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂは、上述のように、温水経路３０を流れる温水が供給されることで、吸着コア２４に接合された吸着材Ｓを加熱する構成であるため、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂのうち温水が供給される吸着コア２４が本発明の捕捉材加熱手段を構成している。
【００５０】
凝縮器２２は、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂの吸着材Ｓから脱離した気相状態の吸着用冷媒（以下、脱離冷媒という。）と空気供給経路１２を流れる空気（空気予熱器１２１に導入する前の空気）とを熱交換させることによって、脱離冷媒を凝縮させる凝縮用熱交換器である。
【００５１】
ここで、空気予熱器１２１に導入する前の空気は、凝縮器２２において脱離冷媒を凝縮させる際の凝縮熱によって加熱され、水供給経路１３を流れる水は、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂに供給される際に、吸着材Ｓにて冷媒を吸着する際に生ずる凝縮熱（吸着熱）にて加熱される。このため、本実施形態における凝縮器２２および第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂのうち冷水が供給される吸着コア２４が本発明の第１供給流体加熱手段を構成している。
【００５２】
蒸発器２３は、液相状態の吸着用冷媒と外部から導入された冷却対象流体とを熱交換させることによって、吸着用冷媒を蒸発させて、第１、第２吸着コア２４ａ、２４ｂの外表面に接合された吸着材Ｓに吸着される気相状態の吸着用冷媒（以下、吸着冷媒という。）を発生させる蒸発用熱交換器である。なお、蒸発器２３は、吸着用冷媒を蒸発させることで冷凍能力を発揮し、外部から導入された冷却対象流体を冷却する。蒸発器２３にて冷却された冷却対象流体は、室内等の冷房用に利用することができる。
【００５３】
上述した第１吸着器２１ａ、凝縮器２２、および蒸発器２３は、第１冷媒回路２６によって接続され、第２吸着器２１ｂ、凝縮器２２、および蒸発器２３は、第２冷媒回路２７によって接続されている。
【００５４】
各冷媒回路２６、２７には、凝縮器２２と各吸着器２１ａ、２１ｂとの間に、各吸着器２１ａ、２１ｂ側から凝縮器２２側へ脱離冷媒が流れることだけを許容する逆止弁として機能する第１、第２凝縮用水蒸気バルブ２６ａ、２７ａが配置されている。また、各冷媒回路２６、２７には、蒸発器２３と吸着器２１ａ、２１ｂとの間に、各吸着器２１ａ、２１ｂ側から蒸発器２３へ吸着冷媒が流れることだけを許容する逆止弁として機能する第１、第２蒸発用水蒸気バルブ２６ｂ、２７ｂが配置されている。なお、各水蒸気バルブ２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂは、図示しない制御装置によって、その作動が制御されている。
【００５５】
さらに、凝縮器２２および蒸発器２３は、凝縮器２２にて凝縮した吸着用冷媒を蒸発器２３へ戻す冷媒戻し回路２８によって接続されている。この冷媒戻し回路２８には、冷媒戻し回路２８を開閉する電磁弁である冷媒戻し用バルブ２９が配置されている。
【００５６】
冷媒戻し用バルブ２９は、図示しない制御装置によって、その作動が制御されており、制御装置が冷媒戻し用バルブ２９を所定時間間隔で開閉させることによって、凝縮器２２で凝縮した吸着用冷媒が蒸発器２３へ戻されるようになっている。
【００５７】
次に、上記構成における本実施形態の冷凍機複合型燃料電池システムの作動について説明する。
【００５８】
まず、燃料電池ユニット１では、燃料電池１０において、燃料極１０ａに導入された燃料ガス中の水素（および一酸化炭素）と、空気極１０ｂに導入された空気中の酸素（酸化剤ガス）との電気化学反応により電気を発生させる。そして、燃料電池１０の燃料極１０ａから排出される燃料極側排ガスと空気極１０ｂから排出される空気極側排ガスを燃焼器１４にて燃焼させる。この燃焼器１４にて生じた高温の燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路１５を介して排出される。
【００５９】
ここで、燃焼排ガス経路１５は、改質器１１２、気化器１１１、空気予熱器１２１、排熱回収熱交換器３１を経由しているので、燃焼排ガスの排熱は、改質器１１２、気化器１１１、空気予熱器１２１、排熱回収熱交換器３１にて有効利用される。なお、燃焼排ガスの排熱によって排熱回収熱交換器３１で加熱された温水は、温水経路３０を介して吸着式冷凍機２の吸着コア２４に供給され、吸着材Ｓから吸着用冷媒を脱利させる脱離工程時の熱源として利用される。
【００６０】
次に、吸着式冷凍機２は、燃料電池ユニット１の作動時に、第１吸着器２１ａを内部の吸着材Ｓで冷媒を吸着する吸着工程とし、第２吸着器２１ｂを内部の吸着材Ｓに吸着された冷媒を脱離する脱離工程とする第１運転モードと、第１吸着器２１ａを吸着工程とし、第２吸着器２１ｂを脱離工程とする第２運転モードとを所定時間毎に切り換えて作動する。
【００６１】
具体的には、第１運転モード時には、第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂが図１の実線位置に設定される。そして、第１凝縮用水蒸気バルブ２６ａを閉じ、かつ、第２凝縮用水蒸気バルブ２７ａを開き、さらに、第１蒸発用水蒸気バルブ２６ｂを開き、かつ、第２蒸発用水蒸気バルブ２７ｂを閉じる。
【００６２】
この状態で、水供給経路１３を流れる水は、第１四方弁２５ａ（実線）→第１吸着コア２４ａ→第２四方弁２５ｂ（実線）→気化器１１１の順に流れる（図１中の水供給経路１３近傍の太実線矢印参照）。
【００６３】
これにより、蒸発器２３にて蒸発した吸着用冷媒が、第１冷媒回路２６を介して第１吸着器２１ａに流入し、第１吸着器２１ａ内の吸着材Ｓに吸着される。そして、水供給経路１３から第１吸着コア２４ａに供給された水により吸着材Ｓが冷却されて吸着材Ｓの温度が吸着器外部の雰囲気温度程度に保たれる。
【００６４】
この際、水供給経路１３内を流れる水は、吸着材Ｓが吸着冷媒を吸着する際に生ずる凝縮熱（吸着熱）により加熱されて昇温し、当該昇温した水が燃料電池ユニット１の気化器１１１に導入される。
【００６５】
また、温水経路３０を流れる温水は、水ポンプ３２→排熱回収熱交換器３１→第１四方弁２５ａ（実線）→第２吸着コア２４ｂ→第２四方弁２５ｂ（実線）→水ポンプ３２の順に流れる（図１中の温水経路３０近傍の白抜実線矢印参照）。
【００６６】
これにより、第２吸着器２１ｂでは、第２吸着コア２４ｂに温水経路３０の温水が供給されるので、第２吸着コア２４ｂの外表面に接合された吸着材Ｓが加熱され、吸着材Ｓに吸着している吸着冷媒を脱離する。そして、第２吸着器２１ｂ内の吸着材Ｓから脱離した脱離冷媒は、第２冷媒回路２７を介して凝縮器２２に流入し、凝縮器２２にて空気供給経路１２を流れる空気（空気予熱器１２１に導入される前の空気）により冷却されて凝縮する。
【００６７】
この際、空気供給経路１２を流れる空気は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮する際に小ずる凝縮熱により加熱されて昇温し、当該昇温した空気が空気予熱器１２１に導入されて燃焼排ガスの高温により加熱された後に空気極１０ｂに導入される。
【００６８】
一方、第２運転モード時には、第１、第２四方弁２５ａ、２５ｂが図１の破線位置（図１の破線位置）に設定される。そして、第１凝縮用水蒸気バルブ２６ａを開き、かつ、第２凝縮用水蒸気バルブ２７ａを閉じ、さらに、第１蒸発用水蒸気バルブ２６ｂを閉じ、かつ、第２蒸発用水蒸気バルブ２７ｂを開く。
【００６９】
この状態で、水供給経路１３を流れる水は、第１四方弁２５ａ（破線）→第２吸着コア２４ｂ→第２四方弁２５ｂ（破線）→気化器１１１の順に流れる（図１中の水供給経路１３近傍の太破線矢印参照）。
【００７０】
これにより、蒸発器２３にて蒸発した吸着用冷媒が、第２冷媒回路２７を介して第２吸着器２１ｂに流入し、第２吸着器２１ｂ内の吸着材Ｓに吸着される。そして、水供給経路１３から第２吸着コア２４ｂに供給された冷水により吸着材Ｓが冷却されて吸着材Ｓの温度が吸着器外部の雰囲気温度程度に保たれる。
【００７１】
この際、水供給経路１３内を流れる水は、吸着材Ｓが吸着冷媒を吸着する際に生ずる凝縮熱により加熱されて昇温し、当該昇温した水が気化器１１１に導入される。
【００７２】
また、温水経路３０を流れる水は、水ポンプ３２→排熱回収熱交換器３１→第１四方弁２５ａ（破線）→第１吸着コア２４ａ→第２四方弁２５ｂ（破線）→水ポンプ３２の順に流れる（図１中の温水経路３０近傍の白抜破線矢印参照）。
【００７３】
これにより、第１吸着器２１ａでは、第１吸着コア２４ａに温水経路３０の温水が供給されるので、第１吸着コア２４ａの外表面に接合された吸着材Ｓが加熱され、吸着材Ｓが吸着している吸着冷媒を脱離する。そして、第１吸着器２１ａ内の吸着材Ｓから脱離した脱離冷媒は、第１冷媒回路２６を介して凝縮器２２に流入し、凝縮器２２にて空気供給経路１２を流れる空気（空気予熱器１２１に導入される前の空気）により冷却されて凝縮する。
【００７４】
この際、空気供給経路１２を流れる空気は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮する際に生ずる凝縮熱により加熱されて昇温し、当該昇温した空気が、空気予熱器１２１に導入されて燃焼排ガスの高温により加熱された後に空気極１０ｂに導入される。
【００７５】
以上説明した本実施形態の構成によれば、高温の燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス経路１５を改質器１１２、気化器１１１、空気予熱器１２１、排熱回収熱交換器３１を経由するように構成している。これにより、燃料電池ユニット１からの排熱である燃焼排ガスの熱を、燃料電池ユニット１の各種加熱対象機器１１１、１１２、１２１、および排熱回収熱交換器３１を加熱する熱源として有効利用することができる。
【００７６】
さらに、本実施形態では、水供給経路１３を流れる水（気化器１１１に導入する前の水）を吸着工程時の吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体とし、空気供給経路１２を流れる空気（空気予熱器１２１に導入する前の空気）にて凝縮器２２の脱離冷媒を冷却する構成としている。
【００７７】
このため、吸着工程時の吸着材Ｓに生ずる凝縮熱（吸着熱）により、気化器１１１に導入する水を加熱することができると共に、凝縮器２２における凝縮熱により空気予熱器１２１に導入する空気を加熱することができる。すなわち、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱や凝縮器２２における凝縮熱といった吸着式冷凍機２の排熱を、燃料電池ユニット１の気化器１１１に導入する水を加熱する熱源および空気予熱器１２１に導入する空気を加熱する熱源として有効利用することができる。
【００７８】
これによれば、吸着式冷凍機２の排熱を燃料電池ユニット１燃料電池１０の作動に必要とされる熱量を低減することができる。さらに、吸着式冷凍機２で利用可能な燃料電池ユニット１の排熱の熱量を増加させることができるので、吸着式冷凍機２の能力向上を図ることができ、吸着式冷凍機２の排熱を有効利用することが可能となる。
【００７９】
従って、本実施形態の構成によれば、燃料電池ユニット１と吸着式冷凍機２とを複合した冷凍機複合型燃料電池システムにおいて、システム全体における排熱を充分に有効利用することが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態では、燃料電池ユニット１の水供給経路１３を流れる水を吸着コア２４に供給し、吸着式冷凍機２の吸着器２１内の吸着材Ｓを冷却する構成としているので、吸着式冷凍機２の構成として冷却用熱媒体を供給する供給手段（例えば、ポンプ）を省略することができる。
【００８１】
さらに、燃料電池ユニット１の空気供給経路１２を流れる空気を吸着式冷凍機２の凝縮器２２内の脱離冷媒を冷却する構成としているので、吸着式冷凍機２の構成として凝縮器２２を冷却するための手段（例えば、送風機）を省略することができる。
【００８２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２に基づいて説明する。ここで、図２は、第２実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【００８３】
第１実施形態では、空気供給経路１２を流れる空気と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成としているのに対して、本実施形態では、改質対象流体の１つである気化器１１１に導入する前の水と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成としている。
【００８４】
本実施形態の水供給経路１３は、吸着器２１を経由する第１経路１３ａと凝縮器２２を経由する第２経路１３ｂとを有して構成されている。具体的には、水供給経路１３は、第１四方弁２５ａの上流側で第１経路１３ａと第２経路１３ｂといった２つの経路に分岐し、分岐した２つの経路を第２四方弁２５ｂと気化器１１１の間で合流している。
【００８５】
水供給経路１３のうち第１経路１３ａには、上流側から順に、分岐部１３ｃ、第１四方弁２５ａ、吸着器２１、第２四方弁２５ｂ、合流部１３ｄに接続されている。そして、第１経路１３ａを流れる水は、第１実施形態と同様に、吸着式冷凍機２の吸着工程時の吸着材Ｓの凝縮熱により加熱される。
【００８６】
一方、水供給経路１３の第２経路１３ｂには、上流側から順に、分岐部１３ｃ、凝縮器２２、合流部１３ｄに接続されている。そして、第２経路１３ｂを流れる水は、凝縮器２２を冷却する冷却水として作用させている。このため、第２経路１３ｂを流れる水は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮した際に生ずる凝縮熱により加熱される。なお、本実施形態の凝縮器２２は、吸着用冷媒と液体（水）とが熱交換可能なように水−水熱交換器にて構成されている。
【００８７】
水供給経路１３の合流部１３ｄでは、吸着コア２４にて加熱された水と凝縮器２２にて加熱された水とが混合される。そして、合流部１３ｄにて混合された水が気化器１１１に導入される。
【００８８】
本実施形態の構成によれば、吸着工程時に吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱（吸着熱）および凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮した際に生ずる凝縮熱により、気化器１１１に導入する水を加熱することができる。すなわち、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱や凝縮器２２における凝縮熱といった吸着式冷凍機１の排熱を、燃料電池ユニット１の気化器１１１に導入する水を加熱する熱源として有効利用することができる。
【００８９】
これにより、気化器１１１における燃料電池ユニット１の排熱の使用量（熱量）を低減することができる。これに伴い、吸着式冷凍機２で利用可能な燃料電池ユニット１の排熱の熱量が増加するので、吸着式冷凍機２の能力向上を図ることができ、吸着式冷凍機２の排熱を有効利用することが可能となる。
【００９０】
ここで、燃料電池１０にて使用される空気の流量が少なく、気化器１１１にて使用される水量が多い場合には、空気予熱器１２１にける燃料電池ユニット１の排熱の使用量が少ないものの、気化器１１１における燃料電池ユニット１の排熱の使用量が増加する。
【００９１】
この場合、本実施形態の構成の如く、気化器１１１にて導入する前の水を、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱に加えて凝縮器２２での凝縮熱により加熱する構成とすることで、気化器１１１における燃料電池ユニット１の排熱の使用量を効果的に減少させることができる。このため、本実施形態の構成は、燃料電池ユニット１の燃料電池１０にて使用される空気の流量が少なく、逆に気化器１１１にて使用される水量が多い場合に特に有効である。
【００９２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図３に基づいて説明する。ここで、図３は、第３実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【００９３】
上述の第２実施形態では、水供給経路１３を、吸着器２１を経由する第１経路１３ａと凝縮器２２を経由する第２経路１３ｂに分岐させ、各経路１３ａ、１３ｂを水供給経路１３における気化器１１１の上流側にて合流させる構成としている。これに対して、本実施形態では、水供給経路１３を２つの経路に分岐させることなく、水供給経路１３の水流れ上流側にて凝縮器２２を経由させ、その下流側にて吸着工程時の吸着コア２４を経由させる構成としている。
【００９４】
具体的には、本実施形態の水供給経路１３は、上流側から順に、凝縮器２２、第１四方弁２５ａ、吸着工程時の吸着コア２４、第２四方弁２５ｂ、気化器１１１に接続されている。このため、水供給経路１３を流れる水は、凝縮器２２において脱離冷媒の凝縮により生ずる凝縮熱で加熱された後、さらに、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱（吸着熱）によって加熱される。
【００９５】
本実施形態の構成によれば、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱（吸着熱）および凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮した際に生ずる凝縮熱により、気化器１１１に導入する水を加熱することができる。従って、本実施形態の構成では、第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００９６】
ここで、本実施形態では、水供給経路１３を流れる水を凝縮器２２→吸着工程時の吸着コアの順に経由させる構成としているが、吸着工程時の吸着コア→凝縮器２２の順に経由させる構成としてもよい。
【００９７】
但し、水供給経路１３を流れる水を凝縮器２２→吸着工程時の吸着コア２４の順に経由させる構成とする場合には、吸着工程時の吸着コア２４→凝縮器２２の順に経由させる構成に比べて、以下のように種々利点がある。
【００９８】
例えば、先に凝縮器２２にて生ずる凝縮熱にて改質対象流体の１つである水（気化器１１１に導入する前の水）を加熱することで、凝縮器２２における脱離冷媒の温度を低下させて効率的に凝縮させることができる。この場合、先ず、吸着工程時の吸着材Ｓにて冷媒を吸着した際に生ずる凝縮熱（吸着熱）によって水を加熱する構成に比べて、同一の放熱量を確保するための放熱面積を小さくすることができるので、凝縮器２２の小型化を図ることが可能となる。
【００９９】
ここで、吸着工程時の吸着材Ｓで生ずる凝縮熱によって水供給経路１３を流れる水を加熱する場合、すなわち、吸着材Ｓを低温の水にて冷却する場合には、水供給経路１３を流れる水の温度が低過ぎると、吸着する冷媒が、吸着材Ｓの吸着孔の開口部で凝縮して吸着孔を塞いでしまうことで、吸着材Ｓでの吸着量が低下する虞がある。
【０１００】
このため、一旦凝縮器２２にて加熱された水を吸着コア２４に供給し、凝縮器２２にて昇温した水にて吸着工程時の吸着材Ｓを冷却することで、吸着材Ｓにおける吸着孔の開口部で凝縮して吸着孔を塞いでしまうことを回避することができ、吸着材Ｓにおける吸着量の低下を抑制することができる。
【０１０１】
さらに、凝縮器２２にて加熱された水（水供給経路１３を流れる水）にて吸着工程時の吸着材Ｓを冷却する場合、低温の水にて当該吸着材Ｓを冷却するよりも吸着材Ｓ周辺の飽和蒸気圧を増加させることができるので、吸着材Ｓの吸着速度を増加させて効率的に吸着させることが可能となる。
【０１０２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図４に基づいて説明する。ここで、図４は、第４実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【０１０３】
第１実施形態では、空気供給経路１２を流れる空気と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成とし、第２、第３実施形態では、気化器１１１に導入する前の水と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成としている。
【０１０４】
これに対して、本実施形態では、改質対象流体の１つである燃料供給経路１１を流れる燃料（気化器１１１に導入する前の燃料）と凝縮器２２内の脱離冷媒とを熱交換させる構成としている。具体的には、本実施形態の燃料供給経路１１は、上流側から順に、凝縮器２２→気化器１１１→改質器１１２→燃料極１０ａへと接続されている。
【０１０５】
このため、第１吸着器２１ａおよび第２吸着器２１ｂのいずれかに収容された吸着材Ｓから脱離した脱離冷媒が凝縮器２２に流入し、流入した脱離冷媒は、燃料供給経路１１を流れる燃料（気化器１１１に導入される前の燃料）により冷却されて凝縮する。この際、燃料供給経路１１を流れる燃料は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮する際に生ずる凝縮熱により加熱されて昇温する。そして、凝縮器２２にて加熱された燃料供給経路１１を流れる燃料が、気化器１１１に導入され燃焼排ガスの高温により加熱された後に、改質器１１２→燃料極１０ａへと導入される。
【０１０６】
本実施形態の構成によれば、改質対象流体の１つである水供給経路１３を流れる水（気化器１１１に導入する前の水）を吸着工程時の吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体とし、改質対象流体の１つである燃料供給経路１１を流れる燃料（気化器１１１に導入する前の燃料）にて凝縮器２２の脱離冷媒を冷却する構成としている。
【０１０７】
このため、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱により、気化器１１１に導入する水（改質対象流体）を加熱することができると共に、凝縮器２２における凝縮熱により気化器１１１に導入する燃料（改質対象流体）を加熱することができる。すなわち、吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱や凝縮器２２における凝縮熱といった吸着式冷凍機１の排熱を、燃料電池ユニット１の気化器１１１に導入する水および燃料を加熱する熱源として有効利用することができる。
【０１０８】
ここで、気化器１１１にて使用される水量が少なく、燃料電池１０にて使用される燃料の流量が多い場合には、気化器１１１にて水を気化させる際の燃料電池ユニット１の排熱使用量が少ないものの、気化器１１１にて燃料を気化させる際の燃料電池ユニット１の排熱使用量が増加する。
【０１０９】
この場合、本実施形態の構成の如く、気化器１１１にて導入する前の燃料を、凝縮器２２での凝縮熱により加熱する構成とすることで、気化器１１１にて燃料を気化させる際の燃料電池ユニット１の排熱使用量を効果的に減少させることができる。このため、本実施形態の構成は、燃料電池ユニット１の気化器１１１にて使用される水量が少なく、燃料電池１０にて使用される燃料の流量が多い場合に特に有効である。
【０１１０】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図５に基づいて説明する。ここで、図５は、第５実施形態に係る冷凍機複合型燃料電池システムの全体構成図である。
【０１１１】
上述の第１〜第４実施形態では、水供給経路１３を流れる水を吸着コア２４に直接供給して気化器１１１に導入する前の水を加熱する構成としている。
【０１１２】
これに対して、本実施形態では、吸着コア２４に吸着材Ｓを冷却するための冷却水（冷却用熱媒体）を供給し、吸着工程時の吸着材Ｓに生ずる凝縮熱にて加熱された冷却水と燃料電池ユニット１に供給する供給流体（気化器１１１に導入する前の水や燃料、空気予熱器１２１に導入する前の空気）とを熱交換させる構成としている。これにより、燃料電池１０の供給流体（水、燃料、空気）を加熱する構成としている。
【０１１３】
具体的には、本実施形態では、凝縮器２２→第１四方弁２５ａ→吸着コア２４→第２四方弁２５ｂ→凝縮器２２へと冷却水を循環させるための冷却水循環経路１６が設けられている。
【０１１４】
この冷却水循環経路１６には、冷却水流れ上流側から順に、冷却水を循環させる循環ポンプ１６１、凝縮器２２、吸着コア２４、水加熱用熱交換器１６２、燃料加熱用熱交換器１６３、空気加熱用熱交換器１６４、および給湯用熱交換器５１が接続されている。なお、給湯用熱交換器５１の冷却水出口側と循環ポンプ１６１の冷却水入口側が接続されている。
【０１１５】
水加熱用熱交換器１６２は、冷却水と気化器１１１に導入する水とを熱交換させ、凝縮器２２における凝縮熱および吸着工程時の吸着材Ｓにて生ずる凝縮熱によって昇温した冷却水を冷却する液−液熱交換器である。このため、気化器１１１に導入する水は、水加熱用熱交換器１６２にて冷却水の熱により加熱される。
【０１１６】
燃料加熱用熱交換器１６３は、冷却水と気化器１１１に導入する燃料とを熱交換させ、凝縮器２２および吸着コア２４にて昇温した冷却水を冷却する液−液熱交換器である。このため、気化器１１１に導入する燃料は、燃料加熱用熱交換器１６３にて冷却水の熱により加熱される。
【０１１７】
なお、本実施形態では、冷却水循環経路１６において冷却水流れ上流側に水加熱用熱交換器１６２を配置し、その下流側に燃料加熱用熱交換器１６３を配置しているが、これに限定されず、水加熱用熱交換器１６２の上流側に燃料加熱用熱交換器１６３を配置する構成としてもよい。
【０１１８】
空気加熱用熱交換器１６４は、冷却水と空気予熱器１２１に導入する空気とを熱交換させ、凝縮器２２および吸着コア２４にて昇温した冷却水を冷却する気−液熱交換器である。このため、空気予熱器１２１に導入する空気は、空気加熱用熱交換器１６４にて冷却水の熱により加熱される。
【０１１９】
給湯用熱交換器５１は、冷却水と給湯水とを熱交換させ、凝縮器２２および吸着コア２４にて昇温した冷却水を冷却する液−液熱交換器である。このため、給湯水は、空気加熱用熱交換器１６４にて冷却水の熱により加熱される。なお、給湯水経路５０を介して給湯用熱交換器５１に供給される。
【０１２０】
ここで、給湯水経路５０には、給湯用熱交換器５１の給湯水流れ下流側に、燃焼排ガスと給湯水とを熱交換させる給湯用排熱回収熱交換器５２と、給湯用熱交換器５１および給湯用排熱回収熱交換器５２で加熱された給湯水を貯める貯湯タンク５３が配置されている。また、給湯水経路５０には、貯湯タンク５３内の給湯水を給湯用熱交換器５１→給湯用排熱回収熱交換器５２→貯湯タンク５３へと循環させる循環ポンプ５４が配置されている。
【０１２１】
本実施形態では、冷却水循環経路１６を流れる冷却水は、凝縮器２２にて脱離冷媒を凝縮させた際に生ずる凝縮熱および吸着工程時の吸着材Ｓで生ずる凝縮熱により加熱されて昇温する。そして、昇温した冷却水は、水加熱用熱交換器１６２、燃料加熱用熱交換器１６３、空気加熱用熱交換器１６４、および給湯用熱交換器５１にて冷却される。
【０１２２】
この際、気化器１１１に導入する水、気化器１１１に導入する燃料、空気予熱器１２１に導入する空気、および給湯水は、冷却水の熱により加熱される。なお、本実施形態では、水加熱用熱交換器１６２、燃料加熱用熱交換器１６３、空気加熱用熱交換器１６４が、本発明の第１供給流体加熱手段を構成している。また、冷却水循環経路１６を流れる冷却水が、本発明の加熱媒体に相当している。
【０１２３】
本実施形態の構成では、凝縮器２２および吸着コア２４に供給した冷却水を介して、気化器１１１に導入する水や燃料、空気予熱器１２１に導入する空気、および給湯水を間接的に加熱している。
【０１２４】
これにより、吸着工程時の吸着材Ｓで生ずる凝縮熱や凝縮器２２における凝縮熱といった吸着式冷凍機１の排熱を、冷却水を介して間接的に燃料電池ユニット１に供給する水、燃料、および空気を加熱する熱源として有効利用することができる。
【０１２５】
また、本実施形態では、各加熱用熱交換器１６２〜１６４にて冷却水の熱を充分に放熱させることが困難な場合であっても、給湯水経路５０内を流れる給湯水の水量を増大させることで、給湯用熱交換器５１にて冷却水循環経路１６を流れる冷却水の熱を充分に放熱させることができるので、凝縮器２２における放熱量を確保することができる。
【０１２６】
また、本実施形態では、給湯水経路５０に給湯用排熱回収熱交換器５２を設けているので、凝縮器２２における凝縮熱に加えて、燃焼排ガスの高温にて給湯水を加熱することができる。なお、本実施形態のように、給湯用排熱回収熱交換器５２を給湯水経路５０に配置し、給湯水と燃焼排ガスとを熱交換させる構成は、第１〜第４実施形態にて説明したシステムに適用してもよい。
【０１２７】
また、本実施形態の水加熱用熱交換器１６２、燃料加熱用熱交換器１６３、空気加熱用熱交換器１６４、および給湯用熱交換器５１では、各熱交換器１６２〜１６４、５１を流れる流体の流れ方向が、冷却水の流れ方向と同じ方向としているが、これに限定されない。例えば、各熱交換器１６２〜１６４、５１を流れる流体の流れ方向と冷却水の流れ方向とを対向方向（対向流）となるようにしてもよい。この場合、各熱交換器１６２〜１６４、５１を流れる流体と冷却水との温度差を確保して熱交換効率を向上させることができる。
【０１２８】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【０１２９】
（１）上述の各実施形態では、熱駆動式冷凍機として吸着式冷凍機２を例に挙げて説明したが、熱駆動式冷凍機として吸収式冷凍機を採用する構成としてもよい。
【０１３０】
ここで、吸収式冷凍機は、冷媒を蒸発させる蒸発器、蒸発器にて蒸発させた冷媒を吸収（捕捉）する吸収液（臭化リチウム溶液等）が封入された吸収器、加熱することで吸収液中に吸収された冷媒を分離（解離）させる再生器、再生器にて分離した冷媒を凝縮させる凝縮器等を備えている。なお、吸収式冷凍機における吸収液は、冷媒を捕捉すると共に、加熱されることにより冷媒を解離する捕捉材に相当する。
【０１３１】
このため、吸収式冷凍機を熱駆動式冷凍機として採用する場合には、燃料電池１０の排熱を再生器にて吸収液から冷媒を分離する際の熱源に利用すると共に、凝縮器２２にて冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を、燃料電池ユニット１に供給する供給流体を加熱する熱源として利用すればよい。
【０１３２】
これによれば、燃料電池１０の排熱および吸収式冷凍機の排熱（凝縮器における凝縮熱）を、燃料電池ユニット１および吸収式冷凍機の相互で有効利用することができる。従って、燃料電池ユニット１と吸収式冷凍機とを複合した冷凍機複合型システムにおいて、システム全体での排熱を充分に有効利用することができる。
【０１３３】
（２）上述の各実施形態では、燃料電池１０として固体電解型燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、燃料電池１０として燃料極１０ａと空気極１０ｂとで電解質膜を狭持してなる膜電極接合体（ＭＥＡ）を有する固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を採用してもよい。
【０１３４】
（３）上述の各実施形態では、燃料電池１０の排熱を利用して、水や燃料（改質対象流体）および空気といった燃料電池１０に供給する供給媒体を加熱する構成としているが、これに限定されない。例えば、供給媒体を加熱する加熱装置を別途用意して、当該加熱装置にて供給媒体を加熱する構成としてもよい。
【０１３５】
（４）上述の各実施形態では、２つの吸着器２１を備える吸着式冷凍機２について説明したが、吸着器２１の数はこれに限定されず、吸着器２１を１つ或いは３つ以上設ける構成としてもよい。
【０１３６】
（５）上述の第１〜第４実施形態では、吸着式冷凍機２の吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体として、水供給経路１３を流れる水（気化器１１１に導入する前の水）を用いているが、これに限定されない。例えば、吸着式冷凍機２の吸着材Ｓを冷却する冷却用熱媒体として、燃料電池ユニット１に供給する供給流体の１つである燃料供給経路１１を流れる燃料（気化器１１１に導入する前の燃料）等を用いてもよい。この場合、熱媒体経路において、冷却用熱媒体と加熱用熱媒体との混合による不具合を防ぐために、加熱用熱媒体として冷却用熱媒体と同様の燃料を採用した方が好ましい。
【符号の説明】
【０１３７】
１ 燃料電池ユニット
１０ 燃料電池
１１２ 改質器
１５ 燃焼排ガス経路（第２供給流体加熱手段）
１６２ 水加熱用熱交換器
１６３ 燃料加熱用熱交換器
１６４ 空気加熱用熱交換器
２ 吸着式冷凍機（熱駆動式冷凍機）
２１ 吸着器
２２ 凝縮器（第１供給流体加熱手段）
２４ 吸着コア（捕捉材加熱手段、第１供給流体加熱手段）
Ｓ 吸着材（捕捉材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されることによって改質対象流体を改質して、少なくとも水素を含む燃料ガスを生成する改質器（１１２）、および前記燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させることによって電気エネルギを発生する燃料電池（１０）を有する燃料電池ユニット（１）と、
冷媒を捕捉材に捕捉させることによって前記冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮すると共に、加熱されることによって前記捕捉材に捕捉していた前記冷媒を解離させ、解離させた前記冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を放熱する熱駆動式冷凍機とを備える冷凍機複合型燃料電池システムであって、
前記捕捉材を前記燃料電池（１０）の排熱にて加熱する捕捉材加熱手段（２４）と、
前記改質対象流体および前記酸化剤ガスといった燃料電池ユニット（１）に供給する供給流体のうち少なくとも１つを前記熱駆動式冷凍機にて生ずる凝縮熱にて加熱する第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）と、
を備えることを特徴とする冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項２】
さらに、前記供給流体を前記燃料電池（１０）の排熱にて加熱する第２供給流体加熱手段（１５）を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、前記供給流体と前記凝縮熱によって加熱された加熱媒体とを熱交換させることによって、前記供給流体を加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項４】
前記熱駆動式冷凍機は、前記捕捉材として前記冷媒を吸着すると共に加熱されることによって吸着した前記冷媒を脱離する吸着材（Ｓ）、前記吸着材（Ｓ）が封入された吸着器（２１）、および前記吸着材（Ｓ）から脱離した前記冷媒を凝縮させるための凝縮器（２２）を有する吸着式冷凍機（２）で構成され、
前記第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）は、前記供給流体のうち少なくとも１つを前記凝縮器（２２）で冷媒が凝縮する際の凝縮熱にて加熱することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項５】
さらに、前記第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、前記供給流体のうち少なくとも１つを前記吸着材（Ｓ）で前記冷媒を吸着した際に生ずる吸着熱にて加熱することを特徴とする請求項４に記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、前記凝縮器（２２）における凝縮熱にて加熱した前記改質対象流体を、前記吸着材（Ｓ）における吸着熱にて加熱するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項１】
加熱されることによって改質対象流体を改質して、少なくとも水素を含む燃料ガスを生成する改質器（１１２）、および前記燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させることによって電気エネルギを発生する燃料電池（１０）を有する燃料電池ユニット（１）と、
冷媒を捕捉材に捕捉させることによって前記冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮すると共に、加熱されることによって前記捕捉材に捕捉していた前記冷媒を解離させ、解離させた前記冷媒を凝縮させる際に生ずる凝縮熱を放熱する熱駆動式冷凍機とを備える冷凍機複合型燃料電池システムであって、
前記捕捉材を前記燃料電池（１０）の排熱にて加熱する捕捉材加熱手段（２４）と、
前記改質対象流体および前記酸化剤ガスといった燃料電池ユニット（１）に供給する供給流体のうち少なくとも１つを前記熱駆動式冷凍機にて生ずる凝縮熱にて加熱する第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）と、
を備えることを特徴とする冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項２】
さらに、前記供給流体を前記燃料電池（１０）の排熱にて加熱する第２供給流体加熱手段（１５）を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、前記供給流体と前記凝縮熱によって加熱された加熱媒体とを熱交換させることによって、前記供給流体を加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項４】
前記熱駆動式冷凍機は、前記捕捉材として前記冷媒を吸着すると共に加熱されることによって吸着した前記冷媒を脱離する吸着材（Ｓ）、前記吸着材（Ｓ）が封入された吸着器（２１）、および前記吸着材（Ｓ）から脱離した前記冷媒を凝縮させるための凝縮器（２２）を有する吸着式冷凍機（２）で構成され、
前記第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）は、前記供給流体のうち少なくとも１つを前記凝縮器（２２）で冷媒が凝縮する際の凝縮熱にて加熱することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項５】
さらに、前記第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、前記供給流体のうち少なくとも１つを前記吸着材（Ｓ）で前記冷媒を吸着した際に生ずる吸着熱にて加熱することを特徴とする請求項４に記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１供給流体加熱手段（２２、２４、１６２〜１６４）では、前記凝縮器（２２）における凝縮熱にて加熱した前記改質対象流体を、前記吸着材（Ｓ）における吸着熱にて加熱するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の冷凍機複合型燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１５３７５８（Ｐ２０１１−１５３７５８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２９５（Ｐ２０１０−１５２９５）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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