(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、逆流した空気によってカソード触媒が劣化して単セルの発電性能が低下した場合の単セルの交換を容易に行うことができるようにする。【解決手段】燃料電池システム１００は、第１の燃料電池スタックモジュール１０と、第２の燃料電池スタックモジュール２０とを備えており、これらは直列接続される。空気供給配管６０およびカソードオフガス排出配管６２は、第２の燃料電池スタックモジュール２０に接続される。そして、第１の燃料電池スタックモジュール１０と第２の燃料電池スタックモジュール２０とは、接続部材によって、着脱可能に接続される。第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換時期の判断は、制御ユニット７０が、第２の燃料電池スタックモジュール２０に接続されたセルモニタ２８の出力を監視することによって行う。【選択図】図１
2010238567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する第１の単セルを複数積層してなり、前記第１の単セルの積層方向の一方の端部から前記酸化剤ガスの供給を行うための第１の酸化剤ガス供給マニホールド、および、前記一方の端部から前記酸化剤ガスの排出を行うための第１の酸化剤ガス排出マニホールドを有する燃料電池スタックモジュールと、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する第２の単セルを複数積層してなり、前記第１の燃料電池スタックモジュールにおける前記一方の端部に直列接続される第２の燃料電池スタックモジュールであって、前記第２の単セルの積層方向の両端部のうちの、前記第１の燃料電池スタックモジュールと接続される側の端部とは反対側の端部から前記酸化剤ガスの供給を行うとともに、前記第１の酸化剤ガス供給マニホールドと連通する第２の酸化剤ガス供給マニホールド、および、前記反対側の端部から前記酸化剤ガスの排出を行うとともに、前記第１の酸化剤ガス排出マニホールドと連通する第２の酸化剤ガス排出マニホールドを有する第２の燃料電池スタックモジュールと、
前記第１の燃料電池スタックモジュールと、前記第２の燃料電池スタックモジュールとを着脱可能に接続する接続部材と、
少なくとも前記第２の燃料電池スタックモジュールにおける電圧を検出する電圧検出部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第１の燃料電池スタックモジュールと前記第２の燃料電池スタックモジュールとによって発電された電力を出力するか、前記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を出力するかを切り換えるための切換スイッチと、
前記電圧検出部によって、前記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出されたときに、前記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を外部に出力するように、前記切換スイッチを制御するスイッチ制御部と、
を備える燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を有する単セルからなり、一般に、複数の単セルを積層させた燃料電池スタックの形態で利用される。そして、各単セルのアノードには、燃料ガスとして、水素が供給され、各単セルのカソードには、酸化剤ガスとして、酸素を含む空気が供給される。
【０００３】
このような燃料電池スタックを備える燃料電池システムでは、発電停止時には、アノードへの水素の供給が停止されるため、単セルにおいて、電解質膜を介してカソード側からアノード側に空気が透過する（以下、電解質膜を介してカソード側からアノード側に空気が透過することを空気が逆流すると言う）。すると、空気が逆流した単セルのアノードにおいて、部分的な水素欠損が生じ、すなわち、相対的に水素濃度が低下し、その単セルのアノードにおいて部分的な水素欠損が生じた部位に対応するカソードが備える触媒（以下、カソード触媒と呼ぶ）が１（Ｖ）以上の高電位にさらされて劣化し、単セルの発電性能が低下する。そして、燃料電池スタックの一部に、上述したカソード触媒が劣化した単セルが存在すると、燃料電池スタック全体としての出力が大幅に低下し、比較的大きな出力が要求される高負荷運転ができなくなる。このため、燃料電池スタックの発電性能を回復させるためには、カソード触媒の劣化によって発電性能が低下した単セルを交換する必要が生じる。
【０００４】
そして、従来、燃料電池スタックにおいて、発電性能が低下した一部の単セル（不良電池）の交換を容易に行うことを可能とするための種々の技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３６３０９３号公報
【特許文献２】特許第３６７３１４５号明細書
【特許文献３】特開２００８−１６５９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載された技術では、不良電池の交換のために、積層電池（燃料電池スタック）全体を分解しなければならず、不良電池の交換時の作業性について、改善の余地があった。例えば、先に説明した空気の逆流によるカソード触媒の劣化は、燃料電池スタックにおいて、空気が逆流しやすい単セル、すなわち、空気の給排気を行うための配管が接続される端部側に配置された単セルから進行することが予め分かっている。このような場合には、上記端部側に配置された単セル（複数の単セルを含む）を交換すればよい。それにも関わらず、単セルの交換を行うために、燃料電池スタック全体を分解することは、作業性が悪かった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池システムにおいて、上記端部側に配置された単セルの交換を容易に行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］燃料電池システムであって、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する第１の単セルを複数積層してなり、前記第１の単セルの積層方向の一方の端部から前記酸化剤ガスの供給を行うための第１の酸化剤ガス供給マニホールド、および、前記一方の端部から前記酸化剤ガスの排出を行うための第１の酸化剤ガス排出マニホールドを有する燃料電池スタックモジュールと、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する第２の単セルを複数積層してなり、前記第１の燃料電池スタックモジュールにおける前記一方の端部に直列接続される第２の燃料電池スタックモジュールであって、前記第２の単セルの積層方向の両端部のうちの、前記第１の燃料電池スタックモジュールと接続される側の端部とは反対側の端部から前記酸化剤ガスの供給を行うとともに、前記第１の酸化剤ガス供給マニホールドと連通する第２の酸化剤ガス供給マニホールド、および、前記反対側の端部から前記酸化剤ガスの排出を行うとともに、前記第１の酸化剤ガス排出マニホールドと連通する第２の酸化剤ガス排出マニホールドを有する第２の燃料電池スタックモジュールと、前記第１の燃料電池スタックモジュールと、前記第２の燃料電池スタックモジュールとを着脱可能に接続する接続部材と、少なくとも前記第２の燃料電池スタックモジュールにおける電圧を検出する電圧検出部と、を備える燃料電池システム。
【００１０】
適用例１の燃料電池システムでは、上記第１および第２の燃料電池スタックモジュールへの酸化剤ガス（空気）の給排気は、上記第２の燃料電池スタックモジュールの上記第１の燃料電池スタックモジュールと接続される側の端部とは反対側の端部から行われる。このため、先に説明した発電停止時の空気の逆流によるカソード触媒の劣化は、上記第２の燃料電池スタックモジュール側から進行することになる。
【００１１】
そして、適用例１の燃料電池システムでは、上記第１の燃料電池スタックモジュールと上記第２の燃料電池スタックモジュールとが、上記接続部材によって、着脱可能に接続されている。このため、上述したカソード触媒の劣化による上記第２の燃料電池スタックモジュールの出力低下が生じたときには、上記接続部材による第１および第２の燃料電池スタックモジュールの接続を解除するだけで、上記第１および第２の燃料電池スタックモジュールを含む燃料電池スタック全体を分解することなく、上記第２の燃料電池スタックモジュールの交換を容易に行うことができる。
【００１２】
なお、適用例１の燃料電池システムは、上記電圧検出部を備えているので、上記電圧検出部によって、例えば、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける電圧（各単セルの電圧、あるいは、複数の単セルの電圧）が予め規定された閾値以下となったときに、その旨をユーザに報知し、上記第２の燃料電池スタックモジュールの交換を促すようにすることができる。このようなユーザへの報知は、適用例１の燃料電池システムが、さらに、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出されたとき、すなわち、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける電圧が予め規定された閾値以下となったときに、その旨をユーザに報知するための報知部を備えるようにすればよい。上述したユーザへの報知の態様としては、例えば、警告音を発したり、警告ランプを点灯させたりする態様が挙げられる。
【００１３】
［適用例２］適用例１記載の燃料電池システムであって、さらに、前記第１の燃料電池スタックモジュールと前記第２の燃料電池スタックモジュールとによって発電された電力を出力するか、前記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を出力するかを切り換えるための切換スイッチと、前記電圧検出部によって検出された上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出されたときに、前記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を外部に出力するように、前記切換スイッチを制御するスイッチ制御部と、を備える燃料電池システム。
【００１４】
適用例２の燃料電池システムでは、上記電圧検出部によって、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出されたとき、すなわち、上記燃料電池スタックモジュールにおける電圧が予め規定された閾値以下となったときに、上記スイッチ制御部が、上記切換スイッチを制御することによって、大幅な電圧低下が検出された上記第２の燃料電池スタックモジュールを電気的に切断して、まだ大幅な電圧低下が検出されていない上記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を外部に出力することができる。したがって、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出された場合であっても、比較的大きな出力が要求される高負荷運転、および、高効率運転を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施例としての燃料電池システム１００Ａの概略構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第３実施例としての燃料電池システム１００Ｂの概略構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第４実施例としての燃料電池システム１００Ｃの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。
【００１７】
図１（ａ）の上段に示したように、第１実施例の燃料電池システム１００は、第１の燃料電池スタックモジュール１０と、第２の燃料電池スタックモジュール２０と、を備えており、これらは直列接続されている。第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０は、それぞれ、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードが接合された膜電極接合体を有する単セルを複数積層することによって構成されている。
【００１８】
なお、本実施例では、第２の燃料電池スタックモジュール２０は、２０枚の単セルを備えるものとした。第１の燃料電池スタックモジュール１０が備える単セルの数は、要求される出力に応じて、任意に設定可能である。また、本実施例では、第１の燃料電池スタックモジュール１０を構成する各単セルが備える膜電極接合体と、第２の燃料電池スタックモジュール２０を構成する各単セルが備える膜電極接合体とは、同じであるものとした。
【００１９】
本実施例の燃料電池システム１００において、第１の燃料電池スタックモジュール１０の一方の端部（図の右側）には、集電板１１と、絶縁板１３と、スプリングボックス３３と、締結板３０とが配置されている。また、第１の燃料電池スタックモジュール１０の他方の端部（図の左側）には、集電板１２と、絶縁板１４と、締結板３１とが配置されている。そして、締結板３０と締結板３１とは、複数の締結棒４０を含む締結部材によって締結されている。このとき、第１の燃料電池スタックモジュール１０を構成する各単セルには、スプリングボックス３３内に収納されたスプリングの弾性力によって、所定の荷重が加えられる。
【００２０】
なお、集電板１１は、導線（符号省略）によって、外部回路に接続されている。また、第１の燃料電池スタックモジュール１０には、第１の燃料電池スタックモジュール１０が備える各単セルのセル電圧（アノードとカソードとの間の電圧）を測定するためのセルモニタ１８が接続されている。そして、セルモニタ１８の出力は、後述する制御ユニット７０によって監視される。
【００２１】
第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部には、供給された空気を各単セルのカソードに分岐して供給するための空気供給マニホールド１０ｍｉが形成されている。また、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部には、各単セルのカソードから排出されるカソードオフガスを集合させて排出するためのカソードオフガス排出マニホールド１０ｍｏが形成されている。
【００２２】
また、燃料電池システム１００において、第２の燃料電池スタックモジュール２０の一方の端部（図の右側）には、集電板２１と、絶縁板２３と、締結板３１とが配置されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の他方の端部（図の左側）には、集電板２２と、絶縁板２４と、締結板３２とが配置されている。そして、締結板３１と締結板３２とは、複数の締結棒５０およびスプリングナット５２を含む締結部材によって締結されている。このとき、第２の燃料電池スタックモジュール２０を構成する各単セルには、スプリングナット５２の弾性力によって、所定の荷重が加えられている。図から分かるように、締結板３１は、第１の燃料電池スタックモジュール１０の締結、および、第２の燃料電池スタックモジュール２０の締結に共通に用いられる。複数の締結棒５０およびスプリングナット５２を含む締結部材、および、締結板３１，３２は、本発明における接続部材に相当する。
【００２３】
なお、第１の燃料電池スタックモジュール１０の端部に配置された集電板１２と第２の燃料電池スタックモジュール２０の端部に配置された集電板２１とは、導線等の導電体（符号省略）によって、電気的に接続されている。また、集電板２２は、導線（符号省略）によって、外部回路に接続されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０には、第２の燃料電池スタックモジュール２０が備える各単セルのセル電圧を測定するためのセルモニタ２８が接続されている。そして、セルモニタ２８の出力は、後述する制御ユニット７０によって監視される。
【００２４】
第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部には、供給された空気を各単セルに分岐して供給するための空気供給マニホールド２０ｍｉが形成されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部には、各単セルのカソードから排出されるカソードオフガスを集合させて排出するためのカソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏが形成されている。
【００２５】
第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０において、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成された空気供給マニホールド２０ｍｉは、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成された空気供給マニホールド１０ｍｉと連通している。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏは、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド１０ｍｏと連通している。そして、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成された空気供給マニホールド２０ｍｉには、外部から空気を供給するための空気供給配管６０が接続されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏには、カソードオフガスを外部に排出するためのカソードオフガス排出配管６２が接続されている。したがって、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成された空気供給マニホールド１０ｍｉには、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成された空気供給マニホールド２０ｍｉを介して、外部から空気が供給される。また、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド１０ｍｏからは、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏを介して、外部にカソードオフガスが排出される。なお、本実施例では、後述する第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換時の作業性を考慮して、空気供給配管６０、および、カソードオフガス排出配管６２として、容易に屈曲が可能なフレキシブル配管を用いるものとした。
【００２６】
なお、図示は省略しているが、第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０内部には、空気供給マニホールド１０ｍｉ，２０ｍｉや、カソードオフガス排出マニホールド１０ｍｏ，２０ｍｏと同様に、水素供給マニホールドや、アノードオフガス排出マニホールドや、冷却水供給マニホールドや、冷却水排出マニホールドが形成されており、これらには、それぞれ、対応する配管等が接続されている。
【００２７】
上述した構造を有する第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０を含む燃料電池スタックでは、先に説明した発電停止時の空気の逆流によるカソード触媒の劣化は、空気供給配管６０、および、カソードオフガス排出配管６２が接続された第２の燃料電池スタックモジュール２０側から進行し、第２の燃料電池スタックモジュール２０の発電性能が低下する。本実施例の燃料電池システム１００では、このような場合に、スプリングナット５２を緩めることによって、図１（ａ）の下段に示したように、第１の燃料電池スタックモジュール１０を分解することなく、燃料電池スタックから第２の燃料電池スタックモジュール２０を容易に取り外し、新たな第２の燃料電池スタックモジュール２０と交換することができる。なお、図１（ｂ）に示したように、第２の燃料電池スタックモジュール２０には、第２の燃料電池スタックモジュール２０の取り外し時の破損を防止、抑制するために、適宜、保護部材２０ｐが備えられている。本実施例では、保護部材２０ｐとして、ゴムシールを用いるものとした。
【００２８】
燃料電池システム１００の運転は、制御ユニット７０によって制御される。制御ユニット７０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０からなる燃料電池スタックに対する出力要求（燃料電池スタックに接続される負荷の大きさ）や、燃料電池スタックに接続された温度センサ等、各種センサの出力等に基づいて、図示しない各種バルブや、燃料ガス給排気系や、酸化剤ガス給排気系や、冷却媒体循環系等、システムの運転を制御する。
【００２９】
また、制御ユニット７０は、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換時期の判断も行う。すなわち、制御ユニット７０は、第２の燃料電池スタックモジュール２０に接続されたセルモニタ２８の出力の監視を行い、第２の燃料電池スタックモジュール２０における大幅な電圧低下が検出された場合、すなわち、第２の燃料電池スタックモジュール２０における電圧が予め規定された閾値以下となった場合に、その旨をユーザに報知し、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換をユーザに促すための処理を行う。このような処理の態様としては、例えば、ブザーによって警告音を発したり、警告ランプを点灯させたりする態様が挙げられる。セルモニタ２８、および、制御ユニット７０は、本発明における電圧検出部に相当する。
【００３０】
なお、本実施例では、制御ユニット７０は、第２の燃料電池スタックモジュール２０における大幅な電圧低下が検出されたとき、すなわち、第２の燃料電池スタックモジュール２０における電圧が予め規定された閾値以下となった場合に、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換時期であることを判断するものとしたが、この代わりに、第２の燃料電池スタックモジュール２０について、単セルが備えるカソード触媒の劣化が生じるまでの保証期間を予め設定しておき、タイマーを参照して、上記保証期間が経過したときに、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換時期であることを判断するようにしてもよい。
【００３１】
以上説明した第１実施例の燃料電池システム１００によれば、第１の燃料電池スタックモジュール１０と第２の燃料電池スタックモジュール２０とが、締結棒５０およびスプリングナット５２等の接続部材によって、着脱可能に接続されているため、先に説明した空気の逆流によるカソード触媒の劣化によって第２の燃料電池スタックモジュール２０の出力低下が生じた場合に、上記接続部材による第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０の接続を解除するだけで、第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０を含む燃料電池スタック全体を分解することなく、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換を容易に行うことができる。
【００３２】
Ｂ．第２実施例：
図２は、本発明の第２実施例としての燃料電池システム１００Ａの概略構成を示す説明図である。図２（ａ）に示すように、第２実施例の燃料電池システム１００Ａの構成は、先に説明した第１実施例の燃料電池システム１００の構成とほぼ同じである。そして、燃料電池システム１００Ａは、燃料電池スタックが、第１実施例の燃料電池システム１００における第２の燃料電池スタックモジュール２０の代わりに、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａを備えている。以下、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａについて説明し、第１実施例の燃料電池システム１００と共通する部分については、説明を省略する。
【００３３】
本実施例における第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａは、１０枚の単セルを備えており、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの内部には、空気供給マニホールド２０Ａｍｉ、および、カソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏが形成されている。そして、空気供給マニホールド２０Ａｍｉの流路断面積は、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成された空気供給マニホールド１０ｍｉの流路断面積の１．２倍であるものとした。こうすることによって、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける空気の圧力損失が、第１の燃料電池スタックモジュール１０における空気の圧力損失よりも小さくなる。
【００３４】
また、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａを構成する各単セルは、第１の燃料電池スタックモジュール１０を構成する各単セルとは異なる膜電極接合体２００を備えるものとした。図２（ｂ）に示すように、この膜電極接合体２００は、電解質膜２１０の両面に、それぞれ、アノード側触媒層２２０、および、カソード側触媒層２３０を接合することによって構成されている。
【００３５】
そして、アノード側触媒層２２０における触媒としての白金の目付量は、第１の燃料電池スタックモジュール１０に用いられる膜電極接合体のアノード触媒層における白金の目付量よりも低く設定されている。本実施例では、アノード側触媒層２２０における白金の目付量を０．０２（ｍｇ／ｃｍ２）とした。こうすることによって、アノード側触媒層２２０における酸素還元活性を、第１の燃料電池スタックモジュール１０に用いられる膜電極接合体のアノード側触媒層における酸素還元活性よりも低下させることができる。
【００３６】
また、カソード側触媒層２３０には、触媒を担持するカーボンとして、第１の燃料電池スタックモジュール１０に用いられる膜電極接合体のカソード側触媒層よりも高結晶のカーボン（以下、高結晶カーボンと呼ぶ）を用いるものとした。高結晶カーボンとしては、例えば、カーボンナノチューブ、デンカブラック（登録商標）、ＨＯＰＧ（Highly Oriented Pyrolytic Graphite）が用いられる。こうすることによって、触媒を担持するカーボンとして低結晶のカーボンを用いる場合よりも、カソード側触媒層２３０におけるカソード触媒の劣化を抑制することができる。
【００３７】
以上説明した第２実施例の燃料電池システム１００Ａによっても、先に説明した第１実施例の燃料電池システム１００と同様に、第２の燃料電池スタックモジュール２０の出力低下が生じた場合に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換を容易に行うことができる。
【００３８】
さらに、第２実施例の燃料電池システム１００Ａでは、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける空気の圧力損失が、第１の燃料電池スタックモジュール１０における空気の圧力損失よりも小さいので、発電停止時に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａ側に積極的に空気を逆流させ、第１の燃料電池スタックモジュール１０側におけるカソード触媒の劣化を、第１実施例の燃料電池システム１００よりも生じさせにくくすることができる。
【００３９】
また、単に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける空気の圧力損失を、第１の燃料電池スタックモジュール１０における空気の圧力損失よりも小さくしただけでは、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおけるカソード触媒の劣化が激しくなり、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換頻度を増大させるおそれが生じる。これについては、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａに、上述した膜電極接合体２００を用いることによって、カソード触媒の劣化を抑制することが可能となり、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換頻度の増加を抑制することができる。
【００４０】
Ｃ．第３実施例：
図３は、本発明の第３実施例としての燃料電池システム１００Ｂの概略構成を示す説明図である。第３実施例の燃料電池システム１００Ｂは、第１実施例の燃料電池システム１００の特徴の一部と第２実施例の燃料電池システム１００Ａの特徴の一部とを組み合わせるとともに、燃料電池スタックを構成する部材の一部を省略した構造を有している。
【００４１】
図３の上段に示したように、第３実施例の燃料電池システム１００Ｂは、第１の燃料電池スタックモジュール１０と、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａと、を備えており、これらは直列接続されている。そして、第１の燃料電池スタックモジュール１０と第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａとは、導電性を有する仕切板３４によって分離されている。
【００４２】
本実施例の燃料電池システム１００Ｂにおいて、第１の燃料電池スタックモジュール１０の端部（図の右側）には、集電板１１と、絶縁板１３と、締結板３０とが配置されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の端部（図の左側）には、集電板２２と、絶縁板２４と、締結板３２とが配置されている。そして、締結板３０と締結板３２とは、複数の締結棒５０Ｂおよびスプリングナット５２を含む締結部材によって締結されている。このとき、第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０Ａを構成する各単セルには、スプリングナット５２の弾性力によって、所定の荷重が加えられている。複数の締結棒５０Ｂおよびスプリングナット５２を含む締結部材、および、締結板３０，３２は、本発明における接続部材に相当する。
【００４３】
以上説明した第３実施例の燃料電池システム１００Ｂによっても、先に説明した第１および第２実施例の燃料電池システム１００，１００Ａと同様に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの出力低下が生じた場合に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換を容易に行うことができる。
【００４４】
Ｄ．第４実施例：
図４は、本発明の第４実施例としての燃料電池システム１００Ｃの概略構成を示す説明図である。図示するように、第４実施例の燃料電池システム１００Ｃの構成は、先に説明した第２実施例の燃料電池システム１００Ａの構成とほぼ同じである。
【００４５】
そして、第４実施例の燃料電池システム１００Ｃは、第１の燃料電池スタックモジュール１０と第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａとによって発電された電力を外部回路に出力するか、第１の燃料電池スタックモジュール１０によって発電された電力を外部回路に出力するかを切り換えるための切換スイッチ８０を備えている。また、第４実施例の燃料電池システム１００Ｃは、第２実施例の燃料電池システム１００Ａにおける制御ユニット７０の代わりに、制御ユニット７０Ｃを備えている。この制御ユニット７０Ｃは、制御ユニット７０が備える機能の他に、切換スイッチ８０を制御する機能も有している。
【００４６】
具体的には、制御ユニット７０Ｃは、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａに接続されたセルモニタ２８の出力の監視を行い、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける大幅な電圧低下が検出されていない場合、すなわち、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける電圧が予め規定された閾値以下になっていない場合には、第１の燃料電池スタックモジュール１０と第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａとによって発電された電力を外部回路に出力するように、切換スイッチ８０を制御する。一方、制御ユニット７０Ｃは、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける大幅な電圧低下が検出された場合、すなわち、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける電圧が予め規定された閾値以下になった場合には、その旨をユーザに報知し、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換をユーザに促すための処理を行うとともに、第１の燃料電池スタックモジュール１０によって発電された電力を外部回路に出力するように、切換スイッチ８０を制御する。制御ユニット７０Ｃは、本発明におけるスイッチ制御部に相当する。
【００４７】
以上説明した第４実施例の燃料電池システム１００Ｃによっても、先に説明した第１ないし第３実施例の燃料電池システム１００，１００Ａ，１００Ｂと同様に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの出力低下が生じた場合に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換を容易に行うことができる。
【００４８】
さらに、第４実施例の燃料電池システム１００Ｃでは、切換スイッチ８０を備えているので、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける大幅な電圧低下が検出されたときに、切換スイッチ８０を制御することによって、大幅な電圧低下が検出された第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａを電気的に切断して、まだ大幅な電圧低下が検出されていない第１の燃料電池スタックモジュール１０によって発電された電力を外部に出力することができる。したがって、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける大幅な電圧低下が検出された場合であっても、比較的大きな出力が要求される高負荷運転、および、高効率運転を可能とすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…燃料電池システム
１０…第１の燃料電池スタックモジュール
１０ｍｉ…空気供給マニホールド
１０ｍｏ…カソードオフガス排出マニホールド
１１，１２…集電板
１３，１４…絶縁板
１８…セルモニタ
２０，２０Ａ…第２の燃料電池スタックモジュール
２０ｍｉ，２０Ａｍｉ…空気供給マニホールド
２０ｍｏ…カソードオフガス排出マニホールド
２０ｐ…保護部材
２１，２２…集電板
２３，２４…絶縁板
２８…セルモニタ
３０，３１，３２…締結板
３３…スプリングボックス
３４…仕切板
４０，５０，５０Ｂ…締結棒
５２…スプリングナット
６０…空気供給配管
６２…カソードオフガス排出配管
７０，７０Ｃ…制御ユニット
８０…切換スイッチ
２００…膜電極接合体
２１０…電解質膜
２２０…アノード側触媒層
２３０…カソード側触媒層
【図１】
2010238567.tif 000003
【図２】
2010238567.tif 000004
【図３】
2010238567.tif 000005
【図４】
2010238567.tif 000006