JP2000340241A - Solid polymer fuel cell - Google Patents

Solid polymer fuel cell

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JP2000340241A
JP2000340241A JP11151334A JP15133499A JP2000340241A JP 2000340241 A JP2000340241 A JP 2000340241A JP 11151334 A JP11151334 A JP 11151334A JP 15133499 A JP15133499 A JP 15133499A JP 2000340241 A JP2000340241 A JP 2000340241A
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hydrogen
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remove water generated in a cathode and to resupply water necessary to an anode in a solid polymer fuel cell. SOLUTION: The pressure of air supplied to a cathode side of a solid polymer fuel cell as an oxygen containing gas is higher than that of hydrogen containing gas supplied to an anode side. The water generated at the cathode penetrates an electrolytic film toward the anode side by the pressure difference between the air and the hydrogen containing gas. A part of the water is used when a proton generated in the anode moves as a hydrate to the cathode side in the electrolyte. As a result, the water generated in the cathode is removed continuously, and the water necessary to the anode is continuously resupplied for efficiently operating the fuel cell continuously.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池に関し、詳しくは、固体高分子により形成された電
解質膜を二つの電極で挟持する固体高分子型燃料電池に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to a polymer electrolyte fuel cell in which an electrolyte membrane formed of a polymer is sandwiched between two electrodes.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子型燃料電池では、水素を含有
する水素含有ガスと酸素を含有する酸素含有ガスとの供
給を受けて、次式(1)および式(2)に示す電極反応
により化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。こ
の電極反応が連続的に円滑に行なわれるためには、アノ
ードでは水素が触媒に連続的に供給されると共に生成す
るプロトンを水和物として速やかに電解質膜中をカソー
ド側に移動させる必要があり、カソードでは酸素が触媒
に連続的に供給されるためにこれを阻害する生成水を連
続的に排除する必要がある。
2. Description of the Related Art In a polymer electrolyte fuel cell, a hydrogen-containing gas containing hydrogen and an oxygen-containing gas containing oxygen are supplied and subjected to an electrode reaction represented by the following equations (1) and (2). It converts chemical energy directly into electrical energy. In order for this electrode reaction to be continuously and smoothly performed, hydrogen must be continuously supplied to the catalyst at the anode, and protons generated must be promptly moved through the electrolyte membrane to the cathode side as hydrates. On the other hand, at the cathode, since oxygen is continuously supplied to the catalyst, it is necessary to continuously remove generated water which hinders the supply.

【0003】 アノード反応 H2→2H++2e- (1) カソード反応 2H++2e-+(1/2)O2→H2O (2)Anode reaction H 2 → 2H + + 2e (1) Cathode reaction 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)

【0004】こうしたカソードで生成する水を排除する
固体高分子型燃料電池としては、アノードの水素含有ガ
ス中の水蒸気圧を飽和水蒸気圧より低く維持するものが
提案されている(例えば、特許第2703824号な
ど)。この固体高分子型燃料電池では、アノードの水素
含有ガス中の水蒸気圧を飽和水蒸気圧より低く維持する
ことにより、酸素含有ガスが供給されるカソードで電気
化学反応により生じる生成水を、その濃度勾配によって
電解質膜を通過させてカソード側から排除すると共に、
アノード側で必要な水の一部を供給することができると
されている。
As a polymer electrolyte fuel cell that eliminates water generated at the cathode, one that maintains the water vapor pressure in the hydrogen-containing gas at the anode lower than the saturated water vapor pressure has been proposed (for example, Japanese Patent No. 2703824). Issue). In this polymer electrolyte fuel cell, by maintaining the water vapor pressure in the hydrogen-containing gas at the anode lower than the saturated water vapor pressure, the water produced by the electrochemical reaction at the cathode to which the oxygen-containing gas is supplied is subjected to the concentration gradient. While passing through the electrolyte membrane and removing from the cathode side,
It is said that a part of necessary water can be supplied on the anode side.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た固体高分子型燃料電池では、カソードでの生成水を十
分に排除することができない場合がある。アノード側の
水素含有ガス中の水蒸気圧を低くして濃度勾配を生じさ
せても、濃度勾配に基づく電解質膜における水の移動速
度は、カソードで生じる水のすべてを連続的に排除でき
るほど速くないから、カソードに水が滞ってしまい、水
が滞ることによる弊害、即ちカソードにおける酸素の連
続的な触媒への供給の阻害を生じてしまう。
However, in such a polymer electrolyte fuel cell, the water produced at the cathode may not be sufficiently eliminated. Even if the concentration gradient is generated by lowering the water vapor pressure in the hydrogen-containing gas on the anode side, the movement speed of water in the electrolyte membrane based on the concentration gradient is not fast enough to continuously eliminate all the water generated at the cathode. As a result, water stays at the cathode, and the adverse effect caused by the water staying, that is, inhibition of continuous supply of oxygen to the catalyst at the cathode occurs.

【0006】本発明の固体高分子型燃料電池は、カソー
ドで生じる水を連続的に排除することを目的の一つとす
る。また、本発明の固体高分子型燃料電池は、アノード
で必要な水の少なくとも一部をカソードで生成する水で
補うことを目的の一つとする。
An object of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention is to continuously eliminate water generated at a cathode. Another object of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention is to supplement at least a part of water required at the anode with water generated at the cathode.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の固体高分子型燃料電池は、上述の目的の少なくと
も一部を達成するために以下の手段を採った。
Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects The polymer electrolyte fuel cell of the present invention employs the following means to achieve at least a part of the above objects.

【0008】本発明の固体高分子型燃料電池は、固体高
分子により形成された電解質膜を二つの電極で挟持する
固体高分子型燃料電池であって、前記電解質膜の一方側
の電極に水素を含有する水素含有ガスを供給する水素含
有ガス供給手段と、前記電解質膜の他方側の電極に前記
水素含有ガスの供給圧より高い圧力で酸素を含有する酸
素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段とを備える
ことを要旨とする。
The polymer electrolyte fuel cell of the present invention is a polymer electrolyte fuel cell in which an electrolyte membrane formed of a solid polymer is sandwiched between two electrodes, and a hydrogen electrode is provided on one electrode of the electrolyte membrane. A hydrogen-containing gas supply unit for supplying a hydrogen-containing gas containing oxygen, and an oxygen-containing gas supply for supplying an oxygen-containing gas containing oxygen at a pressure higher than the supply pressure of the hydrogen-containing gas to the other electrode of the electrolyte membrane. And a means.

【0009】この本発明の固体高分子型燃料電池では、
電解質膜の一方側の電極(アノード)に供給される水素
を含有する水素含有ガスの供給圧より高い圧力で電解質
膜の他方側の電極(カソード)に酸素を含有する酸素含
有ガスを供給することにより、電解質膜のカソード側で
生じる生成水を圧力差をもってアノード側に排除すると
共に、アノード側で必要な水を補うのである。この結
果、カソードにおける酸素の触媒への連続的な供給を確
保することができると共に電解質膜における連続的なプ
ロトンの速やかな移動を確保することができ、高性能な
燃料電池とすることができる。
In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention,
Supplying an oxygen-containing gas containing oxygen to the other electrode (cathode) of the electrolyte membrane at a pressure higher than the supply pressure of the hydrogen-containing gas supplied to one electrode (anode) of the electrolyte membrane; As a result, generated water generated on the cathode side of the electrolyte membrane is eliminated to the anode side with a pressure difference, and necessary water is supplemented on the anode side. As a result, continuous supply of oxygen to the catalyst at the cathode can be ensured, and continuous rapid movement of protons at the electrolyte membrane can be ensured, whereby a high-performance fuel cell can be obtained.

【0010】こうした本発明の固体高分子型燃料電池に
おいて、前記電解質膜の内部および/または表面に配置
され、該電解質膜の強度を補強する補強手段を備えるも
のとすることもできる。こうすれば、圧力差により生じ
る電解質膜への負担を軽減することができ、電解質膜の
破損を防止することができる。この態様の本発明の固体
高分子型燃料電池において、前記補強手段は、前記水素
含有ガスと前記酸素含有ガスとの圧力差に応じて前記電
解質膜の各部の補強の程度を変えて補強する手段である
ものとすることもできる。こうすれば、必要な部位に必
要な補強を行なうことができる。
In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the fuel cell may be provided with reinforcing means disposed inside and / or on the surface of the electrolyte membrane to reinforce the strength of the electrolyte membrane. In this way, the load on the electrolyte membrane caused by the pressure difference can be reduced, and damage to the electrolyte membrane can be prevented. In the polymer electrolyte fuel cell according to the aspect of the present invention, the reinforcing means may be reinforced by changing a degree of reinforcement of each part of the electrolyte membrane according to a pressure difference between the hydrogen-containing gas and the oxygen-containing gas. May be used. In this case, necessary reinforcement can be performed at a necessary portion.

【0011】また、本発明の固体高分子型燃料電池にお
いて、前記酸素含有ガス供給手段は、前記電解質膜の各
部における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの圧
力差の偏差が小さくなるよう前記他方側の電極に前記酸
素含有ガスを供給する手段であるものとすることもでき
る。こうすれば、電解質膜の各部における圧力差は略等
しくなるから、電解質膜の部分的な耐久性の劣化を防止
することができる。
Further, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the oxygen-containing gas supply means is configured to reduce a deviation of a pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane. The means for supplying the oxygen-containing gas to the other electrode may be used. In this case, since the pressure difference in each part of the electrolyte membrane becomes substantially equal, it is possible to prevent partial deterioration of the durability of the electrolyte membrane.

【0012】さらに、本発明の固体高分子型燃料電池に
おいて、前記酸素含有ガス供給手段は、前記電解質膜の
各部における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの
圧力差の偏差が大きくなるよう前記他方側の電極に前記
酸素含有ガスを供給する手段であるものとすることもで
きる。こうすれば、電解質膜の各部における圧力差には
偏差が生じるから、生成水が多く生じる部位や生成水が
滞りやすい部位の圧力差を大きくなるよう調整すること
により、こうした部位における生成水を速やかに排除す
ることができると共に他の部位での電解質膜の劣化の促
進を防止することができる。この圧力差の偏差が大きく
なるよう酸素含有ガスを供給する態様の本発明の固体高
分子型燃料電池において、前記酸素含有ガス供給手段
は、前記水素含有ガスの上流側における前記酸素含有ガ
スと前記水素含有ガスとの圧力差が大きくなるよう前記
他方側の電極に前記酸素含有ガスを供給する手段である
ものとすることもできる。こうすれば、水素含有ガスの
上流側で生じる生成水を速やかに排除することができ
る。また、この圧力差の偏差が大きくなるよう酸素含有
ガスを供給する態様の本発明の固体高分子型燃料電池に
おいて、前記酸素含有ガス供給手段は、前記水素含有ガ
スの下流側における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガ
スとの圧力差が大きくなるよう前記他方側の電極に前記
酸素含有ガスを供給する手段であるものとしたりするこ
ともできる。こうすれば、水素含有ガスの下流側で生じ
る生成水を速やかに排除することができる。
Further, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the oxygen-containing gas supply means is configured to increase a deviation of a pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane. The means for supplying the oxygen-containing gas to the other electrode may be used. In this case, since a difference occurs in the pressure difference in each part of the electrolyte membrane, the generated water in such a part can be quickly reduced by adjusting the pressure difference in a part where a large amount of the generated water is generated or in a part where the generated water is easily stagnated. And the promotion of the deterioration of the electrolyte membrane at other portions can be prevented. In the polymer electrolyte fuel cell according to the aspect of the invention, in which the oxygen-containing gas is supplied such that the deviation of the pressure difference becomes large, the oxygen-containing gas supply unit includes the oxygen-containing gas and the oxygen-containing gas on the upstream side of the hydrogen-containing gas. The means for supplying the oxygen-containing gas to the electrode on the other side so that the pressure difference with the hydrogen-containing gas becomes large may be employed. In this case, the generated water generated on the upstream side of the hydrogen-containing gas can be quickly eliminated. Further, in the polymer electrolyte fuel cell according to the aspect of the present invention, wherein the oxygen-containing gas is supplied such that the deviation of the pressure difference is large, the oxygen-containing gas supply unit includes the oxygen-containing gas on the downstream side of the hydrogen-containing gas. And a means for supplying the oxygen-containing gas to the other electrode so that the pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas increases. This makes it possible to quickly eliminate generated water generated on the downstream side of the hydrogen-containing gas.

【0013】あるいは、本発明の固体高分子型燃料電池
において、前記酸素含有ガス供給手段は、前記電解質膜
の各部における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスと
の圧力差の偏差が小さくなる前記他方側の電極への前記
酸素含有ガスの供給と、前記電解質膜の各部における前
記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの圧力差の偏差が
大きくなる前記他方側の電極への前記酸素含有ガスの供
給とを切り換える供給切換手段を備えるものとしたり、
前記水素含有ガス供給手段は、前記電解質膜の各部にお
ける前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの圧力差の
偏差が小さくなる前記一方側の電極への前記水素含有ガ
スの供給と、前記電解質膜の各部における前記酸素含有
ガスと前記水素含有ガスとの圧力差の偏差が大きくなる
前記一方側の電極への前記水素含有ガスの供給とを切り
換える供給切換手段を備えるものとしたりすることもで
きる。こうすれば、固体高分子型燃料電池の状態に応じ
てカソードでの生成水を排除することができる。
[0013] Alternatively, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the oxygen-containing gas supply means may reduce the deviation of the pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane. Supply of the oxygen-containing gas to the second electrode, and supply of the oxygen-containing gas to the other electrode, in which the deviation of the pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane increases. Supply switching means for switching between
The hydrogen-containing gas supply means includes: a supply of the hydrogen-containing gas to the one electrode where a deviation of a pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane is reduced; and It is also possible to provide a supply switching means for switching the supply of the hydrogen-containing gas to the one-side electrode where the deviation of the pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each of the parts becomes large. In this case, water generated at the cathode can be eliminated according to the state of the polymer electrolyte fuel cell.

【0014】また、本発明の固体高分子型燃料電池にお
いて、前記水素含有ガス供給手段は、前記水素含有ガス
が前記一方側の電極の表面を全体として所定方向に流れ
るよう該水素含有ガスを供給する手段であり、前記酸素
含有ガス供給手段は、前記酸素含有ガスが前記他方側の
電極の表面を全体として前記所定方向に対して所定の角
度をもった方向に流れるよう該酸素含有ガスを供給する
手段であるものとすることもできる。この態様の本発明
の固体高分子型燃料電池において、前記所定の角度をも
った方向は、前記所定方向と略同一の方向であるものと
したり、前記所定方向と略逆方向であるものとしたり、
前記所定方向に対して略直交する方向であるものとした
りすることもできる。この態様の本発明の固体高分子型
燃料電池において、前記酸素含有ガス供給手段は前記所
定の角度をもった方向として少なくとも2つの異なる方
向を有し該方向のうちの一つの方向を選択して前記酸素
含有ガスを供給する手段であるものとしたり、前記水素
含有ガス供給手段は前記所定方向として少なくとも2つ
の異なる方向を有し該方向のうちの一つの方向を選択し
て前記水素含有ガスを供給する手段であるものとしたり
することもできる。こうすれば、固体高分子型燃料電池
の状態に応じてカソードでの生成水を排除することがで
きる。
In the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, the hydrogen-containing gas supply means supplies the hydrogen-containing gas such that the hydrogen-containing gas flows in a predetermined direction as a whole over the surface of the one electrode. The oxygen-containing gas supply means supplies the oxygen-containing gas so that the oxygen-containing gas flows in a direction at a predetermined angle with respect to the predetermined direction as a whole over the surface of the other electrode. It can also be a means to perform. In the polymer electrolyte fuel cell according to the aspect of the present invention, the direction having the predetermined angle may be substantially the same direction as the predetermined direction, or may be a direction substantially opposite to the predetermined direction. ,
The direction may be substantially orthogonal to the predetermined direction. In the polymer electrolyte fuel cell according to the aspect of the present invention, the oxygen-containing gas supply unit has at least two different directions as the direction having the predetermined angle, and selects one of the directions. The means for supplying the oxygen-containing gas or the hydrogen-containing gas supply means has at least two different directions as the predetermined direction and selects one of the directions to supply the hydrogen-containing gas. It may be a means for supplying. In this case, water generated at the cathode can be eliminated according to the state of the polymer electrolyte fuel cell.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図1は本発明の一実施例としての
固体高分子型燃料電池10の構成の概略を示す構成図で
あり、図2は実施例の固体高分子型燃料電池10の燃料
電池スタック20の一部を例示する構成図である。固体
高分子型燃料電池10は、図1に示すように、単電池2
1を複数積層してなる燃料電池スタック20を備え、こ
の燃料電池スタック20には酸素を含有する酸素含有ガ
スとしての空気がブロワ52により供給されると共に水
素を含有する水素含有ガスが図示しない水素含有ガスタ
ンクから供給されるようになっている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to examples. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a polymer electrolyte fuel cell 10 as one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a part of a fuel cell stack 20 of the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment. FIG. As shown in FIG. 1, the polymer electrolyte fuel cell 10
The fuel cell stack 20 includes a plurality of fuel cell stacks 1 and 2. The fuel cell stack 20 is supplied with air as an oxygen-containing gas containing oxygen by a blower 52 and a hydrogen-containing gas containing hydrogen (not shown). It is supplied from a contained gas tank.

【0016】空気の供給管53には、燃料電池スタック
20に供給される空気の圧力を調節する供給圧調圧弁5
4が取り付けられており、燃料電池スタック20からの
空気の排ガス管58には排圧を調節するための排圧調圧
弁59が取り付けられている。水素含有ガスの供給管6
3にも、燃料電池スタック20に供給される水素含有ガ
スの圧力を調節する供給圧調圧弁64が取り付けられて
おり、その排ガス管68にも排圧を調節するための排圧
調圧弁69が取り付けられている。なお、燃料電池スタ
ック20には、各単電池21における発電に伴う発熱を
冷却するために冷却媒体としての水が供給されるように
なっている。
A supply pressure regulating valve 5 for regulating the pressure of the air supplied to the fuel cell stack 20 is provided in the air supply pipe 53.
4 is attached, and an exhaust pressure regulating valve 59 for adjusting exhaust pressure is attached to an exhaust gas pipe 58 of air from the fuel cell stack 20. Supply pipe 6 for hydrogen-containing gas
3 is also provided with a supply pressure regulating valve 64 for regulating the pressure of the hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell stack 20, and an exhaust pressure regulating valve 69 for regulating the exhaust pressure is also provided in the exhaust gas pipe 68. Installed. It should be noted that the fuel cell stack 20 is supplied with water as a cooling medium to cool the heat generated by the power generation in each of the cells 21.

【0017】燃料電池スタック20は、図2に示すよう
に、単電池21を複数積層して構成されており、単電池
21は、フッ素系樹脂などの高分子材料、例えばDuP
ont社製のNafion 112により形成されたプ
ロトン導電性の膜体である電解質膜22と、白金または
白金と他の金属からなる合金を担持するカーボン粒子を
電解質膜22の両表面にスクリーン印刷などにより形成
したカソード26およびアノード28と、電解質膜22
のカソード26側に配置され酸素を含有する酸素含有ガ
ス(実施例では、空気を使用)の流路としての酸素含有
ガス流路34を形成すると共に冷却媒体(実施例では、
水を使用)の流路としての冷却媒体流路38を形成する
酸素含有ガス側セパレータ30と、電解質膜22のアノ
ード28側に配置され水素を含有する水素含有ガスの流
路としての水素含有ガス流路44を形成する水素含有ガ
ス側セパレータ40とにより構成されている。
As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 20 is formed by stacking a plurality of unit cells 21. The unit cells 21 are made of a polymer material such as a fluororesin, for example, DuP.
The electrolyte membrane 22 which is a proton conductive membrane formed by Nafion 112 manufactured by Ont Co., and carbon particles carrying platinum or an alloy made of platinum and another metal are screen-printed on both surfaces of the electrolyte membrane 22. The formed cathode 26 and anode 28 and electrolyte membrane 22
And an oxygen-containing gas flow path 34 as a flow path for an oxygen-containing oxygen-containing gas (in the embodiment, air is used) disposed on the side of the cathode 26 and a cooling medium (in the embodiment,
An oxygen-containing gas-side separator 30 forming a cooling medium flow path 38 as a flow path (using water), and a hydrogen-containing gas as a flow path for a hydrogen-containing hydrogen-containing gas disposed on the anode 28 side of the electrolyte membrane 22. It is constituted by a hydrogen-containing gas side separator 40 forming a flow path 44.

【0018】図3は、電解質膜22の面方向の断面を例
示する断面図である。図示するように、電解質膜22の
内部には、電解質膜22の強度を補強する補強部材24
が埋め込まれている。この補強部材24は、電解質膜2
2の電解質としての機能すなわちプロトン導電性機能を
損なわない材料、例えばポリテトラフルオロエチレンな
どの樹脂などの材料により形成されており、図3に示す
ように、一方向に偏るようにアンバランスに配置されて
いる。なお、この補強部材24の配置については後述す
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross section of the electrolyte membrane 22 in the plane direction. As shown, a reinforcing member 24 for reinforcing the strength of the electrolyte membrane 22 is provided inside the electrolyte membrane 22.
Is embedded. The reinforcing member 24 is formed of the electrolyte membrane 2
2 is made of a material that does not impair the function as an electrolyte, that is, a proton conductive function, for example, a material such as a resin such as polytetrafluoroethylene, and is unbalanced so as to be biased in one direction as shown in FIG. Have been. The arrangement of the reinforcing member 24 will be described later.

【0019】図4は、酸素含有ガス側セパレータ30の
酸素含有ガス流路34が形成される側を例示する平面図
である。酸素含有ガス側セパレータ30は、カーボンを
圧縮して緻密化しガス不透過とした緻密質カーボンによ
り形成されており、図示するように、酸素含有ガスとし
ての空気の供給口31と、空気の排出口35と、供給口
31と排出口35とを3列のつづら折り状の溝で連絡す
るための溝を形成するリブ32とが形成されている。こ
の3列のつづら折り状の溝は、リブ32が電解質膜22
に当接することにより前述の酸素含有ガス流路34を形
成する。供給口31は、図1に示す空気の供給管53に
接続されており、供給圧力が調節された空気が供給され
るようになっている。また、排出口35は、空気の排ガ
ス管58に接続されており、排圧が調節された排ガスが
排出されるようになっている。図示しないが、酸素含有
ガス側セパレータ30の裏面も、表示面と略同様な構成
となっており、燃料電池スタック20に供給される冷却
媒体としての水の供給口や排出口、冷却媒体流路38を
形成するためのリブ36が形成されている。
FIG. 4 is a plan view illustrating a side of the oxygen-containing gas separator 30 on which the oxygen-containing gas flow path 34 is formed. The oxygen-containing gas-side separator 30 is made of dense carbon which is made by compressing and densifying carbon to be gas-impermeable. As shown, an air supply port 31 as an oxygen-containing gas and an air discharge port are provided. And a rib 32 forming a groove for connecting the supply port 31 and the discharge port 35 with three rows of serpentine grooves. The three rows of the serpentine grooves are formed by the ribs 32 on the electrolyte membrane 22.
The oxygen-containing gas flow path 34 described above is formed by contacting the gas. The supply port 31 is connected to an air supply pipe 53 shown in FIG. 1 so that air whose supply pressure is adjusted is supplied. The exhaust port 35 is connected to an exhaust gas pipe 58 for air, so that exhaust gas whose exhaust pressure is adjusted is exhausted. Although not shown, the back surface of the oxygen-containing gas-side separator 30 has substantially the same configuration as the display surface, and a supply port and a discharge port of water as a cooling medium supplied to the fuel cell stack 20, a cooling medium flow path A rib 36 for forming the ridge 38 is formed.

【0020】水素含有ガス側セパレータ40も酸素含有
ガス側セパレータ30と同一の材料により形成されてお
り、図4に示す酸素含有ガス側セパレータ30の表示面
と同一の形状に形成されている。水素含有ガス側セパレ
ータ40の裏面は、何も形成されておらず、平坦になっ
ている。水素含有ガス側セパレータ40に形成された供
給口41は、水素含有ガスの供給管63に接続されてお
り、供給圧力が調節された水素含有ガスが供給されるよ
うになっており、排出口45は、水素含有ガスの排ガス
管68に接続されており、排圧が調節された排ガスが排
出されるようになっている。
The hydrogen-containing gas-side separator 40 is also made of the same material as the oxygen-containing gas-side separator 30, and has the same shape as the display surface of the oxygen-containing gas-side separator 30 shown in FIG. Nothing is formed on the back surface of the hydrogen-containing gas-side separator 40, and the back surface is flat. The supply port 41 formed in the hydrogen-containing gas side separator 40 is connected to a supply pipe 63 of the hydrogen-containing gas, and is supplied with the hydrogen-containing gas whose supply pressure is adjusted. Is connected to an exhaust gas pipe 68 of a hydrogen-containing gas so that exhaust gas whose exhaust pressure is adjusted is discharged.

【0021】図5は、酸素含有ガス側セパレータ30や
水素含有ガス側セパレータ40へ空気や水素含有ガスを
供給する際の供給の様子を模式的に例示する説明図であ
る。図示するように、実施例の燃料電池スタック20で
は、酸素含有ガス側セパレータ30と水素含有ガス側セ
パレータ40は、その供給口31と供給口41および排
出口35と排出口45がそれぞれ整合し、酸素含有ガス
流路34と水素含有ガス流路44とが電解質膜22を挟
んで同方向に迂流して供給口31や供給口41から排出
口35や排出口45に至るように配置されている。
FIG. 5 is an explanatory view schematically illustrating a state of supply when air or a hydrogen-containing gas is supplied to the oxygen-containing gas-side separator 30 or the hydrogen-containing gas-side separator 40. As shown in the drawing, in the fuel cell stack 20 of the embodiment, the supply port 31 and the supply port 41 of the oxygen-containing gas-side separator 30 and the hydrogen-containing gas-side separator 40 are aligned with the discharge port 35 and the discharge port 45, respectively. The oxygen-containing gas flow path 34 and the hydrogen-containing gas flow path 44 are arranged so as to detour in the same direction with the electrolyte membrane 22 therebetween and reach from the supply port 31 or the supply port 41 to the discharge port 35 or the discharge port 45. .

【0022】図6は、実施例の固体高分子型燃料電池1
0が運転状態にあるときの酸素含有ガス流路34や水素
含有ガス流路44における空気や水素含有ガスの圧力の
変化の様子を例示する説明図である。実施例の燃料電池
スタック20では、酸素含有ガス流路34に流れる空気
の圧力が電解質膜22を挟んで水素含有ガス流路44に
流れる水素含有ガスの圧力より高くなるように、そし
て、その圧力差が空気や水素含有ガスの供給口31,4
1から排出口35,45に向けて小さくなるように供給
圧調圧弁54や排圧調圧弁59および供給圧調圧弁64
や排圧調圧弁69が調節されている。このように空気と
水素含有ガスとに圧力差を設けるのは、電解質膜22の
カソード26側表面に上述した式(2)の反応により生
じる生成水を電解質膜22中を通ってアノード28側に
排除するためである。また、供給口31,41近傍にお
ける圧力差を排出口35,45近傍における圧力差より
大きくしているのは、供給口31,41近傍の水素濃度
の高い部位における上述の式(1)および式(2)の反
応が活発に行なわれ、これにより生じる多くの生成水を
アノード28側に排除するためである。なお、この圧力
差の程度は、水の生成の程度や電解質膜22の透水性の
程度,電解質膜22の強度などにより設計される。
FIG. 6 shows a polymer electrolyte fuel cell 1 of the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a state of a change in pressure of air or a hydrogen-containing gas in an oxygen-containing gas channel and a hydrogen-containing gas channel when 0 is in an operating state. In the fuel cell stack 20 of the embodiment, the pressure of the air flowing through the oxygen-containing gas flow path 34 is higher than the pressure of the hydrogen-containing gas flowing through the hydrogen-containing gas flow path 44 with the electrolyte membrane 22 interposed therebetween. The difference is the supply ports 31 and 4 for air or hydrogen-containing gas.
The supply pressure regulating valve 54, the exhaust pressure regulating valve 59, and the supply pressure regulating valve 64 are set so as to decrease from 1 toward the discharge ports 35 and 45.
And the exhaust pressure regulating valve 69 is adjusted. The reason for providing the pressure difference between the air and the hydrogen-containing gas is that the water generated by the reaction of the above formula (2) is passed through the electrolyte membrane 22 to the anode 28 side on the cathode 26 side surface of the electrolyte membrane 22. It is to eliminate. The reason why the pressure difference in the vicinity of the supply ports 31 and 41 is larger than the pressure difference in the vicinity of the discharge ports 35 and 45 is that the above formulas (1) and This is because the reaction of (2) is actively performed, and a large amount of water generated by the reaction is removed to the anode 28 side. The degree of the pressure difference is designed based on the degree of water generation, the degree of water permeability of the electrolyte membrane 22, the strength of the electrolyte membrane 22, and the like.

【0023】前述した電解質膜22内部の補強部材24
は、酸素含有ガス流路34に供給される空気と水素含有
ガス流路44に供給される水素含有ガスとに設けられた
圧力差に対して電解質膜22を補強するために設けられ
るものである。図3に示す補強部材24の配置は、圧力
差が大きいところで補強力が大きくなるよう補強部材2
4が密に配置されているのである。
The reinforcing member 24 inside the electrolyte membrane 22 described above
Is provided to reinforce the electrolyte membrane 22 against the pressure difference between the air supplied to the oxygen-containing gas flow path 34 and the hydrogen-containing gas supplied to the hydrogen-containing gas flow path 44. . The arrangement of the reinforcing member 24 shown in FIG. 3 is such that the reinforcing member 2 has a large reinforcing force at a large pressure difference.
4 are densely arranged.

【0024】以上説明した実施例の固体高分子型燃料電
池10によれば、電解質膜22に供給する酸素含有ガス
としての空気の供給圧を電解質膜22に供給する水素含
有ガスの供給圧より高くすることにより、カソード26
で生成する水を電解質膜22を通ってアノード28側に
排除することができる。このアノード28側への水の移
動は、アノード28で生成されるプロトンの電解質膜2
2の移動に用いられる水を補うことにもなる。したがっ
て、カソード26では生成水を排除することにより空気
中の酸素を触媒へ連続的に供給することができ、アノー
ド28では生成したプロトンを速やかに電解質膜22中
をカソード26側に移動させることにより水素のプロト
ン化を連続的に行なうことができる。
According to the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment described above, the supply pressure of air as the oxygen-containing gas supplied to the electrolyte membrane 22 is higher than the supply pressure of the hydrogen-containing gas supplied to the electrolyte membrane 22. By doing so, the cathode 26
Can be removed to the anode 28 side through the electrolyte membrane 22. The movement of water to the anode 28 side is caused by the proton membrane 2 generated by the anode 28.
It also supplements the water used for the movement of 2. Therefore, the oxygen in the air can be continuously supplied to the catalyst by eliminating the generated water at the cathode 26, and the generated protons can be promptly moved through the electrolyte membrane 22 to the cathode 26 side at the anode 28. The protonation of hydrogen can be performed continuously.

【0025】また、実施例の固体高分子型燃料電池10
によれば、電解質膜22を補強する補強部材24を備え
るから、電解質膜22の強度を増すことができ、電解質
膜22の破損や劣化の促進を防止することができる。し
かも、補強部材24は空気と水素含有ガスの圧力差に応
じて配置されるから、電解質膜22全体を均等にするこ
とができる。
The polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment
According to the method, since the reinforcing member 24 for reinforcing the electrolyte membrane 22 is provided, the strength of the electrolyte membrane 22 can be increased, and the promotion of breakage and deterioration of the electrolyte membrane 22 can be prevented. Moreover, since the reinforcing member 24 is disposed according to the pressure difference between the air and the hydrogen-containing gas, the entire electrolyte membrane 22 can be made uniform.

【0026】さらに、実施例の固体高分子型燃料電池1
0によれば、空気と水素含有ガスの圧力差が空気や水素
含有ガスの供給口31,41から排出口35,45に向
けて小さくなるように調節したから、供給口31,41
近傍の水素濃度の高い部位に生じる多くの生成水をアノ
ード28側に効率的に排除することができる。
Further, the polymer electrolyte fuel cell 1 of the embodiment
According to 0, since the pressure difference between the air and the hydrogen-containing gas was adjusted so as to decrease from the supply ports 31 and 41 of the air and the hydrogen-containing gas toward the discharge ports 35 and 45, the supply ports 31 and 41 were adjusted.
A large amount of generated water generated in the vicinity where the hydrogen concentration is high can be efficiently removed to the anode 28 side.

【0027】実施例の固体高分子型燃料電池10では、
図6に示すように、供給口31,41近傍における空気
と水素含有ガスとの圧力差が排出口35,45近傍に比
べて大きくなるように調節したが、空気と水素含有ガス
との圧力差が供給口31,41から排出口35,45に
向けてほぼ均等になるように調節してもよい。こうすれ
ば、電解質膜22全体が均等な圧力差になるから、カソ
ード26で生じる水を電解質膜22全体で均等に排除す
ることができる。電解質膜22の部分的な劣化や破損を
防止することができる。この際には、電解質膜22に埋
め込まれる補強部材24は、電解質膜22全体に均等に
なるように配置される。この変形例は、実施例の固体高
分子型燃料電池10の空気の供給管53に取り付けられ
た供給圧調圧弁54や排ガス管58に取り付けられた排
圧調圧弁59、あるいは水素含有ガスの供給管63に取
り付けられた供給圧調圧弁64や排ガス管68に取り付
けられた排圧調圧弁69を調節するだけで構成できるか
ら、固体高分子型燃料電池10の運転状態に応じて、こ
れらの調圧弁54,59,64,69を調節することに
より、供給口31,41近傍における空気と水素含有ガ
スとの圧力差が排出口35,45近傍に比べて大きくな
る状態と、空気と水素含有ガスとの圧力差が供給口3
1,41から排出口35,45に向けてほぼ均等になる
状態とを切り換えるものとしてもよい。
In the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment,
As shown in FIG. 6, the pressure difference between the air and the hydrogen-containing gas near the supply ports 31 and 41 was adjusted to be larger than that near the discharge ports 35 and 45. May be adjusted so as to be substantially uniform from the supply ports 31 and 41 toward the discharge ports 35 and 45. In this case, since the entire electrolyte membrane 22 has a uniform pressure difference, water generated at the cathode 26 can be uniformly eliminated from the entire electrolyte membrane 22. Partial deterioration and breakage of the electrolyte membrane 22 can be prevented. In this case, the reinforcing members 24 embedded in the electrolyte membrane 22 are arranged so as to be uniform over the entire electrolyte membrane 22. In this modification, the supply pressure regulating valve 54 attached to the air supply pipe 53 and the exhaust pressure regulating valve 59 attached to the exhaust gas pipe 58 of the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment, or the supply of hydrogen-containing gas Since it can be constituted only by adjusting the supply pressure regulating valve 64 attached to the pipe 63 and the exhaust pressure regulating valve 69 attached to the exhaust gas pipe 68, these regulation can be performed according to the operation state of the polymer electrolyte fuel cell 10. By adjusting the pressure valves 54, 59, 64, 69, the pressure difference between the air and the hydrogen-containing gas near the supply ports 31, 41 becomes larger than that near the discharge ports 35, 45. Pressure difference with supply port 3
It is also possible to switch from a state where the discharge ports 35 and 45 are substantially uniform toward the discharge ports 35 and 45.

【0028】また、実施例の燃料電池スタック20で
は、酸素含有ガス側セパレータ30と水素含有ガス側セ
パレータ40とを、その供給口31と供給口41および
排出口35と排出口45がそれぞれ整合し、酸素含有ガ
ス流路34と水素含有ガス流路44とが電解質膜22を
挟んで同方向に迂流して供給口31や供給口41から排
出口35や排出口45に至るように配置したが、酸素含
有ガス側セパレータ30と水素含有ガス側セパレータ4
0とを、供給口31と排出口45が整合し、排出口35
と供給口41とが整合し、そして酸素含有ガス流路34
と水素含有ガス流路44とが電解質膜22を挟んで逆方
向に迂流して供給口31や供給口41から排出口35や
排出口45に至るように配置してもよい。この配置とし
た際の酸素含有ガス側セパレータ30と水素含有ガス側
セパレータ40の模式図を図7に示し、この配置での運
転状態の酸素含有ガス流路34や水素含有ガス流路44
における空気や水素含有ガスの圧力の変化の様子の一例
を図8に示す。この場合、空気と水素含有ガスは逆方向
に流れるから、図8に示すように、空気の供給口31近
傍の圧力差が大きく、供給口41近傍の圧力差が小さく
なる。こうすれば、空気の排出口35近傍に生じる生成
水を効率的に排除することができる。
In the fuel cell stack 20 of the embodiment, the oxygen-containing gas-side separator 30 and the hydrogen-containing gas-side separator 40 are aligned with the supply port 31 and the supply port 41 and the discharge port 35 and the discharge port 45, respectively. Although the oxygen-containing gas flow path 34 and the hydrogen-containing gas flow path 44 are arranged so as to detour in the same direction with the electrolyte membrane 22 interposed therebetween and reach from the supply port 31 or the supply port 41 to the discharge port 35 or the discharge port 45. , Oxygen-containing gas side separator 30 and hydrogen-containing gas side separator 4
0, the supply port 31 and the discharge port 45 are aligned, and the discharge port 35
And the supply port 41 are aligned, and the oxygen-containing gas flow path 34
And the hydrogen-containing gas flow path 44 may be arranged so as to detour in the opposite direction across the electrolyte membrane 22 and to reach the outlet 35 or the outlet 45 from the supply port 31 or the supply port 41. FIG. 7 is a schematic diagram of the oxygen-containing gas separator 30 and the hydrogen-containing gas separator 40 in this arrangement, and shows the oxygen-containing gas flow path 34 and the hydrogen-containing gas flow path 44 in the operating state in this arrangement.
FIG. 8 shows an example of how the pressure of the air or the hydrogen-containing gas changes in the above. In this case, since the air and the hydrogen-containing gas flow in opposite directions, the pressure difference near the air supply port 31 is large and the pressure difference near the supply port 41 is small as shown in FIG. In this case, the generated water generated in the vicinity of the air outlet 35 can be efficiently eliminated.

【0029】酸素含有ガス側セパレータ30や水素含有
ガス側セパレータ40の配置方法としては、図9に例示
する変形例のように、供給口31と供給口41および排
出口35と排出口45とがそれぞれ整合しないようにす
ると共に全体として空気も水素含有ガスも図中左側から
右側へ流れるように酸素含有ガス側セパレータ30と水
素含有ガス側セパレータ40を配置したり、図10に例
示する変形例のように、図9に例示した水素含有ガス側
セパレータ40の供給口41と排出口45を入れ替えて
配置するものとしてもよい。図9に例示する変形例で
は、概ね図5に例示する実施例と同様な流れの方向とな
るから、図6に例示する圧力変化に近いものとなり、図
10に例示する変形例では、概ね図7に例示する変形例
と同様な流れの方向となるから、図8に例示する圧力変
化に近いものとなる。こうした図9に例示する変形例で
は実施例と同様な効果を奏し、図10に例示する変形例
では図7に例示する変形例と同様な効果を奏するのは言
うまでもない。
As a method of arranging the oxygen-containing gas side separator 30 and the hydrogen-containing gas side separator 40, as shown in a modification illustrated in FIG. 9, the supply port 31, the supply port 41, and the discharge port 35, the discharge port 45 are provided. The oxygen-containing gas-side separator 30 and the hydrogen-containing gas-side separator 40 are arranged so that they do not match each other and the air and the hydrogen-containing gas flow from the left to the right in the figure as a whole. Thus, the supply port 41 and the discharge port 45 of the hydrogen-containing gas-side separator 40 illustrated in FIG. 9 may be replaced with each other. In the modification illustrated in FIG. 9, the flow direction is substantially the same as that in the embodiment illustrated in FIG. 5. Therefore, the flow direction is close to the pressure change illustrated in FIG. 6. In the modification illustrated in FIG. Since the flow direction is the same as that of the modified example illustrated in FIG. 7, it is close to the pressure change illustrated in FIG. Needless to say, the modification illustrated in FIG. 9 has the same effect as the embodiment, and the modification illustrated in FIG. 10 has the same effect as the modification illustrated in FIG.

【0030】この他、酸素含有ガス流路34と水素含有
ガス流路44とが直交するよう酸素含有ガス側セパレー
タ30と水素含有ガス側セパレータ40とを配置しても
よい。図11は、酸素含有ガス流路34と水素含有ガス
流路44とが直交するよう酸素含有ガス側セパレータ3
0と水素含有ガス側セパレータ40とを配置する配置方
法を模式的に示す説明図である。図11(a)は酸素含
有ガス側セパレータ30の配置であり、図11(b)な
いし(e)は図11(a)の酸素含有ガス側セパレータ
30に対する水素含有ガス側セパレータ40の配置の4
つのパターンである。なお、図11では酸素含有ガス側
セパレータ30を基準に水素含有ガス側セパレータ40
のパターンを変えて示したが、水素含有ガス側セパレー
タ40を基準にして酸素含有ガス側セパレータ30のパ
ターンを変えて示しても同一であることは勿論である。
図示のいずれのパターンでも、酸素含有ガス側セパレー
タ30の排出口35近傍における空気の圧力が水素含有
ガス側セパレータ40の供給口41近傍の水素含有ガス
の圧力より高くなるよう調節することにより、いずれの
部位においても空気の圧力の方が水素含有ガスの圧力よ
り大きくすることができるから、カソード26で生成す
る水をアノード28側に排除することができる。
In addition, the oxygen-containing gas separator 30 and the hydrogen-containing gas separator 40 may be arranged so that the oxygen-containing gas passage 34 and the hydrogen-containing gas passage 44 are orthogonal to each other. FIG. 11 shows the oxygen-containing gas side separator 3 so that the oxygen-containing gas passage 34 and the hydrogen-containing gas passage 44 are orthogonal to each other.
It is explanatory drawing which shows typically the arrangement method of arrange | positioning 0 and the hydrogen-containing gas side separator 40. FIG. 11A shows an arrangement of the oxygen-containing gas separator 30. FIGS. 11B to 11E show four arrangements of the hydrogen-containing gas separator 40 with respect to the oxygen-containing gas separator 30 of FIG.
There are two patterns. In FIG. 11, the hydrogen-containing gas separator 40 is based on the oxygen-containing gas separator 30.
However, it is needless to say that the pattern of the oxygen-containing gas-side separator 30 is changed with reference to the hydrogen-containing gas-side separator 40.
In any of the illustrated patterns, by adjusting the pressure of the air near the outlet 35 of the oxygen-containing gas separator 30 to be higher than the pressure of the hydrogen-containing gas near the supply port 41 of the hydrogen-containing gas separator 40, Since the pressure of the air can be made higher than the pressure of the hydrogen-containing gas also at the part, the water generated at the cathode 26 can be removed to the anode 28 side.

【0031】実施例の固体高分子型燃料電池10では、
空気や水素含有ガスが迂流して流れるよう形成された酸
素含有ガス流路34や水素含有ガス流路44を形成する
酸素含有ガス側セパレータ30や水素含有ガス側セパレ
ータ40を用いたが、空気や水素含有ガスが一側面から
対向する側面に向かって直線的に流れるよう形成された
酸素含有ガス流路や水素含有ガス流路を形成する酸素含
有ガス側セパレータや水素含有ガス側セパレータを用い
るものとしてもよい。このような酸素含有ガス側セパレ
ータの一例を図12に示す。この変形例の酸素含有ガス
側セパレータ30Bは、縁を除いて全体が一段掘り下げ
た状態に形成されており、この掘り下げた部位の前面に
断面が円形や矩形の複数の凸部32Bが形成されてい
る。酸素含有ガス側セパレータ30Bでは、この凸部3
2Bが電解質膜22に当接することにより掘り下げられ
た部位が空気の流路34Bになる。また、酸素含有ガス
側セパレータ30Bの図中左縁近傍には4つの空気の供
給口31Bが形成されており、図中右縁近傍には4つの
排出口35Bが形成されている。水素含有ガス側セパレ
ータ40Bとして図12に例示する酸素含有ガス側セパ
レータ30Bと同一形状のものを用いれば、酸素含有ガ
ス側セパレータ30Bと水素含有ガス側セパレータ40
Bとの配置のパターンは図13に示す通りとなる。図1
3では、図13(a)の酸素含有ガス側セパレータ30
Bを基準に水素含有ガス側セパレータ40のパターンを
図13(b)ないし(d)として示している。このいず
れのパターンでも、酸素含有ガス側セパレータ30Bの
排出口35B近傍における空気の圧力が水素含有ガス側
セパレータ40Bの供給口41B近傍の水素含有ガスの
圧力より高くなるよう調節することにより、いずれの部
位においても空気の圧力の方が水素含有ガスの圧力より
大きくすることができるから、カソード26で生成する
水をアノード28側に排除することができる。これらの
パターのうち図13(b)のパターンを選択すれば、空
気と水素含有ガスが平行して同方向に流れるから、流路
における圧力の変化は、程度の差はあるもののその形と
しては図6に例示する実施例と同様な圧力変化を示す。
一方、図13(c)のパターンを選択すれば、空気と水
素含有ガスが平行して逆方向に流れるから、流路におけ
る圧力の変化は、同様に程度の差はあるもののその形と
しては図8に例示する変形例と同様な圧力変化を示す。
In the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment,
Although the oxygen-containing gas side separator 30 and the hydrogen-containing gas side separator 40 forming the oxygen-containing gas flow path 34 and the hydrogen-containing gas flow path 44 formed so that the air and the hydrogen-containing gas flow in a bypass manner are used, As a device using an oxygen-containing gas side separator or a hydrogen-containing gas side separator forming an oxygen-containing gas flow path or a hydrogen-containing gas flow path formed so that the hydrogen-containing gas flows linearly from one side to the opposite side. Is also good. FIG. 12 shows an example of such an oxygen-containing gas-side separator. The oxygen-containing gas-side separator 30B of this modified example is formed in a state in which the whole is excavated one step except for the edge, and a plurality of convex portions 32B having a circular or rectangular cross section are formed in front of the excavated portion. I have. In the oxygen-containing gas side separator 30B, the protrusions 3
The portion dug down by the contact of 2B with the electrolyte membrane 22 becomes the air flow path 34B. Also, four air supply ports 31B are formed near the left edge of the oxygen-containing gas side separator 30B in the figure, and four discharge ports 35B are formed near the right edge in the figure. If the same shape as the oxygen-containing gas separator 30B illustrated in FIG. 12 is used as the hydrogen-containing gas separator 40B, the oxygen-containing gas separator 30B and the hydrogen-containing gas separator 40B are used.
The pattern of the arrangement with B is as shown in FIG. FIG.
In FIG. 3, the oxygen-containing gas-side separator 30 shown in FIG.
The patterns of the hydrogen-containing gas side separator 40 based on B are shown in FIGS. In any of these patterns, by adjusting the pressure of air near the outlet 35B of the oxygen-containing gas separator 30B to be higher than the pressure of the hydrogen-containing gas near the supply port 41B of the hydrogen-containing gas separator 40B, Since the pressure of the air can be made higher than the pressure of the hydrogen-containing gas also at the portion, the water generated at the cathode 26 can be removed to the anode 28 side. If the pattern of FIG. 13B is selected from these putters, the air and the hydrogen-containing gas flow in parallel in the same direction. FIG. 6 shows a pressure change similar to the embodiment illustrated in FIG.
On the other hand, if the pattern of FIG. 13 (c) is selected, since the air and the hydrogen-containing gas flow in parallel and in opposite directions, the change in pressure in the flow path is similar to that of FIG. 8 shows a pressure change similar to that of the modification illustrated in FIG.

【0032】この他、空気と水素含有ガスの流し方とし
ては、図4に例示する酸素含有ガス側セパレータ30と
図12に例示する酸素含有ガス側セパレータ30Bと同
一の水素含有ガス側セパレータ40Bとを用いて図14
に模式的に示すパターンとしたり、逆に図4に例示する
酸素含有ガス側セパレータ30と同一の水素含有ガス側
セパレータ40と図12に例示する酸素含有ガス側セパ
レータ30Bとを用いて図15に模式的に示すパターン
とすることもできる。図14および図15に例示するい
ずれのパターンでも、酸素含有ガス側セパレータ30,
30Bの排出口35,35B近傍における空気の圧力が
水素含有ガス側セパレータ40B,40の供給口41
B,41近傍の水素含有ガスの圧力より高くなるよう調
節することにより、いずれの部位においても空気の圧力
の方が水素含有ガスの圧力より大きくすることができる
から、カソード26で生成する水をアノード28側に排
除することができる。
In addition, the way of flowing the air and the hydrogen-containing gas is as follows: the oxygen-containing gas-side separator 30B illustrated in FIG. 4 and the hydrogen-containing gas-side separator 40B illustrated in FIG. Figure 14 using
FIG. 15 shows a pattern schematically shown in FIG. 15 and, conversely, a hydrogen-containing gas-side separator 40 identical to the oxygen-containing gas-side separator 30 illustrated in FIG. 4 and an oxygen-containing gas-side separator 30B illustrated in FIG. It can also be a pattern shown schematically. In any of the patterns illustrated in FIGS. 14 and 15, the oxygen-containing gas-side separator 30,
The pressure of the air in the vicinity of the outlets 35, 35B of the 30B is the supply port 41 of the hydrogen-containing gas side separators 40B, 40
By adjusting the pressure of the hydrogen-containing gas to be higher than the pressures of the hydrogen-containing gas in the vicinity of B and 41, the pressure of the air can be made higher than the pressure of the hydrogen-containing gas at any position. It can be eliminated on the anode 28 side.

【0033】実施例の固体高分子型燃料電池10では、
太さが均一の棒状の補強部材24を用いて電解質膜22
を補強するものとしたが、図16に例示する変形例の電
解質膜22Cに示すように補強部材24Cを径の変化す
る棒材を用いるものとしてもよい。この場合、空気と水
素含有ガスとの圧力差が大きい部位の径が大きくなるよ
うに補強部材24Cを配置するのは言うまでもない。ま
た、図17の変形例の電解質膜22Dに示すように、補
間するように補強部材24Dを配置するものとしてもよ
い。
In the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment,
The electrolyte membrane 22 is formed using a rod-shaped reinforcing member 24 having a uniform thickness.
However, as shown in a modified example of the electrolyte membrane 22C illustrated in FIG. 16, the reinforcing member 24C may be formed by using a rod having a variable diameter. In this case, it goes without saying that the reinforcing member 24C is arranged so that the diameter of the portion where the pressure difference between the air and the hydrogen-containing gas is large is large. Further, as shown in a modified example of the electrolyte membrane 22D in FIG. 17, the reinforcing member 24D may be arranged so as to interpolate.

【0034】実施例の固体高分子型燃料電池10では、
補強部材24を電解質膜22に埋め込むものとしたが、
図18の変形例の電解質膜22Eや図19の変形例の電
解質膜22Fのように補強部材24Eや補強部材24F
を電解質膜22E,22Fに埋め込まず、その表面に配
置するものとしてもよい。図18に例示するように補強
部材24Eをアノード28側に配置する場合には補強部
材24Eを引っ張り強度に有利な材料により形成し、図
19に例示するように補強部材24Fをカソード26側
に配置する場合には補強部材24Fを圧縮強度に有利な
材料により形成すればよい。
In the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment,
Although the reinforcing member 24 is embedded in the electrolyte membrane 22,
A reinforcing member 24E or a reinforcing member 24F like the electrolyte membrane 22E of the modification of FIG. 18 or the electrolyte membrane 22F of the modification of FIG.
May not be embedded in the electrolyte membranes 22E and 22F, but may be arranged on the surface thereof. In the case where the reinforcing member 24E is disposed on the anode 28 side as illustrated in FIG. 18, the reinforcing member 24E is formed of a material having an advantageous tensile strength, and the reinforcing member 24F is disposed on the cathode 26 side as illustrated in FIG. In this case, the reinforcing member 24F may be formed of a material that is advantageous in compressive strength.

【0035】実施例の固体高分子型燃料電池10では、
補強部材24として棒材を用いたが、図20の変形例の
電解質膜22Gに埋め込まれる補強部材24Gのように
短繊維を用いるものとしてもよい。この場合、短繊維は
空気と水素含有ガスとの圧力差に応じて埋め込む量を調
節すればよい。
In the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment,
Although the bar is used as the reinforcing member 24, a short fiber may be used like the reinforcing member 24G embedded in the electrolyte membrane 22G of the modification of FIG. In this case, the amount of short fibers to be embedded may be adjusted according to the pressure difference between the air and the hydrogen-containing gas.

【0036】実施例の固体高分子型燃料電池10では、
燃料電池スタック20に一方向から空気と水素含有ガス
とを供給するよう構成しているが、図21の変形例の燃
料電池スタック20Hを例示する模式図に示すように、
各単電池に交互に図中上からと図中下からとから酸素と
水素含有ガスとを供給するものとしてもよい。なお、図
21では、電解質膜22や酸素含有ガス側セパレータ3
0,水素含有ガス側セパレータ40を模式的に示してい
る。電解質膜22の厚みが上下で異なるのは、補強部材
24の配置によるものであり、図21では電解質膜22
を厚い部分が図中上となるものと図中下となるものとを
交互に配置して積層している。こうすることにより、変
形例の燃料電池スタック20Hを矩形形状に保つことが
できる。
In the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment,
Although it is configured to supply the air and the hydrogen-containing gas to the fuel cell stack 20 from one direction, as shown in a schematic diagram illustrating a fuel cell stack 20H of a modified example in FIG.
Oxygen and a hydrogen-containing gas may be supplied to each cell alternately from above in the figure and from below in the figure. In FIG. 21, the electrolyte membrane 22 and the oxygen-containing gas-side separator 3
0, hydrogen-containing gas side separator 40 is schematically shown. The difference between the thickness of the electrolyte membrane 22 and the thickness of the electrolyte membrane 22 is due to the arrangement of the reinforcing member 24. In FIG.
Are stacked in such a manner that the thicker part is located at the top in the figure and the part located at the bottom in the figure is alternately arranged. By doing so, the fuel cell stack 20H of the modified example can be kept in a rectangular shape.

【0037】実施例の固体高分子型燃料電池10では、
図5に例示するように、酸素含有ガス側セパレータ30
と水素含有ガス側セパレータ40とを、その供給口31
と供給口41および排出口35と排出口45がそれぞれ
整合し、酸素含有ガス流路34と水素含有ガス流路44
とが電解質膜22を挟んで同方向に迂流して供給口31
や供給口41から排出口35や排出口45に至るように
配置し、供給口31,41近傍における空気と水素含有
ガスとの圧力差が排出口35,45近傍に比べて大きく
なるようにしたり、あるいは変形例で示したように空気
と水素含有ガスとの圧力差が供給口31,41から排出
口35,45に向けてほぼ均等になるようにしたが、こ
の酸素含有ガス側セパレータ30と水素含有ガス側セパ
レータ40との配置と、図7に例示する酸素含有ガス側
セパレータ30と水素含有ガス側セパレータ40との配
置、即ち、供給口31と排出口45とが整合し、排出口
35と供給口41とが整合し、そして酸素含有ガス流路
34と水素含有ガス流路44とが電解質膜22を挟んで
逆方向に迂流して供給口31や供給口41から排出口3
5や排出口45に至る配置とを切り換えて用いるものと
してもよい。この場合、図22の変形例の固体高分子型
燃料電池10Jに例示するように、空気を供給口31か
ら供給する配管と排出口35から供給する配管とを切り
換えることができるよう構成すればよい。変形例の固体
高分子型燃料電池10Jでは、供給管53は、三方弁5
5,第1供給管56a,三方弁57aを介して燃料電池
スタック20Jの水素含有ガスの供給管63側に接続さ
れると共に、三方弁55,第2供給管56b,三方弁5
7bを介して燃料電池スタック20Jの水素含有ガスの
排ガス管68側に接続されている。また、三方弁57
a,57bには、排ガス管58a,58bが取り付けら
れており、排ガス管58a,58bには排圧調圧弁59
a,59bが取り付けられている。
In the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment,
As illustrated in FIG. 5, as shown in FIG.
And the hydrogen-containing gas side separator 40 with the supply port 31
And the supply port 41 and the discharge port 35 and the discharge port 45 are aligned with each other, and the oxygen-containing gas flow path 34 and the hydrogen-containing gas flow path 44
Are bypassed in the same direction with the electrolyte membrane 22 interposed therebetween.
Or from the supply port 41 to the discharge port 35 or the discharge port 45 so that the pressure difference between the air and the hydrogen-containing gas near the supply ports 31 and 41 is larger than that near the discharge ports 35 and 45. Alternatively, as shown in the modified example, the pressure difference between the air and the hydrogen-containing gas is made substantially uniform from the supply ports 31 and 41 toward the discharge ports 35 and 45. The arrangement of the hydrogen-containing gas-side separator 40 and the arrangement of the oxygen-containing gas-side separator 30 and the hydrogen-containing gas-side separator 40 illustrated in FIG. 7, that is, the supply port 31 and the discharge port 45 match, and the discharge port 35 And the supply port 41 are aligned with each other, and the oxygen-containing gas flow path 34 and the hydrogen-containing gas flow path 44 detour in opposite directions with the electrolyte membrane 22 interposed therebetween.
5 and the arrangement leading to the discharge port 45 may be switched and used. In this case, as exemplified in the polymer electrolyte fuel cell 10J of the modified example of FIG. 22, the configuration may be such that the pipe for supplying air from the supply port 31 and the pipe for supplying air from the discharge port 35 can be switched. . In the polymer electrolyte fuel cell 10J of the modification, the supply pipe 53 is connected to the three-way valve 5.
5, connected to the hydrogen-containing gas supply pipe 63 side of the fuel cell stack 20J via the first supply pipe 56a and the three-way valve 57a, and the three-way valve 55, the second supply pipe 56b, and the three-way valve 5
The fuel cell stack 20J is connected to the hydrogen-containing gas exhaust gas pipe 68 via the fuel cell stack 7b. Also, the three-way valve 57
Exhaust gas pipes 58a, 58b are attached to the exhaust gas pipes 58a, 58b.
a, 59b are attached.

【0038】したがって、供給管53と第1供給管56
aとが連通するよう三方弁55を操作し、排ガス管58
bと第1供給管56aとが連通しないよう三方弁57a
を操作すると共に第2供給管56bと排ガス管58aと
が連通しないよう三方弁57bを操作すれば、空気は、
供給管53から第1供給管56aを通って燃料電池スタ
ック20Jに供給され、排ガス管58aから排出される
から、図5に例示するパターンとなる。一方、供給管5
3と第2供給管56bとが連通するよう三方弁55を操
作し、排ガス管58aと第2供給管56bとが連通しな
いよう三方弁57bを操作すると共に第1供給管56a
と排ガス管58bとが連通しないよう三方弁57aを操
作すれば、空気は、供給管53から第2供給管56bを
通って燃料電池スタック20Jに供給され、排ガス管5
8bから排出されるから、図7に例示するパターンとな
る。以上説明したように、この変形例の固体高分子型燃
料電池10Jでは、図5に例示するパターンと図7に例
示するパターンとを切り換えることができる。この結
果、固体高分子型燃料電池10Jの運転状態に応じてよ
り適切なパターンとして運転することができる。なお、
変形例の固体高分子型燃料電池10Jでは、図4に例示
する酸素含有ガス側セパレータ30や水素含有ガス側セ
パレータ40を用いたが、図12に例示する酸素含有ガ
ス側セパレータ30Bや水素含有ガス側セパレータ40
Bを用いるものとしてもよく、あるいは酸素含有ガス側
セパレータ30と水素含有ガス側セパレータ40Bを用
いたり、酸素含有ガス側セパレータ30Bと水素含有ガ
ス側セパレータ40を用いるものとしてもよい。
Therefore, the supply pipe 53 and the first supply pipe 56
The three-way valve 55 is operated so that the
b and the first supply pipe 56a so as not to communicate with each other.
By operating the three-way valve 57b so that the second supply pipe 56b and the exhaust gas pipe 58a do not communicate with each other,
Since the fuel is supplied from the supply pipe 53 to the fuel cell stack 20J through the first supply pipe 56a and discharged from the exhaust gas pipe 58a, the pattern illustrated in FIG. 5 is obtained. On the other hand, supply pipe 5
The three-way valve 55 is operated so that the third and third supply pipes 56b communicate with each other, and the three-way valve 57b is operated so that the exhaust gas pipe 58a and the second supply pipe 56b do not communicate with each other.
If the three-way valve 57a is operated so that the exhaust gas pipe 58b and the exhaust gas pipe 58b do not communicate with each other, air is supplied from the supply pipe 53 to the fuel cell stack 20J through the second supply pipe 56b.
8b, the pattern illustrated in FIG. 7 is obtained. As described above, in the polymer electrolyte fuel cell 10J of this modification, the pattern illustrated in FIG. 5 and the pattern illustrated in FIG. 7 can be switched. As a result, the operation can be performed in a more appropriate pattern according to the operation state of the polymer electrolyte fuel cell 10J. In addition,
In the polymer electrolyte fuel cell 10J of the modified example, the oxygen-containing gas-side separator 30 and the hydrogen-containing gas-side separator 40 illustrated in FIG. 4 are used, but the oxygen-containing gas-side separator 30B illustrated in FIG. Side separator 40
B may be used, or the oxygen-containing gas separator 30 and the hydrogen-containing gas separator 40B may be used, or the oxygen-containing gas separator 30B and the hydrogen-containing gas separator 40 may be used.

【0039】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
The embodiments of the present invention have been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments may be made without departing from the scope of the present invention. Of course, it can be carried out.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例としての固体高分子型燃料
電池10の構成の概略を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a polymer electrolyte fuel cell 10 as one embodiment of the present invention.

【図2】 実施例の固体高分子型燃料電池10の燃料電
池スタック20の一部を例示する構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a part of a fuel cell stack 20 of the polymer electrolyte fuel cell 10 according to the embodiment.

【図3】 電解質膜22の面方向の断面を例示する断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross section in a plane direction of an electrolyte membrane 22;

【図4】 酸素含有ガス側セパレータ30の酸素含有ガ
ス流路34が形成される面を例示する平面図である。
FIG. 4 is a plan view illustrating a surface of the oxygen-containing gas separator 30 on which the oxygen-containing gas channel 34 is formed.

【図5】 酸素含有ガス側セパレータ30や水素含有ガ
ス側セパレータ40へ空気や水素含有ガスを供給する際
の供給の様子を模式的に例示する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically illustrating a state of supply when air or a hydrogen-containing gas is supplied to the oxygen-containing gas-side separator 30 or the hydrogen-containing gas-side separator 40.

【図6】 実施例の固体高分子型燃料電池10が運転状
態にあるときの酸素含有ガス流路34や水素含有ガス流
路44における空気や水素含有ガスの圧力の変化の様子
を例示する説明図である。
FIG. 6 is a view exemplifying a state of a change in the pressure of air or a hydrogen-containing gas in the oxygen-containing gas flow path 34 or the hydrogen-containing gas flow path 44 when the polymer electrolyte fuel cell 10 of the embodiment is in an operating state. FIG.

【図7】 変形例における酸素含有ガス側セパレータ3
0や水素含有ガス側セパレータ40へ空気や水素含有ガ
スを供給する際の供給の様子を模式的に示す説明図であ
る。
FIG. 7 is an oxygen-containing gas side separator 3 in a modified example.
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a state of supply when air or a hydrogen-containing gas is supplied to the separator 40 on the side of 0 or the hydrogen-containing gas.

【図8】 変形例における運転状態の酸素含有ガス流路
34や水素含有ガス流路44の空気や水素含有ガスの圧
力の変化の様子を例示する説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view exemplifying a state of a change in pressure of air or a hydrogen-containing gas in an oxygen-containing gas flow path and a hydrogen-containing gas flow path in an operating state in a modified example.

【図9】 変形例における酸素含有ガス側セパレータ3
0や水素含有ガス側セパレータ40へ空気や水素含有ガ
スを供給する際の供給の様子を模式的に示す説明図であ
る。
FIG. 9 shows an oxygen-containing gas-side separator 3 according to a modification.
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a state of supply when air or a hydrogen-containing gas is supplied to the separator 40 on the side of 0 or the hydrogen-containing gas.

【図10】 変形例における酸素含有ガス側セパレータ
30や水素含有ガス側セパレータ40へ空気や水素含有
ガスを供給する際の供給の様子を模式的に示す説明図で
ある。
FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing a state of supply when supplying air or a hydrogen-containing gas to an oxygen-containing gas-side separator 30 or a hydrogen-containing gas-side separator 40 in a modified example.

【図11】 酸素含有ガス流路34と水素含有ガス流路
44とが直交するよう酸素含有ガス側セパレータ30と
水素含有ガス側セパレータ40とを配置する配置方法を
模式的に示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory view schematically showing an arrangement method of arranging the oxygen-containing gas separator 30 and the hydrogen-containing gas separator 40 such that the oxygen-containing gas flow path 34 and the hydrogen-containing gas flow path 44 are orthogonal to each other. .

【図12】 変形例の酸素含有ガス側セパレータ30B
を例示する説明図である。
FIG. 12 is a modified example of the oxygen-containing gas side separator 30B.
It is explanatory drawing which illustrates.

【図13】 変形例の酸素含有ガス側セパレータ30B
と水素含有ガス側セパレータ40Bを用いた際の配置の
パターンを模式的に例示する説明図である。
FIG. 13 is a modified example of the oxygen-containing gas side separator 30B.
It is explanatory drawing which illustrates typically the pattern of arrangement | positioning at the time of using the hydrogen containing gas side separator 40B.

【図14】 実施例の酸素含有ガス側セパレータ30と
変形例の水素含有ガス側セパレータ40Bとを用いた際
の配置のパターンを模式的に例示する説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram schematically illustrating an arrangement pattern when the oxygen-containing gas-side separator 30 of the embodiment and the hydrogen-containing gas-side separator 40B of the modification are used.

【図15】 変形例の酸素含有ガス側セパレータ30B
と実施例の水素含有ガス側セパレータ40とを用いた際
の配置のパターンを模式的に例示する説明図である。
FIG. 15 is a modified example of the oxygen-containing gas side separator 30B.
It is explanatory drawing which illustrates typically the pattern of arrangement | positioning at the time of using the hydrogen containing gas side separator 40 of an Example.

【図16】 変形例の補強部材24Cの配置を例示する
説明図である。
FIG. 16 is an explanatory view exemplifying an arrangement of a reinforcing member 24C of a modified example.

【図17】 変形例の補強部材24Dの配置を例示する
説明図である。
FIG. 17 is an explanatory view illustrating the arrangement of a reinforcing member 24D according to a modified example.

【図18】 変形例の補強部材24Eの配置を例示する
説明図である。
FIG. 18 is an explanatory view illustrating the arrangement of a reinforcing member 24E according to a modified example.

【図19】 変形例の補強部材24Fの配置を例示する
説明図である。
FIG. 19 is an explanatory view illustrating the arrangement of a reinforcing member 24F according to a modified example.

【図20】 変形例の補強部材24Gを用いる電解質膜
22Gを例示する説明図である。
FIG. 20 is an explanatory view illustrating an electrolyte membrane 22G using a reinforcing member 24G of a modified example.

【図21】 変形例の燃料電池スタック20Hを模式的
に示す説明図である。
FIG. 21 is an explanatory view schematically showing a fuel cell stack 20H of a modified example.

【図22】 変形例の固体高分子型燃料電池10Jの構
成の概略を示す構成図である。
FIG. 22 is a configuration diagram schematically illustrating a configuration of a polymer electrolyte fuel cell 10J according to a modification.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,10J 固体高分子型燃料電池、20,20H,
20J 燃料電池スタック、21 単電池、22,22
C,22D,22E,22F,22G 電解質膜、2
4,24C,24D,24E,24F,24G 補強部
材、26 カソード、28 アノード、30,30B
酸素含有ガス側セパレータ、31,31B供給口、32
リブ、32B 凸部、34,34B 酸素含有ガス流
路、35,35B 排出口、36 リブ、38 冷却媒
体流路、40,40B 水素含有ガス側セパレータ、4
1,41B 供給口、42 リブ、44 水素含有ガス
流路、45,45B 排出口、52 ブロワ、53 供
給管、54 供給圧調圧弁、55 三方弁、56a 第
1供給管、56b 第2供給管、57a,57b三方
弁、58,58a,58b 排ガス管、59,59a,
59b 排圧調圧弁、63 供給管、64 供給圧調圧
弁、68 排ガス管、69 排圧調圧弁。
10, 10J polymer electrolyte fuel cell, 20, 20H,
20J fuel cell stack, 21 cells, 22, 22
C, 22D, 22E, 22F, 22G electrolyte membrane, 2
4, 24C, 24D, 24E, 24F, 24G Reinforcing member, 26 cathode, 28 anode, 30, 30B
Oxygen-containing gas side separator, 31, 31B supply port, 32
Rib, 32B convex portion, 34, 34B oxygen-containing gas flow path, 35, 35B outlet, 36 rib, 38 cooling medium flow path, 40, 40B hydrogen-containing gas side separator, 4
1, 41B supply port, 42 rib, 44 hydrogen-containing gas flow path, 45, 45B discharge port, 52 blower, 53 supply pipe, 54 supply pressure regulating valve, 55 three-way valve, 56a first supply pipe, 56b second supply pipe , 57a, 57b three-way valve, 58, 58a, 58b exhaust gas pipe, 59, 59a,
59b exhaust pressure regulating valve, 63 supply pipe, 64 supply pressure regulating valve, 68 exhaust gas pipe, 69 exhaust pressure regulating valve.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体高分子により形成された電解質膜を
二つの電極で挟持する固体高分子型燃料電池であって、 前記電解質膜の一方側の電極に水素を含有する水素含有
ガスを供給する水素含有ガス供給手段と、 前記電解質膜の他方側の電極に前記水素含有ガスの供給
圧より高い圧力で酸素を含有する酸素含有ガスを供給す
る酸素含有ガス供給手段とを備える固体高分子型燃料電
池。
1. A polymer electrolyte fuel cell comprising an electrolyte membrane formed of a solid polymer sandwiched between two electrodes, wherein a hydrogen-containing gas containing hydrogen is supplied to one electrode of the electrolyte membrane. A solid polymer fuel comprising: a hydrogen-containing gas supply means; and an oxygen-containing gas supply means for supplying an oxygen-containing gas containing oxygen at a pressure higher than the supply pressure of the hydrogen-containing gas to the other electrode of the electrolyte membrane. battery.
【請求項2】 前記電解質膜の内部および/または表面
に配置され、該電解質膜の強度を補強する補強手段を備
える請求項1記載の固体高分子型燃料電池。
2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, further comprising reinforcing means disposed inside and / or on the surface of the electrolyte membrane to reinforce the strength of the electrolyte membrane.
【請求項3】 前記補強手段は、前記水素含有ガスと前
記酸素含有ガスとの圧力差に応じて前記電解質膜の各部
の補強の程度を変えて補強する手段である請求項2記載
の固体高分子型燃料電池。
3. The solid height as set forth in claim 2, wherein said reinforcing means changes the degree of reinforcement of each part of said electrolyte membrane in accordance with a pressure difference between said hydrogen-containing gas and said oxygen-containing gas. Molecular fuel cell.
【請求項4】 前記酸素含有ガス供給手段は、前記電解
質膜の各部における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガ
スとの圧力差の偏差が小さくなるよう前記他方側の電極
に前記酸素含有ガスを供給する手段である請求項1ない
し3いずれか記載の固体高分子型燃料電池。
4. The oxygen-containing gas supply means supplies the oxygen-containing gas to the electrode on the other side such that a deviation of a pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane is reduced. The polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 3, which is a means for performing.
【請求項5】 前記酸素含有ガス供給手段は、前記電解
質膜の各部における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガ
スとの圧力差の偏差が大きくなるよう前記他方側の電極
に前記酸素含有ガスを供給する手段である請求項1ない
し3いずれか記載の固体高分子型燃料電池。
5. The oxygen-containing gas supply means supplies the oxygen-containing gas to the electrode on the other side such that a deviation of a pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane becomes large. The polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 3, which is a means for performing.
【請求項6】 前記酸素含有ガス供給手段は、前記水素
含有ガスの上流側における前記酸素含有ガスと前記水素
含有ガスとの圧力差が大きくなるよう前記他方側の電極
に前記酸素含有ガスを供給する手段である請求項5記載
の固体高分子型燃料電池。
6. The oxygen-containing gas supply means supplies the oxygen-containing gas to the electrode on the other side such that a pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas on the upstream side of the hydrogen-containing gas is increased. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 5, which is a means for performing.
【請求項7】 前記酸素含有ガス供給手段は、前記水素
含有ガスの下流側における前記酸素含有ガスと前記水素
含有ガスとの圧力差が大きくなるよう前記他方側の電極
に前記酸素含有ガスを供給する手段である請求項5記載
の固体高分子型燃料電池。
7. The oxygen-containing gas supply means supplies the oxygen-containing gas to the electrode on the other side such that a pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas downstream of the hydrogen-containing gas is increased. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 5, which is a means for performing.
【請求項8】 前記酸素含有ガス供給手段は、前記電解
質膜の各部における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガ
スとの圧力差の偏差が小さくなる前記他方側の電極への
前記酸素含有ガスの供給と、前記電解質膜の各部におけ
る前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの圧力差の偏
差が大きくなる前記他方側の電極への前記酸素含有ガス
の供給とを切り換える供給切換手段を備える請求項1な
いし3いずれか記載の固体高分子型燃料電池。
8. The oxygen-containing gas supply means supplies the oxygen-containing gas to the electrode on the other side where a difference in pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane is reduced. And supply switching means for switching between supply of the oxygen-containing gas to the other electrode where the deviation of the pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane is large. 4. The polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 3 to 3.
【請求項9】 前記水素含有ガス供給手段は、前記電解
質膜の各部における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガ
スとの圧力差の偏差が小さくなる前記一方側の電極への
前記水素含有ガスの供給と、前記電解質膜の各部におけ
る前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの圧力差の偏
差が大きくなる前記一方側の電極への前記水素含有ガス
の供給とを切り換える供給切換手段を備える請求項1な
いし3いずれか記載の固体高分子型燃料電池。
9. The hydrogen-containing gas supply means supplies the hydrogen-containing gas to the one electrode in which a difference in pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane is reduced. And supply switching means for switching the supply of the hydrogen-containing gas to the one electrode where the deviation of the pressure difference between the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas in each part of the electrolyte membrane is large. 4. The polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 3 to 3.
【請求項10】 請求項1ないし3いずれか記載の固体
高分子型燃料電池であって、 前記水素含有ガス供給手段は、前記水素含有ガスが前記
一方側の電極の表面を全体として所定方向に流れるよう
該水素含有ガスを供給する手段であり、 前記酸素含有ガス供給手段は、前記酸素含有ガスが前記
他方側の電極の表面を全体として前記所定方向に対して
所定の角度をもった方向に流れるよう該酸素含有ガスを
供給する手段である固体高分子型燃料電池。
10. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein said hydrogen-containing gas supply means is configured to supply said hydrogen-containing gas in a predetermined direction over the entire surface of said one electrode. Means for supplying the hydrogen-containing gas so as to flow, wherein the oxygen-containing gas supply means is arranged such that the oxygen-containing gas has a predetermined angle with respect to the predetermined direction with respect to the entire surface of the electrode on the other side. A polymer electrolyte fuel cell which is a means for supplying the oxygen-containing gas in a flowing manner.
【請求項11】 前記所定の角度をもった方向は、前記
所定方向と略同一の方向である請求項10記載の固体高
分子型燃料電池。
11. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 10, wherein the direction having the predetermined angle is substantially the same as the predetermined direction.
【請求項12】 前記所定の角度をもった方向は、前記
所定方向と略逆方向である請求項10記載の固体高分子
型燃料電池。
12. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 10, wherein the direction having the predetermined angle is substantially opposite to the predetermined direction.
【請求項13】 前記所定の角度をもった方向は、前記
所定方向に対して略直交する方向である請求項10記載
の固体高分子型燃料電池。
13. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 10, wherein the direction having the predetermined angle is a direction substantially orthogonal to the predetermined direction.
【請求項14】 前記酸素含有ガス供給手段は、前記所
定の角度をもった方向として少なくとも2つの異なる方
向を有し、該方向のうちの一つの方向を選択して前記酸
素含有ガスを供給する手段である請求項10記載の固体
高分子型燃料電池。
14. The oxygen-containing gas supply means has at least two different directions as the directions having the predetermined angle, and selects one of the directions to supply the oxygen-containing gas. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 10, which is a means.
【請求項15】 前記水素含有ガス供給手段は、前記所
定方向として少なくとも2つの異なる方向を有し、該方
向のうちの一つの方向を選択して前記水素含有ガスを供
給する手段である請求項10記載の固体高分子型燃料電
池。
15. The hydrogen-containing gas supply means has at least two different directions as the predetermined direction, and selects one of the directions to supply the hydrogen-containing gas. 11. The polymer electrolyte fuel cell according to item 10.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068323A (en) * 2001-08-29 2003-03-07 Honda Motor Co Ltd Film/electrode structural body and fuel cell
JP2003092121A (en) * 2001-09-14 2003-03-28 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2005038826A (en) * 2003-07-14 2005-02-10 Asia Pacific Fuel Cell Technology Ltd Flowing field structure of fuel cell electrode
US7122263B2 (en) 2002-07-29 2006-10-17 Denso Corporation Fuel cell system
WO2006137357A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Membrane-electrode assembly, its manufacturing method, and fuel cell
JP2007018821A (en) * 2005-07-06 2007-01-25 Toyota Motor Corp Electrolyte membrane used in polymer electrolyte fuel cell, its manufacturing method and membrane-electrode assembly
JP2007294327A (en) * 2006-04-27 2007-11-08 Hitachi Ltd Polymer electrolyte fuel cell, and separator
JP2008269911A (en) * 2007-04-19 2008-11-06 Toyota Motor Corp Fuel cell system, and gas pressure control method in fuel cell system
WO2009005158A1 (en) * 2007-07-04 2009-01-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control unit for fuel cell system
JP2010267628A (en) * 2010-07-26 2010-11-25 Honda Motor Co Ltd Membrane-electrode structure and fuel cell
WO2011099399A1 (en) * 2010-02-12 2011-08-18 トヨタ車体 株式会社 Fuel cell
JP2015060801A (en) * 2013-09-20 2015-03-30 凸版印刷株式会社 Method for manufacturing film-electrode assembly, film-electrode assembly, and solid polymer fuel cell

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7166889B2 (en) 2018-11-20 2022-11-08 ダイキン工業株式会社 Method for producing 1,2-difluoroethylene

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06504403A (en) * 1991-01-15 1994-05-19 バラード パワー システムズ インコーポレイテッド Water removal method for electrochemical fuel cells
JPH09194609A (en) * 1996-01-25 1997-07-29 Sumitomo Electric Ind Ltd Ion-exchange membrane and its preparation
JPH09245800A (en) * 1996-03-08 1997-09-19 Toyota Motor Corp Fuel cell and electrode for fuel cell
JP2000100458A (en) * 1998-09-25 2000-04-07 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell
JP2002525824A (en) * 1998-09-18 2002-08-13 エナジー パートナーズ エル.シー. Self-humidifying fuel cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06504403A (en) * 1991-01-15 1994-05-19 バラード パワー システムズ インコーポレイテッド Water removal method for electrochemical fuel cells
JPH09194609A (en) * 1996-01-25 1997-07-29 Sumitomo Electric Ind Ltd Ion-exchange membrane and its preparation
JPH09245800A (en) * 1996-03-08 1997-09-19 Toyota Motor Corp Fuel cell and electrode for fuel cell
JP2002525824A (en) * 1998-09-18 2002-08-13 エナジー パートナーズ エル.シー. Self-humidifying fuel cell
JP2000100458A (en) * 1998-09-25 2000-04-07 Toshiba Corp Solid polymer fuel cell

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068323A (en) * 2001-08-29 2003-03-07 Honda Motor Co Ltd Film/electrode structural body and fuel cell
JP2003092121A (en) * 2001-09-14 2003-03-28 Toyota Motor Corp Fuel cell
US7122263B2 (en) 2002-07-29 2006-10-17 Denso Corporation Fuel cell system
JP2005038826A (en) * 2003-07-14 2005-02-10 Asia Pacific Fuel Cell Technology Ltd Flowing field structure of fuel cell electrode
JP2012099491A (en) * 2005-06-20 2012-05-24 Panasonic Corp Membrane-electrode assembly and method for manufacturing the same
WO2006137357A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Membrane-electrode assembly, its manufacturing method, and fuel cell
JP2012099492A (en) * 2005-06-20 2012-05-24 Panasonic Corp Membrane-electrode assembly
JP2007018821A (en) * 2005-07-06 2007-01-25 Toyota Motor Corp Electrolyte membrane used in polymer electrolyte fuel cell, its manufacturing method and membrane-electrode assembly
JP2007294327A (en) * 2006-04-27 2007-11-08 Hitachi Ltd Polymer electrolyte fuel cell, and separator
JP2008269911A (en) * 2007-04-19 2008-11-06 Toyota Motor Corp Fuel cell system, and gas pressure control method in fuel cell system
WO2009005158A1 (en) * 2007-07-04 2009-01-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control unit for fuel cell system
JP2009016170A (en) * 2007-07-04 2009-01-22 Toyota Motor Corp Fuel cell system and control device of fuel cell system
DE112008001769T5 (en) 2007-07-04 2010-05-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Fuel cell system and control unit for the fuel cell system
JP4548453B2 (en) * 2007-07-04 2010-09-22 トヨタ自動車株式会社 FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL DEVICE FOR FUEL CELL SYSTEM
CN101689665B (en) * 2007-07-04 2012-09-05 丰田自动车株式会社 Fuel cell system and control unit for fuel cell system
US8309261B2 (en) 2007-07-04 2012-11-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell with control unit for recirculating fuel
WO2011099399A1 (en) * 2010-02-12 2011-08-18 トヨタ車体 株式会社 Fuel cell
JP2011165559A (en) * 2010-02-12 2011-08-25 Toyota Auto Body Co Ltd Fuel cell
JP2010267628A (en) * 2010-07-26 2010-11-25 Honda Motor Co Ltd Membrane-electrode structure and fuel cell
JP2015060801A (en) * 2013-09-20 2015-03-30 凸版印刷株式会社 Method for manufacturing film-electrode assembly, film-electrode assembly, and solid polymer fuel cell

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