(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクをさらに備え、
前記燃料電池の温度が第１の基準温度以下である場合には、前記水素タンクから前記水素吸蔵合金タンクに前記水素ガスを供給して、該水素ガスを前記水素吸蔵合金タンクに吸蔵させることにより、該水素吸蔵合金タンクで熱を発生させると共に、前記水素ガスおよび酸化ガスのうち、少なくとも一方のガスを、前記水素吸蔵合金タンクの配置された流路を介して前記燃料電池に供給することにより、発生した前記熱を前記ガスによって前記燃料電池に伝達させて、該燃料電池の温度を上昇させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクをさらに備え、
前記燃料電池の温度が第１の基準温度より高く第２の基準温度以下である場合には、前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する他、前記水素タンクから前記燃料電池に前記水素ガスを供給し、前記燃料電池において、前記電力の発生に利用すると共に、前記水素タンクから前記水素吸蔵合金タンクにも前記水素ガスを供給して、前記水素吸蔵合金タンクに吸蔵させることにより、該水素吸蔵合金タンクで熱を発生させ、前記燃料電池に供給される前記水素ガスおよび酸化ガスのうち、少なくとも一方のガスを、前記水素吸蔵合金タンクの配置された流路に通すことにより、発生した前記熱を前記ガスによって前記燃料電池に伝達させて、該燃料電池の温度を上昇させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の温度が第３の基準温度より高い場合には、前記燃料電池から排出された前記水素オフガスおよび酸素オフガスのうち、少なくとも一方のガスを、前記水素吸蔵合金タンクの配置された流路に通して、前記燃料電池の発生する熱を前記ガスによって前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることにより、該水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている前記水素ガスを放出させ、放出した該水素ガスを前記燃料電池に供給して、前記電力の発生に利用することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクをさらに備え、
前記燃料電池の温度が第４の基準温度より高い場合には、前記燃料電池から排出された前記水素オフガスおよび酸素オフガスのうち、少なくとも一方のガスを、前記水素吸蔵合金タンクの配置された流路に通して、前記燃料電池の発生する熱を前記ガスによって前記水素吸蔵合金タンクに伝達させ、該水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている前記水素ガスを放出させることにより、伝達された前記熱を前記水素吸蔵合金タンクで吸収すると共に、放出した前記水素ガスを前記燃料電池に供給して、前記電力の発生に利用することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記水素オフガスを、前記燃料電池に供給される前記水素ガスに合流させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクを、前記燃料電池の内部および外周部のうち、少なくとも一方に配置し、
前記燃料電池の温度が第１の基準温度以下である場合には、前記水素タンクから前記水素吸蔵合金タンクに前記水素ガスを供給して、該水素ガスを前記水素吸蔵合金タンクに吸蔵させることにより、該水素吸蔵合金タンクで熱を発生させ、発生したその熱を前記燃料電池に伝達させて、該燃料電池の温度を上昇させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクを、前記燃料電池の内部および外周部のうち、少なくとも一方に配置し、
前記燃料電池の温度が第１の基準温度より高く第２の基準温度以下である場合には、前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する他、前記水素タンクから前記燃料電池に前記水素ガスを供給し、前記燃料電池において、前記電力の発生に利用すると共に、前記水素タンクから前記水素吸蔵合金タンクにも前記水素ガスを供給して、前記水素吸蔵合金タンクに吸蔵させることにより、該水素吸蔵合金タンクで熱を発生させ、発生したその熱を前記燃料電池に伝達させて、該燃料電池の温度を上昇させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の温度が第３の基準温度より高い場合には、前記燃料電池の発生する熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることにより、該水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている前記水素ガスを放出させ、放出した該水素ガスを前記燃料電池に供給して、前記電力の発生に利用することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクを、前記燃料電池の内部および外周部のうち、少なくとも一方に配置し、
前記燃料電池の温度が第４の基準温度より高い場合には、前記燃料電池の発生する熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させ、該水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている前記水素ガスを放出させることにより、伝達された前記熱を前記水素吸蔵合金タンクで吸収すると共に、放出した前記水素ガスを前記燃料電池に供給して、前記電力の発生に利用することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のうちの任意の１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記水素吸蔵合金タンクは、前記燃料電池のエンドプレート内に配置されていることを特徴する燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項６ないし請求項９のうちの任意の１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記水素吸蔵合金タンクは、前記燃料電池の単セルと共に積層される専用セル内に配置されていることを特徴する燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項６ないし請求項１１のうちの任意の１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記水素吸蔵合金タンクが、前記燃料電池内に、単セルを間に挟んで複数配置されている場合は、各水素吸蔵合金タンクに接続される、前記水素ガスの流路となる配管は、それぞれ、一部分が絶縁されていることを特徴する燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素ガスを供給する水素タンクと、水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池と、を備えた燃料電池システムに関し、特に、燃料電池の温度を所望の温度にすることが可能な燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧水素タンクと、燃料電池と、を備えた燃料電池システムを搭載した車両を、例えば、寒冷地において冬場に使用する場合、周囲温度が極めて低い（例えば、０℃未満）ため、燃料電池システムの起動前には、燃料電池内が凍り付いている（例えば、電解質膜などが凍り付いている）恐れがあり、そのままでは、燃料電池を作動させることができない。従って、燃料電池システムの起動時には、燃料電池の温度を常温（例えば、０℃以上）まで上げて、燃料電池内を解凍させた上で、燃料電池を作動させる必要がある。
【０００３】
そのため、従来においては、このような場合に、電気ヒータまたは燃焼ヒータを用いて、燃料電池本体または燃料電池内を循環する冷却水を加熱する方法が採られていた。
【０００４】
また、従来においては、燃料電池が作動した後においても、燃料電池の温度が適正な温度までなかなか上がらない場合には、上記したのと同様の方法が採られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、電気ヒータを用いる方法では、電気ヒータに電力を供給するために、車両に、大容量のバッテリを搭載する必要があるという問題があった。
【０００６】
また、燃焼ヒータを用いる方法では、燃料電池に供給すべき燃料である水素ガスを燃焼ヒータに供給して燃焼させるため、その分の燃料（すなわち、水素ガス）は単に燃焼に利用されるだけであり、燃料電池における電力発生には何ら利用されないことになる。従って、その分の燃料が持つエネルギは、電力発生の観点から見て、損失になってしまうという問題があった。なお、電気ヒータを用いる場合においても、燃料電池によって発生した電力をバッテリに蓄えた上で、その蓄えた電力を電気ヒータに供給して、電気ヒータを加熱させる場合には、同様の問題が発生する。
【０００７】
さらにまた、その他の方法として、燃料電池全体を断熱材等でくるんで、燃料電池を保温する方法も考えられるが、かかる方法では、燃料電池の運転終了後、或る程度の時間は燃料電池の温度を適正な温度に保つことができるが、長時間経過すると、何れは周囲温度まで低下してしまうため、この場合においても、起動時には、燃料電池の温度を適正な温度まで上げる必要がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、大容量のバッテリを要することなく、燃料電池の温度を所望の温度にすることができ、しかも、エネルギを効率よく利用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。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第１の燃料電池システムは、水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクをさらに備え、
前記燃料電池の温度が第１の基準温度以下である場合には、前記水素タンクから前記水素吸蔵合金タンクに前記水素ガスを供給して、該水素ガスを前記水素吸蔵合金タンクに吸蔵させることにより、該水素吸蔵合金タンクで熱を発生させると共に、前記水素ガスおよび酸化ガスのうち、少なくとも一方のガスを、前記水素吸蔵合金タンクの配置された供給流路を介して前記燃料電池に供給することにより、発生した前記熱を前記ガスによって前記燃料電池に伝達させて、該燃料電池の温度を上昇させることを要旨とする。
【００１０】
このように、第１の燃料電池システムでは、燃料電池の温度が第１の基準温度以下である場合に、水素タンクから水素吸蔵合金タンクに水素ガスを供給して、その水素ガスを水素吸蔵合金タンクに吸蔵させる。水素吸蔵合金は、水素ガスを吸蔵すると、発熱反応を生じるため、水素吸蔵合金タンクは熱を発生する。一方、水素ガスおよび酸化ガスのうち、少なくとも一方のガスを、水素吸蔵合金タンクの配置された流路を介して燃料電池に供給する。このとき、水素吸蔵合金タンクで発生した熱を上記流路を介するガスによって燃料電池に伝達させることにより、燃料電池の温度を上昇させる。
【００１１】
従って、第１の燃料電池システムによれば、燃料電池の温度が第１の基準温度以下である場合に、燃料電池の温度を所望の温度まで上げることができるので、例えば、冬場のように周囲温度が極めて低く、燃料電池システムの起動前に、燃料電池内が凍り付いている場合でも、起動時に、燃料電池の温度を常温まで上げて、燃料電池内を解凍させた上で、燃料電池を作動させることができる。
【００１２】
また、水素吸蔵合金タンクに水素ガスを吸蔵させる際に発生する熱を利用して、燃料電池の温度を上昇させているので、従来において用いられていた電気ヒータや燃焼ヒータが不要となると共に、大容量のバッテリも必要としない。
【００１３】
本発明の第２の燃料電池システムは、水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクをさらに備え、
前記燃料電池の温度が第１の基準温度より高く第２の基準温度以下である場合には、前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する他、前記水素タンクから前記燃料電池に前記水素ガスを供給し、前記燃料電池において、前記電力の発生に利用すると共に、前記水素タンクから前記水素吸蔵合金タンクにも前記水素ガスを供給して、前記水素吸蔵合金タンクに吸蔵させることにより、該水素吸蔵合金タンクで熱を発生させ、前記燃料電池に供給される前記水素ガスおよび酸化ガスのうち、少なくとも一方のガスを、前記水素吸蔵合金タンクの配置された流路に通すことにより、発生した前記熱を前記ガスによって前記燃料電池に伝達させて、該燃料電池の温度を上昇させることを要旨とする。
【００１４】
このように、第２の燃料電池システムでは、第１の基準温度より高く第２の基準温度以下である場合に、酸化ガスを燃料電池に供給する他、水素タンクから水素ガスを、燃料電池に供給すると共に、水素吸蔵合金タンクにも供給する。燃料電池では、供給された水素ガスと酸化ガスを電力の発生に利用する。水素吸蔵合金タンクでは、供給された水素ガスを吸蔵し、熱を発生する。また、燃料電池に供給される水素ガスおよび酸化ガスのうち、少なくとも一方のガスを、水素吸蔵合金タンクの配置された流路に通す。水素吸蔵合金タンクで発生する熱を上記流路を通るガスによって燃料電池に伝達させることにより、燃料電池の温度を上昇させる。
【００１５】
従って、第２の燃料電池システムによれば、第１の基準温度より高く第２の基準温度以下である場合に、燃料電池を作動させながら、燃料電池の温度を所望の温度まで上げることができるので、例えば、燃料電池内は凍り付いていないものの、燃料電池の温度がまだ低い場合に、燃料電池自体による発熱と水素吸蔵合金タンクから伝達される熱によって、燃料電池の温度を急速に上げることができる。
【００１６】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の温度が第３の基準温度より高い場合には、前記燃料電池から排出された前記水素オフガスおよび酸素オフガスのうち、少なくとも一方のガスを、前記水素吸蔵合金タンクの配置された流路に通して、前記燃料電池の発生する熱を前記ガスによって前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることにより、該水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている前記水素ガスを放出させ、放出した該水素ガスを前記燃料電池に供給して、前記電力の発生に利用することが好ましい。
【００１７】
このように、燃料電池の温度が第３の基準温度より高い場合に、燃料電池から排出された水素オフガスおよび酸素オフガスのうち、少なくとも一方のガスを、水素吸蔵合金タンクの配置された流路に通して、燃料電池の発生する熱をガスによって水素吸蔵合金タンクに伝達させる。そして、燃料電池の発生する熱を利用して、水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている水素ガスを放出させ、放出した水素ガスを燃料電池に供給して、電力の発生に利用する。
【００１８】
従って、燃料電池の温度を上昇させるために利用された水素ガス（すなわち、水素タンクから水素吸蔵合金タンクに供給され、水素吸蔵合金タンクに吸蔵された水素ガス）を、燃料電池に供給して、電力発生に用いることができるので、燃料である水素ガスの持つエネルギを効率よく利用することができる。
【００１９】
また、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンクから水素ガスを放出させるために、燃料電池の発生する熱を利用しているため、他のエネルギを必要としない。
【００２０】
本発明の第３の燃料電池システムは、水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクをさらに備え、
前記燃料電池の温度が第４の基準温度より高い場合には、前記燃料電池から排出された前記水素オフガスおよび酸素オフガスのうち、少なくとも一方のガスを、前記水素吸蔵合金タンクの配置された流路に通して、前記燃料電池の発生する熱を前記ガスによって前記水素吸蔵合金タンクに伝達させ、該水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている前記水素ガスを放出させることにより、伝達された前記熱を前記水素吸蔵合金タンクで吸収すると共に、放出した前記水素ガスを前記燃料電池に供給して、前記電力の発生に利用することを要旨とする。
【００２１】
このように、第３の燃料電池システムでは、燃料電池の温度が第４の基準温度より高い場合に、燃料電池から排出された水素オフガスおよびオフガスのうち、少なくとも一方のガスを、水素吸蔵合金タンクの配置された流路に通して、燃料電池の発生する熱をガスによって水素吸蔵合金タンクに伝達させ、水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている水素ガスを放出させる。そして、伝達された熱を水素吸蔵合金タンクで吸収すると共に、放出した水素ガスを燃料電池に供給して、電力の発生に利用する。
【００２２】
従って、第３の燃料電池システムによれば、燃料電池の温度が第４の基準温度より高い場合に、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンクを利用して、燃料電池の温度を所望の温度まで下げることができるので、例えば、夏場のように周囲温度が高い場合でも、燃料電池の温度を定常温度に保つことができる。
【００２３】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記水素オフガスは、前記燃料電池に供給される前記水素ガスに合流させることが好ましい。
【００２４】
水素オフガスは、燃料電池において、電力の発生に供された後であっても、まだ、水素を含んでいるので、燃料電池に供給される水素ガスに合流させて戻すことによって、水素の有効活用を図ることができる。
【００２５】
本発明の第４の燃料電池システムは、水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクを、前記燃料電池の内部および外周部のうち、少なくとも一方に配置し、
前記燃料電池の温度が第１の基準温度以下である場合には、前記水素タンクから前記水素吸蔵合金タンクに前記水素ガスを供給して、該水素ガスを前記水素吸蔵合金タンクに吸蔵させることにより、該水素吸蔵合金タンクで熱を発生させ、発生したその熱を前記燃料電池に伝達させて、該燃料電池の温度を上昇させることを要旨とする。
【００２６】
このように、第４の燃料電池システムでは、燃料電池の温度が第１の基準温度以下である場合に、水素タンクから水素吸蔵合金タンクに水素ガスを供給して、その水素ガスを水素吸蔵合金タンクに吸蔵させる。この結果、水素吸蔵合金における発熱反応によって、水素吸蔵合金タンクは熱を発生する。発生した熱を直接、燃料電池に伝達させることにより、燃料電池の温度を上昇させる。
【００２７】
従って、第４の燃料電池システムにおいても、前述した第１の燃料電池システムと同様の効果を奏することができる。また、第４の燃料電池システムにおいては、水素吸蔵合金タンクで発生した熱を燃料電池に直接伝達しているため、エネルギの有効利用を図ることができる。
【００２８】
本発明の第５の燃料電池システムは、水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクを、前記燃料電池の内部および外周部のうち、少なくとも一方に配置し、
前記燃料電池の温度が第１の基準温度より高く第２の基準温度以下である場合には、前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する他、前記水素タンクから前記燃料電池に前記水素ガスを供給し、前記燃料電池において、前記電力の発生に利用すると共に、前記水素タンクから前記水素吸蔵合金タンクにも前記水素ガスを供給して、前記水素吸蔵合金タンクに吸蔵させることにより、該水素吸蔵合金タンクで熱を発生させ、発生したその熱を前記燃料電池に伝達させて、該燃料電池の温度を上昇させること要旨とする。
【００２９】
このように、第５の燃料電池システムでは、第１の基準温度より高く第２の基準温度以下である場合に、酸化ガスを燃料電池に供給する他、水素タンクから水素ガスを、燃料電池に供給すると共に、水素吸蔵合金タンクにも供給する。燃料電池では、供給された水素ガスと酸化ガスを電力の発生に利用する。水素吸蔵合金タンクでは、供給された水素ガスを吸蔵し、熱を発生する。そして、発生する熱を直接、燃料電池に伝達させることにより、燃料電池の温度を上昇させる。
【００３０】
従って、第５の燃料電池システムにおいても、前述した第２の燃料電池システムと同様の効果を奏する。また、第５の燃料電池システムにおいては、水素吸蔵合金タンクで発生した熱を燃料電池に直接伝達しているため、エネルギの有効利用を図ることができる。
【００３１】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の温度が第３の基準温度より高い場合には、前記燃料電池の発生する熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させることにより、該水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている前記水素ガスを放出させ、放出した該水素ガスを前記燃料電池に供給して、前記電力の発生に利用することが好ましい。
【００３２】
このように、燃料電池の温度が第３の基準温度より高い場合に、燃料電池の発生する熱を直接、水素吸蔵合金タンクに伝達させる。そして、燃料電池の発生する熱を利用して、水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている水素ガスを放出させ、放出した水素ガスを燃料電池に供給して、電力の発生に利用する。
【００３３】
従って、燃料電池の温度を上昇させるために利用された水素ガスを、燃料電池に供給して、電力発生に用いることができるので、燃料である水素ガスの持つエネルギを効率よく利用することかできる。
【００３４】
また、水素吸蔵合金タンクから水素ガスを放出させるために、燃料電池の発生する熱を利用しているため、他のエネルギを必要としない。
【００３５】
さらに、燃料電池で発生した熱を水素吸蔵合金タンクに直接伝達しているため、エネルギの有効利用を図ることができる。
【００３６】
本発明の第６の燃料電池システムは、水素ガスを供給する水素タンクと、前記水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて電力を発生すると共に、電力の発生に供された前記水素ガスおよび酸化ガスを水素オフガスおよび酸素オフガスとして排出する燃料電池と、を備えた燃料電池システムであって、
水素吸蔵合金を有し、前記水素タンクから前記水素ガスの供給を受けて該水素ガスを前記水素吸蔵合金で吸蔵したり、該水素吸蔵合金の吸蔵した前記水素ガスを放出して前記燃料電池に供給したりすることが可能な水素吸蔵合金タンクを、前記燃料電池の内部および外周部のうち、少なくとも一方に配置し、
前記燃料電池の温度が第４の基準温度より高い場合には、前記燃料電池の発生する熱を前記水素吸蔵合金タンクに伝達させ、該水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている前記水素ガスを放出させることにより、伝達された前記熱を前記水素吸蔵合金タンクで吸収すると共に、放出した前記水素ガスを前記燃料電池に供給して、前記電力の発生に利用することを要旨とする。
【００３７】
このように、第６の燃料電池システムでは、燃料電池の温度が第４の基準温度より高い場合に、燃料電池の発生する熱を直接、水素吸蔵合金タンクに伝達させ、水素吸蔵合金タンクに吸蔵されている水素ガスを放出させる。そして、伝達された熱を水素吸蔵合金タンクで吸収すると共に、放出した水素ガスを燃料電池に供給して、電力の発生に利用する。
【００３８】
従って、第６の燃料電池システムにおいても、前述した第３の燃料電池システムと同様の効果を奏する。また、第６の燃料電池システムにおいては、水素吸蔵合金タンクが、燃料電池から直接、熱を奪っているため、効率よく燃料電池を冷却することができる。
【００３９】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記水素吸蔵合金タンクは、前記燃料電池のエンドプレート内に配置されていることが好ましい。
【００４０】
このように、エンドプレート内に水素吸蔵合金タンクを配置することにより、燃料電池の大きさをあまり変化させることなく、燃料電池内に搭載することができる。
【００４１】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記水素吸蔵合金タンクは、前記燃料電池の単セルと共に積層される専用セル内に配置されていることが好ましい。
【００４２】
このように、単セルと共に積層される専用セル内に水素吸蔵合金タンクを配置することにより、水素吸蔵合金タンクで発生した熱を燃料電池全体に伝達しやすくなり、燃料電池の温度上昇を早めたり、逆に、燃料電池で発生した熱を水素吸蔵合金タンクによって燃料電池全体から奪いやすくなり、燃料電池の冷却を早めたりすることができる。
【００４３】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記水素吸蔵合金タンクが、前記燃料電池内に、単セルを間に挟んで複数配置されている場合は、各水素吸蔵合金タンクに接続される、前記水素ガスの流路となる配管は、それぞれ、一部分が絶縁されていることが好ましい。
【００４４】
単セルで発電が行われて、各水素吸蔵合金タンク同士の間で電位差が発生しても、各水素吸蔵合金タンク同士の間が配管を介して電気的につながらないようにすることができる。
【００４５】
なお、本発明は、上記した燃料電池システムなどの態様に限ることなく、そのようなシステムに用いられる燃料電池としての態様や、そのようなシステムを搭載した車両としての態様で実現することも可能である。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ａ−１．実施例の構成：
Ａ−２．昇温動作および通常動作：
Ａ−３．再生動作：
Ａ−４．冷却動作：
Ｂ．第２の実施例：
Ｂ−１．実施例の構成：
Ｂ−２．昇温動作および通常動作：
Ｂ−３．再生動作：
Ｂ−４．冷却動作：
Ｃ．第３の実施例：
Ｃ−１．実施例の構成：
Ｃ−２．昇温動作および通常動作：
Ｃ−３．再生動作：
Ｃ−４．冷却動作：
Ｄ．変形例：
Ｄ−１．変形例１：
Ｄ−２．変形例２：
Ｄ−３．変形例３：
Ｄ−４．変形例４：
Ｄ−５．変形例５：
Ｄ−６．変形例６：
Ｄ−７．変形例７：
Ｄ−８．変形例８：
Ｄ−９．変形例９：
【００４７】
Ａ．第１の実施例：
Ａ−１．実施例の構成：
図１は本発明の第１の実施例としての燃料電池システムの構成を示す構成図である。
【００４８】
本実施例の燃料電池システムは、自動車などの車両に搭載されるものであって、主として、水素ガスを供給する高圧水素タンク１００と、水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池２００と、水素ガスを吸蔵したり、吸蔵した水素ガスを放出したりする水素吸蔵合金タンク３００と、を備えている。
【００４９】
このうち、高圧水素タンク１００は、内部に高圧の水素ガスを充填しており、根本に取り付けられたシャットバルブ１０を開くと、およそ２０〜３５ＭＰａの圧力を有する水素ガスが放出される。
【００５０】
燃料電池２００は、水素を含んだ水素ガスの供給と、酸素を含んだ酸化ガス（例えば、空気）の供給と、を受けて、水素極と酸素極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。
【００５１】
即ち、水素極に水素ガスが、酸素極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、水素極側では式（１）の反応が、酸素極側では式（２）の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式（３）の反応が行なわれる。
【００５２】
Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-                             …（１）
２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ            …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ                     …（３）
【００５３】
このような電気化学反応に供された水素ガスと酸化ガスは、その後、水素オフガス，酸素オフガスとして、それぞれ排出される。
【００５４】
燃料電池２００を車両の動力源として用いる場合、燃料電池２００から発生された電力によって電動機（図示せず）を駆動し、その発生トルクを車軸（図示せず）に伝達して、車両の推進力を得る。
【００５５】
また、燃料電池２００は、複数の単セルが積層されたスタック構造となっており、１つの単セルは、電解質膜（図示せず）と、それを両側から挟み込む拡散電極（図示せず）である水素極及び酸素極と、さらにそれらを両側から挟み込む２枚のセパレータ（図示せず）と、で構成されている。セパレータの両面には、凹凸が形成されており、挟み込んだ水素極と酸素極との間で、単セル内ガス流路を形成している。このうち、水素極との間で形成される単セル内ガス流路には、前述したごとく供給された水素ガスが、酸素極との間で形成される単セル内ガス流路には、酸化ガスが、それぞれ流れている。
【００５６】
水素吸蔵合金タンク３００は、後述するガス流路切り換え部６００内に配置されている。水素吸蔵合金タンク３００は、内部に水素吸蔵合金（図示せず）を有しており、温度が低温になればなるほど、内部の圧力が下がるため、水素吸蔵合金は水素ガスを吸蔵しやすくなり、温度が高温になればなるほど、内部の圧力が上がるため、水素吸蔵合金は吸蔵した水素ガスを放出しやすくなる。水素吸蔵合金は、水素ガスを吸蔵する際、発熱反応を生じ、熱を発生する。逆に、吸蔵した水素ガスを放出する際には、吸熱反応を生じ、熱を吸収する。従って、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスを吸蔵させる際には、後述するように、ガス流路切り換え部６００を利用して、水素吸蔵合金タンク３００を冷却し、水素吸蔵合金タンク３００から吸蔵した水素ガスを放出させる際には、水素吸蔵合金タンク３００を加熱するようにする。
【００５７】
その他、本実施例の燃料電池システムは、図１に示すように、システム内で水素ガスを流通させるための水素ガス流路と、同じくシステム内で酸化ガスを流通させるための酸化ガス流路と、冷却水を循環させることにより、燃料電池２００の温度を制御する熱交換システムと、制御部４００と、を備えている。
【００５８】
このうち、水素ガス流路は、高圧水素タンク１００の放出口から分岐点５２を介して燃料電池２００の水素ガス供給口に至る本流流路５０と、水素吸蔵合金タンク３００の供給・放出口と分岐点５２とをつなぐ支流流路５４と、を備えている。
【００５９】
本流流路５０には、高圧水素タンク１００の放出口と分岐点５２との間に、シャットバルブ１０と、レギュレータ１２と、が配置されており、分岐点５２と燃料電池２００の水素ガス供給口との間には、レギュレータ１４と、シャットバルブ１６と、が配置されている。また、支流流路５４には、シャットバルブ１８と、圧力センサ２０と、が配置されている。このうち、圧力センサ２０は、主として、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈを検出するセンサである。
【００６０】
なお、図１では、燃料電池２００から水素オフガスを排出するための水素オフガス排出流路は省略されている。
【００６１】
一方、酸化ガス流路は、エアポンプ６０から流路切り換え部６００を介して燃料電池２００の酸化ガス供給口に至る酸化ガス供給流路６２と、燃料電池２００の酸素オフガス排出口からガス流路切り換え部６００を介して酸素オフガス排気口に至る酸素オフガス排出流路６４と、を備えている。
【００６２】
図２は図１におけるガス流路切り換え部６００の内部構成を概略的に示した説明図である。
【００６３】
ガス流路切り換え部６００は、図２に示すように、内部にＡ，Ｂ，Ｃの３つの流路を有しており、そのうち、流路Ｂに水素吸蔵合金タンク３００を配置している。また、各流路の切り換えは、３つのダンパ６０１，６０２，６０３をそれぞれａ側またはｂ側に切り換えることによって、行うことができる。
【００６４】
図３は図２のガス流路切り換え部６００における各ダンパの切り換えに基づく流路の切り換えの様子を示す説明図である。
【００６５】
具体的には、図３（ａ）に示すように、各ダンパ６０１〜６０３をそれぞれａ側に切り換えた場合には、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガス（すなわち、空気）は、流路Ｂを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に送られ、また、燃料電池２００の酸素オフガス排出口から排出された酸素オフガスは、流路Ｃを通って、酸素オフガス排気口へ送られる。また、図３（ｂ）に示すように、ダンパ６０１，６０２をｂ側に、ダンパ６０３をａ側にそれぞれ切り換えた場合には、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスは、流路Ａを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に送られ、燃料電池２００の酸素オフガス排出口から排出された酸素オフガスは、流路Ｃを通って、酸素オフガス排気口へ送られる。さらに、図３（ｃ）に示すように、各ダンパ６０１〜６０３をそれぞれｂ側に切り換えた場合には、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスは、流路Ａを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に送られ、燃料電池２００の酸素オフガス排出口から排出された酸素オフガスは、今度は流路Ｂを通って、酸素オフガス排気口へ送られることになる。
【００６６】
また、図１において、熱交換システムは、ウォータポンプ２２と、ラジエータ５００と、冷却水流路と、で構成されている。このうち、冷却水流路は、燃料電池２００とラジエータ５００とをつなぐ本流流路７０と、ラジエータ５００をバイパスするバイパス流路７２と、を備えており、不凍の処理を施した冷却水が流れている。
【００６７】
本流流路７０には、前述したウォータポンプ２２の他、水温センサ２８と、バイパスバルブ２６と、が配置されている。このうち、水温センサ２８は、燃料電池２００から放出される冷却水の温度Ｔｗを検出するセンサである。燃料電池２００から放出された直後の冷却水の温度は、燃料電池２００の温度とほとんど差がないため、この水温センサ２８によって検出される冷却水の温度Ｔｗを、燃料電池２００の温度と見なすことができる。
【００６８】
バイパス流路７２の一端は、バイパスバルブ２６に接続されている。このバイパスバルブ２６は、３つの切り換えモードを持っている。そのうち、第１のモードは、経路αを経路βにつなぐモード（すなわち、冷却水をラジエータ５００に流すモード）であり、第２のモードは、経路γを経路βにつなぐモード（すなわち、冷却水をバイパス流路７２に流すモード）であり、第３のモードは、経路α，γ何れも経路βにつながないモード（すなわち、冷却水をラジエータ５００にもバイパス流路７２にも流さないモード）である。
【００６９】
また、制御部４００は、圧力センサ２０および水温センサ２８からの検出結果を入力すると共に、各バルブ１０〜１８，２６と、ウォータポンプ２２と、エアポンプ６０と、ガス流路切り換え部６００のダンパ６０１〜６０３をそれぞれ制御する。なお、図面を見やすくするために、制御線等は省略されている。
【００７０】
なお、本実施例において、高圧水素タンク１００は、本発明における水素タンクに、燃料電池２００は、本発明における燃料電池に、水素吸蔵合金タンク３００は、本発明における水素吸蔵合金タンクに、それぞれ相当している。
【００７１】
Ａ−２．昇温動作および通常動作：
それでは、本実施例の燃料電池システムにおける起動時の動作について、図４を用いて説明する。図４は図１の燃料電池システムにおける起動時の動作手順を示すフローチャートである。
【００７２】
燃料電池システムの起動前、水素ガス流路の全てのシャットバルブ１０，１６，１８は閉じている。また、酸化ガス流路において、エアポンプ６０は停止しており、ガス流路切り換え部６００のダンパ６０１，６０２はｂ側に、ダンパ６０３はａ側にそれぞれなっている。冷却水流路のうち、バイパスバルブ２６は第２のモードとなっている他、ウォータポンプ２２も停止している。また、水素吸蔵合金タンク３００は、水素ガスを吸蔵していない空の状態となっている。
【００７３】
そこで、燃料電池システムが起動されると、制御部４００は、まず、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０を開くと共に、冷却水流路のウォータポンプ２２を駆動する（ステップＳ１０２）。シャットバルブ１０が開くと、高圧水素タンク１００からは水素ガスが放出され、その放出された水素ガスは、本流流路５０に至る。また、ウォータポンプ２２が駆動されると、冷却水が流れ始める。冷却水は、燃料電池２００から出た後、本流流路７０，バイパス流路７２，本流流路７０を介して燃料電池２００に戻る経路で循環する。冷却水の温度Ｔｗが定常温度よりまだ低い場合に、ラジエータ５００側に冷却水を回すと、冷却水の温度Ｔｗが上がっていかないからである。
【００７４】
次に、制御部４００は、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、第１の基準温度Ｔ１としては、例えば、氷が溶ける温度である、およそ０℃が設定されている。
【００７５】
判定の結果、冷却水の温度が第１の基準温度Ｔ１以下である場合には、燃料電池２００の温度が低くて、燃料電池２００内が凍り付いている恐れがあるので、第１の昇温動作を開始する。
【００７６】
すなわち、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１６を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８を開くと共に、酸化ガス流路のうち、エアポンプ６０を駆動し、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３を全てａ側にする。そして、さらに、後述する吸蔵フラグを立てる（ステップＳ１０６）。
【００７７】
本流流路５０のシャットバルブ１６を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８が開くと、高圧水素タンク１００から放出され、本流流路５０に至った水素ガスは、矢印ｈ１で示すように、分岐点５２から支流流路５４を通って、ガス流路切り換え部６００内に配置された水素吸蔵合金タンク３００に供給される。
【００７８】
なお、本流流路５０の途中には、１次減圧用のレギュレータ１２が設けられており、高圧水素タンク１００から放出された高圧（すなわち、およそ２０〜３５ＭＰａ）の水素ガスは、このレギュレータ１２を通ることによって、およそ１ＭＰａ以下に減圧されて、水素吸蔵合金タンク３００に供給される。
【００７９】
一方、水素吸蔵合金タンク３００は、前述したとおり、水素ガスを吸蔵していない空の状態であり、また、周囲温度が低く、水素吸蔵合金タンク３００の温度も低い状態となっているため、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は非常に低くなっている。
【００８０】
従って、水素吸蔵合金タンク３００におよそ１ＭＰａ以下の水素ガスが供給されると、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は非常に低いため、その供給された水素ガスは、水素吸蔵合金タンク３００内の水素吸蔵合金によって速やかに吸蔵される。こうして、水素吸蔵合金が水素ガスを吸蔵すると、上述したとおり、発熱反応を生じて、熱を発生する。
【００８１】
また、酸化ガス流路において、エアポンプ６０が駆動され、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３が全てａ側になると、図３（ａ）に示すように、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスは、流路Ｂを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に送られる。このとき、流路Ｂには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されているので、水素吸蔵合金タンク３００で発生した熱は、流路Ｂを通る酸化ガスによって、水素吸蔵合金タンク３００から燃料電池２００に伝達される。この結果、燃料電池２００は、伝達された熱によって加熱されて、温度を上げることになる。
【００８２】
なお、このとき、水素ガス流路における本流流路５０のシャットバルブ１６が閉じており、燃料電池２００には、まだ、水素ガスが供給されていないので、燃料電池２００に酸化ガスが供給されても、電気化学反応は起こらない。従って、供給された酸化ガスは、そのまま、酸素オフガスとなって燃料電池２００の酸素オフガス排出口から排出される。排出された酸素オフガスは、図３（ａ）に示すように、ガス流路切り換え部６００における流路Ｃを通って、酸素オフガス排気口へ送られる。流路Ｃには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、酸素オフガスはそのままの状態で酸素オフガス排気口から大気中に排気される。
【００８３】
以上のようにして、本実施例の燃料電池システムにおいては、起動時に、高圧水素タンク１００から放出された水素ガスを水素吸蔵合金タンク３００に供給して吸蔵させることにより、水素吸蔵合金タンク３００で熱を発生させ、その発生した熱を酸化ガスによって燃料電池２００に伝達することにより、燃料電池２００の温度を上げることができる。
【００８４】
なお、ステップＳ１０６では、このようにして、高圧水素タンク１００から水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが供給され、水素吸蔵合金タンク３００に吸蔵されるため、前述した如く、制御部４００は、水素吸蔵合金タンク３００が水素ガスを吸蔵したことを示す吸蔵フラグを立てるのである。
【００８５】
こうして、ステップＳ１０６の処理が完了すると、再び、ステップＳ１０４の処理に戻る。
【００８６】
次に、ステップＳ１０４における判定の結果、冷却水の温度が第１の基準温度Ｔ１より高い場合には、燃料電池２００内が凍り付いている恐れがないので、制御部４００は、冷却水の温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ここで、第２の基準温度Ｔ２はＴ２＞Ｔ１であり、第２の基準温度Ｔ２としては、例えば、およそ３０〜５０℃が設定されている。
【００８７】
判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２以下である場合には、燃料電池２００内は凍り付いていないので、燃料電池２００の作動は可能であるものの、燃料電池２００の温度はまだ低く、効率的な運転ができないため、第２の昇温動作を開始する。
【００８８】
すなわち、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１６と支流流路５４のシャットバルブ１８の両方を開くと共に、酸化ガス流路のうち、エアポンプ６０を駆動し、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２をａ側に切り換える。但し、ダンパ６０３はａ側のままとする。そして、さらに、吸蔵フラグが立っていない場合には、吸蔵フラグを立てる（ステップＳ１１０）。
【００８９】
本流流路５０のシャットバルブ１６と、支流流路５４のシャットバルブ１８が共に開くと、高圧水素タンク１００から放出され、本流流路５０に至った水素ガスは、矢印ｈ１，矢印ｈ２で示すように、一部がそのまま本流流路５０を通って、燃料電池２００に供給され、残りが分岐点５２から支流流路５４を通って、水素吸蔵合金タンク３００に供給される。
【００９０】
なお、本流流路５０の途中には、前述した１次減圧用のレギュレータ１２の他に、２次減圧用のレギュレータ１４が設けられており、本流流路５０をそのまま通る水素ガスは、１次減圧用のレギュレータ１２でおよそ１ＭＰａ以下に減圧された後、さらに、２次減圧用のレギュレータ１４を通ることによって、最終的に、およそ燃料電池への供給圧力にまで減圧されて、燃料電池２００に供給される。こうして、高圧水素タンク１００から放出された高圧の水素ガスを２段階で減圧することよって、高圧の水素ガスが直接、燃料電池２００に供給されないよう、燃料電池２００を保護している。
【００９１】
また、前述したと同様に、酸化ガス流路において、エアポンプ６０が駆動され、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３が全てａ側になると、図３（ａ）に示すように、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスは、流路Ｂを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に供給される。
【００９２】
こうして、燃料電池２００に水素ガスと酸化ガスが供給されると、前述したとおり、燃料電池２００は、水素極と酸素極において電気化学反応を起こし、電力を発生させる。なお、このとき起きる電気化学反応は、発熱反応であるため、これによって、燃料電池２００の温度は上昇する。
【００９３】
一方、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが供給されると、前述したとおり、その水素ガスは水素吸蔵合金タンク３００内の水素吸蔵合金によって吸蔵され、水素吸蔵合金は、発熱反応を生じて、熱を発生する。発生した熱は、流路Ｂを通る酸化ガスによって燃料電池２００に伝達されて、燃料電池２００の温度を上げる。
【００９４】
また、燃料電池２００において、電気化学反応に供された酸化ガスは、酸素オフガスとなって燃料電池２００の酸素オフガス排出口から排出される。排出された酸素オフガスは、図３（ａ）に示すように、ガス流路切り換え部６００における流路Ｃを通って、酸素オフガス排気口へ送られる。流路Ｃには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、酸素オフガスはそのままの状態で酸素オフガス排気口から大気中に排気される。
【００９５】
以上のようにして、本実施例の燃料電池システムにおいては、燃料電池２００内は凍り付いていないものの、燃料電池２００の温度がまだ低い場合には、燃料電池２００を作動させながら、水素吸蔵合金タンク３００を利用して燃料電池２００の温度を上げることができるので、燃料電池２００自体による発熱と相まって、燃料電池２００の温度を急速に上げることができる。
【００９６】
こうして、ステップＳ１１０の処理が完了すると、再び、ステップＳ１０４の処理に戻る。
【００９７】
一方、ステップＳ１０８における判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２より高い場合には、燃料電池２００の温度も十分高く、効率的な運転が可能なため、通常動作を開始する。
【００９８】
すなわち、制御部４００は、水素ガス流路のうち、支流流路５４のシャットバルブ１８を閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１６と開くと共に、酸化ガス流路のうち、エアポンプ６０を駆動し、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２をｂ側にし、ダンパ６０３をａ側にする（ステップＳ１１２）。
【００９９】
支流流路５４のシャットバルブ１８が閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１６が開くと、高圧水素タンク１００から放出され、本流流路５０に至った水素ガスは、矢印ｈ２で示すように、そのまま本流流路５０を通って、燃料電池２００に供給される。
【０１００】
また、酸化ガス流路において、エアポンプ６０が駆動され、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２がｂ側となり、ダンパ６０３がａ側になると、図３（ｂ）に示すように、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスは、流路Ａを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に送られる。このとき、流路Ａには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、酸化ガスはそのままの状態で燃料電池２００に供給される。
【０１０１】
このように、燃料電池２００に水素ガスと酸化ガスが供給されると、前述したとおり、燃料電池２００は、水素極と酸素極において電気化学反応を起こし、電力を発生させる。この電気化学反応は、前述したとおり、発熱反応であるため、燃料電池２００の温度は上昇する。
【０１０２】
また、燃料電池２００において、電気化学反応に供された酸化ガスは、酸素オフガスとなって燃料電池２００の酸素オフガス排出口から排出される。排出された酸素オフガスは、図３（ｂ）に示すように、ガス流路切り換え部６００における流路Ｃを通って、酸素オフガス排気口へ送られる。流路Ｃには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、酸素オフガスはそのままの状態で酸素オフガス排気口から大気中に排気される。
【０１０３】
その後、制御部４００は、水温センサ２８を介して冷却水の温度Ｔｗを監視しながら、燃料電池２００の温度上昇に伴い、冷却水の温度Ｔｗが定常温度まで上昇したら、バイパスバルブ２６を第２のモードから第１のモードに切り換える。これにより、冷却水は、燃料電池２００から出た後、本流流路７０，ラジエータ５００，本流流路７０を介して燃料電池２００に戻る経路で循環する。この結果、燃料電池２００によって昇温された冷却水は、ラジエータ５００において冷却されるため、冷却水の温度Ｔｗ、延いては燃料電池２００の温度を定常温度に保つことができる。
【０１０４】
以上によって、図４に示した一連の起動時の動作を終了する。
【０１０５】
Ａ−３．再生動作：
次に、本実施例の燃料電池システムにおいて、水素吸蔵合金タンク３００に吸蔵された水素ガスを燃料電池２００で再利用するための再生動作について、図５を用いて説明する。図５は図１の燃料電池システムにおける再生動作の手順を示すフローチャートである。
【０１０６】
前述したとおり、通常動作時では、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０，１６は開いているが、支流流路５４のシャットバルブ１８は閉じている。また、酸化ガス流路のうち、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２はｂ側に、ダンパ６０３はａ側になっている。そして、冷却水流路のうち、バイパスバルブ２６は第１または第２のモードとなっている。
【０１０７】
このような通常動作時において、図５に示す再生動作が開始されると、制御部４００は、まず、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが吸蔵されていることを示す吸蔵フラグが立っているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。判定の結果、吸蔵フラグが立っていなければ、水素吸蔵合金タンク３００には水素ガスが吸蔵されておらず、空の状態であるので、そのまま、図５に示す再生動作を終了する。
【０１０８】
判定の結果、吸蔵フラグが立っていれば、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが吸蔵されているので、図５に示す再生動作を続行する。
【０１０９】
次に、制御部４００は、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３より高いか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ここで、第３の基準温度Ｔ３はＴ３＞Ｔ２であり、第３の基準温度Ｔ３としては、例えば、およそ５０〜８０℃が設定されている。
【０１１０】
判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３以下である場合には、その第３の基準温度Ｔ３を超えるまで待機する。その後、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３を超えたら、制御部４００は、酸化ガス流路のうち、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３を全てｂ側にする（ステップＳ２０６）。
【０１１１】
酸化ガス流路において、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３が全てｂ側になると、図３（ｃ）に示すように、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスは、通常動作時と同様に、流路Ａを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に送られる。このとき、流路Ａには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、酸化ガスはそのままの状態で燃料電池２００に供給される。
【０１１２】
供給された酸化ガスは、燃料電池２００において電気化学反応に供された後、酸素オフガスとして、燃料電池２００の酸素オフガス排出口から排出される。このとき、冷却水の温度Ｔｗは第３の基準温度Ｔ３を超えており、燃料電池２００において、電気化学反応により発生した熱は、この酸素オフガスと共に排出される。
【０１１３】
排出された酸素オフガスは、図３（ｃ）に示すように、ガス流路切り換え部６００における流路Ｂを通って、酸素オフガス排気口へ送られる。このとき、流路Ｂには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されているので、燃料電池２００で発生した熱は、流路Ｂを通る酸素オフガスによって、燃料電池２００から水素吸蔵合金タンク３００に伝達されるため、水素吸蔵合金タンク３００は加熱されて、温度を上げることになる。この結果、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は高くなる。
【０１１４】
制御部４００は、圧力センサ２０からの検出結果を入力し、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になっているか否かを判定する（ステップＳ２０８）。ここで、第１の基準圧力Ｐ１としては、例えば、およそ０．８〜０．９ＭＰａが設定されている。
【０１１５】
判定の結果、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１より低い場合には、第１の基準圧力Ｐ１以上になるまで待機する。その後、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になったら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８を開く（ステップＳ２１０）。
【０１１６】
これにより、水素吸蔵合金タンク３００は、水素吸蔵合金に吸蔵していた水素ガスを放出し、放出された水素ガスは、矢印ｈ３に示すように、支流流路５４，分岐点５２，本流流路５０を通って、燃料電池２００に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池２００において、電力発生のために利用される。
【０１１７】
その後、制御部４００は、圧力センサ２０からの検出結果を入力し、それに基づいて、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈがほぼ第１の基準圧力Ｐ１となるように調整する（ステップＳ２１２）。調整の方法としては、次のような方法が考えられる。
【０１１８】
１）ガス流路切り換え部６００におけるダンパ３をａとｂとの間（中間位置も含む）で適宜位置を変化させ、流路Ｂを通過する酸素オフガスの流量を調整することにより、水素吸蔵合金タンク３００の温度を制御して、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈを調整する。
【０１１９】
２）燃料電池２００に供給される冷却水の温度を調整することにより、燃料電池２００から排出される酸素オフガスの温度を変化させ、水素吸蔵合金タンク３００の温度を制御して、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈを調整する。なお、冷却水の温度を調整する方法としては、バイパスバルブ２６が第１のモードである場合には、ラジエータ５００に付属しているファン（図示せず）の回転数を変化させることにより、冷却水の温度を調整し、第２のモードである場合には、バイパスバルブ２６でラジエータ５００へ回る冷却水の流量とバイパス流路７２を回る冷却水の流量を調整することにより、冷却水の温度を調整する。
【０１２０】
その後、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが低下してきて、上記したような圧力調整を行っても、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１を維持できない場合に（ステップＳ２１４）、制御部４００は、水素吸蔵合金タンク３００が吸蔵していた水素ガスを全て放出してしまい、空の状態になったものと判断する。
【０１２１】
そして、制御部４００は、水素ガス流路のうち、支流流路５４のシャットバルブ１８を閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１０を開くと共に、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２をｂ側にし、ダンパ６０３をａ側にする（ステップＳ２１６）。そして、水素吸蔵合金タンク３００が空になったことを示すために、吸蔵フラグを下ろす（ステップＳ２１６）。
【０１２２】
以上によって、図５に示した一連の再生動作を終了し、通常動作に戻る。
【０１２３】
本実施例の燃料電池システムによれば、起動時に、燃料電池２００の温度を上昇させるために利用された水素ガス（すなわち、高圧水素タンク１００から水素吸蔵合金タンク３００に供給され、水素吸蔵合金タンク３００において吸蔵された水素ガス）を、燃料電池２００の運転中に、燃料電池２００に供給して、燃料電池２００での電力発生に用いることができるので、燃料である水素ガスの持つエネルギを効率よく利用することかできる。
【０１２４】
また、燃料電池２００の運転中に、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンク３００を空の状態にすることができるので、運転が終了して、再度、燃料電池システムを起動する場合には、いつでも、上述した昇温動作を開始することができる。
【０１２５】
さらにまた、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンク３００を空の状態にするために、燃料電池２００の発生する熱を利用しているため、他のエネルギを必要としない。
【０１２６】
Ａ−４．冷却動作：
ところで、通常動作では、前述したとおり、冷却水流路のバイパスバルブ２６が第１のモードになっていれば、燃料電池２００を循環する冷却水はラジエータ５００において冷却されるため、燃料電池２００の温度は定常温度に保たれているが、このような燃料電池システムを搭載した車両を、例えば、夏場に使用する場合、上記したようなラジエータ５００による冷却だけでは、燃料電池２００の温度を定常温度に保てない場合がある。
【０１２７】
そこで、次に、本実施例の燃料電池システムにおいて、水素吸蔵合金タンク３００を利用して燃料電池２００を冷却するための冷却動作について、図６を用いて説明する。図６は図１の燃料電池システムにおける冷却動作の手順を示すフローチャートである。
【０１２８】
なお、この冷却動作は、前述した再生動作の代わりに行うものである。また、この冷却動作は、基本的には、再生動作と同様であるので、異なる部分について詳細に説明する。
【０１２９】
通常動作時において、図６に示す冷却動作が開始されると、制御部４００は、まず、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが吸蔵されていることを示す吸蔵フラグが立っているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。判定の結果、吸蔵フラグが立っていなければ、水素吸蔵合金タンク３００は空の状態であって、水素吸蔵合金タンク３００を利用した冷却は行えないので、図６に示す冷却動作を終了する。
【０１３０】
判定の結果、吸蔵フラグが立っていれば、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが吸蔵されているので、図６に示す冷却動作を続行する。
【０１３１】
次に、制御部４００は、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４より高いか否かを判定する（ステップＳ３０４）。ここで、第４の基準温度Ｔ４はＴ４＞Ｔ２であり、第４の基準温度Ｔ４としては、例えば、およそ８０℃以上が設定されている。
【０１３２】
判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下である場合には、冷却水の温度Ｔｗが高くなって、その第４の基準温度Ｔ４を超えるまで待機する。その後、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４を超えたら、燃料電池２００を冷却するために、制御部４００は、酸化ガス流路のうち、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３を全てａ側にする（ステップＳ３０６）。
【０１３３】
ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３が全てａ側になると、図３（ａ）に示すように、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスは、水素吸蔵合金タンク３００の配置されている流路Ｂを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に送られる。このとき、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスは比較的暖かいので、その酸化ガスが流路Ｂを通過することにより、水素吸蔵合金タンク３００は暖められて、温度を上げることになる。この結果、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は高くなる。
【０１３４】
制御部４００は、圧力センサ２０からの検出結果を入力し、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になっているか否かを判定する（ステップＳ３０８）。
【０１３５】
判定の結果、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１より低い場合には、第１の基準圧力Ｐ１以上になるまで待機する。その後、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になったら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８を開く（ステップＳ３１０）。
【０１３６】
これにより、水素吸蔵合金タンク３００は、水素吸蔵合金に吸蔵していた水素ガスを放出し、放出された水素ガスは、矢印ｈ３に示すように、支流流路５４，分岐点５２，本流流路５０を通って、燃料電池２００に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池２００において、電力発生のために利用される。
【０１３７】
水素吸蔵合金は、水素ガスを放出する際に、吸熱反応を生じ、熱を吸収するため、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスは、ガス流路切り換え部６００における流路Ｂを通過する際に、水素吸蔵合金タンク３００により熱を奪われて、その温度は低下する。従って、燃料電池２００には、この温度低下した酸化ガスが供給されることになり、燃料電池２００の温度は下がる。
【０１３８】
続いて、制御部４００は、再び、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下になったか否かを判定する（ステップＳ３１２）。
【０１３９】
判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下になっていない場合には、その第４の基準温度Ｔ４以下になるまで、ステップＳ３１４，３１６の処理を繰り返す。
【０１４０】
なお、ステップＳ３１４，Ｓ３１６の処理は、図５に示したステップＳ２１２，Ｓ２１４の処理と同様であるので、説明は省略する。
【０１４１】
その後、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下になったら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、支流流路５４のシャットバルブ１８を閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１０を開くと共に、酸化ガス流路のうち、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２をｂ側にし、ダンパ６０３をａ側にする（ステップＳ３２０）。
【０１４２】
なお、ステップＳ３１２〜Ｓ３１６の処理を繰り返す間は、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１を維持しており、水素吸蔵合金タンク３００は空の状態になっていないので、ステップＳ３２０において、支流流路５４のシャットバルブ１８が閉じても、水素吸蔵合金タンク３００には吸蔵された水素ガスがまだ残っている。
【０１４３】
従って、水素吸蔵合金タンク３００に吸蔵された水素ガスが残っている限り、水素吸蔵合金タンク３００を利用して燃料電池２００を冷却させることは可能であるので、ステップＳ３０４の処理に戻る。
【０１４４】
こうして、水素ガスを吸蔵している水素吸蔵合金タンク３００が空の状態になるまで、上記した処理が繰り返され、空の状態になったら、図５に示したステップＳ２１６と同様のステップＳ３１８の処理を実行する。
【０１４５】
以上によって、図６に示した一連の冷却動作を終了し、通常動作に戻る。
【０１４６】
本実施例の燃料電池システムによれば、燃料電池２００の温度が高い場合には、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンク３００を利用して、燃料電池２００を冷却することにより、燃料電池２００の温度を定常温度に保つことができる。
【０１４７】
Ｂ．第２の実施例：
Ｂ−１．実施例の構成：
図７は本発明の第２の実施例としての燃料電池システムの構成を示す構成図である。本実施例の燃料電池システムも、自動車などの車両に搭載されるものである。
【０１４８】
本実施例の燃料電池システムが、前述した第１の実施例の燃料電池システムと構成上、異なる点は、内部に水素吸蔵合金タンク３００を有するガス流路切り換え部６００が、酸化ガス流路ではなく、図７に示すように、水素ガス流路中に配置されている点である。
【０１４９】
すなわち、本実施例において、水素ガス流路は、図７に示すように、高圧水素タンク１００の放出口から分岐点５２，合流点５８を介し、さらにガス流路切り換え部６００を介して燃料電池２００の水素ガス供給口に至る本流流路５０と、水素吸蔵合金タンク３００の供給・放出口と分岐点５２とをつなぐ支流流路５４と、燃料電池２００の水素オフガス排出口からガス流路切り換え部６００を介して本流流路５０の合流点５８に戻る循環流路５６と、を備えている。
【０１５０】
循環流路５６には、ガス流路切り換え部６００と合流点５８との間に、水素ポンプ５７が配置されている。この水素ポンプ５７は、燃料電池２００から排出された水素オフガスを本流流路５０の合流点５８に向かって流すことにより、水素ガスを循環させる機能を有している。
【０１５１】
また、酸化ガス流路は、エアポンプ６０から燃料電池２００の酸化ガス供給口に至る酸化ガス供給流路６２を備えている。
【０１５２】
なお、図７では、燃料電池２００から酸素オフガスを排出するための酸素オフガス排出流路は省略されている。
【０１５３】
その他の構成は、概ね、前述した第１の実施例と同様であるので、それらについての説明は省略する。また、図７におけるガス流路切り換え部６００の内部構成も、図２に示した構成と同様であるので、それについての説明も省略する。
【０１５４】
図８は図７のガス流路切り換え部６００における各ダンパの切り換えに基づく流路の切り換えの様子を示す説明図である。
【０１５５】
具体的には、図８（ａ）に示すように、各ダンパ６０１〜６０３をそれぞれａ側に切り換えた場合には、合流点５８から流れてくる水素ガスは、流路Ｂを通って、燃料電池２００の水素ガス供給口に送られ、また、燃料電池２００の水素オフガス排出口から排出された水素オフガスは、流路Ｃを通って、合流点５８へ戻される。また、図８（ｂ）に示すように、ダンパ６０１，６０２をｂ側に、ダンパ６０３をａ側にそれぞれ切り換えた場合には、合流点５８から流れてくる酸化ガスは、流路Ａを通って、燃料電池２００の水素ガス供給口に送られ、燃料電池２００の水素オフガス排出口から排出された水素オフガスは、流路Ｃを通って、合流点５８へ戻される。さらに、図８（ｃ）に示すように、各ダンパ６０１〜６０３をそれぞれｂ側に切り換えた場合には、合流点５８から流れてくる水素ガスは、流路Ａを通って、燃料電池２００の水素ガス供給口に送られ、燃料電池２００の水素オフガス排出口から排出された水素オフガスは、流路Ｂを通って、合流点５８へ戻されることになる。
【０１５６】
なお、制御部４００は、圧力センサ２０および水温センサ２８からの検出結果を入力すると共に、各バルブ１０〜１８，２６と、ウォータポンプ２２と、エアポンプ６０と、ガス流路切り換え部６００のダンパ６０１〜６０３をそれぞれ制御する他、水素ポンプ５７も制御する。
【０１５７】
Ｂ−２．昇温動作および通常動作：
それでは、本実施例の燃料電池システムにおける起動時の動作について、図９を用いて説明する。図９は図７の燃料電池システムにおける起動時の動作手順を示すフローチャートである。
【０１５８】
燃料電池システムの起動前、水素ガス流路の全てのシャットバルブ１０，１６，１８は閉じている他、水素ポンプ５７は停止しており、ガス流路切り換え部６００のダンパ６０１，６０２はｂ側に、ダンパ６０３はａ側にそれぞれなっている。また、酸化ガス流路において、エアポンプ６０は停止している。冷却水流路のうち、バイパスバルブ２６は第２のモードとなっている他、ウォータポンプ２２も停止している。また、水素吸蔵合金タンク３００は、水素ガスを吸蔵していない空の状態となっている。
【０１５９】
そこで、燃料電池システムが起動されると、制御部４００は、まず、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０を開くと共に、冷却水流路のウォータポンプ２２を駆動する（ステップＳ４０２）。シャットバルブ１０が開くと、高圧水素タンク１００からは水素ガスが放出され、その放出された水素ガスは、本流流路５０に至る。また、ウォータポンプ２２が駆動されると、冷却水が流れ始め、燃料電池２００から出た後、本流流路７０，バイパス流路７２，本流流路７０を介して燃料電池２００に戻る経路で循環する。
【０１６０】
次に、制御部４００は、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１以下であるか否かを判定し（ステップＳ４０４）、その判定の結果、冷却水の温度が第１の基準温度Ｔ１以下である場合には、燃料電池２００内が凍り付いている恐れがあるので、第１の昇温動作を開始する。
【０１６１】
すなわち、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１６と支流流路５４のシャットバルブ１８の両方を開くと共に、水素ポンプ５７を駆動し、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３を全てａ側にする。そして、さらに、吸蔵フラグを立てる（ステップＳ４０６）。
【０１６２】
本流流路５０のシャットバルブ１６と、支流流路５４のシャットバルブ１８が共に開くと、高圧水素タンク１００から放出され、本流流路５０に至った水素ガスは、矢印ｈ１，矢印ｈ２で示すように、一部がそのまま本流流路５０を通り、合流点５８，ガス流路切り換え部６００を介して燃料電池２００に供給され、残りが分岐点５２から支流流路５４を通って、ガス流路切り換え部６００内に配置された水素吸蔵合金タンク３００に供給される。
【０１６３】
このとき、水素吸蔵合金タンク３００は、前述したとおり、水素ガスを吸蔵していない空の状態であり、水素吸蔵合金タンク３００の温度も低い状態となっているため、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は非常に低くなっている。
【０１６４】
従って、レギュレータ１２によって減圧されたおよそ１ＭＰａ以下の水素ガスが水素吸蔵合金タンク３００に供給されると、その供給された水素ガスは、水素吸蔵合金タンク３００内の水素吸蔵合金によって速やかに吸蔵され、水素吸蔵合金は、発熱反応を生じて、熱を発生する。
【０１６５】
また、水素ポンプ５７が駆動され、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３が全てａ側になると、図８（ａ）に示すように、合流点５８から流れてきた水素ガスは、流路Ｂを通って、燃料電池２００の水素ガス供給口に送られる。このとき、流路Ｂには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されているので、水素吸蔵合金タンク３００で発生した熱は、流路Ｂを通る水素ガスによって、水素吸蔵合金タンク３００から燃料電池２００に伝達される。この結果、燃料電池２００は、伝達された熱によって加熱されて、温度を上げることになる。
【０１６６】
なお、このとき、酸化ガス流路におけるエアポンプ６０が駆動しておらず、燃料電池２００には、まだ、酸化ガスが供給されていないので、燃料電池２００に水素ガスが供給されても、電気化学反応は起こらない。従って、供給された水素ガスは、そのまま、水素オフガスとなって燃料電池２００の水素オフガス排出口から排出される。排出された水素オフガスは、図８（ａ）に示すように、ガス流路切り換え部６００における流路Ｃを通って、合流点５８へ戻される。流路Ｃには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、水素オフガスはそのままの状態で合流点５８に戻されて循環する。
【０１６７】
以上のようにして、本実施例の燃料電池システムにおいては、起動時に、高圧水素タンク１００から放出された水素ガスを水素吸蔵合金タンク３００に供給して吸蔵させることにより、水素吸蔵合金タンク３００で熱を発生させ、その発生した熱を水素ガスによって燃料電池２００に伝達することにより、燃料電池２００の温度を上げることができる。
【０１６８】
こうして、ステップＳ４０６の処理が完了すると、再び、ステップＳ４０４の処理に戻る。
【０１６９】
次に、ステップＳ４０４における判定の結果、冷却水の温度が第１の基準温度Ｔ１より高い場合には、制御部４００は、冷却水の温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ４０８）。判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２以下である場合には、燃料電池２００内は凍り付いていないので、燃料電池２００の作動は可能であるものの、燃料電池２００の温度はまだ低く、効率的な運転ができないため、第２の昇温動作を開始する。
【０１７０】
すなわち、制御部４００は、前述したと同様に、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１６と支流流路５４のシャットバルブ１８の両方を開き、水素ポンプ５７を駆動し、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３を全てａ側にする他、酸化ガス流路のうち、エアポンプ６０を駆動する。そして、さらに、吸蔵フラグが立っていない場合には、吸蔵フラグを立てる（ステップＳ４１０）。
【０１７１】
本流流路５０のシャットバルブ１６と、支流流路５４のシャットバルブ１８が共に開くと、前述したとおり、高圧水素タンク１００から放出された水素ガスは、一部がそのまま本流流路５０を通り、合流点５８，ガス流路切り換え部６００を介して燃料電池２００に供給され、残りが分岐点５２から支流流路５４を通って、水素吸蔵合金タンク３００に供給される。
【０１７２】
また、エアポンプ６０が駆動されると、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスが燃料電池２００に供給される。
【０１７３】
こうして、燃料電池２００に水素ガスと酸化ガスが供給されると、前述したとおり、燃料電池２００は、水素極と酸素極において電気化学反応を起こし、電力を発生させる。このとき起きる電気化学反応は、発熱反応であるため、これによって、燃料電池２００の温度は上昇する。
【０１７４】
また、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが供給されると、前述したとおり、その水素ガスは水素吸蔵合金によって吸蔵され、水素吸蔵合金は、発熱反応を生じて、熱を発生する。そして、発生した熱は、ガス流路切り換え部６００内の流路Ｂを通る水素ガスによって燃料電池２００に伝達されて、燃料電池２００の温度を上げる。
【０１７５】
また、燃料電池２００において、電気化学反応に供された水素ガスは、水素オフガスとなって燃料電池２００の水素オフガス排出口から排出される。排出された水素オフガスは、図８（ａ）に示すように、ガス流路切り換え部６００における流路Ｃを通る。流路Ｃには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、水素オフガスはそのままの状態で合流点５８へ戻される。水素オフガスは、燃料電池２００において、電気化学反応に供された後であっても、まだ、水素を含んでいるので、合流点５８へ戻すことによって、水素の有効活用が図れる。
【０１７６】
以上のようにして、本実施例の燃料電池システムにおいては、燃料電池２００内は凍り付いていないものの、燃料電池２００の温度がまだ低い場合には、燃料電池２００を作動させながら、水素吸蔵合金タンク３００を利用して燃料電池２００の温度を上げることができるので、燃料電池２００自体による発熱と相まって、燃料電池２００の温度を急速に上げることができる。
【０１７７】
こうして、ステップＳ４１０の処理が完了すると、再び、ステップＳ４０４の処理に戻る。
【０１７８】
一方、ステップＳ４０８における判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２より高い場合には、燃料電池２００の温度も十分高く、効率的な運転が可能なため、通常動作を開始する。
【０１７９】
すなわち、制御部４００は、水素ガス流路のうち、支流流路５４のシャットバルブ１８を閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１６と開くと共に、水素ポンプ５７を駆動し、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２をｂ側にし、ダンパ６０３をａ側にする。また、酸化ガス流路のうち、エアポンプ６０を駆動する（ステップＳ４１２）。
【０１８０】
支流流路５４のシャットバルブ１８が閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１６が開くと、高圧水素タンク１００から放出され、本流流路５０に至った水素ガスは、矢印ｈ２で示すように、そのまま本流流路５０を通り、合流点５８，ガス流路切り換え部６００を介して燃料電池２００に供給される。
【０１８１】
このとき、水素ポンプ５７が駆動されると共に、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２がｂ側となり、ダンパ６０３がａ側となるので、図８（ｂ）に示すように、合流点５８から流れてきた水素ガスは、流路Ａを通って、燃料電池２００の水素ガス供給口に送られることになる。流路Ａには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、水素ガスはそのままの状態で燃料電池２００に供給される。
【０１８２】
また、エアポンプ６０が駆動されると、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスが燃料電池２００に供給される。
【０１８３】
このように、燃料電池２００に水素ガスと酸化ガスが供給されると、前述したとおり、燃料電池２００は、水素極と酸素極において電気化学反応を起こし、電力を発生させ、その後、通常動作を維持する。
【０１８４】
また、燃料電池２００において、電気化学反応に供された水素ガスは、水素オフガスとなって燃料電池２００の水素オフガス排出口から排出され、図８（ｂ）に示すように、ガス流路切り換え部６００における流路Ｃを通る。流路Ｃには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、水素オフガスはそのままの状態で合流点５８に戻されて、循環する。
【０１８５】
以上によって、図９に示した一連の起動時の動作を終了する。
【０１８６】
Ｂ−３．再生動作：
次に、本実施例の燃料電池システムにおいて、水素吸蔵合金タンク３００に吸蔵された水素ガスを燃料電池２００で再利用するための再生動作について、図１０を用いて説明する。図１０は図７の燃料電池システムにおける再生動作の手順を示すフローチャートである。
【０１８７】
前述したとおり、通常動作時では、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０，１６は開いているが、支流流路５４のシャットバルブ１８は閉じている。また、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２はｂ側に、ダンパ６０３はａ側になっている。
【０１８８】
このような通常動作時において、図１０に示す再生動作が開始されると、制御部４００は、まず、吸蔵フラグが立っているか否かを判定し（ステップＳ５０２）、その判定の結果、吸蔵フラグが立っていなければ、水素吸蔵合金タンク３００には水素ガスが吸蔵されておらず、空の状態であるので、そのまま、図１０に示す再生動作を終了する。
【０１８９】
判定の結果、吸蔵フラグが立っていれば、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが吸蔵されているので、図１０に示す再生動作を続行する。
【０１９０】
次に、制御部４００は、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３より高いか否かを判定し（ステップＳ５０４）、その判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３以下である場合には、その第３の基準温度Ｔ３を超えるまで待機する。その後、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３を超えたら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３を全てｂ側にする（ステップＳ５０６）。
【０１９１】
水素ガス流路において、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３が全てｂ側になると、図８（ｃ）に示すように、５８から流れてきた水素ガスは、通常動作時と同様に、流路Ａを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に送られる。このとき、流路Ａには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されていないので、水素ガスはそのままの状態で燃料電池２００に供給される。
【０１９２】
供給された水素ガスは、燃料電池２００において電気化学反応に供された後、水素オフガスとして、燃料電池２００の水素オフガス排出口から排出される。このとき、冷却水の温度Ｔｗは第３の基準温度Ｔ３を超えており、燃料電池２００において、電気化学反応により発生した熱は、この水素オフガスと共に排出される。
【０１９３】
排出された水素オフガスは、図８（ｃ）に示すように、ガス流路切り換え部６００における流路Ｂを通って、合流点５８に戻される。このとき、流路Ｂには、水素吸蔵合金タンク３００が配置されているので、燃料電池２００で発生した熱は、流路Ｂを通る水素オフガスによって、燃料電池２００から水素吸蔵合金タンク３００に伝達されるため、水素吸蔵合金タンク３００は加熱されて、温度を上げることになる。この結果、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は高くなる。
【０１９４】
制御部４００は、圧力センサ２０からの検出結果を入力し、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になっているか否かを判定する（ステップＳ５０８）。
【０１９５】
判定の結果、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１より低い場合には、第１の基準圧力Ｐ１以上になるまで待機し、その後、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になったら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８を開く（ステップ５１０）。
【０１９６】
これにより、水素吸蔵合金タンク３００は、水素吸蔵合金に吸蔵していた水素ガスを放出し、放出された水素ガスは、矢印ｈ３に示すように、支流流路５４，分岐点５２，本流流路５０，合流点５８，ガス流路切り換え部６００を通って、燃料電池２００に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池２００において、電力発生のために利用される。
【０１９７】
それから、制御部４００は、圧力センサ２０からの検出結果を入力し、それに基づいて、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈがほぼ第１の基準圧力Ｐ１となるように調整する（ステップＳ５１２）。
【０１９８】
その後、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが低下してきて、圧力調整を行っても、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１を維持できない場合に（ステップＳ５１４）、制御部４００は、水素吸蔵合金タンク３００は空の状態になったものと判断し、水素ガス流路のうち、支流流路５４のシャットバルブ１８を閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１０を開くと共に、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２をｂ側にし、ダンパ６０３をａ側にする（ステップＳ５１６）。そして、水素吸蔵合金タンク３００が空になったことを示すために、吸蔵フラグを下ろす（ステップＳ５１６）。
【０１９９】
以上によって、図１０に示した一連の再生動作を終了し、通常動作に戻る。
【０２００】
本実施例の燃料電池システムによれば、起動時に、燃料電池２００の温度を上昇させるために利用された水素ガスを、燃料電池２００の運転中に、燃料電池２００に供給して、燃料電池２００での電力発生に用いることができるので、燃料である水素ガスの持つエネルギを効率よく利用することかできる。
【０２０１】
また、燃料電池２００の運転中に、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンク３００を空の状態にすることができるので、運転が終了して、再度、燃料電池システムを起動する場合には、いつでも、上述した昇温動作を開始することができる。
【０２０２】
さらにまた、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンク３００を空の状態にするために、燃料電池２００の発生する熱を利用しているため、他のエネルギを必要としない。
【０２０３】
Ｂ−４．冷却動作：
次に、本実施例の燃料電池システムにおいて、水素吸蔵合金タンク３００を利用して燃料電池２００を冷却するための冷却動作について、図１１を用いて説明する。図１１は図７の燃料電池システムにおける冷却動作の手順を示すフローチャートである。
【０２０４】
通常動作時において、図１１に示す冷却動作が開始されると、制御部４００は、まず、吸蔵フラグが立っているか否かを判定し（ステップＳ６０２）、その判定の結果、吸蔵フラグが立っていなければ、水素吸蔵合金タンク３００は空の状態であって、水素吸蔵合金タンク３００を利用した冷却は行えないので、図１１に示す冷却動作を終了する。
【０２０５】
判定の結果、吸蔵フラグが立っていれば、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが吸蔵されているので、図１１に示す冷却動作を続行する。
【０２０６】
次に、制御部４００は、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４より高いか否かを判定し（ステップＳ６０４）、その判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下である場合には、冷却水の温度Ｔｗが高くなって、その第４の基準温度Ｔ４を超えるまで待機する。その後、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４を超えたら、燃料電池２００を冷却するために、制御部４００は、水素ガス流路のうち、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３を全てａ側にする（ステップＳ６０６）。
【０２０７】
ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１〜６０３が全てａ側になると、図８（ａ）に示すように、合流点５８から流れてきた水素ガスは、水素吸蔵合金タンク３００の配置されている流路Ｂを通って、燃料電池２００の酸化ガス供給口に送られる。このとき、合流点５８から流れてくる水素ガスは、高圧水素タンク１００を出発点として長い経路を通ってきているので、その温度は周囲温度と同等になっている。従って、そのような水素ガスが流路Ｂを通過すると、水素吸蔵合金タンク３００は暖められて、温度を上げることになり、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は高くなる。
【０２０８】
制御部４００は、圧力センサ２０からの検出結果を入力し、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になっているか否かを判定する（ステップＳ６０８）。
【０２０９】
判定の結果、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１より低い場合には、第１の基準圧力Ｐ１以上になるまで待機し、その後、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になったら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８を開く（ステップＳ６１０）。
【０２１０】
これにより、水素吸蔵合金タンク３００は、水素吸蔵合金に吸蔵していた水素ガスを放出し、放出された水素ガスは、矢印ｈ３に示すように、支流流路５４，分岐点５２，本流流路５０，合流点５８，ガス流路切り換え部６００を通って、燃料電池２００に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池２００において、電力発生のために利用される。
【０２１１】
水素吸蔵合金は、水素ガスを放出する際に、吸熱反応を生じ、熱を吸収するため、合流点５８から流れてきた水素ガスは、ガス流路切り換え部６００における流路Ｂを通過する際に、水素吸蔵合金タンク３００により熱を奪われて、その温度は低下する。従って、燃料電池２００には、この温度低下した水素ガスが供給されることになり、燃料電池２００の温度は下がる。
【０２１２】
続いて、制御部４００は、再び、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下になったか否かを判定する（ステップＳ６１２）。
【０２１３】
判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下になっていない場合には、その第４の基準温度Ｔ４以下になるまで、ステップＳ５１４，５１６の処理を繰り返す。
【０２１４】
なお、ステップＳ６１４，Ｓ６１６の処理は、図１０に示したステップＳ５１２，Ｓ５１４の処理と同様であるので、説明は省略する。
【０２１５】
その後、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下になったら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、支流流路５４のシャットバルブ１８を閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１０を開くと共に、ガス流路切り換え部６００におけるダンパ６０１，６０２をｂ側にし、ダンパ６０３をａ側にする（ステップＳ６２０）。
【０２１６】
水素吸蔵合金タンク３００に吸蔵された水素ガスが残っている限り、水素吸蔵合金タンク３００を利用して燃料電池２００を冷却させることは可能であるので、ステップＳ６０４の処理に戻り、水素ガスを吸蔵している水素吸蔵合金タンク３００が空の状態になるまで、上記した処理が繰り返され、空の状態になったら、図１０に示したステップＳ５１６と同様のステップＳ６１８の処理を実行する。
【０２１７】
以上によって、図１１に示した一連の冷却動作を終了し、通常動作に戻る。
【０２１８】
本実施例の燃料電池システムによれば、燃料電池２００の温度が高い場合には、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンク３００を利用して、燃料電池２００を冷却することにより、燃料電池２００の温度を定常温度に保つことができる。
【０２１９】
Ｃ．第３の実施例：
Ｃ−１．実施例の構成：
図１２は本発明の第３の実施例としての燃料電池システムの構成を示す構成図である。本実施例の燃料電池システムも、自動車などの車両に搭載されるものである。
【０２２０】
本実施例の燃料電池システムが、前述した第１または第２の実施例の燃料電池システムと構成上、異なる点は、水素吸蔵合金タンク３００がガス流路切り換え部６００内に配置されているのではなく、図１２に示すように、燃料電池２００の内部に配置されている点である。
【０２２１】
すなわち、本実施例においては、水素吸蔵合金タンク３００が燃料電池２００のエンドプレート２０２内に取り付けられている。
【０２２２】
図１３は図１２における水素吸蔵合金タンク３００を備えた燃料電池２００のエンドプレート２０２を示す断面図である。図１３において、（ａ）はエンドプレート２０２を側方から見た断面を示しており、（ｂ）は正面から見た断面を示している。
【０２２３】
図１３に示すように、水素吸蔵合金タンク３００は、エンドプレート２０２内に埋め込まれており、水素吸蔵合金タンク３００の上部は、フィルタ３０２を介して支流流路５４の配管３０４に接続されている。また、エンドプレート２０２の上部は、Ｏリング２０４を介してエンドプレートカバー２０６が取り付けられ、そのエンドプレートカバー２０６はボルト２０８によって固定されている。さらに、エンドプレート２０２と配管３０４とは、溶接部３０６によって固定されている。
【０２２４】
一方、図１２に示すように、水素ガス流路は、第１の実施例と同様に、水素ガス流路は、高圧水素タンク１００の放出口から分岐点５２を介して燃料電池２００の水素ガス供給口に至る本流流路５０と、水素吸蔵合金タンク３００の供給・放出口と分岐点５２とをつなぐ支流流路５４と、を備えており、酸化ガス流路は、第２の実施例と同様に、エアポンプ６０から燃料電池２００の酸化ガス供給口に至る酸化ガス供給流路６２を備えている。
【０２２５】
なお、図１２では、燃料電池２００から水素オフガスを排出するための水素オフガス排出流路と、酸素オフガスを排出するための酸素オフガス排出流路は省略されている。
【０２２６】
その他の構成は、概ね、前述した第１の実施例と同様であるので、それらについての説明は省略する。
【０２２７】
なお、制御部４００は、圧力センサ２０および水温センサ２８からの検出結果を入力すると共に、各バルブ１０〜１８，２６と、ウォータポンプ２２と、エアポンプ６０と、を制御する。
【０２２８】
Ｃ−２．昇温動作および通常動作：
それでは、本実施例の燃料電池システムにおける起動時の動作について、図１４を用いて説明する。図１４は図１２の燃料電池システムにおける起動時の動作手順を示すフローチャートである。
【０２２９】
燃料電池システムの起動前、水素ガス流路の全てのシャットバルブ１０，１６，１８は閉じており、酸化ガス流路において、エアポンプ６０は停止している。冷却水流路のうち、バイパスバルブ２６は第２のモードとなっている他、ウォータポンプ２２も停止している。また、水素吸蔵合金タンク３００は、水素ガスを吸蔵していない空の状態となっている。
【０２３０】
そこで、燃料電池システムが起動されると、制御部４００は、まず、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０を開くと共に、冷却水流路のウォータポンプ２２を駆動する（ステップＳ７０２）。シャットバルブ１０が開くと、高圧水素タンク１００からは水素ガスが放出され、その放出された水素ガスは、本流流路５０に至る。また、ウォータポンプ２２が駆動されると、冷却水が流れ始め、燃料電池２００から出た後、本流流路７０，バイパス流路７２，本流流路７０を介して燃料電池２００に戻る経路で循環する。
【０２３１】
次に、制御部４００は、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第１の基準温度Ｔ１以下であるか否かを判定し（ステップＳ７０４）、その判定の結果、冷却水の温度が第１の基準温度Ｔ１以下である場合には、燃料電池２００内が凍り付いている恐れがあるので、第１の昇温動作を開始する。
【０２３２】
すなわち、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１６を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８を開くと共に、吸蔵フラグを立てる（ステップＳ７０６）。
【０２３３】
本流流路５０のシャットバルブ１６を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８が開くと、高圧水素タンク１００から放出され、本流流路５０に至った水素ガスは、矢印ｈ１で示すように、分岐点５２から支流流路５４を通って、燃料電池２００内に配置された水素吸蔵合金タンク３００に供給される。
【０２３４】
このとき、水素吸蔵合金タンク３００は、前述したとおり、水素ガスを吸蔵していない空の状態であり、水素吸蔵合金タンク３００の温度も低い状態となっているため、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は非常に低くなっている。
【０２３５】
従って、レギュレータ１２によって減圧されたおよそ０．８〜１ＭＰａの水素ガスが水素吸蔵合金タンク３００に供給されると、その水素ガスは、水素吸蔵合金タンク３００内の水素吸蔵合金によって速やかに吸蔵され、水素吸蔵合金は、発熱反応を生じて、熱を発生する。
【０２３６】
このとき、水素吸蔵合金タンク３００は、燃料電池２００のエンドプレート２０２内に取り付けられているので、水素吸蔵合金タンク３００で発生した熱は、エンドプレート２０２から燃料電池２００全体に伝達される。この結果、燃料電池２００は、伝達された熱によって加熱されて、温度を上げることになる。
【０２３７】
なお、このとき、水素ガス流路における本流流路５０のシャットバルブ１６は閉じており、酸化ガス流路におけるエアポンプ６０は駆動していないため、燃料電池２００には、まだ、水素ガスも酸化ガスも供給されておらず、それ故、電気化学反応は起こらない。
【０２３８】
以上のようにして、本実施例の燃料電池システムにおいては、起動時に、高圧水素タンク１００から放出された水素ガスを燃料電池２００内に配置された水素吸蔵合金タンク３００に供給して吸蔵させることにより、水素吸蔵合金タンク３００で熱を発生させ、その発生した熱を燃料電池２００に伝達することにより、燃料電池２００の温度を上げることができる。
【０２３９】
また、水素吸蔵合金タンク３００で発生した熱を燃料電池２００に直接伝達しているため、エネルギの有効利用を図ることができる。
【０２４０】
こうして、ステップＳ７０６の処理が完了すると、再び、ステップＳ７０４の処理に戻る。
【０２４１】
次に、ステップＳ７０４における判定の結果、冷却水の温度が第１の基準温度Ｔ１より高い場合には、制御部４００は、冷却水の温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ７０８）。判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２以下である場合には、燃料電池２００内は凍り付いていないので、燃料電池２００の作動は可能であるものの、燃料電池２００の温度はまだ低く、効率的な運転ができないため、第２の昇温動作を開始する。
【０２４２】
すなわち、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１６と支流流路５４のシャットバルブ１８の両方を開くと共に、酸化ガス流路のうち、エアポンプ６０を駆動する。そして、さらに、吸蔵フラグが立っていない場合には、吸蔵フラグを立てる（ステップＳ７１０）。
【０２４３】
本流流路５０のシャットバルブ１６と、支流流路５４のシャットバルブ１８が共に開くと、高圧水素タンク１００から放出され、本流流路５０に至った水素ガスは、矢印ｈ１，矢印ｈ２で示すように、一部がそのまま本流流路５０を通って、燃料電池２００に供給され、残りが分岐点５２から支流流路５４を通って、燃料電池２００内に配置された水素吸蔵合金タンク３００に供給される。
【０２４４】
また、エアポンプ６０が駆動されると、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスが燃料電池２００に供給される。
【０２４５】
こうして、燃料電池２００に水素ガスと酸化ガスが供給されると、燃料電池２００は電気化学反応を起こし、電力を発生させる。このとき起きる電気化学反応は、発熱反応であるため、これによって、燃料電池２００の温度は上昇する。
【０２４６】
また、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが供給されると、前述したとおり、その水素ガスは水素吸蔵合金によって吸蔵され、水素吸蔵合金は、発熱反応を生じて、熱を発生する。そして、発生した熱は、エンドプレート２０２を介して燃料電池２００全体に伝達されて、燃料電池２００の温度を上げる。
【０２４７】
以上のようにして、本実施例の燃料電池システムにおいては、燃料電池２００内は凍り付いていないものの、燃料電池２００の温度がまだ低い場合には、燃料電池２００を作動させながら、水素吸蔵合金タンク３００を利用して燃料電池２００の温度を上げることができるので、燃料電池２００自体による発熱と相まって、燃料電池２００の温度を急速に上げることができる。
【０２４８】
こうして、ステップＳ７１０の処理が完了すると、再び、ステップＳ７０４の処理に戻る。
【０２４９】
一方、ステップＳ７０８における判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第２の基準温度Ｔ２より高い場合には、燃料電池２００の温度も十分高く、効率的な運転が可能なため、通常動作を開始する。
【０２５０】
すなわち、制御部４００は、水素ガス流路のうち、支流流路５４のシャットバルブ１８を閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１６と開くと共に、酸化ガス流路のうち、エアポンプ６０を駆動する（ステップＳ７１２）。
【０２５１】
支流流路５４のシャットバルブ１８が閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１６が開くと、高圧水素タンク１００から放出され、本流流路５０に至った水素ガスは、矢印ｈ２で示すように、そのまま本流流路５０を通って、燃料電池２００に供給される。
【０２５２】
また、エアポンプ６０が駆動されると、エアポンプ６０から取り入れられた酸化ガスが燃料電池２００に供給される。
【０２５３】
このように、燃料電池２００に水素ガスと酸化ガスが供給されると、燃料電池２００は、電気化学反応を起こし、電力を発生させ、その後、通常動作を維持する。
【０２５４】
以上によって、図１４に示した一連の起動時の動作を終了する。
【０２５５】
Ｃ−３．再生動作：
次に、本実施例の燃料電池システムにおいて、水素吸蔵合金タンク３００に吸蔵された水素ガスを燃料電池２００で再利用するための再生動作について、図１５を用いて説明する。図１５は図１２の燃料電池システムにおける再生動作の手順を示すフローチャートである。
【０２５６】
前述したとおり、通常動作時では、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０，１６は開いているが、支流流路５４のシャットバルブ１８は閉じている。
【０２５７】
このような通常動作時において、図１５に示す再生動作が開始されると、制御部４００は、まず、吸蔵フラグが立っているか否かを判定し（ステップＳ８０２）、その判定の結果、吸蔵フラグが立っていなければ、水素吸蔵合金タンク３００には水素ガスが吸蔵されておらず、空の状態であるので、そのまま、図１５に示す再生動作を終了する。
【０２５８】
判定の結果、吸蔵フラグが立っていれば、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが吸蔵されているので、図１５に示す再生動作を続行する。
【０２５９】
次に、制御部４００は、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３より高いか否かを判定すると共に、圧力センサ２０からの検出結果を入力し、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になっているか否かを判定する（ステップＳ８０４）。判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３以下である場合には、その第３の基準温度Ｔ３を超えるまで待機する。また、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３を超えても、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１より低い場合には、第１の基準圧力Ｐ１以上になるまで待機する。
【０２６０】
このとき、燃料電池２００で発生した熱は、エンドプレート２０２を介して水素吸蔵合金タンク３００に伝達されるため、水素吸蔵合金タンク３００は加熱されて、温度を上げることになる。この結果、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は高くなる。
【０２６１】
その後、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３を超えると共に、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になったら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８を開く（ステップ８０６）。
【０２６２】
これにより、水素吸蔵合金タンク３００は、水素吸蔵合金に吸蔵していた水素ガスを放出し、放出された水素ガスは、矢印ｈ３に示すように、支流流路５４，分岐点５２，本流流路５０を通って、燃料電池２００に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池２００において、電力発生のために利用される。
【０２６３】
それから、制御部４００は、圧力センサ２０からの検出結果を入力し、それに基づいて、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈがほぼ第１の基準圧力Ｐ１となるように調整する（ステップＳ８０８）。
【０２６４】
その後、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが低下してきて、圧力調整を行っても、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１を維持できない場合に（ステップＳ８１０）、制御部４００は、水素吸蔵合金タンク３００は空の状態になったものと判断し、水素ガス流路のうち、支流流路５４のシャットバルブ１８を閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１０を開き、吸蔵フラグを下ろす（ステップＳ８１２）。
【０２６５】
以上によって、図１５に示した一連の再生動作を終了し、通常動作に戻る。
【０２６６】
本実施例の燃料電池システムによれば、起動時に、燃料電池２００の温度を上昇させるために利用された水素ガスを、燃料電池２００の運転中に、燃料電池２００に供給して、燃料電池２００での電力発生に用いることができるので、燃料である水素ガスの持つエネルギを効率よく利用することかできる。
【０２６７】
また、燃料電池２００の運転中に、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンク３００を空の状態にすることができるので、運転が終了して、再度、燃料電池システムを起動する場合には、いつでも、上述した昇温動作を開始することができる。
【０２６８】
さらにまた、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンク３００を空の状態にするために、燃料電池２００の発生する熱を利用しているため、他のエネルギを必要としない。
【０２６９】
また、燃料電池２００で発生した熱を水素吸蔵合金タンク３００に直接伝達しているため、エネルギの有効利用を図ることができる。
【０２７０】
Ｃ−４．冷却動作：
次に、本実施例の燃料電池システムにおいて、水素吸蔵合金タンク３００を利用して燃料電池２００を冷却するための冷却動作について、図１６を用いて説明する。図１６は図１２の燃料電池システムにおける冷却動作の手順を示すフローチャートである。
【０２７１】
通常動作時において、図１６に示す冷却動作が開始されると、制御部４００は、まず、吸蔵フラグが立っているか否かを判定し（ステップＳ９０２）、その判定の結果、吸蔵フラグが立っていなければ、水素吸蔵合金タンク３００は空の状態であって、水素吸蔵合金タンク３００を利用した冷却は行えないので、図１６に示す冷却動作を終了する。
【０２７２】
判定の結果、吸蔵フラグが立っていれば、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスが吸蔵されているので、図１６に示す冷却動作を続行する。
【０２７３】
次に、制御部４００は、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３より高いか否かを判定すると共に、圧力センサ２０からの検出結果を入力し、水素吸蔵合金タンク３００から放出される水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になっているか否かを判定する（ステップＳ９０４）。
【０２７４】
このとき、燃料電池２００で発生した熱は、エンドプレート２０２を介して水素吸蔵合金タンク３００に伝達されるため、水素吸蔵合金タンク３００は加熱されて、温度を上げることになる。この結果、水素吸蔵合金タンク３００の内部の圧力は高くなる。
【０２７５】
そして、冷却水の温度Ｔｗが第３の基準温度Ｔ３を超えると共に、水素ガスの圧力Ｐｈが第１の基準圧力Ｐ１以上になったら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、本流流路５０のシャットバルブ１０を閉じて、支流流路５４のシャットバルブ１８を開く（ステップ９０６）。
【０２７６】
これにより、水素吸蔵合金タンク３００は、水素吸蔵合金に吸蔵していた水素ガスを放出し、放出された水素ガスは、矢印ｈ３に示すように、支流流路５４，分岐点５２，本流流路５０を通って、燃料電池２００に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池２００において、電力発生のために利用される。
【０２７７】
水素吸蔵合金は、水素ガスを放出する際に、吸熱反応を生じ、熱を吸収するため、燃料電池２００は、水素吸蔵合金タンク３００によって熱を奪われて、温度が低下していく。
【０２７８】
制御部４００は、再び、水温センサ２８からの検出結果を入力し、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下になったか否かを判定する（ステップＳ９０８）。判定の結果、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下になっていない場合には、その第４の基準温度Ｔ４以下になるまで、ステップＳ９１０，９１２の処理を繰り返す。
【０２７９】
なお、ステップＳ９１０，Ｓ９１２の処理は、図１８に示したステップＳ８０８，Ｓ８１０の処理と同様であるので、説明は省略する。
【０２８０】
その後、冷却水の温度Ｔｗが第４の基準温度Ｔ４以下になったら、制御部４００は、水素ガス流路のうち、支流流路５４のシャットバルブ１８を閉じて、本流流路５０のシャットバルブ１０を開く（ステップＳ９１６）。
【０２８１】
水素吸蔵合金タンク３００に吸蔵された水素ガスが残っている限り、水素吸蔵合金タンク３００を利用して燃料電池２００を冷却させることは可能であるので、ステップＳ９０４の処理に戻り、水素ガスを吸蔵している水素吸蔵合金タンク３００が空の状態になるまで、上記した処理が繰り返され、空の状態になったら、図１５に示したステップＳ８１２と同様のステップＳ９１４の処理を実行する。
【０２８２】
以上によって、図１５に示した一連の冷却動作を終了し、通常動作に戻る。
【０２８３】
本実施例の燃料電池システムによれば、燃料電池２００の温度が高い場合には、水素ガスの吸蔵された水素吸蔵合金タンク３００を利用して、燃料電池２００を冷却することにより、燃料電池２００の温度を定常温度に保つことができる。また、水素吸蔵合金タンク３００は、燃料電池２００から直接、熱を奪っているため、効率よく燃料電池２００を冷却することができる。
【０２８４】
Ｄ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【０２８５】
Ｄ−１．変形例１：
上記した第１の実施例においては、水素吸蔵合金タンク３００を有するガス流路切り換え部６００を酸化ガス流路中に配置し、第２の実施例においては、水素ガス流路中に配置していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ガス流路切り換え部６００を、水素ガス流路の本流流路５０と、酸素ガス流路の酸素オフガス排出流路６４と、の組み合わせで配置するようにしても良いし、あるいは、水素ガス流路の循環流路５６と、酸素ガス流路の酸化ガス供給流路６２と、の組み合わせで配置するようにしても良い。
【０２８６】
Ｄ−２．変形例２：
上記した第１および第２の実施例において、ガス流路切り換え部６００は、ダンパ６０１〜６０３によって、酸化ガスおよび酸素オフガスや、水素ガスおよび水素オフガスが流れる流路を切り換えることにより、水素吸蔵合金タンク３００の配置されている流路に、これらのガスを流すようにしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、酸化ガスおよび酸素オフガスや、水素ガスおよび水素オフガスが流れる流路は切り換えることなく、固定とし、水素吸蔵合金タンク３００の方を移動させるようにしても良い。
【０２８７】
具体的には、第１の実施例の場合を例に採ると、酸化ガスが流れる流路Ｘと酸素オフガスが流れる流路Ｙをそれぞれ固定すると共に、水素吸蔵合金タンク３００を移動させ、流路Ｘ内の位置に配置したり、流路Ｙ内の位置に配置したり、流路Ｘ，Ｙ以外の位置に配置したすることによって、ガス流路切り換え部６００と同様の機能を果たすことができる。
【０２８８】
Ｄ−３．変形例３：
上記した第３の実施例では、水素吸蔵合金タンク３００を燃料電池２００のエンドプレート２０２内に配置するようにしたが、単セル間にＭＨ（メタル・ハイドライド；水素吸蔵合金）セルを挟み、そのＭＨセルの中に水素吸蔵合金タンク３００を配置するようにしても良い。
【０２８９】
図１７は単セル間にＭＨセルを挟んで成る燃料電池２００を示す説明図である。この変形例では、図１７に示すように、単セル２１０、２つ毎に、１つのＭＨセル３１０が配置されている。
【０２９０】
なお、図１７では、燃料電池２００に水素ガスや酸化ガスを供給するための供給流路や、燃料電池２００から水素オフガスや酸素オフガスを排出するための排出流路は省略されている。このことは、後述する図２０，図２１および図２３においても同様である。
【０２９１】
図１８は図１７における水素吸蔵合金タンク３００を備えたＭＨセル３１０を示す断面図である。図１８において、（ａ）はＭＨセル３１０を側方から見た断面を示しており、（ｂ）は正面から見た断面を示している。
【０２９２】
図１８に示すように、水素吸蔵合金タンク３００は、ＭＨセル３１０内に嵌め込まれており、水素吸蔵合金タンク３００の上部は、フィルタ３０２を介して支流流路５４の配管３０４に接続されている。また、ＭＨセル３１０の側面の片側は、ＭＨセルカバー３１２が取り付けられ、そのＭＨセルカバー３１２は溶接部３１４によって固定されている。
【０２９３】
なお、このように、単セル２１０間にＭＨセル３１０を配置した場合、単セル２１０で発電が行われると、ＭＨセル３１０同士の間には、電位差が発生する。配管３０４は通常、金属でできているため、ＭＨセル３１０同士が電気的につながらないようにするために、この変形例では、図１７に示すように、配管３０４の途中に絶縁部３１６を設けている。
【０２９４】
図１９は図１７における絶縁部３１６の構成を説明するための説明図である。図１９において、（ａ）は燃料電池２００における単セル２１０、ＭＨセル３１０および絶縁部３１６の断面を示しており、（ｂ）は（ａ）におけるＸ部を拡大して示している。なお、（ａ）では、単セル２１０、１つ毎に、１つのＭＨセル３１０が配置されているように描いてある。
【０２９５】
図１９（ｂ）に示すように、絶縁部３１６では、金属から成る配管３０４は、２つに切れており、その間を、例えば、ゴム系の絶縁材などで構成された絶縁パイプ３１８でつないでいる。そして、絶縁パイプ３１８が３０４から外れないように、絶縁パイプ３１８の両端をバンド３２０でそれぞれ固定している。
【０２９６】
このようにして、配管３０４の間を絶縁パイプ３１８でつなぐことによって、ＭＨセル３１０同士の間が電気的につながらないようにしている。
【０２９７】
Ｄ−４．変形例４：
上記した第３の実施例では、水素吸蔵合金タンク３００を燃料電池２００の一方のエンドプレート２０２内のみに配置するようにしたが、他方のエンドプレート内にも配置するようにしても良い。
【０２９８】
図２０は水素吸蔵合金タンク３００を燃料電池２００の両方のエンドプレート２０２内に配置した変形例を示す説明図である。
【０２９９】
図２０に示すように、この変形例では、一方のエンドプレート２０２内だけでなく、他方のエンドプレート２０２’内にも水素吸蔵合金タンク３００を配置している。
【０３００】
このように、両方のエンドプレート２０２，２０２’に水素吸蔵合金タンク３００を配置した場合、各単セル２１０で発電が行われると、変形例２の場合と同様に、エンドプレート２０２とエンドプレート２０２’との間に、電位差が発生する。従って、この変形例においても、エンドプレート２０２，２０２’同士が電気的につながらないようにするために、図２０に示すように、配管３０４の途中に絶縁部３１６を設けている。
【０３０１】
Ｄ−５．変形例５：
上記した変形例２では、各ＭＨセル３１０から、それぞれ、燃料電池２００の外部に配管３０４が出ており、各ＭＨセル３１０は、その外部に出た配管３０４を介して支流流路５４に接続されていた。しかし、各ＭＨセル３１０から燃料電池２００の外部に配管３０４を出すことなく、燃料電池２００の内部を貫くマニホールドを利用して、支流流路５４に接続するようにして良い。
【０３０２】
図２１は各ＭＨセル３１をマニホールドを利用して支流流路５４に接続するようにした変形例を示す説明図である。この変形例では、図２１に示すように、各ＭＨセル３１０は、燃料電池２００を貫くマニホールド３２２によって支流流路５４につながっている。
【０３０３】
図２２は図２１におけるマニホールド３２２を備えたＭＨセル３１０および単セル２１０を示す断面図である。図２２において、（ａ）はＭＨセル３１０を側方から見た断面を示しており、（ｂ）は正面から見た断面を示しており、（ｃ）は単セル２１０を側方から見た断面を示している。
【０３０４】
図２２（ａ），（ｂ）に示すように、ＭＨセル３１０の上部には、マニホールド３２２の一部となる通過孔３２６が開いており、水素吸蔵合金タンク３００は、フィルタ３０２，導管３２４を介して、この通過孔３２６に接続されている。また、単セル２１０の上部にも、図２２（ｃ）に示すように、マニホールド３２２の一部となる通過孔２１２が設けられている。
【０３０５】
従って、ＭＨセル３１０，単セル２１０を図２１に示したように積層すると、通過孔３２６，２１２同士がつながって、燃料電池２００を貫くマニホールド３２２が形成される。
【０３０６】
なお、この変形例においても、単セル２１０間にＭＨセル３１０を配置しているため、単セル２１０で発電が行われると、ＭＨセル３１０同士の間には、電位差が発生する。しかしながら、この変形例では、ＭＨセル３１０同士が直接つながるようなことはなく、常に、単セル２１０を介してつながっているので、変形例２で用いたような絶縁部３１６を設ける必要はない。
【０３０７】
Ｄ−６．変形例６：
上記した第３の実施例では、水素吸蔵合金タンク３００を燃料電池２００の内部に配置するようにしたが、燃料電池２００の外周部に配置するようにしても良い。
【０３０８】
図２３は水素吸蔵合金タンク３００を外周部に配置して成る燃料電池２００を示す説明図である。この変形例では、図２３に示すように、燃料電池２００の上面と底面に水素吸蔵合金タンク３００がそれぞれ配置されている。
【０３０９】
各水素吸蔵合金タンク３００は、それぞれ、燃料電池２００との電気的なつながりを断つために絶縁シート３２８を介して、燃料電池２００に密着している。
【０３１０】
このような構成においても、水素吸蔵合金タンク３００と燃料電池２００との間では、絶縁シート３２８を介するものの、実質的に直接、熱のやり取りを行うことができ、水素吸蔵合金タンク３００を燃料電池２００の内部に配置した場合と、同様の機能を有することになる。
【０３１１】
なお、水素吸蔵合金タンク３００は、燃料電池２００の外周部に配置されていれば良く、上面，底面だけでなく、正面，背面，側面の何れに配置されていても良い。
【０３１２】
Ｄ−７．変形例７：
上記した第１〜第３の実施例においては、燃料電池システムの起動時に、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスを吸蔵した場合、燃料電池２００の運転中に、再生動作によって、水素吸蔵合金タンク３００を空の状態にしてから、運転が終了するようにしている。しかしながら、水素吸蔵合金タンク３００に水素ガスを吸蔵した場合であっても、水素吸蔵合金タンク３００に、さらに水素ガスを吸蔵する余裕が十分ある場合には、水素吸蔵合金タンク３００を空の状態にすることなく、運転を終了するようにしても良い。この場合においても、再度、燃料電池システムを起動する際に、いつでも、上述した昇温動作を開始することができる。
【０３１３】
Ｄ−８．変形例８：
また、上記した第１〜第３の実施例においては、通常動作に移行した後は、昇温動作に戻ることはなかったが、通常動作を行っている際でも、燃料電池２００の温度が低下するような場合には、昇温動作に戻るようにしても良い。
【０３１４】
Ｄ−９．変形例９：
上記した第１〜第３の実施例をそれぞれ組み合わせて用いるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例としての燃料電池システムの構成を示す構成図である。
【図２】図１におけるガス流路切り換え部６００の内部構成を概略的に示した説明図である。
【図３】図２のガス流路切り換え部６００における各ダンパの切り換えに基づく流路の切り換えの様子を示す説明図である。
【図４】図１の燃料電池システムにおける起動時の動作手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の燃料電池システムにおける再生動作の手順を示すフローチャートである。
【図６】図１の燃料電池システムにおける冷却動作の手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施例としての燃料電池システムの構成を示す構成図である。
【図８】は図７のガス流路切り換え部６００における各ダンパの切り換えに基づく流路の切り換えの様子を示す説明図である。
【図９】図７の燃料電池システムにおける起動時の動作手順を示すフローチャートである。
【図１０】図７の燃料電池システムにおける再生動作の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図７の燃料電池システムにおける冷却動作の手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第３の実施例としての燃料電池システムの構成を示す構成図である。
【図１３】図１２における水素吸蔵合金タンク３００を備えた燃料電池２００のエンドプレート２０２を示す断面図である。
【図１４】図１２の燃料電池システムにおける起動時の動作手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１２の燃料電池システムにおける再生動作の手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１２の燃料電池システムにおける冷却動作の手順を示すフローチャートである。
【図１７】単セル間にＭＨセルを挟んで成る燃料電池２００を示す説明図である。
【図１８】図１７における水素吸蔵合金タンク３００を備えたＭＨセル３１０を示す断面図である。
【図１９】図１７における絶縁部３１６の構成を説明するための説明図である。
【図２０】水素吸蔵合金タンク３００を燃料電池２００の両方のエンドプレート２０２内に配置した変形例を示す説明図である。
【図２１】各ＭＨセル３１をマニホールドを利用して支流流路５４に接続するようにした変形例を示す説明図である。
【図２２】図２１におけるマニホールド３２２を備えたＭＨセル３１０および単セル２１０を示す断面図である。
【図２３】水素吸蔵合金タンク３００を外周部に配置して成る燃料電池２００を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…シャットバルブ
１２…レギュレータ
１４…レギュレータ
１６…シャットバルブ
１８…シャットバルブ
２０…圧力センサ
２２…ウォータポンプ
２６…バイパスバルブ
２８…水温センサ
３１…ＭＨセル
５０…本流流路
５２…分岐点
５４…支流流路
５６…循環流路
５７…水素ポンプ
５８…合流点
６０…エアポンプ
６２…酸化ガス供給流路
６４…酸素オフガス排出流路
７０…本流流路
７２…バイパス流路
１００…高圧水素タンク
２００…津燃料電池
２０２，２０２’…エンドプレート
２０４…Ｏリング
２０６…エンドプレートカバー
２０８…ボルト
２１０…単セル
２１２…通過孔
３００…水素吸蔵合金タンク
３０２…フィルタ
３０４…配管
３０６…溶接部
３１０…ＭＨセル
３１２…ＭＨセルカバー
３１４…溶接部
３１６…絶縁部
３１８…絶縁パイプ
３２０…バンド
３２２…マニホールド
３２４…導管
３２６…通過孔
３２８…絶縁シート
４００…制御部
５００…ラジエータ
６００…ガス流路切り換え部
６０１，６０２，６０３…ダンパ
８００…水素吸蔵合金タンク
Ａ…流路
Ｂ…流路
Ｃ…流路
Ｐ１…第１の基準圧力
Ｐｈ…圧力
Ｔ１…第１の基準温度
Ｔ２…第２の基準温度
Ｔ３…第３の基準温度
Ｔ４…第４の基準温度
Ｔｗ…温度
Ｘ…流路
Ｙ…流路
α…経路
β…経路
γ…経路
【図１】
0003785994.tif 000002
【図２】
0003785994.tif 000003
【図３】
0003785994.tif 000004
【図４】
0003785994.tif 000005
【図５】
0003785994.tif 000006
【図６】
0003785994.tif 000007
【図７】
0003785994.tif 000008
【図８】
0003785994.tif 000009
【図９】
0003785994.tif 000010
【図１０】
0003785994.tif 000011
【図１１】
0003785994.tif 000012
【図１２】
0003785994.tif 000013
【図１３】
0003785994.tif 000014
【図１４】
0003785994.tif 000015
【図１５】
0003785994.tif 000016
【図１６】
0003785994.tif 000017
【図１７】
0003785994.tif 000018
【図１８】
0003785994.tif 000019
【図１９】
0003785994.tif 000020
【図２０】
0003785994.tif 000021
【図２１】
0003785994.tif 000022
【図２２】
0003785994.tif 000023
【図２３】
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