(57)【要約】【課題】燃料電池の運転温度の低下による発電効率の低下を抑制するとともに、水素反応面に存在する水分の凍結及び水素流路の閉塞を防止する。【解決手段】燃料電池システム１０は水素吸蔵合金ＭＨ及び熱交換器１８を内蔵した水素貯蔵タンク１２から燃料電池１１へ水素を供給し、燃料電池１１を冷却後の熱媒体を使用して、水素貯蔵タンク１２内の圧力を水素供給に必要な圧力以上に保持する。制御装置３０は温度センサ２３の検出信号に基づき、燃料電池１１へ供給される水素の温度が所定温度以下のとき、燃料電池１１を冷却後の熱媒体を熱交換器１８へ供給するようにバルブＶ１〜Ｖ４を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵材を内蔵した水素貯蔵タンクから燃料電池へ水素を供給し、前記水素吸蔵材からの水素放出時における水素吸蔵材の加熱に前記燃料電池を冷却後の熱媒体を使用して、水素貯蔵タンク内の圧力を水素供給に必要な圧力以上に保持する燃料電池システムであって、
前記水素貯蔵タンクに内蔵された熱交換器と、
前記燃料電池を冷却する熱媒体を前記熱交換器へ供給可能とする熱媒流路と、
前記燃料電池へ供給される水素の温度を検出する供給水素温度検出手段と、
前記熱媒流路に設けられ、前記燃料電池を冷却後の熱媒体を前記熱交換器へ供給する状態と、前記熱交換器を迂回する状態とに切り換える切換手段と、
前記供給水素温度検出手段の検出信号に基づき前記燃料電池へ供給される水素の温度が所定温度以下のとき前記燃料電池を冷却後の熱媒体を前記熱交換器へ供給するように前記切換手段を制御する制御装置と
を備えている燃料電池システム。
【請求項２】
前記所定温度は、前記燃料電池の水素反応面に存在する水分を凍結させる温度である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池には複数の水素貯蔵タンクから共通の配管を介して水素が供給され、前記供給水素温度検出手段は前記配管の各水素貯蔵タンクへの接続部より下流側に設けられている請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記熱交換器は前記熱媒体が前記水素貯蔵タンクの出口付近の水素を加熱した後、前記水素吸蔵材を加熱可能に構成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに係り、詳しくは水素吸蔵材を内蔵した水素貯蔵タンクから燃料電池へ水素を供給し、前記水素吸蔵材からの水素放出時における水素吸蔵材の加熱に前記燃料電池を冷却後の熱媒体を使用して、水素貯蔵タンク内の圧力を水素供給に必要な圧力以上に保持する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化を抑制する意識が高まり、特に車両から排出される二酸化炭素の低減を目的として燃料電池電気自動車の開発が盛んである。燃料電池電気自動車としては、水素供給源として水素ガスが充填された水素貯蔵タンクを搭載するものが一般的である。また、家庭用電源設備としても燃料電池が注目されている。
【０００３】
水素の貯蔵、輸送の方法として、ある温度、圧力の条件のもとで水素を吸蔵して水素化物になり、必要時に別の温度、圧力の条件のもとで水素を放出する「水素吸蔵合金」といわれる金属の利用が着目されている。そして、水素吸蔵合金を使用した水素タンクでは、同じ容積で水素貯蔵量を増大させることができるため、注目されている。
【０００４】
水素吸蔵合金からの水素の放出は吸熱反応のため、反応を円滑に進めるためには水素吸蔵合金を加熱する必要がある。一方、燃料電池電気自動車や家庭電源用として好適な燃料電池（例えば、固体高分子型の燃料電池）では、発電を継続して円滑に行うためには燃料電池を冷却する必要がある。
【０００５】
従来、燃料電池の排熱を水素吸蔵合金の加熱に利用するため、燃料電池を冷却する熱媒体循環系が水素吸蔵合金を加熱する熱媒体循環系を兼用する構成が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。そして、燃料電池で加熱された熱媒体の水素貯蔵タンクへの供給を制御することにより水素供給に必要な水素貯蔵タンク内の圧力を確保している。
【０００６】
また、水素吸蔵合金を内蔵する水素貯蔵タンクにおいて、水素貯蔵タンク内に存在する空隙部に、水素の満充填状態における圧力が水素貯蔵タンク内の温度における水素吸蔵合金のプラトー圧（プラトー平衡圧）を超える圧力の水素ガスを充填することが提案されている（特許文献２参照。）。そして、水素貯蔵タンクに充填される水素の圧力は２５〜５０ＭＰａが好ましいとされている。
【特許文献１】特開平５−２５１１０５号公報（明細書の段落［０００９］、［００１３］、図１）
【特許文献２】特開２００４−１０８５７０号公報（明細書の段落［０００８］、［００１１］、［００１５］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
水素貯蔵タンク内の水素吸蔵合金は、水素貯蔵タンク内の圧力が平衡圧未満になるまでは吸蔵された水素を放出しない。そして、水素吸蔵合金に吸蔵された状態の水素と、水素貯蔵タンク内の空間に水素吸蔵合金のプラトー圧を超える高圧で充填された水素ガスとで水素を貯蔵するハイブリットタンクの場合、満充填近く水素が充填されている状態では水素貯蔵タンク内の圧力は平衡圧力以上であり、水素吸蔵合金から水素が放出されない。そしてこの圧力は、燃料電池への水素供給に必要な圧力に保持されているため、空間に充填された水素が先ず燃料電池へ供給される。また、水素吸蔵合金の加熱は行われない。その結果、水素貯蔵タンクから燃料電池へ供給される水素は断熱膨張により温度が下がる。
【０００８】
一方、燃料電池内の酸素電極側では水素と酸素との反応によって水が生成され、その水の一部は水蒸気として酸素電極側から電解質膜を透過して水素電極側に入ってくる。また、固体高分子型燃料電池では、電解質膜を水素イオンが通過するためには湿潤状態でなければならない。そのため、水素電極へ供給される水素の温度が極端に低くなると、水素反応面に存在する水分を凍結させ、水素流路の閉塞を招く。
【０００９】
燃料電池は、発電効率の良い温度（６０〜８０℃）で運転するため、通常運転時には冷却媒体の流量を調整したり、冷却媒体をラジエータで冷やしたりしているが、燃料電池への供給水素温度が低くなりすぎると、水素反応面の温度が設定した温度より低くなり、効率の良い運転ができない。また、特に外気温が氷点下以下の場合や燃料電池が暖機されていない状態で、水素電極へ供給される水素の温度が極端に低くなると、前記のように水素反応面に存在する水分を凍結させ、水素流路の閉塞を招くという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料電池の運転温度の低下による発電効率の低下を抑制するとともに、水素反応面に存在する水分の凍結及び水素流路の閉塞を防止することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、水素吸蔵材を内蔵した水素貯蔵タンクから燃料電池へ水素を供給し、前記水素吸蔵材からの水素放出時における水素吸蔵材の加熱に前記燃料電池を冷却後の熱媒体を使用して、水素貯蔵タンク内の圧力を水素供給に必要な圧力以上に保持する燃料電池システムである。そして、前記水素貯蔵タンクに内蔵された熱交換器と、前記燃料電池を冷却する熱媒体を前記熱交換器へ供給可能とする熱媒流路と、前記燃料電池へ供給される水素の温度を検出する供給水素温度検出手段とを備えている。また、前記熱媒流路に設けられ、前記燃料電池を冷却後の熱媒体を前記熱交換器へ供給する状態と、前記熱交換器を迂回する状態とに切り換える切換手段と、前記供給水素温度検出手段の検出信号に基づき前記燃料電池へ供給される水素の温度が所定温度以下のとき前記燃料電池を冷却後の熱媒体を前記熱交換器へ供給するように前記切換手段を制御する制御装置とを備えている。
【００１２】
この発明では、燃料電池を冷却後の熱媒体を使用して、水素貯蔵タンク内の圧力が水素供給に必要な圧力以上に保持される。従って、水素貯蔵タンク内の圧力が水素供給に必要な圧力以上の場合、原則として水素貯蔵タンクは熱媒体により加熱されない。しかし、水素貯蔵タンク内の水素は断熱膨張して水素貯蔵タンクから排出されるため、水素貯蔵タンク内の温度や環境温度が低い場合、燃料電池への供給水素の温度が低くなりすぎる場合がある。供給水素の温度が低くなりすぎると、燃料電池の発電効率が低下する。また、極端に供給水素の温度が低下すると、燃料電池の水素反応面に存在する水分を凍結させ、水素流路の閉塞を招く。しかし、供給水素温度検出手段により検出された燃料電池へ供給される水素の温度が所定温度以下のときは、燃料電池を冷却後の熱媒体が熱交換器に供給されて水素貯蔵タンクが加熱される。従って、燃料電池に供給される水素の温度が低くなりすぎるのが防止される。そして、燃料電池の運転温度の低下による発電効率の低下を抑制するとともに、水素反応面に存在する水分の凍結及び水素流路の閉塞を防止することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記所定温度は、前記燃料電池の水素反応面に存在する水分を凍結させる温度である。この発明では、水素貯蔵タンクから冷却された水素が供給されても、燃料電池の水素反応面に存在する水分を凍結させる温度まで水素の温度が低下されることが防止され、燃料電池の水素流路の閉塞により発電不能の状態になるのを回避できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記燃料電池には複数の水素貯蔵タンクから共通の配管を介して水素が供給され、前記供給水素温度検出手段は前記配管の各水素貯蔵タンクへの接続部より下流側に設けられている。この発明では、水素貯蔵タンクが複数存在する場合でも、燃料電池へ供給される水素の温度を１つの供給水素温度検出手段で精度良く検出することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記熱交換器は前記熱媒体が前記水素貯蔵タンクの出口付近の水素を加熱した後、前記水素吸蔵材を加熱可能に構成されている。この発明では、熱交換器へ供給される熱媒体は、水素貯蔵タンクの出口付近の水素を加熱した後、水素吸蔵材を加熱するため、水素貯蔵タンクから燃料電池へ供給される水素が加熱され易くなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料電池の運転温度の低下による発電効率の低下を抑制するとともに、水素反応面に存在する水分の凍結及び水素流路の閉塞を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した燃料電池システムの第１の実施形態を図１に従って説明する。図１は燃料電池システムの構成図である。
【００１８】
燃料電池システム１０は、燃料電池１１、水素貯蔵タンク１２、コンプレッサ１３及びラジエータ１４を備えている。水素貯蔵タンク１２は複数本（例えば、３本）設けられている。燃料電池１１、水素貯蔵タンク１２及びラジエータ１４は熱媒流路１５を介して連結されている。
【００１９】
燃料電池１１は、例えば固体高分子型の燃料電池からなり、水素貯蔵タンク１２から供給される水素と、コンプレッサ１３から供給される空気中の酸素とを反応させて直流の電気エネルギー（直流電力）を発生する。通常運転時に燃料電池１１を冷却可能にするため、前記熱媒流路１５の一部を構成する熱交換部１１ａが燃料電池１１内に配設されている。
【００２０】
水素貯蔵タンク１２は、タンク本体１６と、水素吸蔵材としての水素吸蔵合金ＭＨを内部に収容した水素吸蔵用ユニット１７とを備えている。また、水素貯蔵タンク１２内には、水素吸蔵合金ＭＨとの間で熱交換を行う熱交換器１８が設けられている。熱交換器１８は水素吸蔵用ユニット１７の一部を構成し、水素吸蔵合金ＭＨとの間の熱交換の効率を高めるための多数のフィン１９を備えている。また、熱交換器１８の流路は熱媒流路１５の一部を構成している。水素吸蔵合金ＭＨとしては公知のものを使用できる。
【００２１】
各水素貯蔵タンク１２は、燃料電池１１の水素供給ポート（図示せず）に共通の配管２０を介して連結され、各水素貯蔵タンク１２と配管２０との接続部２０ａにはバルブ２１が設けられている。配管２０の各水素貯蔵タンク１２との接続部２０ａより下流側に燃料電池１１へ供給される水素の圧力を調整する調圧弁２２が設けられている。各水素貯蔵タンク１２は、満充填状態でタンク本体１６内に水素吸蔵合金ＭＨのプラトー領域の圧力（プラトー圧）より高い圧力、例えば、約３５ＭＰａの高圧で水素を貯蔵し、調圧弁２２で所定の圧力（例えば、０．３ＭＰａ程度）に調整された水素が燃料電池１１へ供給される。また、配管２０の各水素貯蔵タンク１２との接続部２０ａより下流側に燃料電池１１へ供給される水素の温度を検出する供給水素温度検出手段としての温度センサ２３が設けられている。
【００２２】
各水素貯蔵タンク１２は、水素充填口２４ａを備えた管路２４に連結され、管路２４から水素貯蔵タンク１２に水素ガスの充填が可能になっている。各水素貯蔵タンク１２にはタンク本体１６内の水素が管路２４から逆流するのを防止する逆止め弁２５が設けられている。また、各水素貯蔵タンク１２にはタンク本体１６内の圧力を検出する圧力センサ２６が設けられている。
【００２３】
コンプレッサ１３は、燃料電池１１の酸素供給ポート（図示せず）に管路２７を介して連結され、燃料電池１１に圧縮空気を供給する。コンプレッサ１３は図示しないエアクリーナでゴミ等が除去された空気を圧縮して管路２７に吐出するようになっている。
【００２４】
ラジエータ１４は、モータ２８により回転されるファン２８ａを備え、ラジエータ１４からの放熱が効率よく行われるようになっている。
熱媒流路１５は、燃料電池１１の熱交換部１１ａの入口とラジエータ１４の出口とを連結する部分１５ａと、熱交換部１１ａの出口と各水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８の入口とを連結する部分１５ｂと、熱交換器１８の各出口とラジエータ１４の入口とを連結する部分１５ｃとを備えている。そして、部分１５ａの中間に、熱媒流路１５内の熱媒体を熱交換部１１ａの入口側へ送るようにポンプ２９が設けられている。また、部分１５ａのポンプ２９より下流側の部分には、熱交換部１１ａを迂回して熱媒体を部分１５ｂへ供給するバイパス部１５ｄが設けられ、バイパス部１５ｄにはバルブＶ１が設けられている。部分１５ａにはバイパス部１５ｄの分岐部より熱交換部１１ａ寄りにバルブＶ２が設けられている。バルブＶ１，Ｖ２は、燃料電池１１を冷却後の熱媒体を熱交換器１８へ供給する状態と、熱交換器１８を迂回する状態とに切り換える切換手段を構成する。部分１５ｂの熱交換器１８への分岐部より上流の部分には、各熱交換器１８を迂回して熱媒体を部分１５ｃへ供給するバイパス部１５ｅが設けられ、バイパス部１５ｅにはバルブＶ３が設けられている。部分１５ｂにはバイパス部１５ｅの分岐部と熱交換器１８への分岐部との間にバルブＶ４が設けられている。この実施形態では熱媒体としてＬＬＣ（ロングライフクーラント）が使用されている。
【００２５】
制御装置３０はマイクロコンピュータ（図示せず）を備え、入力側が温度センサ２３、圧力センサ２６にそれぞれ電気的に接続されている。また、制御装置３０は出力側がコンプレッサ１３、調圧弁２２、モータ２８、ポンプ２９、バルブ２１，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４にそれぞれ電気的に接続されており、コンプレッサ１３、調圧弁２２、モータ２８、バルブ２１，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、制御装置３０からの指令によって運転あるいは制御されるようになっている。ポンプ２９は制御装置３０からの指令信号に基づいて駆動、停止及び流量変更が可能になっている。
【００２６】
制御装置３０は、燃料電池１１が運転されるときは、熱交換部１１ａを熱媒体が流れるようにバルブＶ１，Ｖ２を制御する。また、制御装置３０は、温度センサ２３の検出信号に基づき燃料電池１１へ供給される水素の温度が所定温度以下のとき、燃料電池１１を冷却後の熱媒体を熱交換器１８へ供給するようにバルブＶ３，Ｖ４を制御する。制御装置３０は、各圧力センサ２６の検出信号から各水素貯蔵タンク１２内の圧力を把握し、圧力が予め設定された第１の圧力以上のとき当該水素貯蔵タンク１２のバルブ２１を開にする。また、制御装置３０は、少なくとも一つの水素貯蔵タンク１２内の圧力が予め設定された第１の圧力未満になると、燃料電池１１を冷却後の熱媒体が熱交換器１８を流れるように、バルブＶ３，Ｖ４を制御する。
【００２７】
また、制御装置３０は、温度センサ２３の検出温度に拘わらず、水素貯蔵タンク１２内の圧力が水素吸蔵合金ＭＨのプラトー圧の場合は、燃料電池１１を冷却後の熱媒体が熱交換器１８を流れるように、バルブＶ３，Ｖ４を制御する。
【００２８】
次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
燃料電池１１は、環境温度が燃料電池１１の発電が可能な予め設定された温度（設定温度）以上の場合に通常運転が行われる。制御装置３０は環境温度を計測する温度センサ（図示せず）の検出信号に基づいて、環境温度が前記設定温度以上であれば始動時から通常運転を行い、環境温度が設定温度未満の場合には暖機を行った後、通常運転に移行する。通常運転時には、水素貯蔵タンク１２から水素が燃料電池１１のアノード極側へ供給される。また、コンプレッサ１３が駆動されて、空気が所定の圧力に加圧されて燃料電池１１のカソード極側へ供給される。
【００２９】
また、固体高分子型燃料電池は、８０℃程度で効率よく発電が行われるが、水素と酸素との化学反応は発熱反応のため、発電を継続すると、反応熱のため燃料電池１１の温度が８０℃程度の適正温度より上昇する。この温度上昇を防止するため、熱媒流路１５内をラジエータ１４で冷却された熱媒体が循環される。また、水素吸蔵合金ＭＨからの水素の放出は吸熱反応のため、反応を円滑に進めるためには水素吸蔵合金ＭＨを加熱する必要があり、燃料電池１１の冷却後の温まった熱媒体が水素吸蔵合金ＭＨの加熱に使用される。
【００３０】
制御装置３０は、燃料電池１１の運転時には、バルブＶ１，Ｖ２を熱媒体が熱交換部１１ａの入口へ供給される状態に保持するとともに、燃料電池１１へ供給される水素の温度を検出する温度センサ２３の検出信号と、水素貯蔵タンク１２内の圧力を検出する圧力センサ２６との検出信号に基づいて、バルブＶ３，Ｖ４を切換制御する。制御装置３０は、水素貯蔵タンク１２内の圧力が予め設定された第１の設定圧力以下になると熱媒体が水素貯蔵タンク１２を加熱する状態、即ち熱媒体が熱交換器１８を流れる状態にバルブＶ３，Ｖ４を切り換える指令信号を出力する。また、全ての水素貯蔵タンク１２内の圧力が予め設定された第２の設定圧力以上になると、熱媒体が水素貯蔵タンク１２内を流れない状態にバルブＶ３，Ｖ４を切り換える指令信号を出力する。また、制御装置３０は、水素貯蔵タンク１２の圧力が第１の設定圧力以上のとき、当該水素貯蔵タンク１２のバルブ２１を開状態に保持する。従って、水素貯蔵タンク１２の圧力が第１の設定圧力以上のとき、燃料電池１１へ水素が供給される。そして、水素貯蔵タンク１２から供給された水素は、調圧弁２２で所定の圧力に調整されて燃料電池１１へ供給される。
【００３１】
制御装置３０は、全ての水素貯蔵タンク１２において、熱媒体による加熱を予め設定された所定時間継続しても第１の設定圧力に達しない状態になった時点で水素の充填が必要と判断する。そして、報知手段（例えばランプ等の表示部）を駆動させる。
【００３２】
水素貯蔵タンク１２に水素ガスを充填（貯蔵）する際、制御装置３０は、熱媒体が燃料電池１１の熱交換部１１ａへ供給されずに部分１５ｂを流れる状態に切り換える指令信号をＶ１，Ｖ２へ出力し、Ｖ３，Ｖ４には熱媒体を水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８へ供給する状態に切り換える指令信号を出力する。従って、ラジエータ１４で冷却された熱媒体は燃料電池１１の熱交換部１１ａを経ずに水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８へ供給される状態となる。
【００３３】
そして、例えば、図示しない水素ステーションのディスペンサのカップラが水素充填口２４ａに連結されて、水素ステーションの水素カードルと水素貯蔵タンク１２の圧力差により、水素貯蔵タンク１２に水素ガスが充填される。水素カードルから水素貯蔵タンク１２内へ供給された水素ガスは、水素吸蔵合金ＭＨと反応して水素化物となって水素吸蔵合金ＭＨに吸蔵される。水素の吸蔵反応は発熱反応であるので、水素の吸蔵反応で発生した熱を除去しないと吸蔵反応が円滑に進行しない。しかし、熱媒体は、燃料電池１１を流れず、部分１５ｂ、熱交換器１８、部分１５ｃを通って水素貯蔵タンク１２とラジエータ１４との間で循環する状態となるため、水素吸蔵合金ＭＨが冷却されて吸蔵反応が円滑に進行する。
【００３４】
水素貯蔵タンク１２内の水素は、断熱膨張して水素貯蔵タンク１２から排出されて燃料電池１１へ供給される。水素吸蔵合金ＭＨから水素が放出される状態で水素貯蔵タンク１２から水素が燃料電池１１へ供給される場合は、水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８へ燃料電池１１を冷却後の加熱された熱媒体が供給されるため、燃料電池１１への供給水素の温度が低くなりすぎることはない。
【００３５】
満充填後で水素貯蔵タンク１２内の圧力が水素吸蔵合金ＭＨのプラトー圧より高く、かつ水素貯蔵タンク１２内の温度における水素吸蔵合金ＭＨの平衡圧より高い状態では、水素貯蔵タンク１２内の空間に充填された水素が燃料電池１１へ供給される。この場合、水素貯蔵タンク１２内の圧力が水素供給に必要な圧力である第１の設定圧力以上の状態にある。従来は、水素貯蔵タンク１２内の圧力が第１の設定圧力以上の場合は熱媒体による水素貯蔵タンク１２の加熱は行われなかった。しかし、この実施形態では、制御装置３０は、水素貯蔵タンク１２内の圧力が第１の設定圧力以上であっても、温度センサ２３により検出された燃料電池１１へ供給される水素の温度が所定温度以下のときは、燃料電池１１を冷却後の熱媒体が熱交換器１８へ供給されるように、バルブＶ３，Ｖ４を制御するため、水素貯蔵タンク１２が加熱される。従って、燃料電池１１へ供給される水素の温度が低くなりすぎるのが防止される。
【００３６】
また、制御装置３０は、温度センサ２３の検出温度に拘わらず、水素貯蔵タンク１２内の圧力が水素吸蔵合金ＭＨのプラトー圧の場合は、燃料電池１１を冷却後の熱媒体が熱交換器１８を流れるように、バルブＶ３，Ｖ４を制御する。プラトー圧の状態では熱交換器１８に熱媒体を流し続けても、水素貯蔵タンク１２内の圧力が急激に高くなることはない。従って、熱媒体を流し続けても支障はない。
【００３７】
この実施形態では以下の効果を有する。
（１）水素貯蔵タンク１２は燃料電池１１を冷却後の熱媒体を使用して水素吸蔵合金ＭＨが加熱される。制御装置３０は、温度センサ２３の検出信号に基づき、燃料電池１１へ供給される水素の温度が所定温度以下のとき、燃料電池１１を冷却後の熱媒体が水素貯蔵タンク１２内の熱交換器１８を流れるようにバルブＶ３，Ｖ４を制御する。従って、水素貯蔵タンク１２から燃料電池１１へ供給される水素の温度が低くなりすぎるのが防止される。そして、燃料電池１１の運転温度の低下による発電効率の低下を抑制するとともに、水素反応面に存在する水分の凍結及び水素流路の閉塞を防止することができる。
【００３８】
（２）前記所定温度は、燃料電池１１の水素反応面に存在する水分を凍結させる温度に設定されている。従って、水素貯蔵タンクから冷却された水素が供給されても、燃料電池１１の水素反応面に存在する水分を凍結させる温度まで水素の温度が低下されることが防止され、燃料電池１１の水素流路の閉塞により発電不能の状態になるのを回避することができる。
【００３９】
（３）水素貯蔵タンク１２内の圧力が水素吸蔵合金ＭＨのプラトー圧の場合は、温度センサ２３の検出温度に拘わらず、燃料電池１１を冷却後の熱媒体が熱交換器１８を流れるように、バルブＶ３，Ｖ４が制御される。即ち、充填時に高圧で水素貯蔵タンク１２の空間に充填された水素が供給された後は、燃料電池１１を冷却後の熱媒体が熱交換器１８を流れるように制御されるため、温度センサ２３の検出温度に基づいてバルブＶ３，Ｖ４を制御するのに比較して制御が容易になる。
【００４０】
（４）燃料電池１１には複数の水素貯蔵タンク１２から共通の配管２０を介して水素が供給され、温度センサ２３は配管２０の各水素貯蔵タンク１２への接続部２０ａより下流側に設けられている。従って、水素貯蔵タンク１２が複数存在する場合でも、燃料電池１１へ供給される水素の温度を１つの供給水素温度検出手段で精度良く検出することができる。また、各水素貯蔵タンク１２毎に温度検出手段を設ける場合に比較して、燃料電池１１に近い位置で温度が検出されるので、より精度の良い検出が可能になる。
【００４１】
（５）燃料電池１１には複数の水素貯蔵タンク１２から共通の配管２０を介して水素が供給され、配管２０の各水素貯蔵タンク１２との接続部２０ａより下流側に燃料電池１１へ供給される水素の圧力を調整する調圧弁２２が設けられている。従って、各水素貯蔵タンク１２毎に調圧弁２２を設ける必要がなく、制御が簡単になる。
【００４２】
（６）各水素貯蔵タンク１２毎にバルブ２１と、内部の圧力を検出する圧力センサ２６とが設けられている。従って、水素貯蔵タンク１２の内部の圧力が第１の設定圧力以下の水素貯蔵タンク１２のみバルブ２１を閉状態とすることにより、先に特定の水素貯蔵タンク１２が空に近くなった場合でも、支障なく他の水素貯蔵タンク１２から水素を燃料電池１１へ供給することができる。
【００４３】
（７）各水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８への熱媒体の供給は、個々の水素貯蔵タンク１２毎ではなく、バルブＶ３，Ｖ４により水素貯蔵タンク１２全体へ供給するか、しないかで制御されるため、個々の水素貯蔵タンク１２毎にＶ３，Ｖ４を設ける場合に比較して制御が簡単になる。
【００４４】
（８）水素貯蔵タンク１２は、満充填の状態で、水素吸蔵合金ＭＨが充填されていない空間に水素吸蔵合金ＭＨのプラトー圧より高く、かつ水素吸蔵合金ＭＨの平衡圧より高い圧力で水素が充填されている。従って、水素吸蔵合金ＭＨのプラトー圧で水素が充填されている水素貯蔵タンク１２に比較して水素貯蔵量が大きくなる。
【００４５】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図２に従って説明する。この実施形態は、熱交換器１８を流れる熱媒体が水素貯蔵タンク１２の出口付近の水素を加熱した後、水素吸蔵合金ＭＨを加熱可能に構成されている点が前記第１の実施形態と大きく異なっており、その他の構成は同じである。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４６】
図２に示すように、各水素貯蔵タンク１２は、水素充填側（入口）と、水素貯蔵タンク１２からの水素排出側（出口）とが別の端部となるように構成され、熱交換器１８の熱媒体入口側及び出口側（図２において右側）が各水素貯蔵タンク１２の水素出口側となる。燃料電池１１と各水素貯蔵タンク１２とを連結する配管２０の接続部２０ａは、各水素貯蔵タンク１２の水素出口側に接続されている。各水素貯蔵タンク１２の水素出口側には圧力センサ２６が設けられている。
【００４７】
第１の実施形態の水素貯蔵タンク１２では、熱交換器１８に供給された熱媒体は、水素吸蔵合金ＭＨを加熱した後、水素貯蔵タンク１２の水素出口付近を暖める構成となっている。従って、熱媒体の熱が水素吸蔵合金ＭＨの加熱に使用されて少なくなった状態で水素出口付近を暖めるため、水素出口付近の水素の加熱が有効に行われない。しかし、この実施形態では、熱交換器１８へ供給される熱媒体は、水素貯蔵タンク１２の出口付近の水素を加熱した後、水素吸蔵合金ＭＨを加熱するため、水素貯蔵タンク１２から燃料電池１１へ供給される水素が加熱され易くなる。
【００４８】
従って、この実施形態においては、前記第１の実施形態の効果（１）〜（８）と同様の効果を有する他に次の効果を有する。
（９）熱交換器１８は熱媒体が水素貯蔵タンク１２の出口付近の水素を加熱した後、水素吸蔵合金ＭＨを加熱可能に構成されている。従って、熱交換器１８へ供給される熱媒体は、水素貯蔵タンク１２の出口付近の水素を加熱した後、水素吸蔵合金ＭＨを加熱するため、水素貯蔵タンク１２から燃料電池１１へ供給される水素が加熱され易くなる。
【００４９】
（１０）水素貯蔵タンク１２における水素の入口と出口が水素貯蔵タンク１２の異なる側の端部に設けられているため、水素貯蔵タンク１２に設けられる口金の径を小さくすることができる。
【００５０】
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図３に従って説明する。この実施形態は、燃料電池１１を冷却後の熱媒体を水素貯蔵タンク１２に内蔵された熱交換器１８に供給する際、全ての熱交換器１８を流れてラジエータ１４に戻る状態と、選択された熱交換器１８のみを流れてラジエータ１４に戻る状態とが可能に構成されている点が前記第１の実施形態と大きく異なっている。また、燃料電池１１へ供給される水素の温度を検出する供給水素温度検出手段として、各水素貯蔵タンク１２毎に温度センサ２３を備えている点も第１の実施形態と異なっている。その他の構成は第１の実施形態と同じであり、第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５１】
熱媒流路１５には、部分１５ｂに代えて熱交換部１１ａの出口とラジエータ１４の入口側とを接続する部分１５ｆが設けられている。各水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８の入口は、部分１５ｆから分岐した部分１５ｇに連結され、分岐部に電磁三方弁３１が設けられている。電磁三方弁３１は、部分１５ｆを流れる熱媒体を熱交換器１８の入口側へのみ通過可能な第１の状態と、部分１５ｆを流れる熱媒体を熱交換器１８の入口側ではなく部分１５ｆの下流側へのみ通過可能な第２の状態とに切換可能に構成されている。各水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８の出口は、部分１５ｆから分岐した部分１５ｈに連結されている。即ち、熱媒流路１５は、各熱交換器１８へ順に熱媒体を供給可能な状態と、選択された熱交換器１８に熱媒体を供給可能な状態とに切換可能な切換手段として電磁三方弁３１を備えている。
【００５２】
各電磁三方弁３１は、制御装置３０からの指令信号により前記第１の状態及び第２の状態に切換え制御される。制御装置３０は、各水素貯蔵タンク１２の温度センサ２３及び圧力センサ２６の検出信号に基づき、加熱が必要な水素貯蔵タンク１２を判断する。そして、加熱が必要な水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８へ、燃料電池１１を冷却後の熱媒体を供給する状態となるように各電磁三方弁３１を制御する。即ち、加熱が必要な水素貯蔵タンク１２は、当該水素貯蔵タンク１２と対応する分岐部に設けられている電磁三方弁３１が第１の状態に保持され、加熱が不要な水素貯蔵タンク１２は、当該水素貯蔵タンク１２と対応する分岐部に設けられている電磁三方弁３１が第２の状態に保持される。そして、燃料電池１１へ供給される水素の温度を上昇させるために、熱交換器１８へ熱媒体を供給する際、第１及び第２の実施形態と異なり、加熱が不要な水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８を流れずに循環される。
【００５３】
従って、この実施形態においては、前記第１の実施形態の効果（１）〜（６），（８）と同様の効果を有する他に次の効果を有する。
（１１）加熱が必要な水素貯蔵タンク１２の熱交換器１８へ、燃料電池１１を冷却後の熱媒体を選択的に供給することができる。従って、熱媒体の熱量は加熱を必要とする水素貯蔵タンク１２で、熱交換器１８により水素吸蔵合金ＭＨ及び水素に伝達されて加熱が効率良く行われ、燃料電池１１へ供給される水素の温度が所定温度以下のとき、水素の温度を前記実施形態に比較して短時間で高めることができる。
【００５４】
（１２）燃料電池システム１０は水素貯蔵タンク１２を複数本備え、各水素貯蔵タンク１２に熱媒体を供給する熱媒流路１５は、ラジエータ１４で冷却された熱媒体が、各水素貯蔵タンク１２を順に通過する状態と、選択された水素貯蔵タンク１２のみを通過する状態とに切換可能な電磁三方弁３１を備えている。従って、制御装置３０からの指令信号により、各水素貯蔵タンク１２で適正な状態となるように熱媒体の移動経路を変更することができ、水素貯蔵タンク１２内の水素吸蔵合金ＭＨの加熱及び冷却を適正に行うことが容易になる。
【００５５】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○  熱媒体が水素貯蔵タンク１２の出口付近の水素を加熱した後、水素吸蔵合金ＭＨを加熱可能な熱交換器１８の構成は、第２の実施形態の構成に限らない。例えば、熱交換器１８を構成する熱媒管１８ａが、図４に示すように、水素吸蔵用ユニット１７の外側に沿って延びた後、水素出口に近い側から水素吸蔵用ユニット１７内に挿通され、反対側で折り返して水素吸蔵用ユニット１７を貫通し、再び水素吸蔵用ユニット１７の外側に沿って延びる構成としてもよい。この場合、熱交換器１８に供給される熱媒体は、熱媒管１８ａの水素吸蔵用ユニット１７を貫通する前の部分を通過する間、即ち水素吸蔵合金ＭＨを加熱する前にタンク本体１６内の水素を加熱する。従って、水素貯蔵タンク１２から燃料電池１１へ供給される水素が加熱され易くなる。
【００５６】
○  図５に示すように、水素貯蔵タンク１２内に水素吸蔵用ユニット１７に加えて、水素を加熱する熱交換器３２を設けてもよい。この場合、熱交換器３２を流れる熱媒体は、水素の加熱にのみ使用されるため、図４の構成に比較して、水素を効率良く加熱することができる。
【００５７】
○  燃料電池１１へ供給される水素の温度を検出する供給水素温度検出手段は、燃料電池１１に設けてもよい。例えば、燃料電池１１のカソード極（空気極）とアノード極（水素極）との温度差を検知する構成としてもよい。
【００５８】
○  供給水素温度検出手段の検出信号に基づき燃料電池１１へ供給される水素の温度が所定温度以下のときの所定温度は、燃料電池１１の水素反応面に存在する水分を凍結させる温度に限らず、前記凍結させる温度より高い温度（例えば、５〜１０℃）であってもよい。
【００５９】
○  水素貯蔵タンク１２を複数本備えた燃料電池システム１０において、水素貯蔵タンク１２内の圧力が第１の設定圧力以上の全ての水素貯蔵タンク１２から同時に水素を供給する構成に代えて、各水素貯蔵タンク１２から順次水素を供給する構成としてもよい。例えば、予め設定された量あるいは、設定された供給時間毎に供給する水素貯蔵タンク１２を変更する構成としてもよい。例えば、制御装置３０は各水素貯蔵タンク１２から水素が供給された時間をメモリに記憶しておき、供給時間が設定された時間になると、他の水素貯蔵タンク１２から水素を供給するようにバルブ２１の開閉制御を行う。
【００６０】
○  水素貯蔵タンク１２を複数本備えた燃料電池システム１０において、各水素貯蔵タンク１２に同時に水素ガスが充填される構成に限らず、各水素貯蔵タンク１２への分岐配管毎にバルブを設け、１本ずつ順に充填可能にしてもよい。
【００６１】
〇  水素貯蔵タンク１２は、満充填した時の圧力が約３５ＭＰａに限らず、３５ＭＰａより大きくても、小さくてもよい。しかし、水素吸蔵合金ＭＨに吸蔵された状態の水素と、水素貯蔵タンク１２内の空間に水素吸蔵合金ＭＨのプラトー圧を超える高圧で充填された水素ガスとで水素を貯蔵する水素貯蔵タンク１２の場合、満充填時の圧力は５ＭＰａ以上が好ましい。
【００６２】
○  燃料電池１１は固体高分子型の燃料電池に限らず、リン酸型燃料電池やアルカリ型燃料電池等、燃料電池を冷却するのに熱媒体を使用する燃料電池であればよい。
○  熱媒体はＬＬＣに限らず、例えば単なる水を用いてもよい。
【００６３】
○  切換手段として一組のバルブＶ１，Ｖ２及びバルブＶ３，Ｖ４に代えて、それぞれ電磁三方弁を設けてもよい。
○  燃料電池システム１０を構成する水素貯蔵タンク１２の本数は３本に限らず、２本以下あるいは４本以上としてもよい。即ち、燃料電池システム１０は、燃料電池１１と複数の水素貯蔵タンク１２とが連結された構成であっても、燃料電池１１に１つの水素貯蔵タンク１２から水素を供給するシステムであってもよい。
【００６４】
○  水素貯蔵タンク１２は水素吸蔵合金以外の水素吸蔵材、例えば、活性炭素繊維（activated carbon fiber）や単層カーボンナノチューブを収容した構成としてもよい。
○  燃料電池システム１０は燃料電池自動車用に限らない。例えば、車両以外の移動体用の燃料電池システムに適用したり、家庭用のコジェネレーションシステムに適用したりしてもよい。
【００６５】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記水素貯蔵タンクは複数設けられ、各水素貯蔵タンクに内蔵された熱交換器へ前記燃料電池を冷却後の熱媒体を供給する熱媒流路は、各熱交換器へ順に熱媒体を供給可能な状態と、選択された熱交換器へ熱媒体を供給可能な状態とに切換可能な切換手段を備えている。
【００６６】
（２）請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料電池は複数の水素貯蔵タンクと連結されており、各水素貯蔵タンク毎にバルブが設けられ、燃料電池への水素の供給は、各水素貯蔵タンクからの水素供給量が平均化するように、異なる水素貯蔵タンクから順次行われる。
【００６７】
（３）前記技術的思想（２）に記載の発明において、水素供給中の水素貯蔵タンクから予め設定された一定供給時間水素が供給されると、次の水素貯蔵タンクから水素が供給されるように前記バルブが開閉制御される。
【００６８】
（４）請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）〜（３）のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料電池システムは燃料電池自動車用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１の実施形態における燃料電池システムの概略構成図。
【図２】第２の実施形態における燃料電池システムの概略構成図。
【図３】第３の実施形態における燃料電池システムの概略構成図。
【図４】別の実施形態における水素貯蔵タンクの概略断面図。
【図５】別の実施形態における水素貯蔵タンクの概略断面図。
【符号の説明】
【００７０】
ＭＨ…水素吸蔵材としての水素吸蔵合金、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４…切換手段としてのバルブ、１０…燃料電池システム、１１…燃料電池、１２…水素貯蔵タンク、１５…熱媒流路、１８，３２…熱交換器、２０…配管、２０ａ…接続部、２３…供給水素温度検出手段としての温度センサ、３０…制御装置、３１…切換手段としての電磁三方弁。
【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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