(57)【要約】【課題】スタックを基体に取り付けることが容易となり、スタックの交換が容易となる燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池装置は、燃料電池セル１０を備えるスタック１と、スタック１を保持する基体３とを有する。基体３は、スタック１を脱着可能に収容可能なスタック収容空間３０と、スタック収容空間３０にセットされた燃料電池スタック１の燃料極１２に導通可能に接触するアノード端子部４１と、スタック収容空間３０にセットされたスタック１の酸化剤極１３に導通可能に接触するカソード端子部４５とをもつ。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極および酸化剤極を有する燃料電池セルを備えるスタックと、前記スタックを保持する基体とを具備しており、
前記基体は、前記スタックを脱着可能に収容可能なスタック収容空間と、前記スタック収容空間にセットされた前記スタックの前記燃料極に導通可能となるアノード端子部と、前記スタック収容空間にセットされた前記スタックの前記酸化剤極に導通可能となるカソード端子部とを具備することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１において、前記基体は複数個の前記スタックを個別に収容するように複数個設けられており、各前記基体は、前記スタック収容空間にセットされた前記スタックの前記燃料極に導通可能となるアノード端子部と、前記スタック収容空間にセットされた前記スタックの前記酸化剤極に導通可能となるカソード端子部とを具備することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項３】
請求項１において、前記基体は複数個の前記スタックをまとめて収容可能なスタック収容空間を有する共通基体であり、前記共通基体は、前記スタック収容空間にセットされた各前記スタックの前記燃料極に導通可能となる複数個のアノード端子部と、前記スタック収容空間にセットされた各前記燃料電池の前記酸化剤極に導通可能となる複数個の前記カソード端子部とを具備することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記スタックは、前記スタックの前記燃料極に燃料を導入する燃料導入部と、前記スタックの前記酸化剤極に酸化剤を導入する酸化剤導入部とを有しており、
前記基体は、前記スタックの前記燃料導入部に脱着可能に接続される燃料導入用配管コネクタ部と、前記スタックの前記酸化剤導入部に脱着可能に接続される酸化剤導入用配管コネクタ部とを具備することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記スタックは、前記スタックの前記燃料極からの燃料オフ流体を導出する燃料オフ流体導出部と、前記スタックの前記酸化剤極からの酸化剤オフ流体を導出する酸化剤オフ流体導出部とを有しており、
前記基体は、前記スタックの前記燃料オフ流体導出部に脱着可能に接続される燃料オフ流体導出用配管コネクタ部と、前記スタックの前記酸化剤オフ流体導出部に脱着可能に接続される酸化剤オフ流体導出用配管コネクタ部とを具備することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記スタックは、前記スタックに加熱用または冷却用の水を導入する水導入部と、前記スタックから加熱用または冷却用の水を導出する水導出部とを有しており、
前記基体は、前記スタックの前記水導入部に脱着可能に接続される給水用配管コネクタ部と、前記スタックの前記水導出部に脱着可能に接続される排水用配管コネクタ部とを具備することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項７】
請求項６において、前記燃料導入用配管コネクタ部、前記酸化剤導入用配管コネクタ部、前記燃料オフ流体導出用配管コネクタ部、前記酸化剤オフ流体導出用配管コネクタ部、前記給水用配管コネクタ部、前記排水用配管コネクタ部のうちの少なくとも一つは、前記スタックと接続する前において、前記基体または前記スタックに対して相対移動可能とされていることを特徴とする燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池を備えるスタックを保持する基体を備える燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数個の燃料電池セルを厚み方向に積層させつつ、燃料電池セルの電極反応面からアノード側拡散電極またはカソード側拡散電極の外周部分への反応ガスの漏れを防止するために接着性の液状シールを設けると共に、隣接するセパレータ間に非接着性の液状シールを介在させた燃料電池スタックが開示されている。このものによれば、燃料電池スタックに不具合が発生したとき、セパレータの剥離性、燃料電池セルの剥離性を向上させることができ、スタックの解体性を向上させ得る旨が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、触媒電極の縁部分よりもはみ出した水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜部分と、高分子電解質膜部分のはみ出した部分を覆うガスシール部分とを有する高分子電解質型の燃料電池が開示されている。このものによれば、スタックを解体する際に、電解質膜電極接合体およびセパレータを個々に取り出して交換できる旨が記載されている。
【０００４】
特許文献３には、燃料電池セルである発電部が複数個電気的に直列に接続された燃料電池を用い、その燃料電池を並列的に電気接続した構造の燃料電池ユニットが開示されている。このものによれば、複数個の発電部を直列に繋ぐと共に並列にも繋いでいるため、複数個の発電部のうちいずれかに不具合が発生したとしても、発電を継続できる旨が記載されている。
【０００５】
特許文献４には、燃料電池セルを厚み方向に積層したセル集合体を複数個用意し、複数個のセル集合体を燃料電池セルの積層方向と同一方向に積層させ、導電性を有する分離板を、隣接するセル集合体間に介在させた燃料電池スタックが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３３２２７７号公報
【特許文献２】特開２００１−１１８５９２号公報
【特許文献３】特開２００４−２３４９７３号公報
【特許文献４】特開２００４−１３４１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１，２は、スタックの解体性を容易化した技術である。特許文献３は、複数個の発電部のうちいずれかに不具合が発生したとしても、発電を継続できる技術である。特許文献３は、複数個のセル集合体を燃料電池セルの積層方向と同一方向に積層させたものである。
【０００７】
本発明は上記した燃料電池装置を更に技術的に進めたものであり、スタックを基体に取り付けることが容易となり、スタックの交換が容易となる燃料電池装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池装置は、燃料極および酸化剤極を有する燃料電池セルを備えるスタックと、スタックを保持する基体とを具備しており、基体は、スタックを脱着可能に収容可能なスタック収容空間と、スタック収容空間にセットされた燃料電池スタックの燃料極に導通可能となるアノード端子部と、スタック収容空間にセットされたスタックの酸化剤極に導通可能となるカソード端子部とを具備することを特徴とするものである。
【０００９】
スタックが基体のスタック収容空間にセットされると、基体に設けられているアノード端子部はスタックの燃料極に導通可能に接触すると共に、基体に設けられているカソード端子部はスタックの酸化剤極に導通可能に接触する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スタックが基体のスタック収容空間にセットされると、基体に設けられているアノード端子部はスタックの燃料極に導通可能に接触すると共に、基体に設けられているカソード端子部はスタックの酸化剤極に導通可能に接触する。このためスタックを基体に取り付けることが容易となり、スタックの交換が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明によれば、基体は、スタック収容空間に連通するスタック出入口を有する形態を例示することができる。この場合、スタック出入口からスタックを出し入れできる。基体としては、各スタックを独立して個別に収容できるような形態でも良いし、あるいは、複数個のスタックを共通して収容できる形態でも良い。従って、本発明によれば、基体は複数個のスタックを個別に収容するように複数個設けられており、各基体は、スタック収容空間にセットされたスタックの燃料極に導通可能となるアノード端子部と、スタック収容空間にセットされたスタックの酸化剤極に導通可能となるカソード端子部とを備えている形態を例示することができる。この場合、基体の数としては複数個であればよく、用途に応じて２〜５０個、２〜２０個、２〜１０個、２〜５個等を例示できる。この場合、基体の数が複数であるため、１個あたりの基体のサイズは小さくなるため、小さな空間スペースを有効利用するのに有利となる。
【００１２】
また本発明によれば、基体は複数個のスタックをまとめて収容可能なスタック収容空間を有する共通基体であり、共通基体は、スタック収容空間にセットされた各スタックの燃料極に導通可能となる複数個のアノード端子部と、スタック収容空間にセットされた各燃料電池の酸化剤極に導通可能となる複数個のカソード端子部とを備えている形態を例示することができる。この場合、複数個のスタックをまとめて収容可能な共通基体とされているため、スタック同士を繋ぐ配線距離を短縮化できる。この場合、スタック収容空間に収容されるスタックの数としては、使用条件に応じて決定され、単数でも良いし、複数個でも良い。複数個の場合にはその数は特に限定されず、２〜５０個、２〜２０個、２〜１０個、２〜５個等を例示できる。複数個のスタックは直列的に電気接続しても良いし、並列的に電気接続しても良いし、直列と並列とを組み合わせて電気接続しても良い。
【００１３】
本発明によれば、スタックは、スタックの燃料極からの燃料オフ流体を導出する燃料オフ流体導出部と、スタックの酸化剤極からの酸化剤オフ流体を導出する酸化剤オフ流体導出部とを有している形態を例示することができる。この場合、基体は、スタックの燃料オフ流体導出部に脱着可能に接続される燃料オフ流体導出用配管コネクタ部と、スタックの酸化剤オフ流体導出部に脱着可能に接続される酸化剤オフ流体導出用配管コネクタ部とを備える形態を例示することができる。燃料および酸化剤としては、ガスでも良いし液状物でも良い。よって燃料オフ流体および酸化剤オフ流体としては、ガスでも良いし液状物でも良い。
【００１４】
本発明によれば、スタックは、スタックに加熱用または冷却用の水を導入する水導入部と、スタックから加熱用または冷却用の水を導出する水導出部とを有している形態を例示することができる。この場合、基体は、スタックの水導入部に脱着可能に接続される給水用配管コネクタ部と、スタックの水導出部に脱着可能に接続される排水用配管コネクタ部とを備える形態を例示することができる。本発明によれば、燃料導入用配管コネクタ部、酸化剤導入用配管コネクタ部、燃料オフ流体導出用配管コネクタ部、酸化剤オフ流体導出用配管コネクタ部、給水用配管コネクタ部、排水用配管コネクタ部のうちの少なくとも一つは、スタックと接続前において、基体またはスタックに対して相対移動可能とされている形態を例示することができる。このように前記した配管コネクタ部が基体またはスタックに対して相対移動可能であれば、接続操作が容易となる。
【００１５】
また本発明によれば、スタックを基体のスタック収容空間に収容するとき、燃料導入用配管コネクタ部、酸化剤導入用配管コネクタ部、燃料オフ流体導出用配管コネクタ部、酸化剤オフ流体導出用配管コネクタ部、給水用配管コネクタ部、排水用配管コネクタ部のうちの少なくとも一つは、スタックに衝突干渉しないように、スタックまたは基体に対して退避可能とされている形態を例示することができる。この場合、スタックを基体のスタック収容空間に収容するとき、各配管コネクタ部が退避するため、スタック収容空間のスペースが確保され、各配管コネクタ部がスタックに衝突干渉することが抑制される。なお、本明細書では『オフ流体』は、燃料電池から吐出された流体を意味し、オフ排出物の語句と置き換えることもできる。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の実施例１を図１〜図６を参照して説明する。図１にその要部を示すように燃料電池装置は、ほぼ角箱形状をなすスタック１と、スタック１を保持する基体３とを備えている。
【００１７】
図３に示すように、スタック１は、複数個の燃料電池セル１０をこれの厚み方向に積層した形成されており、上面部１ｕ，下面部１ｄを有する。燃料電池セル１０は、電解質膜１１を挟む燃料極１２および酸化剤極１３と、ガス状の燃料を燃料極１２に分配する燃料用配流板１４と、酸化剤ガスを酸化剤極１３に分配する酸化剤用配流板１５とを有する。図示はしないものの、スタック１を冷却したりあるいはスタック１を加熱したりする水を流す水路がスタック１の内部に形成されている。
【００１８】
図２は、スタック１の側面を構成する一面部１７を示す。図２に示すように、スタック１の一面部１７には、スタック１の燃料極１２に燃料導入する燃料導入部２１と、スタック１の燃料極から燃料オフガス（燃料オフ流体）を導出する燃料オフガス導出部２２（燃料オフ流体導出部）とが形成されている。なお、燃料は下から上向きに流すため、燃料導入部２１は燃料オフガス導出部２２よりも相対的に下側に位置している。
【００１９】
更にスタック１の一面部１７には、スタック１の酸化剤極１３に酸化剤ガス（一般的には空気）を導入する酸化剤導入部２３と、スタック１の酸化剤極１３から酸化剤オフガス（酸化剤オフ流体）を導出する酸化剤オフガス導出部２４（酸化剤オフ流体導出部）とが形成されている。なお、酸化剤ガスは上から下向きに流すため、酸化剤導入部２３は酸化剤オフガス導出部２４よりも相対的に上側に位置している。
【００２０】
更に、スタック１の一面部１７には、スタック１に冷却用又は加熱用の水を導入する水導入部２５と、スタック１から水を導出する水導出部２６とが形成されている。
【００２１】
図１に示すように、基体３は基本的には電気絶縁性が高い材料で形成されており、スタック１を脱着可能に収容可能なスタック収容空間３０を有するものである。基体３は、スタック１の下面部１ｄを載せる底部となる第１壁部３１と、側部となる第２壁部３２と、第２壁部３２に対面する側部となる第３壁部３３とを有する。更に、スタック収容空間３０に連通するスタック出入口３４が上方に開放された状態で基体３に形成されている。
【００２２】
この場合、スタック１を矢印Ｙ１方向に移動させると、つまりスタック１を下降させると、スタック出入口３４からスタック１をスタック収容空間３０に挿入できる。また、スタック収容空間３０内のスタック１を矢印Ｙ１方向と反対方向である矢印Ｙ２方向に移動させると、つまりスタック１を上昇させると、スタック収容空間３０内のスタック１をスタック出入口３４から外方に外すことができる。
【００２３】
図３に示すように、スタック１の一方の側面部である一面部１７には、燃料極１２に電気的に繋がる燃料極用導電部３５が形成されている。スタック１の他方の側面部である他面部１６には、酸化剤極１３に電気的に繋がる酸化剤極用導電部３６が燃料極用導電部３５に対して反対側に位置するように形成されている。
【００２４】
また図３に示すように、アノード端子部４１が基体３の第２壁部３２に設けられている。アノード端子部４１は、基体３のスタック収容空間３０にセットされたスタック１の燃料極用導電部３５に導通可能に接触する。更に、アノード端子部４１に中間導電部４３ｅを介して電気的に導通するアノード用の電気コネクタ部４３が基体３の第２壁部３２に形成されている。
【００２５】
更に図３に示すように、カソード端子部４５が基体３の第３壁部３３に設けられている。カソード端子部４５は、スタック収容空間３０にセットされたスタック１の酸化剤極用導電部３６に導通可能に接触する。第３壁部３３に設けられた中間導通部４７ｅを介してカソード端子部４５に電気的に導通するカソード用の電気コネクタ部４７が第３壁部３３に形成されている。アノード端子部４１はスタック収容空間３０の一方側に形成されていると共に、カソート端子部４５はスタック収容空間３０の他方側に形成されている。従って、アノード端子部４１およびカソード端子部４５は互いに対向する位置に設けられている。アノード端子部４１およびカソード端子部４５は金属系または炭素系等の導電材料で形成されており、電気的接触性を高めるべく、弾性変形可能とするようにバネ性を有する。スタック１の保持性も確保される。ここで、図３に示すように、スタック１を矢印Ｙ１方向に移動させてスタック出入口３４からスタック１を基体３のスタック収容空間３０に保持すると、基体３に設けられているアノード端子部４１はスタック１の燃料極用導電部３５に導通可能に接触する。また、基体３に設けられているカソード端子部４５は、スタック１の酸化剤極用導電部３６に導通可能に接触する。これによりスタック１で発電された電気エネルギは基体３のアノード端子部４１およびカソード端子部４５から取り出される。
【００２６】
本実施例によれば、図１に示すように、燃料導入用配管コネクタ部５１と、燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２（燃料オフ流体導出用配管コネクタ部）と、酸化剤導入用配管コネクタ部５３と、酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４（酸化剤オフ流体導出用配管コネクタ部）と、給水用配管コネクタ部５５と、排水用配管コネクタ部５６とが基体３の第２壁部３２に設けられている。
【００２７】
燃料導入用配管コネクタ部５１は、スタック１の燃料導入部２１に脱着可能に接続されるものであり、燃料導入系Ｈ１０に繋がる配管５１ｕに脱着可能に接続される。酸化剤導入用配管コネクタ部５３は、スタック１の酸化剤導入部２３に脱着可能に接続されるものであり、酸化剤導入系Ｏ１０に繋がる配管５３ｕに脱着可能に接続される。燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２は、スタック１の燃料オフガス導出部２２（燃料オフ流体導出部）に脱着可能に接続されるものであり、燃料排出系Ｈ１２に繋がる配管５２ｕに脱着可能に接続される。このコネクタ部５１〜５６の脱着方向はスタック１の出入方向（矢印Ｙ１，Ｙ２方向）に対して交差する方向である。
【００２８】
酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４は、スタック１の酸化剤オフガス導出部２４（酸化剤オフ流体導出部）に脱着可能に接続されるものであり、酸化剤排出系Ｏ１２に繋がる配管５４ｕに脱着可能に接続される。給水用配管コネクタ部５５は、スタック１の水導入部２５に脱着可能に接続されるものであり、給水系Ｋ１０に繋がる配管５５ｕに脱着可能に接続される。排水用配管コネクタ部５６は、スタック１の水導出部２６に脱着可能に接続されるものであり、排水系Ｋ１２に繋がる配管５６ｕに脱着可能に接続される。なお、図１は各配管コネクタ部５１〜５６と配管５１ｕ〜５６ｕとを繋ぐ前の状態を示す。
【００２９】
本実施例によれば、燃料導入用配管コネクタ部５１、燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２、酸化剤導入用配管コネクタ部５３、酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４、給水用配管コネクタ部５５、排水用配管コネクタ部５６は、スタック１と接続する前において、基体３に対して矢印Ｘ１，Ｘ２方向（図３参照）に沿って相対移動可能とされている。従って、各配管コネクタ部５１〜５６はスタック収容空間３０内のスタック１に対して相対移動可能に設けられている。ここで、矢印Ｘ１方向は各コネクタ部５１〜５６がスタック１の一面部１７に接近する方向に相当し、矢印Ｘ２方向は各コネクタ部５１〜５６がスタック１の一面部１７から退避する方向に相当する。
【００３０】
この結果、燃料導入用配管コネクタ部５１をスタック１に接続する操作、酸化剤導入用配管コネクタ部５３をスタック１に接続する操作は容易となる。更に燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２をスタック１に接続する操作は容易となる。更に酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４をスタック１に接続する操作は容易となる。更に、給水用配管コネクタ部５５をスタック１に接続する操作は容易となる。更に排水用配管コネクタ部５６をスタック１に接続する操作は容易となる。
【００３１】
本実施例によれば、スタック１を組み付けるときには、図４に示すように、スタック１を矢印Ｙ１方向に移動させてスタック１を基体３のスタック収容空間３０に挿入して保持する。この状態では、燃料導入用配管コネクタ部５１は、スタック１の燃料導入部２１に対面する。また、酸化剤導入用配管コネクタ部５３は、スタック１の酸化剤導入部２３に対面する。燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２は、スタック１の燃料オフガス導出部２２に対面する。酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４は、スタック１の酸化剤オフガス導出部２４に対面する。給水用配管コネクタ部５５は、スタック１の水導入部２５に対面する。排水用配管コネクタ部５６はスタック１の水導出部２６に対面する。このとき、図３に示すように、各配管コネクタ部５１〜５６はスタック１の一面部１７から距離ＬＡ離間するように退避している。
【００３２】
上記したようにスタック１をスタック収容空間３０に収容した後、燃料導入用配管コネクタ部５１を矢印Ｘ１方向に移動させることにより、スタック１の燃料導入部２１に接続する。また、酸化剤導入用配管コネクタ部５３を矢印Ｘ１方向に移動させることによりスタック１の酸化剤導入部２３に接続する。燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２を矢印Ｘ１方向に移動させることによりスタック１の燃料オフガス導出部２２に接続する。
【００３３】
更に、図３に示す状態において、酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４を矢印Ｘ１方向に移動させることによりスタック１の酸化剤オフガス導出部２４に接続する。給水用配管コネクタ部５５を矢印Ｘ１方向に移動させることによりスタック１の水導入部２５に接続する。排水用配管コネクタ部５６を矢印Ｘ１方向に移動させることによりスタック１の水導出部２６に接続する。
【００３４】
なお、上記した接続の際に、燃料導入用配管コネクタ部５１は燃料導入系Ｈ１０に繋がる配管５１ｕに予め接続されていることが好ましいが、後で配管５１ｕに接続しても良い。酸化剤導入用配管コネクタ部５３は、酸化剤導入系Ｏ１０に繋がる配管５３ｕに予め接続されていることが好ましいが、後で配管５３ｕに接続しても良い。燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２は、燃料排出系Ｈ１２に繋がる配管５２ｕに予め接続されていることが好ましいが、後で配管５２ｕに接続しても良い。酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４は、酸化剤排出系Ｏ１２に繋がる配管５４ｕに予め接続されていることが好ましいが、後で配管５４ｕに接続しても良い。給水用配管コネクタ部５５は、給水系Ｋ１０に繋がる配管５５ｕに予め接続されていることが好ましいが、後で配管５５ｕに接続しても良い。排水用配管コネクタ部５６は、排水系Ｋ１２に繋がる配管５６ｕに予め接続されていることが好ましいが、後で配管５６ｕに接続しても良い。
【００３５】
本実施例によれば、図６に示すように、基体３（３Ａ，３Ｂ,３Ｃ）は複数個（３個）互いに独立して設けられている。各基体３のスタック収容空間３０には、スタック１がそれぞれ独立して個別に収容される。図６に示すように、基体３Ａのスタック１、基体３Ｂのスタック１、基体３Ｃのスタック１は電気的に直列に接続されており、所望の電圧が確保されている。即ち図６に示すように、基体３Ａのアノード用の電気コネクタ部４３と、基体３Ｃのカソード用の電気コネクタ部４７とは導線８０Ａおよび電力負荷を介して電気的に接続されている。基体３Ａのカソード用の電気コネクタ部４７と、基体３Ｂのアノード用の電気コネクタ部４３とは導線８０Ｂを介して電気的に接続されている。基体３Ｂのカソード用の電気コネクタ部４７と、基体３Ｃのアノード用の電気コネクタ部４３とは導線８０Ｃを介して電気的に接続されている。
【００３６】
本実施例によれば、図４に示すように、スタック１をスタック収容空間３０内に移動させてスタック１を基体３のスタック収容空間３０に保持すると、基体３に設けられているアノード端子部４１はスタック１の燃料極用導電部３５に導通可能に自動的に接触する。また、基体３に設けられているカソード端子部４５はスタック１の酸化剤極導電部３６に導通可能に自動的に接触する。このため、スタック１を基体３のスタック収容空間３０に保持する操作が簡単となる。アノード端子部４１およびカソード端子部４５はバネ性を有するため、良好なる接触性が確保される。
【００３７】
ところで、燃料電池装置に不具合が発生するとき、一般的には、複数個の燃料電池セル１０の全部に不具合が発生するのではなく、複数個の燃料電池セル１０のうち一部であることが多い。この場合、スタック１を構成する全部の燃料電池セル１０を解体すると、正常な燃料電池セル１０までも傷めるおそれがある。
【００３８】
この点について本実施例によれば、複数個のスタック１を電気的に接続することにより燃料電池装置が構成されている。このため、燃料電池装置を構成する複数個の燃料電池セル１０のうちいずれかに不具合が発生したときには、複数個のスタック１のうち、該当する燃料電池セル１０を有するスタック１のみを基体３のスタック収容空間３０から取り外し、その取り外したスタック１を修理メンテナンスまたは交換すれば良い。もちろん、正常のスタック１についても基体３のスタック収容空間３０から取り外して予備的に修理または交換しても良い。
【００３９】
このような本実施例によれば、燃料電池装置を構成するスタック１の全体に対して、修理メンテナンスまたは交換する必要がない。このためメンテナンスが容易となる。該当する燃料電池セル１０を有するスタック１については、その発電電圧が低下するので、検出可能である。
【００４０】
また本実施例によれば、前述したように、燃料導入用配管コネクタ部５１、酸化剤導入用配管コネクタ部５３、燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２、酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４、給水用配管コネクタ部５５、排水用配管コネクタ部５６は、スタック１との接続前において、基体３またはスタック１に対して横方向つまり矢印Ｘ１，Ｘ２方向（図３参照）に沿って相対移動可能とされている。このため、スタック１を基体３のスタック収容空間３０に挿入して保持するときには、各コネクタ部５１〜５６を矢印Ｘ２方向、つまり、スタック１の一面部１７から退避する方向に移動させておけば、スタック収容空間３０の容積が増加する。故に、各コネクタ部５１〜５６とスタック１との衝突・干渉を避けることができ、スタック１の挿入操作が容易となる。
【００４１】
更に、スタック１をスタック収容空間３０に収容した状態では、各コネクタ部５１〜５６をそれぞれ矢印Ｘ１方向、つまり、スタック１に接近する方向に移動させて接続することができる。
【００４２】
殊に本実施例によれば、図５に示すように、燃料導入用配管コネクタ部５１は、基体３の第２壁部３２の取付孔３２ａにおいて支持部材９４により取付孔３２ａの径方向（矢印Ｓ１方向）に沿ってスタック１は位置調整可能に設けられている。ここで、矢印Ｓ１方向は、スタック１がスタック収容空間３０に収容されるときにスタック１の移動方向（矢印Ｙ１方向）を含む方向である。従って、スタック１をスタック収容空間３０に収容したとき、基体３の燃料導入用配管コネクタ部５１とスタック１の燃料導入部２１との位置がずれているときであっても、燃料導入用配管コネクタ部５１を適宜位置調整すれば、基体３の燃料導入用配管コネクタ部５１とスタック１の燃料導入部２１とを良好に接続することができる。
【００４３】
他の配管コネクタ部、即ち、酸化剤導入用配管コネクタ部５３、燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２、酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４、給水用配管コネクタ部５５、排水用配管コネクタ部５６についても同様である。支持部材９４は弾性変形容易な多孔質部材で形成できるが、バネ部材等としても良い。
【００４４】
更に本実施例によれば、図６に示すように、スタック１のそれぞれは複数個の基体３に個別に収容され、各基体３を互いに独立させて配置させ、互いに導通するように配線８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃで結線させることができる。このため、燃料電池装置を設置するにあたり、スタック１を収容した１個の基体３を配置できる空間スペースが複数個あれば良い。故に、複数個のスタック１を共通の基体にまとめて収容する方式に比較して、狭い空間スペースを有効利用でき、スペース上の制約が多い車両搭載用や定置用として適する。勿論、他の用途に適用することも可能である。
【００４５】
なお、上記した実施例に係る構成に限らず、燃料導入用配管コネクタ部５１と、酸化剤導入用配管コネクタ部５３と、燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２と、酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４と、給水用配管コネクタ部５５と、排水用配管コネクタ部５６とを基体３の第３壁部３３に設けることにしても良い。また、アノードとカソードとの位置関係を逆にしても良い。つまり、アノード端子部４１を基体３の第３壁部３３に設けても良く、カソード端子部４５を基体３の第２壁部３２に設けても良い。またスタック１の側面を構成する一面部１７以外の部位に、燃料導入部２１、酸化剤導入部２３、燃料オフガス導出部２２、酸化剤オフガス導出部２４、水導入部２５、水導出部２６を形成することにしても良い。
【実施例２】
【００４６】
図７は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、図７に示すように、基体３Ａに収容されているスタック１、基体３Ｂに収容されているスタック１、基体３Ｃに収容されているスタック１は、電気的に並列に接続されている。即ち、基体３Ａのアノード用の電気コネクタ部４３と、基体３Ｂのアノード用の電気コネクタ部４３と、基体３Ｃのアノード用の電気コネクタ部４３とは導線８０Ｄを介して電気的に並列に接続されている。基体３Ａのカソード用の電気コネクタ部４７と、基体３Ｂのカソード用の電気コネクタ部４７と、基体３Ｃのカソード用の電気コネクタ部４７とは導線８０Ｅを介して電気的に並列に接続されている。主導線８２は電力負荷（図示せず）に接続されている。
【実施例３】
【００４７】
図８は実施例３の要部を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、図８に示すように、基体１のうち各配管コネクタ部５１〜５６を装備する第２壁部３２は凸形状の係合部３２０を有している。係合部３２０は第１壁部３１の凹状の案内部３１０に嵌合しており、案内部３１０に沿って矢印Ｘ１，Ｘ２方向に第３壁部３３に対して相対移動可能とされている。従って、スタック１を矢印Ｙ１方向に下降させる前に、固定具３２２の固定を解除し、配管コネクタ部５１〜５６を装備する第２壁部３２を退避方向（矢印Ｘ２方向）に移動させておけば、配管コネクタ部５１〜５６とスタック１との衝突・干渉を更に抑制できる。なお、配管コネクタ部５１〜５６とスタック１とを接続するときには、第２壁部３２をセット方向（矢印Ｘ１方向）に移動させた後に、第２壁部３２をその位置に固定具３２２で固定すれば良い。
【実施例４】
【００４８】
図９は実施例４の要部を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、複数個のスタック１に共通する共通基体３Ｋが設けられている。共通基体３Ｋは、複数個のスタック１をまとめて収容可能なスタック収容空間３０Ｋと、スタック収容空間３０Ｋにセットされた各スタック１に導通可能に接触する複数個のアノード端子部４１と、スタック収容空間３０Ｋにセットされたスタック１に導通可能に接触する複数個のカソード端子部４５とを備えている。共通基体３Ｋには、スタック１をスタック収容空間３０Ｋの所定の位置に案内させる案内面７２ａを有する案内部７２が設けられている。案内部７２により、スタック１をスタック収容空間３０Ｋの所定の位置に保持する操作が容易化する。
【実施例５】
【００４９】
図１０は実施例５の要部を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、基体３には、スタック１をスタック収容空間３０の所定の位置に案内させる案内面７４ａを有する縦溝状をなす案内部７４が設けられている。スタック１は案内部７４ａに案内される係合部１９を有する。案内部７４により、スタック１を位置きめしつつスタック収容空間３０の所定の位置に保持する操作が容易化する。
【実施例６】
【００５０】
図１１は実施例６の要部を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、図１１に示すように、燃料電池装置は、燃料電池セル１０を備えるほぼ角形状をなす複数個のスタック１と、スタック１を保持するスタック収容空間３０を有する複数個の基体３とを備えている。図１１に示すように、基体３は、底部となる第１壁部３１と、側部となる第２壁部３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄと、第２壁部３２Ｂ，３２Ｃと対面する側部となる第３壁部３３とを有する。この場合、スタック１を矢印Ｙ１方向に移動させると、つまりスタック１を下降させると、スタック出入口３４からスタック１をスタック収容空間３０に挿入できる。
【００５１】
図１１に示すように、スタック１の側面を構成する一面部１７には、スタック１の燃料極１２に燃料を導入する燃料導入部２１と、スタック１から燃料オフガスを導出する燃料オフガス導出部２２と、スタック１の酸化剤極１３に酸化剤ガスを導入する酸化剤導入部２３とが形成されており、更に、スタック１から酸化剤オフガスを導出する酸化剤オフガス導出部２４とが形成されている。更に、スタック１の側面を構成する一面部１７には、スタック１に冷却用又は加熱用の水を導入する水導入部２５と、スタック１から水を導出する水導出部２６とが形成されている。
【００５２】
図１１に示すように、スタック１をスタック１を基体３のスタック収容空間３０にセットした後に、配管５１ｕに繋がれた燃料導入用配管コネクタ部５１を移動させることにより、スタック１の燃料導入部２１に接続する。また、配管５３ｕに繋がれた酸化剤導入用配管コネクタ部５３を移動させることにより、スタック１の酸化剤導入部２３に接続する。配管５２ｕに繋がれた燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２を移動させることにより、スタック１の燃料オフガス導出部２２に接続する。
【００５３】
配管５４ｕに繋がれた酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４を移動させることにより、スタック１の酸化剤オフガス導出部２４に接続する。配管５５ｕに繋がれた給水用配管コネクタ部５５を移動させることにより、スタック１の水導入部２５に接続する。配管５６ｕに繋がれた排水用配管コネクタ部５６を移動させることにより、スタック１の水導出部２６に脱着可能に接続する。なお、図１１に示す例では、複数個のスタック１の数に応じた複数個の基体３が設けられているが、これに限らず、複数個のスタック１をまとめて収容できる共通基体を設けることにしても良い。
【実施例７】
【００５４】
図１２は実施例７の要部を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として節瞑する。図１２に示すように、基体３は、側部となる第１壁部３１と、底部となる第２壁部３２と、第２壁部３２と対面する天井部となる第３壁部３３とを有する。更に、スタック出入口３４が横方に開放された状態で基体３に形成されている。基体３には、スタック１の下面部１ｄをスライドさせてスタック１の高さ位置を位置決めする案内部９３が形成されている。案内部９３は案内面９３ａを有する。
【００５５】
この場合、スタック１の下面部１ｄを案内部９３に案内させつつ矢印Ｗ１方向に移動させると、つまりスタック１を横方向に移動させると、スタック出入口３４からスタック１をスタック収容空間３０に挿入できる。挿入後に、ストッパ９９を支点９９ｃを介して揺動すれば、ストッパ９９をスタック１に係合させて外れ止めできる。また、ストッパ９９を解除した状態において、スタック収容空間３０内のスタック１を逆方向に移動させると、つまりスタック１を基体３から離間させるように横方向に移動させると、スタック収容空間３０内のスタック１をスタック出入口３４から外すことができる。
【００５６】
発電反応によりスタック１の酸化剤極１３では水が生成される。水が過剰になると、水が流路を狭めるというフラッディング現象が生じ、円滑なガス流れが損なわれるおそれがある。水は酸化剤オフガスと共に酸化剤オフガス導出部２４から排出される。ここで、重力を利用してスタック１からの排出性を高めるため、酸化剤オフガス導出部２４がスタック１の下面部１ｄに形成されている。更に配管の関係上、スタック１の下面部１ｄには、スタック１に燃料を導入する燃料導入部２１と、スタック１に酸化剤ガスを導入する酸化剤導入部２３とが形成されており、更に、スタック１から燃料オフガスを導出する燃料オフガス導出部２２と、スタック１から酸化剤オフガスを導出する酸化剤オフガス導出部２４とが形成されている。更にスタック１の下面部１ｄには、スタック１に冷却用又は加熱用の水を導入する水導入部２５と、スタック１から水を導出する水導出部２６とが形成されている。
【００５７】
また、図１２に示すように、スタック１の燃料極用導電部３５に導通可能に接触するアノード端子部４１が基体３の下面部となる第２壁部３２に設けられている。スタック１の酸化剤極用導電部３６に導通可能に接触するカソード端子部４５が基体３の天井部となる第３壁部３３に設けられている。スタック１を矢印Ｗ１方向（横方）に移動させてスタック出入口３４からスタック１を基体３のスタック収容空間３０に保持すると、基体３に設けられているアノード端子部４１はスタック１に導通可能に接触すると共に、基体３に設けられているカソード端子部４５はスタック１に導通可能に接触する。
【００５８】
図１２に示すように、基体３の第２壁部３２に各配管コネクタ部５１〜５６が装備されている。各配管コネクタ部５１〜５６は、基体３に対して昇降可能つまり矢印Ｙ１，Ｙ２方向（図１２参照）に沿って相対移動可能とされている。従ってスタック１をスタック収容空間３０に収容する前においては、各配管コネクタ部５１〜５６は重力により下方（矢印Ｙ１方向）に移動して退避しているため、スタック１との干渉・衝突が避けられる。矢印Ｙ１方向はスタック１から離間して退避する方向に相当する。矢印Ｙ２方向はスタック１に接近する方向に相当する。
【００５９】
従ってスタック１をスタック収容空間３０に収容した状態において、燃料導入用配管コネクタ部５１は上方に移動されると、スタック１の燃料導入部２１に脱着可能に接続される。酸化剤導入用配管コネクタ部５３は上方に移動されると、スタック１の酸化剤導入部２３に脱着可能に接続される。燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２は上方（矢印Ｙ２方向）に移動されると、スタック１の燃料オフガス導出部２２に脱着可能に接続される。酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４は上方に移動されると、スタック１の酸化剤オフガス導出部２４に脱着可能に接続される。給水用配管コネクタ部５５は上方（矢印Ｙ２方向）に移動されると、スタック１の水導入部２５に脱着可能に接続される。排水用配管コネクタ部５６は上方（矢印Ｙ２方向）に移動されると、スタック１の水導出部２６に脱着可能に接続される。
【実施例８】
【００６０】
図１３は実施例８の要部を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として節瞑する。図１３に示すように、燃料導入用配管コネクタ部５１は基体３に付勢部材９５により付勢されている。このためスタック１が基体３のスタック収容空間３０に収容されていないときには、燃料導入用配管コネクタ部５１は付勢部材９５によりスタック収容空間３０から退避する方向（矢印Ｃ１方向）に付勢されている。酸化剤導入用配管コネクタ部５３、燃料オフガス導出用配管コネクタ部５２、酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部５４、給水用配管コネクタ部５５と、排水用配管コネクタ部５６についても同様である。付勢部材９５は燃料導入用配管コネクタ部５１等のコネクタを基体３のスタック収容空間３０から退避させる退避手段として機能できる。
【００６１】
この結果、スタック１を基体３のスタック収容空間３０に収容するとき、各コネクタ部５１〜５６とスタック１との衝突干渉が抑制される。よって各コネクタ部５１〜５６の耐久性の向上、長寿命化に貢献できる。従って、付勢部材９５は、各コネクタ部５１〜５６を退避方向に退避させ、各コネクタ部５１〜５６とスタック１との衝突干渉を抑制する退避促進要素として機能することができる。付勢部材９５としてはバネ部材を採用できるが、発泡体等の多孔質部材でも良い。
【００６２】
（その他）
なお、実施例１によれば、基体３に各配管コネクタ部５１〜５６が装備されているが、これに限られるものではなく、各配管コネクタ部５１〜５６は基体３に装備されていなくても良い。また、図６に示す実施例によれば、前述したように、基体３（３Ａ，３Ｂ,３Ｃ）は複数個（３個）設けられており、各基体３のスタック収容空間３０に、スタック１がそれぞれ独立して個別に収容されている。そして、基体３Ａのスタック１、基体３Ｂのスタック１、基体３Ｃのスタック１は電気的に直列に接続されている。但し、これに限らず、図１〜図４に示すように、用途によっては、単数の基体３に単数のスタック１を取り付けた状態で使用しても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した形態、実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、携帯用の燃料電池システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１に係り、基体のスタック収容空間にスタックを収容している状態を示す斜視図である。
【図２】スタックの正面部である。
【図３】基体のスタック収容空間にスタックを収容していると共にコネクタ部をスタックに接続していない状態を示す側面図である。
【図４】基体のスタック収容空間にスタックを収容していると共にコネクタ部をスタックに接続している状態を示す側面図である。
【図５】基体にコネクタ部を保持している状態を示す構成図である。
【図６】複数個の基体のスタック収容空間にスタックをそれぞれ収容していると共に、各基体を電気的に直列に接続している状態を示す斜視図である。
【図７】実施例２に係り、複数個の基体のスタック収容空間にスタックをそれぞれ収容していると共に、各基体を電気的に並列に接続している状態を示す斜視図である。
【図８】実施例３に係り、基体のスタック収容空間にスタックを収容している状態を示す側面図である。
【図９】実施例４に係り、共通基体のスタック収容空間に複数個のスタックをまとめて収容している状態を示す構成図である。
【図１０】実施例５に係り、基体のスタック収容空間にスタックを収容している状態を示す斜視図である。
【図１１】実施例６に係り、複数個の基体のスタック収容空間にスタックをそれぞれ収容していると共に、各基体を電気的に直列に接続している状態を示す斜視図である。
【図１２】実施例７に係り、基体のスタック収容空間にスタックを収容していると共にコネクタ部をスタックに接続していない状態を示す側面図である。
【図１３】実施例８に係り、コネクタ部を基体に取り付けている状態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
１はスタック、１０は燃料電池セル、１２は燃料極、１３は酸化剤極、２１は燃料導入部、２３は酸化剤導入部、２２は燃料オフガス導出部（燃料オフ流体導出部）、２４は酸化剤オフガス導出部（酸化剤オフ流体導出部）、３は基体、３０はスタック収容空間、３４はスタック出入口、４１はアノード端子部、４５はカソード端子部、５１は燃料導入用配管コネクタ部、５３は酸化剤導入用配管コネクタ部、５２は燃料オフガス導出用配管コネクタ部（燃料オフ流体導出用配管コネクタ部）、５４は酸化剤オフガス導出用配管コネクタ部（酸化剤オフ流体導出用配管コネクタ部）、５５は給水用配管コネクタ部、５６は排水用配管コネクタ部を示す。
【図１】
2006318679.tif 000003
【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】
2006318679.tif 000010
【図９】
2006318679.tif 000011
【図１０】
2006318679.tif 000012
【図１１】
2006318679.tif 000013
【図１２】
2006318679.tif 000014
【図１３】
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