燃料电池系统(100)具备：多个电池单元，包括第一电池单元(10A)以及与第一电池单元(10A)相比在铅直方向位于下方的第二电池单元(10B)；以及至少一个连接部，包括连接第一电池单元(10A)与第二电池单元(10B)的第一连接部(20A)。多个电池单元分别具有：处理槽(3)，具有供被处理液流通的流路(8)；对流路(8)供给被处理液的液体供给口(11A、11B)以及将被处理液从流路(8)排出的液体排出口(13A、13B)；以及至少一个电极单元(2)。第一连接部(20A)具有：连接路(9)，使从第一电池单元(10A)的液体排出口(13A、13B)排出的被处理液流通至第二电池单元(10B)的液体供给口(11A、11B)；以及气压调整部，抑制与连接路(9)中的被处理液的移动相伴的气压变动。
多个电池单元，包括第一电池单元、以及与所述第一电池单元相比在铅直方向位于下方的第二电池单元；以及至少一个连接部，包括连接所述第一电池单元与第二电池单元的第一连接部；
将所述被处理液供给至所述流路的液体供给口以及将所述被处理液从所述流路排出的液体排出口；以及至少一个电极单元，具有负极、至少一部分为多孔体的正极、以及配置于所述正极与所述负极之间的非导电性的离子透过膜；
所述至少一个电极单元配置为所述负极与在所述流路中流通的所述被处理液接触，所述正极露出到气相中，所述第一连接部具有：
连接路，使从所述第一电池单元的所述液体排出口排出的所述被处理液流通至所述第二电池单元的所述液体供给口；以及气压调整部，抑制与所述连接路中的所述被处理液的移动相伴的气压变动。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，所述气压调整部包括使所述连接路与具有所述连接路的内部空间的体积以上的体积的外部空间连通的开口部。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，所述气压调整部包括以与所述连接路的内部空间连通的方式设置的能够膨胀及收缩的袋状体。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统，所述气压调整部包括配置于所述连接路的压力调整阀。
5.如权利要求2所述的燃料电池系统，所述外部空间的氧分压设定为0.2atm以下。
6.如权利要求2所述的燃料电池系统，所述外部空间的氮分压设定为0.8atm以上。
7.如权利要求5所述的燃料电池系统，所述外部空间的氮分压设定为0.8atm以上。
8.如权利要求1～7的任一项所述的燃料电池系统，所述第一连接部还具备控制向所述连接路供给的所述被处理液的量的流通控制部。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统，所述流通控制部包括能够开闭所述连接路的开闭部。
10.如权利要求1～7的任一项所述的燃料电池系统，所述处理槽内的所述流路的水平方向的尺寸为所述流路的铅直方向的尺寸以上。
11.如权利要求8所述的燃料电池系统，所述处理槽内的所述流路的水平方向的尺寸为所述流路的铅直方向的尺寸以上。
12.如权利要求9所述的燃料电池系统，所述处理槽内的所述流路的水平方向的尺寸为所述流路的铅直方向的尺寸以上。
13.如权利要求1～7的任一项所述的燃料电池系统，所述至少一个电极单元包括第一电极单元以及第二电极单元，所述第一电极单元的所述负极与所述第二电极单元的所述负极配置为隔着所述流路对置。
14.如权利要求8所述的燃料电池系统，所述至少一个电极单元包括第一电极单元以及第二电极单元，所述第一电极单元的所述负极与所述第二电极单元的所述负极配置为隔着所述流路对置。
15.如权利要求9所述的燃料电池系统，所述至少一个电极单元包括第一电极单元以及第二电极单元，所述第一电极单元的所述负极与所述第二电极单元的所述负极配置为隔着所述流路对置。
16.如权利要求10所述的燃料电池系统，所述至少一个电极单元包括第一电极单元以及第二电极单元，所述第一电极单元的所述负极与所述第二电极单元的所述负极配置为隔着所述流路对置。
17.如权利要求11所述的燃料电池系统，所述至少一个电极单元包括第一电极单元以及第二电极单元，所述第一电极单元的所述负极与所述第二电极单元的所述负极配置为隔着所述流路对置。
18.如权利要求12所述的燃料电池系统，所述至少一个电极单元包括第一电极单元以及第二电极单元，所述第一电极单元的所述负极与所述第二电极单元的所述负极配置为隔着所述流路对置。
19.如权利要求13所述的燃料电池系统，所述第一电极单元从所述处理槽的第一侧面向所述处理槽的内部延伸，所述第二电极单元从所述处理槽的与所述第一侧面对置的第二侧面向所述处理槽的内部延伸，所述处理槽的所述流路在水平的面内蛇行。
20.如权利要求14所述的燃料电池系统，所述第一电极单元从所述处理槽的第一侧面向所述处理槽的内部延伸，所述第二电极单元从所述处理槽的与所述第一侧面对置的第二侧面向所述处理槽的内部延伸，所述处理槽的所述流路在水平的面内蛇行。
21.如权利要求15所述的燃料电池系统，所述第一电极单元从所述处理槽的第一侧面向所述处理槽的内部延伸，所述第二电极单元从所述处理槽的与所述第一侧面对置的第二侧面向所述处理槽的内部延伸，所述处理槽的所述流路在水平的面内蛇行。
22.如权利要求16所述的燃料电池系统，所述第一电极单元从所述处理槽的第一侧面向所述处理槽的内部延伸，所述第二电极单元从所述处理槽的与所述第一侧面对置的第二侧面向所述处理槽的内部延伸，所述处理槽的所述流路在水平的面内蛇行。
23.如权利要求17所述的燃料电池系统，所述第一电极单元从所述处理槽的第一侧面向所述处理槽的内部延伸，所述第二电极单元从所述处理槽的与所述第一侧面对置的第二侧面向所述处理槽的内部延伸，所述处理槽的所述流路在水平的面内蛇行。
24.如权利要求18所述的燃料电池系统，所述第一电极单元从所述处理槽的第一侧面向所述处理槽的内部延伸，所述第二电极单元从所述处理槽的与所述第一侧面对置的第二侧面向所述处理槽的内部延伸，所述处理槽的所述流路在水平的面内蛇行。
25.如权利要求1～7的任一项所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
26.如权利要求8所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
27.如权利要求9所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
28.如权利要求10所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
29.如权利要求11所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
30.如权利要求12所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
31.如权利要求13所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
32.如权利要求14所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
33.如权利要求15所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
34.如权利要求16所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
35.如权利要求17所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
36.如权利要求18所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
37.如权利要求19所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
38.如权利要求20所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
39.如权利要求21所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
40.如权利要求22所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
41.如权利要求23所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
42.如权利要求24所述的燃料电池系统，所述多个电池单元还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统还具备：
旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间切换。
43.如权利要求1～7的任一项所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
44.如权利要求8所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
45.如权利要求9所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
46.如权利要求10所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
47.如权利要求11所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
48.如权利要求12所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
49.如权利要求13所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
50.如权利要求14所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
51.如权利要求15所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
52.如权利要求16所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
53.如权利要求17所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
54.如权利要求18所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
55.如权利要求19所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
56.如权利要求20所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
57.如权利要求21所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
58.如权利要求22所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
59.如权利要求23所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
60.如权利要求24所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
61.如权利要求25所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
62.如权利要求26所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
63.如权利要求27所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
64.如权利要求28所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
65.如权利要求29所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
66.如权利要求30所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
67.如权利要求31所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
68.如权利要求32所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
69.如权利要求33所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
70.如权利要求34所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
71.如权利要求35所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
72.如权利要求36所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
73.如权利要求37所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
74.如权利要求38所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
75.如权利要求39所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
76.如权利要求40所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
77.如权利要求41所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
78.如权利要求42所述的燃料电池系统，在所述负极保持有厌氧微生物群。
79.一种燃料电池系统用模块，具备电池单元、以及能够与所述电池单元连接的连接部，所述电池单元具有：
将所述被处理液供给至所述流路的液体供给口以及将所述被处理液从所述流路排出的液体排出口；以及至少一个电极单元，具有负极、至少一部分为多孔体的正极、以及配置于所述正极与所述负极之间的非导电性的离子透过膜；
所述至少一个电极单元配置为所述负极与在所述流路中流通的所述被处理液接触，所述正极露出至所述处理槽的外部，所述连接部具有：
气压调整部，抑制与所述连接路中的所述被处理液的移动相伴的气压变动；
流入口，将所述被处理液供给至所述连接路；以及流出口，与所述流入口相比在铅直方向位于下方，将所述被处理液从所述连接路排出；
所述电池单元的所述液体供给口以及所述液体排出口的至少一方能够与所述连接部的所述连接路连接。
燃料电池系统以及燃料电池系统用模块
技术领域
[0001] 本申请涉及一种燃料电池系统以及燃料电池系统用模块。
背景技术
[0002] 微生物燃料电池为能源独立式的废水处理装置，其将废水(生活废水、工业废水)中所含有的有机物质的化学能转化成电能，并且对其有机物质进行氧化分解处理。
[0003] 微生物燃料电池具有承载微生物的负极、以及与氧化物质接触的正极，对负极供给含有有机物质等的电解液，并且对正极供给含氧的水。负极以及正极通过经由外部电路相互连接从而形成闭合电路。在负极通过微生物的催化作用由电解液生成氢离子(H+)以及-电子(e)，氢离子向正极移动，电子经由外部电路向正极移动。从负极移动而来的氢离子以及电子在正极与氧(O2)结合，成为水(H2O)被消耗。此时，回收流经闭合电路的电能。
[0004] 微生物燃料电池通过微生物的催化作用(代谢反应、生物化学转换)，由有机基质等直接产生电能。因此，与采用从有机物质向沼气等的转换步骤的以往的能量回收系统相比，期待回收效率提高。另外，不只是发电，作为排水处理、有机废弃物处理、有机废弃物处理的附带设备等也可利用。
[0005] 最近，使用气体扩散电极作为正极的微生物燃料电池备受关注(例如、专利文献1)。气体扩散电极由例如多孔或者纺布状的材料组成，具有多孔性。通过该结构，能够将气相中(例如大气中)的氧向正极供给。也就是说，能够使来自负极的氢离子以及电子在正极与气相中的氧反应。
[0006] 若能够通过采用气体扩散电极，将气相中的氧向正极供给，则与例如将溶解于水中的溶解氧向正极供给的情况相比，存在如下的优点。
[0007] 将溶解氧向正极供给的情况下，存在如下问题，即废水等的被处理液所包含的有机物质的氧化以及发电被溶解氧的扩散速度限速。与之相对，气相中的氧的扩散速度与溶解氧的扩散速度相比极大，因此能够高效地进行有机物质的氧化以及发电。因此，能够期待燃料电池输出提高。
[0008] 在先技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1：日本特开第2010-102953号公报
发明内容
[0011] 发明要解决的问题
[0012] 为了提高燃料电池系统的实用性，要求例如使被处理液的处理量增加，从而使处理能力或发电输出提高。于是，本发明人关注于连接采用气体扩散电极的多个燃料电池(以下，称为“电池单元”。)而得的系统构成。可是，经本发明人研究，发现存在如下情况，即在连接多个电池单元的构成中，因电池单元的配置，无法得到高的处理效率或发电效率。细节后述。
[0013] 本申请的非限定的例示性的某实施方式提供采用气体扩散电极的、能够提高处理能力或者发电输出的燃料电池系统。
[0014] 用于解决问题的手段
[0015] 为解决上述课题，本发明的一方式为一种燃料电池系统，具备：多个电池单元，包括第一电池单元以及与所述第一电池单元相比在铅直方向位于下方的第二电池单元；以及至少一个连接部，包括连接所述第一电池单元与第二电池单元的第一连接部，多个电池单元分别具有：处理槽，具有供被处理液流通的流路；将所述被处理液供给至所述流路的液体供给口以及将所述被处理液从所述流路排出的液体排出口；至少一个电极单元，具有负极、至少一部分为多孔体的正极、以及配置于所述正极与所述负极之间的非导电性的离子透过膜，所述至少一个电极单元配置为所述负极与在所述流路中流通的所述被处理液接触，所述正极露出到气相中，所述第一连接部具有：连接路，使从所述第一电池单元的所述液体排出口排出的所述被处理液流通至所述第二电池单元的所述液体供给口；以及气压调整部，抑制与所述连接路中的所述被处理液的移动相伴的气压变动。
[0016] 发明效果
[0017] 根据本发明，能够实现采用气体扩散电极的、能够提高处理能力或者发电输出的燃料电池系统。
附图说明
[0018] 图1是表示第一实施方式所涉及的燃料电池系统100的示意性的剖面图。
[0019] 图2中(a)为说明燃料电池系统100的动作时的连接路9内的状态的图，(b)为说明比较例的燃料电池系统的动作时的连接路9内的状态的图。
[0020] 图3中(a)及(b)为对燃料电池系统100中的气压调整部的构成进行例示的示意性的剖面图。
[0021] 图4为对燃料电池系统100中的第一连接部20A的其他构成进行例示的示意性的剖面图。
[0022] 图5是第一实施方式所涉及的其他燃料电池系统200的示意性的剖面图。
[0023] 图6是第二实施方式所涉及的燃料电池系统300的示意性的剖面图。
[0024] 图7是第三实施方式所涉及的燃料电池系统400的示意性的剖面图。
[0025] 图8中(a)为第三实施方式所涉及的其他燃料电池系统500的示意性的剖面图，(b)为对燃料电池系统500中的电极单元部30进行例示的放大剖面图，(c)及(d)分别为对燃料电池系统500中的电池单元10A进行例示的斜视图。
[0026] 图9是第四实施方式所涉及的燃料电池系统用模块600的示意性的剖面图。
具体实施方式
[0027] 说明本发明人研究连接采用气体扩散电极的多个电池单元而得的系统构成所得的知识。
[0028] 在以气体扩散电极为正极的各电池单元中，配置为气体扩散电极的表面与气相(例如大气)接触，负极的表面与被处理液接触。本发明人研究了将这样的电池单元沿重力方向(铅直方向)配置，被处理液从上方起依次在电池单元内流通的构成。其结果是，发现存在如下可能性，即在位于下方的电池单元中液压上升，被处理液向多孔性的气体扩散电极浸入。另外，有时被处理液在气体扩散电极内通过，从而向外部(气相侧)泄漏。这些现象例如在施加到气体扩散电极的被处理液的液压变得大于与气体扩散电极接触的气相的压力(例如大气)的情况下可能产生。
[0029] 若发生被处理液向气体扩散电极(正极)浸入或被处理液的泄漏，则存在如下隐忧，正极与气相(氧)的界面即氧还原反应点减少，因此燃料电池的输出降低。像这样，存在即使采用气体扩散电极，但与气相中的氧的反应也受抑制，则也得不到高的处理效率或发电效率的可能性。
[0030] 另外，这样的问题不限于利用微生物的代谢机构的燃料电池系统。只要是负极与液体接触并且对正极采用气体扩散电极的燃料电池系统，则都可能发生同样的问题。
[0031] 本发明人基于上述知识进而深入研究。其结果是，发现了在沿铅直方向上下配置的两个电池单元之间能够抑制被处理液的液压上升的新构成。据此，能够抑制液压所致的被处理液向气体扩散电极内浸入或向外部泄漏，因此能够提高处理效率或发电效率。
[0032] 本发明的一方式的概要如下。
[0033] 本发明的一方式的燃料电池系统具备：多个电池单元，包括第一电池单元以及与所述第一电池单元相比在铅直方向位于下方的第二电池单元；以及至少一个连接部，包括连接所述第一电池单元与第二电池单元的第一连接部，所述多个电池单元各自具有：处理槽，具有供被处理液流通的流路；将所述被处理液供给至所述流路的液体供给口以及将所述被处理液从所述流路排出的液体排出口；至少一个电极单元，具有负极、至少一部分为多孔体的正极、以及配置于所述正极与所述负极之间的非导电性的离子透过膜，所述至少一个电极单元配置为所述负极与在所述流路中流通的所述被处理液接触，所述正极露出到气相中，所述第一连接部具有：连接路，使从所述第一电池单元的所述液体排出口排出的所述被处理液流通至所述第二电池单元的所述液体供给口；以及气压调整部，抑制与所述连接路中的所述被处理液的移动相伴的气压变动。
[0034] 所述气压调整部例如也可以包括使所述连接路与具有所述连接路的内部空间的体积以上的体积的外部空间连通的开口部。
[0035] 所述气压调整部例如也可以包括以与所述连接路的内部空间连通的方式设置的能够膨胀以及收缩的袋状体。
[0036] 所述气压调整部例如也可以包括配置于所述连接路的压力调整阀。
[0037] 所述外部空间的氧分压例如也可以设定为0.2atm以下。
[0038] 所述外部空间的氮分压例如也可以设定为0.8atm以上。
[0039] 所述第一连接部例如也可以还具备控制供给至所述连接路的所述被处理液的量的流通控制部。
[0040] 所述流通控制部也可以包括能够开闭所述连接路的开闭部。
[0041] 所述处理槽内的所述流路的水平方向的尺寸例如也可以为所述流路的铅直方向的尺寸以上。
[0042] 所述至少一个电极单元例如也可以包括第一电极单元以及第二电极单元，所述第一电极单元的所述负极与所述第二电极单元的所述负极配置为隔着所述流路对置。
[0043] 也可以是，所述第一电极单元例如从所述处理槽的第一侧面向所述处理槽的内部延伸，所述第二电极单元例如从所述处理槽的与所述第一侧面对置的第二侧面向所述处理槽的内部延伸，所述处理槽的所述流路在水平的面内蛇行(曲折)。
[0044] 所述多个电池单元例如也可以还包括与所述第二电池单元相比配置于下方的、具有供所述被处理液流通的流路的其他电池单元，所述至少一个连接部例如还包括具有与所述其他电池单元的所述流路连接的连接路的其他连接部，所述燃料电池系统例如还具备：旁路流路，不经由所述第二电池单元地使所述第一连接部的所述连接路与所述其他电池单元的所述流路或者所述其他连接部的所述连接路连通；以及路径切换部，将在所述第一连接部的所述连接路中流通的所述被处理液的路径，在所述第二电池单元的所述流路与所述旁路流路之间进行切换。
[0045] 在所述负极例如也可以保持有厌氧微生物群。
[0046] 本发明的一方式的燃料电池系统用模块具备：电池单元、以及能够与所述电池单元连接的连接部，所述电池单元，具有：处理槽，具有供被处理液流通的流路；将所述被处理液供给至所述流路的液体供给口以及将所述被处理液从所述流路排出的液体排出口；至少一个电极单元，具有负极、至少一部分为多孔体的正极、以及配置于所述正极与所述负极之间的非导电性的离子透过膜，所述至少一个电极单元配置为所述负极与在所述流路中流通的所述被处理液接触，所述正极露出至所述处理槽的外部，所述连接部具有：连接路，供所述被处理液流通；以及气压调整部，抑制与所述连接路中的所述被处理液的移动相伴的气压变动，所述电池单元的所述液体供给口以及所述液体排出口的至少一方能够与所述连接部的所述连接路连接。
[0047] 以下，参照附图具体说明本发明的燃料电池系统的实施方式。
[0048] (实施方式1)
[0049] 图1为表示实施方式1的燃料电池系统100的示意图。
[0050] 本实施方式所涉及的燃料电池系统100具备：多个电池单元，包括第一电池单元10A、以及与第一电池单元10A相比在铅直方向(重力方向)上位于下方的第二电池单元10B；
以及第一连接部20A，连接第一电池单元10A与第二电池单元10B。
[0051] 各电池单元10A、10B具有处理槽3与电极单元2。
[0052] 处理槽3在内部具有供被处理液流通的流路8。另外，在处理槽3中，设有将被处理液供给至流路8的液体供给口11A、11B、以及将被处理液从流路8排出的液体排出口13A、13B。
[0053] 电极单元2具有正极5、负极6、配置于正极5与负极6之间的非导电性的离子透过膜7。正极5的至少一部分为多孔体，多孔体的表面露出至处理槽3的外部，与气相(例如大气)接触。另一方面，负极6配置为与在流路8中流通的被处理液接触。正极5以及负极6连接至外部电路4。
[0054] 第一连接部20A具有使从第一电池单元10A的液体排出口13A排出的被处理液流通至第二电池单元10B的液体供给口11B的连接路9。因此，被处理液从第一电池单元10A的流路8排出后，经第一连接部20A的连接路9，供给至第二电池单元10B内的流路8。
[0055] 在第一连接部20A中，在连接路9中设有抑制与被处理液的移动相伴的连接路9的气压变动的气压调整部。据此，能够抑制在被处理液流入至连接路9之际在连接路9所产生的气相G的气压上升。具体而言，在该例子中，作为气压调整部，设有使连接路9与具有连接路9的内部空间的体积以上的体积的外部空间连通的开口部15。在此所谓的外部也可以为大气空间。有关气压调整部的构成后述。
[0056] 另外，燃料电池系统100具备至少两个电池单元10A、10B以及连接它们的连接部20A即可，也可以还具有其他的电池单元或连接部。如后述，例如也可以包括配置于铅直方向的3个以上的电池单元。也可以在这些电池单元中的沿铅直方向上下配置的2个电池单元之间分别设有连接部。
[0057] 负极6的与被处理液接触的表面(即、与流路8的内部空间接触的面)也可以承载厌氧微生物。厌氧微生物也可以浮游于在处理槽3的流路8中流通的被处理液。或者，负极6的表面也可以承载催化材料来代替厌氧微生物。
[0058] 负极6由导电性材料构成。具体而言，能够使用碳材料。例如也可以为碳纸、炭毡、交叉碳纤维(carboncross)或活性炭片。另外，负极6的材料也可以为导电性好的金属。例如，也可以为铝、铜、不锈钢、镍或钛。
[0059] 另外，在负极6的与被处理液接触的表面上也可以承载有中介体分子。在被处理液的处理中利用厌氧微生物的代谢机构的情况下，在微生物的细胞内或者末端电子受体之间进行电子的授受。若将中介体分子导入至负极6的表面，则中介体作为末端电子受体发挥作用，并且，将电子向负极6交接。因此，能够使有机物质的氧化分解速度提高。另外，中介体分子也可以浮游于在处理槽3的流路8中通过的被处理液。
[0060] 正极5由导电性材料构成，至少一部分为多孔体。正极5例如也可以由多孔质或者纺布状的材料组成，电极整体具有多孔性。正极5的材料也可以为碳纸、炭毡、交叉碳纤维(carboncross)或活性炭片等碳材料。另外，正极5的材料也可以为导电性好的金属网。例如，也可以为铝、铜、不锈钢、镍或钛。
[0061] 离子透过膜7由非导电性材料构成。作为离子透过膜7，具体而言，能够使用阳离子交换膜、阴离子交换膜、玻璃纤维膜、无纺布、滤纸。
[0062] 露出至正极5的外部的表面(略为“露出表面”)配置为与含有氧的气相接触。露出表面的至少一部分也可以为多孔体的表面。另外，在正极5的露出表面上也可以承载氧还原催化剂。据此，因负极6的有机物质的氧化而产生的电子以及氢离子和与正极5的露出表面接触的气相所包含的氧的反应(氧还原反应)得以促进。
[0063] 接着，说明燃料电池系统100的动作。
[0064] 作为被处理液，例如能够采用含有有机物质、含氮化合物(例如氨)等的被处理成分的液体。在此，说明采用含有有机物质的电解液的例子。
[0065] 从第一电池单元10A的液体供给口11A供给至处理槽3的被处理液在处理槽3内的流路8中流通到液体排出口13A。此时，被处理液内的有机物质的一部分被由电极单元2的负+极6的表面承载的微生物氧化分解。在负极6的表面上，通过氧化反应生成氢离子(H)以及电子(e-)。氢离子通过离子透过膜7转移至正极5。电子放出至外部电路4。另一方面，在正极
5的表面(露出至处理槽3的外部的表面)上，从负极6侧转移而来的氢离子、气体中的氧、以及从负极6经由外部电路4移动而来的电子反应，发生氧的还原反应。通过这样一连串的电子化学反应，在电子于外部电路4中移动之际取出电能。
[0066] 通过上述的反应，有机物质的一部分被微生物分解后的被处理液从液体排出口13A排出。之后，通过第一连接部20A的连接路9，供给至第二电池单元10B的液体供给口11B。
被处理液内残留的有机物质的一部分在第二电池单元10B的处理槽3内的流路8中被分解。
通过这样的方式，能够通过多个阶段对被处理液的有机物质进行氧化分解。通过进一步增加电池单元的个数，能够进一步提高处理量以及处理能力。
[0067] 在本实施方式中，使被处理液以在连接路9的一部分存在气相G的方式在连接路9中流通。因此，如图2(a)示意性地所示，在燃料电池系统100的动作中，在第一连接部20A的连接路9内，形成有气相G与被处理液的液相L。气相G与液相L的界面的液压与气相G的气压相等。如前述，第一连接部20A具有抑制被处理液的流入所致的气相G的气压上升的结构，因此能够降低与气相G相比位于下方的被处理液的液压。
[0068] 在该例子中，连接路9具有通往大气空间的开口部15，因此气相G的气压能够降低到例如大气压附近。该情况下，连接路9内的气相G与液相L的界面(液面)的液压与大气压大致相等。因此，在第二电池单元10B的流路8中流通的被处理液的液压与以连接路9内的液面(液相L与气相G的界面)为基准的第二电池单元10B的流路8的深度h1成比例地变大。深度h1小于连接路9的高度。因此，能够抑制因第二电池单元10B的流路8中的液压增大而被处理液浸入至电极单元2。另外，为了提高处理能力，即使进一步将多个电池单元配置于铅直方向时，也能够将位于以上述液面为基准的下方的电池单元的流路的深度h1抑制为小于连接路9的高度。因此，在处于下方的多个电池单元的每一个中，能够抑制被处理液的液压的增大所致的被处理液向正极5的浸入或向外部的气相的泄漏。
[0069] 对此，为了比较，参照图2(b)，说明未在连接路9中设置气压调整部的例子(比较例)。在图2(b)所示的比较例的燃料电池系统中，液压与以处于上方的电池单元的流路中的被处理液的液面为基准的、下方的电池单元的流路的深度h2成比例地增大。为了提高处理能力，若沿铅直方向配置更多电池单元，则施加至存在于下方的电池单元的液压与以配置于最高位置的电池单元的液面为基准的深度成比例地增大。虽未图示，但即便是在系统的动作中在连接路9内形成气相的情况下，也无法抑制气相的气压上升，因此难以抑制处于下方的电池单元内的液压的上升。因此，存在如下隐忧，即、在配置于下方的电池单元内，被处理液的液压变得非常大，产生被处理液浸入至电极单元2的正极5的多孔体，或泄漏至外部等问题。
[0070] 像这样，在本实施方式的燃料电池系统100中，经由具有气压调整部的第一连接部20A，沿铅直方向配置将气体扩散电极用于正极5的第一以及第二电池单元10A、10B。由于采用气体扩散电极，因此能够高效率地进行被处理液中的有机物质等的氧化以及发电。另外，由于能够沿铅直方向配置多个电池单元10A、10B，因此能够抑制燃料电池系统100设置面积的增大，并且提高被处理液的处理能力以及发电输出。再有，如参照图2进行了说明那样，在铅直方向位于下方的电池单元中，也能够抑制在流路中流动的被处理液的液压的增大。因此，能够抑制被处理液向正极5的浸入或向外部的泄漏而引起的发电输出降低。因此，能够实现可大型化的高效率的燃料电池系统100。
[0071] <气压调整部的构成>
[0072] 接着，说明在本实施方式中的第一连接部20A中设置的气压调整部的构成。
[0073] 在图1所示的第一连接部20A中，作为气压调整部，设有使连接路9与大气空间等外部空间连通的开口部15。开口部15的位置不作特殊限定，若配置于连接路9的上方(铅直方向上的上方)，则能够使形成于连接路9的气相G与外部空间更可靠地连通。例如，开口部15也可以配置于第一连接部20A的上面或者侧面的上部。另外，经由开口部15连通的外部空间不限定于大气空间。例如，连接路9也可以构成为与收容燃料电池系统100整体或者各电池单元的收容体的内部连通。
[0074] 本实施方式中的气压调整部的构成不限于使连接路9与外部空间连通的构成。图3(a)以及图3(b)为对具备其他气压调整部的第一连接部20A进行例示的剖面图。
[0075] 如图3(a)所示，作为气压调整部，也可以设置为能够膨胀以及收缩的袋状体16与连接路9的内部空间连通。袋状体16配置为与在系统动作中形成于连接路9的气相G接触。例如也可以配置于第一连接部20A的上方。袋状体16由能够伸缩的材料构成。作为能够伸缩的材料，例如可采用天然橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶等合成橡胶、苯乙烯系、烯烃系等热可塑性高弹体等。据此，能够使形成于连接路9内的气相G的体积增大使袋状体16膨胀而得的空间量。其结果是，能够抑制被处理液的流入所致的气相G的气压上升。
[0076] 或者，也可以如图3(b)所示，作为气体调整部在连接路9设置压力调整阀17。压力调整阀17构成为抑制形成于连接路9的气相G的气压变动。因此，能够抑制被处理液的流入所致的气相G的气压上升。
[0077] <被处理液的物理性阻断结构>
[0078] 本实施方式的燃料电池系统100也可以构成为在动作时能够通过连接路9内的气相G物理性地阻断在第一电池单元10A内的流路8中流通的被处理液以及在第二电池单元10B内的流路8中流通的被处理液。
[0079] 为了在燃料电池系统100动作时更可靠地物理性地阻断被处理液，例如也可以使第一连接部20A的铅直方向上的尺寸(高度)足够高，通过自由落体使被处理液在连接路9中移动。此时，为了使连接路9整体不被被处理液(液相L)充满，例如也可以适宜调整被处理液的流量或连接路9的垂直于流通方向的截面积等。
[0080] 或者，第一连接部20A也可以具有控制向连接路9供给的被处理液的量的流量控制部。流通控制部也可以构成为能够停止被处理液的供给(即、阻断被处理液的流通)。例如，也可以如图4所示，第一连接部20A具有能够开闭连接路9的开闭部21。开闭部21也可以构成为，在开闭部21关闭时，阻断被处理液从第一电池单元10A内的流路8向第二电池单元10B的流路8的流通，在开闭部21打开时被处理液流通。作为流通控制部，例如能够采用电磁阀、水轮、添水器(醒竹)等。据此，能够更可靠地物理性地阻断在电池单元10A、10B内流通的被处理液。
[0081] 若以物理性地阻断各电池单元10A、10B内的被处理液的方式进行动作，则能够得到如下优点。由于能可靠地在连接路9中形成气相G，因此能够通过调整气相G的气压，抑制被处理液的液压上升。另外，若阻断被处理液，则经由两个电池单元10A、10B之间的被处理液的电连接被阻断，因此可将各电池单元10A、10B分别视为独立的单个电池。因此，能够将各电池单元10A、10B的外部电路4以作为电池系统为最大输出的方式串联或者并联地进行连接。
[0082] <其他电池单元以及连接部的构成>
[0083] 在本实施方式的电池单元10A、10B中，形成于处理槽3内的流路8的水平方向的尺寸也可以为铅直方向的尺寸以上。所谓“水平方向的尺寸”是指例如各处理槽3内的流路8的长度以及最大宽度，所谓“铅直方向的尺寸”是指流路8的高度。根据这样的构成，能够将流路8的铅直方向的尺寸抑制得小，因此能够将施加于各电池单元的液压抑制得更低。另外，在图示的例子中，处理槽3的内部空间整体相当于流路8，因此只要处理槽3的内部空间的水平方向大尺寸为铅直方向的尺寸以上，便能够得到上述效果。
[0084] 处理槽3内的流路8也可以具有在使被处理液流通时抑制气相的形成的结构。据此，在利用例如厌氧微生物来进行被处理液的处理的情况下，能抑制被处理液与空气(氧)的接触，因此能够抑制处理槽3内的好氧微生物的繁殖。由于抑制在流路8内形成气相，因此在各电池单元10A、10B中，液体供给口11A、11B也可以与液体排出口13A、13B相比设于铅直方向下方。
[0085] 在图1所示的例子中，在第一以及第二电池单元10A、10B的处理槽3内，构成为被处理液主要在水平的面(与重力方向垂直的面)内流通，在第一连接部20A内，构成为被处理液主要沿铅直方向流通。另外，从铅直上方观察时，第一以及第二电池单元10A、10B内的被处理液的流通方向构成为相互逆向。另外，被处理液的流通方向不限于该例。例如，处理槽3内的流路8也可以相对于水平的面倾斜。
[0086] <具备3个以上电池单元的燃料电池系统的构成>
[0087] 如上述，本实施方式的燃料电池系统也可以包括配置于铅直方向的3个以上的电池单元。在这些电池单元中，也可以在沿铅直方向上下配置的2个电池单元之间分别设有连接部。
[0088] 图5为例示具备3个以上电池单元的燃料电池系统200的剖面图。在图5中，对与图1所示的燃料电池系统100同样的构成要素赋予相同的参照标号，省略其说明。
[0089] 在燃料电池系统200中，在铅直方向上从上方起配置第一电池单元10A、第二电池单元10B、第三电池单元10C、第四电池单元10D以及第五电池单元10E。虽未图示，但各电池单元与外部电路连接。另外，在此配置有5个电池单元，但电池单元的个数不限于此。第一以及第二电池单元10A、10B通过第一连接部20A连接。同样地，第二以及第三电池单元10B、10C通过第二连接部20B连接，第三以及第四电池单元10C、10D通过第三连接部20C连接，第四以及第五电池单元10D、10E通过第四连接部20D连接。各电池单元10A～10E的构成也可以与参照图1前述的第一以及第二电池单元10A、10B的构成同样。另外，各连接部20A～20D的构成也可以与参照图1前述的第一连接部20A的构成同样。
[0090] 根据燃料电池系统200，与图1所示的燃料电池系统100同样地，能够确保高效率，并且通过大型化提高被处理液的处理量或发电输出。通过使电池单元的个数增加，能够构建希望规模的燃料电池系统200。
[0091] 燃料电池系统200也可以还具有使在第一电池单元10A内的流路8中流动的被处理液不经由处于其下方的1个或者多个电池单元，而使其能够转移至处于更下方的其他电池单元的旁路流路23A。虽未图示，但也可以具有将在第一连接部20A的连接路9中流通的被处理液的路径在第二电池单元10B的流路8与旁路流路23A之间进行切换的路径切换部。据此，能够在例如任何一个电池单元发生问题的情况下，停止被处理液向该电池单元的供给，而仅利用其他电池单元来使燃料电池系统200动作。因此，易于进行电池单元的维护或者更换。
[0092] 如图5所示，旁路流路23A也可以设为不经由第二电池单元10B而连接第一连接部20A的连接路9与第二连接部20B的连接路9。或者，旁路流路23A也可以设为不经由第二电池单元10B以及第二连接部20B而连接第一连接部20A的连接路9与第三连接部10C的流路8。同样地，也可以设有至少不经由第三电池单元10C地连接第二连接部20B的连接路9与第三连接部20C的连接路9或第四电池单元10D的流路8的旁路流路23B。另外，也可以设有至少不经由第四电池单元10D地连接第三连接部20C的连接路9与第四连接部20D的连接路9或第五电池单元10E的流路8的旁路流路23C。
[0093] 另外，旁路流路23A配置为将第一连接部20A与配置于第二电池单元10B更下方的电池单元10C～10E或连接至其电池单元的连接部20B～20D中的任一个连接即可。例如，也可以构成为不经由包括第二电池单元10B在内的多个电池单元，而将被处理液转送至处于更下方的电池单元。例如，也可以设有不经由第二以及第三电池单元10B、10C而连接第一连接部20A与第三连接部20C的旁路流路。若将这样的旁路流路设于燃料电池系统200，则有与旁路流路23A相比能够缩短旁路流路的长度的优点。
[0094] 在图5所示的燃料电池系统200中，构成为被处理液从位于铅直方向最上方的电池单元10A的流路8到位于最下方的电池单元10E内的流路8依次流通。另外，构成燃料电池系统的多个电池单元中的一部分的电池单元沿铅直方向配置即可，也可以不是全部电池单元都沿铅直方向依次配置。例如，也可以形成多个将多个电池单元沿铅直方向配置而得的电池单元组，将这些电池单元组沿水平方向排列从而构成燃料电池系统。或者，也可以形成多个将多个电池单元沿水平方向并列配置而得的电池单元组，将这些电池单元组沿铅直方向配置。
[0095] 再有，也可以是多个电池单元中的至少两个具有与如上述的电池单元10A、10B同样的构成，连接它们的连接部具有与第一连接部20A同样的构成。因此，例如连结电池单元的连接部无需全都具有气压调整部，只要在至少一个连接部设有气压调整部，就能得到抑制液压上升的效果。
[0096] (实施方式2)
[0097] 本发明的燃料电池系统的实施方式2不同于图1所示的实施方式1的燃料电池系统100之处在于，将连接路9中的气相G的氧分压抑制在0.2atm以下。
[0098] 图6为举例表示本实施方式的燃料电池系统300的剖面图。对与图1所示的燃料电池系统100同样的构成要素赋予相同的参照标号，省略其说明。
[0099] 燃料电池系统300收容于收容体25的内部。收容体25密闭。收容体25的内部的氧分压调节为0.2atm以下。也可以通过将收容体25的内部的氮分压设为0.8atm以上，从而将氧分压抑制在0.2atm以下。另外，在燃料电池系统300的各电池单元10A、10B中，例如利用厌氧微生物的代谢机构来进行被处理液中的被处理物质的分解以及发电。
[0100] 在燃料电池系统300中，第一连接部20A的连接路9也可以通过开口部15与收容体25的内部空间连通。据此，如以下说明，能够得到抑制连接路9内的氧的溶解的效果。
[0101] 如前述，若使燃料电池系统300动作，则在连接路9中形成气相G与液相L。气相G与液相L的界面具有与气相G的气压相等的液压。经该界面，气相G的氧向被处理液溶解。基于亨利法则，气相G的氧分压越高，溶解到与气相G接触的被处理液的氧量越增加。若溶解到被处理液中的氧量增加，则在被处理液中好氧微生物繁殖，并覆盖负极6的表面，因此电池输出降低。在本实施方式中，能够使气相G的氧分压成为与大气中的氧分压0.21atm相比更小的0.2atm以下，因此能够抑制氧从气相G与被处理液的界面溶解。
[0102] 另外，只要能够与连接路9连通的外部空间的氧分压为0.2atm以下，就能够得到上述效果。例如，第一连接部20A也可以构成为具有设于连接路9的压力调整阀等压力调整部，通过压力调整部将气相G的氧分压局部地控制在0.2atm以下。该情况下，燃料电池系统300无需由收容体25包围，也可以配置于大气空间中。
[0103] 另外，在燃料电池系统300中，各电池单元10A、10B的多孔性的正极5与收容体25的内部空间即氧分压为0.2atm以下的气相接触。据此，如以下说明，能够得到抑制流路8内的氧的溶解的效果。
[0104] 在正极5上，在与正极5接触的气相中存在的氧、与从负极6移动而来的氢以及电子进行反应。此时，存在如下可能性，若氧量过多，则在反应中未使用的氧透过多孔性的正极5到达负极6。在利用厌氧微生物来进行被处理液的处理的情况下，若过剩的氧到达负极6，则有可能在被处理液内好氧微生物繁殖而使输出降低。对此，在本实施方式中，与正极5的表面接触的气相的氧分压抑制在0.2atm以下。因此，能够减少通过多孔性的正极5到达负极6的氧量，能够更有效地抑制与好氧微生物的繁殖相伴的输出降低。
[0105] 另外，只要与正极5接触的气相的氧分压为0.2atm以下，就能够得到上述效果。因此，燃料电池系统300整体无需由收容体25包围，例如也可以是仅各电池单元10A、10B配置于氧分压低的空间内。
[0106] 其中，如图6所示，使燃料电池系统300中的各电池单元10A、10B的正极5和第一连接部20A的连接路9与共用的氧分压低的空间(在此为收容体25的内部空间)接触，从而能够抑制在连接路9以及流路8双方中发生氧向被处理液的溶解。因此，能够更有效地抑制起因于燃料电池系统300的氧的输出降低。
[0107] 在本实施方式的燃料电池系统300中，也可以与实施方式1同样地，设有开闭连接路9的开闭部。另外，也可以如图5所例示，具有将3个以上的电池单元沿铅直方向配置的构成。
[0108] (实施方式3)
[0109] 本发明的燃料电池系统的实施方式3不同于图1所示的实施方式1的燃料电池系统100之处在于，各电池单元10A、10B具有多个电极单元。
[0110] 图7为例示本实施方式的燃料电池系统400的剖面图。对与图1所示的燃料电池系统100同样的构成要素赋予相同的参照标号，省略其说明。
[0111] 在燃料电池系统400中，各电池单元10A、10B具备第一电极单元2U以及第二电极单元2L。第一电极单元2U的负极6以及第二电极单元2L的负极6配置为隔着流路8对置。据此，能够使各电池单元10A、10B的单位体积的正极5以及负极6的面积增加，因此能够提高各电池单元10A、10B的电池输出。
[0112] 在图7所示的例子中，在各电池单元10A、10B的处理槽3的上面配置有第一电极单元2U，在处理槽3的底面配置有第二电极单元2L，在这些电极单元2U、2L之间形成有流路8。在流路8中流动的被处理液与电极单元2U、2L的负极6的表面接触。
[0113] 另外，第一以及第二电极单元2U、2L也可以分别配置于处理槽3的对置的侧面。另外，在各电池单元10A、10B也可以设有3个以上的电极单元。
[0114] 图8(a)为例示本实施方式的其他燃料电池系统500的剖面图。图8(b)为燃料电池系统500的电极单元部30的放大剖面图。另外，图8(c)及(d)分别为对燃料电池系统500中的电池单元10A进行例示的斜视图。
[0115] 燃料电池系统500的各电池单元10A、10B具有多个电极单元部30(1)～30(4)。电极单元部的个数不特殊限定，能够任意选择。
[0116] 各电极单元部30(1)～30(4)如图8(b)所示，具有与处于处理槽3的外部的空间连通的空隙(气阱)31、以及配置于其两侧的第一以及第二电极单元2a、2b。电极单元2a的正极5与电极单元2b的正极5配置为隔着空隙31对置。另外，电极单元2a、2b配置为正极5露出到气相中(空隙31)，负极6与在处理槽3内的流路8中流动的被处理液接触。
[0117] 如图8(c)所示，这些电极单元部中的一部分的电极单元部30(1)、30(3)从处理槽3的第一侧面3(s1)向处理槽3的内部延伸，其他的电极单元部30(2)、30(4)从处理槽3的与第一侧面3(s1)对置的第二侧面3(s2)向处理槽3的内部延伸。各电极单元部的空隙31在处理槽3的第一侧面3(s1)或者第二侧面3(s2)与外部相通。或者，也可以如图8(d)所示，各电极单元部的空隙31在处理槽3的上面(或者底面)与外部相通。
[0118] 从第一侧面3(s1)延伸的电极单元部30(1)、30(3)以及从第二侧面3(s2)延伸的电极单元部30(2)、30(4)也可以在处理槽3的液体供给口11A与液体排出口13A之间交替配置。各电极单元部30(1)～30(4)也可以在水平的面上相对于连接处理槽3的液体供给口11A与液体排出口13A而得的直线大致垂直地延伸。被处理液也可以在处理槽3的内部空间中在电极单元部30(1)～30(4)之间流通。该情况下，处理槽3的流路8也可以在水平的面内蛇行(曲折)。
[0119] 根据燃料电池系统500，能够使各电池单元10A、10B的单位体积的正极5以及负极6的面积增加，因此能够提高各电池单元10A、10B的电池输出。
[0120] 在图8所示的例子中，在电极单元部30(1)～(4)中，在空隙31的两侧配置有两个电极单元2a、2b，但以与空隙31接触的方式配置有至少一个电极单元即可。
[0121] 另外，只要处理槽3具有至少两个电极单元，一方的电极单元(例如电极单元部30(1)的电极单元2b)从处理槽3的第一侧面3(s1)向处理槽3的内部延伸，另一方的电极单元(例如电极单元部30(2)的电极单元2a)从处理槽3的与第一侧面对置的第二侧面3(s2)向处理槽3的内部延伸，就能够得到上述的效果。
[0122] 在本实施方式的燃料电池系统400、500中，也可以与实施方式1以及2同样地，设有开闭连接路9的开闭部。另外，也可以具有将3个以上的电池单元沿铅直方向配置而得的构成。再有，燃料电池系统400d、500也可以配置于收容体25的内部。
[0123] (实施方式4)
[0124] 本发明的实施方式4为能够构成如上述的燃料电池系统的模块(以下、称为“燃料电池系统用模块”)。
[0125] 图9为例示本实施方式的燃料电池系统用模块600的剖面图。燃料电池系统用模块600具有电池单元10、以及能够连接至电池单元10的连接部20。电池单元10以及连接部20也可以分别具有与前述的实施方式1的电池单元10A、10B以及第一连接部20A同样的构成。
[0126] 电池单元10具备：处理槽3，具有供被处理液流通的流路8；将被处理液供给至流路8的液体供给口11以及从流路8排出被处理液的液体排出口13；以及至少一个电极单元2。电极单元2具有负极6、至少一部分为多孔体的正极5、以及配置于正极5与负极6之间的非导电性的离子透过膜7。电极单元2配置为负极6与在流路8中流通的被处理液接触，正极5在处理槽3的外部露出到气相中。
[0127] 连接部20具有供被处理液流通的连接路9、以及抑制与连接路9中的被处理液的移动相伴的气压变动的气压调整部。如图示，气压调整部也可以是使外部空间与连接路9连通的开口部15。外部空间既可以是具有连接路9的内部空间的体积以上的体积的外部空间，也可以例如是大气空间。或者，如参照图3上述那样，气压调整部也可以为能够膨胀以及收缩的袋状体或压力调整阀。
[0128] 在本实施方式中，电池单元10的液体供给口11以及液体排出口13的至少一方构成为能够与连接部20的连接路9连接。
[0129] 连接部20也可以具有将被处理液供给至连接路9的流入口41、以及将被处理液从连接路9排出的流出口43。也可以是，电池单元10的液体排出口13能够连接至连接部20的流入口41，电池单元10的液体供给口能够连接至连接部20的流出口43。
[0130] 另外，本实施方式的燃料电池系统用模块所具备的电池单元的个数不限于一个。例如，燃料电池系统用模块也可以具备两个电池单元与一个连接部20，两个电池单元10中的液体排出口13分别构成为能够与一个连接部20的连接路9连接。
[0131] 另外，本实施方式的燃料电池系统用模块所具备的连接部的个数不限于一个。例如也可以是，燃料电池系统用模块具备一个电池单元与两个连接部20，一个电池单元10中的液体供给口11构成为能够连接至两个连接部20中的一方的连接路9，一个电池单元10的液体排出口13构成为能够连接至两个连接部20中的另一方的连接路9。
[0132] 通过连接多个燃料电池系统用模块600，能够容易地构成具有任意的处理能力以及输出的燃料电池系统。例如能够利用燃料电池系统用模块600来构成前述的实施方式的燃料电池系统100～500。
[0133] 连接部20也可以还具有其他的流入口42以及其他的流出口44。在通过将3个以上的燃料电池系统用模块600沿铅直方向配置来构成燃料电池系统的情况下，也能够以连接连接部20的其他流出口44与下方的连接部20的其他流入口42的方式形成旁路流路。如图示，连接部20的流入口41、42也可以例如在构成燃料电池系统之际，设为与流出口44、45相比在铅直方向位于上方。
[0134] 另外，在如图9所示的例子中，电池单元10以及连接部20具有与图1所示的电池单元10A、第一连接部20A同样的构成，但也可以取而代之具有与其他的实施方式同样的构成。例如，连接部20也可以具备如图3所示的其他气压调整部、或电磁阀等流量控制部。另外，电池单元10也可以如图7以及图8所例示那样具有多个的电极单元。
[0135] 工业实用性
[0136] 本发明的一方式能够广泛适用于利用含有有机物或含氮化合物等被处理物质的液体、例如由各种产业的工厂等产生的排水、下水污泥等有机废水等的燃料电池系统。特别是，能够适合用于利用微生物的代谢机构的微生物燃料电池。
[0137] 标号说明
[0138] 2、2a、2b、2U、2L 电极单元
[0139] 3 处理槽
[0140] 4 外部电路
[0141] 5 正极
[0142] 6 负极
[0143] 7 离子透过膜
[0144] 8 流路
[0145] 9 连接路
[0146] 10、10A、10B、10C、10D、10E 电池单元
[0147] 11、11A、11B 液体供给口
[0148] 13、13A、13B 液体排出口
[0149] 15 开口部
[0150] 16 袋状体
[0151] 17 压力调整阀
[0152] 20、20A、20B、20C、20D 连接部
[0153] 21 开闭部
[0154] 23、23A、23B、23C 旁路流路
[0155] 25 收容体
[0156] 30、30(1)、30(2)、30(3)、30(4) 电极单元部
[0157] 31 空隙
[0158] 41、42 流入口
[0159] 43、44 流出口
[0160] 100、200、300、400、500 燃料电池系统
[0161] 600 燃料电池系统用模块
[0162] G 气相
[0163] L 液相
