(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットと、燃料容器に貯蔵された燃料を前記燃料電池ユニットに供給する燃料供給系とを有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池ユニットおよび前記燃料供給系が設けられた気密性を有するモジュール構造体と、
前記モジュール構造体の内部で構成され、前記燃料電池スタックを冷却する第１の冷却媒体循環系と、
前記モジュール構造体の内部で構成され、前記モジュール構造体の外部に設けられた熱交換器に接続される第２の冷却媒体循環手段と、
前記モジュール構造体の内部に設けられ、前記燃料電池ユニットと前記燃料供給系との間で熱交換を行うヒートシンク構造体と、
前記燃料電池ユニットの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記燃料電池ユニットの温度を検出する温度検出手段と、
前記運転状態検出手段により前記燃料電池システムが運転中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が、前記燃料供給系単体において減圧により低下する温度以下でないと判断されたとき、前記第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減させる制御手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記ヒートシンク構造体は、前記第１の冷却媒体循環手段と前記第２の冷却媒体循環手段とに挟まれる請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ヒートシンク構造体に加熱手段が設けられ、
前記制御手段は、前記運転状態検出手段により前記燃料電池ユニットが運転中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が、前記燃料供給系単体において減圧により低下する温度以下であると判断されたとき、前記加熱手段を作動させる請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記運転状態検出手段により前記燃料電池ユニットが運転中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が、前記燃料供給系単体において減圧により低下する温度以下であると判断されたとき、前記第１の冷却媒体循環手段および／または第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減させる請求項１〜３の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記運転状態検出手段により前記燃料電池ユニットが停止中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が、前記燃料供給系単体において減圧により低下する温度以下でないと判断されたとき、前記第１の冷却媒体循環手段および／または第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減させる請求項１〜４の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記運転状態検出手段により前記燃料電池ユニットが停止中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が、前記燃料供給系単体において減圧により低下する温度以下であると判断されたとき、前記加熱手段を作動させる請求項１〜５の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記モジュール構造体の内部のガスを排出する排気口と、前記モジュール構造体の内部のガスを前記排気口から強制的に排気する排気手段とを有する請求項１〜６の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記排気手段の作動により前記ヒートシンク構造体内に気体流が生じる請求項７記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの移動体に搭載されて好ましい燃料電池システムに関し、特に水素燃料を高圧ボンベ等の水素貯蔵容器に貯蔵したダイレクト水素型燃料電池システムであって、漏洩した水素や余剰ガスあるいはシステム停止後の微量ガス等を安全に排出できるとともに、冷却系の熱負荷を低減できる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＰＧ（液化石油ガス）自動車やＣＮＧ（圧縮天然ガス）自動車では、こうした液化石油ガスや圧縮天然ガスなどの燃料が高圧ボンベ容器に収容された状態で自動車等に搭載されるが、高圧ボンベ容器の元弁等から漏洩したガスを安全に車室外へ排出するために、種々の構造が採用されている。
【０００３】
たとえば、特開平９−２７３４５５号公報には、容器元弁および操作ハンドルを収容するセミコンテナケースの本体をゴムなどの柔軟性および気密性を有する素材とすることで、部品の共用化および操作性の向上を図ることができるガス容器用漏洩ガスの排出装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池システムが搭載された電気自動車においても、燃料電池の一方の燃料となる水素ガスを高圧ボンベ容器に収容したり、あるいは水素吸蔵合金に担持させたりするので、こうした燃料容器が車載される。
【０００５】
しかしながら、燃料電池自動車には上述したＬＰＧ自動車やＣＮＧ自動車とは異なる特有の問題がある。
【０００６】
すなわち、まず第１に燃料電池システムの燃料電池スタックは、その構造上、余剰ガスやシステム停止後の微量ガスが発生し、これらをシステム外に排出しなければならない。
【０００７】
また、燃料電池システムの冷却系においては、その構成上、排気による熱交換性能をもたないため、冷却系の負荷割合が大きく、冷却系でシステムの発熱量の殆どを熱交換しなければならない。
【０００８】
その一方で、燃料供給系において、燃料容器からの燃料を燃料電池システムで使用するためには、例えば高圧ボンベ容器では減圧装置を経由して数十Ｍｐａから数百Ｋｐａへ減圧する必要があるため、燃料供給系全体の温度が低下するという問題がある。また、例えば水素吸蔵合金を用いた燃料容器では、水素を放出させるために連続した熱供給をおこなわなければならず、熱供給がない場合は結果として燃料供給系での温度低下が発生するという問題がある。
【０００９】
本発明は、車両室内に対して水素などのガス漏れを防ぐとともに、モジュール構造自体に熱交換性能を有する燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、燃料電池スタックを含む燃料電池ユニットと、燃料容器に貯蔵された燃料を前記燃料電池ユニットに供給する燃料供給系とを有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池ユニットおよび前記燃料供給系が設けられた気密性を有するモジュール構造体と、
前記モジュール構造体の内部で構成され、前記燃料電池スタックを冷却する第１の冷却媒体循環系と、
前記モジュール構造体の内部で構成され、前記モジュール構造体の外部に設けられた熱交換器に接続される第２の冷却媒体循環手段と、
前記モジュール構造体の内部に設けられ、前記燃料電池ユニットと前記燃料供給系との間で熱交換を行うヒートシンク構造体と、前記燃料電池ユニットの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記燃料電池ユニットの温度を検出する温度検出手段と、前記運転状態検出手段により前記燃料電池システムが運転中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が、前記燃料供給系単体において減圧により低下する温度以下でないと判断されたとき、前記第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減させる制御手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システムが提供される（請求項１参照）。
【００１１】
本発明の燃料電池システムでは、気密性のあるモジュール構造体に燃料電池ユニットと燃料供給系とが一体として設置されているので、漏洩水素、余剰ガスまたはシステム停止後の微量ガス等がモジュール構造体の外部に不用意に漏れることを防止することができる。
【００１２】
また、燃料電池システムの作動時において、燃料電池ユニットでは水素と酸素が反応して発熱する一方で、燃料供給系では水素を燃料電池ユニットに供給する際に減圧等するため燃料供給系の温度は低下するが、本発明では燃料電池ユニットと燃料供給系とが共通のヒートシンク構造体に設けられているので、高温側である燃料電池側から低温である燃料供給系に熱伝導が生じる。これにより、燃料供給系の凍結を防止できるとともに、燃料電池ユニットの第１および／または第２の冷却媒体循環手段の熱負荷を低減することができる。
【００１３】
また、燃料電池システムの燃料充填時においては、上述した作動時とは逆に燃料供給系は高温となるが、燃料電池ユニットの温度が燃料供給系より低温である場合には、燃料電池ユニットと燃料供給系とが共通のヒートシンク構造体に設けられているので、燃料供給系側より燃料電池ユニット側に熱伝導が生じ燃料電池ユニットの第１および／または第２の冷却媒体循環手段の負荷を低減できる。
また、運転状態検出手段および温度検出手段により燃料電池ユニットが燃料供給系単体において減圧により低下する温度（以下、所定温度ともいう。）より高温で運転している場合には、ヒートシンク構造体を介して高温側の燃料電池ユニットと低温側の燃料供給系との間で熱交換が行われる。これにより、燃料供給系の凍結が防止されるとともに、燃料電池ユニットの熱負荷が低下するので、第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減することができ、その結果、第２の冷却媒体循環手段の消費電力を下げることが可能となる。
【００１４】
（２）上記発明においては特に限定されないが、請求項２記載の燃料電池システムのように、前記ヒートシンク構造体は、前記第１の冷却媒体循環手段と前記第２の冷却媒体循環手段とに挟まれて設けられることがより好ましい。
【００１５】
第１の冷却媒体循環手段と第２の冷却媒体循環手段との間にヒートシンク構造体を設けることで、これら第１および第２の冷却媒体循環手段の間でも熱交換を行うことができ、それぞれの冷却媒体の温度に応じて何れか一方の冷却媒体循環手段の消費電力を低減することができる。
【００１８】
（３）上記発明においては特に限定されないが、請求項３記載の燃料電池システムのように、前記ヒートシンク構造体に加熱手段が設けられ、前記制御手段は、前記運転状態検出手段により前記燃料電池ユニットが運転中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が所定の温度以下であると判断されたとき、前記加熱手段を作動させることがより好ましい。
【００１９】
燃料電池システムが低温であると所要の出力を得ることができないため、燃料電池ユニットと燃料供給系とを暖める必要があるが、本発明では、運転状態検出手段および温度検出手段により燃料電池ユニットが所定温度より低温で運転している場合、より具体的には燃料電池ユニットの温度（Ｔｕ）が燃料供給系が単体で作動した場合の予想温度（ＴｕＬ）より低温であった場合には、ヒートシンク構造体に設けられた加熱手段を作動させることにより、所要の出力を早期に得ることができる。
【００２０】
（４）上記発明においては特に限定されないが、請求項４記載の燃料電池システムのように、前記制御手段は、前記運転状態検出手段により前記燃料電池ユニットが運転中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が所定の温度以下であると判断されたとき、前記第１の冷却媒体循環手段および／または第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減させることがより好ましい。
【００２１】
運転状態検出手段および温度検出手段により燃料電池ユニットが所定温度より低温で運転している場合には、第１および／または第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減（ゼロを含む。）することで、燃料電池ユニットと燃料供給系との加熱を促進して早期に所望の出力を確保する。また、加熱手段による消費電力の増加を抑制することができる。
【００２２】
（５）上記発明においては特に限定されないが、請求項５記載の燃料電池システムのように、前記制御手段は、前記運転状態検出手段により前記燃料電池ユニットが停止中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が所定の温度以下でないと判断されたとき、前記第１の冷却媒体循環手段および／または第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減させることがより好ましい。
【００２３】
燃料充填時などのように、燃料電池ユニットが所定温度より高温で運転を停止している場合には、第１の冷却媒体循環手段および／または第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減させることで、燃料供給系を暖めることができ、特別な装置を必要とせずに速やかに燃料充填を行うことができる。
【００２４】
（６）上記発明においては特に限定されないが、請求項６記載の燃料電池システムのように、前記制御手段は、前記運転状態検出手段により前記燃料電池ユニットが停止中であり、かつ前記温度検出手段により前記燃料電池ユニットの温度が所定の温度以下であると判断されたとき、前記加熱手段を作動させることがより好ましい。
【００２５】
燃料充填時などのように、燃料電池ユニットが所定温度より低温で運転を停止している場合には、加熱手段を作動させることで燃料供給系を暖めることができ、特別な装置を必要とせずに、速やかに燃料充填などを行うことができる。
【００２６】
（７）上記発明においては特に限定されないが、請求項７記載の燃料電池システムのように、前記モジュール構造体の内部のガスを排出する排気口と、前記モジュール構造体の内部のガスを前記排気口から強制的に排気する排気手段とを有することがより好ましい。
【００２７】
モジュール構造体に１または複数の排気口を設け、当該排気口より強制的にモジュール構造体の内部に生じている余剰ガス等を排出することにより、モジュール構造体の内部の換気を促進することができる。
【００２８】
このとき、特に限定されないが、請求項８記載の燃料電池システムのように、前記排気手段の作動により前記ヒートシンク構造体内に気体流が生じることがより好ましい。
【００２９】
排気手段によりヒートシンク構造体内に気体流を生じさせることにより、モジュール構造体の内部の熱交換性能が向上し、モジュール構造体の内部の熱負荷を低減することができる。これにより、第１および第２の冷却媒体循環手段の負荷を軽減することができ消費電力も低減できる。
【００３０】
【発明の効果】
（１）請求項１記載の燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットと燃料供給系が気密性のある構造体の中に設置されているので、漏洩水素、余剰ガス、システム停止後の微量ガス等が不用意にシステム外に放出されることを防止できる。また、燃料電池ユニットと燃料供給系とが共通のヒートシンク構造体に設けられているので、燃料供給系の凍結を防止できるとともに、燃料電池ユニットの第１および／または第２の冷却媒体循環手段の熱負荷を低減することができる。
また、燃料供給系の凍結が防止されるとともに、燃料電池ユニットの熱負荷が低下するので、第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減することができ、その結果、第２の冷却媒体循環手段の消費電力を下げることが可能となる。
【００３１】
（２）請求項２記載の燃料電池システムによれば、第１および第２の冷却媒体循環手段の間でも熱交換が行われるので、それぞれの冷却媒体の温度に応じて何れか一方の冷却媒体循環手段の消費電力を低減することができる。
【００３３】
（３）請求項３記載の燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットが所定温度より低温で運転している場合には、ヒートシンク構造体に設けられた加熱手段を作動させるので、所要の出力を早期に得ることができる。
【００３４】
（４）請求項４記載の燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットが所定温度より低温で運転している場合には、第１および／または第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減するので、燃料電池ユニットと燃料供給系との加熱を促進して早期に所望の出力を確保することができる。また、加熱手段による消費電力の増加を抑制することができる。
【００３５】
（５）請求項５記載の燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットが所定温度より高温で運転を停止している場合には、第１の冷却媒体循環手段および／または第２の冷却媒体循環手段の循環量を低減させるので、燃料供給系を暖めることができ、特別な装置を必要とせずに速やかに燃料充填を行うことができる。
【００３６】
（６）請求項６記載の燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットが所定温度より低温で運転を停止している場合には、加熱手段を作動させるので、燃料供給系を暖めることができ、特別な装置を必要とせずに速やかに燃料充填などを行うことができる。
【００３７】
（７）請求項７記載の燃料電池システムによれば、モジュール構造体の内部の換気を促進することができる。
【００３８】
（８）請求項８記載の燃料電池システムによれば、ヒートシンク構造体内に気体流が生じるので、モジュール構造体の内部の熱交換性能が向上し、モジュール構造体の内部の熱負荷を低減することができる。これにより、第１および第２の冷却媒体循環手段の負荷を軽減することができ消費電力も低減できる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４０】
第１実施形態
図１は本発明のモジュール構造型燃料電池システムを車両に搭載した状態を示す側面図、図２は高圧水素ボンベを燃料供給系に用いたモジュール構造型燃料電池システムを示す断面図、図３（Ａ）（Ｂ）はモジュール構造型燃料電池システムの熱交換部を示す断面図、図４は、本実施形態のモジュール構造型燃料電池システムの制御方法を示すフローチャート、図５は本実施形態で用いられる制御マップ、図６はその制御ブロック図である。
【００４１】
図１に示すように、本実施形態のモジュール構造型燃料電池システムでは、燃料供給系Ｈと燃料電池ユニットＦとが気密性を有するモジュール構造体５の内部に設置され、モジュール構造体５の外部には排気口７並びに外部冷却系熱交換器１２および外部冷却系配管１３が設けられている。このモジュール構造体５は、その内部が気密状態とされ、車両の前方に向かって開口する吸気口６と、車両のベントルーバなどに接続された排気口７以外からは、外部へのガス漏れは発生しない。
【００４２】
図２に示すようにモジュール構造体５の内部には、燃料供給系Ｈとしての高圧水素ボンベ１と、この高圧水素ボンベ１に水素を充填するための水素充填口２と、高圧ボンベ１からの水素ガスを減圧弁４を介して燃料電池ユニットＦに供給するための水素供給配管３と、高圧ボンベ１内に充填された高圧水素を適切圧力に減圧するための減圧弁４とが設けられている。また燃料電池ユニットＦの周囲には内部冷却系配管８が設けられ、この内部冷却配管８に冷却水を注入するための冷却水注入口９および内部冷却配管８内の冷却水を循環させるための内部循環系ポンプ１０が設けられている。なお本例では、熱交換性を確保するために、内部冷却配管８をモジュール構造体５の内部に設け、冷却水注入口９と内部循環系ポンプ１０はモジュール構造体５の外部に設けている。この冷却系が本発明の第１の冷却媒体循環手段を構成する。
【００４３】
特に本実施形態では、高圧水素ボンベ１から燃料電池ユニットＦに至る外面が熱伝導性のよいヒートシンク構造体１１で覆われ、これにより高圧水素ボンベ１や減圧弁４と燃料電池ユニットＦとは、ヒートシンク構造体１１を熱伝導媒体として熱交換が可能となっている。また、図３（Ａ）（Ｂ）にこのヒートシンク構造体１１の構造を示すが、ヒートシンク構造体１１の外側には外部冷却系配管１３が接触して設けられ、ヒートシンク構造体１１の内側には上述した内部冷却配管８が接触して設けられている。これにより、内部冷却配管８と外部冷却配管１３とも、ヒートシンク構造体１１を熱伝導媒体として熱交換が可能となっている。なお、外部冷却配管１３は、車両Ｖの前面に設けられた外部冷却系熱交換器１２に接続され、外部循環系ポンプ１９により冷却水が循環される。この外部冷却系が本発明の第２の冷却媒体循環手段を構成する。
【００４４】
ヒートシンク構造体１１は、図３に示されるようにその内部を空気が通過できる構造とされており、換気ファン２０（図６参照）を作動させることにより、モジュール構造体５の前面に設けられた吸気口６から空気が導入されると、当該ヒートシンク構造体１１の内部を通過して排気口７に至ることとなる。
【００４５】
また、ヒートシンク構造体１１の全周には熱線などから構成された加熱装置１４が設けられている。
【００４６】
なお、燃料電池ユニットＦには温度センサ１６が設けられて当該燃料電池ユニットＦの温度を制御コントローラ１８に送出する。また、車両Ｖ（または燃料電池ユニットＦ）の運転状態を検出する車両運転状態検出手段１５（図６参照）からの情報も制御コントローラ１８に送出される。
【００４７】
制御コントローラ１８は、上述した温度センサ１６、運転状態検出手段１５からの情報信号を取り込み、制御コントローラ１８のメモリに記憶された各種の制御用マップに基づいて所定の情報処理を実行し、外部循環系ポンプ１９、換気ファン２０および加熱装置１４の動作をコントロールする。
【００４８】
次に作用を説明する。
【００４９】
本実施形態のモジュール構造型燃料電池システムは、気密性のあるモジュール構造体５の内部に燃料供給系Ｈと燃料電池ユニットＦ等を設置することにより、燃料である水素等の車内への漏洩を防止するとともに、燃料供給系Ｈと燃料電池ユニットＦ等を共通するヒートシンク構造体１１上に置くことにより、これらの間の熱交換を促進し、内部冷却系および外部冷却系の熱負荷を軽減させることができる。
【００５０】
すなわち、本例のモジュール構造体５は気密性を有し、かつ、外部に対しては吸気口６および排気口７が連通しているのみである。したがって、万一内部に設置された燃料供給系Ｈまたは燃料電池ユニットＦ等から燃料である水素が漏洩したり、余剰ガスまたはシステム停止後の微量ガス等が発生した場合でも、これらのガスを車内に漏洩させるとなく、排気口７より安全に排出させることができる。
【００５１】
また、車両運転時においては、高圧水素ボンベから水素が供給される際に減圧されるため、燃料供給系Ｈは低温となっているのに対し、燃料電池ユニットＦは運転状態にあるため通常燃料供給系Ｈより高温となっている。したがって、燃料供給系Ｈと燃料電池ユニットＦとの間で共通のヒートシンク構造体１１を通じて自然に熱交換が行われ、全体として内部冷却系および外部冷却系の熱負荷を軽減することができるとともに、燃料供給系Ｈの凍結を防止することができる。
【００５２】
さらに、車両運転停止直後の燃料充填時のような場合においても、上記と同様に燃料電池ユニットＦが燃料供給系Ｈより高温となっている場合においては、ヒートシンク構造体１１を通じて熱交換が行われるため、燃料供給系Ｈの凍結防止を図ることができる。
【００５３】
以上のヒートシンク構造体１１を通じての自然対流による熱交換とは別に、次のように制御コントローラ１８を用いた強制的な冷却または暖機を行うことも可能である。この制御を図４および図５を参照しながら説明する。
【００５４】
まず、図４に示すように、運転状態検出手段１５により燃料電池ユニットＦが動作状態と判断され（ステップ１〜２）、燃料電池ユニットＦの温度センサ１６により検知された温度（Ｔｕ）が、燃料供給系Ｈ単体での減圧により低下する温度（ＴｕＬ）より高温であった場合（ステップ３〜４）には、制御コントローラ１８に記憶された、燃料電池ユニットＦの温度Ｔｕと外部循環系ポンプ１９の出力の関係を表したマップ（図５（Ａ）参照）を用いて外部循環系ポンプ１９の出力を決定し、調整する（ステップ５）。この場合においても、燃料供給系Ｈと燃料電池システムＦとが共通のヒートシンク構造体１１上にあることにより、一様かつ効率的な温度調整が可能となる。
【００５５】
さらに、冷間始動直後のように、運転状態検出手段１５により燃料電池ユニットＦが動作状態と判断され（ステップ１〜２）、燃料電池ユニットＦの温度センサ１６により検知された温度（Ｔｕ）が、燃料供給系Ｈ単体での減圧により低下する温度（ＴｕＬ）より低温であった場合（ステップ４→６）には、制御コントローラ１８によりヒートシンク構造体１１の内部に設置された加熱装置１４を作動させる（ステップ７）。
【００５６】
この場合において、極低温時のように加熱装置１４による加熱だけでは不十分と判断された場合には、外部循環系ポンプ１９を停止し（ステップ８）、加熱装置１４による消費電力を抑制しながら、早期に所要の出力を確保することが可能となる。
【００５７】
また、換気ファン２０を作動させることにより、ヒートシンク構造体１１により燃料電池ユニットＦからの熱を効率的に放散させることができる。また、モジュール構造体５の内部、特にヒートシンク構造体１１の排気を促進し、内部冷却系および外部冷却系の熱負荷を軽減するとともに、モジュール構造体５の内部に漏洩した水素等のガスを安全かつ系統的に外部に排出できる。
【００５８】
なお、ステップ２において車両Ｖ（または燃料電池ユニットＦ）が停止状態であると判断された場合には、上述したように燃料供給系Ｈと燃料電池ユニットＦとがヒートシンク構造体１１に共通で接しているため、これら燃料電池ユニットＦと燃料供給系Ｈとの間で自然に熱交換が行われ、これにより燃料供給系Ｈの凍結が防止されるとともに、トータルではモジュール構造体５の外部との熱交換量が小さくなるため、外部循環ポンプ１９の出力を絞ることができ、消費電力を低減することができる。また、ステップ１１において、燃料電池ユニットＦの温度センサ１６により検知された温度（Ｔｕ）が、燃料供給系Ｈ単体での減圧により低下する温度（ＴｕＬ）より低温であった場合には、制御コントローラ１８によりヒートシンク構造体１１の内部に設置された加熱装置１４を作動させる（ステップ１２）。
【００５９】
第２実施形態
図７は、本発明の第２実施形態に係るモジュール構造型燃料電池シスムを示す断面図であり、燃料供給系Ｈに水素貯蔵容器として水素吸蔵合金２１を用いた実施形態、図８は本実施形態のモジュール構造型燃料電池システムの制御手順を示すフローチャート、図９は本実施形態で用いられる制御マップ、図１０はその制御ブロック図である。
【００６０】
燃料供給系Ｈの水素貯蔵容器として、高圧水素ボンベ１の代わりに水素吸蔵合金２１を用いた場合の構造上の相違点としては、図２に示す減圧弁４が不要となる点が挙げられる。他に構造上の大きな相違点はなく第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６１】
本実施形態では、水素吸蔵合金２１として、Ｌａ６Ｎｉ５Ｈ６（ランタン・ニッケル合金）を用いた例にて説明する。
【００６２】
次式は本実施形態の水素吸蔵合金における水素放出および吸蔵時の反応式である。ここで、Ｈは水素原子、Ｍは水素吸蔵合金、Ｑは熱量、ｎは基数を表す。
【００６３】
【化１】
水素放出反応：  ｎＭＨ  ＋  Ｑ（吸熱）→  ｎ/2・Ｈ２＋ｎＭ
水素吸蔵反応：  ｎ/２・Ｈ２  ＋  ｎＭ  →  ｎＭＨ＋Ｑ（発熱）
上記反応式より明らかなように、本実施形態の水素吸蔵合金２１は、水素放出時には吸熱し、水素吸蔵時においては発熱するが、本実施形態の水素吸蔵合金２１の場合、水素放出時においては一定温度（ＴｕＬ１）以上に水素吸蔵合金の温度を維持しなければ水素を供給することはできない。また、水素吸蔵時には水素放出時とは逆に、一定温度（ＴｕＬ２）以下に水素吸蔵合金の温度を維持しなければ、水素の吸蔵は行われない（図９参照）。
【００６４】
したがって、車両運転時のような場合、運転状態検出手段１５により燃料電池ユニットＦが作動状態であると判断され（ステップ２１，２２）、燃料電池ユニットＦの温度センサ１６により検知された温度（Ｔｕ）が、水素吸蔵合金２１が水素を放出するに必要な温度（ＴｕＬ１）以上であった場合には（ステップ２３，２４）、共通のヒートシンク構造体１１を通じて燃料供給系Ｈと燃料電池ユニットＦの間で熱交換が行われ、水素吸蔵合金２１は特段の手段を用いることなく、燃料供給可能温度（ＴｕＬ１）以上に維持される。
【００６５】
これとは逆に、冷間時に燃料である水素を吸蔵するような場合において、運転状態検出手段１５により燃料電池ユニットＦが停止していると判断され（ステップ２１，２２，２８）、燃料電池ユニットＦの温度センサ１６により検知された温度（Ｔｕ）が、水素吸蔵合金２１が水素を吸蔵するに必要な温度（ＴｕＬ２）以下であった場合には（ステップ２９，３０）、共通のヒートシンク構造体１１を通じて燃料供給系Ｈと燃料電池ユニットＦの間で熱交換が行われ、水素吸蔵合金２１は特段の手段を用いることなく、燃料吸蔵可能温度（ＴｕＬ２）以下に維持される（ステップ３１）。
【００６６】
以上は、共通のヒートシンク構造体１１を利用した熱交換の例であるが、強制的に冷却または加熱を行うことも可能である。
【００６７】
たとえば、上記車両運転時の場合において、運転状態検出手段１５により燃料電池ユニットＦが作動状態であると検知され（ステップ２１，２２）、燃料電池ユニットＦの温度センサ１６により検知された温度（Ｔｕ）が、水素吸蔵合金２１が水素を放出するに必要な温度（ＴｕＬ１）以下であった場合には（ステップ２３，２４，２５）、ヒータ１４を作動させるとともに（ステップ２６）、必要に応じて外部循環系ポンプ２０を停止して所要の温度（ＴｕＬ１）まで上げる（ステップ２７）。この場合においても、共通のヒートシンク構造体１１上にあることにより一様かつ効率的な温度調整が可能となる。
【００６８】
さらに、上記冷間時に燃料である水素を吸蔵するような場合において、運転状態検出手段１５により燃料電池ユニットＦが停止していると検知され（ステップ２１，２２，２８）、燃料電池ユニットＦの温度センサ１６により検知された温度（Ｔｕ）が、水素吸蔵合金２１が水素を吸蔵するに必要な温度（ＴｕＬ２）以上であった場合には（ステップ２２９，３０）、外部循環系ポンプ２０を調整して所要の温度（ＴｕＬ２）まで下げることが可能である（ステップ３２）。
【００６９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモジュール構造型燃料電池システムを車両に搭載した状態を示す側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態である高圧水素ボンベを燃料供給系に用いたモジュール構造型燃料電池システムを示す断面図である。
【図３】本発明のモジュール構造型燃料電池システムの熱交換部を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における制御手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態で用いられる制御マップである。
【図６】本発明の第１実施形態を示す制御ブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態である水素吸蔵合金を燃料供給系に用いた場合のモジュール構造型燃料電池システムを示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態における制御手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態で用いられる制御マップである。
【図１０】本発明の第２実施形態を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
Ｖ…車両
Ｆ…燃料電池ユニット
Ｈ…燃料供給系
１ …高圧水素ボンベ
２ …水素充填口
３…水素供給配管
４…減圧弁
５…モジュール構造体
６…吸気口
７…排気口
８…内部冷却系配管
９…冷却水注入口
１０…内部循環系ポンプ
１１…ヒートシンク構造体
１２…外部冷却系熱交換器
１３…外部冷却系配管
１４…ヒータ（加熱装置）
１５…運転状態検出手段
１６…温度センサ
１８…制御コントローラ
１９…外部循環系ポンプ
２０…換気ファン
２１…水素吸蔵合金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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