(57)【要約】【課題】第１水素吸蔵合金から放出された水素を第２水素吸蔵合金に吸蔵させること。【解決手段】燃料電池システム２０は、燃料電池２１と、圧縮機５７と、第１水素吸蔵合金３３が収容されたメインタンク３１と、第２水素吸蔵合金３４が収容されたサブタンク３２と、を備える。サブタンク３２は、通路５３を備える。圧縮機５７の吸気口５７ａとサブタンク３２の通路５３とは、第２空気流路６３で接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と空気中の酸素との化学反応によって発電を行う燃料電池と、
空気を吸入する吸気口と、圧縮した空気を吐出する吐出口とを有する圧縮機と、
第１温度範囲で水素を放出する第１水素吸蔵合金を収容した第１タンクと、
前記第１温度範囲よりも下限温度の低い第２温度範囲で水素を放出する第２水素吸蔵合金を収容した第２タンクと、
前記第１タンクから放出された水素を前記燃料電池及び前記第２タンクに供給するための第１水素流路と、
前記第２タンクから放出された水素を前記燃料電池に供給するための第２水素流路と、を備えた燃料電池システムであって、
前記第２タンクは、空気が流れる通路を備え、
前記燃料電池に供給するための空気を燃料電池システム外から導入するための導入口と前記通路とを接続する第１空気流路と、
前記吸気口と前記通路とを接続する第２空気流路と、
前記吐出口と前記燃料電池とを接続する第３空気流路と、を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１空気流路と前記第２空気流路とを前記通路を介さずに接続するバイパス空気流路と、
前記導入口から導入した空気を、前記通路、及び、前記バイパス空気流路のうちいずれかに流す切替バルブと、
第２タンクの内圧を検出する圧力センサと、を備え、
前記切替バルブは、前記第２タンクの内圧が予め定められた閾値未満の場合、前記通路に空気を流し、前記第２タンクの内圧が予め定められた閾値以上の場合、前記バイパス空気流路に空気を流す請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記圧縮機から吐出される空気と、流体とを熱交換させることで前記空気を冷却するインタークーラを備え、
前記第１タンクは、前記インタークーラにて前記空気と熱交換された流体が流れる流体通路を備える請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池を電力源として駆動する走行用モータを備えた燃料電池車両であって、
請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の燃料電池システムと、
車体の電源のオンとオフとを切り替えるキースイッチと、
第２タンクの内圧を検出する圧力センサと、を備え、
前記第２タンクの内圧が予め定められた閾値未満の場合、前記キースイッチにより前記車体の電源がオフされた後も継続して第２水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる燃料電池車両。
【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、及び、燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池と、第１水素吸蔵合金を収容した第１タンクと、第２水素吸蔵合金を収容した第２タンクと、圧縮機とを備える燃料電池システムとしては、例えば、特許文献１に記載されている。第１水素吸蔵合金は、第１温度範囲で水素を放出する。第２水素吸蔵合金は、第１温度範囲よりも下限温度の低い第２温度範囲で水素を放出する。これにより、燃料電池に水素を供給することができる温度範囲が広くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１２０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、環境温度が第１温度範囲の下限温度よりも低い状態では、第２水素吸蔵合金のみから水素が放出される。燃料電池システムでは、燃料電池の発電に伴う発熱などを利用して、第１水素吸蔵合金を加熱する。しかしながら、第１水素吸蔵合金の温度が第１温度範囲の下限温度に達する前に燃料電池の発電を停止させた場合、第１水素吸蔵合金からは水素が放出されない。したがって、燃料電池の使用態様によっては、第１水素吸蔵合金に水素が貯蔵されているにも関わらず、第２水素吸蔵合金の水素が尽きる場合がある。すると、環境温度が第１温度範囲の下限温度よりも低い場合には、燃料電池に水素を供給することができない。
【０００５】
本発明の目的は、第１水素吸蔵合金から放出された水素を第２水素吸蔵合金に吸蔵させることができる燃料電池システム、及び、燃料電池車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する燃料電池システムは、水素と空気中の酸素との化学反応によって発電を行う燃料電池と、空気を吸入する吸気口と、圧縮した空気を吐出する吐出口とを有する圧縮機と、第１温度範囲で水素を放出する第１水素吸蔵合金を収容した第１タンクと、前記第１温度範囲よりも下限温度の低い第２温度範囲で水素を放出する第２水素吸蔵合金を収容した第２タンクと、前記第１タンクから放出された水素を前記燃料電池及び前記第２タンクに供給するための第１水素流路と、前記第２タンクから放出された水素を前記燃料電池に供給するための第２水素流路と、を備えた燃料電池システムであって、前記第２タンクは、空気が流れる通路を備え、前記燃料電池に供給するための空気を燃料電池システム外から導入するための導入口と前記通路とを接続する第１空気流路と、前記吸気口と前記通路とを接続する第２空気流路と、前記吐出口と前記燃料電池とを接続する第３空気流路と、を備える。
【０００７】
第１水素吸蔵合金から放出された水素を第２水素吸蔵合金に吸蔵させるためには、第１水素吸蔵合金と第２水素吸蔵合金に所定温度以上の温度差が生じている必要がある。水素吸蔵合金は、水素を放出することで吸熱し、水素を吸蔵することで発熱する。このため、第１水素吸蔵合金から水素が放出されると、第１水素吸蔵合金の温度は低下しようとする。一方で、第１水素吸蔵合金から放出された水素を吸蔵すると、第２水素吸蔵合金の温度は上昇しようとする。第１水素吸蔵合金から放出された水素を第２水素吸蔵合金に吸蔵させる場合には、両者の温度差が小さくなりやすく、温度差を維持しにくい。
【０００８】
これに対して、圧縮機の吸気口と第２タンクの通路とを第２空気流路で接続することで、通路には空気が流れる。第２水素吸蔵合金は、通路を流れる空気と熱交換を行う。このため、水素の吸蔵により第２水素吸蔵合金の温度が上昇しようとしても、空気との熱交換によって第２水素吸蔵合金を冷却することができる。第１水素吸蔵合金から放出された水素を第２水素吸蔵合金に吸蔵させているときに、両者の温度差を維持することができる。このため、第１水素吸蔵合金から放出された水素を第２水素吸蔵合金に吸蔵させることができる。
【０００９】
上記燃料電池システムについて、前記第１空気流路と前記第２空気流路とを前記通路を介さずに接続するバイパス空気流路と、前記導入口から導入した空気を、前記通路、及び、前記バイパス空気流路のうちいずれかに流す切替バルブと、第２タンクの内圧を検出する圧力センサと、を備え、前記切替バルブは、前記第２タンクの内圧が予め定められた閾値未満の場合、前記通路に空気を流し、前記第２タンクの内圧が予め定められた閾値以上の場合、前記バイパス空気流路に空気を流してもよい。
【００１０】
これによれば、第２水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる必要がない場合には、バイパス空気流路を介して圧縮機に空気を供給することができる。
上記燃料電池システムについて、前記圧縮機から吐出される空気と、流体とを熱交換させることで前記空気を冷却するインタークーラを備え、前記第１タンクは、前記インタークーラにて前記空気と熱交換された流体が流れる流体通路を備えてもよい。
【００１１】
圧縮機で圧縮されることで、空気の温度は上昇する。この空気と熱交換を行うことで、流体の温度は上昇する。流体通路に流体が流れることで、第１水素吸蔵合金と、流体とは熱交換を行う。第１水素吸蔵合金を加熱し、第２水素吸蔵合金を冷却することで、第１水素吸蔵合金から放出された水素を第２水素吸蔵合金に吸蔵させているときに、両者の温度差を更に維持しやすくなる。
【００１２】
上記課題を解決する燃料電池車両は、燃料電池を電力源として駆動する走行用モータを備えた燃料電池車両であって、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の燃料電池システムと、車体の電源のオンとオフとを切り替えるキースイッチと、第２タンクの内圧を検出する圧力センサと、を備え、前記第２タンクの内圧が予め定められた閾値未満の場合、前記キースイッチにより前記車体の電源がオフされた後も継続して第２水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる。
【００１３】
これによれば、車体の電源を再度オンしたときに、第２水素吸蔵合金の水素が尽きていることを原因として、燃料電池に水素を供給できなくなることが抑制される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１水素吸蔵合金から放出された水素を第２水素吸蔵合金に吸蔵させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】フォークリフトに搭載された燃料電池システムを示す概略構成図。
【図２】サブタンクを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、燃料電池システムの一実施形態について説明する。
図１に示すように、燃料電池車両としてのフォークリフト１０は、車輪を動作させる走行用モータ１１を備える。フォークリフト１０は、荷役装置を動作させる荷役用モータ１２を備える。フォークリフト１０は、燃料電池システム（以下、システムという）２０を備える。システム２０は、走行用モータ１１及び走行用モータ１１の電力源となる燃料電池２１を備える。システム２０は、燃料電池２１に発電を行わせることで、各モータ１１，１２への給電を可能にする。本実施形態の燃料電池２１の動作温度は、０℃〜８０℃である。この動作温度は、燃料電池２１が動作（発電）する温度範囲の定格値であり、この温度範囲内で燃料電池２１は良好な発電を行うことが可能である。
【００１７】
フォークリフト１０は、キースイッチ１３を備える。キースイッチ１３は、車体の電源をオフする停止位置と、車体の電源をオンする始動位置との間で操作可能に構成されている。車体の電源がオンとは、燃料電池２１の電力が各モータ１１，１２に給電されることで走行動作及び荷役動作が可能な状態である。車体の電源がオフとは、燃料電池２１の電力が各モータ１１，１２に給電されず、走行動作及び荷役動作が行えない状態である。
【００１８】
燃料電池２１は、水素と空気中の酸素との化学反応によって発電を行う。システム２０は、燃料電池２１に水素を供給する水素供給経路を備える。システム２０は、燃料電池２１に空気を供給する空気供給経路を備える。システム２０は、燃料電池２１の加熱及び冷却（以下、温調という）を行う温調媒体が循環する温調経路を備える。システム２０は、燃料電池２１への水素及び空気の供給などを制御する制御装置２２を備える。システム２０としての上限圧力は、１ＭＰａ未満に設定され、本実施形態では、０．９ＭＰａが上限圧力として設定されている。
【００１９】
まず、燃料電池２１に水素を供給する水素供給経路について説明する。図１では、複数の流路のうち水素が流れる水素流路を二点鎖線で示している。
システム２０は、第１タンクとしてのメインタンク３１を備える。システム２０は、第２タンクとしてのサブタンク３２を備える。メインタンク３１は、サブタンク３２に比べて容量が多い。
【００２０】
メインタンク３１には、第１温度範囲である３０℃〜８０℃で水素を放出する第１水素吸蔵合金３３が収容されている。第１温度範囲は、第１水素吸蔵合金３３が水素の放出を行う温度範囲の定格値である。第１水素吸蔵合金３３は、第１温度範囲内で良好な水素の放出を行う。第１水素吸蔵合金３３としては、例えば、Ｔｉ−Ｆｅ系合金、Ｌａ系合金、Ｍｍ系合金などが用いられる。
【００２１】
サブタンク３２には、第２温度範囲である０℃〜５０℃で水素を放出する第２水素吸蔵合金３４が収容されている。第２温度範囲の下限温度は、第１温度範囲の下限温度よりも低い。第２温度範囲は、第２水素吸蔵合金３４が水素を放出する温度範囲の定格値である。第２水素吸蔵合金３４は、第２温度範囲内で良好な水素の放出を行う。第２水素吸蔵合金３４としては、例えば、Ｔｉ−Ｍｎ系合金、Ｔｉ−Ｃｒ系合金などが用いられる。
【００２２】
第１温度範囲と、第２温度範囲とは、ともに５０℃の温度幅を有している。この温度幅は、システム２０の上限圧力から定まる。第１水素吸蔵合金３３、及び、第２水素吸蔵合金３４は、その組成を変更することで、第１温度範囲、及び、第２温度範囲の温度域（上限温度及び下限温度）を変更することができる。本実施形態では、第２温度範囲の下限温度を、燃料電池２１の動作温度の下限温度と同一としている。第１温度範囲の上限温度を、燃料電池２１の動作温度の上限温度と同一としている。第１温度範囲の下限温度は、第２温度範囲の上限温度よりも低くしている。これにより、第１水素吸蔵合金３３と第２水素吸蔵合金３４では、水素を放出する温度範囲の一部が被っている。環境温度が燃料電池２１の動作温度内である場合には、第１水素吸蔵合金３３及び第２水素吸蔵合金３４のうち少なくとも一方から水素が放出される。
【００２３】
システム２０は、メインタンク３１の内圧を検出する第１圧力センサＰ１を備える。システム２０は、メインタンク３１の温度を検出する第１温度センサＴ１を備える。システム２０は、サブタンク３２の内圧を検出する圧力センサとしての第２圧力センサＰ２を備える。システム２０は、サブタンク３２の温度を検出する第２温度センサＴ２を備える。各温度センサＴ１，Ｔ２は、各タンク３１，３２の温度を直接検出してもよいし、各タンク３１，３２の周囲の温度を検出することで各タンク３１，３２の温度を間接的に検出してもよい。各圧力センサＰ１，Ｐ２は、検出結果を制御装置２２に出力する。各温度センサＴ１，Ｔ２は、検出結果を制御装置２２に出力する。
【００２４】
システム２０は、メインタンク３１から放出された水素をサブタンク３２及び燃料電池２１に供給する第１水素流路３６を備える。第１水素流路３６は、メインタンク３１に接続された供給流路３６ａと、供給流路３６ａとサブタンク３２とを接続している第１分岐流路３６ｂとを備える。供給流路３６ａと第１分岐流路３６ｂとは、接続部４１で接続されている。第１水素流路３６は、接続部４１と燃料電池２１とを接続する第２分岐流路３７を備える。
【００２５】
システム２０は、メインタンク３１と第２分岐流路３７とを接続する接続流路３５を備える。接続流路３５と供給流路３６ａとは、接続部３８で接続されている。
接続流路３５には、第１逆止弁３９が設けられている。第１逆止弁３９は、メインタンク３１からの水素の流出を規制する。第１逆止弁３９は、第１設定圧力で開弁することで、接続流路３５からメインタンク３１への水素の流入を許容する。第１設定圧力は、例えば、サブタンク３２の上限圧力に基づいて設定されている。サブタンク３２の上限圧力、すなわち、第２水素吸蔵合金３４の温度が第２温度範囲の上限温度（本実施形態でいえば、５０℃）のときのサブタンク３２の内圧は、０．９ＭＰａであり、本実施形態において、第１設定圧力は、サブタンク３２の上限圧力と同一である０．９ＭＰａに設定されている。第１設定圧力は、サブタンク３２の上限圧力以下で、サブタンク３２の上限圧力に基づいてサブタンク３２の特性や第１逆止弁３９の特性を考慮して設定される。
【００２６】
第２分岐流路３７において、接続部３８と燃料電池２１との間には、燃料電池２１に供給される水素の圧力を調節する調圧弁４０が設けられている。調圧弁４０は、燃料電池２１が適切に発電を行える圧力に水素の圧力を調節する。調圧弁４０は、下限圧力が０．１ＭＰａに設定されており、第２分岐流路３７の内圧が０．１ＭＰａ以上で調圧を行い、燃料電池２１に供給する。調圧弁４０は、制御装置２２によって開閉制御される。
【００２７】
供給流路３６ａには、第２逆止弁４２が設けられている。第２逆止弁４２は、サブタンク３２からメインタンク３１への水素の流入を規制する。第２逆止弁４２は、第２設定圧力で開弁することで、メインタンク３１からの水素の流出を許容する。第２設定圧力は、調圧弁４０の下限圧力に基づいて設定されている。本実施形態において、第２設定圧力は、調圧弁４０の下限圧力と同一である０．１ＭＰａに設定されている。
【００２８】
次に、燃料電池２１に空気を供給する空気供給経路について説明する。図１では、複数の流路のうち空気が流れる空気流路を実線で示している。
フォークリフト１０は、車外に開口する導入口１４を備える。導入口１４は、システム２０外から、燃料電池２１に供給される空気（外気）を導入する。システム２０は、導入口１４から導入した空気に含まれる不純物を除去するエアクリーナ５１を備える。
【００２９】
システム２０は、切替バルブ５２を備える。切替バルブ５２は、１つの流入口５２ａと、２つの流出口５２ｂ，５２ｃとを備える。切替バルブ５２は、流入口５２ａの接続先を、第１流出口５２ｂ又は第２流出口５２ｃに切り替えることができる。切替バルブ５２は、制御装置２２によって制御されることで、流入口５２ａの接続先が切り替わる。
【００３０】
図２に示すように、サブタンク３２は、空気供給経路の一部として機能する通路５３を備える。サブタンク３２は、所謂トーラス体形状である。サブタンク３２は、筒状の外壁５４と、外壁５４の内側に設けられた筒状の内壁５５とを備える。外壁５４と内壁５５との間には、第２水素吸蔵合金３４が収容される収容部５６が区画されている。内壁５５の内側は、空気が通る通路５３となる。この通路５３を空気が通ることで、内壁５５を介して空気と第２水素吸蔵合金３４とが熱交換を行う。内壁５５は、波打った形状となっており、凹凸を備える。これにより、内壁５５の表面積が増加し、熱交換効率が向上している。なお、メインタンク３１も、サブタンク３２と同様に、外壁５４と内壁５５とを備え、内壁５５の内側に流体通路３１ａを備える。メインタンク３１とサブタンク３２とは、外壁５４や内壁５５の大きさや、形状が異なっていてもよい。
【００３１】
図１に示すように、システム２０は、空気を圧縮する圧縮機（エアコンプレッサ）５７を備える。圧縮機５７は、吸気口５７ａと吐出口５７ｂとを備える。圧縮機５７は、吸気口５７ａから吸入した空気を圧縮して吐出口５７ｂから吐出する。システム２０は、インタークーラ５８を備える。インタークーラ５８は、空気の流れる部分と、温調媒体の通る部分とを個別に備える。インタークーラ５８は、圧縮機５７から吐出された空気と、温調媒体とを熱交換させることで空気を冷却する。
【００３２】
システム２０は、導入口１４と通路５３とを接続する第１空気流路５９を備える。第１空気流路５９は、導入口１４とエアクリーナ５１とを接続する第１流路６０と、エアクリーナ５１と流入口５２ａとを接続する第２流路６１と、第１流出口５２ｂと通路５３とを接続する第３流路６２とを含む。空気の流れる方向に直交する方向の断面積を流路面積とすると、第３流路６２の流路面積は、通路５３の流路面積に比べて大きい。
【００３３】
システム２０は、通路５３と圧縮機５７の吸気口５７ａとを接続する第２空気流路６３を備える。システム２０は、圧縮機５７の吐出口５７ｂと燃料電池２１とを接続する第３空気流路６４とを備える。第３空気流路６４は、圧縮機５７の吐出口５７ｂとインタークーラ５８とを接続する第４流路６５と、インタークーラ５８と燃料電池２１とを接続する第５流路６６とを含む。第４流路６５及び第５流路６６は、インタークーラ５８の空気が流れる部分に接続されている。燃料電池２１は、第３空気流路６４を介して空気を取り込む。
【００３４】
システム２０は、切替バルブ５２の第２流出口５２ｃと第２空気流路６３とを接続するバイパス空気流路６７を備える。バイパス空気流路６７は、通路５３を介することなく第１空気流路５９と第２空気流路６３とを接続している。バイパス空気流路６７の流路面積は、通路５３の流路面積に比べて大きい。
【００３５】
システム２０は、燃料電池２１の発電によって生じたオフガスを車外に排出する排出流路６８を備える。排出流路６８には、オフガスの圧力を調節する調圧弁６９が設けられている。オフガスは、水とガスとを含んでいる。
【００３６】
次に、燃料電池２１を温調する流体としての温調媒体が循環する温調経路について説明する。図１では、複数の流路のうち温調媒体が流れる温調流路を一点鎖線で示している。温調経路は、温調媒体を循環させることで、燃料電池２１を温調するとともに、インタークーラ５８にて空気を冷却する経路である。また、温調経路は、第１水素吸蔵合金３３を加熱する経路である。温調媒体としては、例えば、不凍液などの冷却水が用いられる。
【００３７】
システム２０は、ファン（図示せず）によって温調媒体を冷却するラジエータ７１を備える。システム２０は、ポンプ７２を備える。
システム２０は、ポンプ７２とインタークーラ５８とを接続する第１温調流路７３を備える。システム２０は、インタークーラ５８と燃料電池２１とを接続する第２温調流路７４を備える。第１温調流路７３と第２温調流路７４は、インタークーラ５８の温調媒体が流れる部分に接続されている。
【００３８】
システム２０は、燃料電池２１と流体通路３１ａとを接続する第３温調流路７５を備える。燃料電池２１は、第２温調流路７４から供給された温調媒体と熱交換を行い、熱交換後の温調媒体は第３温調流路７５に流れる。
【００３９】
システム２０は、流体通路３１ａとラジエータ７１とを接続する第４温調流路７６を備える。システム２０は、ラジエータ７１とポンプ７２を接続する第５温調流路７７を備える。
【００４０】
次に、本実施形態のシステム２０の作用、及び、制御装置２２が行う制御について説明する。制御装置２２は、キースイッチ１３の操作により車体の電源がオンされると、燃料電池２１に発電を行わせる。
【００４１】
以下、環境温度が第１温度範囲の下限温度未満であり、第２温度範囲の下限以上の環境（以下、低温環境という）で燃料電池２１に発電を行わせる場合について説明する。
制御装置２２は、調圧弁４０を開弁状態にすることで、燃料電池２１に水素が供給されるようにする。低温環境では、サブタンク３２のみから水素が放出される。サブタンク３２から放出された水素は、第１分岐流路３６ｂ→第２分岐流路３７の順に流れ、調圧弁４０によって圧力が調節された状態で燃料電池２１に供給される。したがって、第１分岐流路３６ｂ及び第２分岐流路３７が第２水素流路として機能する。なお、サブタンク３２から放出される水素により、接続流路３５の内圧が０．９ＭＰａを上回ろうとすると、第１逆止弁３９が開弁する。第１逆止弁３９が開弁することで、水素の一部は、メインタンク３１に供給される。水素は第１水素吸蔵合金３３に吸蔵される。これにより、接続流路３５の内圧が低下すると、第１逆止弁３９は閉弁する。
【００４２】
ここで、水素吸蔵合金は、水素を放出することで吸熱する。水素吸蔵合金は、水素を吸蔵することで発熱する。このため、水素吸蔵合金は、水素の放出により温度が低下し、水素の吸蔵により温度が上昇する。
【００４３】
制御装置２２は、圧縮機５７を駆動することで燃料電池２１に空気が供給されるようにする。この際、制御装置２２は、流入口５２ａと第１流出口５２ｂとが接続されるように切替バルブ５２を制御している。圧縮機５７は、吸気口５７ａから空気を吸入する。空気は、導入口１４→第１流路６０→エアクリーナ５１→第２流路６１→切替バルブ５２→第３流路６２→通路５３の順に流れ、圧縮機５７に供給される。通路５３に空気が流れることで空気と第２水素吸蔵合金３４とは熱交換される。水素の放出により第２水素吸蔵合金３４の温度は低下しようとするが、空気との熱交換により第２水素吸蔵合金３４の温度は環境温度を下回りにくい。このため、水素の放出による温度の低下により第２水素吸蔵合金３４から水素が放出されなくなることが抑制されている。
【００４４】
通路５３の流路面積は、第３流路６２の流路面積よりも小さいため、通路５３を流れた空気には圧力損失が生じる。すなわち、通路５３がオリフィスとして機能する。圧縮機５７は、吸気した空気の圧力に関わらず、空気の圧力が目標圧力となるように空気を圧縮しようとする。目標圧力は、燃料電池２１に求められている発電量に応じて変化する。具体的にいえば、制御装置２２は、燃料電池２１に求められている発電量（負荷）に応じて目標圧力を導出する。制御装置２２は、空気の圧力と目標圧力との差から、圧縮機５７の駆動源（モータ）に要するトルクを導出する。制御装置２２は、導出されたトルクで圧縮機５７の駆動源を駆動する。
【００４５】
通路５３で圧力損失を生じさせることで、圧力損失を生じさせていない空気を目標圧力まで圧縮する場合に比べると、圧縮比が大きくなる。空気の温度は、圧縮比が高いほど上昇する。通路５３で圧力損失を生じさせることで、圧縮機５７から吐出される空気の温度は高くなる。
【００４６】
圧縮された空気は、インタークーラ５８に流れる。空気は、インタークーラ５８で温調媒体と熱交換を行うことで冷却された後、燃料電池２１に供給される。
制御装置２２は、ポンプ７２を駆動する。これにより、温調媒体が各温調流路を循環する。温調媒体は、インタークーラ５８で空気と熱交換を行うことで加熱される。インタークーラ５８で加熱された温調媒体は、燃料電池２１と熱交換を行う。燃料電池２１は、温調媒体との熱交換によって加熱される。なお、燃料電池２１の温度が上昇し、温調媒体の温度を上回った場合、燃料電池２１は温調媒体との熱交換によって冷却される。
【００４７】
燃料電池２１と熱交換を行った後の温調媒体は、メインタンク３１の流体通路３１ａに供給される。温調媒体と第１水素吸蔵合金３３とが熱交換されることで、第１水素吸蔵合金３３の温度は上昇する。これにより、環境温度が低い場合であっても、メインタンク３１を加熱することで、メインタンク３１の温度を第１温度範囲内にすることができる。第１水素吸蔵合金３３と熱交換を行った後の温調媒体は、ラジエータ７１で冷却される。
【００４８】
次に、温調媒体による加熱によって第１水素吸蔵合金３３の温度が第１温度範囲に達した場合について説明する。なお、第１水素吸蔵合金３３の温度が第１温度範囲に達した場合であっても、調圧弁４０は開弁されており、圧縮機５７及びポンプ７２は駆動されている。
【００４９】
第１水素吸蔵合金３３の温度が第１温度範囲に達すると、制御装置２２は、サブタンク３２の内圧が予め定められた閾値以上か否かを判定する。閾値は、第２水素吸蔵合金３４の水素貯蔵量に基づいて定められた値である。閾値としては、少なくとも、第２水素吸蔵合金３４の水素貯蔵量が起動時必要水素貯蔵量のときのサブタンク３２の内圧以上の値に設定される。起動時必要水素貯蔵量とは、低温環境下で燃料電池２１に発電を開始させたときに、第１水素吸蔵合金３３の温度を第１温度範囲まで上昇させることができる程度に燃料電池２１に発電を行わせることができる量である。
【００５０】
制御装置２２は、サブタンク３２の内圧が閾値未満の場合には、流入口５２ａと第１流出口５２ｂとが接続されるように切替バルブ５２を制御する。換言すれば、第２水素吸蔵合金３４に貯蔵されている水素による燃料電池２１の発電によって、第１水素吸蔵合金３３の温度を第１温度範囲まで上昇させることができない場合には、流入口５２ａと第１流出口５２ｂとが接続される。
【００５１】
第１水素吸蔵合金３３は、水素を放出する。第１水素吸蔵合金３３から放出された水素は、供給流路３６ａ→第２分岐流路３７の順に流れ、調圧弁４０によって圧力が調節された状態で燃料電池２１に供給される。ここで、第１水素吸蔵合金３３から放出された水素を供給流路３６ａ→第１分岐流路３６ｂの順に流し、第２水素吸蔵合金３４に吸蔵させることができれば、第２水素吸蔵合金３４の水素が尽きることを抑制できる。
【００５２】
第１水素吸蔵合金３３から放出された水素を第２水素吸蔵合金３４に吸蔵させるには、第１水素吸蔵合金３３と第２水素吸蔵合金３４に所定温度以上の温度差を要する。所定温度は、プラトー温度（基準温度）の温度差＋規定温度である。プラトー温度は、各温度範囲の下限温度である。本実施形態では、第１水素吸蔵合金３３のプラトー温度は３０℃であり、第２水素吸蔵合金３４のプラトー温度は０℃である。プラトー温度の温度差は、３０℃となる。規定温度は、水素吸蔵合金の組成などから定まり、本実施形態では１０℃である。本実施形態では、第２水素吸蔵合金３４に水素を吸蔵させるために、第１水素吸蔵合金３３と第２水素吸蔵合金３４に４０℃（３０℃＋１０℃）の温度差を要する。
【００５３】
前述したように、第１水素吸蔵合金３３は、温調媒体によって加熱される。これにより、第１水素吸蔵合金３３と第２水素吸蔵合金３４との温度差（以下、温度差という）は大きくなっていく。温度差が４０℃以上になると、第２水素吸蔵合金３４は水素の吸蔵を開始する。しかしながら、第２水素吸蔵合金３４は水素を吸蔵することで発熱する一方で、第１水素吸蔵合金３３は水素を放出することで吸熱する。このため、第２水素吸蔵合金３４が水素の吸蔵を開始すると、温度差は小さくなりやすい。
【００５４】
本実施形態では、通路５３を通る空気と第２水素吸蔵合金３４とは熱交換を行う。このため、第２水素吸蔵合金３４の温度が上昇しようとしても、第２水素吸蔵合金３４の温度は環境温度を上回りにくく、温度差が小さくなることを抑制できる。
【００５５】
第２水素吸蔵合金３４が水素を吸蔵することで、サブタンク３２の内圧が閾値以上になると、制御装置２２は、流入口５２ａと第２流出口５２ｃとが接続されるように切替バルブ５２を制御する。空気は、導入口１４→第１流路６０→エアクリーナ５１→第２流路６１→切替バルブ５２→バイパス空気流路６７の順に流れて、圧縮機５７に供給される。バイパス空気流路６７は、通路５３よりも流路面積が大きい。このため、通路５３を通って空気が圧縮機５７に吸引される場合に比較して、圧力損失が少ない。
【００５６】
本実施形態のフォークリフト１０では、キースイッチ１３により車体の電源がオフされると、走行用モータ１１及び荷役用モータ１２への給電は停止される。一方で、制御装置２２への給電は維持される。制御装置２２は、サブタンク３２の内圧が閾値未満の場合には、第２水素吸蔵合金３４の水素の吸蔵が継続されるように制御を行う。制御装置２２は、ポンプ７２、及び、圧縮機５７の駆動を維持する。また、制御装置２２は、調圧弁４０を開弁した状態に維持する。これにより、温度差が維持されるように制御を行いつつ、第２水素吸蔵合金３４に水素が吸蔵されていく。制御装置２２は、サブタンク３２の内圧が閾値以上になると、ポンプ７２、及び、圧縮機５７を停止するとともに、調圧弁４０を閉弁することで燃料電池２１への水素と空気との供給を停止する。
【００５７】
したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）圧縮機５７の吸気口５７ａとサブタンク３２の通路５３とを第２空気流路６３で接続している。圧縮機５７が駆動すると、通路５３に空気が流れる。第２水素吸蔵合金３４が水素を吸蔵しているときには、空気との熱交換により第２水素吸蔵合金３４の温度が環境温度を上回ることを抑制することができる。水素の吸蔵による第２水素吸蔵合金３４の温度上昇を原因として、第１水素吸蔵合金３３と第２水素吸蔵合金３４との温度差が大きくなることが抑制される。システム２０の駆動中に第２水素吸蔵合金３４に水素を吸蔵させることができる。このため、第１水素吸蔵合金３３に水素が貯蔵されているにも関わらず、第２水素吸蔵合金３４の水素が尽きることが抑制される。したがって、低温環境下でシステム２０が起動できなくなることを抑制することができる。
【００５８】
（２）切替バルブ５２を制御することで、通路５３又はバイパス空気流路６７を介して圧縮機５７に空気を供給することができる。このため、空気と第２水素吸蔵合金３４に熱交換を行わせたい場合にのみ通路５３に空気を流すことができる。
【００５９】
（３）通路５３の流路面積を第３流路６２よりも小さくすることで、圧力損失を生じさせている。通路５３の流路面積を第３流路６２と同一にする場合に比べて、圧縮機５７で圧縮された空気の温度が高くなる。これにより、温調媒体の温度も通路５３の流路面積を第３流路６２と同一にする場合に比べて高くなる。温調媒体の温度が高くなると、低温環境での始動時に、燃料電池２１及びメインタンク３１の温度を上昇させやすい。このため、低温環境での始動時に、第１水素吸蔵合金３３から水素を放出することができるようになるまでの時間の短縮化が図られる。また、燃料電池２１は、温度が著しく低い場合には、放電に支障を来たすおそれがある。低温環境での始動時に、燃料電池２１の温度が放電に支障を来たさなくなる温度まで上昇するまでの時間が短縮化される。
【００６０】
なお、通路５３で圧力損失を生じさせることで、圧縮機５７の負荷は大きくなる。しかしながら、空気が通路５３を通るのは、環境温度が低い場合である。このため、圧縮機５７の駆動源が過熱状態になることは抑止されている。
【００６１】
（４）バイパス空気流路６７の流路面積は、通路５３の流路面積に比べて大きい。このため、第２水素吸蔵合金３４と空気との熱交換を行わせない場合には、空気の圧力損失を低減させることができる。これにより、第２水素吸蔵合金３４に吸蔵を行わせる必要がない場合には、圧縮機５７の負荷を軽減することができる。
【００６２】
（５）第１水素吸蔵合金３３は、温調媒体との熱交換により加熱されている。水素が放出されることで第１水素吸蔵合金３３の温度が低下しようとしても、温調媒体との熱交換により第１水素吸蔵合金３３の温度が低下しにくい。このため、温度差を維持しやすい。
【００６３】
（６）キースイッチ１３により、車体の電源がオフされた後でも、第２水素吸蔵合金３４への水素の吸蔵を継続している。このため、車体の電源を再度オンしたときに、第２水素吸蔵合金３４の水素が尽きていることを原因として、燃料電池２１に水素を供給できなくなることが抑制される。
【００６４】
（７）第２水素吸蔵合金３４に水素を吸蔵させる際に、送風機などを用いて第２水素吸蔵合金３４を冷却する場合、送風機などを駆動するための電力を要する。これに対して、圧縮機５７は、燃料電池２１に空気を供給するために駆動され、第２水素吸蔵合金３４を冷却するか否かに関わらず駆動される。この圧縮機５７を利用して第２水素吸蔵合金３４を冷却することで、電力の消費を増やすことなく第２水素吸蔵合金３４を冷却することができる。
【００６５】
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○フォークリフト１０は、キースイッチ１３がオフされた場合に、第２水素吸蔵合金３４への水素の吸蔵を停止してもよい。
【００６６】
○第１水素吸蔵合金３３は、ヒータなど、温調媒体との熱交換以外の態様で加熱されてもよい。
○システム２０は、バイパス空気流路６７、及び、切替バルブ５２を備えていなくてもよい。この場合、エアクリーナ５１と通路５３とが切替バルブ５２を介することなく接続される。導入口１４から導入された空気は、常に通路５３を通って圧縮機５７に供給される。これによれば、切替バルブ５２及びバイパス空気流路６７を設けなくてもよく、部品点数の削減が図られる。
【００６７】
○実施形態において、通路５３の流路面積を第３流路６２の流路面積と同一にしてもよい。
○システム２０は、燃料電池車両などの移動体に搭載されていなくてもよく、定置電源として用いられてもよい。
【００６８】
○燃料電池車両は、フォークリフト１０以外の乗用車でもよい。この場合、車体の電源がオンとは、燃料電池２１の電力が走行用モータ１１に給電されることで走行動作が可能な状態である。車体の電源がオフとは、燃料電池２１の電力が走行用モータ１１に給電されず、走行動作が可能な状態である。また、燃料電池車両は、フォークリフト１０以外の産業車両（例えば、トラクターなど）であってもよい。
【００６９】
○システム２０は、第１水素吸蔵合金３３を加熱する構成を備えていなくてもよい。
○サブタンク３２から放出された水素を燃料電池２１に供給するための第２水素流路は、第１水素流路３６を兼用してもよいし、第１水素流路３６とは別に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
Ｐ２…第２圧力センサ（圧力センサ）、１０…フォークリフト（燃料電池車両）、１１…走行用モータ、１３…キースイッチ、１４…導入口、２０…燃料電池システム、２１…燃料電池、３１…メインタンク、３１ａ…流体通路、３２…サブタンク、３３…第１水素吸蔵合金、３４…第２水素吸蔵合金、３６…第１水素流路、５２…切替バルブ、５３…通路、５７…圧縮機、５７ａ…吸気口、５７ｂ…吐出口、５８…インタークーラ、５９…第１空気流路、６３…第２空気流路、６４…第３空気流路、６７…バイパス空気流路。
【図１】
2018014219.tif 000003
【図２】
2018014219.tif 000004