JP2024039504A - 燃料電池用タンクおよび燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池モジュールを小型化する。
【解決手段】実施の形態による燃料電池用タンクは、複数の燃料電池から排出された液体を回収して貯留する燃料電池用タンクである。燃料電池用タンクは、対応する燃料電池から排出された液体および気体が流入する複数の流入部と、流入部の各々から流入した液体および気体が流れるヘッダ室と、ヘッダ室を流れた気体を排出する気体排出部と、を備える。また、燃料電池用タンクは、ヘッダ室を流れた液体を回収して貯留する貯留室と、ヘッダ室と貯留室との間に設けられた仕切板と、を備える。仕切板は、ヘッダ室と貯留室とを連通する連通孔を有し、ヘッダ室を流れる液体は、連通孔を通って貯留室に導かれる。
【選択図】図６

Description

本発明の実施の形態は、燃料電池用タンクおよび燃料電池モジュールに関する。

複数の燃料電池と燃料電池用タンクとを含む燃料電池モジュールが知られている。燃料電池は、水素等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより、燃料ガスの化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。この燃料ガスと酸化剤ガスの反応により、凝縮水が生成される。燃料電池用タンクは、燃料電池の各々から排出された凝縮水等の液体を回収して貯留する。

一般に、複数の燃料電池で生成された凝縮水は、酸化剤ガス流路を流れた酸化剤ガスと共に各燃料電池から排出される。各燃料電池から排出された凝縮水および酸化剤ガスは、ヘッダ管に集められ、ヘッダ管を流れる。その後、ヘッダ管を流れる凝縮水は、ヘッダ管から燃料電池用タンクに流入する。このようにして、燃料電池の各々から排出された凝縮水は、燃料電池用タンクに回収され貯留される。

しかしながら、このような構成の場合、燃料電池の各々と燃料電池用タンクとの間に配置されたヘッダ管により、燃料電池モジュールが大型化し、広い設置スペースが要求される場合がある。

特開２０２０－１３５９９６号公報

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、燃料電池モジュールを小型化することができる燃料電池用タンクおよび燃料電池モジュールの提供を目的とする。

実施の形態による燃料電池用タンクは、複数の燃料電池から排出された液体を回収して貯留する燃料電池用タンクである。燃料電池用タンクは、対応する燃料電池から排出された液体および気体が流入する複数の流入部と、流入部の各々から流入した液体および気体が流れるヘッダ室と、ヘッダ室を流れた気体を排出する気体排出部と、を備える。また、燃料電池用タンクは、ヘッダ室を流れた液体を回収して貯留する貯留室と、ヘッダ室と貯留室との間に設けられた仕切板と、を備える。仕切板は、ヘッダ室と貯留室とを連通する連通孔を有し、ヘッダ室を流れる液体は、連通孔を通って貯留室に導かれる。

また、実施の形態による燃料電池モジュールは、複数の燃料電池と、燃料電池の各々から排出された液体を回収して貯留する、上述した燃料電池用タンクと、を備える。

本発明によれば、燃料電池モジュールを小型化することができる。

図１は、実施の形態による燃料電池モジュールを外装を取り除いて見た斜視図である。 図２は、図１に示される燃料電池モジュールの側面図である。 図３は、図１に示される燃料電池モジュールの概略構成図である。 図４は、図１に示される燃料電池用タンクの斜視図である。 図５は、図４に示される燃料電池用タンクを別の角度で見た斜視図である。 図６は、図４に示される燃料電池用タンクの側面断面図である。 図７は、図４に示される燃料電池用タンクの正面断面図である。 図８は、図６に示される仕切板の平面図である。 図９は、図８の一変形例である。 図１０は、図６に示される仕切板の作用効果を説明するための図である。 図１１は、図６に示される突出部の作用効果を説明するための図である。 図１２は、図７に示されるヘッダ室の幅寸法の作用効果を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による燃料電池用タンクおよび燃料電池モジュールについて説明する。

まず、図１～図３を用いて、本実施の形態による燃料電池モジュールについて説明する。本実施の形態による燃料電池モジュールは、例えば、自動車、鉄道車両、航空機、船舶等の移動体に適用され得る。しかしながら、このことに限られることはなく、燃料電池モジュールは、種々の分野に適用可能である。例えば、燃料電池モジュールは、工場、病院、商業施設、住宅等の定置用に適用されてもよい。

図１～図３に示すように、燃料電池モジュール１は、複数の燃料電池１０と、燃料電池用タンク４０と、を含んでいる。図示された例においては、燃料電池モジュール１は、６つの燃料電池１０と、１つの燃料電池用タンク４０と、を含んでいる。

また、図１および図２に示すように、燃料電池モジュール１は、筐体２を含んでいてもよい。筐体２は、燃料電池１０の各々と燃料電池用タンク４０とを収容する。筐体２は、後述する配管Ｌ１～Ｌ１０等を収容してもよい。配管Ｌ１～Ｌ１０の一部は、筐体２から延び出ていてもよい。筐体２は、フレーム３と、外装（不図示）と、を含んでいてもよい。

図１および図２に示すように、各燃料電池１０は、筐体２内において、高さ方向（鉛直方向、後述するＺ方向）における上方に位置するように、不図示の支持部に支持されていてもよい。図示された例においては、筐体２内に６つの燃料電池１０が配置されており、高さ方向における上方で、長手方向（後述するＹ方向）に並んだ３つの燃料電池１０が短手方向（後述するＸ方向）に２列に並んでいる。なお、図１では、紙面手前側に配置された３つの燃料電池１０は破線で示されている。

また、図１および図２に示すように、燃料電池用タンク４０は、筐体２内において、水平面（鉛直方向に垂直な平面、後述するＸ方向およびＹ方向に平行な平面）における中央部に配置されていてもよい。図示された例においては、燃料電池用タンク４０は、短手方向において紙面手前側に配置された３つの燃料電池１０と紙面奥側に配置された３つの燃料電池１０との間に配置されるとともに、長手方向において図の右側に配置された燃料電池１０と図の左側に配置された燃料電池１０との間に配置されている。また、燃料電池用タンク４０は、筐体２内において、高さ方向における下方に位置するように、筐体２の底部４に支持されていてもよい。とりわけ、燃料電池用タンク４０は、各燃料電池１０よりも下方に配置されていてもよい。図２に示すように、燃料電池用タンク４０は、筐体２の底部４と燃料電池１０との間に配置されていてもよい。

燃料電池１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行うように構成されている。図３に示すように、燃料電池１０は、その内部に、燃料ガス流路１２と、酸化剤ガス流路１４と、冷却水流路１６と、を有している。

燃料ガス流路１２は、燃料ガスが流れる流路である。燃料ガス流路１２は、燃料ガス供給管Ｌ１と燃料ガス排出管Ｌ２とに接続されている。燃料ガスは、不図示の燃料ガス供給装置から燃料ガス供給管Ｌ１を通って燃料ガス流路１２に供給される。燃料ガス流路１２を流れた燃料ガスは、燃料ガス排出管Ｌ２から排出される。燃料ガス流路１２を流れる燃料ガスは、燃料極に供給されるようになっている。

酸化剤ガス流路１４は、酸化剤ガスが流れる流路である。酸化剤ガス流路１４は、酸化剤ガス供給管Ｌ３と酸化剤ガス排出管Ｌ４とに接続されている。酸化剤ガスは、不図示の酸化剤ガス供給装置から酸化剤ガス供給管Ｌ３を通って酸化剤ガス流路１４に供給される。酸化剤ガス流路１４を流れた酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出管Ｌ４から排出される。酸化剤ガス流路１４を流れる酸化剤ガスは、酸化剤極に供給されるようになっている。

燃料電池１０は、燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを用いて発電を行う。より具体的には、燃料電池１０は、下記の化学式１で示す反応により発電を行う。燃料ガスは、例えば水素含有ガスである。燃料ガスは、燃料ガス流路１２の燃料極を流れて、燃料極反応をおこす。酸化剤ガスは、例えば酸素含有ガスである。酸化剤ガスは、空気（大気）であってもよい。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１４の酸化剤極を流れて、酸化剤極反応をおこす。燃料電池１０は、これらの電気化学反応を利用して、電極から電気エネルギーを取り出す。

（化学式１）
燃料極反応：Ｈ_２ → ２Ｈ^＋ ＋ ２ｅ^－
酸化剤極反応：１／２Ｏ_２ ＋ ２Ｈ^＋ ＋２ｅ^－ → Ｈ_２Ｏ

上記の化学式１に示すように、酸化剤極反応により凝縮水（Ｈ_２Ｏ）が生成される。凝縮水は、酸化剤ガスと共に酸化剤ガス排出管Ｌ４から排出される。

冷却水流路１６は、冷却水が流れる流路である。冷却水流路１６は、冷却水供給管Ｌ５と冷却水排出管Ｌ６とに接続されている。冷却水は、後述する燃料電池用タンク４０から冷却水供給ヘッダ管Ｌ８および冷却水供給管Ｌ５を通って冷却水流路１６に供給される。冷却水流路１６を流れた冷却水は、冷却水排出管Ｌ６から排出される。冷却水流路１６を流れる冷却水は、発電に伴い発熱した燃料電池１０を冷却するようになっている。

燃料電池１０は、複数の燃料電池単位セルが積層されて構成された燃料電池スタックであってもよい。各燃料電池単位セルは、燃料電池セルとアノードセパレータとカソードセパレータとが積層されて構成されていてもよい。燃料電池セルは、高分子電解質膜の両側に燃料極および酸化剤極がそれぞれ接合された膜電極接合体であってもよい。アノードセパレータおよびカソードセパレータは、それぞれ導電性材料で構成されていてもよい。アノードセパレータは、燃料電池セルの燃料極の側に配置されてもよい。カソードセパレータは、燃料電池セルの酸化剤極の側に配置されてもよい。この場合、燃料ガス流路１２は、燃料電池セルとアノードセパレータとの間に設けられる。酸化剤ガス流路１４は、燃料電池セルとカソードセパレータとの間に設けられる。冷却水流路１６は、アノードセパレータとカソードセパレータとの間に設けられる。

燃料電池用タンク４０は、燃料電池１０の各々から排出された凝縮水（液体）を回収して貯留するように構成されている。図３に示すように、燃料電池用タンク４０は、各酸化剤ガス排出管Ｌ４に接続されている。酸化剤極反応により生成された凝縮水（液体）と酸化剤ガス流路１４を流れた酸化剤ガス（気体）は、各酸化剤ガス排出管Ｌ４を流れて、この燃料電池用タンク４０に供給されるようになっている。図示しないが、各酸化剤ガス排出管Ｌ４に、燃料電池１０から燃料電池用タンク４０に凝縮水および酸化剤ガスを供給するための供給ポンプが設けられていてもよい。また、燃料電池用タンク４０は、気体排出管Ｌ７に接続されている。気体排出管Ｌ７は、外部と連通している。燃料電池用タンク４０に供給された酸化剤ガスは、この気体排出管Ｌ７から排出されるようになっている。図示しないが、気体排出管Ｌ７に、酸化剤ガスを排出するための排気ファンが設けられていてもよい。一方、燃料電池用タンク４０に供給された凝縮水は、燃料電池用タンク４０に貯留されるようになっている。

図３に示すように、燃料電池用タンク４０は、冷却水供給ヘッダ管Ｌ８に接続されていてもよい。冷却水供給ヘッダ管Ｌ８は、各冷却水供給管Ｌ５に分岐している。各冷却水供給管Ｌ５は、対応する燃料電池１０の冷却水流路１６に接続されている。燃料電池用タンク４０に貯留された凝縮水は、燃料電池用タンク４０から排出され、冷却水として、冷却水供給ヘッダ管Ｌ８および各冷却水供給管Ｌ５を通って各燃料電池１０の冷却水流路１６に供給されるようになっている。図示しないが、冷却水供給ヘッダ管Ｌ８または各冷却水供給管Ｌ５に、燃料電池用タンク４０から凝縮水を排出するための排出ポンプが設けられていてもよい。

また、図３に示すように、燃料電池用タンク４０は、冷却水回収ヘッダ管Ｌ９に接続されていてもよい。冷却水回収ヘッダ管Ｌ９は、各冷却水排出管Ｌ６に接続されている。各冷却水排出管Ｌ６は、対応する燃料電池１０の冷却水流路１６に接続されている。各燃料電池１０の冷却水流路１６を流れた冷却水は、対応する冷却水排出管Ｌ６から排出され、冷却水回収ヘッダ管Ｌ９を通って燃料電池用タンク４０に供給されるようになっている。図示しないが、冷却水回収ヘッダ管Ｌ９または各冷却水排出管Ｌ６に、燃料電池１０から燃料電池用タンク４０に冷却水を供給するための供給ポンプが設けられていてもよい。燃料電池用タンク４０に供給された冷却水は、凝縮水と共に燃料電池用タンク４０に貯留されるようになっている。

また、図３に示すように、燃料電池用タンク４０は、循環ラインＬ１０に接続されていてもよい。循環ラインＬ１０は、燃料電池用タンク４０内の凝縮水が循環して流れるように構成されている。循環ラインＬ１０には、循環ポンプＰと、熱交換装置２０と、イオン交換装置３０と、が設けられている。循環ポンプＰが駆動されることにより、燃料電池用タンク４０内の凝縮水が循環ラインＬ１０を循環して流れるようになっている。熱交換装置２０は、凝縮水と冷却媒体とを熱交換させて、凝縮水を冷却するように構成されている。イオン交換装置３０は、イオン交換樹脂を含み、イオン交換樹脂により凝縮水に含まれる不純物イオンを取り除くように構成されている。

次に、図４～図９を用いて、本実施の形態による燃料電池用タンク４０の構成について説明する。

図４～図７に示すように、燃料電池用タンク４０は、略直方体の箱形状を有していてもよい。燃料電池用タンク４０は、長さ方向と、幅方向と、高さ方向と、を有していてもよい。上述したように、燃料電池用タンク４０は、燃料電池モジュール１において、筐体２の底部４と燃料電池１０との間という限られたスペース内に配置される。このため、燃料電池用タンク４０は、高さ方向の寸法が長さ方向の寸法および幅方向の寸法よりも小さい薄型の形状を有していてもよい。本明細書において、燃料電池用タンク４０の幅方向をＸ方向（第３方向）、長さ方向をＹ方向（第２方向）、高さ方向をＺ方向（第１方向）と称する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交している。

図４～図７に示すように、燃料電池用タンク４０は、複数の流入部４１と、ヘッダ室４２と、気体排出部４３と、貯留室４５と、仕切板５０と、を含んでいる。

流入部４１は、燃料電池１０から排出された凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧが流入するように構成されている。流入部４１は、対応する燃料電池１０からの凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧが流入するように複数設けられている。図示された例においては、６つの燃料電池１０に対応するように６つの流入部４１が設けられている。各流入部４１は、それぞれ酸化剤ガス排出管Ｌ４に接続されている。燃料電池１０から排出された凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧは、酸化剤ガス排出管Ｌ４を通ってこの流入部４１から流入する。各流入部４１は、後述するヘッダ室４２のＹ方向における一側（図６における右側）に設けられていてもよい。図示された例においては、各流入部４１は円筒形状を有し、３つの流入部４１がヘッダ室４２のＸ方向における一側（図６における手前側）の側面から延び出るとともに、他の３つの流入部４１がヘッダ室４２のＸ方向における他側（図６における奥側）の側面から延び出ている。

ヘッダ室４２は、流入部４１の各々から流入した凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧが流れるように構成されている。ヘッダ室４２は、燃料電池用タンク４０内に設けられている。ヘッダ室４２は、Ｙ方向に長手方向を有する略直方体状の外形を有していてもよい。ヘッダ室４２は、後述する貯留室４５とＺ方向において互いに隣り合うように配置されている。ヘッダ室４２は、Ｚ方向において貯留室４５よりも一側（図６における上側）に配置されていてもよい。図７に示すように、ヘッダ室４２は、Ｘ方向における貯留室４５の中央部で、貯留室４５とＺ方向において隣り合っていてもよい。図７に示すように、ヘッダ室４２の幅寸法ｗ１は、後述する貯留室４５の第１室４６の幅寸法ｗ２の半分以下であってもよい。ここで、幅寸法とは、Ｘ方向における長さを意味する。上述したように、各流入部４１は、ヘッダ室４２のＹ方向における一側（図６における右側）に設けられている。このため、各流入部４１から流入した凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧは、ヘッダ室４２において、Ｙ方向における一側（図６における右側）からＹ方向における他側（図６における左側）に向かって流れる。図６に示すように、ヘッダ室４２を流れる酸化剤ガスＧは、後述する気体排出部４３に導かれ、ヘッダ室４２を流れる凝縮水Ｗは、後述する連通孔５２を通って後述する貯留室４５に導かれる。

気体排出部４３は、ヘッダ室４２を流れた酸化剤ガスＧを排出するように構成されている。気体排出部４３は、気体排出管Ｌ７に接続されている。ヘッダ室４２を流れた酸化剤ガスＧは、この気体排出部４３から気体排出管Ｌ７を通って外部に排出される。気体排出部４３は、ヘッダ室４２のＹ方向における他側（図６における左側）に設けられていてもよい。また、気体排出部４３は、Ｚ方向においてヘッダ室４２よりも一側（図６における上側）に設けられていてもよい。例えば、気体排出部４３は、ヘッダ室４２の天面に設けられていてもよい。図示された例においては、気体排出部４３は、円筒形状を有し、ヘッダ室４２の天面からＺ方向における一側（図６における上側）に延び出ている。

貯留室４５は、ヘッダ室４２を流れた凝縮水Ｗを回収して貯留するように構成されている。貯留室４５は、燃料電池用タンク４０内に設けられている。貯留室４５は、ヘッダ室４２とＺ方向において互いに隣り合うように配置されている。貯留室４５は、Ｚ方向においてヘッダ室４２よりも他側（図６における下側）に配置されていてもよい。図７に示すように、貯留室４５は、Ｘ方向における中央部で、ヘッダ室４２とＺ方向において隣り合っていてもよい。貯留室４５は、後述する仕切板５０の連通孔５２を介してヘッダ室４２と連通している。

貯留室４５は、第１室４６と第２室４７とを有していてもよい。第１室４６は、ヘッダ室４２と連通している。第１室４６は、直方体形状の外形を有していてもよい。第２室４７は、第１室４６と連通している。第２室４７は、第１室４６の容積よりも小さい容積を有している。例えば、第２室４７は、第１室４６の容積の４分の１以下の容積を有していてもよく、８分の１以下の容積を有していてもよい。第２室４７は、直方体形状の外形を有していてもよい。第２室４７は、第１室４６の底面に設けられている。すなわち、第２室４７は、Ｚ方向において第１室４６よりも他側（図６における下側）に配置されている。このため、貯留室４５に流入した凝縮水Ｗはまず第２室４７に貯留され、第２室４７が凝縮水Ｗで満たされた後、第１室４６に凝縮水Ｗが貯留されるようになっている。

図６および図７に示すように、第２室４７の開口部４７ｏの周囲に、内側に突出した突出部４８が設けられていてもよい。突出部４８は、第２室４７の開口部４７ｏをその周囲から狭めている。突出部４８は、第１室４６の底面に設けられていてもよく、第１室４６の底面を構成する部材と一体化していてもよい。

また、図示しないが、第１室４６にオーバーフロー管が接続されていてもよい。第１室４６に所定量以上の凝縮水Ｗが貯留された場合、このオーバーフロー管から凝縮水Ｗが外部に排出されるようになっていてもよい。

仕切板５０は、燃料電池用タンク４０内に設けられている。仕切板５０は、ヘッダ室４２と貯留室４５とを仕切る板状の部材である。仕切板５０は、ヘッダ室４２と貯留室４５との間に設けられている。すなわち、ヘッダ室４２および貯留室４５は、仕切板５０を介して互いに隣り合うように配置されている。図８に示すように、仕切板５０は、矩形状の平面形状を有していてもよい。

図６および図８に示すように、仕切板５０は、連通孔５２を有している。連通孔５２は、仕切板５０を貫通した孔である。連通孔５２は、ヘッダ室４２と貯留室４５とを連通している。ヘッダ室４２を流れる凝縮水Ｗは、この連通孔５２を通って貯留室４５に導かれる。連通孔５２は、仕切板５０のＹ方向における他側（図６における左側）に設けられていてもよい。図８に示すように、連通孔５２は、Ｘ方向に延びていてもよい。すなわち、連通孔５２は、Ｘ方向に延びるスリット状に形成されていてもよい。図示された例においては、連通孔５２は、仕切板５０のＸ方向における一側の端部から他側の端部まで延びている。また、図６および図８に示すように、連通孔５２は、Ｙ方向に間隔を置いて複数配列されていてもよい。図８に示す例においては、９つの連通孔５２が、Ｙ方向に間隔を置いて配列されている。

なお、連通孔５２の形状および配置は、上述した例に限られることはなく、任意である。例えば、連通孔５２は、Ｘ方向に対して傾斜して延びていてもよい。また例えば、連通孔５２は、円形状や矩形状等、その他の任意の形状を有していてもよい。また例えば、図９に示すように、連通孔５２は、Ｘ方向とＹ方向とに間隔を置いて複数配列されていてもよい。図９に示す例においては、複数の連通孔５２が、格子状に配置されている。複数の連通孔５２は、千鳥状に配置されていてもよい。また例えば、複数の連通孔５２ではなく、１つの大きな連通孔５２が設けられていてもよい。

また、図４～図７に示すように、燃料電池用タンク４０は、液体回収部６０ａと、液体排出部６０ｂと、循環接続部６２ａ、６２ｂと、を更に含んでいてもよい。

液体回収部６０ａは、燃料電池１０から供給された冷却水を回収するように構成されている。液体回収部６０ａは、冷却水回収ヘッダ管Ｌ９に接続されている。このため、各燃料電池１０の冷却水排出管Ｌ６から排出された冷却水は、冷却水回収ヘッダ管Ｌ９を通って液体回収部６０ａから燃料電池用タンク４０に供給される。燃料電池用タンク４０に供給された冷却水は、凝縮水Ｗとして、燃料電池用タンク４０の貯留室４５に貯留される。液体回収部６０ａは、貯留室４５の第２室４７に設けられていてもよい。図示された例においては、液体回収部６０ａは、円筒形状を有し、第２室４７のＹ方向における他側（図６における左側）の側面から延び出ている。また、図示された例においては、液体回収部６０ａは、Ｘ方向において液体排出部６０ｂと並んでいる。

液体排出部６０ｂは、貯留室４５に貯留された凝縮水Ｗを排出するように構成されている。液体排出部６０ｂは、冷却水供給ヘッダ管Ｌ８に接続されている。このため、貯留室４５に貯留された凝縮水Ｗは、液体排出部６０ｂから排出され、冷却水として、冷却水供給ヘッダ管Ｌ８および各冷却水供給管Ｌ５を通って各燃料電池１０の冷却水流路１６に供給される。液体排出部６０ｂは、貯留室４５の第２室４７に設けられていてもよい。図示された例においては、液体排出部６０ｂは、円筒形状を有し、第２室４７のＹ方向における他側（図６における左側）の側面から延び出ている。また、図示された例においては、液体排出部６０ｂは、Ｘ方向において液体回収部６０ａと並んでいる。

循環接続部６２ａ、６２ｂは、貯留室４５に貯留された凝縮水Ｗを循環ラインＬ１０で循環させるように構成されている。図示された例においては、２つの循環接続部６２ａ、６２ｂが設けられ、一の循環接続部６２ａが循環ラインＬ１０の入口側に接続されるとともに、他の循環接続部６２ｂが循環ラインＬ１０の出口側に接続されている。このため、貯留室４５に貯留された凝縮水Ｗは、循環接続部６２ａから排出され、循環ラインＬ１０を流れて、循環接続部６２ｂから再び貯留室４５に供給される。循環接続部６２ａから凝縮水Ｗが排出されるため、循環接続部６２ａを液体排出部６２ａとも称する。図３に示すように、循環ラインＬ１０を流れる凝縮水Ｗは、熱交換装置２０により冷却されるとともに、イオン交換装置３０により不純物イオンが取り除かれる。各循環接続部６２ａ、６２ｂは、貯留室４５の第２室４７に設けられていてもよい。図示された例においては、各循環接続部６２ａ、６２ｂは、円筒形状を有し、第２室４７のＹ方向における一側（図６における右側）の側面から延び出ている。また、図示された例においては、循環接続部６２ａ、６２ｂは、Ｘ方向に並んでいる。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

燃料電池モジュール１の運転時、燃料ガスが、燃料ガス供給装置から燃料ガス供給管Ｌ１を通って各燃料電池１０の燃料ガス流路１２に供給される。また、酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給装置から酸化剤ガス供給管Ｌ３を通って各燃料電池１０の酸化剤ガス流路１４に供給される。また、冷却水が、燃料電池用タンク４０から冷却水供給ヘッダ管Ｌ８および冷却水供給管Ｌ５を通って各燃料電池１０の冷却水流路１６に供給される。

燃料ガスは、各燃料電池１０の燃料ガス流路１２を流れ、燃料極に供給される。酸化剤ガスは、各燃料電池１０の酸化剤ガス流路１４を流れ、酸化剤極に供給される。これにより、各燃料電池１０は、燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤極に供給される酸化剤ガスとにより燃料極反応および酸化剤極反応を生じさせて発電を行う。この酸化剤極反応により凝縮水が生成される。冷却水は、各燃料電池１０の冷却水流路１６を流れ、発電に伴い発熱した燃料電池１０を冷却する。

各燃料電池１０の燃料ガス流路１２を流れた燃焼ガスは、燃料ガス排出管Ｌ２から排出される。各燃料電池１０の酸化剤ガス流路１４を流れた酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出管Ｌ４から排出される。各燃料電池１０の冷却水流路１６を流れた冷却水は、冷却水排出管Ｌ６から排出される。また、酸化剤極反応により生成された凝縮水は、酸化剤ガス排出管Ｌ４から排出される。

各冷却水排出管Ｌ６から排出された冷却水は、冷却水回収ヘッダ管Ｌ９を通って液体回収部６０ａから燃料電池用タンク４０に供給される。燃料電池用タンク４０に供給された冷却水は、凝縮水Ｗとして、燃料電池用タンク４０の貯留室４５に貯留される。

また、各酸化剤ガス排出管Ｌ４から排出された凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧは、燃料電池用タンク４０に供給される。燃料電池用タンク４０に供給された凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧは、各流入部４１から燃料電池用タンク４０内に流入する。

各流入部４１から流入した凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧは、ヘッダ室４２を流れる。凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧは、ヘッダ室４２において、Ｙ方向における一側（図６における右側）からＹ方向における他側（図６における左側）に向かって流れる。

ヘッダ室４２を流れる酸化剤ガスＧは、気体排出部４３に導かれ、気体排出部４３から気体排出管Ｌ７を通って外部に排出される。一方、ヘッダ室４２を流れる凝縮水Ｗは、仕切板５０の連通孔５２を通って貯留室４５に導かれ、貯留室４５に流入する。

貯留室４５に流入した凝縮水Ｗは、まず第２室４７に貯留される。第２室４７が凝縮水Ｗで満たされた後、第１室４６に凝縮水Ｗが貯留される。

貯留室４５に貯留された凝縮水Ｗは、循環接続部６２ａから流出し、循環接続部６２ｂから再び貯留室４５に流入するように、循環ラインＬ１０を循環して流れる。循環ラインＬ１０を流れる凝縮水Ｗは、熱交換装置２０により冷却されるとともに、イオン交換装置３０により不純物イオンが取り除かれる。

また、貯留室４５に貯留された凝縮水Ｗは、液体排出部６０ｂから排出される。液体排出部６０ｂから排出された凝縮水Ｗは、冷却水として、冷却水供給ヘッダ管Ｌ８および各冷却水供給管Ｌ５を通って各燃料電池１０の冷却水流路１６に供給される。

本実施の形態によれば、燃料電池用タンク４０は、流入部４１の各々から流入した凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧが流れるヘッダ室４２を含み、ヘッダ室４２を流れる凝縮水Ｗは、仕切板５０の連通孔５２を通って貯留室４５に導かれる。このように、燃料電池用タンク４０が、ヘッダ管の役割を有するヘッダ室４２を含んでいることにより、燃料電池１０の各々と燃料電池用タンク４０との間にヘッダ管を配置することを不要にすることができる。このため、燃料電池モジュール１を小型化することができる。

また、本実施の形態によれば、ヘッダ室４２を流れる凝縮水Ｗは、仕切板５０の連通孔５２を通って貯留室４５に導かれる。このことにより、ヘッダ室４２において、凝縮水Ｗが滞留することを抑制することができる。このため、滞留した凝縮水Ｗにより酸化剤ガスＧの流れが阻害されることを抑制することができ、凝縮水Ｗおよび酸化剤ガスＧは、ヘッダ室４２を滞りなく流れることができる。この結果、燃料電池モジュール１の効率低下を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、ヘッダ室４２と貯留室４５との間に仕切板５０が設けられている。このことにより、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じた場合であっても、貯留室４５に貯留された凝縮水Ｗが流入部４１に流入することを抑制することができる。例えば、燃料電池モジュール１が移動体に適用された場合、移動体の移動方向への加減速や上下方向への変位等によって、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じ得る。凝縮水Ｗが貯留室４５の第１室４６にまで貯留された状態で、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じると、凝縮水Ｗの水面が流入部４１の高さに到達し、凝縮水Ｗが流入部４１に流入し得る。これに対して本実施の形態によれば、例えば図１０に示すように、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じた場合であっても、仕切板５０により凝縮水Ｗの水面が流入部４１に到達することを抑制することができる。このため、凝縮水Ｗの逆流を抑制することができる。この結果、燃料電池モジュール１の故障や劣化の可能性を低減することができる。とりわけ、燃料電池モジュール１が船舶に適用される場合、ＮＫ規格（日本海事協会規格）により、前後方向（移動方向）に対して±７．５度の動的傾斜に耐え得ることが要求される。本実施の形態によれば、そのようなＮＫ規格の要求を満たす燃料電池モジュール１の提供が可能となる。

また、本実施の形態によれば、液体排出部６０ｂ、６２ａは、貯留室４５の第２室４７に設けられている。第２室４７は第１室４６の底面に設けられているため、貯留室４５に流入した凝縮水Ｗはまず第２室４７に貯留され、第２室４７が凝縮水Ｗで満たされた後、第１室４６に凝縮水Ｗが貯留される。このことにより、貯留室４５内の凝縮水Ｗが少なくなった場合でも、第２室４７を優先的に凝縮水Ｗで満たすことができる。このため、液体排出部６０ｂ、６２ａから凝縮水Ｗが排出されずに、空気が排出される事態が生じることを抑制することができる。この結果、燃料電池モジュール１の故障や劣化の可能性を低減することができる。

また、本実施の形態によれば、第２室４７の開口部４７ｏの周囲に、内側に突出した突出部４８が設けられている。このことにより、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じた場合であっても、第２室４７に貯留された凝縮水Ｗが第２室４７から第１室４６に流出することを抑制することができる。すなわち、凝縮水Ｗが貯留室４５の第２室４７に貯留され第１室４６に貯留されていない状態で、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じると、凝縮水Ｗの水面が第１室４６の高さに到達し、凝縮水Ｗが第２室４７から第１室４６に流出し得る。これに対して本実施の形態によれば、例えば図１１に示すように、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じた場合であっても、突出部４８により凝縮水Ｗの水面が第１室４６に到達することを抑制することができる。このことにより、凝縮水Ｗが第２室４７から第１室４６に流出することを抑制することができる。このため、液体排出部６０ｂ、６２ａから凝縮水Ｗが排出されずに、空気が排出される事態が生じることをより一層抑制することができる。この結果、燃料電池モジュール１の故障や劣化の可能性を更に低減することができる。

また、本実施の形態によれば、ヘッダ室４２の幅寸法ｗ１は、貯留室４５の第１室４６の幅寸法ｗ２の半分以下である。このことにより、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じた場合であっても、貯留室４５に貯留された凝縮水Ｗが流入部４１に流入することをより一層抑制することができる。例えば、図１２に示すように、燃料電池モジュール１にＸ方向に揺動や傾斜が生じた場合、貯留室４５の第１室４６からヘッダ室４２に凝縮水Ｗが流入することを抑制することができる。このため、凝縮水Ｗの逆流をより一層抑制することができる。この結果、燃料電池モジュール１の故障や劣化の可能性を更に低減することができる。とりわけ、燃料電池モジュール１が船舶に適用される場合、ＮＫ規格（日本海事協会規格）により、左右方向（移動方向および鉛直方向に直交する方向）に対して±２２．５度の動的傾斜に耐え得ることが要求される。本実施の形態によれば、そのようなＮＫ規格の要求を満たす燃料電池モジュール１の提供が可能となる。

また、本実施の形態によれば、流入部４１の各々は、ヘッダ室４２のＹ方向における一側に設けられ、気体排出部４３は、ヘッダ室４２のＹ方向における他側に設けられ、連通孔５２は、仕切板５０のＹ方向における他側に設けられている。このように連通孔５２がＹ方向において流入部４１の反対側に配置されていることにより、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じた場合であっても、仕切板５０により凝縮水Ｗの水面が流入部４１に到達することを効果的に抑制することができる。このため、凝縮水Ｗの逆流をより一層抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、連通孔５２は、Ｘ方向に延びるとともに、Ｙ方向に間隔を置いて複数配列されている。連通孔５２のこのような配置により、ヘッダ室４２を流れる凝縮水Ｗを貯留室４５に効果的に導くことができる。このため、ヘッダ室４２において、凝縮水Ｗが滞留することを効果的に抑制することができる。この結果、燃料電池モジュール１の効率低下を効果的に抑制することができる。また、燃料電池モジュール１に揺動や傾斜が生じた場合であっても、凝縮水Ｗが連通孔５２を通ってヘッダ室４２に流入することを効果的に抑制することができる。このため、凝縮水Ｗの逆流をより一層抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、連通孔５２は、Ｘ方向とＹ方向とに間隔を置いて複数配列されていてもよい。連通孔５２のこのような配置により、連通孔５２による仕切板５０の強度の低下を抑制することができる。このため、燃料電池用タンク４０の製造組立時における仕切板５０の取付けを容易化することができる。また、このような配置の連通孔５２は、仕切板５０に穴開け加工等を行うことにより容易に形成することができる。このため、燃料電池用タンク４０の製造を容易化することができる。

また、本実施の形態によれば、燃料電池用タンク４０は、筐体２の底部４と燃料電池１０との間に配置される。このように本実施の形態によれば、燃料電池用タンク４０を、特に高さ方向に薄型になるように小型化することができ、燃料電池モジュール１において、筐体２の底部４と燃料電池１０との間という限られたスペース内に配置することが可能となる。

以上述べた実施の形態によれば、燃料電池モジュールを小型化することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１：燃料電池モジュール、２：筐体、４：底部、１０：燃料電池、４０：燃料電池用タンク、４１：流入部、４２：ヘッダ室、４３：気体排出部、４５：貯留室、４６：第１室、４７：第２室、４７ｏ：開口部、４８：突出部、５０：仕切板、５２：連通孔、６０ｂ、６２ａ：液体排出部、Ｇ：酸化剤ガス、Ｗ：凝縮水

Claims (9)

1. 複数の燃料電池から排出された液体を回収して貯留する燃料電池用タンクであって、
   対応する前記燃料電池から排出された液体および気体が流入する複数の流入部と、
   前記流入部の各々から流入した液体および気体が流れるヘッダ室と、
   前記ヘッダ室を流れた気体を排出する気体排出部と、
   前記ヘッダ室を流れた液体を回収して貯留する貯留室と、
   前記ヘッダ室と前記貯留室との間に設けられた仕切板と、を備え、
   前記仕切板は、前記ヘッダ室と前記貯留室とを連通する連通孔を有し、前記ヘッダ室を流れる液体は、前記連通孔を通って前記貯留室に導かれる、燃料電池用タンク。
2. 前記貯留室に貯留された液体を排出する液体排出部を更に備え、
   前記貯留室は、前記ヘッダ室と連通した第１室と、前記第１室の底面に設けられた、前記第１室の容積よりも小さい容積を有する第２室と、を有し、
   前記液体排出部は、前記第２室に設けられている、請求項１に記載の燃料電池用タンク。
3. 前記第２室の開口部の周囲に、内側に突出した突出部が設けられている、請求項２に記載の燃料電池用タンク。
4. 前記ヘッダ室の幅寸法は、前記貯留室の前記第１室の幅寸法の半分以下である、請求項２に記載の燃料電池用タンク。
5. 前記ヘッダ室および前記貯留室は、第１方向において互いに隣り合うように配置され、
   前記流入部の各々は、前記ヘッダ室の前記第１方向に直交する第２方向における一側に設けられ、
   前記気体排出部は、前記ヘッダ室の前記第２方向における他側に設けられ、
   前記連通孔は、前記仕切板の前記第２方向における他側に設けられている、請求項１に記載の燃料電池用タンク。
6. 前記連通孔は、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に延びるとともに、前記第２方向に間隔を置いて複数配列されている、請求項５に記載の燃料電池用タンク。
7. 前記連通孔は、前記第２方向と、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向とに間隔を置いて複数配列されている、請求項５に記載の燃料電池用タンク。
8. 複数の燃料電池と、
   前記燃料電池の各々から排出された液体を回収して貯留する、請求項１～７のいずれか一項に記載の燃料電池用タンクと、を備える、燃料電池モジュール。
9. 前記燃料電池の各々と前記燃料電池用タンクとを収容する筐体を備え、
   前記燃料電池用タンクは、前記筐体の底部と前記燃料電池との間に配置されている、請求項８に記載の燃料電池モジュール。