(57)【要約】【課題】触媒劣化を低減することができる燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】燃料電池セル１０と、燃料電池セル１０に燃料ガスを供給する貫通マニホールド３０と、を備え、燃料電池セル１０の上流側に配置された貫通マニホールド３０内に、多孔性のフィルター４０が配置されている、燃料電池モジュール１００。多孔性のフィルター４０により、燃料ガスとともに流入する大粒の液水Ｌを分散させることができ、燃料電池セル１０の一部の発電セル１１Ａに大量の液水Ｌが混入することを抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルと、
前記燃料電池セルに燃料ガスを供給する燃料ガス流路と、
を備え、
前記燃料電池セルの上流側に配置された前記燃料ガス流路内に、多孔性のメッシュ部材が配置されている、燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに燃料ガスを供給するエゼクタと、を備え、燃料電池スタックを構成するエンドプレートとエゼクタとの連結部位に整流部材が配置された燃料電池システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３８５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池セルに燃料ガスを供給する際、燃料電池セルに液水が混入してしまうという場合がある。燃料電池セルに液水が混入すると燃料電セルが閉塞してしまい、触媒が劣化してしまう。特許文献１に記載の整流部材は、燃料ガスの整流を目的とするものであり、燃料ガスとともに液水が燃料電池セルに混入することを防ぐことは難しい。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、触媒劣化を低減することができる燃料電池モジュールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料電池セルと、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給する燃料ガス流路と、を備える。また、前記燃料電池セルの上流側に配置された前記燃料ガス流路内に、多孔性のメッシュ部材が配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る燃料電池モジュールによれば、多孔性のメッシュ部材により、燃料ガスとともに流入する大粒の液水を分散させることができ、燃料電池セルの一部のセルに大量の液水が混入することを抑制することができる。そのため、燃料電池セルの閉塞を抑制でき触媒劣化を低減することができる。よって、触媒劣化を低減することができる燃料電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池モジュールを示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る燃料電池モジュールを示す上面図である。
【図３】比較例に係る燃料電池モジュールを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１に係る燃料電池モジュール１００を示す側面図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池モジュール１００を示す上面図である。図２は、図１のガス及び液水が流入する方向（太い矢印で示す方向）から見た側面を示している。また、図１及び図２の貫通マニホールド３０は透視して描かれている。
【００１０】
実施の形態１に係る燃料電池モジュール１００は、図１に示すように、燃料電池セル１０、ターミナル２０、燃料ガス流路としての貫通マニホールド３０、メッシュ部材としてのフィルター４０等を備える。
【００１１】
燃料電池セル１０は、主セル１１と端部セル１２とを備える。
主セル１１は、複数の発電セル１１Ａを備える。複数の発電セル１１Ａはスタックされている。
端部セル１２は、触媒層を有しない非発電部１２Ａを備え、液水Ｌとガスをバイパスする機能を有する。
本明細書において、「液水」とは、燃料電池の動作温度条件下において液体であり、且つ、水（Ｈ２Ｏ）を主成分として含む物質を意味する。したがって、本明細書における液水には、液体の水（Ｈ２Ｏ）そのもののみならず、水溶液も含まれる。
【００１２】
ターミナル２０は、燃料電池セル１０の端部セル１２側に設けられており、燃料電池セル１０の集電端子（図示省略）と接続されている。そして、ターミナル２０に、モータ等の電力取出端子が接続され、燃料電池セル１０によって発電された電気が当該モータ等に供給される。
【００１３】
貫通マニホールド３０は、燃料電池セル１０の上流側に配置されている。また、貫通マニホールド３０は、燃料ガスとしての水素ガスが貯留されている燃料ガスタンク（図示省略）及び燃料電池セル１０から排出される余剰水素、水などを含むガスを循環させるポンプもしくはエゼクタと接続されている。そして、貫通マニホールド３０は、水素ガス、水蒸気、液水、窒素などのガスを燃料電池セル１０に供給する。
【００１４】
また、燃料電池モジュール１００は、燃料電池セル１０の下流側に配置され、燃料電池セル１０から排出される余剰水素、生成水、窒素などを分離、循環させ再利用するシステムを備える。再利用される余剰水素と水は貫通マニホールド３０を介して燃料電池セル１０へ供給される。この時、露点以下の水は液水として貫通マニホールド３０に供給される。
【００１５】
フィルター４０は、貫通マニホールド３０の端部セル１２に隣接する位置、又は、ターミナル２０から主セル１１までの間に、１枚又は複数枚以上、設置されている。フィルター４０は、多孔質のメッシュ部材であって、例えば、ナイロンなど高分子からなる高分子フィルター、金属ワイヤなどから形成される金網などであってもよい。フィルター４０は、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚さを有することが望ましい。
【００１６】
貫通マニホールド３０内に、フィルター４０を複数枚以上設置することにより、複数枚のフィルター４０の間に液水Ｌを一定時間保持してフィルター４０から徐々に液水Ｌを放出することができ、液水Ｌを分散させることができる。また、貫通マニホールド３０内に、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚さを有するフィルター４０を設置することにより、貫通マニホールド３０内に設置されるフィルター４０が１枚であっても、フィルター４０の手前に液水Ｌを一定時間保持してフィルター４０から徐々に液水Ｌを放出することができ、液水Ｌを分散させることができる。
【００１７】
フィルター４０の厚さが０．１ｍｍ未満である場合、貫通マニホールド３０内に設置されるフィルター４０が１枚である場合、フィルター４０の手前に液水Ｌを一定時間保持する機能が不十分である虞がある。一方、フィルター４０の厚さが５ｍｍ超過である場合、フィルター４０にかかる圧力が高くなりすぎ、フィルター４０が破損する虞がある。
【００１８】
また、本実施の形態１に係るフィルター４０に形成された孔部４１は、図１に示すように、フィルター４０の手前側（燃料ガス及び液水Ｌの流入側）から奥側（燃料ガス及び液水Ｌの放出側）に向かって、燃料電池セル１０から離れる方向に傾斜している。これにより、フィルター４０を通過した液水Ｌは、燃料電池セル１０から離れる方向（図１の矢印で示す方向）に向かって、フィルター４０から放出される。換言すれば、フィルター４０は、液水Ｌの流れの方向を貫通マニホールド３０の燃料電池セル１０とは反対側に向かう方向に誘導することができる。これにより、フィルター４０によって分散された液水Ｌが集中して端部セル１２側の発電セル１１Ａにのみ混入することを防ぐことができる。よって、液水Ｌが集中して端部セル１２側の発電セル１１Ａに混入し、当該発電セル１１Ａを閉塞させ、触媒を劣化させるのを防ぐことができる。
【００１９】
また、フィルター４０は、発電セル１１Ａを構成する電極周囲をシールする樹脂製のシート上に上述の孔部４１を複数形成することによって形成された多孔質のメッシュ部材であってもよい。また、フィルター４０が圧力によって破損することを防ぐため、フィルター４０の一部に孔部４１とは別に、孔部４１よりも大径の孔部を形成してもよい。
【００２０】
図３に、比較例に係る燃料電池モジュール２００を示す。図３に示すように、比較例に係る燃料電池モジュール２００は、フィルター４０を備えない点、及び、端部セル１３の構成のみが実施の形態１に係る燃料電池モジュール１００と異なる。そのため、同一の構成については、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
燃料電池モジュール２００は、図３に示すように、燃料電池セル１０、ターミナル２０、燃料ガス流路としての貫通マニホールド３０等を備える。
【００２１】
燃料電池セル１０は、主セル１１と端部セル１３とを備える。
端部セル１３は、複数の非発電セル１３Ａを備える。複数の非発電セル１３Ａはスタックされている。
【００２２】
従来に係る燃料電池モジュール２００では、燃料ガスに液水が混入した場合、液水Ｌが特定の発電セル１１Ａに集中して混入する可能性がある（図３の「混入」）。また、液水Ｌが塊（図３に示す「塊」）として存在すると、当該塊として存在する液水Ｌが特定の発電セル１１Ａに混入してしまう可能性がある。また、複数の非発電セル１３Ａがスタックされた端部セル１３を主セル１１のターミナル２０側に設けても、当該端部セル１３に液水Ｌが誘導されない可能性がある（図３に示す「誘導」）。
【００２３】
これに対し、以上に説明した実施の形態１に係る燃料電池モジュール１００によれば、多孔性のフィルター４０により、燃料ガスとともに流入する大粒の液水Ｌを分散させることができ、燃料電池セル１０の一部の発電セル１１Ａに大量の液水Ｌが混入することを抑制することができる。そのため、燃料電池セル１０の閉塞を抑制でき触媒劣化を低減することができる。よって、触媒劣化を低減することができる燃料電池モジュール１００を提供することができる。
【００２４】
また、フィルター４０に形成された孔部４１は、フィルター４０の手前側（燃料ガス及び液水Ｌの流入側）から奥側（燃料ガス及び液水Ｌの放出側）に向かって、燃料電池セル１０から離れる方向に傾斜している。これにより、フィルター４０を通過した液水Ｌは、燃料電池セル１０から離れる方向に向かって、フィルター４０から放出される。これにより、フィルター４０によって分散された液水Ｌが集中して端部セル１２側の発電セル１１Ａにのみ混入することを防ぐことができる。よって、液水Ｌが集中して端部セル１２側の発電セル１１Ａに混入し、当該発電セル１１Ａを閉塞させ、触媒を劣化させるのを防ぐことができる。
【００２５】
また、端部セル１２は、触媒層を有しない非発電部１２Ａを備え、液水Ｌとガスをバイパスすることができ、主セル１１の発電セル１１Ａへ液水Ｌが集中して混入することを防ぐことができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  燃料電池セル
１１  主セル
１１Ａ  発電セル
１２  端部セル
１２Ａ  非発電部
２０  ターミナル
３０  貫通マニホールド（燃料ガス流路）
４０  フィルター（メッシュ部材）
４１  孔部
１００  燃料電池モジュール
Ｌ  液水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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