(57)【要約】【課題】燃料電池のカソード表面を覆う水を低減する技術を提供する。【解決手段】燃料電池モジュール１０は、電解質膜１２と、電解質膜１２の一方の面に設けられたカソード１４と、電解質膜１２の他方の面に設けられたアノード１６と、を有するセルユニット１８と、カソード１４で生成した水分を溜める水分貯留部２０と、を備える。水分貯留部２０は、セルユニット１８のカソード以外の領域に形成された開口部２６と、開口部２６からアノード側に突出した突出部２８と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたアノードと、を有するセルユニットと、
前記カソードで生成した水分を溜める水分貯留部と、を備え、
前記水分貯留部は、
前記セルユニットのカソード以外の領域に形成された開口部と、
前記開口部からアノード側に突出した突出部と、
を有することを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記セルユニットが平面的に複数配列されており、
前記水分貯留部の開口部は、前記セルユニットのカソード間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたアノードと、を有するセルユニットと、
前記カソードで生成した水分を溜める水分貯留部と、を備え、
前記水分貯留部は、
前記セルユニットのカソードに形成された開口部と、
該開口部からアノード側に突出した突出部と、
を有することを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記セルユニットが平面的に複数配列されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記セルユニットのアノード側に設けられ、前記アノードに供給する燃料が貯蔵される燃料室を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記水分貯留部は、前記突出部の内部に水分を吸水する吸水部材を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
前記吸水部材は、少なくともその一部が前記水分貯留部から着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池モジュール。
【請求項８】
前記突出部は、前記電解質膜の一部がアノード側に突出した凸部により形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の燃料電池モジュール。
【請求項９】
前記セルユニットのカソード側の表面は、空気の拡散を妨げる凸部が設けられていない平坦な面で構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の燃料電池モジュール。
【請求項１０】
前記アノードで用いられる燃料が少なくともメタノールを含む液体燃料であり、
前記セルユニットは、前記電解質膜のアノード側の表面のうち、前記アノード以外の表面にメタノールの透過を抑制する抑制膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の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】
近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、１００℃以下の低温で作動する固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）が知られている。固体高分子形燃料電池の形態としては、燃料として水素を用いるものや、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るダイレクトメタノール燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell：ＤＭＦＣ）などが知られている。
【０００３】
上述のようなＰＥＦＣの中で、酸化剤としての空気を自然拡散によりカソードに供給するパッシブ形のＰＥＦＣやＤＭＦＣでは、カソード（空気極）での生成水が過剰な場合、生成水がカソードを覆うことで空気などの酸化剤がカソードに適切に供給されなくなり、出力が低下してしまうという問題がある。
【０００４】
そのため、カソードが生成水で覆われないように、生成水をカソードから適切に除去する方法が望まれている。特許文献１には、酸化剤極とイオン伝導体とに接して設けられた吸水性を有する保水部を備える燃料電池が開示されている。また、特許文献２には、カソード側ガス拡散層に形成された孔に入り込むように設けられた導水帯により、孔にたまった水を外部に導出する燃料電池が開示されている。
【特許文献１】国際公開第０３／０５８７４１号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−４９０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の燃料電池は、燃料電池本体の側部や外部に保水部や貯水部を設ける必要があるため、燃料電池全体として余分なスペースを必要とする。また、特許文献２に記載の導水体は、カソード全体を覆うように設けられているため、カソード極への空気の拡散を阻害し出力低下を招くおそれもある。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池のカソード表面を覆う水を低減する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の燃料電池モジュールは、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、電解質膜の他方の面に設けられたアノードと、を有するセルユニットと、カソードで生成した水分を溜める水分貯留部と、を備える。水分貯留部は、セルユニットのカソード以外の領域に形成された開口部と、開口部からアノード側に突出した突出部と、を有する。
【０００８】
この態様によると、カソードで生成した水分をカソード以外の領域に設けられた水分貯留部に溜めることができるので、カソードで生成した水分をカソード表面から除去することができる。そのため、カソード表面がカソードで生成した水分で覆われにくくなるので、カソードへの酸化剤、例えば空気、の供給を妨げることが抑制される。その結果、燃料電池モジュールは、長期間にわたって安定した出力を得ることができる。
【０００９】
セルユニットが平面的に複数配列されており、水分貯留部の開口部は、セルユニットのカソード間に形成されていてもよい。これにより、例えば、間隔を空けて配列された複数のセルユニットを配線で直列に接続して大きな起電力を得ることができる燃料電池モジュールの場合、セルユニットのカソード間の領域に水分貯留部の開口部を設けることで、燃料電池モジュール全体を大きくすることなくカソードで生成した水分を効率よく集めることができる。
【００１０】
本発明の別の態様もまた、燃料電池モジュールである。この燃料電池モジュールは、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、電解質膜の他方の面に設けられたアノードと、を有するセルユニットと、カソードで生成した水分を溜める水分貯留部と、を備える。水分貯留部は、セルユニットのカソードに形成された開口部と、該開口部からアノード側に突出した突出部と、を有する。
【００１１】
この態様によると、カソードで生成した水分をカソードに設けられた水分貯留部に溜めることができるので、カソードで生成した水分をカソード表面から効率的に除去することができる。そのため、カソード表面がカソードで生成した水分で覆われにくくなるので、カソードへの酸化剤、例えば空気、の供給を妨げることが抑制される。その結果、燃料電池モジュールは、長期間にわたって安定した出力を得ることができる。また、セルユニットが平面的に複数配列されていてもよい。
【００１２】
セルユニットのアノード側に設けられ、アノードに供給する燃料が貯蔵される燃料室を更に備えてもよい。これにより、アノード側に突出した突出部は、燃料室の内部に位置することとなるが、燃料室内の燃料である、例えば水素は拡散性が空気よりも高いため、水分貯留部をカソード側に突き出すように設けた場合と比べて、燃料のアノードへの供給に対する突出部の影響は少ない。そのため、燃料電池モジュールは、長期間にわたって安定した出力を得ることができる。
【００１３】
水分貯留部は、突出部の内部に水分を吸水する吸水部材を有してもよい。これにより、一度水分貯留部に集まった水分が再度カソードに向かって流れ出ることを抑制することができる。また、吸水部材は、徐々に水分を揮発させることで、水分がカソード表面に結露することなく、水分を燃料電池モジュールの外部に排出することができる。
【００１４】
吸水部材は、少なくともその一部が水分貯留部から着脱可能に構成されていてもよい。これにより、燃料電池モジュールの発電条件や発電時間によって吸水部材の保水力を上回る生成水が発生した場合、吸水部材を交換したりあるいは吸水部材に吸収されている水分を除去して再装着したりすることで、再度生成水を貯留することができ、燃料電池モジュールの製品寿命を延ばすことができる。
【００１５】
突出部は、前記電解質膜の一部がアノード側に突出した凸部により形成されていてもよい。これにより、電解質膜に穴を設けることなく水分貯留部をアノード側に突出させることができ、電解質膜を貫通するように水分貯留部を設けた場合と比較して、セルユニットの特にアノード側の気密性を簡便な構成で維持することができる。ここで、アノード側に突出した凸部を有する電解質膜は、例えば、キャスティング法により作製するとよい。
【００１６】
セルユニットのカソード側の表面は、空気の拡散を妨げる凸部が設けられていない平坦な面で構成されていてもよい。これにより、燃料電池モジュールは、カソードに一様に空気が供給されるため、安定した出力を得ることができる。
【００１７】
アノードで用いられる燃料が少なくともメタノールを含む液体燃料であり、セルユニットは、電解質膜のアノード側の表面のうち、アノード以外の表面にメタノールの透過を抑制する抑制膜が設けられていてもよい。これにより、燃料がメタノールを含む液体燃料であっても、水分貯留部を含むアノード側からメタノールが直接カソード側に到達する、いわゆるメタノールクロスオーバーを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡易な構成で燃料電池のカソード表面を覆う水を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を示す上面図である。図２は、図１に示す燃料電池モジュールのＡ−Ａ断面図である。
【００２１】
図１、図２に示すように、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０は、固体高分子形の電解質膜１２と、電解質膜１２の一方の面に設けられたカソード１４と、電解質膜１２の他方の面に設けられたアノード１６と、を有する複数のセルユニット１８と、カソード１４で生成した水分を溜める水分貯留部２０と、アノード側に設けられ、アノード１６に供給する燃料が貯蔵される燃料室２２と、を備える。なお、カソード１４、アノード１６は、それぞれ不図示の触媒層、ガス拡散層、集電材が一体化されている。
【００２２】
燃料室２２は、セルユニット１８の電解質膜１２と、セルユニット１８のアノード側の空間を囲む筐体２４とで構成されている。筐体２４は、燃料室２２の外部から燃料を補充するための注入口２３が設けられている。水分貯留部２０は、セルユニット１８のカソード１４以外の領域に形成された開口部２６と、開口部２６からアノード側に突出した突出部２８と、を有する。なお、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０は、燃料として水素を用い、燃料出口のないデッドエンド（燃料利用率１００％で駆動）タイプのモジュールであるが、燃料出口を設け、燃料を循環させるタイプのモジュールであってもよい。
【００２３】
燃料が水素の場合、アノード１６において、下記の式（１）に示すように、水素分子を水素イオンと電子に分解するアノード反応が生じ、カソード１４において、下記の式（２）に示すように、空気に含まれる酸素と水素イオンと電子とから水を生成するカソード反応がそれぞれ行われる。
【００２４】
【化１】
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【化２】
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【００２５】
そのため、燃料電池モジュール１０が発電している限り、カソード１４では水が生成し続ける。生成した水分がそのままカソード１４の表面に滞留し続けると、空気がカソード１４の表面に到達しにくくなり、カソード反応を阻害するため、燃料電池モジュールの出力が徐々に低下してしまう。
【００２６】
そこで、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０の場合、カソード１４で生成した水分３０が点線の矢印に沿ってカソード１４間に設けられた水分貯留部２０に移動し溜められるので、カソード１４で生成した水分３０をカソード１４の表面から除去することができる。そのため、カソード１４の表面がカソード１４で生成した水分で覆われにくくなるので、カソード１４への空気の供給を妨げることが抑制される。また、水分貯留部２０は、アノード側に突出している突出部２８を有しているので、水分を貯留する体積が大きく、多くの水分を貯留することができる。
【００２７】
なお、アノード側に突出した突出部２８は、燃料室２２の内部に位置することとなるが、燃料室内の燃料である、例えば水素は拡散性が空気よりも高いため、水分貯留部２０をカソード側に突き出すように設けた場合と比べて、燃料のアノード１６への供給に対する突出部２８の影響は少ない。その結果、燃料電池モジュール１０は、長期間にわたって安定した出力を得ることができる。
【００２８】
また、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０は、セルユニット１８が平面的に複数配列されており、水分貯留部２０の開口部２６は、セルユニット１８のカソード間に形成されていてもよい。これにより、例えば、間隔を空けて配列された複数のセルユニット１８を配線で直列に接続して大きな起電力を得ることができる燃料電池モジュールの場合、セルユニット１８のカソード間の領域に水分貯留部２０の開口部２６を設けることで、燃料電池モジュール１０全体を大きくすることなくカソード１４で生成した水分を効率よく集めることができる。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る水分貯留部２０について詳述する。水分貯留部２０は、突出部２８の内部に水分を吸水する吸水部材３０を有している。図３は、図１に示す燃料電池モジュール１０のＢ−Ｂ断面図である。図４は、図１に示す燃料電池モジュール１０のＣ−Ｃ断面図である。
【００３０】
図２や図３に示すように、カソード１４が設けられている領域の上方には、空気の拡散を妨げるような水分貯留部は設けられていない。つまり、セルユニット１８のカソード側の表面は、空気の拡散を妨げる凸部が設けられていない平坦な面で構成されている。そのため、燃料電池モジュール１０は、例えばパッシブ形の燃料電池システムで用いられる場合でも、カソード１４に一様に空気が供給されるため、安定した出力を得ることができる。
【００３１】
一方、図４に示すように、カソードとカソードとの間の隙間の下方には、カソード１４の長手方向と平行に設けられた筒状の水分貯留部２０がアノード側に突出した状態で設けられている。水分貯留部２０は、突出部２８の内部空間に吸水部材３０が充填されている。そのため、一度水分貯留部２０に集まった水分が再度カソード１４に向かって流れ出ることを抑制することができる。また、吸水部材３０は、徐々に水分を揮発させることで、水分がカソード表面に結露することなく、水分を燃料電池モジュール１０の外部に排出することができる。また、吸水部材３０は、燃料室２２に徐々に水分を揮発させることで、燃料を加湿することができる。なお、水分貯留部２０に貯留されている水分を燃料電池モジュールの外部に誘導し、一時的に溜め込んでおく機構を設けてもよい。また、水が蒸発しやすく構成されている機構、例えば、表面積を広くした吸水部材を別途設けてもよい。
【００３２】
また、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０のように、筐体２４の対向する側面の間に一方向に延びた水分貯留部２０を設けることで、貯留可能な水分量を増大させることができる。以下に、発電の際にカソードで生成される水をどのくらい貯留可能かを例示する。
【００３３】
図５は、燃料電池モジュールのカソードおよび水分貯留部２０のサイズを説明するための上面図である。図６は、燃料電池モジュールのカソードおよび水分貯留部２０のサイズを説明するための上面断面図である。
【００３４】
例えば、水素を燃料とし、出力密度０．１Ｗ／ｃｍ２、セル電圧効率５０％（セル電圧０．７４Ｖ）の性能を有するセルユニットを用いた場合、カソードでは、電極面積１ｃｍ２、１時間あたり４５ｍｇ（０．０４５ｃｃ）の水が生成する。このようなセルユニットを図５に示す燃料電池モジュール１０に用いた場合、６箇所のカソード１４の総面積Ｓは、
Ｓ＝４０［ｍｍ］×５［ｍｍ］×６＝１２００［ｍｍ２］＝１２［ｃｍ２］
となる。そのため、燃料電池モジュール１０が１時間発電した場合に生成する水の量Ｗ１は、
Ｗ１＝４５［ｍｇ／（ｈ・ｃｍ２）］×１２［ｃｍ２］＝５４０［ｍｇ／ｈ］
となる。
一方、５箇所の水分貯留部２０の体積Ｖは、
Ｖ＝２［ｍｍ］×３［ｍｍ］×５０［ｍｍ］×５＝１５００［ｍｍ３］
となる。
【００３５】
吸水部材３０は、親水性のある多孔質材料が好適である。例えば、吸収部材として、フェルト、スポンジ、樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体、天然繊維、樹脂繊維束体などの多孔体を用いることができる。一例として、気孔率が９０％の場合、吸水部材３０が保持できる水の量Ｗｍａｘは、
Ｗｍａｘ＝１５００［ｍｍ３］×０．９×１［ｍｇ／ｍｍ３］＝１３５０［ｍｇ］
となる。
【００３６】
そのため、カソードで生成した水により水分貯留部２０が満杯となるまでの連続運転時間Ｔは、
Ｔ＝Ｗｍａｘ／Ｗ１＝１３５０［ｍｇ］／５４０［ｍｇ／ｈ］＝２．５［ｈ］
となる。したがって、燃料電池モジュール１０が連続発電中、水分貯留部２０から全く水分が揮発しない厳しい条件であっても、発電開始から少なくとも２．５［ｈ］の間はカソード表面を覆う水を低減することができる。
【００３７】
また、本実施の形態に係る電解質膜１２は、水分貯留部２０が設けられた領域において、突出部２８を形成するようにアノード側に凹んだ凹部３２を有している。換言すると、突出部２８は、電解質膜１２の一部がアノード側に突出した凸部により形成されている。これにより、電解質膜１２に穴を設けることなく水分貯留部２０をアノード側に突出させることができ、電解質膜を貫通するように水分貯留部を設けた場合と比較して、セルユニット１８の特にアノード側の気密性を簡便な構成で維持することができる。この際、水分貯留部２０が有する突出部２８の形状は、吸水部材３０によりその外形が維持されている。ここで、凹部３２を有する電解質膜１２、換言すると、その一部がアノード側に突出した凸部を有する電解質膜１２は、例えば、キャスティング法により作製することができる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る燃料電池モジュールは、水分貯留部の開口部がセルユニットのカソードに形成されている点が第１の実施の形態に係る燃料電池モジュール１０と異なる。そのため、第２の実施の形態に係る燃料電池モジュールは、カソードで生成した水分をカソードに設けられた水分貯留部に溜めることができるので、カソードで生成した水分をカソード表面から効率的に除去することができる。つまり、カソード表面がカソードで生成した水分で覆われにくくなるので、カソードへの酸化剤、例えば空気、の供給を妨げることが抑制される。その結果、燃料電池モジュールは、長期間にわたって安定した出力を得ることができる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
燃料電池モジュールにおける発電が長期間にわたると、吸水部材で保水可能な水分を超えてカソードで水が生成する場合がある。そこで、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０は、吸水部材の少なくともその一部が水分貯留部から着脱可能に構成されている。
【００４０】
図７は、第３の実施の形態に係る燃料電池モジュールの分解斜視図である。燃料電池モジュール１１０は、固体高分子形の電解質膜１１２と、電解質膜１１２の一方の面に設けられたカソード１１４と、電解質膜１１２の他方の面に設けられたアノード（不図示）と、を有する複数のセルユニット１１８と、カソード１１４で生成した水分を溜める水分貯留部１２０と、アノード側に設けられ、アノードに供給する燃料が貯蔵される燃料室１２２と、を備える。
【００４１】
水分貯留部１２０は、セルユニット１１８のカソード１１４以外の領域に形成された開口部１２６と、開口部１２６からアノード側に突出した突出部１２８と、突出部１２８の内部に水分を吸水する吸水部材１３０とを有している。燃料室１２２は、セルユニット１１８の電解質膜１１２と、セルユニット１１８のアノード側の空間を囲む筐体１２４とで構成されている。筐体１２４は、側面１２４ａ，１２４ｂのそれぞれに、後述するカートリッジ部材１５０を装着するための貫通部１２６ａ，１２６ｂが水分貯留部１２０の数だけ形成されている。
【００４２】
そして、複数のセルユニット１１８が一体化された電解質膜１１２の外周部を筐体１２４の上面に合わせて配置し、封止部材１６０，１６２を貫通部１２６ａ，１２６ｂに嵌め込むことで、燃料室１２２が封止される。なお、水分貯留部１２０は、筐体１２４の対向する側面１２４ａ，１２４ｂの間に一方向に延在して設けられているので、貯留可能な水分量を増大させることができる。また、吸水部材１３０は、その中心に空洞部１３０ａを有する筒状の部材である。
【００４３】
カートリッジ部材１５０は、各水分貯留部１２０が有する吸水部材１３０の空洞部１３０ａに挿入される複数の交換吸収部１５０ａと、複数の交換吸収部１５０ａの端部を連結した連結部１５０ｂとを備える。そして、必要に応じて、カートリッジ部材１５０を矢印Ｘ方向に着脱することで、水分貯留部１２０に溜まっている水分を外部に排出することができる。
【００４４】
そのため、燃料電池モジュール１１０は、燃料電池モジュール１１０の発電条件や発電時間によって水分貯留部１２０の保水力を上回る生成水がカソード１１４で発生した場合、交換吸収部１５０ａを交換したりあるいは交換吸収部１５０ａに吸収されている水分を除去して再装着したりすることができる。その結果、燃料電池モジュール１１０は、再度生成水を貯留することができるので、これを用いた製品の寿命を延ばすことができる。なお、連結部１５０ｂを交換吸収部１５０ａと同質の材料とすることで、カートリッジ部材１５０を燃料電池モジュールに装着した状態でも連結部１５０ｂを介して水分を蒸発させることができるため、カートリッジ部材の交換頻度を低減することができる。
【００４５】
（第４の実施の形態）
図８は、第４の実施の形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を示す断面図である。本実施の形態に係る燃料電池モジュール２１０は、第１の実施の形態に係る燃料電池モジュール１０にメタノール透過防止層を設けた点が大きく異なる点である。なお、燃料電池モジュール１０と同様の構成については、説明を適宜省略する。
【００４６】
図８に示す燃料電池モジュール２１０は、燃料としてメタノール水溶液または純メタノール（以下、「メタノール燃料」という）を用いるＤＭＦＣタイプの燃料電池モジュールである。
【００４７】
燃料電池モジュール２１０は、固体高分子形の電解質膜２１２と、電解質膜２１２の一方の面に設けられたカソード２１４と、電解質膜２１２の他方の面に設けられたアノード２１６と、を有する複数のセルユニット２１８と、カソード２１４で生成した水分を溜める水分貯留部２２０と、アノード側に設けられ、アノード２１６に供給するメタノール燃料が貯蔵される燃料室２２２と、を備える。
【００４８】
燃料室２２２は、セルユニット２１８の電解質膜２１２と、セルユニット２１８のアノード側の空間を囲む筐体２２４とで構成されている。筐体２２４は、燃料室２２２の外部から燃料を補充するための注入口２２３と、発電時にアノード２１６で生じる二酸化炭素を排出する排出口２２５とが設けられている。排出口２２５は、例えば気液分離フィルターを備えている。水分貯留部２２０は、セルユニット２１８のカソード２１４以外の領域に形成された開口部２２６と、開口部２２６からアノード側に突出した突出部２２８と、を有する。
【００４９】
セルユニット２１８は、電解質膜２１２のアノード側の表面のうち、アノード２１６以外の表面にメタノールの透過を抑制する抑制膜２５０が設けられている。これにより、燃料がメタノールを含む液体燃料であっても、水分貯留部２２０を含むアノード側からメタノールが直接カソード側に到達する、いわゆるメタノールクロスオーバーを防止することができる。
【００５０】
抑制膜２５０としては、例えば、ポリスチレンスルホン酸等のようなスルホン酸基を導入した炭化水素系高分子膜、または、ポリインドール膜もしくはポリアニリン膜などのようにＮＨ基を有する高分子膜などが好ましい。ＮＨ基を有する高分子膜の他の例としては、ポリアニリン、ポリベンズイミダゾールなどが好適であり、必要に応じて酸をドープしてもよい。また、プロトン伝導性を有する無機化合物も適宜用いることができる。例えば、Ｐ２Ｏ５を含有する非晶質化合物や、ガラス形成酸化物であるＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３などが抑制膜の材料として好適である。
【００５１】
（第５の実施の形態）
図９は、第５の実施の形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を示す断面図である。本実施の形態に係る燃料電池モジュール３１０は、吸水部材３３０の上部がカソード３１４の側部と接している。これにより、カソード３１４で生成した水を水分貯留部３２０により容易に導くことができる。
【００５２】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、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、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における燃料電池モジュールやセルユニットにおいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して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。
【００５３】
上述の実施の形態では、水分貯留部２０を電解質膜１２の一部を用いて形成しているが、電解質膜とは異なる部材を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を示す上面図である。
【図２】図１に示す燃料電池モジュールのＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す燃料電池モジュールのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１に示す燃料電池モジュールのＣ−Ｃ断面図である。
【図５】燃料電池モジュールのカソードおよび水分貯留部のサイズを説明するための上面図である。
【図６】燃料電池モジュールのカソードおよび水分貯留部のサイズを説明するための上面断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る燃料電池モジュールの分解斜視図である。
【図８】第４の実施の形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を示す断面図である。
【図９】第５の実施の形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  燃料電池モジュール、  １２  電解質膜、  １４  カソード、  １６  アノード、  １８  セルユニット、  ２０  水分貯留部、  ２２  燃料室、  ２３  注入口、  ２４  筐体、  ２６  開口部、  ２８  突出部、  ３０  吸水部材、  ３２  凹部、  １１０  燃料電池モジュール、  １３０  吸水部材、  １３０ａ  空洞部、  １５０  カートリッジ部材、  １５０ａ  交換吸収部、  １５０ｂ  連結部、  １６０  封止部材、  ２５０  抑制膜。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年5月27日(2008.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
図１、図２に示すように、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０は、固体高分子形の電解質膜１２と、電解質膜１２の一方の面に設けられたカソード１４と、電解質膜１２の他方の面に設けられたアノード１６と、を有する複数のセルユニット１８と、カソード１４で生成した水分２９を溜める水分貯留部２０と、アノード側に設けられ、アノード１６に供給する燃料が貯蔵される燃料室２２と、を備える。なお、カソード１４、アノード１６は、それぞれ不図示の触媒層、ガス拡散層、集電材が一体化されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
そのため、燃料電池モジュール１０が発電している限り、カソード１４では水が生成し続ける。生成した水分２９がそのままカソード１４の表面に滞留し続けると、空気がカソード１４の表面に到達しにくくなり、カソード反応を阻害するため、燃料電池モジュールの出力が徐々に低下してしまう。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
そこで、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０の場合、カソード１４で生成した水分２９が点線の矢印に沿ってカソード１４間に設けられた水分貯留部２０に移動し溜められるので、カソード１４で生成した水分２９をカソード１４の表面から除去することができる。そのため、カソード１４の表面がカソード１４で生成した水分２９で覆われにくくなるので、カソード１４への空気の供給を妨げることが抑制される。また、水分貯留部２０は、アノード側に突出している突出部２８を有しているので、水分２９を貯留する体積が大きく、多くの水分２９を貯留することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、本実施の形態に係る燃料電池モジュール１０は、セルユニット１８が平面的に複数配列されており、水分貯留部２０の開口部２６は、セルユニット１８のカソード間に形成されていてもよい。これにより、例えば、間隔を空けて配列された複数のセルユニット１８を配線で直列に接続して大きな起電力を得ることができる燃料電池モジュールの場合、セルユニット１８のカソード間の領域に水分貯留部２０の開口部２６を設けることで、燃料電池モジュール１０全体を大きくすることなくカソード１４で生成した水分２９を効率よく集めることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
次に、本実施の形態に係る水分貯留部２０について詳述する。水分貯留部２０は、突出部２８の内部に水分２９を吸水する吸水部材３０を有している。図３は、図１に示す燃料電池モジュール１０のＢ−Ｂ断面図である。図４は、図１に示す燃料電池モジュール１０のＣ−Ｃ断面図である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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