(57)【要約】【課題】  流体から不純物を積極的に吸着または捕捉して除去でき、望ましくはいったん吸着または捕捉した不純物を保持できる、燃料電池スタックの提供。【解決手段】（１）セルモジュール１９と不純物トラップモジュール５０とを有し、不純物トラップモジュール５０が対向面の少なくとも一部で互いに導通している一対のセパレータ１８と、一対のセパレータの間の隙間に設けられ流体から不純物を除去する不純物除去体５１とを含む燃料電池スタック２３。（２）不純物トラップモジュール５０が燃料電池スタックの流体供給側端部に設けられている。（３）不純物トラップモジュール５０が燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部に設けられている。（４）不純物除去体がイオン交換樹脂である。（５）不純物除去体５１が不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものである。（６）不純物トラップモジュール５０はセルモジュール１９とほぼ同じ圧損をもつ。【選択図】        図１
2008135188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路を有するセルモジュールと、
前記ガス流路と連通する空所を内部に有し、流体から不純物を除去する不純物除去体が前記空所内に設けられた不純物トラップモジュールと、
を具備する燃料電池スタック。
【請求項２】
セルモジュールと、
不純物トラップモジュールと、
を有し、
前記不純物トラップモジュールが、
互いに対向して間に隙間を形成し、対向面の少なくとも一部で互いに導通している一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間の前記隙間に設けられ、流体から不純物を除去する不純物除去体と、
を含む燃料電池スタック。
【請求項３】
前記不純物トラップモジュールが、燃料電池スタックの流体供給側端部に設けられている請求項１または請求項２記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記不純物トラップモジュールが、燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部に設けられている請求項１または請求項２記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記不純物トラップモジュールが、燃料電池スタックの流体供給側端部と、燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部に設けられている請求項１または請求項２記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記不純物除去体が、イオン交換樹脂である請求項１または請求項２記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記不純物除去体が、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものである請求項１または請求項２記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記不純物除去体が、イオン交換樹脂と、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものとを含む請求項１または請求項２記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記不純物除去体が、イオン交換樹脂と、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものとを含み、イオン交換樹脂から構成された不純物除去体を有する不純物トラップモジュールが燃料電池スタックの流体供給側端部に設けられ、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものから構成された不純物除去体を有する不純物トラップモジュールが燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側の端部に設けられている請求項１または請求項２記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記不純物トラップモジュールは、前記セルモジュールとほぼ同じ圧損をもつ請求項１または請求項２記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池（セル）のスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータとを積層したものから構成される。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）とからなる。セパレータは、アノード、カソードに燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための流体通路を有するとともに、冷媒を流すための冷媒流路を有する。ＭＥＡとセパレータとの間には拡散層が設けられる。１以上のセルを積層してセルモジュールを構成し、セルモジュールを積層してモジュール群とし、モジュール群の積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置し、両端のエンドプレートをモジュール積層体の外側でモジュール積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート、テンションボルトなど）に締結し、モジュール積層体にモジュール積層方向に締め付け荷重を付与して、燃料電池スタックを構成する。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層体一端のセルのアノードで生じた電子が外部回路を通ってセル積層体他端のセルのカソードに流れてくる）から水を生成する反応が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
電解質膜中を水素イオンが移動するためには電解質膜が適度に湿潤していることが必要であり、反応ガスを適度に加湿してセル積層体に供給する他、上記発電反応で生成した水を電解質膜の湿潤に利用している。
【０００３】
セルに供給される反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）および冷媒などの流体に不純物（配管系鉄錆、ポンプのフッ素系樹脂の磨耗粉などがガス流中に含まれる水分中でイオンとなっているものや、イオンとならないで異物となっているものなど〕が含まれていると、それらは燃料電池を劣化させる原因となる。たとえば、イオンが触媒に付着すると触媒性能を低下させたり、電解質膜中に入ると（プロトン移動に使われる分子中の手にイオンがついて）プロトンの膜中の移動を阻害し、燃料電池を劣化させる。
【０００４】
特開２００１−３５５１９号公報は、セルに供給される冷却水を清浄に保つために、冷却水系で燃料電池スタック外に、イオン交換樹脂を装備したものを開示している。しかし、冷却水系のイオンを除去しても反応ガス中の加湿水中のイオンは低減されない、不純物除去装置が燃料電池スタックに直列に設けられているので、冷却水の全量が不純物除去装置を通過し、流れの圧損を増加させてしまうこと、などの問題がある。
特開２００３−３３８３０５号公報は、セルに供給されるガスに含まれる不純物を低減するために、かつ不純物の低減をスタックで行うようにするために、燃料電池スタックの端部に電解質膜を有さないセル（ダミーセル）を設け、ダミーセルのガス流路に不純物を蓄積させ、不純物を低減するようにした燃料電池スタック構造を開示している。
【特許文献１】特開２００３−３３８３０５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、特開２００３−３３８３０５号公報の不純物低減構成には、なお、つぎの問題があった。
（イ）上記の不純物低減構成は、積極的に不純物をとるものではないので、不純物の低減に限度があり、さらなる流体の純度の向上が望まれていた。
（ロ）上記の不純物低減構成は、蓄積した不純物を積極的に保持するものではないので、いったん蓄積した不純物が流体の流れに乗って再度流れて燃料電池に循環することがある。
本発明の目的は、流体から不純物を積極的に吸着または捕捉して除去でき、望ましくはいったん吸着または捕捉した不純物を保持できる、燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  ガス流路を有するセルモジュールと、
前記ガス流路と連通する空所を内部に有し、流体から不純物を除去する不純物除去体が前記空所内に設けられた不純物トラップモジュールと、
を具備する燃料電池スタック。
（２）  セルモジュールと、
不純物トラップモジュールと、
を有し、
前記不純物トラップモジュールが、
互いに対向して間に隙間を形成し、対向面の少なくとも一部で互いに導通している一対のセパレータと、
前記一対のセパレータの間の前記隙間に設けられ、流体から不純物を除去する不純物除去体と、
を含む燃料電池スタック。
（３）  前記不純物トラップモジュールが、燃料電池スタックの流体供給側端部に設けられている（１）または（２）記載の燃料電池スタック。
（４）  前記不純物トラップモジュールが、燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部に設けられている（１）または（２）記載の燃料電池スタック。
（５）  前記不純物トラップモジュールが、燃料電池スタックの流体供給側端部と、燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部に設けられている（１）または（２）記載の燃料電池スタック。
（６）  前記不純物除去体が、イオン交換樹脂である（１）または（２）記載の燃料電池スタック。
（７）  前記不純物除去体が、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものである（１）または（２）記載の燃料電池スタック。
（８）  前記不純物除去体が、イオン交換樹脂と、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものとを含む（１）または（２）記載の燃料電池スタック。
（９）  前記不純物除去体が、イオン交換樹脂と、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものとを含み、イオン交換樹脂から構成された不純物除去体を有する不純物トラップモジュールが燃料電池スタックの流体供給側端部に設けられ、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものから構成された不純物除去体を有する不純物トラップモジュールが燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側の端部に設けられている（１）または（２）記載の燃料電池スタック。
（１０）  前記不純物トラップモジュールは、前記セルモジュールとほぼ同じ圧損をもつ（１）または（２）記載の燃料電池スタック。
【発明の効果】
【０００７】
上記（１）、（２）の燃料電池スタックによれば、スタックが不純物トラップモジュールを有し、不純物トラップモジュールが流体から不純物を除去する不純物除去体を有するので、従来のダミーセルのように流体流路に不純物を蓄積、沈殿させるものに比べて、より積極的に流体から不純物を、吸着または捕捉して、除去できる。
また、不純物除去体に、不純物を保持できるものを用いることにより、いったん吸着または捕捉した不純物が再び流れに流出して燃料電池に流れることを防止できる。
上記（３）の燃料電池スタックによれば、不純物トラップモジュールが燃料電池スタックの流体供給側端部に設けられているので、不純物トラップモジュールは、イオンを選択的にかつ効率よく除去できる。イオンは、スタックの流体供給側端のセルか流体供給側端から２〜３セルのセルを、選択的に劣化させる傾向にあるが（ガス流中に含まれる水分はマニホールドを通過する端部のセルか端部から２〜３セルのセルを通過する間にセル面内流路に落下するため、水分に混入しているイオンも、端部のセルか端部から２〜３セルのセルのセル面内ガス流路に流入し、そのセルを劣化させるため）、スタックの流体供給側端部に不純物トラップモジュールを配置したことにより、イオンを選択的にかつ効率よく除去できる。
上記（４）の燃料電池スタックによれば、不純物トラップモジュールが燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部に設けられているので、不純物トラップモジュールは、流体中の異物を選択的にかつ効率よく除去できる。異物は、流体供給側端部と反対側端部のセルか流体供給側端部と反対側端から２〜３セルのセルを、選択的に劣化させる傾向にあるが（ガス流中に含まれる異物はマニホールド中を流体供給側端部と反対側端まで流れ、流体供給側端部と反対側端のセルか該端部から２〜３セルのセルのセル面内ガス流路に流入し、そのセルを劣化させるため）、燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部に不純物トラップモジュールを配置したことにより、異物を選択的にかつ効率よく除去できる。
上記（５）の燃料電池スタックによれば、不純物トラップモジュールが、燃料電池スタックの流体供給側端部と、燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部に設けられているので、燃料電池スタックの流体供給側端部の不純物トラップモジュールがガス流中の水分に混入しているイオンを選択的にかつ効率よく除去し、燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部の不純物トラップモジュールがガス流中の異物を選択的にかつ効率よく除去する。これによって、イオンと異物の両方を除去できる。
上記（６）の燃料電池スタックによれば、不純物除去体がイオン交換樹脂であるので、ガス流中の水分に含まれるイオンがイオン交換によりイオン交換樹脂に積極的に吸着されかつ保持される。保持も行われるので、いったん吸着されたイオンが再び流れだしてセルに循環することが抑制される。その結果、純度の高い反応ガスの供給が可能となる。イオンを吸着、保持して吸着能が低下した不純物除去体は新しいイオン交換樹脂に交換される。
上記（７）の燃料電池スタックによれば、不純物除去体が、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布や通気性ペーパ）であるので、ガス流中の異物が積極的に捕捉されかつ保持される。保持も行われるので、いったん捕捉されたイオンが再び流れだしてセルに循環することが抑制される。その結果、純度の高い反応ガスの供給が可能となる。異物を捕捉、保持して捕捉能が低下した不純物除去体は新しい不純物除去体に交換される。
上記（８）の燃料電池スタックによれば、不純物除去体が、イオン交換樹脂と、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものとを含むので、ガス流中の水分に混入しているイオンはイオン交換樹脂によって吸着、保持され、ガス流中に含まれている異物は、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものによって、捕捉、保持される。その結果、イオンも異物もほとんど含まない、純度の高い反応ガスの供給が可能となる。
上記（９）の燃料電池スタックによれば、イオン交換樹脂から構成された不純物除去体を有する不純物トラップモジュールが燃料電池スタックの流体供給側端部に設けられ、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものから構成された不純物除去体を有する不純物トラップモジュールが燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側の端部に設けられているので、スタックの流体供給側端部のトラップモジュールを流れやすいイオンをイオン交換樹脂によって効果的に除去でき、スタックの流体供給側端部と反対側端のトラップモジュールを流れやすい異物を不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するものによって効果的に除去できる。
上記（１０）の燃料電池スタックによれば、不純物トラップモジュールは、セルモジュールとほぼ同じ圧損をもつので、セルモジュールと並列配置されたトラップモジュールに流れる流量を各セルモジュールを流れる流量とほぼ同じにすることができる。その結果、トラップモジュールに流れ過ぎてセルモジュールの流量が減少して発電性能が低下することを防止できるとともに、トラップモジュールの流れが少な過ぎて不純物除去性能が低下することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の燃料電池スタックを、図１〜図８を参照して、説明する。
本発明の燃料電池スタックに適用される燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。燃料電池（セル）１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
固体高分子電解質型燃料電池１０は、図１、図７、図８に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜１１と電解質膜１１の一面に配置された触媒層からなる電極１４（アノード、燃料極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層からなる電極１７（カソード、空気極）とからなる。セパレータ１８には、電極１４、１７に燃料ガス（水素）および酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するためのガス流路２７、２８（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）および燃料電池冷却用の冷却水が流れる冷却水流路２６が形成されている。ＭＥＡとセパレータ１８との間には、アノード側に拡散層１３が、カソード側に拡散層１６が設けられる。ＭＥＡとセパレータ１８を重ねてセルを形成し、該セルを少なくとも１層積層してセルモジュール１９を構成し、セルモジュール１９を積層してセル積層体（モジュール積層体といってもよい）とし、セル積層体のセル積層方向適宜の部位に（たとえば、流体供給側端、流体供給側端と反対側端、セル積層体の中間の部位、の少なくとも１つの部位に）、後述する、発電に寄与しない不純物トラップモジュール５０を配置する。そして、不純物トラップモジュール５０を含めたセル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、両端のエンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート、テンションボルトなど）にボルト２５・ナットで締結し、セル積層体にモジュール積層方向に締め付け荷重を付与して（たとえば、一端のエンドプレートとその内側のインシュレータとの間にプレッシャプレートを設け、一端のエンドプレートとプレッシャプレートとの間にばねを配置し、ばね力を調整してセル積層体にモジュール積層方向に締め付け荷重を付与する）、燃料電池スタック２３を構成する。
【０００９】
セル１０において、電解質膜１１は固体高分子膜のイオン交換膜からなり、湿潤状態で水素イオン（プロトン）が膜中を移動する。電解質膜１１は非導電性膜である。
触媒層１２、１５は白金（Ｐｔ）、カーボン（Ｃ）、電解質からなる。拡散層１３、１６はガス透過性を有しカーボン（Ｃ）からなる。
セパレータ１８は、燃料ガスと酸化ガス、燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを隔てるとともに、隣り合うセル間では、隣り合うセルのアノードからカソードに電子が流れる電気の通路を形成している。
セパレータ１８は、ガス、水不透過性で、導電性を有する。セパレータ１８は、通常は、カーボン（黒鉛である場合を含む）、または金属（メタル）、または導電性樹脂、の何れかからなる。
【００１０】
ＭＥＡの一側のセパレータに燃料ガス流路２７が形成されており、ＭＥＡの他側のセパレータに酸化ガス流路２８が形成されている。冷却水流路２６はセル毎に、または複数のセル毎に、設けられる。図７の例では、１セル１０で１モジュール１９を構成しており、冷却水流路２６が、モジュール間に設けられている。また、セル１０のうち、ＭＥＡがありその両側に燃料ガス、酸化ガスが供給される部位は、燃料電池の発電部３４を構成している。
【００１１】
セパレータ１８は、通常、四角形状か、ほぼ四角形状を有する。ただし、セパレータ１８の形状は四角形に限るものではない。
ガス流路２７（燃料ガス流路２７、酸化ガス流路２８）は、複数の流路溝が並行する流路群、または溝状流路の幅内に複数の突起をもつ流路からなる。ガス流路は、仕切壁により、セパレータ面内方向に蛇行するように形成された流路、いわゆるサーペンタイン流路に形成されていてもよい。
セパレータ１８には、発電部３４を挟んで対向する端部に、冷却水マニホールド２９、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１が形成されている。これらのマニホールド２９、３０、３１まわりは異種流体が混じり合わないように、互いにシールされている。ＭＥＡの両側のセパレータ間は、通常、接着剤３３でシールされ、隣り合うセル間は、通常、ガスケット３２でシールされる。図１において、マニホールド２９、３０、３１には、冷却水、燃料ガス、酸化ガスを供排する配管３６、３７、３８がそれぞれ接続されている。図１に示すように、冷却水、燃料ガス、酸化ガスは、燃料電池スタック２３のセル積層方向一端のエンドプレート２２の孔から給排されている。すなわち、流体供給側のスタック端と、流体排出側のスタック端とは、同じスタック端にある。流体（反応ガス、冷却水）は、スタック一端からスタックに流入し、各セル１０とトラップモジュール５０でＵターンし、流入側と同じスタック端から流出する。各セル１０とトラップモジュール５０とは、流路的には、互いに並列である。
【００１２】
配管３６、３７、３８は、ステンレス配管からなり、途中にバルブ、循環ポンプを有するので、錆（電解質から酸（フッ酸、硫酸）が微量溶けだすのでガス中の水分が酸性を帯びやすくステンレスであっても微量錆びる）や、軸受けやコーティング（樹脂の場合、フッ素を含むことが多い）の磨耗粉などが混入し、ガス中の水分（加湿ガスのため、また、水素系は一部が循環されるため生成水が循環するため、水分がある）や冷却水に混入して、イオン（たとえば、鉄イオンや、フッ素イオン）となっているとともに、異物となっている場合がある。セル１０は、イオンや異物からなる不純物を嫌う。
【００１３】
発明者の試験において、不純物によるセルの被毒（発電性能低下）は、特定の部位にあるセル１０に集中して起こることが発見されている。
イオンの場合は、スタック２３のガス入り側の端部のセル１０またはガス入り側の端部から２〜３のセル１０が被毒しやすい。これはイオンを含む水分がマニホールドを通過中に始めの１〜３セルでセル流路に落下（またはガス流で流入）するからであると推察される。
また、イオンとなっていない異物の場合は、質量もイオンを含むミストに比べて大のため、慣性でマニホールド中をガス入り側の端部と反対側端のマニホールド終端まで流れ、ガス入り側の端部と反対側端のセルかそのセルに近い２〜３のセルのガス流路を通ってＵターンするので、ガス入り側の端部と反対側端のセルかそのセルに近い２〜３のセルが集中的に被毒される。
【００１４】
図１〜図６に示すように、スタック２３のセル１０の不純物による性能低下を防止または抑制するために、本発明の燃料電池スタック２３は、ガス流路を有するセルモジュール１０と、ガス流路と連通する空所５２を内部に有し、流体から不純物を除去する不純物除去体５１が空所５２内に設けられた不純物トラップモジュール５０とを具備する。
本発明の燃料電池スタック２３は、セルモジュール１０と、少なくとも１つの不純物トラップモジュール５０と、を有している。不純物トラップモジュール５０はセルモジュール１０と並列流路を形成するように設けられる。
不純物トラップモジュール５０は、互いに対向し、間に（一対のセパレータ間に）不純物除去体を配置する隙間５２を形成し、対向面の少なくとも一部で互いに電気的に導通している（５３が導通部を示す、導通部５３には電気絶縁材である接着剤が塗布されておらず一対のセパレータが面接触している）一対のセパレータ１８と、一対のセパレータ１８の間の隙間５２に設けられ、流体（水分を含むガス、冷却水）から不純物（イオンや、イオンとなっていない異物）を除去する不純物除去体（不純物除去体を不純物除去体材といってもよい）５１と、を含む。セルモジュール１９はＭＥＡを挟む一対のセパレータ１８は電解質膜１１と接着剤３３とで電気的に遮断されるが、不純物トラップモジュール５０は、一対のセパレータ１８は導通部５３で互いに導通している。この導通部５３がないと、スタック端部に設けられた不純物トラップモジュール５０はその両側のセルモジュール１９とターミナル２０とを電気的に遮断し燃料電池スタックが成立しなくなる。
【００１５】
不純物除去体５１の両側のセパレータ１８には流体流路２６、２７、２８（セル１０の流体流路２６、２７、２８と同じ流体が流れる流路）が形成されており、不純物トラップモジュール５０の流体流路２６、２７、２８を流れる間に、流体は不純物除去体５１と十分に接触して、流体中の不純物が不純物除去体５１に積極的に吸着または捕捉され、かつ保持されて、除去される。不純物トラップモジュール５０の流体流路２６、２７、２８は、スタック２３の流体マニホールド２９、３０、３１に、それぞれ、連通している。
図２、図４、図５に示すように、スタック２３の一端に１つの不純物トラップモジュール５０を設けられる場合は、１つの不純物トラップモジュール５０に、燃料ガスの不純物を除去する不純物除去体５１と、酸化ガスの不純物を除去する不純物除去体５１とが、同じセル面内で、配置部位を異ならせて設けられる。ただし、不純物トラップモジュール５０を２つ設け、１つのトラップモジュール５０のセル面に燃料ガスの不純物を除去する不純物除去体５１のみを設け、もう一つのトラップモジュール５０のセル面に燃料ガスの不純物を除去する不純物除去体５１のみを設けるようにしてもよい。
【００１６】
図１、図６に示すように、不純物トラップモジュール５０は、少なくとも、燃料電池スタック２３の流体供給側端部に設けられている。
また、不純物トラップモジュール５０は、燃料電池スタック２３の流体供給側端部と反対側端部にも、設けられることが望ましい。
図１、図６に示すように、不純物トラップモジュール５０は、燃料電池スタック２３の流体供給側端部と、燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部との、両端に設けられることが望ましい。
図６の例では、不純物トラップモジュール５０が、燃料電池スタック２３のセル積層方向の中間部位にも、少なくとも１個（スタック中間部位に不純物トラップモジュール５０が複数個設けられてもよい）、設けられている。
【００１７】
不純物除去体５１は、イオンからなる不純物を吸着、保持するイオン交換樹脂であってもよい。不純物除去体５１がイオン交換樹脂からなる場合、イオン交換樹脂は、図２に示すように、シート状、板状に形成されて剥き出しで隙間５２に装着されてもよいし、あるいは、図３に示すように、複数の粒状に形成されて多孔質の容器５４に入れられて隙間５２に装着されてもよい。
不純物除去体５１は、イオンとなっていない異物からなる不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布やペーパ）であってもよい。
【００１８】
不純物除去体５１がスタック２３の複数箇所に設けられる場合は、ある箇所に設けられる不純物除去体５１はイオンからなる不純物を吸着、保持するイオン交換樹脂であってもよいし、その他の箇所に設けられる不純物除去体５１はイオンとなっていない異物からなる不純物を捕捉し、捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布やペーパ）であってもよい。
【００１９】
不純物除去体５１が、イオン交換樹脂と、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布やペーパ）とを含む場合は、イオン交換樹脂から構成された不純物除去体５１を有する不純物トラップモジュール５０は、（流体供給側端部にあるセルがイオンにより劣化するため）、望ましくは、燃料電池スタック２３の流体供給側端部に設けられ、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布やペーパ）から構成された不純物除去体５１を有する不純物トラップモジュール５０は、（流体供給側端部と反対側端にあるセルが異物により劣化するため）、望ましくは、燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側の端部に設けられる。
【００２０】
不純物トラップモジュール５０は、セルモジュール１０とほぼ同じ圧損をもつ。したがって、不純物トラップモジュール５０をスタック２３に挿入しても、各セル１０を流れる流体流量はほとんど変化しない。
【００２１】
つぎに、本発明の燃料電池スタック２３の作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池スタックでは、燃料電池スタック２３が不純物トラップモジュール５０を有し、不純物トラップモジュール５０が流体（燃料ガス、酸化ガス、冷却水）から不純物を除去する不純物除去体５１を有するので、従来（特開２００３−３３８３０５号公報）のダミーセルのように流体流路に不純物を単に蓄積、沈殿させるものに比べて、より積極的に流体から不純物を、吸着または捕捉して、除去することができる。
また、不純物除去体５１に、不純物を保持できるものを用いることにより、いったん吸着または捕捉した不純物が再び流れに流出して燃料電池１０に流れることを防止または抑制することができる。
【００２２】
また、不純物トラップモジュール５０が、（イオン交換樹脂からなる不純物除去体５１を含み、）燃料電池スタック２３の流体供給側端部に設けられている場合は、不純物トラップモジュール５０は、流体中に含まれているイオン（たとえば、ガス中の水分に溶けていることがある、鉄イオンやフッ素イオン）を選択的にかつ効率よく除去できる。イオンは、スタック２３の流体供給側端のセル１０か、流体供給側端から２〜３セルのセル１０を、選択的に劣化させる傾向にあるが（ガス流中に含まれる水分はマニホールドを通過する端部のセルか端部から２〜３セルのセルを通過する間にセル面内流路に落下するため、水分に混入しているイオンも、端部のセルか端部から２〜３セルのセルのセル面内ガス流路に流入し、そのセルを劣化させるため）、スタック２３の流体供給側端部に不純物トラップモジュール５０を配置したことにより、イオンを選択的に、かつ、効率よく除去できる。
【００２３】
不純物トラップモジュール５０が、（異物除去用不純物除去体５１を含み、）燃料電池スタックの流体供給側端部と反対側端部に設けられている場合は、不純物トラップモジュール５０は、流体中の異物（イオン化していない、比較的質量の大きな異物）を選択的にかつ効率よく除去できる。異物は、流体供給側端部と反対側端部のセル１０か流体供給側端部と反対側端から２〜３セルのセル１０を、選択的に劣化させる傾向にあるが（ガス流中に含まれる異物はマニホールド中を流体供給側端部と反対側端まで流れ、流体供給側端部と反対側端のセルか該端部から２〜３セルのセルのセル面内ガス流路に流入し、そのセルを劣化させるため）、燃料電池スタック２３の流体供給側端部と反対側端部に不純物トラップモジュール５０を配置したことにより、異物を選択的に、かつ、効率よく除去できる。
【００２４】
不純物トラップモジュール５０が、燃料電池スタック２３の流体供給側端部と、燃料電池スタック２３の流体供給側端部と反対側端部に設けられている場合は、燃料電池スタックの流体供給側端部の不純物トラップモジュール５０（このトラップモジュールの不純物除去体はイオン交換樹脂からなることが望ましい）がガス流中の水分に混入しているイオンを選択的にかつ効率よく除去し、燃料電池スタック２３の流体供給側端部と反対側端部の不純物トラップモジュール５０（このトラップモジュールの不純物除去体は異物除去方であることが望ましい）がガス流中の異物を選択的にかつ効率よく除去する。これによって、イオンと異物の両方を除去できる。
【００２５】
不純物除去体５１がイオン交換樹脂である場合は、ガス流中の水分に含まれるイオンがイオン交換によりイオン交換樹脂に積極的に吸着されかつ保持される。保持も行われるので、いったん吸着されたイオンが再び流れだしてセルに循環することが抑制される。その結果、純度の高い反応ガスの供給が可能となる。イオンを吸着、保持して吸着能が低下した不純物除去体は新しいイオン交換樹脂に交換される。
【００２６】
不純物除去体５１が、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布や通気性ペーパ）である場合は、ガス流中の異物が不織布などの表面に触れて（不織布を透過する場合はより一層）積極的に捕捉されかつ保持される。保持も行われるので、いったん捕捉されたイオンが再び流れだしてセルに循環することが抑制される。その結果、純度の高い反応ガスの供給が可能となる。異物を捕捉、保持して捕捉能が低下した不純物除去体は新しい不純物除去体に交換される。
【００２７】
不純物除去体５１が、イオン交換樹脂と、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布や通気性ペーパ）とを含む場合は、ガス流中の水分に混入しているイオンはイオン交換樹脂によって吸着、保持され、ガス流中に含まれている異物は、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布や通気性ペーパ）によって、捕捉、保持される。その結果、イオンも異物もほとんど含まない、純度の高い反応ガスの供給が可能となる。
【００２８】
イオン交換樹脂から構成された不純物除去体５１を有する不純物トラップモジュール５０が燃料電池スタック２３の流体供給側端部に設けられ、不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布や通気性ペーパ）から構成された不純物除去体５１を有する不純物トラップモジュール５０が燃料電池スタック２３の流体供給側端部と反対側の端部に設けられている場合は、スタック２３の流体供給側端部のトラップモジュール５０を流れる傾向にあるイオンをイオン交換樹脂によって効果的に除去でき、スタック２３の流体供給側端部と反対側端のトラップモジュール５０を流れる傾向にある異物（イオン化していない、イオンに比べて質量の大きい異物）を不純物を捕捉し捕捉した不純物を保持するもの（たとえば、不織布や通気性ペーパ）によって効果的に除去できる。
【００２９】
不純物トラップモジュール５０は、セルモジュール１０と並列経路を構成し、かつ各セルモジュール１０とほぼ同じ圧損をもつので、セルモジュール１０と並列配置されたトラップモジュール５０に流れる流量を各セルモジュール１０を流れる流量とほぼ同じにすることができる。その結果、トラップモジュール５０に流れ過ぎてセルモジュール１０の流量が減少してセルモジュールでの発電性能が低下することを防止できるとともに、トラップモジュール５０の流れが少な過ぎて不純物除去性能が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の、セル積層体端部に配置された不純物トラップモジュールを含む、燃料電池スタックの側面図である。
【図２】図１の燃料電池スタックの、不純物トラップモジュールでの、断面図である。
【図３】図２で不純物除去体が、多孔容器に入れられた粒状イオン交換樹脂からなる場合の、燃料電池スタックの、不純物トラップモジュールでの、断面図である。
【図４】図１の燃料電池スタックの、不純物トラップモジュールでの、正面図である。
【図５】図２で、通電部位を示す、燃料電池スタックの、不純物トラップモジュールでの、断面図である。
【図６】本発明の、セル積層体端部とセル積層方向中間部に配置された不純物トラップモジュールを含む、燃料電池スタックの側面図である。
【図７】図１、図６の燃料電池スタックのセルモジュール部位での一部の、拡大断面図である。
【図８】図１、図６の燃料電池スタックの、セルモジュール部位での、正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１３  拡散層
１４  電極（アノード、燃料極）
１６  拡散層
１７  電極（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１９  セルモジュール
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  燃料電池スタック
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト・ナット
２６  冷却水流路
２７  燃料ガス流路
２８  酸化ガス流路
２９  冷却水マニホールド
３０  燃料ガスマニホルド
３１  酸化ガスマニホルド
３２  ガスケット
３３  接着剤
３４  発電部
３６  冷却水配管
３７  燃料ガス配管
３８  酸化ガス配管
５０  不純物トラップモジュール
５１  不純物除去体
５２  隙間（空所）
５３  導通部
５４  容器
【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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