特開 2024-49137 燃料電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024049137

(43)【公開日】2024-04-09

(54)【発明の名称】燃料電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240402BHJP

   H01M 8/249 20160101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/04 J

H01M8/249

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022155417

(22)【出願日】2022-09-28

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２０年度～２０２２年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業／共通課題解決型基盤技術開発／大型モビリティに適応する多用途型燃料電池モジュールの研究開発委託業務 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(74)【代理人】

【識別番号】100198029

【弁理士】

【氏名又は名称】綿貫 力

(72)【発明者】

【氏名】高塚 和彦

(72)【発明者】

【氏名】公野 元貴

(72)【発明者】

【氏名】久世 達也

(72)【発明者】

【氏名】山下 恭平

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126AA21

5H127AB02

5H127AB04

5H127AB13

5H127AB17

5H127AC07

5H127BA02

5H127BB02

5H127CC07

5H127EE02

5H127EE25

(57)【要約】

【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モジュールは、燃料電池スタック群と、燃料ガス供給管と、酸化剤ガス供給管と、を備える。燃料電池スタック群は、第１方向における一側に正極端子が位置し、第１方向における他側に負極端子が位置するように、第１方向に沿って燃料電池スタックが複数並んだ第１の燃料電池スタック列と、第１方向に直交する第２方向において第１の燃料電池スタック列の燃料電池スタックの各々と向き合い、第１方向における一側に負極端子が位置し、第１方向における他側に正極端子が位置するように、第１方向に沿って燃料電池スタックが複数並んだ第２の燃料電池スタック列と、を含む。燃料ガス供給管及び酸化剤ガス供給管は、第１の燃料電池スタック列と第２の燃料電池スタック列との間に配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックであって、積層方向における一側に正極端子が設けられるとともに、前記積層方向における他側に負極端子が設けられた燃料電池スタックを複数含む燃料電池スタック群と、
前記燃料電池スタックの各々に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、
前記燃料電池スタックの各々に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管と、を備え、
前記燃料電池スタック群は、第１方向における一側に前記正極端子が位置し、前記第１方向における他側に前記負極端子が位置するように、前記第１方向に沿って前記燃料電池スタックが複数並んだ第１の燃料電池スタック列と、前記第１方向に直交する第２方向において前記第１の燃料電池スタック列の前記燃料電池スタックの各々と向き合い、前記第１方向における前記一側に前記負極端子が位置し、前記第１方向における前記他側に前記正極端子が位置するように、前記第１方向に沿って前記燃料電池スタックが複数並んだ第２の燃料電池スタック列と、を含み、
前記燃料ガス供給管及び前記酸化剤ガス供給管は、前記第１の燃料電池スタック列と前記第２の燃料電池スタック列との間に配置されている、燃料電池モジュール。

【請求項2】

前記燃料電池スタックの各々を流れた前記燃料ガスが排出される燃料ガス排出管を備え、
前記燃料ガス排出管も、前記第１の燃料電池スタック列と前記第２の燃料電池スタック列との間に配置されている、請求項１に記載の燃料電池モジュール。

【請求項3】

前記燃料電池スタックの各々に冷却液体を供給する冷却液体供給管と、
前記燃料電池スタックの各々を流れた前記冷却液体が排出される冷却液体排出管と、を備え、
前記冷却液体排出管は、前記第２方向において前記燃料電池スタック群の両側に配置されている、請求項１に記載の燃料電池モジュール。

【請求項4】

前記燃料電池スタックの各々に供給される前記冷却液体を貯留する液体タンクを備え、
前記液体タンクは、前記第１方向及び前記第２方向の両方に直交する第３方向において前記燃料電池スタック群と並んでいる、請求項３に記載の燃料電池モジュール。

【請求項5】

前記液体タンクは、前記燃料電池スタック群よりも重力方向における下方に配置されている、請求項４に記載の燃料電池モジュール。

【請求項6】

前記燃料電池スタックの各々を流れた前記酸化剤ガスが排出される酸化剤ガス排出管を備え、
前記酸化剤ガス排出管は、前記液体タンクに接続されている、請求項４に記載の燃料電池モジュール。

【請求項7】

前記燃料ガス供給管及び前記酸化剤ガス供給管のうちの少なくともいずれかは、配管の長さを調整可能な長さ調整機構を有する、請求項１に記載の燃料電池モジュール。

【請求項8】

前記燃料電池モジュールは、移動体用の燃料電池モジュールである、請求項１～７のいずれか一項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】

本発明の実施の形態は、燃料電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、水素等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスと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発電装置である。燃料電池は、工場、病院、商業施設、住宅等の定置用や、自動車、鉄道車両、航空機、船舶等の移動体用等、幅広い用途に採用されている。

【0003】

大容量の発電出力が要求される場合、複数の単位電池（燃料電池セル）が積層された燃料電池スタックを複数含む燃料電池モジュールが用いられることがある。このような燃料電池モジュールでは、複数の燃料電池スタックが配置されるため、各燃料電池スタックとの関係で燃料ガスや酸化剤ガスの配管構成が複雑になり、これらの配置に多くのスペースを要する場合がある。このため、燃料電池モジュールが大型化し、広い設置スペースが求められる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００８－５１６３８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、小型化可能な燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施の形態による燃料電池用タンクは、複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックであって、積層方向における一側に正極端子が設けられるとともに、積層方向における他側に負極端子が設けられた燃料電池スタックを複数含む燃料電池スタック群と、燃料電池スタックの各々に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、燃料電池スタックの各々に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管と、を備える。燃料電池スタック群は、第１方向における一側に正極端子が位置し、第１方向における他側に負極端子が位置するように、第１方向に沿って燃料電池スタックが複数並んだ第１の燃料電池スタック列と、第１方向に直交する第２方向において第１の燃料電池スタック列の燃料電池スタックの各々と向き合い、第１方向における一側に負極端子が位置し、第１方向における他側に正極端子が位置するように、第１方向に沿って燃料電池スタックが複数並んだ第２の燃料電池スタック列と、を含む。燃料ガス供給管及び酸化剤ガス供給管は、第１の燃料電池スタック列と第２の燃料電池スタック列との間に配置されている。

【発明の効果】

【0007】

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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態による燃料電池モジュールを示す斜視図である。

【図2】図２は、図１の燃料電池モジュールを筐体を取り除いて見た斜視図である。

【図3】図３は、図２の燃料電池モジュールを第２の燃料電池スタック列を取り除いて見た斜視図である。

【図4】図４は、図２の燃料電池モジュールを別の角度で見た斜視図である。

【図5】図５は、図２の燃料電池モジュールの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図１～図５を参照して、本発明の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。

【0010】

本実施の形態による燃料電池モジュールは、移動体用の燃料電池モジュールである。すなわち、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。

【0011】

図１に示すように、燃料電池モジュール１は、略直方体の外形状を有していてもよい。燃料電池モジュール１は、長さ方向と、幅方向と、高さ方向と、を有していてもよい。本明細書において、燃料電池モジュール１の長さ方向をＸ方向（第１方向）、燃料電池モジュール１の幅方向をＹ方向（第２方向）、燃料電池モジュール１の高さ方向をＺ方向（第３方向）と称する。ここで、Ｙ方向は、Ｘ方向に直交している。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向の両方に直交している。なお、燃料電池モジュール１が設置された状態において、Ｚ方向は、重力方向に相当する。また、Ｚ方向から見たときに燃料電池モジュール１のＹ方向における中心を通ってＸ方向に延びる直線を中心線Ｌｃとしたとき（図５参照）、Ｙ方向において中心線Ｌｃに近づく側をＹ方向内側、Ｙ方向において中心線Ｌｃから離れる側をＹ方向外側とも称する。

【0012】

図１～図５に示すように、燃料電池モジュール１は、筐体１０と、燃料電池スタック群２０と、燃料ガス配管３０と、酸化剤ガス配管４０と、冷却液体配管５０と、液体タンク６０と、を含んでいる。

【0013】

図１に示すように、筐体１０は、燃料電池スタック群２０、燃料ガス配管３０、酸化剤ガス配管４０、冷却液体配管５０及び液体タンク６０を収容する。燃料ガス配管３０、酸化剤ガス配管４０及び冷却液体配管５０の一部は、筐体１０の外部に延び出ていてもよい。

【0014】

筐体１０は、フレーム１２と、フレーム１２に取り付けられたパネル１４と、を含んでいてもよい。なお、図１においては、パネルの図示は省略され、パネルが配置される位置に符号が付されている。

【0015】

パネル１４は、天面パネル１４ａと、底面パネル１４ｂと、４つの側面パネル１４ｃと、を含んでいてもよい。天面パネル１４ａは、燃料電池モジュール１のＺ方向における一側（図１における上側）に位置し、燃料電池モジュール１の天面を構成するパネルである。底面パネル１４ｂは、燃料電池モジュール１のＺ方向における他側（図１における下側）に位置し、燃料電池モジュール１の底面を構成するパネルである。各側面パネル１４ｃは、燃料電池モジュール１のＸ方向における両側及び燃料電池モジュール１のＹ方向における両側にそれぞれ位置し、燃料電池モジュール１の側面を構成するパネルである。

【0016】

図１～図５に示すように、筐体１０内には、燃料電池スタック群２０が配置されている。燃料電池スタック群２０は、筐体１０内において、Ｚ方向における一側（重力方向における上方）に配置されている。燃料電池スタック群２０は、複数の燃料電池スタック２１を含んでいる。図示された例においては、燃料電池スタック群２０は、６つの燃料電池スタック２１を含んでいる。各燃料電池スタック２１は、筐体１０内において、Ｚ方向における一側に位置するように、不図示の支持部に支持されていてもよい。各燃料電池スタック２１は、互いに同一の構成を有していてもよい。

【0017】

各燃料電池スタック２１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。各燃料電池スタック２１は、複数の燃料電池セル２２（図５参照）が積層されて構成されている。各燃料電池セル２２は、下記の化学式１で示す反応により発電を行う。より具体的には、燃料ガスは、例えば水素含有ガスである。燃料ガスは、各燃料電池セル２２内の燃料ガス流路を流れて、燃料極反応をおこす。酸化剤ガスは、例えば空気（大気）である。酸化剤ガスは、各燃料電池セル２２内の酸化剤ガス流路を流れて、酸化剤極反応をおこす。各燃料電池スタック２１は、これらの電気化学反応により発電を行うように構成されている。

【0018】

（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

【0019】

また、各燃料電池スタック２１は、冷却液体を用いて発電に伴い発熱した自身を冷却するように構成されている。より具体的には、冷却液体は、例えば水である。冷却液体は、各燃料電池セル２２内の冷却液体流路を流れて、発電に伴い発熱した各燃料電池スタック２１を冷却する。

【0020】

各燃料電池スタック２１は、正極端子２３ａと、負極端子２３ｂと、を有している。各燃料電池スタック２１により生成された電気エネルギーは、正極端子２３ａ及び負極端子２３ｂから取り出すことができる。図５に示すように、正極端子２３ａは、各燃料電池スタック２１の積層方向（図５の実線矢印）における一側（図５の実線矢印が向いている側）に設けられている。負極端子２３ｂは、各燃料電池スタック２１の積層方向における他側（正極端子２３ａとは反対側）に設けられている。

【0021】

図５に示すように、Ｘ方向において隣り合う燃料電池スタック２１の正極端子２３ａと負極端子２３ｂは、互いに電気的に接続されていてもよい。また、例えば、Ｘ方向における最も一側（図５における右側）に位置し、Ｙ方向において互いに向き合う二つの燃料電池スタック２１の正極端子２３ａと負極端子２３ｂも、図示しない配線を介して、互いに電気的に接続されていてもよい。すなわち、各燃料電池スタック２１は直列接続されていてもよい。

【0022】

燃料電池スタック群２０は、第1の燃料電池スタック列２４と、第２の燃料電池スタック列２５と、を含んでいる。

【0023】

第１の燃料電池スタック列２４は、Ｙ方向における一側（図５における上側）に位置している。第１の燃料電池スタック列２４は、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の燃料電池スタック２１を含んでいる。図示された例においては、第１の燃料電池スタック列２４は、３つの燃料電池スタック２１を含んでいる。第１の燃料電池スタック列２４では、Ｘ方向における一側（図５における右側）に正極端子２３ａが位置し、Ｘ方向における他側（図５における左側）に負極端子２３ｂが位置するように、Ｘ方向に沿って各燃料電池スタック２１が並んでいる。上述したように、第１の燃料電池スタック列２４において、Ｘ方向において隣り合う燃料電池スタック２１の正極端子２３ａと負極端子２３ｂは、互いに電気的に接続されていてもよい。

【0024】

第２の燃料電池スタック列２５は、Ｙ方向における他側（図５における下側）に位置している。第２の燃料電池スタック列２５は、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の燃料電池スタック２１を含んでいる。図示された例においては、第２の燃料電池スタック列２５は、３つの燃料電池スタック２１を含んでいる。第２の燃料電池スタック列２５では、第１の燃料電池スタック列２４の燃料電池スタック２１の各々と向き合うように、Ｘ方向に沿って各燃料電池スタック２１が並んでいる。また、第２の燃料電池スタック列２５では、Ｘ方向における一側（図５における右側）に負極端子２３ｂが位置し、Ｘ方向における他側（図５における左側）に正極端子２３ａが位置するように、Ｘ方向に沿って各燃料電池スタック２１が並んでいる。すなわち、第１の燃料電池スタック列２４の各燃料電池スタック２１と第２の燃料電池スタック列２５の各燃料電池スタック２１とは、Ｘ方向において同じ位置に配置されるとともに、Ｙ方向において互いに逆向きになるように配置されている。上述したように、第２の燃料電池スタック列２５において、Ｘ方向において隣り合う燃料電池スタック２１の正極端子２３ａと負極端子２３ｂは、互いに電気的に接続されていてもよい。第１の燃料電池スタック列２４のＸ方向における最も一側（図５における右側）に位置する燃料電池スタック２１の正極端子２３ａと、第２の燃料電池スタック列２５のＸ方向における最も一側（図５における右側）に位置する燃料電池スタック２１の負極端子２３ｂも、図示しない配線を介して、互いに電気的に接続されていてもよい。

【0025】

なお、上述した例においては、燃料電池スタック群２０が、６つの燃料電池スタック２１を含んでおり、第１の燃料電池スタック列２４及び第２の燃料電池スタック列２５が、それぞれ３つの燃料電池スタック２１を含んでいるが、このことに限られることはなく、これらの燃料電池スタック２１の個数は任意である。燃料電池スタック群２０は、４つ以上の燃料電池スタック２１を含んでいればよく、偶数個の燃料電池スタック２１を含んでいることが望ましい。また、第１の燃料電池スタック列２４及び第２の燃料電池スタック列２５は、それぞれ２つ以上の燃料電池スタック２１を含んでいればよく、互いに同じ個数の燃料電池スタック２１を含んでいることが望ましい。

【0026】

また、図１～図５に示すように、筐体１０内には、燃料ガス配管３０が配置されている。燃料ガス配管３０は、燃料ガス供給管３１と、燃料ガス排出管３５と、を含んでいる。燃料ガス供給管３１は、燃料電池スタック２１の各々に燃料ガス３ａを供給する配管である。燃料ガス排出管３５は、燃料電池スタック２１の各々を流れた燃料ガス３ａが排出される配管である。図２～図４においては、燃料ガス３ａの流れを実線矢印で表している。

【0027】

図３及び図５に示すように、燃料ガス供給管３１は、２つの燃料ガス供給ヘッダ管３２と、６つの燃料ガス個別供給管３３と、を含んでいてもよい。２つの燃料ガス供給ヘッダ管３２は、Ｘ方向に延びていてもよい。２つの燃料ガス供給ヘッダ管３２のうちの一方から、３つの燃料ガス個別供給管３３がＹ方向外側に延び出て、第１の燃料電池スタック列２４の対応する３つの燃料電池スタック２１に接続されていてもよい。２つの燃料ガス供給ヘッダ管３２のうちの他方から、３つの燃料ガス個別供給管３３がＹ方向外側に延び出て、第２の燃料電池スタック列２５の対応する３つの燃料電池スタック２１に接続されていてもよい。不図示の燃料ガス供給装置から供給された燃料ガス３ａは、各燃料ガス供給ヘッダ管３２を流れた後、各燃料ガス個別供給管３３を流れて、各燃料電池スタック２１に供給されてもよい。

【0028】

燃料ガス供給管３１は、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されている。筐体１０内の燃料ガス供給管３１の全てが、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、筐体１０内の燃料ガス供給管３１の一部が、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよい。図示された例においては、各燃料ガス供給ヘッダ管３２及び各燃料ガス個別供給管３３が、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されている。

【0029】

図３及び図５に示すように、燃料ガス排出管３５は、６つの燃料ガス個別排出管３６と、２つの燃料ガス排出ヘッダ管３７と、を含んでいてもよい。６つの燃料ガス個別排出管３６は、それぞれ対応する燃料電池スタック２１からＹ方向内側に延び出て、屈曲してＺ方向における一側（図３における上側）に延びていてもよい。２つの燃料ガス排出ヘッダ管３７は、Ｘ方向に延びていてもよい。第１の燃料電池スタック列２４の各燃料電池スタック２１から延び出た燃料ガス個別排出管３６は、２つの燃料ガス排出ヘッダ管３７のうちの一方に接続されていてもよい。第２の燃料電池スタック列２５の各燃料電池スタック２１から延び出た燃料ガス個別排出管３６は、２つの燃料ガス排出ヘッダ管３７のうちの他方に接続されていてもよい。各燃料電池スタック２１を流れた燃料ガス３ａは、各燃料ガス個別排出管３６を流れた後、各燃料ガス排出ヘッダ管３７を流れて、外部に排出されてもよい。

【0030】

燃料ガス排出管３５も、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよい。筐体１０内の燃料ガス排出管３５の全てが、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、筐体１０内の燃料ガス排出管３５の一部が、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよい。図示された例においては、各燃料ガス個別排出管３６及び各燃料ガス排出ヘッダ管３７が、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されている。

【0031】

また、図１～図５に示すように、筐体１０内には、酸化剤ガス配管４０が配置されている。酸化剤ガス配管４０は、酸化剤ガス供給管４１と、酸化剤ガス排出管４５と、を含んでいる。酸化剤ガス供給管４１は、燃料電池スタック２１の各々に酸化剤ガス３ｂを供給する配管である。酸化剤ガス排出管４５は、燃料電池スタック２１の各々を流れた酸化剤ガス３ｂが排出される配管である。図２～図４においては、酸化剤ガス３ｂの流れを破線矢印で表している。

【0032】

図３及び図５に示すように、酸化剤ガス供給管４１は、１つの酸化剤ガス流入管４２と、１つの酸化剤ガス供給ヘッダ４３と、６つの酸化剤ガス個別供給管４４と、を含んでいてもよい。酸化剤ガス流入管４２は、Ｘ方向における一側（図５における右側）に配置されていてもよい。酸化剤ガス流入管４２は、Ｚ方向に延びて、酸化剤ガス供給ヘッダ４３に接続されていてもよい。酸化剤ガス供給ヘッダ４３は、Ｘ方向に延びていてもよい。酸化剤ガス供給ヘッダ４３から６つの酸化剤ガス個別供給管４４がＹ方向外側に延び出て、屈曲してＺ方向における一側（図３における上側）に延びて、対応する燃料電池スタック２１に接続されていてもよい。不図示の酸化剤ガス供給装置から供給された酸化剤ガス３ｂは、酸化剤ガス流入管４２から流入し、酸化剤ガス供給ヘッダ４３を流れた後、各酸化剤ガス個別供給管４４を流れて、各燃料電池スタック２１に供給されてもよい。

【0033】

酸化剤ガス供給管４１は、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されている。筐体１０内の酸化剤ガス供給管４１の全てが、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよい。しかしながら、このことに限られることはなく、筐体１０内の酸化剤ガス供給管４１の一部が、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよい。図示された例においては、酸化剤ガス流入管４２、酸化剤ガス供給ヘッダ４３及び各酸化剤ガス個別供給管４４の一部が、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されている。

【0034】

図３及び図４に示すように、酸化剤ガス排出管４５は、６つの酸化剤ガス個別排出管４６を含んでいてもよい。６つの酸化剤ガス個別排出管４６は、それぞれ対応する燃料電池スタック２１からＺ方向における他側（図３における下側）に延び出て、屈曲してＹ方向内側に延びて、後述する液体タンク６０に接続されていてもよい。各燃料電池スタック２１を流れた酸化剤ガス３ｂは、各酸化剤ガス個別排出管４６を流れて、液体タンク６０に排出されてもよい。また、後述する凝縮水も、酸化剤ガス３ｂと共に、各酸化剤ガス個別排出管４６を流れて、液体タンク６０に排出されてもよい。

【0035】

また、図１～図５に示すように、筐体１０内には、冷却液体配管５０が配置されている。冷却液体配管５０は、冷却液体供給管５１と、冷却液体排出管５５と、を含んでいる。冷却液体配管５０は、燃料電池スタック２１の各々に冷却液体３ｃを供給する配管である。冷却液体排出管５５は、燃料電池スタック２１の各々を流れた冷却液体３ｃが排出される配管である。図２～図４においては、冷却液体３ｃの流れを一点鎖線矢印で表している。

【0036】

図３及び図４に示すように、冷却液体供給管５１は、６つの冷却液体個別供給管５２を含んでいてもよい。６つの冷却液体個別供給管５２は、液体タンク６０からＹ方向外側に延び出て、屈曲してＺ方向における一側（図３における上側）に延びて、対応する燃料電池スタック２１に接続されていてもよい。液体タンク６０に貯留された冷却液体３ｃは、各冷却液体個別供給管５２を流れて、各燃料電池スタック２１に供給されてもよい。

【0037】

図３～図５に示すように、冷却液体排出管５５は、６つの冷却液体個別排出管５６と、２つの冷却液体排出ヘッダ管５７と、を含んでいてもよい。６つの冷却液体個別排出管５６は、それぞれ対応する燃料電池スタック２１からＺ方向における一側（図３における上側）に延び出て、屈曲してＹ方向外側に延び、また屈曲してＺ方向における他側（図３における下側）に延びていてもよい。２つの冷却液体排出ヘッダ管５７は、Ｘ方向に延びていてもよい。第１の燃料電池スタック列２４の各燃料電池スタック２１から延び出た冷却液体個別排出管５６は、２つの冷却液体排出ヘッダ管５７のうちの一方に接続されていてもよい。第２の燃料電池スタック列２５の各燃料電池スタック２１から延び出た冷却液体個別排出管５６は、２つの冷却液体排出ヘッダ管５７のうちの他方に接続されていてもよい。各燃料電池スタック２１を流れた冷却液体３ｃは、各冷却液体個別排出管５６を流れた後、各冷却液体排出ヘッダ管５７を流れて、外部に排出されてもよい。外部に排出された冷却液体３ｃは、冷却処理や不純物除去処理等の所定の処理がなされた後、再び液体タンク６０に供給されてもよい。

【0038】

冷却液体排出管５５は、Ｙ方向において燃料電池スタック群２０の両側に配置されていてもよい。図示された例においては、第１の燃料電池スタック列２４の各燃料電池スタック２１に接続された３つの冷却液体個別排出管５６及び１つの冷却液体排出ヘッダ管５７が、第１の燃料電池スタック列２４よりもＹ方向における一側（図５における上側）に配置されている。また、第２の燃料電池スタック列２５の各燃料電池スタック２１に接続された３つの冷却液体個別排出管５６及び１つの冷却液体排出ヘッダ管５７が、第２の燃料電池スタック列２５よりもＹ方向における他側（図５における下側）に配置されている。

【0039】

また、図１～図５に示すように、筐体１０内には、液体タンク６０が配置されている。液体タンク６０は、燃料電池スタック２１の各々に供給される冷却液体３ｃを貯留するように構成されている。液体タンク６０は、高さ方向（Ｚ方向）の寸法が長さ方向（Ｘ方向）の寸法および幅方向（Ｙ方向）の寸法よりも小さい薄型の箱形状を有していてもよい。

【0040】

図３及び図４に示すように、液体タンク６０に、上述した冷却液体供給管５１の６つの冷却液体個別供給管５２が接続されていてもよい。液体タンク６０に貯留された冷却液体３ｃは、各冷却液体個別供給管５２を流れて、各燃料電池スタック２１に供給されてもよい。また、上述したように、冷却液体排出管５５の各冷却液体排出ヘッダ管５７を流れて外部に排出された冷却液体３ｃは、冷却処理や不純物除去処理等の所定の処理がなされた後、再び液体タンク６０に供給され、液体タンク６０に貯留されてもよい。

【0041】

また、上述したように、液体タンク６０に、酸化剤ガス排出管４５の６つの酸化剤ガス個別排出管４６が接続されていてもよい。各燃料電池スタック２１を流れた酸化剤ガス３ｂは、各酸化剤ガス個別排出管４６を流れて、液体タンク６０に排出されてもよい。液体タンク６０の上部から酸化剤ガス流出管６１がＺ方向における一側（図３における上側）に延び出ていてもよい。酸化剤ガス流出管６１は、Ｘ方向における他側（図５における左側）に配置されていてもよい。液体タンク６０に排出された酸化剤ガス３ｂは、酸化剤ガス流出管６１を通って、外部に排出されてもよい。

【0042】

ここで、各燃料電池スタック２１では、上述した酸化剤極反応により凝縮水（Ｈ_２Ｏ）が生成される。各燃料電池スタック２１から排出される酸化剤ガス３ｂには、この凝縮水も含まれ得る。液体タンク６０には、酸化剤ガス３ｂと共に凝縮水も排出されてもよい。すなわち、各燃料電池スタック２１で生成された凝縮水は、酸化剤ガス３ｂと共に、各酸化剤ガス個別排出管４６を流れて、液体タンク６０に排出されてもよい。液体タンク６０に排出された凝縮水は、冷却液体３ｃとして、液体タンク６０に貯留されてもよい。

【0043】

液体タンク６０は、Ｚ方向において燃料電池スタック群２０と並んでいてもよい。とりわけ、液体タンク６０は、燃料電池スタック群２０よりもＺ方向における他側、すなわち重力方向における下方に配置されていてもよい。液体タンク６０は、筐体１０の底面パネル１４ｂ上に配置されていてもよい。液体タンク６０は、底面パネル１４ｂと燃料電池スタック群２０との間に配置されていてもよい。

【0044】

また、液体タンク６０は、Ｙ方向において第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよい。液体タンク６０の全体が、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよいし、液体タンク６０の一部が、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されていてもよい。この場合、上述した酸化剤ガス流出管６１は、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間を通って、Ｚ方向に延びていてもよい。

【0045】

また、図２～図４に示すように、上述した燃料ガス配管３０、上述した酸化剤ガス配管４０及び上述した冷却液体配管５０のうちの少なくともいずかは、配管の長さを調整可能な長さ調整機構ＬＡを有していてもよい。すなわち、燃料ガス供給管３１、燃料ガス排出管３５、酸化剤ガス供給管４１、酸化剤ガス排出管４５、冷却液体供給管５１及び冷却液体排出管５５のうちの少なくともいずれかが、長さ調整機構ＬＡを有していてもよい。燃料ガス供給管３１、燃料ガス排出管３５、酸化剤ガス供給管４１、酸化剤ガス排出管４５、冷却液体供給管５１及び冷却液体排出管５５のいずれもが、長さ調整機構ＬＡを有していてもよい。

【0046】

図示された例においては、各燃料ガス供給ヘッダ管３２が、長さ調整機構ＬＡを有している。これにより、各燃料ガス供給ヘッダ管３２は、自身のＸ方向における長さを調整することができる。また、各燃料ガス排出ヘッダ管３７が、長さ調整機構ＬＡを有している。これにより、各燃料ガス排出ヘッダ管３７は、自身のＸ方向における長さを調整することができる。また、各酸化剤ガス個別供給管４４のＹ方向に延びる部分が、長さ調整機構ＬＡを有している。これにより、各酸化剤ガス個別供給管４４は、自身のＹ方向における長さを調整することができる。また、各酸化剤ガス個別排出管４６のＹ方向に延びる部分が、長さ調整機構ＬＡを有している。これにより、各酸化剤ガス個別排出管４６は、自身のＹ方向における長さを調整することができる。また、各冷却液体個別供給管５２のＺ方向に延びる部分が、長さ調整機構ＬＡを有している。これにより、各冷却液体個別供給管５２は、自身のＺ方向における長さを調整することができる。また、各冷却液体個別排出管５６のＺ方向に延びる部分が、長さ調整機構ＬＡを有している。これにより、各冷却液体個別排出管５６は、自身のＺ方向における長さを調整することができる。

【0047】

このように、各配管に配置された長さ調整機構ＬＡにより、各配管の長さを調整することができ、製造誤差等により各燃料電池スタック２１の寸法や配置間隔が変化した場合に対応することができる。長さ調整機構ＬＡは、例えば、ベローズやフレキシブルホース等であってもよい。なお、上述した例に限られることはなく、長さ調整機構ＬＡは、各配管の任意の位置に配置されていてもよい。

【0048】

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。

【0049】

燃料電池モジュール１の運転時、燃料ガス３ａが、不図示の燃料ガス供給装置から燃料ガス供給管３１に供給される。燃料ガス供給装置から供給された燃料ガス３ａは、各燃料ガス供給ヘッダ管３２を流れた後、各燃料ガス個別供給管３３を流れて、各燃料電池スタック２１に供給される。

【0050】

また、酸化剤ガス３ｂが、不図示の酸化剤ガス供給装置から酸化剤ガス供給管４１に供給される。酸化剤ガス供給装置から供給された酸化剤ガス３ｂは、酸化剤ガス流入管４２から流入し、酸化剤ガス供給ヘッダ４３を流れた後、各酸化剤ガス個別供給管４４を流れて、各燃料電池スタック２１に供給される。

【0051】

また、冷却液体３ｃが、液体タンク６０から冷却液体供給管５１に供給される。液体タンク６０から供給された冷却液体３ｃは、各冷却液体個別供給管５２を流れて、各燃料電池スタック２１に供給される。

【0052】

各燃料電池スタック２１に供給された燃料ガス３ａは、各燃料電池セル２２内の燃料ガス流路を流れて、燃料極反応をおこす。各燃料電池スタック２１に供給された酸化剤ガス３ｂは、各燃料電池セル２２内の酸化剤ガス流路を流れて、酸化剤極反応をおこす。これらの電気化学反応により、各燃料電池スタック２１による発電が行われる。各燃料電池スタック２１に供給された冷却液体３ｃは、各燃料電池セル２２内の冷却液体流路を流れて、発電に伴い発熱した各燃料電池スタック２１を冷却する。

【0053】

各燃料電池スタック２１を流れた燃料ガス３ａは、燃料ガス排出管３５から排出される。各燃料電池スタック２１を流れた燃料ガス３ａは、各燃料ガス個別排出管３６を流れた後、各燃料ガス排出ヘッダ管３７を流れて、外部に排出される。

【0054】

各燃料電池スタック２１を流れた酸化剤ガス３ｂは、酸化剤ガス排出管４５から排出される。各燃料電池スタック２１を流れた酸化剤ガス３ｂは、各酸化剤ガス個別排出管４６を流れて、液体タンク６０に排出される。液体タンク６０に排出された酸化剤ガス３ｂは、酸化剤ガス流出管６１を通って、外部に排出される。

【0055】

また、酸化剤極反応により生成された凝縮水も、酸化剤ガス３ｂと共に、酸化剤ガス排出管４５から排出される。各燃料電池スタック２１で生成された凝縮水は、酸化剤ガス３ｂと共に、各酸化剤ガス個別排出管４６を流れて、液体タンク６０に排出される。液体タンク６０に排出された凝縮水は、冷却液体３ｃとして、液体タンク６０に貯留される。

【0056】

各燃料電池スタック２１を流れた冷却液体３ｃは、冷却液体排出管５５から排出される。各燃料電池スタック２１を流れた冷却液体３ｃは、各冷却液体個別排出管５６を流れた後、各冷却液体排出ヘッダ管５７を流れて、外部に排出される。外部に排出された冷却液体３ｃは、冷却処理や不純物除去処理等の所定の処理がなされた後、再び液体タンク６０に供給され、液体タンク６０に貯留される。

【0057】

本実施の形態によれば、燃料電池スタック群２０が、第1の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５とを含むとともに、燃料ガス供給管３１及び酸化剤ガス供給管４１が、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されている。このことにより、筐体１０内に複数の燃料電池スタック２１と燃料ガス供給管３１及び酸化剤ガス供給管４１を効率的に配置することができ、燃料電池モジュール１の長さ方向（Ｘ方向）の寸法及び高さ方向（Ｚ方向）の寸法の増大を抑制することができる。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。

【0058】

また、本実施の形態によれば、燃料ガス排出管３５も、第１の燃料電池スタック列２４と第２の燃料電池スタック列２５との間に配置されている。このことにより、燃料電池モジュール１の長さ方向（Ｘ方向）の寸法及び高さ方向（Ｚ方向）の寸法の増大をより一層抑制することができる。このため、燃料電池モジュール１をより一層小型化することができる。

【0059】

また、本実施の形態によれば、冷却液体排出管５５は、Ｙ方向において燃料電池スタック群２０の両側に配置されている。燃料電池スタック群２０のＹ方向における両側では、比較的広いスペースを確保することができる。このため、冷却液体排出管５５の全長を長くすることができる。このことにより、冷却液体排出管５５により多くの樹脂等の絶縁部材を配置することができる。一般に、燃料電池スタック２１で生成された電気が冷却液体３ｃと共に外部に漏れ出す（漏電する）ことを抑制するために、冷却液体排出管５５には樹脂等の絶縁部材が配置される。このため、冷却液体排出管５５の全長を長くし、冷却液体排出管５５により多くの絶縁部材の配置を可能とすることで、燃料電池スタック２１からの漏電をより一層抑制することができる。

【0060】

また、本実施の形態によれば、液体タンク６０は、Ｚ方向において燃料電池スタック群２０と並んでいる。このことにより、筐体１０内の限られたスペースに液体タンク６０を効率的に配置することができ、液体タンク６０の配置による燃料電池モジュール１の長さ方向（Ｘ方向）の寸法及び幅方向（Ｙ方向）の寸法の増大を抑制することができる。このため、燃料電池モジュール１をより一層小型化することができる。

【0061】

とりわけ、本実施の形態によれば、液体タンク６０は、燃料電池スタック群２０よりも重力方向における下方に配置されている。液体タンク６０は冷却液体３ｃを貯留しているため、その重量は比較的重い。液体タンク６０を燃料電池スタック群２０よりも重力方向における下方に配置することにより、燃料電池モジュール１の重心を重力方向における下方に位置させることができる。このため、燃料電池モジュール１を設置した際、燃料電池モジュール１を揺れ等に対して安定化させることができる。

【0062】

また、本実施の形態によれば、酸化剤ガス排出管４５は、液体タンク６０に接続されている。このことにより、各燃料電池スタック２１を流れた酸化剤ガス３ｂは、液体タンク６０に排出される。ここで、各燃料電池スタック２１から排出される酸化剤ガス３ｂには、酸化剤極反応により生成された凝縮水も含まれ得る。このため、この凝縮水も、酸化剤ガス３ｂと共に液体タンク６０に排出することができ、各燃料電池スタック２１から排出された凝縮水を、冷却液体３ｃとして液体タンク６０に貯留することができる。また、一般的な燃料電池モジュールでは、各燃料電池スタックから排出された凝縮水は、ヘッダ管に集められ、ヘッダ管を流れるようになっている。これに対して本実施の形態による燃料電池モジュール１では、液体タンク６０がこのヘッダ管の機能を兼ねている。換言すると、冷却液体３ｃを貯留する液体タンク６０と排出された凝縮水が集められるヘッダ管とが一体化している。このことにより、排出された凝縮水が集められるヘッダ管を別途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をより一層小型化することができる。

【0063】

また、本実施の形態によれば、燃料ガス供給管３１、燃料ガス排出管３５、酸化剤ガス供給管４１、酸化剤ガス排出管４５、冷却液体供給管５１及び冷却液体排出管５５のうちの少なくともいずれかは、配管の長さを調整可能な長さ調整機構ＬＡを有している。このため、製造誤差等により各燃料電池スタック２１の寸法や配置間隔が変化した場合であっても、長さ調整機構ＬＡにより各配管の長さを調整することができる。このため、各燃料電池スタック２１と各配管との接続を容易化することができ、燃料電池モジュール１の組み立てを容易化することができる。

【0064】

また、本実施の形態によれば、燃料電池モジュール１は、移動体用の燃料電池モジュール１である。移動体用の燃料電池モジュール１では、大容量の発電出力が要求され、複数の燃料電池スタック２１が用いられる場合がある。また、移動体用の燃料電池モジュール１では、設置スペースの制約から、より一層の小型化が求められる場合がある。本実施の形態による燃料電池モジュール１は、このような移動体用の燃料電池モジュール１として好適に用いることができる。

【0065】

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。

【0066】

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。

【符号の説明】

【0067】

１：燃料電池モジュール、３ａ：燃料ガス、３ｂ：酸化剤ガス、３ｃ：冷却液体、２０：燃料電池スタック群、２１：燃料電池スタック、２２：燃料電池セル、２３ａ：正極端子、２３ｂ：負極端子、２４：第１の燃料電池スタック列、２５：第２の燃料電池スタック列、３１：燃料ガス供給管、３５：燃料ガス排出管、４１：酸化剤ガス供給管、４５：酸化剤ガス排出管、５１：冷却液体供給管、５５：冷却液体排出管、６０：液体タンク、ＬＡ：長さ調整機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】