(57)【要約】【課題】燃料電池本体１の廃熱を効率良く熱電変換する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体１と、燃料電池本体１へ供給される燃料ガスを燃料電池本体１へ供給される時よりも高圧状態で保持する高圧水素タンク２と、燃料電池本体１の廃熱から熱起電力を生成する熱電素子３とを備え、熱電素子３は燃料電池本体１の発電に伴う発熱及び燃料ガスの減圧膨張に伴う吸熱をそれぞれ高熱源及び低熱源として熱起電力を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体へ供給される前記燃料ガスを前記燃料電池本体へ供給される時よりも高圧状態で保持する高圧水素タンクと、
前記燃料電池本体の発電に伴う発熱及び前記燃料ガスの減圧膨張に伴う吸熱をそれぞれ高熱源及び低熱源として熱起電力を生成する熱電素子
とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記熱電素子は、前記燃料電池本体を冷却する冷却水と前記高圧水素タンクから減圧膨張した前記燃料ガスとの温度差から前記熱起電力を生成することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷却水を前記燃料電池本体の内部へ循環させる冷却水経路と、
前記燃料電池本体の出口付近の前記冷却水経路と前記燃料電池本体の入口付近の前記冷却水経路とを接続する第１のバイパス経路と、
前記第１のバイパス経路の外側において、前記燃料電池本体の入口付近の前記冷却水経路と前記燃料電池本体の出口付近の前記冷却水経路とを接続する第２のバイパス経路と、
前記冷却水経路と第１のバイパス経路との流量割合を調整する第１の流量調整部と、
前記冷却水経路と第２のバイパス経路との流量割合を調整する第２の流量調整部
とを更に有することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記熱電素子は、前記第１のバイパス経路及び減圧膨張した前記燃料ガスの供給路に熱的に接続されていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池本体の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した前記温度に基づいて、前記第１の流量調整部と前記第２の流量調整部を制御する制御部
とを更に有することを特徴とする請求項３又は４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記温度検出部が検出した前記温度に基づいて、電力を熱へ変換する発熱手段或いは前記熱を前記電力へ変換する発電手段として前記熱電素子を使い分けることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池本体及び前記熱電素子に対して電力を充放電する蓄電部と、
前記蓄電部の充電率を検出するＳＯＣ検出部と、
前記ＳＯＣ検出部が検出した前記蓄電部の充電率に基づいて前記蓄電部の充放電を切り替える充放電切替部
とを更に有することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池本体の温度が所定値よりも低く且つ前記蓄電部の充電率が所定の下限値よりも多い時、前記蓄電部が蓄えている電力を前記熱電素子へ供給して前記熱電素子を前記発熱手段として使用し、
前記燃料電池本体の温度が前記所定値よりも低く且つ前記蓄電部の充電率が前記所定の下限値以下である時、前記燃料電池本体が発電した電力を前記熱電素子へ供給して前記熱電素子を前記発熱手段として使用するとともに、前記燃料電池本体が発電した電力を前記蓄電部へ充電することを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池本体の温度が所定値以上であり且つ前記蓄電部の充電率が所定の上限値よりも少ない時、前記熱電素子を前記発電手段として使用して前記熱電素子が発電した電力を前記蓄電部へ充電し、
前記燃料電池本体の温度が前記所定値以上であり且つ前記蓄電部の充電率が前記所定の上限値以上である時、前記熱電素子を前記発電手段として使用して前記燃料電池システムを搭載する車両の駆動モータ及び補機類へ前記熱電素子が発電した電力を供給することを特徴とする請求項７又は８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池本体の温度が前記所定値以上であり且つ前記蓄電部の充電率が前記所定の上限値以上である時、前記燃料電池本体が発電する電力（Ｄ）は、前記熱電素子が発電する電力（Ａ）、前記駆動モータの消費電力（Ｂ）、及び前記補機類の消費電力（Ｃ）から、
Ｄ＝Ｂ＋Ｃ−Ａ
に従って決定されることを特徴とする請求項９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関し、特に、燃料電池本体の廃熱から熱起電力を生成する熱電素子を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱を電力へ変換することができる熱電素子（熱電変換素子を含む）を利用して、燃料電池本体の発電に伴い生じる廃熱を電力へ変換する廃熱回収装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。特許文献１では、熱電素子が効率良く熱電変換を行うことができる範囲の熱量を熱電素子へ供給するために、燃料電池本体を冷却する装置の冷却能力を制御している。また、特許文献２では、エンジン及びモータを動力源として備えるハイブリッド車両において、エンジン及び燃料電池本体に熱電素子を設置し、エンジン又は燃料電池本体に設置された熱電素子の動作に異常が発生した時、燃料電池本体又はエンジンのみを用いて車両を駆動する。これにより、異常のある熱電素子が配置されたエンジン又は燃料電池本体から生じる廃熱の無駄をなくしている。
【特許文献１】特開２００１−０２３６６６号公報（特に段落[0010] ,[0011]参照）
【特許文献２】特開２００１−０２８８０５号公報（特に段落[0005]〜[0009]参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に、熱電素子は低熱源と高熱源の温度差（△Ｔ）にゼーベック係数（α）を乗じた熱起電力（Ｖ）を生成する。特許文献１及び２における熱電素子は、燃料電池本体の発電に伴う発熱を高熱源としているが、低熱源は特定されていない。即ち、熱電素子の高温部は燃料電池本体に接触しているが、熱電素子の低温部はどこに熱的に接触しているのか不明である。したがって、燃料電池本体からの廃熱を効率良く利用して熱電変換しているとはいえず、ひいては燃料電池システム全体の運転効率及び出力電力も高いとはいえない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の特徴は、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体と、この燃料電池本体へ供給される燃料ガスを燃料電池本体へ供給される時よりも高圧状態で保持する高圧水素タンクと、燃料電池本体の廃熱から熱起電力を生成する熱電素子とを備える燃料電池システムであって、熱電素子は燃料電池本体の発電に伴う発熱及び燃料ガスの減圧膨張に伴う吸熱をそれぞれ高熱源及び低熱源として熱起電力を生成することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、燃料電池本体の廃熱を効率良く熱電変換する燃料電池システムを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【０００７】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムは、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池本体１と、燃料電池本体１へ供給される燃料ガスを燃料電池本体１へ供給される時よりも高圧状態で保持する高圧水素タンク２と、高圧水素タンク２内の燃料ガスを減圧膨張させる減圧弁１５と、燃料電池本体１の発電に伴う発熱及び燃料ガスの減圧膨張に伴う吸熱をそれぞれ高熱源及び低熱源として熱起電力を生成する半導体素子からなる熱電素子３と、冷却水を燃料電池本体１の内部へ循環させる冷却水経路４と、燃料電池本体１の出口付近の冷却水経路４と燃料電池本体１の入口付近の冷却水経路４とを接続する第１のバイパス経路５と、第１のバイパス経路５の外側において、燃料電池本体１の入口付近の冷却水経路４と燃料電池本体１の出口付近の冷却水経路４とを接続する第２のバイパス経路６と、冷却水経路４と第１のバイパス経路５との流量割合を調整する第１の流量調整部の一例としての第１の三方弁７と、冷却水経路４と第２のバイパス経路６との流量割合を調整する第２の流量調整部の一例としての第２の三方弁８と、燃料電池本体１の入口から出口へ向けて冷却水経路４内で冷却水を圧送する第１の循環ポンプ１３と、燃料電池本体１の出口から入口へ向けて第１のバイパス経路５内で冷却水を圧送する第２の循環ポンプ１４と、冷却水経路４内の冷却水を冷却するラジエーター１１と、酸化剤ガスの一例としての空気を圧縮して燃料電池本体１へ供給するコンプレッサー１０と、燃料電池本体１の温度に基づいて第１の三方弁７と第２の三方弁８の開度を制御信号ＣＴＬにより制御する制御部１２を有する。
【０００８】
高圧水素タンク内の燃料ガスの一例としての水素リッチガスは、減圧弁１５により減圧され、燃料ガス供給路９を通り、燃料電池本体１の燃料極へ供給される。酸化剤ガスとしての空気は、コンプレッサー１０により圧縮されて燃料電池本体１の酸化剤極へ供給される。複数の単位セルを積層してなる燃料電池本体１は、燃料極及び酸化剤極により挟持された高分子電解質膜を介した水素と酸素との電気化学反応により電力を発電する。燃料電池本体１の電気化学反応は発熱反応であり、発電に伴い燃料電池本体１は発熱する。電気化学反応によって得られる総エネルギの半分近くが、廃熱として放出されてしまう。
【０００９】
冷却水経路４内の冷却水は、燃料電池本体１内部を流れる時に燃料電池本体１からの廃熱を吸収する。即ち、燃料電池本体１内部を流れる冷却水は燃料電池本体１を冷却する。そして、冷却水は、第１の三方弁７を通り冷却水経路４を流れ、第１の循環ポンプ１３により圧送される。その後、冷却水は、ラジエーター１１内で冷却され、第２の三方弁８を通り、再び燃料電池本体１へ戻る。このように、冷却水経路４内を冷却水が循環することにより、燃料電池本体１で発生する廃熱を外部へ放出することができる。
【００１０】
第１の三方弁７の開度を調整することにより、燃料電池本体１の出口から流出する冷却水の一部又は全部を第１のバイパス経路５へ流すことができる。勿論、第１の三方弁７の開度を調整することにより、燃料電池本体１の出口から流出する冷却水の全部を冷却水経路４へ流すこともできる。第１のバイパス経路５へ流入する冷却水は第２の循環ポンプ１４により圧送され、燃料電池本体１の入口付近の冷却水と合流する。
【００１１】
第２の三方弁８の開度を調整することにより、ラジエーター１１の出口から流出する冷却水の一部又は全部を第２のバイパス経路６へ流すことができる。勿論、第２の三方弁８の開度を調整することにより、ラジエーター１１の出口から流出する冷却水の全部を冷却水経路４へ流すこともできる。第２のバイパス経路６へ流入する冷却水は、燃料電池本体１の内部を通らずに、燃料電池本体１の出口付近の冷却水と合流する。
【００１２】
熱電素子３は、第１のバイパス経路５及び燃料ガス供給路９に熱的に接続されている。熱電素子３は、燃料電池本体１を冷却する冷却水と高圧水素タンク２から減圧膨張した燃料ガスとの温度差（△Ｔ）から、熱電素子３固有のゼーベック係数（α）に基づく熱起電力（Ｖ）を生成する。即ち、高熱源の熱媒体として冷却水を介することで燃料電池本体１からの廃熱を熱電素子３に伝熱し、低熱源の熱媒体として高圧水素の減圧膨張に伴う吸熱作用によって冷却された水素ガスを介して高圧水素タンク２からの冷熱を熱電素子３に伝熱する。なお、第１のバイパス経路５及び燃料ガス供給路９と熱電素子３との接触面積はできるだけ広く取ることが望ましい。熱電素子３の発電効率を高めることができるからである。
【００１３】
一方、熱電素子３は、ゼーベック効果を利用して熱を電力へ変換する発電手段として機能するだけでなく、ペルチェ効果を利用して電力を熱へ変換する発熱手段として機能する。制御部１２は、燃料電池本体１の温度に基づいて、制御信号ＣＴＬにより、発熱或いは発電手段として熱電素子３を使い分ける。
【００１４】
図２を参照して、図１の燃料電池システムにおける、燃料電池本体１の温度に基づいて熱電素子３を発電手段（発熱器）として用いるか或いは発熱手段（加熱器）として用いるかを切り替える制御系について説明する。
【００１５】
本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムは、燃料電池本体１の温度を検出する温度検出部１６と、燃料電池本体１及び熱電素子３に対して電力を充放電する蓄電部１８と、蓄電部１８の充電率を検出するＳＯＣ検出部１９と、燃料電池本体１及び熱電素子３と蓄電部１８の間での充放電を切り替える充放電切替部１７とを更に有する。
【００１６】
燃料電池本体１は熱電素子３及び充放電切替部１７を介して蓄電部１８にプラス極２０及びマイナス極２１からなる電力線によって接続され、熱電素子３は充放電切替部１７を介して蓄電部１８に電力線によって接続されている。
【００１７】
充放電切替部１７は、蓄電部１８の充電率が所定の下限値よりも大きい時、蓄電部１８が蓄えている電力を熱電素子３へ供給し、蓄電部１８の充電率が所定の下限値以下である時、燃料電池本体１が発電した電力を熱電素子３へ供給し且つ燃料電池本体１が発電した電力を蓄電部１８へ蓄える。
【００１８】
また、図１の制御部１２は、温度検出部１６が検出した燃料電池本体１の温度に基づいて、図１の第１の三方弁７と第２の三方弁８の開度を制御する。第１の三方弁７の開度を制御することにより、第１のバイパス経路５への冷却水の流量が調整され、燃料電池本体１から冷却水が吸収した廃熱のうち熱電素子３が熱電変換を行うために必要な熱量だけを熱電素子３へ供給することができる。第２の三方弁８の開度を制御することにより、第２のバイパス経路６への冷却水の流量が調整され、燃料電池本体１の冷却に必要な量だけの冷却水を燃料電池本体１内部へ流すことができる。
【００１９】
制御部１２は、温度検出部１６が検出した燃料電池本体１の温度に基づいて、発熱手段或いは発電手段として熱電素子３を使い分ける。熱電素子３は電流が流れることでペルチェ効果により発熱手段として機能し、温度差（△Ｔ）が加わることでゼーベック効果により発電手段として機能する。なお、熱電素子３を発熱手段として機能させる際、燃料電池本体１と接している面が高温側となるように電流を流す。
【００２０】
また、制御部１２は、温度検出部１６が検出した燃料電池本体１の温度及びＳＯＣ検出部１９が検出した蓄電部１８の充電率（ＳＯＣ）に基づいて、熱電素子３を発電手段として用いるか、発熱手段として用いるかを切り替える制御を行っても構わない。具体的には、燃料電池本体１の温度が所定値よりも低く且つ蓄電部１８の充電率が所定の下限値よりも多い時、蓄電部１８が蓄えている電力を熱電素子３へ供給して熱電素子３を発熱手段として使用し、燃料電池本体１の温度が所定値よりも低く且つ蓄電部１８の充電率が所定の下限値以下である時、燃料電池本体１が発電した電力を熱電素子３へ供給して熱電素子３を発熱手段として使用するとともに、燃料電池本体１が発電した電力を蓄電部１８へ充電する。
【００２１】
図３は、図２の制御系に対して駆動モータ２３及び補機類２４を加えた場合の制御系を示す。駆動モータ２３及び補機類２４はそれぞれ燃料電池本体１、熱電素子３、及び充放電切替部１７を介して蓄電部１８へ電気的に接続されている。具体的には、プラス極２０及びマイナス極２１からなる電力線により接続されている。その他の構成は、図２と同じであり、説明を省略する。
【００２２】
この場合、制御部１２は、燃料電池本体１の温度が所定値以上であり且つ蓄電部１８の充電率が所定の上限値よりも少ない時、熱電素子３を発電手段として使用して熱電素子３が発電した電力を蓄電部１８へ充電し、燃料電池本体１の温度が所定値以上であり且つ蓄電部１８の充電率が所定の上限値以上である時、熱電素子３を発電手段として使用して燃料電池システムを搭載する車両の駆動モータ２３及び補機類２４へ熱電素子３が発電した電力を供給する制御を行う。
【００２３】
また、制御部１２は、蓄電部１８の充電率、熱電素子３の出力、駆動モータ２３の消費電力、及び補機類２４の消費電力に基づいて、燃料電池本体１の出力を制御しても構わない。具体的には、燃料電池本体１の温度が所定値以上であり且つ蓄電部１８の充電率が所定の上限値以上である時、熱電素子３の出力（Ａ[kW]）と、駆動モータ２３の消費電力（Ｂ[kW]）と、補機類２４の消費電力（Ｃ[kW]）から、（１）式を従って燃料電池本体１の出力（Ｄ[kW]）を決定する。
【００２４】
Ｄ＝Ｂ＋Ｃ−Ａ                                      ・・・（１）
図４を参照して、図１乃至図３に示した燃料電池システムの制御手順を説明する。
【００２５】
（イ）先ずＳ０１段階において、温度検出部１６は燃料電池本体１の温度を検出する。Ｓ０２段階において、温度検出部１６が検出した温度が設定値（所定値）よりも低いか否かを判断する。温度検出部１６が検出した温度が設定値よりも低い場合（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）Ｓ０３段階に進み、温度検出部１６が検出した温度が設定値以上である場合（Ｓ０２段階においてＮＯ）Ｓ０８段階に進む。
【００２６】
（ロ）Ｓ０３段階において、第１の三方弁７及び第２の三方弁８の開度をそれぞれ調整して、発電効率が最も高くなる温度まで燃料電池本体１が暖まるように第１のバイパス経路５と第２のバイパス経路６へ流れる冷却水の流量を制御する。Ｓ０４段階において、ＳＯＣ検出部１９は、蓄電部１８の充電率（ＳＯＣ）を検出する。Ｓ０５段階において、ＳＯＣが下限設定値よりも多いか否かを判断する。ＳＯＣが下限設定値よりも多い場合（Ｓ０５段階においてＹＥＳ）Ｓ０６段階に進み、ＳＯＣが下限設定値以下である場合（Ｓ０５段階においてＮＯ）Ｓ０７段階に進む。
【００２７】
（ハ）Ｓ０６段階において、蓄電部１８に蓄えられている電力を熱電素子３へ供給して熱電素子３を発熱手段として機能させる。Ｓ０７段階において、燃料電池本体１が発電した電力を熱電素子３へ供給すると同時に、蓄電部１８に充電する。
【００２８】
（ニ）Ｓ０８段階において、第１の三方弁７及び第２の三方弁８の開度をそれぞれ調整して、燃料電池本体１の劣化などの問題がなく、かつ発電効率が最も高くなるように燃料電池本体１の温度を制御する。具体的には、第１のバイパス経路５及び第２のバイパス経路６のそれぞれへ流れる冷却水の流量を調整することにより、冷却水経路４を循環する冷却水の流量を調整することができ、燃料電池本体１の温度を制御することができる。
【００２９】
（ホ）Ｓ０９段階において、熱電素子３によって熱電発電を行う。即ち、熱電素子３を発電手段として機能させる。Ｓ１０段階において、蓄電部１８の充電率（ＳＯＣ）が上限設定値よりも少ないか否かを判断する。蓄電部１８の充電率（ＳＯＣ）が上限設定値よりも少ない場合（Ｓ１０段階においてＹＥＳ）Ｓ１１段階に進み、蓄電部１８の充電率（ＳＯＣ）が上限設定値以上である場合（Ｓ１０段階においてＮＯ）Ｓ１２段階に進む。
【００３０】
（ヘ）Ｓ１１段階において、熱電素子３が発電した電力を蓄電部１８へ充電する。一方、Ｓ１２段階において、熱電素子３が発電した電力を駆動モータ２３及び補機類２４へ供給する。
【００３１】
熱電素子３の高熱源には燃料電池本体１の廃熱を、熱電素子３の低熱源には高圧水素の減圧膨張に伴う吸熱作用によって冷却された冷熱を利用することにより、燃料電池本体１の廃熱の有効利用が図れ、燃料電池システムの運転効率を向上させることができる。また、低熱源に減圧膨張による冷却作用を用いることによってより高低温度差を設けることができるので、熱電素子３の出力を向上させることができる。
【００３２】
燃料電池本体１の出口から流出する冷却水と高圧水素タンク２から減圧膨張された水素ガスとの温度差から熱電変換を行って電力を取り出すことにより、熱電素子３への伝熱に熱媒体を設けることができ、燃料電池システムのレイアウトを容易にすることができる。
【００３３】
第１及び第２のバイパス経路５、６及び第１及び第２の三方弁７、８を設けて燃料電池本体１内部を循環する冷却水の流量を制御して燃料電池本体１から冷却水へ伝わる熱量を調整することにより、燃料電池本体１と補機類２４の冷却水を別々又は共通に切り替え可能な構成とすることができ、熱電素子３の熱電変換に必要な熱量を確保しつつ、燃料電池本体１及び補機類２４のダメージを解消することができる。
【００３４】
熱電素子３を第１のバイパス経路５及び燃料ガス供給路９に熱的に接触させることにより、燃料電池本体１とその他の冷却部の冷却経路を切り分けることができ、燃料電池本体１の廃熱の緻密な調節が可能となる。これにより、熱電素子３での発電効率を向上させることができ、燃料電池システムでの運転効率を向上させることができる。
【００３５】
第２の循環ポンプ１４の回転数及び第１及び第２の三方弁７、８の開度を制御することにより、燃料電池本体１の温度を緻密に制御することができる。
【００３６】
燃料電池本体１の温度によって熱電素子３を発電手段或いは発熱手段として切り替えて使用することで、燃料電池本体１の暖機を速やかに行うことができ、燃料電池本体１の最適発電効率温度領域での運転時間を長くすることができ、運転効率が向上する。
【００３７】
燃料電池本体１の温度が所定値よりも高い場合は常に熱電素子３で発電して、蓄電部１８のＳＯＣが十分である時は、駆動モータ２３及び補機類２４にその電力を供給し、蓄電部１８のＳＯＣが十分でない時は、蓄電部１８に充電する。これにより、蓄電部１８のＳＯＣが十分であっても、廃熱利用を中止せずに常に廃熱による熱電変換を可能にすることができる。
【００３８】
（１）式を従って燃料電池本体１の出力（Ｄ[kW]）を決定することにより、少ない燃料ガスによって消費電力をまかなうことができ、燃料電池システムの運転効率が向上する。また、例えＳＯＣが十分であったとしても熱電素子３は廃熱利用を中止せず、常に廃熱の有効利用が計ることができる。
【００３９】
以上説明したように、背景技術で示した従来例では、燃料電池とその他補機類において共通の冷却水を使用しながらも、熱電素子への熱量調節のためにある温度閾値まで冷却水を停止していた。発熱部では冷却水の温度検出部よりも温度が高くなることが予想され、さらに燃料電池に関してはセル内での温度分布にむらができるなど、燃料電池、補機類にダメージを与えてしまう問題点があった。また、特許文献２のハイブリッド車両における廃熱利用では蓄電手段のＳＯＣが十分に高い場合には、廃熱利用を禁止しており、熱エネルギを十分有効に利用しているとはいえなかった。
【００４０】
これに対して、本発明の実施の形態では、熱電素子３へ燃料電池本体１や蓄電部１８から電力を供給して熱電素子をヒータ（発熱手段）として用いることで、燃料電池本体１の温度を発電効率の良い領域まで制御し、燃料電池システムの運転効率を向上させることができる。
【００４１】
ゼーベック効果を利用した熱電素子３の高熱源として燃料電池本体１を用い、低熱源として高圧水素タンク２を用いる。高負荷領域では、燃料電池本体１の発熱量が増加し、高圧水素タンク２では水素供給量の増加にともなうタンク内圧低下によりタンク温度は低下する。熱電素子３を用いて燃料電池本体１と高圧水素タンク２との温度差を電気エネルギに変換して利用することで燃料電池システムのエネルギ効率を向上させることができる。
【００４２】
熱電素子３に電流を流した場合、熱電素子３はペルチェ効果を利用したペルチェ素子として機能し、ヒートポンプの役割を果たす。そのため、燃料電池本体（スタック）１の温度が低い場合は、スタック側のモジュール面が高温となるように電流を流し、スタックを暖めることで発電出力を取り出しやすくすることができる。
【００４３】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、１つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４４】
例えば、実施の形態では、熱エネルギを電気エネルギへ又はその逆へ変換する手段として、半導体素子からなる熱電素子３を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されることなく、熱電素子３の代わりに複数の半導体チップを備えた熱電発電モジュール或いは熱電変換装置などを用いても構わない。
【００４５】
また実施の形態では、熱電素子３をペルチェ効果の利用により加熱器として用いた例を取り上げたが、燃料電池本体１の温度が高い場合は、冷却器として用いるとしても構わない。
【００４６】
さらに、冷却水経路４と第１のバイパス経路５との流量割合を調整する第１の流量調整部として第１の三方弁７を例に取り説明したが、本発明はこれに限定されることなく、第１の三方弁７の代わりに、開度可変式バルブを冷却水経路４又は第１のバイパス経路５に配置しても構わない。第２の三方弁８についても同様である。
【００４７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係わる燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】図１の燃料電池システムにおいて、燃料電池本体の温度に基づいて熱電素子を発電手段として用いるか、発熱手段として用いるかを切り替える制御系を示すブロック図である。
【図３】図２の制御系に対して駆動モータ及び補機類を加えた場合の制御系を示すブロック図である。
【図４】図１乃至図３に示した燃料電池システムの制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１…燃料電池本体
２…高圧水素タンク
３…熱電素子
４…冷却水経路
５…第１のバイパス経路
６…第２のバイパス経路
７…第１の三方弁（第１の流量調整部）
８…第２の三方弁（第２の流量調整部）
９…燃料ガス供給路
１０…コンプレッサー
１１…ラジエーター
１２…制御部
１３…第１の循環ポンプ
１４…第２の循環ポンプ
１５…減圧弁
１６…温度検出部
１７…充放電切替部
１８…蓄電部
１９…ＳＯＣ検出部
２０…プラス極
２１…マイナス極
２３…駆動モータ
２４…補機類
ＣＴＬ…制御信号
【図１】
2006024418.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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