CN101432917A - Mea部件和高分子电解质型燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供MEA部件和高分子电解质型燃料电池。在本发明的MEA部件(7)中具有：MEA(5)；以及板状的框体(6)，在厚度方向上贯通而形成有阳极气体供给歧管孔(12I)、阴极气体供给歧管孔(13I)、冷却水供给歧管孔(14I)、阳极气体排出歧管孔(12E)、阴极气体排出歧管孔(13E)以及冷却水排出歧管孔(14E)；在框体(6)的冷却水供给歧管孔(14I)的孔壁以及冷却水排出歧管孔(14E)的孔壁中的至少一者上形成有用于吸收水分的吸水部(14I，14E)，在框体(6)的至少一个主面上形成有用于蒸腾水分的蒸腾部(7A，7C)，而且，在框体(6)中连接吸水部(14I，14E)和蒸腾部(7A，7C)而埋设有毛细管构造体(51)。

Description

MEA部件和高分子电解质型燃料电池
技术领域
本发明涉及接合有MEA的MEA部件以及使用该MEA部件的高分子电解质型燃料电池(以下简称为PEFC)。
背景技术
PEFC的发电原理是由催化作用将阳极气体以及阴极气体的成分进行离子化，通过越过高分子电解膜而在阳极气体以及阴极气体之间进行离子交换，发生所谓的电池反应。因此，PEFC具有高分子电解质膜被暴露于阳极气体以及阴极气体中的构造。具体而言，PEFC的单电池(cell)是以如下方式构成的：接合有在高分子电解质的中央部两个面上形成有电极的高分子电解质膜-电极组件(MEA：Membrane-Electrode-Assembly)的MEA部件被夹持于将阴极气体流路沟槽形成于内面的阴极隔板与将阳极气体流路沟槽形成于内面的阴极隔板(以下把两隔板汇总而总称为隔板)之间。而且，由该层叠该单电池而得到的电池堆构成PEFC主体。
使用于该电池反应的上述高分子电解质膜目前一般是使用氟类的高分子膜。可是，一般来说，该氟类的高分子膜虽然在湿润的状态下具有提供给电池反应的氢离子的传导性较高的特征，但是在干燥的状态下氢离子的传导性下降得非常厉害。因此，在PEFC中要求总是使高分子电解质膜处于适当的含水状态。通常被实用化的是通过将被加湿的阳极气体以及阴极气体暴露于高分子电解质膜中从而防止高分子电解质膜的干燥的构成。
为了加湿阳极气体以及阴极气体，在使用PEFC的现有的发电系统中，将加湿装置构成于这些气体的供给系统中。另一方面，近年来，提出了将加湿机构内藏于PEFC的单电池(cell)内或者利用单电池的构成部件而将加湿机构内藏于PEFC主体中的技术(参照专利文献1至专利文献9)。通过使PEFC主体内藏加湿机构，能够实现恰当的加湿，同时可以不需要阳极气体以及阴极气体的供给系统的重整装置，从而能够期待使燃料电池系统的构成小型化。
在这些文献中，在专利文献1至3中，电池反应后的剩余的阴极气体中的以及阳极气体中的水分被使用于对阳极气体以及阴极气体的加湿。即，在这些文献中，公开了把透水性膜作为隔膜而使电池反应前的阳极气体以及阴极气体和电池反应后的阴极气体进行流通的构成。因为电池反应后的阴极气体含有在电池反应中所生成的水分，所以在电池反应前的各个阳极气体以及阴极气体与电池反应后的阴极气体之间进行热交换以及水分的交换，从而分别加湿电池反应前的阳极气体以及阴极气体。该透水性膜具有透水性以及传热性，但需要气体不透过的性质，优选氟类的高分子电解质膜。
另外，在专利文献4至8中，向PEFC主体供给的冷却水等被使用于阳极气体以及阴极气体的加湿。即，在专利文献4中，公开了把透水膜作为隔膜而使电池反应前的阴极气体或者阴极气体和补给水进行流通的构成。利用这样的构成，在电池反应前的阴极气体或者阴极气体的各个和补给水之间进行热交换以及水分的交换，从而分别加湿电池反应前的阳极气体以及阴极气体。另外，在专利文献5至8中，公开了如下构成：由透过水分的多孔体构成隔板，并利用从隔板的外面浸入到隔板内部的水分，以加湿阳极气体流路沟槽内以及阴极气体流路沟槽内的阳极气体以及阴极气体。
在专利文献9中，公开了将加湿室设置于邻接的单电池之间的构造的燃料电池。
专利文献1：日本特开2002-25584号公报
专利文献2：日本特开2004-288583号公报
专利文献3：日本特开2005-267958号公报
专利文献4：日本特开平6-68896号公报
专利文献5：日本特开平6-68884号公报
专利文献6：日本特开平8-250130号公报
专利文献7：日本特开平6-231793号公报
专利文献8：日本特开平6-275284号公报
专利文献9：日本特开2001-185169号公报
发明内容
然而，在专利文献1至4所公开的加湿方法中还有改善的余地。即，由发明者研究知道：以高分子电解质膜那样的透水性膜的水蒸汽透过能力，为了加湿至在电池反应中所需要的湿度，膜的面积变大，因此构成电池堆的部件会大型化，从而就会削弱构成小型化的燃料电池系统的效果。特别是在像车载用的燃料电池系统那样要求燃料电池系统缩减尺寸的用途中，在使PEFC主体更加致密而且小型化方面，即在使其紧凑化的方面，还有改善的余地。
另外，在专利文献5以及6所公开的加湿方法中也还有改善的余地。即，隔板的材料为多孔的碳或者金属，并且隔板表面的细微孔不被堵塞对于向隔板体内的水分的渗入以及在流路沟槽表面上的蒸发来说是必要的条件。另外，在像车载用的PEFC主体那样要求耐振动性以及缩减隔板厚度尺寸的用途中，优选通常的金属制隔板。另外，根据隔板，有时会进行电镀贵金属等的表面处理，从而会堵塞隔板表面的细微孔。因此，在对于任何材质的隔板都能够适用的所谓的通用性的方面还有改善的余地。
专利文献9由于将加湿室构成于邻接的单电池之间，而使流路构成复杂化，同时使气体PEFC主体大型化。即，与专利文献1至4同样，在PEFC主体的紧凑化的方面，还有改善的余地。
本发明是为了解决上述那样的课题而做出的，目的在于提供一种能够吸收、输送、蒸腾水分而且能够紧凑地构成的MEA部件。另外，目的还在于提供一种使用任何材质的隔板都能够加湿和加热阳极气体以及/或者阴极气体而且能够紧凑地构成PEFC主体的PEFC。
发明人对于本发明，鉴于上述情况，研究了除隔板之外的PEFC的构成要素中的对阳极气体以及阴极气体的加湿机构，结果，就保持MEA的框体中的加湿机构的构成进行了研究。
但是，MEA部件的框体是板状的，因此，构成加湿机构的容积受限制。而且，MEA部件的框体为具有密封垫的功能的构造。因此，加湿机构必须能够以较小的容积来加以构成，并且是即使由于框体的弯曲也不会阻断或损伤加湿功能的构造。
因此，本发明人悉心研究了能够以更加小的容积输送更多的水分而且即使被挤压也能够维持加湿功能的加湿机构。其结果是发现了，通过使用具有可曲性的毛细管构造体能够解决这些问题，从而想到本发明。
即，第1本发明的MEA部件具有MEA和板状的框体，该板状的框体通过保持沿着所述MEA的周缘部延伸的高分子电解质膜从而将所述MEA配设于框内，并且在厚度方向上贯通而形成有阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管(manifold)孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔；在所述框体的冷却水供给歧管孔的孔壁以及冷却水排出歧管孔的孔壁中的至少一者上形成有用于吸收水分的吸水部，在所述框体的至少一个主面上形成有用于蒸腾水分的蒸腾部，而且，在所述框体中连接所述吸水部和所述蒸腾部而埋设有毛细管构造体。如此构成之后，冷却水供给歧管孔以及/或者冷却水排出歧管孔的水分通过毛细管构造体的毛细管作用而在框体内流通，并且，毛细管构造体内的水分被MEA的反应热而加热，所以在至少任意一个主面上能够使水分蒸腾。因此，本发明的MEA部件能够吸收、输送、蒸腾水分，并且能够紧凑地进行构成。在此，毛细管构造体是指能够起到亲水性的毛细管作用并且具有可曲性的部件。
第2本发明的MEA部件可以是，所述吸水部以及所述蒸腾部通过使所述毛细管构造体露出于外部而被构成。如此构成之后，能够形成更加简单的构造。
第3本发明的MEA部件可以是，所述蒸腾部被形成于比所述冷却水供给歧管孔以及所述冷却水排出歧管孔更接近于所述MEA的位置。如此构成之后，就能够蒸腾更加多的水分。
第4本发明的MEA部件可以是，具备中心部件、框形的阳极侧部件以及框形的阴极侧部件；所述中心部件具有：平行的一对框形的薄膜；MEA，通过使所述高分子电解质膜的周缘部夹持于所述一对薄膜中而被配设于所述薄膜的框内；所述毛细管构造体，夹持于所述一对薄膜中而被配设；以及密封体，分别将所述高分子电解质膜的周缘部以及所述毛细管构造体的周围分隔开，并且以将所述高分子电解质膜的周缘部、所述毛细管构造体以及所述一对薄膜进行一体化的方式而配设于所述一对薄膜之间；所述框形的阳极侧部件层叠于所述中心部件的一个主面的薄膜上而被配设；所述框形的阴极侧部件层叠于所述中心部件的另一个主面的薄膜上而被配设。如此构成之后，阳极侧部件以及阴极侧部件分别容易进行批量生产，而且，中心部件可以在准备了指定的形状的一对薄膜之后，通过将MEA的周缘部的高分子电解质膜、密封材以及毛细管构造体配置于任一薄膜上，把另一薄膜覆盖于它们上面，并进行热处理，来进行制造。即，可以使MEA部件的批量生产变得容易。
另外，通过对密封部件的固化，从而能够在一道工序中使密封部件、薄膜、MEA的周缘部的高分子电解质膜以及毛细管构造体进行一体化。也就是说，能够使中心部件的制造工序合理化。
第5本发明的MEA部件可以是，所述中心部件、所述阳极侧部件以及所述阴极侧部件分别是不同的部件，在高分子电解质型燃料电池构成状态下，它们通过层叠而被构成。如此构成之后，因为能够省略中心部件、阳极侧部件以及阴极侧部件的一体化工序，所以能够进一步提高MEA部件的批量生产性。
第6本发明的高分子电解质型燃料电池将1个以上的具有权利要求1所述的MEA部件、夹持所述MEA部件的阳极隔板以及阴极隔板的单电池层叠而成；所述阳极隔板在对应于所述MEA的阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔的位置上，分别具有阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔，并且在其内面上具有连接所述阳极气体供给歧管孔和所述阳极气体排出歧管孔的阳极气体流路沟槽；所述阴极隔板在对应于所述MEA的阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔的位置上，分别具有阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔，并且在其内面上具有连接所述阴极气体供给歧管孔和所述阴极气体排出歧管孔的阴极气体流路沟槽；所述阳极气体流路沟槽以及所述阴极气体流路沟槽中的至少一者是以接触于所述MEA的所述蒸腾部的方式形成的。如此构成之后，高分子电解质型燃料电池不管使用怎样的材质的隔板都能够加湿以及加热阳极气体以及/或者阴极气体，并且能够使高分子电解质型燃料电池主体紧凑地构成。
第7本发明的高分子电解质型燃料电池可以是，所述阳极隔板以及所述阴极隔板是金属制的。如此构成之后，可以使高分子电解质型燃料电池更加紧凑地构成。
如上所述，本发明的MEA部件起到了能够吸收、输送、蒸腾水分并且能够紧凑地进行构成的效果。
另外，本发明的PEFC起到了不管使用什么样的材质的隔板都能够加湿以及加热阳极气体以及/或者阴极气体并且能够使高分子电解质型燃料电池主体紧凑地构成的效果。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的PEFC主体的单电池以及电池堆的层叠构造的部分分解斜视图。
图2是表示图1的电池堆的单电池之间的层叠构造的分解斜视图。
图3是图1的MEA部件的阴极隔板侧平面图。
图4是图1的MEA部件的阳极隔板侧平面图。
图5是在图3的A-A线上的单电池组装状态时的截面图。
图6是在图3的B-B线上的单电池组装状态时的截面图。
图7是在图3的C-C线上的单电池组装状态时的截面图。
图8是在图4的D-D线上的单电池组装状态时的截面图。
图9是表示图1的MEA部件的层叠构造的分解斜视图。
图10是图9的MEA部件的阳极侧薄膜的平面图。
图11是表示将密封材涂布于图10的阳极侧薄膜上的状态的平面图。
图12是表示将密封材、MEA以及毛细管构造体配设于图11的阳极侧薄膜上的状态的平面图。
图13是表示图9的MEA部件的中心部件的阴极隔板侧的平面图。
图14是变形例1的MEA部件中的在图3的A-A线上的单电池组装状态时的截面图。
图15是第4实施方式的中心部件的阳极隔板侧平面图。
图16是图15的中心部件的阴极隔板侧平面图。
图17是表示第4实施方式的阳极隔板的内面的平面图。
图18是表示第4实施方式的阴极隔板的内面的平面图。
符号说明
1.高分子电解质膜
2A.阳极侧催化剂层
2C.阴极侧催化剂层
4A.阳极侧气体扩散层
4C.阴极侧气体扩散层
5.膜-电极组件(MEA)
6.框体
6A.阳极侧部件
6B.中心部件
6C.阴极侧部件
7.MEA部件
7A、7C.蒸腾部
9A.阳极隔板
9C.阴极隔板
10.单电池
12I、22I、32I.阳极气体供给歧管孔
12E、22E、32E.阳极气体排出歧管孔
13I、23I、33I.阴极气体供给歧管孔
13E、23E、33E.阴极气体排出歧管孔
14I、24I、34I.冷却水供给歧管孔
14E、24E、34E.冷却水排出歧管孔
15、25、35.螺栓孔
20、30.MEA接触区域
21.阳极气体流路沟槽
26、36.冷却水流路沟槽
31.阴极气体流路沟槽
45A、45C.孔
51.毛细管构造体
52A、52C.薄膜
53.密封材
61.MEA周缘部配设区域
62.毛细管构造体配设区域
92I.阳极气体供给歧管
92E.阳极气体排出歧管
93I.阴极气体供给歧管
93E.阴极气体排出歧管
94I.冷却水供给歧管
94E.冷却水排出歧管
99.电池堆
具体实施方式
以下参照附图就用于实施本发明的最佳实施方式加以说明。
(第1实施方式)
首先，说明本实施方式的PEFC主体的构成。
图1是表示本发明的第1实施方式的PEFC主体的单电池以及电池堆的层叠构造的部分分解斜视图。
如图1所示，在PEFC主体中，层叠多个矩形平板状的单电池(cell)10而得到的电池堆(电池堆)99形成长方体状而构成。电池堆99被用于家庭热电联供系统、电动两轮车、电动汽车、混合动力电动汽车、家电产品、便携式计算机装置、手机、便携式音响设备以及便携式信息终端等的便携式电气装置等的燃料电池系统中。
还有，虽未图示，但是在电池堆99的两端的最外层安装有集电板、绝缘板以及终端板，电池堆99通过从两端由插入螺栓孔15，25，35的紧固螺栓(未图示)和螺母进行紧固连接而构成。
单电池10通过以一对平板状的阳极隔板9A以及阴极隔板9C(把二者总称为隔板)夹持MEA部件7而构成。
在平面视图中，在隔板9A，9C以及MEA部件7的周缘部上，贯通各个主面而穿通有螺栓孔15，25，35、阳极气体供给歧管孔12I，22I，32I、阳极气体排出歧管孔12E，22E，32E、阴极气体供给歧管孔13I，23I，33I、阴极气体排出歧管孔13E，23E，33E、冷却水供给歧管孔14I，24I，34I以及冷却水排出歧管孔14E，24E，34E。阳极气体供给歧管孔12I，22I，32I以及阳极气体排出歧管孔12E，22E，32E分别在电池堆99中连通，从而形成阳极气体供给歧管92I以及阳极气体排出歧管92E。另外，同样，阴极气体供给歧管孔13I，23I，33I以及阴极气体排出歧管孔13E，23E，33E分别在电池堆99中连通，从而形成阴极气体供给歧管93I以及阴极气体排出歧管93E。再有，同样，冷却水供给歧管孔14I，24I，34I以及冷却水排出歧管孔14E，24E，34E分别在电池堆99中连通，从而形成冷却水供给歧管94I以及冷却水排出歧管94E。
隔板9A，9C是由导电性材料构成的。在单电池10组装状态时，阳极隔板9A的内面的MEA接触区域20接触于MEA5的阳极侧气体扩散层4A，阴极隔板9C的内面的MEA接触区域30接触于MEA5的阴极侧气体扩散层4C。因此，因为隔板9A，9C是由导电性材料构成的，所以能够经由隔板9A，9C把在MEA5中所产生的电能取出至外部。
另外，在阳极隔板9A的内面上，连结阳极气体供给歧管孔22I和阳极气体排出歧管孔22E之间而形成有阳极气体流路沟槽21。阳极气体流路沟槽21在MEA接触区域20的大致整个面上形成为蜿蜒(serpentine)状。同样，在阴极隔板9C的内面上，以连结阴极气体供给歧管孔33I和阴极气体排出歧管孔33E之间的方式形成有阴极气体流路沟槽31。阴极气体流路沟槽31在MEA接触区域30的大致整个面上形成为蜿蜒状。由此，在单电池10组装状态的时候，在MEA部件7和阳极隔板9A之间构成了连结阳极气体供给歧管孔22I和阳极气体排出歧管孔22E而延伸的阳极气体流路。另外，在MEA部件7和阴极隔板9C之间构成了连结阴极气体供给歧管孔33I和阴极气体排出歧管孔33E而延伸的阴极气体流路。再有，在阳极气体流路沟槽21中流通的阳极气体能够较宽广地扩散并流入到阳极侧气体扩散层4A中，在阴极气体流路沟槽31中流通的阴极气体能够较宽广地扩散并流入到阴极侧气体扩散层4C中。
另外，图2是表示图1的电池堆的单电池之间的层叠构造的分解斜视图。如图2所示，在阳极隔板9A的外表面上，以连结冷却水供给歧管孔24I和冷却水排出歧管孔24E之间的方式形成有冷却水流路沟槽26。冷却水流路沟槽26在MEA接触区域20的背部的整个面上成蜿蜒状形成。同样，在阴极隔板9C的外表面上，以连结冷却水供给歧管孔34I和冷却水排出歧管孔34E之间的方式形成有冷却水流路沟槽36。冷却水流路沟槽36在MEA接触区域30的背部的整个面上成蜿蜒状地形成。另外，在电池堆99中，形成为冷却水流路沟槽26和冷却水流路沟槽36相接合。即，在单电池10层叠状态的时候，冷却水流路沟槽26，36被一体化，并在被层叠的单电池10彼此的层叠面之间构成连结冷却水供给歧管孔24I，34I和冷却水排出歧管孔24E，34E而延伸的冷却水流路。
以下说明MEA部件7。
图3是图1的MEA部件的阴极隔板侧平面图，图4是图1的MEA部件的阳极隔板侧平面图。
如图3以及图4所示，MEA部件7在平面视图中具有中心部的MEA5和周缘部的框体6被构成，螺栓孔以及歧管孔贯通框体6而形成。
在此，框体6至少在表面上具有弹性体。因此，在配设于阳极隔板9A以及阴极隔板9C之间的MEA部件7中，框体6发挥密封垫的功能。
在MEA部件7的阴极隔板侧的面上，在阴极气体供给歧管孔13I和MEA5之间的区域内形成有蒸腾部7C，而使毛细管构造体51露出于外部。由此，阴极隔板9C的阴极气体流路沟槽31从阴极气体供给歧管孔33I向MEA接触区域30延伸，所以在单电池10组装状态的时候，这个区间的阴极气体流路沟槽31与阴极侧蒸腾部7C相接触。
同样，如图4所示，在MEA部件7的阳极隔板侧的面上，在阳极气体供给歧管孔12I和MEA5之间的区域内形成有蒸腾部7A，而使毛细管构造体51露出于外部。由此，因为阳极隔板9A的阳极气体流路沟槽21从阳极气体供给歧管孔22I向MEA接触区域20延伸，所以在单电池10组装状态的时候，这个区间的阳极气体流路沟槽21与阳极侧蒸腾部7A相接触。
图5是在图3的A-A线上的单电池组装状态时的截面图。图6是在图3的B-B线上的单电池组装状态时的截面图。图7是在图3的C-C线上的单电池组装状态时的截面图。图8是在图4的D-D线上的单电池组装状态时的截面图。
如图5至图8所示，MEA5具有高分子电解质膜1和层叠于其两个面上而构成的一对电极而构成。具体为，MEA5是通过具有由被认为选择性地透过氢离子的离子交换膜构成的高分子电解质膜1以及在高分子电解质膜1的周缘部的内侧的部分的两面上形成的一对电极层而构成的。电极层是通过具备以担载有铂族金属催化剂的碳粉末为主成分的一对阳极侧催化剂层2A以及阴极侧催化剂层2C以及配设于该一对催化剂层2A，2C的外表面的一对阳极侧气体扩散层4A以及阴极侧气体扩散层4C而构成的。在此，气体扩散层4A，4C具有多孔构造以使其同时具备通气性和电子传导性。即，阴极侧催化剂层2C以及阴极侧气体扩散层4C构成阴极电极，阳极侧催化剂层2A以及阳极侧气体扩散层4A构成阳极电极。
在此，对于高分子电解质膜1，优选是由全氟磺酸构成的膜。例如例示有DuPont公司制的Nafion(注册商标)膜。并且，通常，MEA5是通过利用依次涂布、转印等的方法在高分子电解质膜上形成催化剂层2A，2C以及气体扩散层4A，4C而制造。或者，也可以利用如此制造的MEA5的市售品。
以下说明本发明的主要部分MEA部件7的框体6的构造。
如图5至图8所示，在框体6中埋设了毛细管构造体51。具体为，毛细管构造体51在MEA部件7的平面方向(平行于主面的方向)上由密封材(密封体)53隔开，并且在MEA部件7的厚度方向上，被板状的阴极侧部件6C和阴极侧薄膜52C以及阳极侧部件6A以及阳极侧薄膜52A覆盖。
毛细管构造体51是指能够起到亲水性的毛细管作用并且具有可曲性的部件。一般来说是具有植物纤维、金属纤维、碳纤维或者合成纤维的部件，以细绳或者无纺布的形态构成的。另外，毛细管构造体51具有与高分子电解质膜1相同程度的厚度。在毛细管构造体中使用几个μm程度的极其细的纤维。由此，能够将毛细管构造体51的厚度加工得较薄至与高分子电解质膜1相同程度即直至几十μm程度为止。
于是，如图5所示，在形成于阴极侧部件6C以及阴极侧薄膜52C上的孔45C的底部露出毛细管构造体51，从而构成蒸腾部7C。并且，阴极隔板9C的阴极气体流路沟槽31与MEA部件7的蒸腾部7C相接触。
如图6以及图7所示，毛细管构造体51在冷却水供给歧管孔14I的孔壁(吸水部)以及冷却水排出歧管孔14E的孔壁(吸水部)上露出于外部。即，在冷却水供给歧管孔14I以及冷却水排出歧管孔14E中形成有吸水部。
如图8所示，在形成于阳极侧部件6A以及阳极侧薄膜52A的孔45A的底部，露出毛细管构造体51从而构成蒸腾部7A。并且，阳极隔板9A的阳极气体流路沟槽21与蒸腾部7A相接触。
因此，埋设在密封垫6内的毛细管构造体51能够由毛细管作用把从吸水部(冷却水供给歧管孔14I以及冷却水排出歧管孔14E)吸收的水分输送至蒸腾部7A，7C，并能够由MEA5的反应热在蒸腾部7A，7C中使水分蒸腾至阳极气体流路沟槽21以及阴极气体流路沟槽31内。
以下将对本实施方式的MEA部件7的框体6的构造作详细说明。
图9是表示图1的MEA部件的层叠构造的分解斜视图。
如图9所示，框体6是通过具有密封材53、毛细管构造体51、薄膜52A，52C、阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C而构成的。
以下将MEA部件7的框体6的构造分成阳极侧部件6A、中心部件6B以及阴极侧部件6C这样3个部件来加以说明。
首先，说明中心部件6B的构造。为了便于说明，分成图10至图13的4个分解图来加以说明。
图10是图9的MEA部件的阳极侧薄膜的平面图。
如图10所示，阳极侧薄膜52A为框形，具有矩形的外形，并在中央处形成有开口部6W。
开口部6W形成为这样的框形：能够露出MEA5，并且在配置MEA5的时候，沿着MEA5的周缘部延伸的高分子电解质膜1在开口部6W的周缘整周上与薄膜52A重叠。还有，后述的阴极侧薄膜52C、阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C也被形成为具有开口部6W的框形。
另外，在开口部6W的周围，在厚度方向上贯通而形成有螺栓孔15，25，35以及各种歧管孔12I，12E，13I，13E，14I，14E。并且，在阳极气体供给歧管孔12I和开口部6W之间的区域中形成了阳极侧的孔45A。
在此，对于薄膜52A，优选为具有防水性、具有单电池10的发热温度以上的耐热性并且相对于水、阳极气体以及阴极气体物性稳定的材质。例如优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)以及聚醚酰亚胺(PEI)等所谓的工程用塑料薄膜。薄膜52A具有与催化剂层2A相同程度的厚度(参照图5至图8)。
图11是表示将密封材涂布于图10的阳极侧薄膜上的状态的平面图。
如图11所示，密封材53通过丝网印刷而在薄膜52A上被涂布成与高分子电解质膜1基本同等的厚度(参照图5至图8)。
除了MEA周缘部配设区域61以及毛细管构造体配设区域62以外，密封材53被配设于薄膜52A的整个面上。即，密封材53分别隔开高分子电解质膜1的周缘部以及毛细管构造体51的周围，并且以使高分子电解质膜1的周缘部、毛细管构造体51以及一对薄膜52A，52C一体化的方式被配设于一对薄膜52A，52C之间。再有，在此被配设成填埋一对薄膜52A，52C之间的空间。即，是包围螺栓孔15和阳极气体供给歧管孔12I、阳极气体排出歧管孔12E、阴极气体供给歧管孔13I以及阴极气体排出歧管孔的周围而进行配设的。在没有配设密封材53的凹部形成了MEA周缘部配设区域61以及毛细管构造体配设区域62。
在此，密封材53是通过被涂布于薄膜52A上而进行配设的。
MEA周缘部配设区域61在平面视图中在开口部6W的周围，形成为能够容纳沿着MEA5周缘部延伸的高分子电解质膜1。另外，高分子电解质膜1配设成隔开中心部件6B的两面，所以MEA周缘部配设区域61沿着开口部6W的外周形成为环状。因此，MEA周缘部配设区域61是根据沿着MEA5周围延伸的高分子电解质膜1的形状以及开口部6W的形状来决定的。
接着，毛细管构造体配设区域62是由密封材53隔开与MEA周缘部配设区域61之间而被形成的。在此，沿着MEA周缘部配设区域61的外周将密封材53涂布成为环状。并且，沿着该环状的密封材的外周将毛细管构造体配设区域62形成为环状。由此，能够防止毛细管构造体51的水分漏到MEA5内部。
另外，毛细管构造体配设区域62是通过分别包围冷却水供给歧管孔14I以及冷却水排出歧管孔14E二者而形成的。由此，可以在冷却水供给歧管孔14I以及冷却水排出歧管孔14E的孔壁上形成吸水部。
另外，吸水部可以被形成于冷却水供给歧管孔14I以及冷却水排出歧管孔14E中的至少一者上。因此，毛细管构造体配设区域62可以面向冷却水供给歧管孔14I以及冷却水排出歧管孔14E中的至少一者而形成。
而且，毛细管构造体配设区域62是通过把薄膜52A的孔45A包含于区域内而形成的。由此，可以在孔45A的位置上露出毛细管构造体51而形成蒸腾部7A。
对于密封材53，优选为具有防水性、具有单电池10的发热温度以上的耐热性且对于水、阳极气体以及阴极气体化学稳定的材质。例如优选乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)等的弹性体。
图12是表示将密封材、MEA以及毛细管构造体配设于图11的阳极侧薄膜上的状态的平面图。
如图12所示，在薄膜52A上的MEA周缘部配设区域61以及毛细管构造体配设区域62上分别配设有MEA5以及毛细管构造体51。
MEA5是使电极层4A，4C位于开口部6W中并使高分子电解质膜1的周缘部容纳于MEA周缘部配设区域61中来进行配置的。
毛细管构造体51是通过被容纳于毛细管构造体配设区域62中而进行配设的。在此，在薄膜52A的阳极侧的孔45A中露出毛细管构造体51。
图13是表示图9的MEA部件的中心部件的阴极隔板侧的平面图。
如图13所示，阴极侧薄膜52C覆盖密封材53、MEA5的周缘部以及毛细管构造体51而被配置于中心部件6B中。并且，配置有阴极侧薄膜52C的中心部件6B经热处理而使内部的密封材53固化。通过热处理，密封材53在分别与薄膜52A，52C、MEA5的周缘部的高分子电解质膜1以及毛细管构造体51相接合的同时被固化，所以中心部件6B被一体化。
在此，阴极侧薄膜52C为框形，且具有矩形的外形，在中央处形成有开口部6W。另外，在开口部6W的周缘部，在厚度方向贯通而形成有螺栓孔15，25，35以及各种歧管孔12I，12E，13I，13E，14I，14E。
另外，在薄膜52C上，在与毛细管构造体51相接触的位置上形成有阴极侧的孔45C。由此，在孔45C的位置上，可以露出毛细管构造体51从而形成蒸腾部7C。具体是，在阴极气体供给歧管孔13I和开口部6W之间的区域中形成阴极侧的孔45C。
在此，适合于阴极侧薄膜52C的薄膜与适合于阳极侧薄膜52的薄膜相同。另外，薄膜52C具有与催化剂层2C相同程度的厚度。
如上所述，中心部件6B具有平行的一对框形的薄膜52A，52C。并且，将高分子电解质膜1的周缘部夹持于一对薄膜52A，52C中从而把MEA5配设于薄膜52A，52C的框内。另外，在一对薄膜52A，52C中夹持着毛细管构造体51。而且，密封材53以分别隔开高分子电解质膜1的周缘部以及毛细管构造体51的周围并且使高分子电解质膜1的周缘部、毛细管构造体51以及一对薄膜52A，52C一体化的方式，配设于一对薄膜52A，52C之间。
接着，对于阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C，优选分别是平板状的弹性体，并且是具有单电池10的发热温度以上的耐热性的材质。由此，能够在PEFC主体的紧固负荷下确保良好的密封性。
还有，对于阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C而言，优选是对于水以及阳极气体化学稳定的材质。具体而言，氟橡胶以及热塑性弹性物质作为阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C的材质是合适的。作为热塑性弹性物质，可以例示聚烯烃类热塑性弹性物质サントプレン8101-55(Advanced Elasotomer System公司制)。
阳极侧部件6A具有与阳极侧薄膜52A相同的平面形状。即，如图10所示，在中央处形成有开口部6W，在开口部6W的周围，在厚度方向上贯通而形成有螺栓孔15，25，35以及各种歧管孔12I，12E，13I，13E，14I，14E。并且，在与薄膜52A的孔45A相连通的位置上，在阳极侧部件6A上也形成有孔45A。
同样，阴极侧部件6C具有与阴极侧薄膜52C相同的平面形状。即，如图13所示，在中央处形成有开口部6W，在开口部6W的周围，在厚度方向上贯通而形成有螺栓孔15，25，35以及各种歧管孔12I，12E，13I，13E，14I，14E。并且，在与薄膜52C的孔45C相连通的位置上，在阴极侧部件6C上也形成有孔45C。
根据这样的构成，蒸腾部7A是通过在连通阳极侧部件6A以及阳极侧薄膜52A而形成的阳极侧的孔45A的底部使毛细管构造体51露出于外部而构成的。同样，蒸腾部7C是通过在连通阴极侧部件6C以及阴极侧薄膜52C而形成的阴极侧的孔45C的底部使毛细管构造体51露出于外部而构成的。
在此，蒸腾部7A，7C是比冷却水供给歧管孔14I以及却水排出歧管孔14E更加接近于MEA周缘部配设区域61而形成的。根据这样的构造，蒸腾部7A，7C的水分被MEA5的反应热进一步加热，所以能够使更多的水分蒸腾。在此，蒸腾部7A，7C被形成于阳极气体供给歧管孔12I和开口部6W之间的区域以及阴极气体供给歧管孔13I和开口部6W之间的区域中。
还有，阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C的外部面构成为，能够分别与阳极隔板9A以及阴极隔板9C的内面紧密结合。即，在此，阳极隔板9A以及阴极隔板9C的内面是平面状的，所以阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C的外表面形成为分别位于与MEA5的气体扩散层4A，4C相同的平面上。具体为，阳极侧部件6A构成为与阳极侧气体扩散层4A同等的厚度，阴极侧部件6C构成为与阴极侧气体扩散层4C同等的厚度。或者，在将隔板9A，9C的MEA接触区域20，30形成得高出于隔板9A，9C的内面一级的情况下，阳极侧部件6A也可以构成为比阳极侧气体扩散层4A厚MEA接触区域20的阶梯差部分，阴极侧部件6C也可以构成为比阴极侧气体扩散层4C厚MEA接触区域30的阶梯差部分。由此，在单电池10组装状态的时候，气体扩散层4A，4C与阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C均等地与隔板9A，9C相接触而被挤压，所以能够抑制阳极气体、阴极气体或者冷却水向外部或者向流路外的泄漏。
根据这样的MEA部件7的构造，阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C分别能够批量生产，而且，中心部件6B可以通过如下万法制造：在准备了指定的形状的一对薄膜52A，52C之后，将MEA5的周缘部的高分子电解质膜1、密封材53以及毛细管构造体51配置于任意的一个薄膜52A，52C上，再在它们之上覆盖另一薄膜52A，52C，进行热处理。即，能够容易地对MEA部件7进行批量生产。
另外，中心部件6B可以按照图10至图13的工序进行制作。因此，通过使密封材固化，可以以一道工序使中心部件6B的构成要素一体化，所以能够将中心部件6B的制造工序进行合理化。
而且，MEA部件7是分别将阳极侧部件6A、中心部件6B以及阴极侧部件6C的3个部件作为不同的部件来构成的。即，在单电池10组装的时候，层叠这些部件并且使之紧密结合从而作为MEA部件7被一体化。具体是，在单电池10组装的时候，阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C分别层叠于中心部件6B的薄膜52A，52C上而被配设。因此，通过分别使这些部件6B，6A，6C为不同的部件，能够省略中心部件6B、阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C的一体化工序，所以能够进一步提高MEA部件的批量生产性。
以下参照图1就如上所述构成的电池堆99的运转工作加以说明。
首先，分别向阳极气体供给歧管92I供给阳极气体，向阴极气体供给歧管93I供给阴极气体。
阳极气体从各个阳极气体供给歧管孔22I分别向阳极流路沟槽21进行分支而流通。同样，阴极气体从各个阴极气体供给歧管孔33I分别向阴极流路沟槽31进行分支而流通。各个气体在各个供给歧管92I，93I中由PEFC的电池反应热而被预热。
另外，冷却水从各个冷却水供给歧管孔24I，34I分别向冷却水流路沟槽26进行分支而流通。
另外，冷却水的一部分在冷却水供给歧管孔14I或者冷却水排出歧管孔14E的孔壁上浸入到毛细管构造体51中。于是，在毛细管构造体51中进行传递从而到达蒸腾部7A，7C。
在此，在单电池10发电运转的时候，在MEA5中的电池反应的反应热经由高分子电解质膜1、密封材53、薄膜52A，52C、阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C中的至少一个部件而传递到毛细管构造体51，所以浸入到毛细管构造体51的水分被加热。而且，蒸腾部7A，7C被构成在比冷却水供给歧管孔14I和冷却水排出歧管孔14E更加接近于MEA5的位置上，所以在蒸腾部7A，7C上能够蒸腾更多的水分。
并且，阳极气体流路沟槽21内的阳极气体在从阳极气体供给歧管孔22I到MEA接触区域20为止的区间的阳极气体流路沟槽21中，由从蒸腾部7A蒸腾出来的水分加湿以及加热。同样，阴极气体流路沟槽31内的阳极气体也是在从阴极气体供给歧管孔33I到MEA接触区域30为止的区间的阴极气体流路沟槽31中，由从蒸腾部7C蒸腾出来的水分加湿以及加热。
阳极气体到达了MEA接触区域20的阳极流路沟槽21后，阳极侧气体扩散层4A被暴露于阳极气体中。阳极气体在扩散至阳极侧气体扩散层4A内的同时透过阳极侧气体扩散层4A，从而到达阳极侧催化剂层2A(参照图8)。同样，阴极气体到达了MEA接触区域30的阴极流路沟槽31后，阴极侧气体扩散层4C被暴露于阴极气体中。阴极气体在扩散至阴极侧气体扩散层4C内的同时透过阴极侧气体扩散层4C，从而到达阴极侧催化剂层2C(参照图5)。
在此，经由阳极隔板9A、阴极隔板9C、集电板(未图示)以及外部的电气回路(未图示)而构成阳极侧催化剂层2A和阴极侧催化剂层2C的电连接回路之后，进行阳极气体和阴极气体的电化学反应，从而在阴极侧电极以及阴极气体流路沟槽31中生成水，同时产生热和电。
并且，剩余的阳极气体被排出到连接于阳极流路沟槽21的阳极气体排出歧管孔22E中，并从阳极气体排出歧管92E向外部排出。同样，剩余的阴极气体被排出到连接于各个阴极流路沟槽31的阴极气体排出歧管孔33E，并从阴极气体排出歧管93E向外部排出。再有，冷却水被排出至连接于冷却水流路沟槽26，36的冷却水排出歧管孔24E，34E，并从冷却水排出歧管94E向外部排出。
(第2实施方式)
第2实施方式的MEA部件除了省略了阴极侧薄膜52C以及阴极侧部件6C的孔45C这一点之外，其余的构造与第1实施方式的MEA部件7相同(参照图9)。
即，在第2实施方式的MEA部件中，不形成阴极隔板9C侧的蒸腾部7C，而形成阳极隔板9A侧的蒸腾部7A。因此，在单电池10中形成冷却水不用于阴极气体的加湿以及加热的构造，而形成由阳极隔板9A侧的蒸腾部7A用于阳极气体流路沟槽21的阳极气体的加湿以及加热的构造。
(第3实施方式)
第3实施方式的MEA部件除了省略了阳极侧薄膜52A以及阳极侧部件6A的孔45A这一点之外，其余的构造与第1实施方式的MEA部件7相同(参照图9)。
即，在第3实施方式的MEA部件中，不形成阳极隔板9A侧的蒸腾部7A，而形成阴极隔板9C侧的蒸腾部7C。因此，在单电池10中形成冷却水不被使用于阳极气体的加湿以及加热的构造，而形成由阴极隔板9C侧的蒸腾部7C用于阴极气体流路沟槽31的阴极气体的加湿以及加热的构造。
在此，本发明的MEA部件可以是，在冷却水供给歧管孔14I的孔壁以及冷却水排出歧管孔14E的孔壁中的至少一者上形成吸水部，在MEA部件的至少一个主面上形成蒸腾部，并且以连接吸水部以及蒸腾部的方式而埋设毛细管构造体51。例如，本实施方式的MEA部件7可以形成下述的变形例1那样的构造。
[变形例1]
图14是在变形例1的MEA部件中的在图3的A-A线上的单电池组装状态时的截面图。
变形例1是将MEA部件7的框体6的构造进行了变形。也就是说，是省略了中心部件6B的密封材53以及薄膜52A，52C并由阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C夹持毛细管构造体51的构造。
在此，阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C是夹持沿着MEA5的周缘部延伸的高分子电解质膜1并且阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C彼此也接合而构成的。因此，MEA部件7成为了一体构造。
在阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C中使用サントプレン8101-55(Advanced Elasotomer System公司制)那样的热塑性弹性物质。
如图14所示，阳极侧部件6A的内面侧的平面形状是通过使毛细管构造体配设区域62和MEA周缘部配设区域61分别凹陷其厚度的程度或者其一半的程度来形成的。
阴极侧部件6C的内面侧的平面形状被构成为，夹持容纳于毛细管构造体配设区域62内的毛细管构造体51和配设于MEA周缘部配设区域61中的高分子电解质膜1的周缘部，并与阳极侧部件6A相接合。
变形例1的MEA部件可以由如下的方法制造。
在第1工序中，通过使用上下分割的模具(未图示)的注塑成形，从而制作阳极侧部件6A。在上侧的模具中，毛细管构造体配设区域62和MEA周缘部配设区域61成为凸部而形成。由此，如图14所示，阳极侧部件6A的内面侧的平面形状通过使毛细管构造体配设区域62和MEA周缘部配设区域61分别凹陷其厚度的程度或者凹陷其一半的程度来形成。
然后，在第2工序中，拆卸上侧的模具，将高分子电解质膜1的周缘部配设于阳极侧部件6A的MEA周缘部配设区域61上，并将毛细管构造体51配设于阳极侧部件6A的毛细管构造体配设区域62上。
然后，在第3工序中，形成阴极侧部件6C的形状的模具(未图示)被接合于阳极侧部件6A的上侧，从而通过注塑成形来制作阴极侧部件6C。此时，利用注塑成形时的热和压力，阴极侧部件6C与阳极侧部件6A、毛细管构造体51以及高分子电解质膜1进行热压合。即，MEA部件7被一体化制作。
另外，优选除了蒸腾部7A，7C而在毛细管构造体51的两个主面上接合薄膜。即，因为可以防止在阳极侧部件6A或者阴极侧部件6C注塑成形时热塑性弹性物质向毛细管构造体51内的浸入，所以可以防止由于向毛细管构造体51内部分浸入热塑性弹性物质而引起的毛细管构造体51的吸水能力的下降。
这一系列的工序可以通过使用滑块模具或者旋转模具而在一个成形机内连续进行第1工序至第3工序。由此，可以进一步简化工序，可以进一步提高MEA1的批量生产性。
最后，将催化剂层2A，2C以及气体扩散层4A，4C形成于开口部6W内的高分子电解质膜1上，从而制作MEA5。
(第4实施方式)
第4实施方式是仅第1实施方式的MEA部件7的平面形状不同的实施方式。因此，由于其它的构成与第1实施方式相同，所以只对在MEA部件7的平面形状中与第1实施方式不同的点加以说明。
图15是第4实施方式的中心部件的阳极隔板侧平面图。图16是图15的中心部件的阴极隔板侧平面图。图17是表示第4实施方式的阳极隔板的内面的平面图。图18是表示第4实施方式的阴极隔板的内面的平面图。在图15至图18中，与图1至图9相同或者相当的构造上标注相同的符号。
如图15至图18所示，阳极气体供给歧管孔12I，22I，32I、阳极气体排出歧管孔12E，22E，32E、阴极气体供给歧管孔13I，23I，33I、阴极气体排出歧管孔13E，23E，33E、冷却水供给歧管孔14I，24I，34I以及冷却水排出歧管孔14E，24E，34E被配设于开口部6W的侧方的两旁边。在此，构成为阳极气体和阴极气体以MEA5为隔膜相对流动。也就是说，构成为：阳极气体供给歧管孔12I，22I，32I和阴极气体排出歧管孔13E，23E，33E位于开口部6W的一个侧方，而阳极气体排出歧管孔12E，22E，32E和阴极气体供给歧管孔13I，23I，33I位于开口部6W的另一个侧方。
如图15以及图16所示，在MEA部件7的中心部件6B中，毛细管构造体51被配设于这些歧管孔和开口部6W之间。并且，如图15以及图17所示，阳极侧的蒸腾部7A在阳极气体供给歧管孔12I和MEA5之间，被形成于与阳极气体隔板9A的阳极气体流路沟槽21相接触的区域中。同样，如图16以及图18所示，阴极侧的蒸腾部7C在阴极气体供给歧管孔13I和MEA5之间，被形成于与阴极气体隔板9C的阴极气体流路沟槽31相接触的区域中。
并且，如图17以及图18所示，在阳极隔板9A以及阴极隔板9C上，阳极气体流路沟槽21以及阴极气体流路沟槽31分别在从阳极气体供给歧管孔22I以及阴极气体供给歧管孔33I直至MEA接触区域20，30为止的区间中形成格子状的流路沟槽，并且，该区间在平面视图中形成为朝着MEA接触区域20，30的侧端展宽的扇形的形状。在MEA接触区域20，30中，以连结MEA接触区域20，30的侧端彼此的方式平行地形成了多条流路沟槽。在从MEA接触区域20，30直至阳极气体排出歧管22E以及阴极气体排出歧管33E为止的区间中，成格子状地形成流路沟槽，并且，该区间在平面视图中形成为朝着阳极气体排出歧管22E以及阴极气体排出歧管33E缩小的扇形的形状。
由此，在单电池10组装状态的时候，蒸腾部7A，7C分别与从阳极气体供给歧管22I以及阴极气体供给歧管33I直至MEA接触区域20，30为止的区间的阳极气体流路沟槽21以及阴极气体流路沟槽31相接触。于是，与第1实施方式同样，可以进行对阳极气体以及阴极气体的加湿以及加热。
以上，如第1至第4实施方式中所示的那样，本发明的MEA部件7在框体6的冷却水供给歧管孔14I的孔壁以及冷却水排出歧管孔14E的孔壁中的至少一者上形成吸收水分的吸水部，并且，在框体6的阴极隔板9C侧的面以及阳极隔板9A侧的面中的至少一者上形成蒸腾水分的蒸腾部7A，7C，而且，在框体6的体内埋设连结吸水部14I，14E和蒸腾部7A，7C的毛细管构造体51。根据如此的构成，冷却水供给歧管孔14I以及/或者冷却水排出歧管孔14E的水分通过毛细管构造体51的毛细管作用而在框体6内流通，并且，毛细管构造体51内的水分由MEA5的反应热而被加热，所以在阳极隔板9A侧的面以及/或者阴极隔板9C侧的面上蒸腾水分。因此，MEA部件7可以吸收、输送、蒸腾水分。
另外，蒸腾部7A，7C不需要现有的MEA部件的框体面部的扩大就可以得以确保，所以可以使MEA部件7紧凑地构成。
再有，MEA部件7不限于相对于金属制等的隔板材质而可以相对于广泛的各种各样的材质的隔板都适用。因此，本发明的PEFC无论使用怎样的材质的隔板都可以加湿以及加热阳极气体以及/或者阴极气体，并且可以使PEFC主体紧凑地构成。
特别地，金属制的隔板与其它材质的隔板相比较，可以使厚度变薄，所以通过使隔板9A，9C为金属制的，从而可以更紧凑地构成PEFC主体。
还有，作为本发明来说，上述的实施方式是一个例子，在不损害本发明的宗旨的范围内可以有各种各样的变更，本发明并不限于上述的实施方式。例如，在第1实施方式中，根据阳极气体流路沟槽21以及阴极气体流路沟槽31决定MEA部件7的蒸腾部21，31的位置，但是也可以在决定了蒸腾部21，31的位置之后，根据蒸腾部21，31的位置而以使其经由与蒸腾部7A，7C相接触的区域的方式来形成阳极气体流路沟槽21以及阴极气体流路沟槽31。
另外，MEA部件7的吸水部或者蒸腾部也可以不使毛细管构造体51露出而构成。例如，也可以在蒸腾部7A，7C、冷却水供给歧管孔14I的孔壁或者冷却水排出歧管孔14E的孔壁上，由透水性物质、例如多孔物质覆盖毛细管构造体51的表面来构成。或者也可以将透水性物质嵌入到构成蒸腾部7A，7C的孔45A，45C中来构成。
实施例
在此，说明使用了采用第1至第3实施方式的MEA部件而构成的电池堆99的本发明的PEFC的实施例和采用现有的MEA部件而构成的比较例。
[实施例1]
如下制作第1实施方式的MEA部件7。
对于MEA5，使用了Japan Gore-Tex Inc.制的“PRIMEA(注册商标)5561”。由催化剂层2A，2C以及气体扩散层4A，4C构成的电极的平面面积分别为500cm2。
在阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C中使用了氟橡胶的片材。并且，通过冲切加工形成了孔45A，45C、开口部6W以及各种歧管孔42I，42E，43I，43E，44I，44E。
对于薄膜52A，52C来说，使用了厚度为10μm的PEN制薄膜(帝人DuPont公司制Teonex(注册商标)Q51)。
对于密封材53来说，采用了粘度经过适当调整并经过溶剂稀释的EPDM。在150℃下热处理MEA部件7而固化EPDM。
毛细管构造体51是按指定的形状切断由直径为3μm的聚丙烯腈(PAN)纤维构成的厚度为30μm的无纺布(日本Vilene株式会社制试制品)而制得的。
使用该MEA部件7、隔板9A，9C而组装电池堆99，从而进行发电运转。
隔板9A，9C是通过冲压加工PEFC用耐蚀高导电不锈钢板(住友金属株式会社制试制品)来制得的。
在电池堆99中层叠400级的单电池10。
不加以预热而分别在大气温度下，以1,000升/分的流量向电池堆99供给干燥了的氢气作为阳极气体，以5,000升/分的流量向电池堆99供给干燥空气作为阴极气体。另外，在70℃的温度下以189升/分的流量供给冷却水。然后，以每个单电池的电压为0.65V、电流密度为0.8A/cm2进行发电运转。即，将电池堆99以(0.65×400)×(0.8×500)＝104,000W的电输出进行发电运转。
其结果，从电池堆99排出的冷却水的温度为73.2℃。
另外，经过5000小时连续发电运转之后，电池堆99的输出电压的下降率为每1000小时1.5mV。没有看到被认为由于加湿不足而引起的发电能力的劣化。
[实施例2]
制作除了不形成阴极侧的蒸腾部7C这一点之外其余都与实施例1相同的构造的MEA部件、即第2实施方式的MEA部件。于是，采用该MEA部件并使用与实施例1相同的隔板9A，9C而组装电池堆，从而进行与实施例1同样的发电运转。但是，在实施例2的MEA部件中没有给阴极气体加湿以及加热的功能，所以把阴极气体的空气加湿以及加热到露点72℃来供给。
其结果，从电池堆99排出的冷却水的温度为78.9℃。
[实施例3]
制作除了不形成阳极侧的蒸腾部7A这一点之外其余都与实施例1相同的构造的MEA部件、即第3实施方式的MEA部件。然后，采用该MEA部件并使用与实施例1相同的隔板9A，9C而组装电池堆，从而进行与实施例1同样的发电运转。但是，在实施例3的MEA部件中没有给阳极气体加湿以及加热的功能，所以把阳极气体的氢气加湿以及加热到露点72℃来供给。
其结果，从电池堆99排出的冷却水的温度为74.2℃。
[比较例]
制作除了不形成阳极侧部件6A以及阴极侧部件6C的蒸腾部7A，7C这一点、以及不埋设纱布条(wick)51而仅仅将密封材53配设于薄膜52A，52C之间这一点之外与实施例1相同的构造的MEA部件、即与现有相同的构成的MEA部件。然后，采用该MEA部件并使用与实施例1相同的隔板9A，9C而组装电池堆，从而进行与实施例1同样的发电运转。但是，在比较例的MEA部件中没有给阳极气体以及阴极气体加湿以及加热的功能，所以分别把阳极气体的氢气以及把阴极气体的空气加湿以及加热到露点72℃来供给。
其结果，从电池堆排出的冷却水的温度为80℃。
从实施例2以及比较例的结果可以验证阳极气体的加湿状况。即，实施例2的排出冷却水温度和比较例的排出冷却水温度的温度差ΔT2＝80-78.9＝1.1℃是由于被使用于阳极气体的加湿的水的汽化热所产生的。也就是说，水的潜热是2,257kJ/kg，所以在阳极气体中气化的水分的量为4.19J×189kg/min.×1.1℃/2,257＝0.386kg/min.。该水分量的水蒸汽的大气压下的体积为386g×22.4×10-3/18g＝0.480m3。因此，由于阳极气体流量是1m3/min.，所以在阳极气体中的水蒸汽分压为1.013×105×0.480/(0.480+1)＝3.29×104Pa。通过将该水蒸汽分压与公知的水蒸汽分压表相对照，推断阳极气体的露点为大约71℃。由此可知，依据本发明的第2实施方式，可以达到对阳极气体大致理想的加湿能力。
另外，同样，根据实施例3以及比较例的结果，可以验证阴极气体的加湿状况。即，由实施例3的排出冷却水温度与比较例的排出冷却水温度的温度差ΔT3＝80-74.2＝5.8℃，在阴极气体中气化的水分的量成为4.19J×189kg/min.×5.8/2,257＝2.04kg/min.。该水分量的水蒸汽的大气压下的体积为2,040g×22.4×10-3/18g＝2.54m3。因此，由于阴极气体流量是5m3/min.，所以阴极气体中的水蒸汽分压为1.013×105×2.54/(2.54+5)＝3.41×104Pa。通过将该水蒸汽分压与公知的水蒸汽分压表相对照，推断阳极气体的露点为大约72℃。由此可知，依据本发明的第3实施方式可以达到对阴极气体的大致理想的加湿能力。
再有，实施例1的排出冷却水温度与比较例的排出冷却水温度的温度差为ΔT1＝80-73.2＝6.8℃，于是成为了
Figure A200780014858D0029084200QIETU
的关系。即，大致可以推测达到了实施例2以及实施例3的加湿能力。
产业上的可利用性
本发明的MEA部件作为可以吸收、输送、蒸腾水分而且可以紧凑地构成的MEA部件是有用的。
另外，本发明的PEFC作为无论使用怎样的材质的隔板都可以加湿及加热阳极气体以及/或者阴极气体而且可以紧凑地构成高分子电解质型燃料电池主体的PEFC是有用的。

Claims (7)

1.一种MEA部件，其特征在于：
具有MEA和板状的框体，
所述板状的框体通过保持沿着所述MEA的周缘部延伸的高分子电解质膜从而将所述MEA配设于框内，并且在厚度方向上贯通而形成有阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔；
在所述框体的冷却水供给歧管孔的孔壁以及冷却水排出歧管孔的孔壁中的至少一者上形成有用于吸收水分的吸水部，在所述框体的至少一个主面上形成有用于蒸腾水分的蒸腾部，而且，在所述框体中连接所述吸水部和所述蒸腾部而埋设有毛细管构造体。
2.如权利要求1所述的MEA部件，其特征在于：
所述吸水部以及所述蒸腾部通过使所述毛细管构造体露出于外部而被构成。
3.如权利要求1所述的MEA部件，其特征在于：
所述蒸腾部被形成于比所述冷却水供给歧管孔以及所述冷却水排出歧管孔更接近于所述MEA的位置。
4.如权利要求2所述的MEA部件，其特征在于：
具备：
中心部件，该中心部件具有：平行的一对框形的薄膜；MEA，通过使所述高分子电解质膜的周缘部夹持于所述一对薄膜中而被配设于所述薄膜的框内；所述毛细管构造体，夹持于所述一对薄膜中而被配设；以及密封体，分别将所述高分子电解质膜的周缘部以及所述毛细管构造体的周围分隔开，并且以将所述高分子电解质膜的周缘部、所述毛细管构造体以及所述一对薄膜进行一体化的方式而配设于所述一对薄膜之间；
框形的阳极侧部件，层叠于所述中心部件的一个主面的薄膜上而被配设；以及
框形的阴极侧部件，层叠于所述中心部件的另一个主面的薄膜上而被配设。
5.如权利要求3所述的MEA部件，其特征在于：
所述中心部件、所述阳极侧部件以及所述阴极侧部件分别是不同的部件，在高分子电解质型燃料电池构成状态下，它们通过层叠而被构成。
6.一种高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
将1个以上的具有权利要求1所述的MEA部件、夹持所述MEA部件的阳极隔板以及阴极隔板的单电池层叠而成；
所述阳极隔板在对应于所述MEA的阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔的位置上，分别具有阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔，并且在其内面上具有连接所述阳极气体供给歧管孔和所述阳极气体排出歧管孔的阳极气体流路沟槽；
所述阴极隔板在对应于所述MEA的阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔的位置上，分别具有阳极气体供给歧管孔、阴极气体供给歧管孔、冷却水供给歧管孔、阳极气体排出歧管孔、阴极气体排出歧管孔以及冷却水排出歧管孔，并且在其内面上具有连接所述阴极气体供给歧管孔和所述阴极气体排出歧管孔的阴极气体流路沟槽；
所述阳极气体流路沟槽以及所述阴极气体流路沟槽中的至少一者是以接触于所述MEA的所述蒸腾部的方式形成的。
7.如权利要求5所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于：
所述阳极隔板以及所述阴极隔板是金属制的。
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