(57)【要約】【課題】複数の燃料電池モジュールを併設した燃料電池システムにおいて、燃料電池モジュールの温度のばらつきを抑制する。【解決手段】燃料電池システム１０は、互いに連結された燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃを有する。燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが連結されると、圧力調整棒１４０が機械的に動作することにより圧力調整部１１３の下流側の圧力が調整され、燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃの各圧力調整部１１３の下流部分の配管１１２内の燃料ガスの圧力をＰａ、Ｐｂ、Ｐｃと表したとき、Ｐａ＜ＰｂおよびＰｂ＞Ｐｃとなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を吐出するときに吸熱反応となる燃料を格納する燃料貯蔵部および燃料電池をそれぞれ有し、前記燃料電池の主面と直交する方向に積層された３以上の燃料電池モジュールと、
各燃料貯蔵部に共通接続された共通配管と、
各燃料貯蔵部と前記共通配管との間にそれぞれ設けられ、各燃料貯蔵部から前記共通配管へ供給される燃料ガスの圧力を調整する圧力調整部と、
前記共通配管から各燃料電池のアノードにそれぞれ前記燃料ガスを分配する燃料流路と、
を備え、
モジュール積層方向の両端部に位置する燃料電池モジュールで挟まれた燃料電池モジュールの圧力調整部の下流側の圧力が両端部に位置する燃料電池モジュールの圧力調整部の下流側の圧力より高くなるように調整されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池モジュールを互いに着脱するための機構を有し、
前記燃料電池モジュールが取り外されたときに、単体で動作する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
各燃料貯蔵部と対応する圧力調整部との間で共通接続された他の共通配管と、
各燃料貯蔵部と前記他の共通配管との間の前記燃料ガスの流通を制御する弁と、
前記燃料電池が高負荷に接続されていない場合に前記弁を開く制御部と、
をさらに備える請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料を吐出するときに吸熱反応となる燃料として水素吸蔵合金に吸蔵された水素を用いる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池システムの主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ることがない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池システムは燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書、電子書籍）などの電源への利用が期待されている。携帯機器用の固体高分子形燃料電池としては、複数の単セルを平面状に配列した平面配列型の燃料電池モジュールが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４４７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、燃料電池モジュールは単独で用いられていたが、近年、複数の燃料電池モジュールを併設することで、複数の負荷に対応したり、複数の燃料電池モジュールを並列接続した上で負荷に接続する燃料電池システムの開発が進められている。本発明者は、複数の燃料電池モジュールを併設した燃料電池システムを開発するにあたり、以下の課題を見いだした。複数の燃料電池モジュールを併設した場合に、両側から他の燃料電池モジュールで挟まれた燃料電池モジュールの冷却効率が低下し、当該燃料電池モジュールの温度が両側の燃料電池モジュールの温度より高くなる。この結果、燃料電池モジュールの出力にばらつきが生じやすくなり、システム全体として安定した発電を行うことが困難になるという課題があった。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の燃料電池モジュールを併設した燃料電池システムにおいて、燃料電池モジュールの温度のばらつきを抑制することができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、燃料電池システムである。当該燃料電池システムは、燃料を吐出するときに吸熱反応となる燃料を格納する燃料貯蔵部および燃料電池をそれぞれ有し、前記燃料電池の主面と直交する方向に積層された３以上の燃料電池モジュールと、各燃料貯蔵部に共通接続された共通配管と、各燃料貯蔵部と前記共通配管との間にそれぞれ設けられ、各燃料貯蔵部から前記共通配管へ供給される燃料ガスの圧力を調整する圧力調整部と、前記共通配管から各燃料電池のアノードにそれぞれ前記燃料ガスを分配する燃料流路と、を備え、モジュール積層方向の両端部に位置する燃料電池モジュールで挟まれた燃料電池モジュールの圧力調整部の下流側の圧力が両端部に位置する燃料電池モジュールの圧力調整部の下流側の圧力より高くなるように調整されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の燃料電池モジュールを併設した燃料電池システムにおいて、燃料電池モジュールの温度のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池システムの外観を示す斜視図である。
【図２】燃料電池の構成を示す要部断面図である。
【図３】燃料電池モジュールの概略回路図である。
【図４】３つの燃料電池モジュールが連結された燃料電池システムにおける燃料ガスの供給経路を示す図である。
【図５】圧力調整部の一例を示す構造図である。
【図６】図６（Ａ）〜（Ｃ）は、圧力調整部の調整機構のある態様を示す図である。
【図７】図７（Ａ）〜（Ｃ）は、圧力調整部の調整機構の他の態様を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る燃料電池システムにおいて、３つの燃料電池モジュールが連結された状態における燃料ガスの供給経路を示す図である。
【図９】実施の形態２の燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】従来例の燃料電池モジュールを横に配置した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システムの外観を示す斜視図である。燃料電池システム１０は、互いに連結可能に構成された複数の燃料電池モジュール１００を含む。燃料電池モジュール１００は、筐体１０２、燃料貯蔵部１１０、燃料電池４００および制御部１３０を有する。
【００１２】
筐体１０２は、燃料貯蔵部１１０、燃料電池４００および制御部１３０を格納するケースである。筐体１０２の上部に燃料貯蔵部１１０を装着するための開口１０４が設けられており、開口１０４を通して燃料貯蔵部１１０を筐体１０２に装着できるように構成されている。また、筐体１０２には外部から空気を取り入れて燃料電池４００のカソードに供給するための空気取入口１０６が設けられている。
【００１３】
燃料貯蔵部１１０には燃料を吐出するときに吸熱反応をとなる燃料が収容されている。例えば、水素吸蔵合金や有機ハイドライド（芳香族化合物に水素を結合させた水素化物もの）が挙げられる。ここでは燃料貯蔵部１１０に水素吸蔵合金が収容されているとして説明する。水素吸蔵合金は、水素の吸蔵と、吸蔵した水素の放出とが可能であり、たとえば、希土類系のＭｍＮｉ4.32Ｍｎ0.18Ａｌ0.1Ｆｅ0.1Ｃｏ0.3（Ｍｍはミッシュメタル）である。なお、水素吸蔵合金は、希土類系の合金に限られず、たとえばＴｉ−Ｍｎ系合金、Ｔｉ−Ｆｅ系合金、Ｔｉ−Ｚｒ系合金、Ｍｇ−Ｎｉ系合金、Ｚｒ−Ｍｎ系合金等であってもよい。具体的には、水素吸蔵合金としてＬａＮｉ５合金、Ｍｇ２Ｎｉ合金、Ｔｉ１＋ｘＣｒ２−ｙＭｎｙ（ｘ＝０．１〜０．３、ｙ＝０〜１．０）合金などを挙げることができる。水素吸蔵合金は、上述した水素吸蔵合金の粉末にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）デイスパージョンなどの結着剤を混合し、プレス機で圧縮成形した圧縮成形体（ペレット）とすることができる。
【００１４】
本実施の形態の燃料電池システム１０では、複数の燃料貯蔵部１１０の上面にまたがるように棒状の固定部材１１１が取り付けられている。固定部材１１１が各燃料貯蔵部１１０の上面に固定されることで、複数の燃料貯蔵部１１０が所定の間隔で保持された状態で一体化される。固定部材１１１の中央部分には取っ手１１９が取り付けられており、ユーザは取っ手１１９を持つことにより、複数の燃料貯蔵部１１０を１個の燃料貯蔵部として扱うことができ、複数の燃料貯蔵部１１０を一度に対応する燃料電池モジュール１００に装着することができる。
【００１５】
燃料電池４００は、燃料貯蔵部１１０が装着されたときに、燃料貯蔵部１１０の両主表面側にそれぞれ配置されるように、筐体１０２内に収容されている。なお、燃料電池４００と燃料貯蔵部１１０とは直接または間接的に熱伝導するように構成される。
【００１６】
なお、燃料電池モジュール１００の下方から燃料電池４００に向けて空気を送風するための送風部（図示せず）が設けられていてもよい。これによれば、燃料電池４００のカソードへ空気を供給したり、燃料電池４００の放熱性を向上させたりすることができる。
【００１７】
図２は、燃料電池４００の構成を示す要部断面図である。燃料電池４００は、膜電極接合体４１０、カソードハウジング４２０およびアノードハウジング４３０を有する。
【００１８】
膜電極接合体４１０は、電解質膜４０２、電解質膜４０２の一方の面に設けられているカソード４０４、および電解質膜４０２の他方の面に設けられているアノード４０６を有する。電解質膜４０２は、基材４０８に設けられた開口部を充填するように設けられている。カソード４０４には、酸化剤として空気が供給される。一方、アノード４０６には、図１に示した燃料貯蔵部１１０から燃料ガスとして水素ガスが供給される。一対のカソード４０４とアノード４０６との間に電解質膜４０２が狭持されることによりセルが構成され、各セルは水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
【００１９】
インターコネクタ４０９は、隣接する膜電極接合体４１０の間において、基材４０８を貫通して設けられている。隣接する膜電極接合体４１０において、一方の膜電極接合体４１０のカソード４０４がインターコネクタ４０９の一端に接続され、他方の膜電極接合体４１０のアノード４０６がインターコネクタ４０９の他端に接続されている。インターコネクタ４０９はカーボンなどの導電性の材料で形成されている。以上の構成により、隣接する膜電極接合体４１０同士はインターコネクタ４０９により直列接続されている。
【００２０】
電解質膜４０２は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、カソード４０４とアノード４０６との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜４０２は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。
【００２１】
カソード４０４およびアノード４０６は、イオン交換樹脂ならびに触媒粒子、場合によって炭素粒子を有する。カソード４０４およびアノード４０６が任意に有するイオン交換樹脂は、触媒粒子と電解質膜４０２を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。このイオン交換樹脂は、電解質膜４０２と同様の高分子材料から形成されてよい。触媒金属としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、ランタノイド系列元素やアクチノイド系列の元素の中から選ばれる合金や単体が挙げられる。また触媒を担持する場合には炭素粒子として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。
【００２２】
カソード４０４とカソードハウジング４２０との間にカソード室４２２が形成されている。カソード室４２２は、上述した空気取入口１０６と連通しており、外部から取り込まれた空気が供給される構成となっている。また、アノード４０６とアノードハウジング４３０との間にアノード室４３２が形成されている。アノード室４３２には、上述した燃料貯蔵部１１０から燃料ガスが供給される。
【００２３】
図３は、燃料電池モジュール１００の概略回路図である。燃料電池４００で発生した直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３２により所定電圧（たとえば２４Ｖ）の直流電力に変換された後、出力端１３４へ出力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３２の動作は、制御部１３０によって制御される。制御部１３０の電力は燃料電池４００で発生した電力で賄われる。
【００２４】
図４は、３つの燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが連結された燃料電池システム１０における燃料ガスの供給経路を示す図である。
【００２５】
燃料電池モジュール１００Ａを例にとって、燃料ガスの供給経路について説明する。燃料貯蔵部１１０Ａには、燃料ガスを送り出すための配管１１２が接続されている。配管１１２には、燃料貯蔵部１１０Ａから送り出された燃料ガスの圧力を調整するための圧力調整部１１３、より具体的には減圧弁が設けられている。配管１１２は、後述する共通配管を構成する配管１１４に接続されている。配管１１４には、燃料電池４００Ａａおよび燃料電池４００Ａｂにそれぞれ燃料ガスを供給するための、配管１１６ａおよび配管１１６ｂが接続されている。
【００２６】
配管１１４の両端部は、それぞれ燃料電池モジュール１００Ａの両主面に設置されたコネクタ１１８に接続されている。コネクタ１１８は、接続したときに弁が開き、取り外されたときに弁が閉まる自閉式着脱継手の一種である。燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが連結されると、燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃの配管１１４が互いに接続され、燃料電池システム１０の共通配管を構成する。
【００２７】
本実施の形態では、燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが連結されると、圧力調整棒１４０が機械的に動作することにより圧力調整部１１３の下流側の圧力が調整される。より詳しくは、燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃの各圧力調整部１１３の下流部分の配管１１２内の燃料ガスの圧力をＰａ、Ｐｂ、Ｐｃと表したとき、燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが互いに連結されないで動作する場合には、Ｐａ＝Ｐｂ＝Ｐｃとなるように各圧力調整部１１３が調整される。
【００２８】
一方、燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが連結された状態では、Ｐａ＜ＰｂおよびＰｂ＞Ｐｃとなるように各圧力調整部１１３が調整される。また、Ｐａ、Ｐｃは、燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが互いに連結されていない場合のＰａ、Ｐｃに比べてそれぞれ大きくなるように調整される。圧力調整部１１３の具体的な調整方法については後述する。
【００２９】
図５は、圧力調整部１１３の一例を示す構造図である。圧力調整部１１３は、弁棒２３０と、ダイアフラム２２０と、弁ばね２４０と、調圧ばね２００と、調整ねじ２１２と、圧力調整棒１４０と、弁棒収容部２７０とを主な構成として有する。弁棒収容部２７０は、合流部２８０の流路内に嵌め込まれている。また、弁棒収容部２７０は、圧力調整部１１３の１次側Ｓ１、すなわち水素流れの上流側に配置される１次側開口部２９０と、圧力調整部１１３の２次側Ｓ２、すなわち水素流れの下流側に配置される２次側開口部２６０とを有する。
【００３０】
弁棒２３０は、フランジ部２３０ａを有し、フランジ部２３０ａを含む一端側が弁棒収容部２７０内に収容され、他端側が２次側開口部２６０を介して弁棒収容部２７０の外に配置される。弁棒収容部２７０の内壁における２次側開口部２６０の周縁部にはパッキン２５０が設けられる。弁棒２３０の一端側には、弁ばね２４０が設けられる。弁ばね２４０は、弁棒収容部２７０の内壁とフランジ部２３０ａとの間に配置され、弁棒２３０が弁棒収容部２７０内から退出する方向（図５における上方向）に弁棒２３０を付勢する。また、フランジ部２３０ａの径は、２次側開口部２６０の開口径よりも大きく、弁棒２３０が上方向に変位するとフランジ部２３０ａがパッキン２５０に当接するように設定される。
【００３１】
弁棒２３０の他端は、ダイアフラム２２０の一方の主表面に当接する。ダイアフラム２２０の一方の主表面は、圧力調整部１１３の２次側Ｓ２側の空間に接する。ダイアフラム２２０の他方の主表面には調圧ばね２００が当接し、調圧ばね２００によりダイアフラム２２０を介して、弁棒２３０が弁棒収容部２７０内に進入する方向（図５における下方向）に付勢される。調圧ばね２００のダイアフラム２２０と反対側の端部には調整ねじ２１２が配置され、調整ねじ２１２により調圧ばね２００の反発力が調整される。また、調圧ばね２００のダイアフラム２２０と反対側の端部には、圧力調整棒１４０が配置される。圧力調整棒１４０は、調圧ばね２００に力Ｆを入力して、調圧ばね２００を圧縮する。これにより、調圧ばね２００の反発力が増大される。
【００３２】
フランジ部２３０ａとパッキン２５０との隙間が形成される状態（図５に示す状態）では、合流部２８０を流れる水素は、圧力調整部１１３の１次側Ｓ１から１次側開口部２９０、弁棒収容部２７０、隙間Ｄ、及び２次側開口部２６０を経由して圧力調整部１１３の２次側Ｓ２に流れる。これにより、２次側Ｓ２側の圧力が大きくなり、当該圧力によりダイアフラム２２０が調圧ばね２００を圧縮する方向に押し上げられる。また、ダイアフラム２２０に連動して弁棒２３０が押し上げられて、フランジ部２３０ａがパッキン２５０に接近して隙間Ｄが閉じられる。その結果、圧力調整部１１３の１次側Ｓ１から２次側Ｓ２側への水素の移動が停止する。
【００３３】
燃料電池４００により水素が消費されて圧力調整部１１３の２次側Ｓ２の水素が減ると、２次側Ｓ２の圧力が小さくなり、調圧ばね２００の付勢力によりダイアフラム２２０及び弁棒２３０が押し下げられる。これによりフランジ部２３０ａがパッキン２５０から離間して隙間Ｄが徐々に大きくなる。その結果、圧力調整部１１３の１次側Ｓ１から２次側Ｓ２側への水素の移動が起こる。以上の動作が繰り返されて、圧力調整部１１３の２次側Ｓ２の圧力が一定に保たれる。
【００３４】
また、圧力調整棒１４０が調圧ばね２００を圧縮すると、調圧ばね２００の反発力が増大する。これにより、隙間を閉じるために必要な圧力調整部１１３の２次側Ｓ２の圧力が増大される。したがって、２次側Ｓ２の圧力を増大させることができる。
【００３５】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、圧力調整部１１３の調整機構のある態様を示す図である。図６（Ａ）は、燃料電池モジュール１００の両側に他の燃料電池モジュール１００が連結されていない状態、すなわち単独状態での圧力調整棒１４０による圧力調整部１１３の調整機能を示す模式図である。図６（Ｂ）は、燃料電池モジュール１００Ａの片側にのみ他の燃料電池モジュール１００Ｂが連結されている状態での圧力調整棒１４０による圧力調整部１１３の調整機能を示す模式図である。図６（Ｃ）は、燃料電池モジュール１００Ｂの両側にそれぞれ他の燃料電池モジュール１００Ａ、１００Ｃが連結されている状態での圧力調整棒１４０による圧力調整部１１３の調整機能を示す模式図である。
【００３６】
図６（Ａ）を参照すると、圧力調整棒１４０の圧力調整部１１３とは反対側の端部は板１４２の中央部分に固定されている。当該中央部分を挟んで板１４２の一方の端部は、バネ１４３ａによって圧力調整部１１３とは反対側へ引っ張られている。同様に、板１４２の他方の端部は、バネ１４３ｂによって圧力調整部１１３とは反対側へ引っ張られている。また、板１４２の一方の端部および他方の端部は、それぞれ、ストッパ１４４ａ、１４４ｂによって支持されており、圧力調整棒１４０が２次側圧力調整バネ２００を押圧した状態になっている。
【００３７】
次に、図６（Ｂ）を参照すると、燃料電池モジュール１００Ａの片側のみに他の燃料電池モジュール１００Ｂが連結されている。具体的には、燃料電池モジュール１００同士を密着させた状態で、コの字状の連結用留具１５０を板１４２の一方の端部側に設けられた留具挿入部１５２とこれに対応して燃料電池モジュール１００Ｂに設けられた留具挿入部１５２ｂに差し込むことにより、燃料電池モジュール１００Ａと燃料電池モジュール１００Ｂとが固定される。連結用留具１５０が留具挿入部１５２ａに差し込まれると、板１４２の他方の端部がストッパ１４４ｂに支持された状態で、板１４２の一方の端部が圧力調整部１１３の方へ持ち上げられる。これにより、圧力調整棒１４０による２次側圧力調整バネ２００に対する押圧力が増大し、図６（Ａ）に示した場合に比べて、２次側圧力が増大する。
【００３８】
次に、図６（Ｃ）を参照すると、燃料電池モジュール１００Ｂの両側に他の燃料電池モジュール１００Ａ、１００Ｃが連結されている。この場合には、図６（Ｂ）と同様な態様にて、燃料電池モジュール１００Ｂと燃料電池モジュール１００Ａとが連結されることに加えて、もう一つの連結用留具１５０を用いて、燃料電池モジュール１００Ｂと燃料電池モジュール１００Ｃとが連結される。コの字状の連結用留具１５０を燃料電池モジュール１００Ｂの留具挿入部１５２ａとこれに対応して燃料電池モジュール１００Ｃに設けられた留具挿入部１５２ａに差し込むことにより、燃料電池モジュール１００Ｂと燃料電池モジュール１００Ｃとが固定される。２つの連結用留具１５０がそれぞれ燃料電池モジュール１００Ｂの留具挿入部１５２ａ、１５２ｂに差し込まれると、板１４２の両方の端部がともに圧力調整部１１３の方へ持ち上げられる。これにより、燃料電池モジュール１００Ｂでは、圧力調整棒１４０による２次側圧力調整バネ２００に対する押圧力がさらに増大し、図６（Ｂ）に示した燃料電池モジュール１００Ａの場合に比べて、２次側圧力が増大する。
【００３９】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、圧力調整部１１３の調整機構の他の態様を示す図である。図７（Ａ）は、燃料電池モジュール１００が単独状態での圧力調整棒１４０による圧力調整部１１３の調整機能を示す模式図である。図７（Ｂ）は、燃料電池モジュール１００Ａの片側にのみ他の燃料電池モジュール１００Ｂが連結されている状態での圧力調整棒１４０による圧力調整部１１３の調整機能を示す模式図である。図７（Ｃ）は、燃料電池モジュール１００Ｂの両側にそれぞれ他の燃料電池モジュール１００Ａ、１００Ｃが連結されている状態での圧力調整棒１４０による圧力調整部１１３の調整機能を示す模式図である。
【００４０】
図７（Ａ）を参照すると、板１４２は、基部１４２ｃおよび基部１４２ｃの両側に基部１４２ｃに対して屈曲可能に構成された端部１４２ａ、１４２ｂを有する。基部１４２ｃの中央部分には圧力調整棒１４０の一方の端部が固定されている。圧力調整棒１４０の両側にそれぞれバネ１４７ａ、１４７ｂが設けられている。バネ１４７ａ、１４７ｂは、それぞれ、一方の端部が基部１４２ｃに固定され、他方の端部が圧力調整部１１３に取り付けられた台座１４５に固定されている。
【００４１】
端部１４２ａの先端に磁石１６０ａが取り付けられている。磁石１６０ａと筐体１０２の内壁との間にバネ１６２ａが設置されており、バネ１６２ａによって磁石１６０ａが圧力調整部１１３の方へ付勢されている。磁石１６０ａは筐体１０２の内壁に固定されたストッパ１６４ａによって圧力調整部１１３に近づきすぎないように構成されている。同様に、端部１４２ｂの先端に磁石１６０ｂが取り付けられている。磁石１６０ｂと筐体１０２の内壁との間にバネ１６２ｂが設置されており、バネ１６２ｂによって磁石１６０ｂが圧力調整部１１３の方へ付勢されている。磁石１６０ｂは筐体１０２の内壁に固定されたストッパ１６４ｂによって圧力調整部１１３に近づきすぎないように構成されている。
【００４２】
磁石１６０ａ、１６０ｂがそれぞれストッパ１６４ａ、１６４ｂに接した状態で、端部１４２ａ、１４２ｂが基部１４２ｃに屈曲し、圧力調整棒１４０が２次側圧力調整バネ２００を押圧している。
【００４３】
次に、図７（Ｂ）を参照すると、燃料電池モジュール１００Ａの片側のみに他の燃料電池モジュール１００Ｂが連結されている。具体的には、燃料電池モジュール１００同士を密着させた状態で、燃料電池モジュール１００Ａの磁石１６０ａに対向するように、磁石１６０ａと引き合うような磁石１６０ｂが燃料電池モジュール１００Ｂに設けられている。これにより、燃料電池モジュール１００Ａの磁石１６０ａと燃料電池モジュール１００Ｂの磁石１６０ｂとが引き合うことで、燃料電池モジュール１００Ａと燃料電池モジュール１００Ｂとが固定される。また、燃料電池モジュール１００Ａの磁石１６０ａと燃料電池モジュール１００Ｂの磁石１６０ｂとが引き合うことで、端部１４２ａが燃料電池モジュール１００Ｂの方へ伸ばされる。この結果、基部１４２ｃと端部１４２ａと間の屈曲点が圧力調整部１１３の方へ持ち上げられる。これにより、圧力調整棒１４０による２次側圧力調整バネ２００に対する押圧力が増大し、図７（Ａ）に示した場合に比べて、２次側圧力が増大する。
【００４４】
次に、図７（Ｃ）を参照すると、燃料電池モジュール１００Ｂの両側に他の燃料電池モジュール１００Ａ、１００Ｃが連結されている。この場合には、図７（Ｂ）と同様な態様にて、燃料電池モジュール１００Ｂと燃料電池モジュール１００Ａとが連結されることに加えて、燃料電池モジュール１００Ｂと燃料電池モジュール１００Ｃとが連結される。すなわち、燃料電池モジュール１００同士を密着させた状態で、燃料電池モジュール１００Ｂの磁石１６０ａに対向するように、磁石１６０ａと引き合うような磁石１６０ｂが燃料電池モジュール１００Ｃに設けられている。これにより、燃料電池モジュール１００Ｂの磁石１６０ａと燃料電池モジュール１００Ｃの磁石１６０ｂとが引き合うことで、燃料電池モジュール１００Ｂと燃料電池モジュール１００Ｃとが固定される。また、燃料電池モジュール１００Ｂの磁石１６０ａと燃料電池モジュール１００Ｃの磁石１６０ｂとが引き合うことで、端部１４２ａが燃料電池モジュール１００Ｃの方へ伸ばされる。この結果、基部１４２ｃと端部１４２ａと間の屈曲点および基部１４２ｃと端部１４２ｂとの屈曲点の両方が圧力調整部１１３の方へ持ち上げられる。これにより、燃料電池モジュール１００Ｂでは、圧力調整棒１４０による２次側圧力調整バネ２００に対する押圧力がさらに増大し、図７（Ｂ）に示した燃料電池モジュール１００Ａの場合に比べて、２次側圧力が増大する。
【００４５】
以上説明した態様により、両側に燃料電池モジュール１００Ａ、燃料電池モジュール１００Ｃが配置された燃料電池モジュール１００Ｂの燃料貯蔵部１１０Ｂにおける水素放出量が燃料電池モジュール１００Ａ、１００Ｃに比べて多くなる。これに伴い、燃料貯蔵部１１０Ｂにおける吸熱量が相対的に大きくなる。この結果、燃料電池モジュール１００Ｂの燃料電池４００の放熱性を高め、当該燃料電池の温度が高くなり過ぎることを抑制することができる。
【００４６】
なお、複数の燃料電池モジュール１００は共通の負荷に並列接続される構成としてもよい。また、複数の燃料電池モジュール１００はそれぞれ異なる負荷に接続された状態で独立して動作してもよい。
【００４７】
複数の燃料電池モジュール１００が共通の負荷に並列接続された状態で動作する場合には、たとえば周知のカレント・シェア機能により各燃料電池モジュール１００の出力電流が平準化される。これにより、特定の燃料電池モジュール１００に負荷が集中することが抑制されるため、燃料電池モジュール１００の出力の安定化、ひいては燃料電池システム１０の動作安定性の向上を図ることができる。
【００４８】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る燃料電池システムの基本的な構成は実施の形態１と同様である。図８は、実施の形態２に係る燃料電池システムにおいて、３つの燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが連結された状態における燃料ガスの供給経路を示す図である。
【００４９】
本実施の形態では、燃料貯蔵部１１０Ａと圧力調整部１１３との間で配管１１２から分岐した配管３００が設けられている。配管３００の両端部は、それぞれ燃料電池モジュール１００Ａの両主面に設置されたコネクタ３１０に接続されている。コネクタ３１０は、接続したときに弁が開き、取り外されたときに弁が閉まる自閉式着脱継手の一種である。燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが連結されると、燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃの配管３００が互いに接続され、燃料電池システム１０の他の共通配管を構成する。
【００５０】
配管３００と配管１１４との分岐点３０２と、両方のコネクタ３１０との間に、それぞれ、配管３００内のガス流通を制御するための電磁弁３３０が設けられている。電磁弁３３０における弁開閉操作は制御部１３０によって制御される。電磁弁３３０は通電していない状態（システム停止状態）で閉となるものが望ましく、ここでは非通電時は閉であるということで説明する。
【００５１】
また、本実施の形態では、隣接する燃料電池モジュール１００の対向面に連結検知部３２０が設けられている。連結検知部３２０として、たとえば、周知のタクタイルスイッチを用いることができる。燃料電池モジュール１００同士が連結されると、燃料電池モジュール１００同士が連結されたことを示す信号が連結検知部３２０から制御部１３０に送信される。
【００５２】
図９は、実施の形態２の燃料電池システム１０の動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、燃料電池モジュール１００が連結されたときに、各燃料電池モジュール１００がそれぞれ独立して負荷に接続される場合に適用される。
【００５３】
ユーザによってスイッチがオンにされると、スイッチが設けられている燃料電池モジュール１００が起動する（Ｓ１０）。続いて、燃料電池モジュール１００に他の燃料電池モジュール１００が連結されているか否かが判定される（Ｓ２０）。他の燃料電池モジュール１００が接続されておらず、燃料電池モジュール１００が単独で使用される場合には（Ｓ２０のＮｏ）、燃料電池モジュール１００に異常がないか否かが判定される（Ｓ３０）。燃料電池モジュール１００の異常としては、例えば、温度異常、燃料貯蔵部１１０や燃料電池モジュール１００からの燃料漏れが挙げられる。これらの異常を検知するための各種センサが適宜設けられる。Ｓ３０において、燃料電池モジュール１００に異常がないと判定された場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３２の動作が開始される（Ｓ４０）。この後、ユーザによって燃料電池システムが停止されるか否かが監視され（Ｓ５０）、燃料電池システムが停止された場合には（Ｓ５０のＹｅｓ）、本フローの処理を終える。一方、燃料電池システムが停止されず、引き続き動作する場合には（Ｓ５０のＮｏ）、Ｓ３０の判定に戻る。また、Ｓ３０において、燃料電池モジュール１００に異常があると判断された場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３２の動作が停止され（Ｓ６０）、その後、Ｓ３０の判定に戻る。
【００５４】
一方、Ｓ２０で他の燃料電池モジュール１００が連結されていると判断された場合には（Ｓ２０のＹｅｓ）、連結された、いずれかの燃料電池モジュール１００に異常がないか判定される（Ｓ７０）。いずれの燃料電池モジュール１００にも異常がないと判定された場合には（Ｓ７０のＹｅｓ）、全ての燃料電池モジュール１００においてＤＣ／ＤＣコンバータ１３２の動作が開始される（Ｓ８０）。続いて、各燃料電池モジュール１００が高負荷運転でないか否かが判定される（Ｓ９０）。高負荷運転でないことは、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３２の出力が一定値以下であることや、燃料電池モジュール１００の温度が一定値以下である場合が挙げられる。いずれの燃料電池モジュール１００も高負荷運転していない場合には（Ｓ９０のＹｅｓ）、電磁弁３３０が開かれ（Ｓ１００）、燃料電池モジュール１００の燃料貯蔵部１１０において、水素の充填または放出が行われ、各燃料貯蔵部１１０の水素残量が均等にされる。一方、Ｓ９０において、いずれかの燃料電池モジュール１００が高負荷運転であると判定された場合には（Ｓ９０のＮｏ）、電磁弁３３０が閉じられる（Ｓ１１０）。
【００５５】
Ｓ１００およびＳ１１０の処理の後、ユーザによって燃料電池システムが停止されるか否かが監視され（Ｓ１２０）、燃料電池システムが停止された場合には（Ｓ１２０のＹｅｓ）、本フローの処理を終える。一方、燃料電池システムが停止されず、引き続き動作する場合には（Ｓ１２０のＮｏ）、Ｓ７０の判定に戻る。
【００５６】
Ｓ７０において、いずれかの燃料電池モジュール１００が高負荷運転をしていると判断された場合には（Ｓ７０のＮｏ）、全ての燃料電池モジュール１００のＤＣ／ＤＣコンバータ１３２の動作が停止され（Ｓ１３０）、その後、その後、Ｓ７０の判定に戻る。
【００５７】
本実施の形態によれば、実施の形態１で得られる効果に加えて以下の効果を得ることができる。燃料電池モジュール１００Ａ〜１００Ｃが連結され、Ｐａ＜ＰｂおよびＰｂ＞Ｐｃとなるように各圧力調整部１１３が調整された結果、燃料貯蔵部１１０Ｂの水素残量が他に比べて低下した場合でも、電磁弁３３０が開かれることで各燃料貯蔵部１１０の水素残量を均等にすることで、燃料貯蔵部１１０Ｂの水素残量がゼロになるタイミングを遅らせ、燃料貯蔵部１１０に貯蔵された水素を無駄なく利用することができる。
【００５８】
図１０は、従来の技術（特開２０１０−２５１３００）を元にした燃料電池システムの図である。この図の構成では、中央に配置された燃料貯蔵部１１０の温度が高くなった場合に、中央に配置された燃料貯蔵部１１０から燃料ガスが主に放出されることになるが、温度差が必要となる。それに比べて、図４の構成では、温度差が無くても中央に配置された燃料貯蔵部１１０から燃料ガスが主に放出される。このことから、本発明の優位性が確認できる。
【符号の説明】
【００５９】
１０  燃料電池システム、１００  燃料電池モジュール、１０２  筐体、１１０  燃料貯蔵部、１１２，１１４，１１６  配管、１１３  圧力調整部、１３０  制御部、１３２  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４０  圧力調整棒、３００  配管、３１０  コネクタ、３１０  コネクタ、３２０  連結検知部、４００  燃料電池、４０２  電解質膜、４０４  カソード、４０６  アノード、４０８  基材、４０９  インターコネクタ、４１０  膜電極接合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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