(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを燃料とする燃料電池と、該燃料電池に供給する水素ガスを貯蔵する水素貯蔵手段とを備え、前記燃料電池が冷機状態で始動するときに該燃料電池を暖機するための燃料電池の暖機システムであって、
前記水素貯蔵手段が、常温で所定圧の水素ガスを放出する常温型水素吸蔵合金と、高温で所定圧の水素ガスを放出する高温型水素吸蔵合金とで構成されて、
前記常温型水素吸蔵合金から前記燃料電池に水素ガスを供給する第１経路と、前記高温型水素吸蔵合金から前記燃料電池に水素ガスを供給する第２経路と、
前記高温型水素吸蔵合金に付設され、前記高温型水素吸蔵合金を加温する循環液を循環させる循環液系と、
該循環液系に設けられ前記循環液の温度を検出する循環液温度検出手段と、
該循環液温度検出手段によって検出された前記循環液の温度に基づいて、前記第１経路と第２経路を択一的に切り換える経路切り換え手段と、
前記循環液系に介装された電気加熱手段と、を備え、
始動冷機時には、前記第１経路によって前記常温型水素吸蔵合金から前記燃料電池に水素ガスを供給すると共に該燃料電池の発電電力を前記電気加熱手段に供給し、
前記循環液温度検出手段によって検出された前記循環液の温度が所定温度以上となったときには、前記経路切り換え手段によって、前記燃料電池への水素ガス供給が前記第１経路から第２経路に切り換えられ前記高温型水素吸蔵合金から前記燃料電池に水素ガス供給を経路する、
ことを特徴とする燃料電池の暖機システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池の暖機システムに関し、より詳しくは移動用燃料電池特に車両用燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時の環境問題すなわち大気汚染に対して電気自動車が注目され、蓄電池を搭載した電気自動車にあっては既に実用化の段階に入っている。しかし、蓄電池式車両は、電池の蓄電能力との関係で走行距離が比較的短く、また充電時間が長い等の解決に困難な問題を有しているため、これを解消し得る電気自動車として燃料電池式車両の出現が待たれている（特開平２ー１６８８０３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
移動式燃料電池つまり燃料電池を車両に搭載する場合は、設置式燃料電池ではさほど問題とならないことが大問題となる場合がある。その一つに燃料電池が冷機状態で始動する場合の問題がある。この点について説明すると、燃料電池を車両動力源に用いた場合には、常に始動時から高負荷で使用されるとは限られず、また燃料電池は、発電ロスによる発熱が小さいために自己で暖機する能力が小さいという特性を有し、またその規定温度より低いときには、発電効率が極端に低くなるという特性を有することから、始動直後に十分なる動力を得るのが困難であるという問題がある。特に、固体高分子型燃料電池の場合には、発電効率つまりエネルギ変換効率が高いため、自己暖機能力が極めて小さい。
【０００４】
車両に搭載する燃料電池として、水素ガスを燃料とする燃料電池を採用するときに、特開平２ー１７０３６９号公報に見られるように、水素ガスの貯蔵を水素吸蔵合金で行うことが知られている。水素吸蔵合金は安全性に優れているという利点があるものの、水素ガス放出反応が吸熱反応であるため熱源を要し、これを所定温度に維持して燃料電池に必要な放出圧力及び放出量を確保しなければならい。
【０００５】
本発明の目的は、移動用燃料電池特に車両用燃料電池の燃料タンクに水素吸蔵合金を用いた場合に、始動冷機時に十分なる水素ガス量を確保して燃料電池の発電効率を向上するようにした燃料電池の暖機システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明にあっては、水素ガスを燃料とする燃料電池と、該燃料電池に供給する水素ガスを貯蔵する水素貯蔵手段とを備え、前記燃料電池が冷機状態で始動するときに該燃料電池を暖機するための燃料電池の暖機システムであって、前記水素貯蔵手段が、常温で所定圧の水素ガスを放出する常温型水素吸蔵合金と、高温で所定圧の水素ガスを放出する高温型水素吸蔵合金とで構成されて、前記常温型水素吸蔵合金から前記燃料電池に水素ガスを供給する第１経路と、前記高温型水素吸蔵合金から前記燃料電池に水素ガスを供給する第２経路と、前記高温型水素吸蔵合金に付設され、前記高温型水素吸蔵合金を加温する循環液を循環させる循環液系と、該循環液系に設けられ前記循環液の温度を検出する循環液温度検出手段と、該循環液温度検出手段によって検出された前記循環液の温度に基づいて、前記第１経路と第２経路を択一的に切り換える経路切り換え手段と、前記循環液系に介装された電気加熱手段と、を備え、始動冷機時には、前記第１経路によって前記常温型水素吸蔵合金から前記燃料電池に水素ガスを供給すると共に該燃料電池の発電電力を前記電気加熱手段に供給し、前記循環液温度検出手段によって検出された前記循環液の温度が所定温度以上となったときには、前記経路切り換え手段によって、前記燃料電池への水素ガス供給が前記第１経路から第２経路に切り換えられ前記高温型水素吸蔵合金から前記燃料電池に水素ガス供給を経路する構成としている。
【０００７】
【発明の作用及び効果】
本願発明によれば、始動冷機時には、常温で水素ガスを十分に放出する常温型水素吸蔵合金から燃料電池に水素ガスを供給するようにしてあると共に燃料電池の発電電力で高温型水素吸蔵合金を温めるようにしてあるため、始動直後から十分な水素ガスを供給して燃料電池の発電効率を高めることができると共に早期に高温型水素吸蔵合金による一層十分な量の且つ温かい水素ガスを燃料電池に供給することができ、これにより始動冷機時の発電効率を向上することができる。
【０００８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明する。
基本構成（図１、図２）
まず、本発明の実施例の基本となる燃料電池システムの概略的な構成を説明する。図１において、参照符号Ａは燃料電池システムを示し、また符号１は、車両搭載用つまり移動用の燃料電池を示す。燃料電池１は、水素イオン伝導体を用いた低温動作型つまり１００℃以下で動作する固体電解質燃料電池で構成されている。燃料電池１はポート１ａ〜１ｆを有し、これらポートのうち、対をなすポート１ａ、１ｂは水素ガス系Ｌ１に接続され、ポート１ａから燃料としての水素ガスが導入され、余剰水素がポート１ｂから排出される。また、対をなすポート１ｃ、１ｄは空気系Ｌ２に接続され、ポート１ｃから酸化剤としての空気が導入され、反応水を含む余剰空気がポート１ｄから排出される。また、対をなすポート１ｅ、１ｆは冷却水循環系Ｌ３に接続され、ポート１ｅから冷却用及び加湿用の純水が導入され、ポート１ｆから排出される。
【０００９】
水素ガス系Ｌ１は、水素ガス源としての水素吸蔵合金２を有し、水素吸蔵合金２には、ポンプ４とラジエータ６とからなる加温用循環水系Ｌ４が付設され、この循環水系Ｌ４によって水素吸蔵合金２は水素放出に必要とされる所定温度（規定温度）に保持される。水素吸蔵合金２と水素導入ポート１ａとは水素供給管８を介して接続され、この供給管８には、水素吸蔵合金２側から燃料電池１側に向けて、順に、圧力調整弁９、圧力センサ１０、ソレノイド式開閉弁１２が介装されている。水素排出ポート１ｂは、水素排出管１４を介して気／液分離器１６に接続され、排出管１４には逆止弁１８が介装されて、この逆止弁１８により分離器１６側から水素吸蔵合金２側への逆流が禁止される。また、水素ガス系Ｌ１は、分離器１６で分離された水素ガスを供給管８に還流する水素還流管２０を有する。すなわち、還流管２０は、その上流端が分離器１６に接続され、下流端が水素供給管８より詳しくは供給管８のソレノイド弁１２よりも下流側部分に接続され、水素還流管２０には、分離器１６から供給管８に向けて、順に、ポンプ２２、脱イオンフィルタ２４、逆止弁２６が介装され、この逆止弁２６により、供給管８から分離器１６に向けての逆流が禁止される。
【００１０】
空気系Ｌ２は、空気導入ポート１ｃに接続された空気供給管３０と、空気排出ポート１ｄに接続された排気管３２とを有する。空気供給管３０には、その上流端から燃料電池１に向けて、順に、空気圧縮機３４、逆止弁３６、脱イオンフィルタ３８、ソレノイド弁４０が設けられている。空気圧縮機３４は電動モータ４２により駆動され、圧縮機３４から吐出された加圧空気は、ソレノイド弁４０による流量制御の下で燃料電池１に供給される。他方、排気管３２には、燃料電池１から下流端に向けて、順に、温度センサ４１、凝縮器４２、スロットル４４、消音器４６が設けられ、ポート１ｄから吐出された余剰空気は、その含有水分を凝縮器４２で取り除いた後に大気に放出される。他方、凝縮器４２で分離された水分（燃料電池１の反応生成水）は配管４８を通って貯水タンク５０に蓄えられる。
【００１１】
冷却水循環系Ｌ３は、水素吸蔵合金用循環水系Ｌ４から独立した経路で構成されている。すなわち、冷却水系Ｌ３は、貯水タンク５０と水導入ポート１ｅとに接続された水供給管５２と、貯水タンク５０と排水ポート１ｆとに接続された還流管５４とを有する。水供給管５２には、貯水タンク５０から燃料電池１に向けて、順に、ポンプ５６、３方形弁５８、電動ファン５９を備えたラジエータ６０、脱イオンフィルタ６２が介装され、ポンプ５６はその駆動速度が無段階に調整可能とされている。水供給管５２には、また、ラジエータ６０をバイパスするバイパス管６６が設けられ、バイパス管６６は、その上流端が３方形弁５８に接続され、下流端が、ラジエータ６０と脱イオンフィルタ６２との間に接続されている。この冷却水循環系Ｌ３の流路は、３方形弁５８の切り換えによって、ラジエータ６０を通る積極的な自然放熱態様と、ラジエータ６０をバイパスしてバイパス管６６を通る消極的な自然放熱態様とに選択的に変更される。ここに、燃料電池１用の系Ｌ３と、水素吸蔵合金２用の系Ｌ４とが別経路で構成されているため、燃料電池１の規定温度と、水素吸蔵合金２の規定温度とが異なっる場合であっても、容易に対応することが可能であり、また、水素吸蔵合金２用の循環水として、純水に限定されることはないという利点がある。
【００１２】
尚、図中、符号７０は排水管で、排水管７０は、分離器１６と貯水タンク５０とに接続され、分離器１６内の水はソレノイド式開閉弁７２を開弁させることにより系外に排出され、貯水タンク５０内の水はソレノイド式開閉弁７４を開弁させることにより系外に排出される。
【００１３】
燃料電池システムＡは、例えばマイクロコンピュータで構成されたコントロールユニット（図示せず）を有し、コントロールユニットにより下記の制御が行われる。
コントロールユニットによる制御の概要を説明すると、燃料電池１の暖機の促進及び冷却水の急激な温度変化の防止のために、ここでは温度センサ４１で検出された排出空気の温度に応じて、冷却水循環用ポンプ５６のＯＮ／ＯＦＦ制御、３方形弁５８の切り換え制御、循環用ポンプ５６の駆動速度制御並びに電動ファン５９のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。尚、温度センサを水素排出管１４の上流端つまり水素排出ポート１ｂの近傍に設け、燃料電池１から排出された水素ガスの温度に応じて上述した制御を行うようにしてもよい。
【００１４】
以下に、図２を参照して、制御の内容を具体的に説明する。ここで、同図に示す領域Ｉは、燃料電池１の温度が非常に低い運転状態にある。領域ＩＩは、燃料電池１の温度が少し上昇した運転状態にある。領域ＩＩＩ  及び領域ＩＶは、燃料電池１の温度がほぼその規定動作温度にある運転状態にあり、このうち領域ＩＩＩ  は燃料電池１の規定動作温度或いはそれよりも若干低い温度状態にあり、領域ＩＶは燃料電池１の規定動作温度或いはそれよりも若干高い温度状態にある。領域Ｖは、燃料電池１の温度がその規定動作温度を越えた運転状態にある。
以上のことを前提として、各領域毎に分けて当該領域での制御内容を以下に説明する。
【００１５】
領域Ｉにおける制御
循環用ポンプ５６の作動が停止される。これにより、系Ｌ３における冷却水はその流動が停止され、冷却水が系Ｌ３を循環することによる自然放熱が抑えられることになる。従って、燃料電池１の動作に伴う発熱の全てを燃料電池１の暖機に利用することができる。勿論、この領域Ｉでは、電動ファン５９は作動停止状態とされる。
【００１６】
領域ＩＩにおける制御
循環用ポンプ５６が、これを駆動する電動モータの負荷に負担をかけない程度の極低速回転で駆動される。また、３方形弁５８は、冷却水をバイパス管６６に導く消極的な自然放熱態様とされる。この領域ＩＩは燃料電池１がその規定動作温度に到達していない運転状態にあり、従ってゆっくりと冷却水が循環する系Ｌ３は、燃料電池１の冷却機能を最低限に抑えつつ燃料電池１に対して加湿水を継続的に供給することになる。勿論、この領域ＩＩでは、電動ファン５９が作動停止状態とされる。
【００１７】
領域ＩＩＩ  における制御
循環用ポンプ５６が、領域ＩＩと同様に、これを駆動する電動モータの負荷に負担をかけない程度の極低速回転で駆動される。この領域ＩＩＩ  は、燃料電池１がほぼその規定温度或いは若干低い温度での運転状態にあり、燃料電池１のこの温度状態を維持すべく、３方形弁５８は、冷却水をラジエータ６０に導く積極的な自然放熱態様とされる。他方、電動ファン５９は作動停止状態とされる。従って、この領域ＩＩＩ  では、冷却水は、ラジエータ６０を通過しながら系Ｌ３をゆっくりと循環して、燃料電池１の温度を低下させない程度の放熱が行われる。
【００１８】
領域ＩＶにおける制御
循環用ポンプ５６が、領域ＩＩ、領域ＩＩＩ  と同様に、これを駆動する電動モータの負荷に負担をかけない程度の極低速回転で駆動される。この領域ＩＶは、燃料電池１がほぼその規定温度或いは若干高い温度での運転状態にあり、この燃料電池１の温度状態を維持すべく、３方形弁５８は、冷却水をラジエータ６０に導く態様とされ、また電動ファン５９が作動状態とされて、ファン５９の作動による強制放熱態様とされる。従って、この領域ＩＶでは、冷却水は、ファン５９により放熱が強制されたラジエータ６０を通過しながら系Ｌ３をゆっくりと循環して、燃料電池１の温度を上昇させない程度の強制放熱が行われる。
【００１９】
領域Ｖにおける制御
循環用ポンプ５６は、排出空気つまり燃料電池１の温度上昇に応じて、その回転速度が増速される。また、３方形弁５８は、領域ＩＩＩ  、領域ＩＶと同様に、冷却水をラジエータ６０に導く態様とされ、また電動ファン５９が作動状態とされて、ファン５９の作動に伴う強制放熱態様とされる。従って、この領域Ｖでは、冷却水は、ファン５９により放熱が強制されたラジエータ６０を通過しながら系Ｌ３を循環し、また燃料電池１の温度が高くなる程、系Ｌ３を流動する冷却水の流量が増大されることになる。これにより、系Ｌ３は、燃料電池１の温度に応じた冷却能力を発揮することになる。
【００２０】
以上の制御により、燃料電池１が冷機始動されたときには、冷却水の循環停止によって燃料電池１は自己の発熱により昇温することになる。また燃料電池１がある程度暖まった後にあっては、燃料電池１の温度状態に応じた放熱態様に選択的に切り換えられるため、冷却水の急激な温度変化を防止することができる。尚、上記の制御において、温度センサを還流管５４の上流端つまり排水ポート１ｆの近傍に設け、燃料電池１から排出された冷却水の温度に基づいて、領域ＩＩと領域ＩＩＩ  と間の切り換え、領域ＩＩＩ  と領域ＩＶとの間の切り換え、領域ＩＶと領域Ｖとの間の切り換えを行うようにしてもよい。
【００２１】
図３以降の図面は、本発明の実施例を示すもので、この実施例の説明において、基本構成と同一の要素には同一の参照符号を付すことによりその説明を省略し、また同一の要素が複数設けられているときには、『Ａ』『Ｂ』を付して識別することにする。以下に実施例の特徴部分について説明する。
実施例（図３〜図５）
図３は、システムＡに含まれる要素の一部を省略して描いてある。本実施例にあっては、水素ガス系Ｌ１は、２つの種類の異なる水素吸蔵合金２Ａ、２Ｂを有する。第１の水素吸蔵合金２Ａは、約６０〜８０℃で水素ガスを放出する高温型であり、第２の水素吸蔵合金２Ｂは、約２０℃で水素ガスを放出する常温型である。高温型水素吸蔵合金（以下、高温型ＭＨという）２Ａに接続された第１枝管８ａと、常温型水素吸蔵合金（以下、常温型ＭＨという）２Ｂに接続された第２枝管８ｂとは共通供給管８に合流されて燃料電池１の水素導入ポート１ａに連通されている。第１枝管８ａには第１ソレノイド式開閉弁１２Ａが介装され、第２枝管８ｂには第２ソレノイド式開閉弁１２Ｂが介装されている。また、高温型ＭＨ２Ａには加温用循環水系Ｌ４が付設され、この循環水系Ｌ４には、循環水加熱用のヒータ７６が設けられている。また循環水系Ｌ４の主配管７８には、冷却水循環系Ｌ３との間で熱交換する熱交換器８０と、この熱交換器８０をバイパスするバイパス管８２とが設けられ、バイパス管８２と主配管７８との間の２つの接続部には、夫々、３方形弁８４、８６が設けられている。ヒータ７６には、車両に搭載されたバッテリ又は燃料電池１から選択的に電力が供給される。
【００２２】
また、冷却水循環系Ｌ３には、貯水タンクを兼用した気／液分離器８８が設けられている。また、ラジエータ６０とバイパス管６６とは、排水ポート１ｆから排出された冷却水を分離器８８へ導く還流管５４に設けられ、他方、分離器８８内の水を水導入ポート１ｅへ導く水供給管５２に、上述した熱交換器８０が介装され、この熱交換器８０によって燃料電池用循環水系Ｌ３と水素吸蔵合金用循環水系Ｌ４との間の熱移動が行われる。図中、符号９０、９１は温度センサであり、センサ９０は、燃料電池１から排出された冷却水の温度を検出するものである。センサ９１は、高温型ＭＨ２Ａから排出された循環水の温度を検出するものである。
【００２３】
本実施例における制御を、始動制御とその後の通常制御とに分けて説明する。
始動制御
（１）  燃料電池１の始動時には、第１ソレノイド弁１２Ａが閉じられ、他方、第２ソレノイド弁１２Ｂが開かれて、常温型ＭＨ２Ｂで放出された水素ガスが燃料電池１に供給される。
（２）  燃料電池１の始動に伴う出力電力はポンプ４及びヒータ７６に供給され、ヒータ７６で循環水系Ｌ４の循環水を加熱することによって高温型ＭＨ２Ａの加温が行われる。
（３）  温度センサ９１で検出された循環水の温度が、高温型ＭＨ２Ａの規定温度以上つまり高温型ＭＨ２Ａが規定圧力以上の圧力で水素ガスを放出する温度以上になったときに、第１ソレノイド弁１２Ａが開かれ、第２ソレノイド弁１２Ｂが閉じられて、燃料電池１への水素供給が、常温型ＭＨ１２Ｂから高温型ＭＨ１２Ａに変更され、その後下記の通常制御に切り換えられる。
【００２４】
通常制御
通常制御は、図４或いは図５に示すマップに基づいて、ヒータ７６のＯＮ／ＯＦＦ制御、３方形弁８４、８６の切り換え制御、３方形弁５８の切り換え制御が行われる。尚、この通常制御では、系Ｌ４のポンプ４及び系Ｌ３のポンプ５６は常時作動している。
【００２５】
以下に、通常制御について詳しく説明するが、この説明において、燃料電池１の温度つまり温度センサ９０で検出された冷却水の温度をＦＣ温度と記し、水素吸蔵合金２Ａの温度つまり温度センサ９１で検出された循環水の温度をＭＨ温度と記す。
Ｉ〕高温型ＭＨ２Ａの循環水規定温度が燃料電池１の冷却水規定温度よりも高い場合（ＭＨ規定温度＞ＦＣ規定温度）。この場合には、図４に示すマップに基づいて制御が行われる。
領域Ｉ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
この領域Ｉは、ＭＨ温度及びＦＣ温度が共に規定温度よりも低く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも高い領域である。
領域Ｉにおいては、ヒータ７６がＯＮされ、系Ｌ４は、３方形弁８４、８６により、熱交換器８０をバイパスする経路つまり循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。これにより、系Ｌ３と系Ｌ４との間の熱移動が禁止され、高温型ＭＨ２Ａは、ヒータ７６で昇温された循環水により加温されて、この高温型ＭＨ２Ａの水素放出が促進されることになる。尚、この領域では、系Ｌ３は、３方形弁５８により、ラジエータ６０をバイパスする経路つまり冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。従って、冷却水がラジエータ６０を通過することに伴う積極的な放熱を抑えつつ、燃料電池１の作動に伴う発熱により燃料電池１の昇温が行われることになる。
【００２６】
領域ＩＩ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
この領域ＩＩは、ＭＨ温度が規定温度よりも低く、他方ＦＣ温度が規定温度よりも高く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも高い領域である。
領域ＩＩにおいては、ヒータ７６がＯＮされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０をバイパスしてバイパス管８２を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、３方形弁５８により、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３と系Ｌ４との間の熱移動が禁止され、高温型ＭＨ２Ａは、ヒータ７６で昇温された循環水により加温されて、この高温型ＭＨ２Ａの水素放出が促進され、他方、系Ｌ３の冷却水はラジエータ６０により積極的に放熱されることになる。
【００２７】
領域ＩＩＩ  （ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
この領域ＩＩＩ  は、ＭＨ温度が規定温度よりも高く、他方ＦＣ温度が規定温度よりも低く、更にＭＨ温度がＦＣ温度よりも高い領域である。
領域ＩＩＩ  においては、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ４の循環水が含有する熱は、熱交換器８０を介して、系Ｌ３の冷却水に向けて移動され、燃料電池１の昇温に利用されることになる。
【００２８】
領域ＩＶ（ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
この領域ＩＶは、ＭＨ温度及びＦＣ温度が共に規定温度よりも高く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも高い領域である。
領域ＩＶにおいては、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ４の循環水が含有する熱は、熱交換器８０を介して、系Ｌ３の冷却水に向けて移動され、ラジエータ６０を利用して放熱されることになり、系Ｌ４の放熱を促進することが可能になる。
【００２９】
領域Ｖ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
この領域Ｖは、ＭＨ温度及びＦＣ温度が共に規定温度よりも低く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも低い領域である。
領域Ｖにおいては、ヒータ７６がＯＮされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３の冷却水の熱が熱交換器８０を介して系Ｌ４の循環水に与えられ、高温型ＭＨ２Ａは、冷却水からの受け取った熱とヒータ７６とで加熱されてその昇温が促進されることになる。
【００３０】
領域ＶＩ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
この領域ＶＩは、ＭＨ温度が規定温度よりも低く、他方ＦＣ温度が規定温度よりも高く、更にＭＨ温度がＦＣ温度よりも低い領域である。
領域ＶＩにおいては、ヒータ７６がＯＮされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３の冷却水の熱は、ラジエータ６０による放熱に加えて、熱交換器８０を介して系Ｌ４の循環水に与えられ、これにより系Ｌ３の冷却水の放熱の促進に加えて高温型ＭＨ２Ａの昇温を促進することができる。
【００３１】
領域ＶＩＩ  （ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
この領域ＶＩＩ  は、ＭＨ温度及びＦＣ温度が共に規定温度よりも高く、またＭＨ温度がＦＣ温度より低い領域である。
領域ＶＩＩ  においては、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３と系Ｌ４とは熱的な移動が禁止され、系Ｌ３にあっては冷却水がラジエータ６０を通過することによる放熱が行われ、他方、系Ｌ４にあっては循環水が系Ｌ４の経路を流動することに伴って自然放熱が行われ、また水素吸蔵合金２のガス放出は吸熱反応であるため、高温型ＭＨ２Ａは、ガス放出に伴って自らその温度が低下する。
【００３２】
ＩＩ〕高温型ＭＨ２Ａの循環水規定温度が燃料電池１の冷却水規定温度よりも低い場合（ＭＨ規定温度＜ＦＣ規定温度）。この場合には、図５に示すマップに基づいて制御が行われる。
領域ＸＩ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
この領域ＸＩは、ＭＨ温度及びＦＣ温度が共に規定温度よりも低く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも高い領域である。
領域ＸＩにおいては、ヒータ７６がＯＮされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０をバイパスしてバイパス管８２を通過する経路が形成される。これにより、系Ｌ３と系Ｌ４との間の熱移動が禁止され、高温型ＭＨ２Ａは、ヒータ７６で昇温された循環水により加熱されて、この高温型ＭＨ２Ａの水素放出が促進されることになる。尚、この領域では、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０をバイパスしてバイパス管６６を通過する経路が形成される。従って、冷却水がラジエータ６０を通過することに伴う積極的な放熱を抑えつつ、燃料電池１の作動に伴う発熱により燃料電池１の昇温が行われることになる。
【００３３】
領域ＸＩＩ  （ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
この領域ＸＩＩ  は、ＭＨ温度が規定温度よりも高く、他方ＦＣ温度が規定温度よりも低く、更にＭＨ温度がＦＣ温度よりも高い領域である。
領域ＸＩＩ  においては、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３の循環水の熱は熱交換器８０を介して系Ｌ４の冷却水に伝達されることになる。従って、系Ｌ４の循環水の放熱を促進しつつ、この循環水の熱を利用して燃料電池１の昇温を促進することができる。
【００３４】
領域ＸＩＩＩ（ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
この領域ＸＩＩＩは、ＭＨ温度及びＦＣ温度が共に規定温度よりも高く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも高い領域である。
領域ＸＩＩＩにおいては、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ４の循環水が含有する熱は、熱交換器８０を介して、系Ｌ３の冷却水に向けて移動され、系Ｌ３のラジエータ６０を利用して放熱されることになり、系Ｌ４を循環する循環水の放熱を促進することが可能になる。
【００３５】
領域ＸＩＶ  （ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
この領域ＸＩＶ  は、ＭＨ温度及びＦＣ温度が共に規定温度よりも低く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも低い領域である。
領域ＸＩＶ  においては、ヒータ７６がＯＮされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３の冷却水の熱が熱交換器８０を介して系Ｌ４の循環水に与えられ、これによりヒータ７６と共に高温型ＭＨ２Ａの昇温を促進することができる。
【００３６】
領域ＸＶ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
この領域ＸＶは、ＭＨ温度が規定温度よりも低く、他方ＦＣ温度が規定温度よりも高く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも低い領域である。
領域ＸＶにおいては、ヒータ７６がＯＮされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３の冷却水の熱は、ラジエータ６０による放熱に加えて、熱交換器８０を介して系Ｌ４の循環水に与えられ、これにより系Ｌ３の冷却水の放熱の促進に加えて高温型ＭＨ２Ａの昇温を促進することができる。
【００３７】
領域ＸＶＩ  （ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
この領域ＸＶＩ  は、ＭＨ温度が規定温度よりも高く、他方ＦＣ温度が規定温度よりも低く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも低い領域である。
領域ＸＶＩ  においては、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３と系Ｌ４との間の熱移動が禁止され、系Ｌ３にあっては燃料電池１が動作することに伴う発熱により昇温し、他方、系Ｌ４にあっては循環水が系Ｌ４の経路を流動することに伴う自然放熱が行われる。
【００３８】
領域ＸＶＩＩ（ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
この領域ＸＶＩＩは、ＭＨ温度及びＦＣ温度が共に規定温度よりも高く、またＭＨ温度がＦＣ温度よりも低い領域である。
領域ＸＶＩＩにおいては、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３と系Ｌ４との間の熱移動が禁止され、系Ｌ３にあっては冷却水がラジエータ６０を通過することにより、その放熱が行われ、他方、系Ｌ４にあっては循環水が系Ｌ４の経路を流動することに伴う自然放熱が行われる。
【００３９】
通常制御の変形例
上述した通常制御の変形例を以下に説明する。説明の都合上、上述した通常制御を第１制御と呼び、この変形例を変形制御と呼ぶ。変形制御においても、図４或いは図５に示すマップに基づいて、ヒータ７６のＯＮ／ＯＦＦ制御、３方形弁８４、８６の切り換え制御、３方形弁５８の切り換え制御が行われる。また、系Ｌ４のポンプ４及び系Ｌ３のポンプ５６は常時作動している。
【００４０】
Ｉ〕高温型ＭＨ２Ａの循環水規定温度が燃料電池１の冷却水規定温度よりも高い場合（ＭＨ規定温度＞ＦＣ規定温度：図４に示すマップに基づく）。
領域Ｉ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ４にあっては、ヒータ７６はＯＮされるが、第１制御と異なり、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。これにより、循環水の熱が熱交換器８０を介して冷却水に伝達されるため、ヒータ７６によって高温型ＭＨ２Ａと共に燃料電池１を加熱することできる。
【００４１】
領域ＩＩ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
第１制御と同様に、ヒータ７６がＯＮされ、系Ｌ４は、循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
領域ＩＩＩ  （ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
第１制御と同様に、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
【００４２】
領域ＩＶ（ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
第１制御と同様に、系Ｌ３にあっては、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成され、他方、系Ｌ４にあっては、ヒータ７６がＯＦＦされるが、第１制御と異なり、循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。
これにより、これにより系Ｌ３と系Ｌ４とは熱的に遮断され、系Ｌ３にあっては、ラジエータ６０により放熱され、系Ｌ４にあっては循環水が系Ｌ４の経路を流動することに伴って自然放熱が行われ、また吸熱反応であるガス放出に伴って、高温型ＭＨ２Ａは自らその温度が低下する。
【００４３】
領域Ｖ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
第１制御と同様に、ヒータ７６がＯＮされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
領域ＶＩ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
第１制御と同様に、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成されるが、第１制御と異なり、系Ｌ４ではヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ３にあっては、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
これにより、熱交換器８０を介して系Ｌ４の循環水に伝熱することにより、系Ｌ３の冷却水が放熱され、また、これによりヒータ７６をＯＮすることなく系Ｌ３の循環水を昇温することができる。従って、変形制御によれば、第１制御に比べて、循環水を加熱するためのエネルギを省くことが可能になる。
領域ＶＩＩ  （ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
第１制御と同様に、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
【００４４】
ＩＩ〕高温型ＭＨ２Ａの循環水規定温度が燃料電池１の冷却水規定温度よりも低い場合（ＭＨ規定温度＜ＦＣ規定温度：図５に示すマップに基づく）。
領域ＸＩ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
第１制御と同様に、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成され、系Ｌ４ではヒータ７６がＯＮされるが、第１制御と異なり、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。
これにより、循環水の熱が熱交換器８０を介して冷却水に伝達されるため、ヒータ７６によって高温型ＭＨ２Ａと共に燃料電池１を加熱することできる。
【００４５】
領域ＸＩＩ  （ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
第１制御と同様に、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
領域ＸＩＩＩ（ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＞ＦＣ温度）
第１制御と同様に、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
領域ＸＩＶ  （ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
第１制御と同様に、系Ｌ３にあっては、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成され、系Ｌ４にあっては、ヒータ７６がＯＮされるが、第１制御と異なり、循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３と系Ｌ４とは熱的に遮断され、燃料電池１は、その作動に伴う発熱により昇温し、他方、高温型ＭＨ２Ａにあっては、ヒータ７６によって加熱されることになる。
【００４６】
領域ＸＶ（ＭＨ＜規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
第１実施例と同様に、系Ｌ４は、循環水が熱交換器８０を通過する経路が形成されが、第１実施例と異なりヒータ７６がＯＦＦされ、また系Ｌ３では、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
これにより、系Ｌ３の冷却水の熱は、ラジエータ６０で放熱されることなく、熱交換器８０を介して系Ｌ４の循環水に与えられ、これにより高温型ＭＨ２Ａの加温に用いられることになる。従って、変形制御によれば、ヒータ７６をＯＮする第１制御に比べて、高温型ＭＨ２Ａを加温するためのエネルギを省くことができる。
【００４７】
領域ＸＶＩ  （ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＜規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
第１制御と同様に、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がバイパス管６６を通過する経路が形成される。
領域ＸＶＩＩ（ＭＨ＞規定温度、ＦＣ＞規定温度、ＭＨ温度＜ＦＣ温度）
第１実施例と同様に、ヒータ７６がＯＦＦされ、系Ｌ４は、循環水がバイパス管８２を通過する経路が形成される。他方、系Ｌ３は、冷却水がラジエータ６０を通過する経路が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の基本となる燃料電池システムの全体構成図。
【図２】図１の燃料電池システムにおける制御内容の説明図。
【図３】本発明の実施例の燃料電池システムにおける部分構成図
【図４】本発明の実施例において水素吸蔵合金の規定温度が燃料電池の規定温度よりも高い場合の制御マップ。
【図５】本発明の実施例において水素吸蔵合金の規定温度が燃料電池の規定温度よりも低い場合の制御マップ。
【符号の説明】
Ａ    燃料電池システム
Ｌ１    水素ガス系
Ｌ２    加圧空気系
Ｌ３    冷却水循環系
Ｌ４    水素吸蔵合金加温用循環水系
１    燃料電池
２Ａ    水素吸蔵合金（高温型）
２Ｂ    水素吸蔵合金（常温型）
９    ソレノイド弁
３２    排気管
３４    空気圧縮機
４２    気／液分離器
５０    貯水タンク
７６    水素吸蔵合金加温用循環水系に設けられたヒータ
８０    熱交換器
９２    冷却水加熱用ヒータ
【図１】
0003599761.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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