(57)【要約】【課題】極めて効率よく水素を発生させることができ、総合的なエネルギ効率を改善する。【解決手段】燃料電池システムは、水素を取り出す際に発熱する少なくとも１つの第１の水素貯蔵システム１０ａと、水素を取り出す際に吸熱する少なくとも１つの第２の水素貯蔵システム１０ｂと、水素と空気とを用いて発電する燃料電池スタック１１とを備え、第１の水素貯蔵システム１０ａ又は第２の水素貯蔵システム１０ｂを適宜選択的に切り替えて用いる。これにより、燃料電池システムにおいては、水素発生時に加熱を必要とせず、また無駄な熱を廃棄する必要もないので、極めて効率よく水素を発生させることができ、総合的なエネルギ効率を改善することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と空気とを用いて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに対して供給する水素を取り出す際に発熱する少なくとも１つの第１の水素貯蔵システムと、
前記燃料電池スタックに対して供給する水素を取り出す際に吸熱する少なくとも１つの第２の水素貯蔵システムとを備えること
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１の水素貯蔵システムは、金属水素化物を加水分解して水素を発生させるものであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第２の水素貯蔵システムは、水素吸蔵材を用いたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１の水素貯蔵システムと前記第２の水素貯蔵システムとを接続する接続機構を備え、
前記接続機構は、前記第１の水素貯蔵システムにて発生した熱を、前記第２の水素貯蔵システムに供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池スタックにて発生した熱について、前記第２の水素貯蔵システムとの間で熱交換を行うシステム用熱交換機構と、
起動時に、最初に前記第１の水素貯蔵システムを起動させる制御手段とを備え、
前記燃料電池スタックは、前記第１の水素貯蔵システムによって発生された水素を用いて発電を開始することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１の水素貯蔵システムからの排熱温度を測定するシステム用温度測定手段を備え、
前記制御手段は、前記システム用温度測定手段によって測定された排熱温度に基づいて、前記第２の水素貯蔵システムに供給する熱量を制御することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池スタックからの排熱温度を測定するスタック用温度測定手段を備え、
前記制御手段は、前記スタック用温度測定手段によって測定された排熱温度に基づいて、前記第２の水素貯蔵システムに供給する熱量を制御することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第１の水素貯蔵システム及び前記燃料電池スタックにて発生した熱について、暖房ユニットとの間で熱交換を行う暖房用熱交換機構と、
外気温度を測定する外気用温度測定手段とを備え、
前記制御手段は、前記外気用温度測定手段によって測定された外気温度に基づいて、前記第１の水素貯蔵システムからの排熱を前記暖房ユニットに供給する熱量を制御することを特徴とする請求項５〜請求項７の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御手段は、前記スタック用温度測定手段によって測定された排熱温度に基づいて、前記暖房ユニットに熱量を供給する熱源を前記燃料電池スタックに切り替え、前記暖房ユニットに供給する熱量を制御することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１の水素貯蔵システム及び前記第２の水素貯蔵システムに対する水素貯蔵時に、前記第２の水素貯蔵システムにて発生する熱を、前記第１の水素貯蔵システムに供給する機構を備えることを特徴とする請求項１に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、例えば燃料電池車両に搭載可能な燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば車両等の移動体の動力源のうち、環境保護の観点から望ましいものとして、高効率のポテンシャルが高い燃料電池が提案されている。この燃料電池は、水素極に水素を多量に含む燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、所定の電解質膜を介してこれら水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池は、例えば車両の動力源等としての実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
このような燃料電池を用いた燃料電池システムにおいては、燃料となる水素を供給する必要があるが、この方法として、高圧水素タンクや液体水素タンクから供給する場合や、天然ガス、アルコール、又はガソリン等の燃料を改質して水素を発生させて供給する場合等がある。また、これらに加えて、水素を供給する方法としては、例えば合金やカーボンナノチューブといった水素吸蔵材を用いた貯蔵システムを有するものや、例えば水素化硼素リチウム（ＬｉＢＨ４）や水素化硼素ナトリウム（ＮａＢＨ４）といった金属水素化物を加水分解又は熱分解して水素を発生させる貯蔵システムを有するものも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３７９０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した水素吸蔵材を用いた貯蔵システムにおいては、水素を発生させる際の反応が吸熱反応であり、熱を必要とするので、当該貯蔵システムの起動を行いにくいという問題があった。
【０００６】
また、この水素吸蔵材を用いた貯蔵システムにおいては、水素を発生させる際に熱を必要とするので、燃料電池スタックからの排熱を利用できないと、水素を発生させるために常に熱エネルギを投入しなければならないという問題もあった。
【０００７】
逆に、水素吸蔵材を用いた貯蔵システムを例えば移動体の動力源として用いた場合には、燃料電池スタックに供給する水素がなくなった際に、何らかのインフラストラクチャから水素供給をする必要があるが、水素を発生させるために必要な発熱を起こす必要があり、発熱のためのエネルギを損失してしまうという問題があった。
【０００８】
一方、上述した金属水素化物を加水分解又は熱分解して水素を発生させる貯蔵システムにおいては、水素を発生させる際の反応が発熱反応であるので、当該貯蔵システムの起動性については良好であるが、この発熱分だけ、エネルギの損失を招来するという問題があった。
【０００９】
また、この貯蔵システムにおいては、例えば酸化硼素ナトリウム（ＮａＢＯ２）といった先の反応の副生成物に水素を化合させる、すなわち、逆反応を行わせる際には、水素吸蔵材を用いた貯蔵システムとは逆に、吸熱反応となるので、このためのエネルギが必要となるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、総合的なエネルギ効率を改善することができ、且つ、良好な起動性を確保することができる燃料電池システムを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、水素を取り出す際に発熱する少なくとも１つの第１の水素貯蔵システムと、水素を取り出す際に吸熱する少なくとも１つの第２の水素貯蔵システムとを備えることで、上述の課題を解決する。
【００１２】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、発熱と吸熱という水素を取り出す際の熱の発生方向が反対である水素貯蔵システムを、それぞれ、少なくとも１つ備えることにより、これら第１の水素貯蔵システム又は第２の水素貯蔵システムを適宜選択的に切り替えて用いることができる。したがって、本発明に係る燃料電池システムにおいては、水素発生時に加熱を必要とせず、また無駄な熱を廃棄する必要もないので、極めて効率よく水素を発生させることができ、総合的なエネルギ効率を改善することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
この実施の形態は、例えば移動体としての燃料電池車両に搭載され、負荷として搭載された駆動モータや燃料電池スタックを発電させる補機類等に電力供給することにより、車両走行するための駆動トルクを発生させる燃料電池システムである。この燃料電池システムは、燃料ガスとしての水素を供給するために、複数の水素貯蔵システムを備える。具体的には、水素を取り出す際に発熱する少なくとも１つの水素貯蔵システム（以下、第１の水素貯蔵システムという。）と、水素を取り出す際に吸熱する少なくとも１つの水素貯蔵システム（以下、第２の水素貯蔵システムという。）とを備えるものである。これにより、燃料電池システムは、総合的なエネルギ効率を改善することができ、且つ、良好な起動性を確保することができるものである。
【００１５】
［燃料電池システムの構成］
まず、燃料電池システムの全体構成について説明する。
【００１６】
燃料電池システムは、図１に示すように、燃料となる水素を発生させて供給する水素供給部１０と、当該燃料電池システムの主電源であって酸素を含む酸化剤ガスと水素供給部１０から供給された水素を多量に含む燃料ガスとを用いて発電する燃料電池スタック１１と、二次電池等のバッテリ１２と、移動体を駆動させるための負荷としての駆動モータ１３と、各部の動作を制御して燃料電池スタック１１の発電反応を制御するコントロールユニット１４とを備える。
【００１７】
水素供給部１０は、詳細は後述するが、水素を取り出す際に発熱する第１の水素貯蔵システム１０ａと、水素を取り出す際に吸熱する第２の水素貯蔵システム１０ｂとを有する。水素供給部１０は、水素を発生させ、発生した水素を燃料ガスとして燃料電池スタック１１に供給する。
【００１８】
燃料電池スタック１１は、特に図示しないが、固体高分子電解質膜を挟んで、酸化剤ガスを供給する空気極と燃料ガスを供給する水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層することによって構成され、図示しない空気供給部から供給された酸素を含む酸化剤ガスと、水素供給部１０から供給された水素を多量に含む燃料ガスとを用いて発電する。すなわち、この燃料電池スタック１１による発電は、水素極にて水素が電子を放出してイオン化し、生成された水素イオン（Ｈ＋）が高分子電解質膜を通過して空気極に到達し、この水素イオンが空気極にて酸素と結合して水（Ｈ２Ｏ）を生成することによって行われる。
【００１９】
バッテリ１２は、充放電可能な二次電池として構成され、過渡応答時の出力の遅延を補償したり、制動時の回生エネルギを貯蔵したりするために設けられる。
【００２０】
駆動モータ１３は、移動体を駆動させるための負荷として設けられ、燃料電池スタック１１による発電電力に応じた所定の交流電力に基づいて駆動する。
【００２１】
コントロールユニット１４は、例えば図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部に、燃料電池システムを起動して負荷に対して電力供給を行う一連の処理手順を記述した燃料電池起動プログラムを格納し、当該燃料電池起動プログラムを図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって実行することにより、各部を制御する。
【００２２】
このような燃料電池システムにおいて、酸化剤ガスとしての空気は、例えばコンプレッサモータによって駆動されて外気を取り込むエアコンプレッサから圧送されることで、燃料電池スタック１１に供給される。このとき、コントロールユニット１４は、外部からの燃料電池スタック１１の発電要求に応じて、エアコンプレッサの駆動量を制御し、空気流量及び空気圧力を制御する。そして、空気は、燃料電池スタック１１の発電反応に使用され、余剰分が燃料電池スタック１１から排出される。
【００２３】
一方、燃料電池システムにおいて、燃料ガスは、水素供給部１０における第１の水素貯蔵システム１０ａ及び第２の水素貯蔵システム１０ｂに蓄積され、コントロールユニット１４の制御のもとに、図示しない水素調圧弁によって圧力調整されて燃料電池スタック１１に供給される。
【００２４】
本発明は、このような各部を備える燃料電池システムについて適用することができる。以下、このような燃料電池システムの水素供給系についての各実施形態について説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る燃料電池システムの水素供給系について説明する。
【００２６】
［第１実施形態に係る水素供給系の構成］
燃料電池システムは、図２に示すように、水素供給部１０における第１の水素貯蔵システム１０ａと、第２の水素貯蔵システム１０ｂと、これら第１の水素貯蔵システム１０ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂとを接続する機構としての循環経路を形成する冷却水流路とからなる水素供給系を備える。
【００２７】
第１の水素貯蔵システム１０ａは、例えば水素化硼素ナトリウム（ＮａＢＨ４）といった金属水素化物を貯蔵する燃料タンク２１と、燃料から水素を取り出すための触媒を供給する触媒供給部２２と、発生した反応生成物から熱を除去する熱交換器２３と、発生した水素と例えば酸化硼素ナトリウム（ＮａＢＯ２）といった反応の副生成物とを分離する分離部２４と、副生成物を貯蔵する副生成物タンク２５とを有する。
【００２８】
この第１の水素貯蔵システム１０ａは、金属水素化物を加水分解して水素を発生させるものであり、水素発生時に発熱するシステムである。この第１の水素貯蔵システム１０ａは、金属水素化物として水素化硼素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を用いるとともに、副生成物として酸化硼素ナトリウム（ＮａＢＯ２）を生成するものとすれば、ＮａＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＮａＢＯ２＋４Ｈ２＋３００（ｋＪ）という反応をする。
【００２９】
ここで、水素化硼素ナトリウム（ＮａＢＨ４）は、常温で固体状態となり、全体に対して１０．６％の水素を含むものであり、また、水溶液状態であっても、４％〜８％程度の水素を含むものであり、非常に高密度な水素貯蔵媒体として用いることができ、特に燃料電池車両等の移動体に好適なものである。なお、第１の水素貯蔵システム１０ａは、単一成分の金属水素化物を用いたものに限らず、発熱する複数種類の材料を用いた複数のシステムにて構成されていても良い。
【００３０】
一方、第２の水素貯蔵システム１０ｂは、例えば水素吸蔵合金等の水素吸蔵材であり、内部に水素の発生を促進させるための熱交換器２６を有する。
【００３１】
この第２の水素貯蔵システム１０ｂは、第１の水素貯蔵システム１０ａとは異なり、水素発生時に吸熱するシステムである。この第２の水素貯蔵システム１０ｂは、水素吸蔵材として水素吸蔵合金を用いるものとすれば、例えば１００℃程度の低い温度の熱で水素を取り出すことができる。したがって、水素吸蔵合金は、当該燃料電池システム内で生じた余剰熱を受け取りつつ水素を発生させることができ、特に燃料電池車両等の移動体に好適なものである。なお、第２の水素貯蔵システム１０ｂは、単一成分の水素吸蔵材を用いたものに限らず、吸熱する複数種類の材料を用いた複数のシステムにて構成されていても良い。
【００３２】
また、この水素供給系は、第２の水素貯蔵システム１０ｂの熱交換器２６を通過した冷却水を受けて、第１の水素貯蔵システム１０ａの熱交換器２３に供給する冷却水ポンプ２７を備える。また、この冷却水ポンプ２７は、第１冷却水流路２８により第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける熱交換器２６と接続され、第２冷却水流路２９により第１の水素貯蔵システム１０ａの熱交換器２３と接続される。また、この水素供給系は、第１の水素貯蔵システム１０ａの熱交換器２３と第２の水素貯蔵システム１０ｂの熱交換器２６とを接続する第３冷却水流路３０、熱交換器２３から熱交換器２６への冷却水をバイパスするバイパス流路３１を備える。なお、図示しないが、例えば第２の水素貯蔵システム１０ｂの入口付近の第３冷却水流路３０には、熱交換器２３から排出された冷却水を熱交換器２６に導くか、又は冷却水ポンプ２７に導くかを調整するバイパス弁が設けられている。
【００３３】
更に、この水素供給系は、第１の水素貯蔵システム１０ａの分離部２４にて発生した水素を燃料電池スタック１１に導く第１水素供給流路３２、及び第２の水素貯蔵システム１０ｂにて発生した水素を燃料電池スタック１１に導く第２水素供給流路３３を備える。
【００３４】
このように構成された水素供給系では、起動時においてコントロールユニット１４によりポンプ２７の駆動量及びバイパス弁の開閉動作が制御されることで、以下のような動作を行うことによって水素を発生し、発生した水素を燃料電池スタック１１に供給する。
【００３５】
［水素供給系における水素発生動作］
まず、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける燃料タンク２１から供給された金属水素化物と、触媒供給部２２から供給された触媒とを用いて反応が生じ、生成された反応生成物が熱交換器２３を介して分離部２４に供給される。そして、燃料電池システムにおいては、反応生成物を分離部２４によって水素と副生成物とに分離し、水素を第１水素供給流路３２を介して燃料電池スタック１１に供給するとともに、副生成物を副生成物タンク２５に回収する。
【００３６】
また、燃料電池システムにおいては、第２の水素貯蔵システム１０ｂにて水素を発生させると、この水素を第２水素供給流路３３を介して燃料電池スタック１１に供給させる。
【００３７】
起動時において、燃料電池システムでは、バイパス流路３１に設けられたバイパス弁を閉状態にしておく。これにより、燃料電池システムでは、冷却水ポンプ２７から出水させた冷却水を第２冷却水流路２９を介して第１の水素貯蔵システム１０ａにおける熱交換器２３に供給し、この熱交換器２３を冷却水が通過することによって水素発生時の発熱反応によって生じた発生熱を回収させる。そして、燃料電池システムにおいては、熱交換器２３から出水した冷却水（温水）を第３冷却水流路３０を介して第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける熱交換器２６に供給し、この熱交換器２６を冷却水が通過することによって水素発生時の吸熱反応によって失われた熱が与えられた後、第１冷却水流路２８を介して再度冷却水ポンプ２７へと供給させる。なお、燃料電池システムにおいては、特に図示しないが、温度調整のために、冷却水流路の途中に適宜ラジエータ等の機構を追加するようにしてもよい。
【００３８】
また、燃料電池システムにおいては、冷間時、当該燃料電池システムを構成する筐体や冷却水の温度が低い場合には、バイパス流路３１に設けられたバイパス弁を開状態にする。これにより、燃料電池システムでは、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける熱交換器２３から出水された冷却水を第２の水素貯蔵システム１０ｂに供給しないように、バイパス流路３１を介して冷却水をバイパスさせることにより、筐体や冷却水を温めることもできる。
【００３９】
燃料電池システムにおいては、このように水素供給系が動作することによって水素を発生し、発生した水素を燃料電池スタック１１に供給することができる。
【００４０】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る燃料電池システムにおいては、水素を取り出す際に発熱する第１の水素貯蔵システム１０ａと、水素を取り出す際に吸熱する第２の水素貯蔵システム１０ｂといった、発熱と吸熱という水素を取り出す際の熱の発生方向が反対である水素貯蔵システムを、それぞれ、少なくとも１つ備えることにより、当該燃料電池システムにおける熱マネジメントの要求に応じて、これら第１の水素貯蔵システム１０ａ又は第２の水素貯蔵システム１０ｂを適宜選択的に切り替えて用いることができる。
【００４１】
例えば、この燃料電池システムにおいては、熱が必要な部分や不足している部分がある場合には、第１の水素貯蔵システム１０ａのみを選択して用いる一方で、放熱したい部分や余剰熱がある部分がある場合には、第２の水素貯蔵システム１０ｂのみを選択して用いることができる。勿論、燃料電池システムにおいては、放熱と吸熱との両方の要求がある場合には、第１の水素貯蔵システム１０ａ及び第２の水素貯蔵システム１０ｂの両方を用いることもできる。
【００４２】
また、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａとして、金属水素化物を加水分解して水素を発生させるものとして構成するのが好ましい。より具体的には、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａとして、非常に高密度な水素貯蔵媒体である水素化硼素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を用いて構成することにより、反応の際に多くの熱を発生させることができるので、第２の水素貯蔵システム１０ｂ等の吸熱を要する部分に対する熱の供給を極めて効率よく行うことが可能となる。
【００４３】
一方、燃料電池システムにおいては、第２の水素貯蔵システム１０ｂとして、水素吸蔵材を用いて構成するのが好ましい。より具体的には、燃料電池システムにおいては、第２の水素貯蔵システム１０ｂとして、低い温度で水素を取り出すことができる水素吸蔵合金を用いて構成することにより、第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱といった余剰熱の温度がある程度低い場合であっても水素を発生させることができ、効率のよい水素発生を行うことが可能となる。
【００４４】
さらに、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱を第２の水素貯蔵システム１０ｂに供給することにより、水素発生時に第２の水素貯蔵システム１０ｂの加熱を必要とせず、第１の水素貯蔵システム１０ａにて発生した熱を無駄な熱として廃棄する必要もないので、効率的なエネルギの回収を実現することができ、総合的なエネルギ効率を改善した極めて効率のよい水素発生を行って、総合的なエネルギ効率を改善することができる。
【００４５】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る燃料電池システムの水素供給系について説明する。なお、この第２実施形態の説明では、上述の実施形態と同様の部分については同一の符号及び同一のステップ番号を付することによってその詳細な説明を省略するものとする。
【００４６】
この第２実施形態に係る燃料電池システムの水素供給系は、先に図１に全体構成を示した燃料電池システムに適用されるものであり、特に、最初に第１の水素貯蔵システムを起動させ、この第１の水素貯蔵システムによって発生された水素を用いて発電を開始することにより、効率のよい起動を確保する手法を提案するものである。特に、ここでは、室温からの起動方法について説明するものとする。
【００４７】
［水素供給系の構成］
この燃料電池システムは、上述した第１実施形態に対して、燃料電池スタックにて発生した熱について、第２の水素貯蔵システムとの間で熱交換を行うことができる構成を追加したものである。
【００４８】
具体的には、燃料電池システムは、図３に示すように、熱交換器２３を通過する冷却水の温度を測定する温度センサ４１が追加された第１の水素貯蔵システム１０ａと、上述した熱交換器２６に相当する熱交換部４２ａに加えて熱交換部４２ｂが追加された第２の水素貯蔵システム１０ｂと、これら第１の水素貯蔵システム１０ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂとを接続する機構としての循環経路を形成する第１の冷却水流路と、第２の水素貯蔵システム１０ｂと燃料電池スタック１１とを接続する機構としての循環経路を形成する第２の冷却水流路とからなる水素供給系を備える。
【００４９】
ここで、この燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１１の内部に熱交換器１１ａと、この熱交換器１１ａを通過する冷却水の温度を測定する温度センサ１１ｂとが設けられる。
【００５０】
また、第２の水素貯蔵システム１０ｂと燃料電池スタック１１とを接続する第２の冷却水流路は、燃料電池スタック１１に対して冷却水を供給する冷却水ポンプ４３と、第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける熱交換部４２ｂと冷却水ポンプ４３とを接続する第１流路４４と、冷却水ポンプ４３と燃料電池スタック１１における熱交換器１１ａとを接続する第２流路４５と、燃料電池スタック１１における熱交換器１１ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける熱交換部４２ｂとを接続する第３流路４６と、第２の水素貯蔵システム１０ｂをバイパスさせるために第３流路４６と第１流路４４とを直接接続する第４流路４７とを有する。なお、図示しないが、この水素供給系には、例えば第２の水素貯蔵システム１０ｂの入り口付近の第３流路４６には、バイパス弁が設けられている。
【００５１】
このような各部を備える燃料電池システムの水素供給系は、以下のような動作を行うことにより、燃料電池スタック１１にて発生した熱について、第２の水素貯蔵システム１０ｂとの間で熱交換を行う。
【００５２】
このように構成された水素供給系では、コントロールユニット１４により冷却水ポンプ４３の駆動量及びバイパス弁の開閉動作が制御されることで、以下のような動作を行うことによって水素を発生し、発生した水素を燃料電池スタック１１に供給する。
【００５３】
［水素供給系における熱交換動作］
燃料電池システムにおいては、冷却水ポンプ４３から出水した冷却水を第２流路４５を介して燃料電池スタック１１における熱交換器１１ａに供給し、この熱交換器１１ａを冷却水が通過させることによって燃料電池スタック１１との間で熱交換する。そして、燃料電池システムにおいては、第４流路４７のバイパス弁が閉状態になっている場合には、熱交換器１１ａから出水した冷却水（温水）を第３流路４６を介して第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける熱交換部４２ｂに供給し、この熱交換部４２ｂを冷却水が通過することによって水素発生時の吸熱反応によって失われた熱が与えられた後、第１流路４４を介して再度冷却水ポンプ４３に供給する。
【００５４】
また、燃料電池システムにおいては、冷間時、燃料電池スタック１１や冷却水の温度が低い場合には、燃料電池スタック１１における熱交換器１１ａから出水した冷却水を第２の水素貯蔵システム１０ｂに供給しないように、第４流路４７を介して冷却水をバイパスさせるようにコントロールユニット１４にてバイパス弁を開動作させることにより、燃料電池スタック１１自身の暖気を行うこともできる。
【００５５】
［水素供給系の起動手順と起動時のタイムチャート］
このような燃料電池システムの水素供給系は、起動する際には、上述したコントロールユニット１４の制御のもとに、図４に示すような一連の工程を行う。なお、ここでは、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける温度センサ４１によって測定される冷却水の温度（第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱温度を示す。）と、燃料電池スタック１１における温度センサ１１ｂによって測定される冷却水の温度（燃料電池スタック１１からの排熱温度を示す。）と、燃料電池スタック１１の発電電力と、第１の水素貯蔵システム１０ａの水素発生量と、第２の水素貯蔵システム１０ｂの水素発生量との時間的な推移について、図５に示すタイムチャートにしたがってあわせて説明するものとする。
【００５６】
燃料電池システムにおいては、図４に示すように、ステップＳ１（図５の時刻ｔ１）において、例えばＩＧＮキーがオン状態にされると、ステップＳ２（図５の時刻ｔ２）において、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける燃料タンク２１からの燃料の供給を開始する。これにより、燃料電池システムにおいては、図５（ｄ）に示すように、時刻ｔ３にて第１の水素貯蔵システム１０ａの水素発生量が所定量にまで上昇する。
【００５７】
ここで、第１の水素貯蔵システム１０ａは、燃料の供給にともなって、発熱反応を行って水素を発生させることができる。したがって、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａからの水素発生量が所定量にまで上昇すると、図５（ｃ）に示すように、燃料電池スタック１１の発電を開始させ、所定の発電電力を出力させる。このとき、燃料電池システムにおいては、バイパス弁を開状態にして、第１の水素貯蔵システム１０ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂとを接続する第１の冷却水流路として、冷却水ポンプ２７、第２冷却水流路２９、熱交換器２３、第３冷却水流路３０、バイパス流路３１、及び第１冷却水流路２８の順序で冷却水が循環するような構成をとることにより、冷却水自体の暖気も行う。
【００５８】
これに応じて、燃料電池システムにおいては、図４中のステップＳ３において、温度センサ４１によって測定した排熱温度がａ℃以上であるか否かを判定する。すなわち、燃料電池システムにおいては、図５（ａ）に示すように、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける温度センサ４１によって測定される当該第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱温度が上昇し、時刻ｔ４にて所定のａ℃以上の所定の温度にまで到達したか否かを判定する。この温度センサ４１によって測定される排熱温度は、後の時刻ｔ５にて第１の水素貯蔵システム１０ａの水素発生量が所定量にまで減少するまで一定値を保つことになる。
【００５９】
ここで、燃料電池システムにおいては、排熱温度がａ℃未満であると判定した場合には、ａ℃以上となるまでこの判定処理を繰り返す。
【００６０】
一方、燃料電池システムにおいては、排熱温度がａ℃以上であると判定した場合には、第１の水素貯蔵システム１０ａから出水される冷却水を利用した第２の水素貯蔵システム１０ｂからの水素発生が可能となったと判断し、バイパス弁を閉状態にして、第１の水素貯蔵システム１０ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂとを接続する第１の冷却水流路を、冷却水ポンプ２７、第２冷却水流路２９、熱交換器２３、第３冷却水流路３０、熱交換部４２ａ、及び第１冷却水流路２８の順序で冷却水が循環するような構成に切り替える。
【００６１】
これにより、燃料電池システムにおいては、時刻ｔ４以降から、第１の水素貯蔵システム１０ａの排熱を利用して第２の水素貯蔵システム１０ｂから水素を発生させることができるようになる。この上で、燃料電池システムにおいては、図４中のステップＳ４（図５の時刻ｔ４以降）において、第１の水素貯蔵システム１０ａからの燃料供給を減少させ、第２の水素貯蔵システム１０ｂからの水素発生を開始させる。すなわち、燃料電池システムにおいては、図５（ｄ）に示すように、第１の水素貯蔵システム１０ａからの水素発生量を徐々に減少させるように燃料タンク２１及び触媒供給部２２を制御するのに対して、図５（ｅ）に示すように、第２の水素貯蔵システム１０ｂからの水素発生量が徐々に上昇させる制御をする。
【００６２】
ここで、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａからの水素供給を受けた時点から、燃料電池スタック１１による発電が開始されるが、燃料電池スタック１１から出水される冷却水の温度を上げるためには、燃料電池スタック１１自身の暖気が必要となる。しかしながら、温まる熱源としては、基本的には、発電反応の損失分として出力される放熱分であるので、温度センサ１１ｂによって測定される燃料電池スタック１１からの排熱温度は、図５（ｂ）に示すように、温度センサ４１によって測定される温度よりも温度上昇に時間を要する。
【００６３】
したがって、燃料電池システムにおいては、バイパス弁を開状態にして、このときの第２の水素貯蔵システム１０ｂと燃料電池スタック１１とを接続する第２の冷却水流路として、冷却水ポンプ４３、第２流路４５、熱交換器１１ａ、第３流路４６、及び第４流路４７の順序で冷却水が循環するように構成をとることにより、燃料電池スタック１１の暖気を図る。
【００６４】
燃料電池システムにおいては、このような状態で発電を継続し、図４中ステップＳ５において、温度センサ１１ｂによって測定した当該燃料電池スタック１１からの排熱温度がｂ℃以上であるか否かを判定する。すなわち、燃料電池システムにおいては、図５（ｂ）に示すように、温度センサ１１ｂによって測定される燃料電池スタック１１からの排熱温度が上昇し、所定のｂ℃以上の所定の温度にまで到達したか否かを判定する。
【００６５】
ここで、燃料電池システムにおいては、排熱温度がｂ℃未満であると判定した場合には、ｂ℃以上となるまでこの判定処理を繰り返す。
【００６６】
一方、燃料電池システムにおいては、時刻ｔ５において、排熱温度がｂ℃以上であると判定した場合には、燃料電池スタック１１から出水される冷却水を利用して第２の水素貯蔵システム１０ｂからの水素発生が可能となったものと判断し、ステップＳ６において、第２の水素貯蔵システム１０ｂと燃料電池スタック１１とを接続する第２の冷却水流路を、冷却水ポンプ４３、第２流路４５、熱交換器１１ａ、第３流路４６、熱交換部４２ｂ、及び第１流路４４の順序で冷却水が循環するようにバイパス弁を閉状態にして、第１の水素貯蔵システム１０ａからの燃料供給を停止させ、第２の水素貯蔵システム１０ｂからの水素発生量を増加させる。すなわち、燃料電池システムにおいては、図５（ｄ）に示すように、第１の水素貯蔵システム１０ａからの水素発生量が“０”とする一方で、図５（ｅ）に示すように、第２の水素貯蔵システム１０ｂからの水素発生量がさらに所定量にまで上昇させる。
【００６７】
このように、燃料電池システムにおいては、起動時には先ず第１の水素貯蔵システム１０ａを起動し、続いて第２の水素貯蔵システム１０ｂを起動することにより、発生した水素を燃料電池スタック１１に供給することができる。このとき、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける発熱反応によって生じる熱エネルギを第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける吸熱反応に利用することにより、図５（ｄ）及び（ｅ）に示したように、第１の水素貯蔵システム１０ａの水素発生量と、第２の水素貯蔵システム１０ｂの水素発生量との和を、時間的に略一定とすることができ、安定した発電電力を得ることができる。
【００６８】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第２実施形態に係る燃料電池システムにおいては、起動時に先ず第１の水素貯蔵システム１０ａを起動させ、この第１の水素貯蔵システム１０ａによって発生された水素を用いて発電を開始することにより、起動時間を短縮することができ、良好な起動性を確保することができる。
【００６９】
また、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱を用いて第２の水素貯蔵システム１０ｂにて水素を発生させる場合には、特に、第２の水素貯蔵システム１０ｂが受け取る排熱温度が重要であり、この排熱温度が低い場合には、必ずしも効率的に第２の水素貯蔵システム１０ｂから水素を発生させることができない場合がある。そこで、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱温度を温度センサ４１によって測定し、この排熱温度に基づいて、第２の水素貯蔵システム１０ｂに供給する熱量を制御することにより、第１の水素貯蔵システム１０ａから第２の水素貯蔵システム１０ｂへと排熱を受け渡すタイミングを最適化することができ、効率のよい水素発生を実現することが可能となる。
【００７０】
さらに、燃料電池システムにおいては、第２の水素貯蔵システム１０ｂが吸熱反応を行うものであり、１００℃程度の熱で水素発生を可能な材料を用いる場合には、燃料電池スタック１１からの排熱も利用することができる。このときも、燃料電池システムにおいては、特に、第２の水素貯蔵システム１０ｂが受け取る排熱温度が重要であり、この排熱温度が低い場合には、必ずしも効率的に第２の水素貯蔵システム１０ｂから水素を発生させることができない場合がある。そこで、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１１からの排熱温度を温度センサ１１ｂによって測定し、この排熱温度に基づいて、第２の水素貯蔵システム１０ｂに供給する熱量を制御することにより、燃料電池スタック１１から第２の水素貯蔵システム１０ｂへと排熱を受け渡すタイミングを最適化することができ、効率のよい水素発生を実現することが可能となる。
【００７１】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る燃料電池システムの水素供給系について説明する。なお、この第３実施形態の説明では、上述の実施形態と同様の部分については同一の符号及び同一のステップ番号を付することによってその詳細な説明を省略するものとする。
【００７２】
この第３実施形態に係る燃料電池システムの水素供給系は、先に図１に全体構成を示した燃料電池システムに適用されるものであり、効率のよい起動を確保する手法を提案するものである。特に、この水素供給系は、外気温度を測定し、この外気温度に基づいて、移動体としての燃料電池車両内の暖房のために供給する熱量を制御することにより、効率のよい起動時の暖房を実現するものである。
【００７３】
［水素供給系の構成］
この燃料電池システムは、上述した第２実施形態に対して、第１の水素貯蔵システム及び燃料電池スタックにて発生した熱について、燃料電池車両内を暖房するための暖房ユニットとの間で熱交換を行うことができる構成を追加したものである。
【００７４】
具体的には、燃料電池システムは、図６に示すように、第１の水素貯蔵システム１０ａにて発生した熱を暖房ユニットへと伝達するための熱交換器５１と、燃料電池スタック１１にて発生した熱を暖房ユニットへと伝達するための熱交換器５２とを更に備えた水素供給系を備える。
【００７５】
ここで、この燃料電池システムにおいては、外気が取り込み可能な位置に、  外気温度を測定する温度センサ５３が設けられる。
【００７６】
また、第１の水素貯蔵システム１０ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂとを接続する第１の冷却水流路は、熱交換器５１をバイパスさせるために第３冷却水流路３０とバイパス流路３１とを直接接続する第７流路５４を有する。同様に、第２の水素貯蔵システム１０ｂと燃料電池スタック１１とを接続する第２の冷却水流路は、熱交換器５２をバイパスさせるために第４流路４７と第１流路４４とを直接接続する第５流路５５を有する。第７流路５４及び第５流路５５には、コントロールユニット１４により開閉動作が制御されるバイパス弁がそれぞれ設けられている。
【００７７】
このような各部を備える燃料電池システムの水素供給系は、以下のような動作を行うことにより、第１の水素貯蔵システム１０ａ及び燃料電池スタック１１にて発生した熱について、暖房ユニットとの間で熱交換を行う。
【００７８】
［水素供給系における熱交換動作］
まず、第１の水素貯蔵システム１０ａと暖房ユニットとの間での熱交換について説明する。
【００７９】
燃料電池システムにおいては、冷却水ポンプ２７から出水された冷却水が第２冷却水流路２９を介して第１の水素貯蔵システム１０ａにおける熱交換器２３に供給され、さらに、この熱交換器２３から出水された冷却水（温水）が第３冷却水流路３０を介して第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける熱交換器２６に供給される。このとき、燃料電池システムにおいては、熱交換器５１が第３冷却水流路３０の近傍に設けられることにより、第３冷却水流路３０を通過する冷却水を介して第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱が暖房ユニットに供給される。
【００８０】
また、燃料電池システムにおいては、冷間時、当該燃料電池システムを構成する筐体や冷却水の温度が低い場合や暖房を必要としない場合には、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける熱交換器２３から出水された冷却水が持つ排熱を暖房ユニットに供給しないように、第７流路５４を介して冷却水をバイパスさせることもできる。
【００８１】
燃料電池システムにおいては、このような冷却水の循環作用により、第１の水素貯蔵システム１０ａと暖房ユニットとの間での熱交換を行うことができる。
【００８２】
つぎに、燃料電池スタック１１と暖房ユニットとの間での熱交換について説明する。
【００８３】
燃料電池システムにおいては、冷却水ポンプ４３から出水された冷却水が第２流路４５を介して燃料電池スタック１１における熱交換器１１ａに供給され、この熱交換器１１ａから出水された冷却水（温水）が第３流路４６を介して第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける熱交換部４２ｂに供給され、さらに、この熱交換部４２ｂから出水された冷却水（温水）が第１流路４４を介して再度ポンプ４８へと供給される。このとき、燃料電池システムにおいては、熱交換器５２が第１流路４４の近傍に設けられることにより、第１流路４４を通過する冷却水を介して燃料電池スタック１１からの排熱が暖房ユニットに供給される。
【００８４】
また、燃料電池システムにおいては、冷間時、燃料電池スタック１１や冷却水の温度が低い場合や暖房を必要としない場合には、燃料電池スタック１１における熱交換器１１ａから出水された冷却水が持つ排熱を暖房ユニットに供給しないように、第５流路５５を介して冷却水をバイパスさせることもできる。
【００８５】
燃料電池システムにおいては、このような冷却水の循環作用により、燃料電池スタック１１と暖房ユニットとの間での熱交換を行うことができる。
【００８６】
［暖房をともなう水素供給系の起動手順と起動時のタイムチャート］
このような燃料電池システムの水素供給系は、第１の水素貯蔵システム１０ａ及燃料電池スタック１１からの排熱を暖房に利用する際には、上述したコントロールユニット１４の制御のもとに、図７に示すような一連の工程を行う。なお、ここでは、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける温度センサ４１によって測定される冷却水の温度（第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱温度を示す。）と、燃料電池スタック１１における温度センサ１１ｂによって測定される冷却水の温度（燃料電池スタック１１からの排熱温度を示す。）と、熱交換器５１における交換熱量と、熱交換器５２における交換熱量と、燃料電池スタック１１からの発電電力との時間的な推移について、図８に示すタイムチャートにしたがってあわせて説明するものとする。
【００８７】
燃料電池システムにおいては、図７に示すように、ステップＳ１１（図８の時刻ｔ１１）において、ＩＧＮキーがオン状態にされると、ステップＳ１２（図８の時刻ｔ１２）において、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける燃料タンク２１からの燃料の供給を開始する。
【００８８】
ここで、第１の水素貯蔵システム１０ａは、上述したように、燃料の供給にともない、反応が即座に進行し、水素を発生させることができるので、燃料電池システムにおいては、水素発生量が所定量にまで上昇すると、図８（ｅ）の時刻ｔ１３以降から、燃料電池スタック１１からの発電が開始され、所定の発電電力が出力される。このとき、燃料電池システムにおいては、バイパス流路３１のバイパス弁を開状態にして、第１の水素貯蔵システム１０ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂとを接続する第１の冷却水流路として、冷却水ポンプ２７、第２冷却水流路２９、熱交換器２３、第３冷却水流路３０、バイパス流路３１、及び第１冷却水流路２８の順序で冷却水が循環するような構成をとることにより、冷却水自体の暖気も行う。
【００８９】
続いて、燃料電池システムにおいては、図７中のステップＳ１３において、温度センサ５３によって測定した外気温度に基づいて、暖房の必要性を判断する。具体的には、燃料電池システムにおいては、温度センサ５３によって測定した外気温度が所定のｄｃ℃以下であるか否かを判定する。すなわち、燃料電池システムにおいては、図８（ａ）に示すように、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける温度センサ４１によって測定される当該第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱温度が上昇し、時刻ｔ１４にて所定のｄａ℃以上の所定の温度にまで到達したか否かを判定する。
【００９０】
ここで、燃料電池システムにおいては、外気温度がｄｃ℃よりも高いと判定した場合には、暖房の必要性がないと判断し、一連の処理を終了する。
【００９１】
一方、燃料電池システムにおいては、外気温度がｄｃ℃以下であると判定した場合には、暖房の必要性があると判断し、暖房を行う処理へと移行する。
【００９２】
次に、燃料電池システムにおいては、図７中のステップＳ１４において、温度センサ４１によって測定した排熱温度がｄａ℃以上となったか否かを判定する。
【００９３】
ここで、燃料電池システムにおいては、排熱温度がｄａ℃未満であると判定した場合には、ｄａ℃以上となるまでこの判定処理を繰り返す。
【００９４】
一方、燃料電池システムにおいては、排熱温度がｄａ℃以上であると判定した場合には、第１の水素貯蔵システム１０ａから出水される冷却水が暖房を開始できる熱量を持ったと判断し、図７中ステップＳ１５において、第１の水素貯蔵システム１０ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂとを接続する第１の冷却水流路を、冷却水ポンプ２７、第２冷却水流路２９、熱交換器２３、第３冷却水流路３０、熱交換部４２ａ、及び第１冷却水流路２８の順序で冷却水が循環するような構成に切り替え、第３冷却水流路３０の途中に設けられた図示しないブロアー等によって必要な風量を熱交換器５１に送風することにより、熱交換器５１から暖房ユニットへの熱量供給による暖房を開始する。これにより、燃料電池システムにおいては、図８（ｃ）に示すように、熱交換器５１からの交換熱量が所定量にまで上昇する。
【００９５】
なお、この第１流路の切り替えにより、燃料電池システムにおいては、上述したように、第１の水素貯蔵システム１０ａの排熱を利用して第２の水素貯蔵システム１０ｂから水素を発生させることができるようになる。ただし、温度センサ１１ｂによって測定される燃料電池スタック１１からの排熱温度は、図８（ｂ）に示すように、温度センサ４１によって測定される温度よりも温度上昇に時間を要する。
【００９６】
したがって、燃料電池システムにおいては、このときの第２の水素貯蔵システム１０ｂと燃料電池スタック１１とを接続する第２の冷却水流路として、冷却水ポンプ４３、第２流路４５、熱交換器１１ａ、第３流路４６、及び第４流路４７の順序で冷却水が循環するような構成をとることにより、燃料電池スタック１１の暖気を図る。
【００９７】
燃料電池システムにおいては、このような状態で発電を継続し、図７中のステップＳ１６において、温度センサ１１ｂによって測定した当該燃料電池スタック１１からの排熱温度がｄｂ℃以上であるか否かを判定する。すなわち、燃料電池システムにおいては、図８（ｂ）に示すように、温度センサ１１ｂによって測定される燃料電池スタック１１からの排熱温度が上昇し、時刻ｔ１５にて所定のｄｂ℃以上の所定の温度にまで到達したか否かを判定する。
【００９８】
ここで、燃料電池システムにおいては、排熱温度がｄｂ℃未満であると判定した場合には、ｄｂ℃以上となるまでこの判定処理を繰り返す。
【００９９】
一方、燃料電池システムにおいては、排熱温度がｄｂ℃以上であると判定した場合には、燃料電池スタック１１から出水される冷却水が暖房を開始できる熱量を持ったと判断し、図７中のステップＳ１７において、熱交換器５１から暖房ユニットへの熱量供給を停止させるとともに、第２の水素貯蔵システム１０ｂと燃料電池スタック１１とを接続する第２の冷却水流路を、冷却水ポンプ４３、第２流路４５、熱交換器１１ａ、第３流路４６、熱交換部４２ｂ、及び第１流路４４の順序で冷却水が循環するような構成に切り替え、第１流路４４の途中に設けられた図示しないブロアー等によって必要な風量を熱交換器５２に送風することにより、熱交換器５２から暖房ユニットへの熱量供給による暖房に切り替え、そのまま暖房を継続する。
【０１００】
すなわち、燃料電池システムにおいては、図８（ｃ）に示すように、熱交換器５１からの交換熱量を“０”とする一方で、図８（ｄ）に示すように、熱交換器５２からの交換熱量を所定量にまで上昇させる。
【０１０１】
燃料電池システムにおいては、このような一連の工程を経ることにより、第１の水素貯蔵システム１０ａ及び燃料電池スタック１１からの排熱を利用して暖房を行うことができる。このとき、燃料電池システムにおいては、外気温度に基づいて、第１の水素貯蔵システム１０ａから暖房ユニットに供給する熱量を制御するとともに、燃料電池スタック１１からの排熱温度に基づいて、暖房ユニットに熱量を供給する熱源を燃料電池スタック１１に切り替えることにより、図８（ｃ）及び（ｄ）に示したように、熱交換器５１からの交換熱量と、熱交換器５２からの交換熱量との和を、時間的に略一定とすることができ、効率のよい安定した暖房を行うことができる。
【０１０２】
［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第３実施形態に係る燃料電池システムにおいては、外気温度を温度センサ５３によって測定し、この外気温度に基づいて、第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱を暖房ユニットに供給する熱量を制御することにより、第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱を利用して暖房を行うことができる。すなわち、燃料電池システムとしては、高圧タンク型や液体水素貯蔵型のものも存在するが、これらは、改質型のシステムに比較すると、高温の熱源がなく、燃料電池車両内の暖房の熱源として利用できる部分が存在しない。
【０１０３】
これに対して、第３実施形態に係る燃料電池システムにおいては、改質型の第１の水素貯蔵システム１０ａを備えているので、外気温度に応じて、この第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱を暖房に利用することが可能となり、効率のよい暖房を行うことができる。
【０１０４】
また、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａが暖気された後に燃料電池スタック１１が自身の排熱によって暖気される。ここで、燃料電池車両内の暖房は、第１の水素貯蔵システム１０ａのような高温の熱源を必ずしも必要とせず、燃料電池スタック１１が暖気されれば、その排熱を暖房に利用することができる。
【０１０５】
したがって、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１１からの排熱温度に基づいて、暖房ユニットに熱量を供給する熱源を燃料電池スタック１１に切り替え、暖房ユニットに供給する熱量を制御することにより、この燃料電池スタック１１からの排熱を暖房に利用することができ、効率のよい安定した暖房を行うことができる。このとき、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システム１０ａからの排熱については、適宜第２の水素貯蔵システム１０ｂによる水素発生に用いるといったように、熱が必要な部分や不足している部分に用いればよく、極めて効率的な熱利用を実現することができる。
【０１０６】
［第４実施形態］
つぎに、第４実施形態に係る燃料電池システムの水素供給系について説明する。なお、この第４実施形態の説明では、上述の実施形態と同様の部分については同一の符号及び同一のステップ番号を付することによってその詳細な説明を省略するものとする。
【０１０７】
この第４実施形態に係る燃料電池システムの水素供給系は、先に図１に全体構成を示した燃料電池システムに適用されるものであり、特に、内燃機関を搭載した車両の給油に相当する動作である水素貯蔵システムへの水素貯蔵を行う場合に、第２の水素貯蔵システムで生成する熱を、第１の水素貯蔵システムに供給することにより、効率的な水素貯蔵を実現するものである。
【０１０８】
［水素供給系の構成］
この燃料電池システムは、第１の水素貯蔵システムにおける熱交換器を副生成物タンクの内部に設け、この熱交換器と第２の水素貯蔵システムにおける熱交換器との間での熱の授受を可能としたものである。
【０１０９】
具体的には、燃料電池システムは、図９に示すように、副生成物タンク２５の内部に設けられた熱交換器６１と、副生成物を当初の原料に再生する材料を投入する材料投入流路６５と、第２の水素貯蔵システム１０ｂを再生させるための水素を投入する水素投入流路６６とを更に備えた水素供給系を備える。
【０１１０】
ここで、第１の水素貯蔵システム１０ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂとを接続する冷却水流路は、第１の水素貯蔵システム１０ａにおける副生成物タンク２５内に設けられた熱交換器６１と冷却水ポンプ２７とを接続する第１流路６２と、冷却水ポンプ２７と第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける熱交換器２６とを接続する第２流路６３と、熱交換器２６と熱交換器６１とを接続する第３流路６４とを有する。
【０１１１】
このような各部を備える燃料電池システムの水素供給系は、以下のような動作を行うことにより、水素貯蔵を行う。
【０１１２】
［水素供給系における水素貯蔵動作］
起動時において、燃料電池システムでは、第２の水素貯蔵システム１０ｂを再生させるための水素が水素投入流路６６を介して投入される。これにより、燃料電池システムにおいては、第２の水素貯蔵システム１０ｂによって熱が発生され、この熱が第３流路６４を介して第１の水素貯蔵システム１０ａにおける副生成物タンク２５内に設けられた熱交換器６１に供給される。
【０１１３】
そして、燃料電池システムにおいては、副生成物タンク２５内の副生成物を当初の原料に再生する材料が材料投入流路６５を介して投入され、第２の水素貯蔵システム１０ｂから熱交換器６１に供給された熱が用いられて当初の燃料が再生されて、燃料タンク２１に送られる。
【０１１４】
燃料電池システムにおいては、このように水素供給系が動作することにより、水素貯蔵を行うことができる。
【０１１５】
［第４実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第４実施形態に係る燃料電池システムにおいては、水素貯蔵時には、第２の水素貯蔵システム１０ｂにて発生する熱を第１の水素貯蔵システム１０ａに供給することにより、発電時における第１の水素貯蔵システム１０ａと第２の水素貯蔵システム１０ｂとの間での熱の授受による効率的な運転のみならず、効率的な水素貯蔵を行うことができる。
【０１１６】
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【０１１７】
例えば、上述の実施形態においては、第２の水素貯蔵システム１０ｂにおける水素吸蔵材が水素吸蔵合金であるものとして説明したが、例えばカーボンナノファイバ等であってもよい。
【０１１８】
また、第２の水素貯蔵システム１０ｂとしては、いわゆるデカリン（Ｃ１０Ｈ１８）を原料とし、副生成物としてナフタレン（Ｃ１０Ｈ８）を生成するものであってもよい。すなわち、第２の水素貯蔵システム１０ｂとしては、Ｃ１０Ｈ１８＋Ｑ（熱量）→Ｃ１０Ｈ８＋５Ｈ２という反応を行うことによって水素を取り出すものであってもよい。
【０１１９】
この場合、反応温度が２００℃程度であるので、燃料電池スタックの作動温度がこの反応温度よりも高い、例えばりん酸型の燃料電池を組み込んだシステムとするのが好ましい。
【０１２０】
さらに、第２の水素貯蔵システムとして、高圧水素タンクを用いた場合の応用例も考えられる。具体的には、高圧水素タンクから水素を取り出す際には、熱を必要とすることはないが、取り出した水素を温調したり加湿したりする際には、熱を必要とすることがある。このような場合、燃料電池システムにおいては、第１の水素貯蔵システムにて発生した熱を用いることにより、効率的な温調、加湿を行うことができる。
【０１２１】
このように、本発明は、上述の実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料電池システムにおける水素供給系の構成を示すブロック図である。
【図３】第２実施形態に係る燃料電池システムにおける水素供給系の構成を示すブロック図である。
【図４】第２実施形態に係る燃料電池システムにおける水素供給系による起動手順を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係る燃料電池システムにおける水素供給系による起動時のタイムチャートである。
【図６】第３実施形態に係る燃料電池システムにおける水素供給系の構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態に係る燃料電池システムにおける水素供給系による暖房をともなう起動手順を示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態に係る燃料電池システムにおける水素供給系による起動時のタイムチャートである。
【図９】第４実施形態に係る燃料電池システムにおける水素供給系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  水素供給部
１０ａ  第１の水素貯蔵システム
１０ｂ  第２の水素貯蔵システム
１１  及燃料電池スタック
１１  燃料電池スタック
１１ａ  熱交換器
１１ｂ  温度センサ
１２  バッテリ
１３  駆動モータ
１４  コントロールユニット
２１  燃料タンク
２２  触媒供給部
２３  熱交換器
２４  分離部
２５  副生成物タンク
２６  熱交換器
２７  冷却水ポンプ
２８  第１冷却水流路
２９  第２冷却水流路
３０  第３冷却水流路
３１  バイパス流路
３２  第１水素供給流路
３３  第２水素供給流路
４１  温度センサ
４２ａ  熱交換部
４２ｂ  熱交換部
４３  冷却水ポンプ
４４，６２  第１流路
４５，６３  第２流路
４６，６４  第３流路
４７  第４流路
４８  ポンプ
５１  熱交換器
５２  熱交換器
５３  温度センサ
５４  第７の流路
５５  第５の流路
６１  熱交換器
６４  第３流路
６５  材料投入流路
６６  水素投入流路
【図１】
2004206950.tif 000003
【図２】
2004206950.tif 000004
【図３】
2004206950.tif 000005
【図４】
2004206950.tif 000006
【図５】
2004206950.tif 000007
【図６】
2004206950.tif 000008
【図７】
2004206950.tif 000009
【図８】
2004206950.tif 000010
【図９】
2004206950.tif 000011