JP2013214484A

JP2013214484A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2013214484A
Application number: JP2012094849A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Imura; 真一郎井村; Jean-Louis Iaconis; ルイイアコニスジャン; Tam Benjamin; タムベンジャミン
Original assignee: BIC SA; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: BIC SA; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-10-17
Also published as: US20130260284A1

Abstract

【課題】水素吸蔵合金を収容したカートリッジを着脱可能な燃料電池システムにおいて、燃料電池で生じた熱を水素吸蔵合金に確実に伝達させる。
【解決手段】カートリッジホルダー３０は、一方の辺が連結部３６で連結された第１の平面部３２と第２の平面部３４との間に燃料カートリッジ２０を着脱可能に収容する。第１の平面部３２の外表面、第２の平面部３４の外表面にそれぞれ第１の燃料電池モジュール４０、第２の燃料電池モジュール５０が固定されている。カートリッジホルダー３０に燃料カートリッジ２０を収容すると、第１の平面部３２、第２の平面部３４がそれぞれ燃料カートリッジ２０の外表面に押し付けられて密着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

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。

燃料電池で使用される燃料を貯蔵、供給する形態として、水素吸蔵合金に水素を吸蔵し、当該水素吸蔵合金から放出された水素を燃料電池に供給する技術が知られている。たとえば、特許文献１には、燃料電池セルに対して水素吸蔵合金タンクをスライドさせることにより、燃料電池システムから水素吸蔵合金タンクを着脱可能とした技術が開示されている。

特開２００６−３１０１４８号公報

水素吸蔵合金からの水素の放出は吸熱反応であるため、水素の放出を促進させるために、燃料電池で発生した熱を水素吸蔵合金の加熱に利用することが好適である。しかし、従来の水素吸蔵合金タンク着脱式の燃料電池では、水素吸蔵合金タンクを着脱させるために燃料電池セルに対して水素吸蔵合金タンクをスライドさせる必要があるため、燃料電池セルと水素吸蔵合金タンクとの間に隙間が生じてしまう。このため、燃料電池セルで発生した熱を水素吸蔵合金タンクに十分に伝達できないという課題があった。

一方で、燃料電池セルと水素吸蔵合金との間の隙間が生じないようにし、燃料電池セルで発生した熱を水素吸蔵合金タンクに十分に伝熱できるような構成にした場合には、水素吸蔵合金タンクのスライド性が悪くなってしまう。このため、ユーザーが水素吸蔵合金タンクを交換する際に、着脱しにくくなるという問題が生じる。

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、水素吸蔵合金を収容したカートリッジを着脱可能な燃料電池システムにおいて、燃料電池で生じた熱を水素吸蔵合金に確実に伝達することができる技術の提供にある。

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、水素吸蔵合金を格納する燃料用カートリッジと、第１の平板部と、前記第１の平板部に対向配置された第２の平板部とを有し、前記第１の平板部と前記第２の平板部との間に、前記燃料用カートリッジを着脱可能に収容するホルダーと、前記第１の平板部の外表面に固定され、前記ホルダーを介して前記燃料用カートリッジと熱的に接続している燃料電池モジュールと、を備え、前記燃料用カートリッジを前記ホルダーに収容したときに、前記第１の平板部が前記燃料用カートリッジを押さえつけるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、水素吸蔵合金を収容したカートリッジを着脱可能な燃料電池システムにおいて、燃料電池で生じた熱を水素吸蔵合金に確実に伝達させることができる。

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（Ａ）は、実施の形態１に係る燃料電池システムの正面図（図１の矢印Ｘ方向から見た図）である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。カートリッジホルダーの外観を示す斜視図である。燃料カートリッジが収容されていない状態のカートリッジホルダーを示す側面図である。実施の形態１および実施の形態２に係る燃料電池システムが備える第１の燃料電池モジュールの構成を示す概略断面図である。実施の形態２に係る燃料電池システムの外観を示す斜視図である。図６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

本明細書を通して、本発明に対する理解をより完全にするために特定の形態が説明される。しかし、本発明は、これらの特定の形態以外でも実施可能である。他の例では、本発明を不必要にあいまいにすることを避けるため、周知の要素は、詳細に図示または説明されていない。図面により、本発明が実施される特定の実施の形態を図示される。これらの実施の形態は組み合わせることができ、他の要素が利用され、構造的または論理的な変更が本発明の範囲を逸脱しない範囲で可能である。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例示的であるとみなすべきである。

本明細書で参照される全ての出版物、特許および特許文献は参照により個々に組み込まれるかのように、参照によりその全てが組み込まれる。本明細書とこれらの文献との間の使用法が一致しない場合には、組み込まれた文献の使用法は、本明細書の使用法を補足するとみなされる。相容れない不一致に関しては、本発明の使用法が優先する。

本明細書において、「または」という用語は、非制限的に、または、「Ａ、ＢまたはＣ」が特に指示がない限り、「Ａのみ」、「Ｂのみ」、「Ｃのみ」、「ＡおよびＢ」、「ＢおよびＣ」、「ＡおよびＣ」、「Ａ、ＢおよびＣ」を含むように用いられる。「上方に」および「下方に」という用語は、構成の中心に関して２つの異なる方向を示すために用いられる。「より上の」および「より下の」という用語は、構成の２つの異なる表面を記述するために用いられる。しかし、これらの用語は、単に説明を容易にするために用いられ、記述された実施の形態の燃料電池層の方向を固定するものではないと理解されるべきである。各実施の形態および請求項において、「第１の」、「第２の」および「第３の」等の用語は、単にラベルとして用いられ、これらの目的物に数字を要件と課すことを意図しない。本明細書で明確に開示された数値範囲は、たとえ、明確に開示された範囲の部分集合の範囲が明確に開示されているとしても、明確に開示された範囲のいかなる部分集合も含む。たとえば、１−１００、または１以上１００以下、は、１−８０、２−７６または１から１００の間にある他のいかなる数値範囲も含む。

以下、本発明の種々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。

（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１０の外観を示す斜視図である。図２（Ａ）は、実施の形態１に係る燃料電池システム１０の正面図（図１の矢印Ｘ方向から見た図）である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

燃料電池システム１０は、燃料カートリッジ２０、カートリッジホルダー３０、第１の燃料電池モジュール４０、第２の燃料電池モジュール５０および燃料供給部６０を備える。

燃料カートリッジ２０には水素吸蔵合金が収容されている。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ＭｍＮｉ_4.32Ｍｎ_0.18Ａｌ_0.1Ｆｅ_0.1Ｃｏ_0.3（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ＬａＮｉ_５合金、Ｍｇ２Ｎｉ合金、Ｔｉ_１＋ｘＣｒ_２−ｙＭｎ_ｙ（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。このような水素吸蔵合金は、「複合水素吸蔵材およびその方法」というタイトルの米国特許第７，７０８，８１５号、「水素吸蔵成形体および水素吸蔵合金が収容された収容体」というタイトルの米国特許第５，６６２，７２９号、および「水素吸蔵合金成形体」というタイトルの日本国特許第３，２８６，４７５号に開示されている。これらの文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。必要に応じて、圧縮成形後に焼結処理がなされていてもよい。なお、水素吸蔵合金が水素を放出する際に進行する反応は吸熱反応であり、水素吸蔵合金が水素を吸収する際に進行する反応は発熱反応である。本実施の形態では、水素吸蔵合金としてペレットを用いたが、これに限定されるものではない。燃料カートリッジ２０は、角柱状であってよいが、「セル供給源およびその方法」というタイトルの米国特許出願第２００７／０１７８３３５号に開示されているような内部構造を含んでもよい。この文献は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。このような内部構造は、たとえば、燃料カートリッジ２０の熱伝導性を高めるためや、構造支柱を提供するために用いられうる。また、

本実施の形態のカートリッジホルダー３０は、燃料カートリッジ２０を着脱可能に収容する。カートリッジホルダー３０は伝熱性が良好な、アルミ、銅、ＳＵＳ、またはその他の適した材料で形成される。本実施の形態では、カートリッジホルダー３０は、第１の平面部３２、第２の平面部３４、連結部３６、第１の延在部３３および第２の延在部３５を備える（図３参照）。第１の平面部３２と第２の平面部３４とは対向配置されており、第１の平面部３２の辺Ａとこれに対応する第２の平面部３４の辺Ａ’とが連結部によって接続されている。第１の平面部の辺Ａと第２の平面部の辺Ａ’とを接続する連結部３６の幅は、燃料カートリッジ２０の幅とほぼ同等である。なお、第１の平面部３２、第２の平面部３４、連結部３６、第１の延在部３３および第２の延在部３５は、一体的に形成されている。より具体的には、平板状の部材を折り曲げ加工することによりカートリッジホルダー３０が形成されている。

図３に示す矢印Ｙの方向に燃料カートリッジ２０をスライドさせることにより、第１の平面部３２第２の平面部３４とで挟まれた領域に、燃料カートリッジ２０を格納することができる。なお、燃料カートリッジ２０には水素を供給するための水素放出口（図示せず）が設けられている。また、後述する燃料供給部６０には、当該水素放出口と接続する水素受入口（図示せず）が設けられている。燃料カートリッジ２０をカートリッジホルダー３０に収容した状態において、水素放出口と水素受入口とが接続し、燃料カートリッジ２０から燃料供給部６０に水素が流入する。

連結部３６に接続する第１の平面部３２の辺Ａを除く第１の平面部３２の辺と、当該辺に対応する第２の平面部３４の辺とが分断されている。これにより、第１の平面部３２は、辺Ａが連結部３６に固定された状態で変形可能である。図４は、燃料カートリッジ２０が収容されていない状態のカートリッジホルダー３０の側面図である。燃料カートリッジ２０が収容されていない状態では、連結部３６と反対側の第１の平面部３２の辺Ｂと第２の平面部３４の辺Ｂ‘との間の距離Ｗ_Ｂが、辺Ａと辺Ａ’との距離Ｗ_Ａに比べて短くなっている。言い換えると、燃料カートリッジ２０が収容されていない状態では、連結部３６と反対側の第１の平面部３２および第２の平面部３４の一部が図４に示す領域Ｒの内側に入り込んでいる。ここで、領域Ｒとは、カートリッジホルダー３０に燃料カートリッジ２０を収容したときに燃料カートリッジ２０で占められる領域である。

燃料カートリッジ２０がカートリッジホルダー３０に収容されていない状態では、距離Ｗ_Ｂは、燃料カートリッジ２０の厚さより短い。したがって、燃料カートリッジ２０を収容するために、第１の平面部３２と第２の平面部３４との距離を押し広げる必要がある。燃料カートリッジ２０が一旦収容されると、第１の平面部３２および第２の平面部３４が元の位置の方へ自然に戻ろうとするため、第１の平面部３２および第２の平面部３４が燃料カートリッジ２０を内側に押さえつけるようになる。この結果、第１の平面部３２の内表面と、当該内表面に対向する燃料カートリッジ２０の外表面とが密着する。また、第２の平面部３４の内表面と、当該内表面に対向する燃料カートリッジ２０の外表面とが密着する。

連結部３６とは反対側の第１の平面部３２の辺Ｂと第２の平面部３４の辺Ｂ’との間隔は固定されていないため、燃料カートリッジ２０をカートリッジホルダー３０に出し入れする際に、第１の平面部３２と第２の平面部３４との間隔の少なくとも一部を広げることができる。

第１の平面部３２は、連結部３６に接続する辺に対向する辺Ｂから屈曲して第２の平面部３４の方に延在する第１の延在部３３を含む。また、第２の平面部３４は、連結部３６に接続する辺に対向する辺Ｂ’から屈曲して第１の平面部３２の方に延在する第２の延在部３５を含む。カートリッジホルダー３０に燃料カートリッジ２０が格納された状態では、第１の延在部３３と第２の延在部３５との間にスリット（隙間）８０が形成されている。

図５を参照して、実施の形態１に係る第１の燃料電池モジュール４０の構成について説明する。なお、第２の燃料電池モジュール５０の構成は、第１の燃料電池モジュール４０の構成と同様であるため、説明を適宜省略する。以下の説明において、第１の燃料電池モジュール４０の構成に相当する第２の燃料電池モジュール５０の構成については、第１の燃料電池モジュール４０の符号に「’」を付して説明する場合がある。

第１の燃料電池モジュール４０は、複数の膜電極接合体４１を有する。複数の膜電極接合体４１は、基材４２に形成された開口内に配設され、平面配列されている。基材４２は、たとえば、ポリアクリレートなどの絶縁性の材料により形成される。

膜電極接合体４１は、電解質膜４３、電解質膜４３の一方の面に設けられているカソード４４、および電解質膜４３の他方の面に設けられているアノード４５を有する。電解質膜４３は、基材４２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４４には、酸化剤としてたとえば空気が供給される。一方、アノード４５には燃料ガスとしてたとえば水素が供給される。一対のカソード４４とアノード４５との間に電解質膜４３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。本実施形態の第１の燃料電池モジュール４０では、複数のセルが平面状に形成されている。

インターコネクタ４６は、隣接する膜電極接合体４１の間において、基材４２を貫通して設けられている。隣接する膜電極接合体４１において、一方の膜電極接合体４１のカソード４４がインターコネクタ４６の一端に接続され、他方の膜電極接合体４１のアノード４５がインターコネクタ４６の他端に接続されている。インターコネクタ４６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４１同士はインターコネクタ４６により直列接続されている。

電解質膜４３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４４とアノード４５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４３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。

カソード４４およびアノード４５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４４およびアノード４５が任意に有するイオン交換樹脂は、触媒粒子と電解質膜４３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４３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。

第１の燃料電池モジュール４０は、カソード４４側が燃料電池システム１０の外部側（カートリッジホルダー３０とは反対側）を向くように配置されている。また、第１の燃料電池モジュール４０は、膜電極接合体４１のカソード４４側にカソード保護層２００（図１および図５参照）を有する。カソード保護層２００は、第１の燃料電池モジュール４０のカソード側の最外に位置する部材である。カソード保護層２００は、平板状の部材で形成されており、カソード保護層２００には一方の主表面から他方の主表面に貫通する多数の貫通孔２０１が形成されている。これらの貫通孔２０１によりカソード４４と燃料電池外部との間の通気性が得られている。カソード保護層２００の材料は特に限定されないが、たとえば、アルマイト処理したアルミニウムやポリアクリレートなどの絶縁体が挙げられる。カソード保護層２００は、たとえば、グリルおよび多孔性シートのように、多層に形成されてもよい。図５を参照し、カソード保護層２００とカソード４４との間に気液分離膜２１０が設けられている。気液分離膜２１０は、燃料電池外部から取り入れられた空気や、カソード４４で生じた蒸気を通過させ、かつ、カソード保護層２００に付着した凝縮水を遮断する機能を有する。気液分離膜２１０としては、たとえばテフロン（登録商標）が挙げられる。

カソード保護層２００のさらなる例は、「燃料電池カバー」というタイトルの米国特許出願第２００９／００８１５２３号、「電気化学セルのカバーおよびその方法」というタイトルの米国特許第８，０８０，３２５号に開示されている。これらの文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

図５に記載された燃料電池モジュールは、単なる実施の形態であることを理解されたい。
「電気化学セルおよびこれに関連する電解質膜」というタイトルのＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＣＡ／０９／００２５３として２００９年２月２７日に出願された米国特許出願第２０１１／０００３２２９号に開示されているような燃料電池層などの電気化学セルの配列を含む、多数の異なる燃料電池モジュールが本発明の実施の形態に用いられうる。当該文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。さらなる燃料電池層の例は、「電気化学反応層の下に位置する電流通過構造を有する電気化学セル」というタイトルの米国特許出願第１１／０４７５６０号として２００５年２月２日に出願された米国特許出願公開第２００５／０２５０００４号、「燃料電池、非対称構造を有する燃料電池コンポーネント、およびその方法」というタイトルで２０１０年１２月２３日に出願されたＰＣＴ出願公開第ＷＯ２０１１／０７９３７７号、「不連続領域を有する電気化学セルアセンブリ」というタイトルで２００８年１２月２２日に出願された米国特許公開第２００９／０１６２７２２号、および「燃料電池、非対称構造を有する燃料電池コンポーネントおよびその方法」というタイトルのＰＣＴ出願公開第ＷＯ２０１１／０７９３７７号に開示されている。燃料電池層の例は、上述した実施の形態に記載されているが、本発明は、参照により組み込まれるいずれかの文献に記載された燃料電池および燃料電池層において実施されうることを理解されたい。明確にするために、図面は、比較的少数の燃料電池コンポーネントのみの配置を含む燃料電池モジュールの種々の実施の形態を示すが、本発明の方法は、より多数の燃料電池コンポーネントを有する燃料電池層に適用されうる。

膜電極接合体４１のアノード４５側には、燃料流路板４８が設けられている。燃料流路板４８には、燃料供給部６０に連通するとともに、アノード４５の近傍に吐出口を有する燃料流路（図示せず）が設けられている。ある実施の形態では、燃料電池層は、「省スペース燃料プレナムを含む燃料電池システムおよびその方法」というタイトルの米国特許出願第２００９／００８１４９３号に記載された構造のような、内部支持構造を利用した燃料マニホールドに直に接続されうる。当該文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

第１の燃料電池モジュール４０は、第１の平面部３２の外表面に密着している。このため、カートリッジホルダー３０に燃料カートリッジ２０を収容した状態では、第１の燃料電池モジュール４０と燃料カートリッジ２０とがカートリッジホルダー３０を介して熱的に接続する。本実施の形態では、第１の燃料電池モジュール４０と第１の平面部３２とがねじ７０を用いて固定されている。本実施の形態では、ねじ７０が取り付けられる位置は、第１の延在部３３近傍の第１の平面部３２の辺に沿った領域と、第１の延在部３３とは反対側の第１の平面部３２の辺Ａ（図３参照）に沿った領域である。なお、ねじ７０が取り付けられる位置は、特に限定されないが、膜電極接合体４１や基材４２に影響を与えないことが好ましく、たとえば、カソード保護層２００のみをねじ７０が貫通するように配置する。このように、第１の燃料電池モジュール４０は、第１の平面部３２に固定されているため、第１の平面部３２の動きと連動して移動する。他の実施の形態では、燃料電池モジュールは、大量生産に適した方法により、第１の平面部３２および第２の平面部３４に固定されうる。たとえば、クリップ、接着剤または他の適当な手段を、燃料電池モジュールを第１の平面部３２および第２の平面部３４に固定するために用いることができる。

一方、第２の燃料電池モジュール５０は、第２の平面部３４の外表面に密着している。このため、カートリッジホルダー３０に燃料カートリッジ２０を収容した状態では、第２の燃料電池モジュール５０と燃料カートリッジ２０とがカートリッジホルダー３０を介して熱的に接続する。本実施の形態では、第２の燃料電池モジュール５０と第２の平面部３４とがねじ７２を用いて固定されているが、第２の燃料電池モジュール５０を第２の平面部３４に固定するために他の適当な方法を用いることができることを理解されたい。ねじ７２が取り付けられる位置は、第２の延在部３５近傍の第２の平面部３４の辺Ｂ’に沿った領域と、第２の延在部３５とは反対側の第２の平面部３４の辺Ａ’（図３参照）に沿った領域である。このように、第２の燃料電池モジュール５０は、第２の平面部３４に固定されているため、第２の平面部３４の動きと連動して移動する。

燃料供給部６０は、水素供給路およびレギュレータ（ともに図示せず）を主な構成として備える。レギュレータは、燃料カートリッジ２０から放出される水素の圧力に応じて、用いても用いなくてもよい。たとえば、圧力リミッターまたはチェックバルブをレギュレータに代えて、またはレギュレータとともに用いてもよい。水素供給路は、一端が燃料カートリッジ２０の出口と連通し、他端が燃料流路板４８に設けられた流路を介して第１の燃料電池モジュール４０のアノードおよび第２の燃料電池モジュール５０のアノードと連通している。水素供給路の途中にレギュレータが設けられている。レギュレータにより、水素吸蔵合金から水素が放出される際に、第１の燃料電池モジュール４０および第２の燃料電池モジュール５０に供給される水素の圧力が低減される。これにより、第１の燃料電池モジュール４０のアノード触媒層および第２の燃料電池モジュール５０のアノード触媒層が保護される。

本実施の形態に係る燃料電池システム１０によれば以下の効果を得ることができる。

カートリッジホルダー３０に燃料カートリッジ２０を収容した状態において、第１の平面部３２の内表面と、当該内表面に対向する燃料カートリッジ２０の外表面とが確実に密着する。また、第２の平面部３４の内表面と、当該内表面に対向する燃料カートリッジ２０の外表面とが確実に密着する。これにより、第１の平面部３２の外表面に密着した第１の燃料電池モジュール４０で発生した熱をカートリッジホルダー３０を介して燃料カートリッジ２０に格納された水素吸蔵合金により確実に伝達させることができる。また、第２の平面部３４の外表面に密着した第２の燃料電池モジュール５０で発生した熱をカートリッジホルダー３０を介して燃料カートリッジ２０に格納された水素吸蔵合金により確実に伝達させることができる。この結果、燃料カートリッジ２０に格納された水素吸蔵合金からの水素放出を促進させることができる。

第１の平面部３２および第２の平面部３４からそれぞれ第１の延在部３３および第２の延在部３５が延在している。これにより、カートリッジホルダー３０に燃料カートリッジ２０を収容したときに、燃料カートリッジ２０がカートリッジホルダー３０から外れにくくすることができる。

また、上記の延在部（第１の延在部３３および第２の延在部３５）を設けることにより、燃料カートリッジ２０が延在部によって位置決めされるため、燃料カートリッジ２０に設けられた水素放出口と、燃料供給部６０に設けられた水素受入口とを確実に接続することができる。また、上記の延在部を設けることにより、延在部が燃料カートリッジ２０着脱時のガイドとしての役割を果たすため、ユーザーが燃料カートリッジ２０の着脱を容易に行うことができる。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係る燃料電池システム１０の外観を示す斜視図である。図７は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。実施の形態２に係る燃料電池システム１０は、第１の燃料電池モジュール４０および第２の燃料電池モジュール５０を固定する形態が異なる以外は、実施の形態１に係る燃料電池システム１０と同様である。以下、実施の形態２に係る燃料電池システム１０について、実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

本実施の形態では、第１の燃料電池モジュール４０は、カソード保護層２００の１辺から屈曲して第１の延在部３３の表面の少なくとも一部を被覆するように延在するカバー部２５０を有する。また、カバー部２５０と対向するように、カソード保護層２００の１辺から屈曲して延在し、カートリッジホルダー３０の連結部３６の少なくとも一部を被覆するカバー部２５１が設けられている。カバー部２５０と第１の延在部３３とがねじ７２を用いて固定されている。また、カバー部２５１と連結部３６とがねじ７４を用いて固定されている。これにより、第１の燃料電池モジュール４０がカートリッジホルダー３０に固定される。

同様に、第２の燃料電池モジュール５０は、カソード保護層２００’の１辺から屈曲して第２の延在部３５の表面の少なくとも一部を被覆するように延在するカバー部２６０を有する。また、カバー部２６０と対向するように、カソード保護層２００’の１辺から屈曲して延在し、カートリッジホルダー３０の連結部３６の少なくとも一部を被覆するカバー部２６１が設けられている。カバー部２６０と第２の延在部３５とがねじ７６を用いて固定されている。また、カバー部２６１と連結部３６とがねじ７８を用いて固定されている。これにより、第２の燃料電池モジュール５０がカートリッジホルダー３０に固定される。

実施の形態２に係る燃料電池システム１０によれば、実施の形態１に係る燃料電池システム１０と同様な効果を得ることができる。また、実施の形態２に係る燃料電池システム１０によれば、第１の燃料電池モジュール４０および第２の燃料電池モジュール５０のセル面積をより大きくすることができるため、出力を向上させることができる。

なお、燃料供給部６０のレギュレータと燃料流路板４８とを接続する燃料流路を設ける場合には、スリット８０とは反対側の連結部３６近傍に当該燃料流路を配置することが好ましい。燃料カートリッジ２０をカートリッジホルダー３０に出し入れする際に、連結部３６近傍は、スリット８０側に比べてカートリッジホルダー３０の変形量が少ないため、燃料流路がカートリッジホルダー３０の変形によって破損する恐れを抑制することができる。

また、燃料電池モジュールの動作を制御する制御部や燃料電池モジュールを冷却する冷却機構を設ける場合には、制御部や冷却機構をスリット８０とは反対側に設けることが好ましい。制御部や冷却機構を固定する場合には、制御部や冷却機構を連結部３６に固定することが好ましい。これによれば、カートリッジホルダー３０の辺Ｂと辺Ｂ’との間隔を固定しないまま維持することができるため、燃料カートリッジ２０と燃料電池モジュールとの熱的な接続を良好に保つことができる。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

例えば、上述の各実施の形態では、第１の延在部３３と第２の延在部３５との間に隙間が形成されているが、第１の延在部３３と第２の延在部３５とをバネなどの弾性部材で連結してもよい。これによれば、カートリッジホルダー３０に燃料カートリッジ２０を収容した状態で、第１の平面部３２および第２の平面部３４を燃料カートリッジ２０に対してより確実に密着させることができる。

１０燃料電池システム、２０燃料カートリッジ、３０カートリッジホルダー、３２第１の平面部、３３第１の延在部、３４第２の平面部、３５第２の延在部、３６連結部、４０第１の燃料電池モジュール、５０第２の燃料電池モジュール、６０燃料供給部、２００カソード保護層

Claims

水素吸蔵合金を格納する燃料用カートリッジと、
第１の平板部と、前記第１の平板部に対向配置された第２の平板部とを有し、前記第１の平板部と前記第２の平板部との間に、前記燃料用カートリッジを着脱可能に収容するホルダーと、
前記第１の平板部の外表面に固定され、前記ホルダーを介して前記燃料用カートリッジと熱的に接続している燃料電池モジュールと、
を備え、
前記燃料用カートリッジを前記ホルダーに収容したときに、前記第１の平板部が前記燃料用カートリッジを押さえつけるように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
前記燃料用カートリッジを前記ホルダーに出し入れする際に、前記第１の平板部と前記第２の平板部との間隔の少なくとも一部を広げることができる請求項１に記載の燃料電池システム。
前記第１の平板部の一辺と前記第２の平板部との一辺とを連結する連結部を備え、
前記第１の平板部の一辺を除く前記第１の平板部の辺と、当該辺に対応する前記第２の平板部の辺とが分断されている請求項１または２に記載の燃料電池システム。
前記第１の平板部の一辺に対向する辺から前記第２の平板部の方へ延在する第１の延在部と、
前記第２の平板部の一辺に対向する辺から前記第１の平板部の方へ延在する第２の延在部と、
を備える請求項３に記載の燃料電池システム。