JP2005116179A - Fuel cell - Google Patents

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亮一 下井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell in which a drainage function can be improved in a gas diffusion electrode in addition to a reaction gas flow-passage. <P>SOLUTION: This is provided with the gas diffusion electrode arranged on both sides of an electrolyte film, a rib 6 arranged adjacent to the gas diffusion electrode and contacted with the gas diffusion electrode at its contact face 4a, and a separator 4 having a groove-shaped gas flow-passage 5 formed between the ribs 6. A hydrophilic part 21 is formed by communicating and applying a hydrophilic treatment to one part (hydrophilic part 21b) of a face 16 which contacts with the gas diffusion electrode of the rib 6, and to one part (hydrophilic part 21a) of a groove surface 17 forming the gas flow-passage 5. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池に関する。特に、燃料電池内の水マネージメントが必要となる固体高分子型燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell. In particular, the present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell that requires water management in the fuel cell.

従来の燃料電池として、以下のように、ガス流路の水詰まりを抑制するための構成を備えたものが知られている。   As a conventional fuel cell, one having a configuration for suppressing clogging of a gas flow path as described below is known.

固体高分子電解質膜を挟持する燃料極と酸化剤極の両外面に、反応ガス流通溝を備えたセパレータを、反応ガス流通溝が燃料極または酸化剤極に面するように配置し、ガスシール層で気密に保持して構成する。セパレータの内表面の少なくとも一部には、例えば(ポリ)アミノ酸またはタンパク質からなる親水性塗膜を備え、セパレータに冷却水流通溝を設けて燃料電池を構成する(例えば、特許文献1、参照。)。
特開2001−93539号公報
A separator equipped with a reaction gas flow groove on both outer surfaces of the fuel electrode and the oxidant electrode sandwiching the solid polymer electrolyte membrane is disposed so that the reaction gas flow groove faces the fuel electrode or the oxidant electrode, and the gas seal Hold the layer tightly and make up. At least a part of the inner surface of the separator is provided with a hydrophilic coating film made of, for example, (poly) amino acid or protein, and a cooling water circulation groove is provided in the separator to constitute a fuel cell (see, for example, Patent Document 1). ).
JP 2001-93539 A

しかしながら、上記背景技術に記載したような燃料電池においては、ガス流路内の閉塞は防止できるが、ガス拡散電極内の水が排水され難い。そのため、ガス拡散電極内でフラッディングが生じて反応ガスの拡散性が低下し、発電効率が低下するという問題があった。   However, in the fuel cell as described in the above background art, blockage in the gas flow path can be prevented, but water in the gas diffusion electrode is hardly drained. For this reason, flooding occurs in the gas diffusion electrode, resulting in a problem that the diffusibility of the reaction gas is lowered and the power generation efficiency is lowered.

そこで本発明は、上記の問題を鑑みて、反応ガス流路に加えてガス拡散電極内の排水機能を向上することができる燃料電池を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can improve the drainage function in the gas diffusion electrode in addition to the reaction gas flow path.

本発明は、電解質膜の両側に配置されたガス拡散電極と、前記ガス拡散電極に隣接して配置され、その接触面に、前記ガス拡散電極に接触するリブと、前記リブ間に形成された溝形状の反応ガス流路と、を有するセパレータと、を備える。前記リブの前記ガス拡散電極に接触する面の一部と、前記反応ガス流路を形成する溝表面の一部に、連通して親水処理を施すことにより親水部を形成する。   The present invention includes a gas diffusion electrode disposed on both sides of an electrolyte membrane, a gas diffusion electrode disposed adjacent to the gas diffusion electrode, a rib contacting the gas diffusion electrode on a contact surface thereof, and formed between the ribs. A separator having a groove-shaped reaction gas flow path. A hydrophilic portion is formed by performing a hydrophilic treatment in communication with a part of the surface of the rib contacting the gas diffusion electrode and a part of the groove surface forming the reaction gas flow path.

リブのガス拡散電極に接触する面の一部と、反応ガス流路を形成する溝表面の一部に、連通して親水処理を施すことにより親水部を形成する。これにより、ガス拡散電極に接触する面の一部で吸収した水が、親水部内を通って溝表面に移動し、反応ガス流路内を流通する反応ガスに蒸発または運搬されることにより除去することが可能となる。その結果、ガス拡散電極の排水機能を向上することができ、反応ガスの拡散性の低下を抑制することができる。   A hydrophilic portion is formed by performing a hydrophilic treatment in communication with a part of the surface of the rib contacting the gas diffusion electrode and a part of the groove surface forming the reaction gas flow path. As a result, the water absorbed by a part of the surface in contact with the gas diffusion electrode moves to the groove surface through the hydrophilic portion, and is removed by evaporating or transporting to the reaction gas flowing in the reaction gas channel. It becomes possible. As a result, the drainage function of the gas diffusion electrode can be improved, and the decrease in the diffusibility of the reaction gas can be suppressed.

第1の実施形態について説明する。燃料電池を構成する単位セルの概略構成を図1に示す。燃料電池は、複数の単位セルを積層することにより形成したスタックを用いて構成する。または、一つの単位セルを用いて構成しても良い。   A first embodiment will be described. A schematic configuration of a unit cell constituting the fuel cell is shown in FIG. A fuel cell is configured using a stack formed by stacking a plurality of unit cells. Or you may comprise using one unit cell.

図示しない触媒層を有する電解質膜1を一対のガス拡散電極2に狭持し、さらに二つのセパレータ4で狭持する。なお、触媒層は、ガス拡散電極2の電解質膜1に接触する面に形成してもよい。または、電解質膜1、触媒層、ガス拡散層2を独立して形成し、組みたで時に一体化してもよい。セパレータ4を反応ガスおよび水の透過性を有さない緻密材により形成する。また、セパレータ4の外周に沿って、セパレータ4に挟まれた空間を閉塞するシール材3を備える。シール材3により、ガス漏れと短絡を防止する。   An electrolyte membrane 1 having a catalyst layer (not shown) is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes 2 and further sandwiched between two separators 4. The catalyst layer may be formed on the surface of the gas diffusion electrode 2 that contacts the electrolyte membrane 1. Alternatively, the electrolyte membrane 1, the catalyst layer, and the gas diffusion layer 2 may be formed independently and assembled at times. The separator 4 is formed of a dense material that does not have the permeability of the reaction gas and water. Further, a sealing material 3 is provided along the outer periphery of the separator 4 to close the space sandwiched between the separators 4. Gas leakage and short circuit are prevented by the sealing material 3.

セパレータ4のガス拡散電極2に接触する面4aに、燃料ガスもしくは酸化剤ガスを流通する複数の溝状のガス流路5を形成する。溝状のガス流路5を、ガス拡散電極2に平行な溝底面11、ガス拡散電極2に垂直な溝側面12a、12bから形成された溝表面17と、ガス拡散電極2の表面と、に囲まれた空間により形成する。また、隣り合うガス流路5間には、ガス流路5同士を仕切るリブ6が形成される。ここでは、リブ6を、ガス拡散電極2に接触する接触面16と、溝側面12a、12bとに囲まれた凸領域により形成する。リブ6は、機械的強度を保つための機能と、集電機能を担う。   A plurality of groove-like gas flow paths 5 through which fuel gas or oxidant gas flows are formed on a surface 4 a of the separator 4 that contacts the gas diffusion electrode 2. The groove-like gas flow path 5 is formed into a groove bottom surface 11 parallel to the gas diffusion electrode 2, a groove surface 17 formed from groove side surfaces 12 a and 12 b perpendicular to the gas diffusion electrode 2, and a surface of the gas diffusion electrode 2. Formed by enclosed space. In addition, ribs 6 that partition the gas flow paths 5 are formed between the adjacent gas flow paths 5. Here, the rib 6 is formed by a convex region surrounded by the contact surface 16 that contacts the gas diffusion electrode 2 and the groove side surfaces 12a and 12b. The rib 6 has a function for maintaining mechanical strength and a current collecting function.

次に、このような単位セルに用いるセパレータ4の拡大図を図2に示す。   Next, an enlarged view of the separator 4 used in such a unit cell is shown in FIG.

セパレータ4のガス拡散電極2に対峙する面4aの一部に親水処理を施す。ここでは、接触面16の一部とそれに隣接する各溝側面12に、連通して親水処理を施すことにより、略L字形状の親水部21を形成する。図2に示すように、溝側面12全体と接触面16の一部に形成した親水部21xは、リブ6を介して隣接する親水部21yとは連通せず、接触面16の一部で不連続とする。つまり、溝側面12は親水部21aとなり、溝底面11は非親水部22、接触面16は、ガス流路5に垂直な断面において端部が親水部21b、中央部が非親水部22となる。   A hydrophilic treatment is applied to a part of the surface 4 a facing the gas diffusion electrode 2 of the separator 4. Here, a substantially L-shaped hydrophilic portion 21 is formed by performing a hydrophilic treatment in communication with a part of the contact surface 16 and each groove side surface 12 adjacent thereto. As shown in FIG. 2, the hydrophilic portion 21 x formed on the entire groove side surface 12 and a part of the contact surface 16 does not communicate with the adjacent hydrophilic portion 21 y via the rib 6, and is not part of the contact surface 16. Consecutive. That is, the groove side surface 12 becomes the hydrophilic portion 21 a, the groove bottom surface 11 becomes the non-hydrophilic portion 22, and the contact surface 16 has a hydrophilic portion 21 b at the end and a central portion at the non-hydrophilic portion 22 in the cross section perpendicular to the gas flow path 5. .

このように形成することで、セパレータ4とガス拡散電極2との接触面16の一部は親水処理が施され、一部は親水処理が施されていない状態となる。また、ガス流路5の溝表面17についても、一部に親水処理が施され(溝側面12)、一部は親水処理が施されていない(溝底面11)状態となる。   By forming in this way, a part of the contact surface 16 between the separator 4 and the gas diffusion electrode 2 is subjected to a hydrophilic treatment, and a part thereof is not subjected to a hydrophilic treatment. Further, the groove surface 17 of the gas flow path 5 is also partially subjected to hydrophilic treatment (groove side surface 12) and partially not subjected to hydrophilic treatment (groove bottom surface 11).

本実施形態の別の例として、図3に、断面が曲面形状のガス流路5を有するセパレータ4を示す。   As another example of this embodiment, FIG. 3 shows a separator 4 having a gas flow path 5 having a curved cross section.

接触面16の一部からガス流路5を形成する溝表面17の一部まで連通する親水部21を形成する。例えば、ガス流路5を形成する溝表面17のうち、ガス拡散電極2に対して垂直に近い角(45°〜90°)を為す面を溝側面12とし、ガス拡散電極2に対して平行に近い角(0°〜45°)を為す面を溝底面11とする。溝側面12、接触面16の一部に、略L字形状の親水部21を形成する。これにより、接触面16の一部は親水部21bに、一部は非親水部22に形成される。また、溝表面17の一部は親水部21aに、一部は非親水部22に形成される。   A hydrophilic portion 21 that communicates from a part of the contact surface 16 to a part of the groove surface 17 that forms the gas flow path 5 is formed. For example, of the groove surface 17 that forms the gas flow path 5, the surface that forms an angle (45 ° to 90 °) that is nearly perpendicular to the gas diffusion electrode 2 is the groove side surface 12, and is parallel to the gas diffusion electrode 2. A surface forming an angle close to (0 ° to 45 °) is defined as a groove bottom surface 11. A substantially L-shaped hydrophilic portion 21 is formed on part of the groove side surface 12 and the contact surface 16. Thereby, a part of the contact surface 16 is formed in the hydrophilic part 21 b and a part is formed in the non-hydrophilic part 22. Further, a part of the groove surface 17 is formed in the hydrophilic part 21 a and a part is formed in the non-hydrophilic part 22.

なお、親水部21は、ガス流路4の流路軸に垂直な断面において、リブ6の両端に略対称的に形成されるのが好ましい。   The hydrophilic portion 21 is preferably formed substantially symmetrically at both ends of the rib 6 in a cross section perpendicular to the flow path axis of the gas flow path 4.

次に、セパレータ4に上述したような親水部21を形成した場合の水の状態について説明する。   Next, the state of water when the hydrophilic portion 21 as described above is formed on the separator 4 will be described.

電気化学反応により生成され、ガス拡散電極2内に溜まった水が、接触面16に形成した親水部21bに吸水される。親水部21bに吸収された水は、水の濃度差によって溝側面12に形成した親水部21aに拡散し、溝側面12に水の膜が形成される。ガス流路5内を反応ガスが流通することにより、溝側面12の表面に形成された膜状の水が蒸発し、または、小さな水滴として反応ガスと共に燃料電池外に排出される。これにより、ガス拡散電極2に貯留される水を除去することができるので、ガス拡散電極2のガス拡散性を維持して燃料電池の性能、安定性を向上することができる。   Water generated by the electrochemical reaction and accumulated in the gas diffusion electrode 2 is absorbed by the hydrophilic portion 21 b formed on the contact surface 16. The water absorbed in the hydrophilic portion 21 b diffuses into the hydrophilic portion 21 a formed on the groove side surface 12 due to the difference in water concentration, and a water film is formed on the groove side surface 12. When the reaction gas flows through the gas flow path 5, the film-like water formed on the surface of the groove side surface 12 evaporates, or is discharged out of the fuel cell together with the reaction gas as small water droplets. Thereby, since the water stored in the gas diffusion electrode 2 can be removed, the gas diffusibility of the gas diffusion electrode 2 can be maintained and the performance and stability of the fuel cell can be improved.

次に、本実施形態の効果について説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described.

電解質膜1の両側に配置されたガス拡散電極2と、ガス拡散電極2に隣接して配置され、その接触面4aに、ガス拡散電極2に接触するリブ6と、リブ6間に形成された溝形状のガス流路5を有するセパレータ4と、を備える。リブ6のガス拡散電極2に接触する面16の一部(親水部21b)と、ガス流路5を形成する溝表面17の一部(親水部21a)に、連通して親水処理を施すことにより親水部21を形成する。   A gas diffusion electrode 2 disposed on both sides of the electrolyte membrane 1, a rib 6 disposed adjacent to the gas diffusion electrode 2, and in contact with the gas diffusion electrode 2, formed between the ribs 6. And a separator 4 having a groove-shaped gas flow path 5. A part of the surface 16 of the rib 6 that contacts the gas diffusion electrode 2 (hydrophilic part 21 b) and a part of the groove surface 17 that forms the gas flow path 5 (hydrophilic part 21 a) are communicated and subjected to a hydrophilic treatment. Thus, the hydrophilic portion 21 is formed.

これにより、ガス拡散電極2に存在する水をガス流路5側に移動させ易くし、ガス流路5内を流通する反応ガスと共に、液水のまま、もしくは、蒸発させてセル外部に排出することができるので、ガス拡散電極2の排水機能を向上することができる。その結果、ガス拡散電極2におけるフラッディング等による性能低下を抑制し、燃料電池の耐久性・信頼性を確保することができる。また、リブ6の一部のみを親水部21bとすることで、リブ6と拡散電極2の間の存在する水が、リブに隣接する両ガス通路から同時にドライビングフォースを受け、逆に移動しにくくなる状態を避けつつ、より隣接するガス流路5のうちのどちらかへ水を導き易くすると共に、ガス拡散電極2とセパレータ4との間の、親水処理による接触電気抵抗の増加を抑制することができる。さらに、ガス流路5の上流領域においては、ガス拡散電極2で吸収した水を、ガス流路5に移動させて、反応ガス中に蒸発させることにより、反応ガスの加湿を行うことができる。   This facilitates the movement of the water present in the gas diffusion electrode 2 to the gas flow path 5 side, and the liquid gas, together with the reaction gas flowing through the gas flow path 5, remains in liquid water or is evaporated and discharged outside the cell. Therefore, the drainage function of the gas diffusion electrode 2 can be improved. As a result, performance degradation due to flooding or the like in the gas diffusion electrode 2 can be suppressed, and the durability and reliability of the fuel cell can be ensured. In addition, since only a part of the rib 6 is the hydrophilic portion 21b, water existing between the rib 6 and the diffusion electrode 2 receives driving force from both gas passages adjacent to the rib at the same time, and hardly moves on the contrary. While avoiding this state, it is easy to guide water to one of the adjacent gas flow paths 5 and suppress an increase in contact electrical resistance between the gas diffusion electrode 2 and the separator 4 due to the hydrophilic treatment. Can do. Further, in the upstream region of the gas flow path 5, the water absorbed by the gas diffusion electrode 2 is moved to the gas flow path 5 and evaporated into the reaction gas, whereby the reaction gas can be humidified.

また、溝表面17の一部のみに親水処理を施して親水部21aとするので、処理面積を低減することができるとともに、比較的狭い領域に液水を集中させるので、溝表面17の一部に水の膜を形成しやすく、反応ガスによりガス流路5から除去され易くすることができる。   In addition, since only a part of the groove surface 17 is subjected to the hydrophilic treatment to form the hydrophilic portion 21a, the treatment area can be reduced and the liquid water can be concentrated in a relatively narrow region, so that a part of the groove surface 17 can be obtained. It is possible to easily form a water film and to easily remove the water film from the gas flow path 5 by the reaction gas.

次に、第2の実施形態について説明する。ガス流路5の斜視拡大図を図4に示す。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a second embodiment will be described. A perspective enlarged view of the gas flow path 5 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

接触面16の一部と溝側面12とに連通して親水部21を形成する。反応ガスの流通方向について、溝側面12に形成した親水部21aの面積割合が変化するように形成する。ここでは、生成される液水量に基づく水詰まりの生じ易さに応じて、溝側面12に形成する親水部21aの面積割合を変化させる。ガス流路5の入口5i側で、それぞれの溝側面12に形成した親水部21aの面積を最も小さく、ガス流路5の出口5o側に向かうに従って大きくなるように形成する。ここでは親水部21aの面積割合を段階的に変化させたが、連続して変化させても良い。親水部21の一部は、接触面16に連通しているため、溝側面12に形成した親水部21aの溝底部11までの距離hを変化させることにより面積を変化させる。   A hydrophilic portion 21 is formed in communication with a part of the contact surface 16 and the groove side surface 12. It forms so that the area ratio of the hydrophilic part 21a formed in the groove | channel side surface 12 may change about the distribution direction of a reactive gas. Here, the area ratio of the hydrophilic portion 21a formed on the groove side surface 12 is changed according to the ease of water clogging based on the amount of liquid water produced. On the inlet 5i side of the gas flow path 5, the area of the hydrophilic portion 21a formed on each groove side surface 12 is the smallest, and is formed so as to increase toward the outlet 5o side of the gas flow path 5. Although the area ratio of the hydrophilic portion 21a is changed stepwise here, it may be changed continuously. Since part of the hydrophilic portion 21 communicates with the contact surface 16, the area is changed by changing the distance h to the groove bottom portion 11 of the hydrophilic portion 21 a formed on the groove side surface 12.

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第1の実施形態とは異なる効果のみを説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.

溝表面17のうち溝側面12に親水処理を施し、かつ、溝表面17の親水処理を施す面積割合を、ガス流路5の流路軸方向について変化させる。これにより、水詰まりの生じ易さに応じて排水機能を設定することができる。   Of the groove surface 17, the groove side surface 12 is subjected to a hydrophilic treatment, and the area ratio of the groove surface 17 to be subjected to the hydrophilic treatment is changed in the flow channel axial direction of the gas flow channel 5. Thereby, a drainage function can be set according to the ease of occurrence of water clogging.

ここでは、親水処理を施す面積割合を、生成される液水量に基づく水詰まりの生じ易さに応じて変化させる。供給される反応ガスの湿度がほぼ100%の場合には、反応に伴って生じる水は液水の状態で存在する。そこで、溝側面12に形成した親水部21aの面積を、ガスの流通方向下流側に向かって増大させる。これにより、ガス流路5内の下流側に向かうに従って、吸水性および水保持性が向上する。その結果、液水として存在する水量が多く、比較的水詰まりの生じ易い下流側で、排水機能を向上することができるので、フラッディングを抑制することができる。   Here, the area ratio to which the hydrophilic treatment is performed is changed according to the ease of water clogging based on the amount of liquid water generated. When the humidity of the reaction gas supplied is approximately 100%, the water generated during the reaction exists in the form of liquid water. Therefore, the area of the hydrophilic portion 21a formed on the groove side surface 12 is increased toward the downstream side in the gas flow direction. Thereby, water absorption and water retention improve as it goes downstream in the gas flow path 5. As a result, the amount of water present as liquid water is large, and the drainage function can be improved on the downstream side where water clogging is relatively likely to occur, so flooding can be suppressed.

ここでは、面積割合を段階的に変化させる。これにより、親水処理を比較的簡単に施すことができる。なお、面積割合を連続的に変化させてもよい。この場合には、親水部21の面積を存在する液水量に応じて正確に設定することができる。   Here, the area ratio is changed stepwise. Thereby, a hydrophilic process can be performed comparatively easily. In addition, you may change an area ratio continuously. In this case, the area of the hydrophilic portion 21 can be accurately set according to the amount of liquid water present.

また、ガス流路5の上流側から下流側に連通して親水部21を形成する。これにより、ガス流路5の流路軸方向全体で、親水部21内を水の移動が可能となるので、排水機能と液水の存在量のバランスが崩れた場合にも、水詰まりを生じることなく排水を行うことができる。   Further, the hydrophilic portion 21 is formed in communication from the upstream side to the downstream side of the gas flow path 5. As a result, water can move within the hydrophilic portion 21 in the entire flow channel axial direction of the gas flow channel 5, so that water clogging occurs even when the balance between the drainage function and the amount of liquid water is lost. Drainage can be performed without any problems.

次に、第3の実施形態について説明する。ガス流路5の斜視拡大図を図5に示す。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a third embodiment will be described. A perspective enlarged view of the gas flow path 5 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

接触面16の一部と溝側面12とに連通して親水部21を形成する。反応ガスの流通方向について、溝側面12に形成した親水部21aの面積割合が変化するように形成する。ここでは、発電領域の発電割合に応じて、溝側面12に形成する親水部21aの面積割合を設定する。発電割合の大きな領域では多くの水を必要とするため、親水部21aの面積割合を大きくして含有できる水分量を増大する。ガス流路5の入口5i側で、溝側面12に形成した親水部21aの面積を最も大きく、ガス流路5の出口5o側に向かうに従って小さくなるように構成する。ここでは親水部21aの面積を段階的に変化させたが、連続的に変化させてもよい。親水部21の一部は、接触面16に連通しているため、溝側面12に形成した親水部21aの溝底部11までの距離hを変化させることにより面積を変更する。   A hydrophilic portion 21 is formed in communication with a part of the contact surface 16 and the groove side surface 12. It forms so that the area ratio of the hydrophilic part 21a formed in the groove | channel side surface 12 may change about the distribution direction of a reactive gas. Here, the area ratio of the hydrophilic portion 21a formed on the groove side surface 12 is set according to the power generation ratio of the power generation region. Since a large amount of water is required in the region where the power generation ratio is large, the amount of water that can be contained is increased by increasing the area ratio of the hydrophilic portion 21a. The area of the hydrophilic portion 21a formed on the groove side surface 12 is the largest on the inlet 5i side of the gas flow path 5, and is configured to become smaller toward the outlet 5o side of the gas flow path 5. Although the area of the hydrophilic portion 21a is changed stepwise here, it may be changed continuously. Since part of the hydrophilic portion 21 communicates with the contact surface 16, the area is changed by changing the distance h to the groove bottom portion 11 of the hydrophilic portion 21 a formed on the groove side surface 12.

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第1または第2の実施形態と異なる効果を中心に説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, the effects different from those of the first or second embodiment will be mainly described.

溝表面17のうち溝側面12に親水処理を施し、かつ、親水処理を施す面積割合を、ガス流路5の流路軸方向について変化させる。これにより、水詰まりの生じ易さに応じて排水機能を設定することができる。   Of the groove surface 17, the groove side surface 12 is subjected to a hydrophilic treatment, and the area ratio of the hydrophilic treatment is changed in the flow channel axial direction of the gas flow channel 5. Thereby, a drainage function can be set according to the ease of occurrence of water clogging.

ここでは、親水処理を施す面積割合を、発電領域の発電割合に応じて変化させる。発電が多く行われる上流領域では、多くの水が必要となる。また、反応ガスが比較的乾燥している上流領域では、反応ガスから発電に用いる水を十分に供給するのが難しい。そこで、溝側面12に形成した親水部21aの面積を、ガスの流通方向上流側に向かって増大させる。これにより、ガス流路5内の上流側に向かうに従って、吸水性および水保持性が向上する。その結果、液水として存在する水量が多く、比較的水詰まりの生じ易い下流側で吸収した水を上流側に移動させて、反応ガスの加湿に用いることができる。その結果、反応ガスの乾燥による発電効率の低下を抑制することができ、効率がよく、安定した発電を行うことができる。   Here, the area ratio to which the hydrophilic treatment is performed is changed according to the power generation ratio of the power generation region. A lot of water is needed in the upstream region where power generation is often performed. In the upstream region where the reaction gas is relatively dry, it is difficult to sufficiently supply water used for power generation from the reaction gas. Therefore, the area of the hydrophilic portion 21a formed on the groove side surface 12 is increased toward the upstream side in the gas flow direction. Thereby, water absorption and water retention improve as it goes to the upstream side in the gas flow path 5. As a result, the amount of water present as liquid water is large, and the water absorbed on the downstream side, which is relatively prone to clogging, can be moved upstream to be used for humidifying the reaction gas. As a result, a decrease in power generation efficiency due to drying of the reaction gas can be suppressed, and efficient and stable power generation can be performed.

ここでは、面積割合を段階的に変化させる。これにより、親水処理を比較的簡単に施すことができる。なお、面積割合を連続的に変化させてもよい。この場合には、親水部21の面積を発電に必要とされる水量に応じて正確に設定することができる。   Here, the area ratio is changed stepwise. Thereby, a hydrophilic process can be performed comparatively easily. In addition, you may change an area ratio continuously. In this case, the area of the hydrophilic portion 21 can be accurately set according to the amount of water required for power generation.

次に、第4の実施形態について説明する。ガス流路5の斜視拡大図を図6に示す。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a fourth embodiment will be described. A perspective enlarged view of the gas flow path 5 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

接触面16の一部と溝側面12とに連通して親水部21を形成する。反応ガスの流通方向について、溝側面12に形成した親水部21aの面積が変化するように形成する。ここでは、接触面16の一部から溝側面12に連通して形成される親水部21を、反応ガスの流通方向について断続的に形成する。例えば、図6に示すように、ガス流路5内のガス流通方向について、親水部21を等間隔に形成し、その間を非親水部22とする。   A hydrophilic portion 21 is formed in communication with a part of the contact surface 16 and the groove side surface 12. It forms so that the area of the hydrophilic part 21a formed in the groove | channel side surface 12 may change about the distribution direction of a reactive gas. Here, the hydrophilic portion 21 formed in communication with the groove side surface 12 from a part of the contact surface 16 is intermittently formed in the flow direction of the reaction gas. For example, as shown in FIG. 6, the hydrophilic portions 21 are formed at equal intervals in the gas flow direction in the gas flow path 5, and the non-hydrophilic portion 22 is formed between them.

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第1〜3の実施形態の効果とは異なる効果を中心に説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, an effect different from the effects of the first to third embodiments will be mainly described.

溝表面17のうち溝側面12に親水処理を施し、かつ、親水処理を施す面積割合を、ガス流路5の流路軸方向について変化させる。これにより、水詰まりの生じ易さに応じて排水機能を設定することができる。   Of the groove surface 17, the groove side surface 12 is subjected to a hydrophilic treatment, and the area ratio of the hydrophilic treatment is changed in the flow channel axial direction of the gas flow channel 5. Thereby, a drainage function can be set according to the ease of occurrence of water clogging.

ここでは、親水部21をガス流路5の流路軸方向について断続的に形成する。親水部21と非親水部22との境界面では、親水部21aに形成された水の膜が水滴に変化し易くなり、ひいては、反応ガスと共に燃料電池から排出され易くなる。特に、親水部21と非親水部22との境界のうち、親水部21の下流側に位置する境界24において、親水部21に含有される水が反応ガスとともに排出され易くなる。その結果、排水機能を向上することができ、水詰まりを維持してガス拡散性を維持することができる。   Here, the hydrophilic portion 21 is intermittently formed in the flow channel axial direction of the gas flow channel 5. At the boundary surface between the hydrophilic portion 21 and the non-hydrophilic portion 22, the water film formed on the hydrophilic portion 21a is likely to change into water droplets, and as a result, is easily discharged from the fuel cell together with the reaction gas. In particular, among the boundary between the hydrophilic portion 21 and the non-hydrophilic portion 22, water contained in the hydrophilic portion 21 is easily discharged together with the reaction gas at the boundary 24 located on the downstream side of the hydrophilic portion 21. As a result, the drainage function can be improved, water clogging can be maintained, and gas diffusibility can be maintained.

なお、図6においては、親水部21を三つとしたがこの限りではなく、親水部21の水保持機能と過剰な水分の排水機能のバランスがとれるように形成すればよい。また、各親水部21は、同面積とは限らない。例えば反応ガスの湿度が比較的低くなりやすい上流領域では面積を大きくすることにより、水保持機能を向上させることができる。また、液水として存在する水量が比較的多くなりやすい下流領域では、それぞれの親水部21の面積および間隔を小さくして、親水部21と非親水部22との境界を多く形成することにより、排水機能を向上させることができる。   In FIG. 6, the number of the hydrophilic portions 21 is three. However, the present invention is not limited to this, and the hydrophilic portion 21 may be formed so as to balance the water holding function of the hydrophilic portion 21 and the excessive water drainage function. Moreover, each hydrophilic part 21 is not necessarily the same area. For example, the water retention function can be improved by increasing the area in the upstream region where the humidity of the reaction gas tends to be relatively low. Further, in the downstream region where the amount of water present as liquid water tends to be relatively large, by reducing the area and interval of each hydrophilic portion 21 and forming many boundaries between the hydrophilic portion 21 and the non-hydrophilic portion 22, The drainage function can be improved.

次に、第5の実施形態について説明する。セパレータ4の斜視概略図を図7に示す。以下、第4の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a fifth embodiment will be described. A schematic perspective view of the separator 4 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the fourth embodiment.

溝底面11の一部に親水部21cを形成する。ここでは、少なくとも第4実施形態における溝側面22の非親水部22と、流路軸方向に重なる領域より大きな領域に親水部21を形成する。つまり、親水部21cは、流路軸方向についての長さが、溝側面12に形成した流路軸方向について隣り合う親水部21a間の距離より大きく、かつ、その隣り合う親水部21aの間に配置される。このように親水部21を形成することで、第4実施形態においては、流路軸方向に断続的に形成された親水部21aが、親水部21cを介して連通して形成される。   A hydrophilic portion 21 c is formed on a part of the groove bottom surface 11. Here, at least the non-hydrophilic portion 22 of the groove side surface 22 in the fourth embodiment and the hydrophilic portion 21 are formed in a region larger than a region overlapping in the flow path axis direction. That is, the hydrophilic part 21c has a length in the flow path axis direction that is greater than the distance between the adjacent hydrophilic parts 21a in the flow path axis direction formed on the groove side surface 12, and between the adjacent hydrophilic parts 21a. Be placed. By forming the hydrophilic portion 21 in this manner, in the fourth embodiment, the hydrophilic portion 21a that is intermittently formed in the flow path axis direction is formed in communication with the hydrophilic portion 21c.

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第1〜4の実施形態とは異なる効果を中心に説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, the effects different from the first to fourth embodiments will be mainly described.

親水部21を、ガス流路5の流路軸方向について連通して形成する。このように形成することで、ガス流路5の入口5iから出口5oにかけて、連続した親水部21を形成することができる。そのため、親水部21に吸収された水の流路軸方向の移動を促進することができ、流路軸方向について局所的に反応ガスが乾燥したり、フラッディングが生じるのを抑制することができる。   The hydrophilic portion 21 is formed in communication with the gas flow path 5 in the flow path axial direction. By forming in this way, the continuous hydrophilic part 21 can be formed from the inlet 5i of the gas flow path 5 to the outlet 5o. Therefore, the movement of the water absorbed in the hydrophilic portion 21 in the direction of the flow path axis can be promoted, and the reaction gas can be locally dried or flooding can be suppressed in the flow path axis direction.

次に、第6の実施形態について説明する。セパレータ4の、ガス拡散電極2に接触する面4aの平面図を図8に示す。   Next, a sixth embodiment will be described. A plan view of the surface 4a of the separator 4 that contacts the gas diffusion electrode 2 is shown in FIG.

セパレータ4に、複数の並列に形成された蛇行形状のガス流路5を形成する。隣り合うガス流路5間には、流路を仕切るリブ6が形成される。ガス流路5の一端は、燃料電池を積層方向に貫通する供給側マニホールド7に連通し、もう一端は、同じく燃料電池を積層方向に貫通する排出側マニホールド8に連通する。   A plurality of serpentine gas flow paths 5 formed in parallel are formed in the separator 4. Between adjacent gas flow paths 5, ribs 6 that partition the flow paths are formed. One end of the gas flow path 5 communicates with a supply side manifold 7 that penetrates the fuel cell in the stacking direction, and the other end communicates with a discharge side manifold 8 that also penetrates the fuel cell in the stacking direction.

外部から燃料電池に供給された反応ガスは、供給側マニホールド7から積層された各単位セルのガス流路5に分配される。反応ガスがガス流路5内を流通する際に、その一部がガス拡散電極2に拡散し反応に用いられる。反応後の反応ガスは、燃料電池を積層方向に貫通した排出側マニホールド8に回収され、燃料電池の外部に排出される。   The reaction gas supplied to the fuel cell from the outside is distributed from the supply side manifold 7 to the gas flow path 5 of each unit cell stacked. When the reaction gas flows through the gas flow path 5, a part of the reaction gas diffuses into the gas diffusion electrode 2 and is used for the reaction. The reacted gas after the reaction is collected in the discharge side manifold 8 penetrating the fuel cell in the stacking direction and discharged outside the fuel cell.

このようなセパレータ4において、ガス流路5の下流側領域Aに親水部21を形成する。ここでは、蛇行形状の最下流の段のみに親水部21を形成する。図8に示すように、ガス流路5を三段階の蛇行形状に形成し、三段目のみに親水部21を形成する。親水部21の形状としては、第1〜5の実施形態に示した何れを用いても良い。   In such a separator 4, the hydrophilic portion 21 is formed in the downstream region A of the gas flow path 5. Here, the hydrophilic portion 21 is formed only in the most downstream stage of the meandering shape. As shown in FIG. 8, the gas flow path 5 is formed in a three-stage meandering shape, and the hydrophilic portion 21 is formed only in the third stage. As the shape of the hydrophilic portion 21, any of those shown in the first to fifth embodiments may be used.

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第1〜5の実施形態の効果とは異なる効果を中心に説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, the effects different from the effects of the first to fifth embodiments will be mainly described.

親水部21を、ガス流路5全体のうち、下流側領域Aのみに形成する。このように、フラッディングが生じる可能性の高い下流側領域Aのみに親水部21を形成することで、処理を施す領域を低減することができるので、処理コストを抑え、効率のよい排水機能を形成することができる。   The hydrophilic portion 21 is formed only in the downstream region A of the entire gas channel 5. In this way, by forming the hydrophilic portion 21 only in the downstream area A where flooding is likely to occur, the area to be treated can be reduced, so that the treatment cost is reduced and an efficient drainage function is formed. can do.

次に、第7の実施形態について説明する。セパレータ4のガス拡散電極2に接触する面4aの平面図を図9に示す。以下、第6の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a seventh embodiment will be described. A plan view of the surface 4a of the separator 4 that contacts the gas diffusion electrode 2 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the sixth embodiment.

第6の実施形態と同様に、セパレータ4に蛇行形状のガス流路5を形成する。ただし、ガス流路5の折り返し部分に、燃料電池を積層方向に貫通する中間マニホールド9を形成する。ここでは、ガス流路5を三段の蛇行形状に形成しているので、一段目から二段目に折り返す折り返し部分に中間マニホールド9a、二段目から三段目に折り返す折り返し部分に中間マニホールド9bを形成する。   Similar to the sixth embodiment, a meandering gas flow path 5 is formed in the separator 4. However, an intermediate manifold 9 that penetrates the fuel cell in the stacking direction is formed at the folded portion of the gas flow path 5. Here, since the gas flow path 5 is formed in a three-stage meandering shape, the intermediate manifold 9a is formed in the folded portion that folds back from the first stage to the second stage, and the intermediate manifold 9b is formed in the folded portion that folds back from the second stage to the third stage. Form.

このようなセパレータ4において、第6の実施形態と同様に、ガス流路5の下流側領域Aに親水部21を形成する。ここでは、蛇行形状の最下流の段である三段目のみに親水部21を形成する。親水部21の形状としては、第1〜5の実施形態に示した何れを用いても良い。このように構成することで、第6の実施形態と同様の効果を得ることができる。   In such a separator 4, the hydrophilic portion 21 is formed in the downstream region A of the gas flow path 5 as in the sixth embodiment. Here, the hydrophilic portion 21 is formed only in the third stage which is the most downstream stage of the meandering shape. As the shape of the hydrophilic portion 21, any of those shown in the first to fifth embodiments may be used. By configuring in this way, the same effect as in the sixth embodiment can be obtained.

次に、第8の実施形態について説明する。セパレータ4のガス拡散電極2に接触する面4aの平面図を図10に示す。   Next, an eighth embodiment will be described. A plan view of the surface 4a of the separator 4 that contacts the gas diffusion electrode 2 is shown in FIG.

セパレータ4に、直線形状の複数のガス流路5を平行に設ける。隣り合うガス流路5間には、流路を仕切るリブ6が形成される。各ガス流路5の一端は、供給側マニホールド7に並列に接続され、もう一端は、排出側マニホールド8に並列に接続される。   A plurality of linear gas flow paths 5 are provided in the separator 4 in parallel. Between adjacent gas flow paths 5, ribs 6 that partition the flow paths are formed. One end of each gas flow path 5 is connected to the supply side manifold 7 in parallel, and the other end is connected to the discharge side manifold 8 in parallel.

燃料電池に外部から供給された反応ガスは、燃料電池を積層方向に貫通して形成された供給側マニホールド7から、各単位セルのガス流路5に分配される。反応ガスがガス流路5内を流通する際に、その一部がガス拡散電極2に拡散して反応に用いられる。反応後の反応ガスは、燃料電池を積層方向に貫通した排出側マニホールド8に回収され、燃料電池の外部に排出される。   The reaction gas supplied from the outside to the fuel cell is distributed to the gas flow path 5 of each unit cell from a supply-side manifold 7 formed through the fuel cell in the stacking direction. When the reaction gas flows through the gas flow path 5, a part of the reaction gas diffuses into the gas diffusion electrode 2 and is used for the reaction. The reacted gas after the reaction is collected in the discharge side manifold 8 penetrating the fuel cell in the stacking direction and discharged outside the fuel cell.

このように形成したセパレータ4において、直線形状のガス流路5の下流側領域Bのみに親水部21を設ける。親水部21の形状としては、第1〜5の実施形態に示した何れを用いても良い。   In the separator 4 thus formed, the hydrophilic portion 21 is provided only in the downstream region B of the linear gas flow path 5. As the shape of the hydrophilic portion 21, any of those shown in the first to fifth embodiments may be used.

このように構成することで、第6の実施形態と同様に、フラッディングを抑制しつつ処理を施す領域を低減することができるので、処理コストを抑え、効率のよい排水機能を形成することができる。   By configuring in this way, similarly to the sixth embodiment, it is possible to reduce the area to be processed while suppressing flooding, so that the processing cost can be reduced and an efficient drainage function can be formed. .

次に、第9の実施形態について説明する。セパレータ4の、ガス流路5の流路軸に垂直な方向の断面を図11に示す。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a ninth embodiment will be described. A cross section of the separator 4 in a direction perpendicular to the flow path axis of the gas flow path 5 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

第1の実施形態と同様に、溝側面12と接触部16にL字形状の親水部21を形成する。これに加えて、溝表面17のうち非親水部22であった領域に撥水処理を施して撥水部23を形成する。ここでは、溝底面11に撥水処理を施して、撥水部23を形成する。そのため、溝側面12と溝底面11により形成される角部10が、親水部22と撥水部23の境界となる。流路軸に垂直な断面において、溝表面17には、親水部21aと撥水部23が形成される。   Similarly to the first embodiment, an L-shaped hydrophilic portion 21 is formed on the groove side surface 12 and the contact portion 16. In addition, the water repellent portion 23 is formed by subjecting the region of the groove surface 17 that was the non-hydrophilic portion 22 to water repellent treatment. Here, the groove bottom surface 11 is subjected to water repellent treatment to form the water repellent portion 23. Therefore, the corner portion 10 formed by the groove side surface 12 and the groove bottom surface 11 serves as a boundary between the hydrophilic portion 22 and the water repellent portion 23. In the cross section perpendicular to the flow path axis, a hydrophilic portion 21 a and a water repellent portion 23 are formed on the groove surface 17.

本実施形態は、溝表面17のうち親水処理が施されていない領域(非親水領域22)の少なくとも一部に撥水処理を施した撥水部23を形成する。これにより、より親水部21に液水が集中し易くなるので、親水部22の表面に水の膜ができ易くなり、ひいては反応ガスの流れに伴って除去され易くなる。その結果、ガス拡散電極2とガス流路5の排水機能が向上されるので、フラッディングが生じるのを抑制することができる。また、親水部21に含有されない水については、撥水部23においてガス流路5の表面に水滴状に存在するため、反応ガスの流れにより排出され易くなる。   In the present embodiment, the water-repellent portion 23 is formed in which at least a part of the groove surface 17 that has not been subjected to the hydrophilic treatment (non-hydrophilic region 22) is subjected to the water-repellent treatment. As a result, liquid water is more likely to concentrate on the hydrophilic portion 21, so that a water film is easily formed on the surface of the hydrophilic portion 22, and as a result, is easily removed with the flow of the reaction gas. As a result, since the drainage function of the gas diffusion electrode 2 and the gas flow path 5 is improved, the occurrence of flooding can be suppressed. Further, since water that is not contained in the hydrophilic portion 21 exists in the form of water droplets on the surface of the gas flow path 5 in the water repellent portion 23, it is easily discharged by the flow of the reaction gas.

また、親水部21と撥水部23の境界部分において、水が滞留するのを防止し、ガス流路5に水が滞留するのを抑制することができる。特に、親水部21と撥水部23の境界部分を、ガス流路5の角部10となるように形成した。これにより、比較的水が滞留し易い角部10の排水機能を向上することができるので、ガス流路5内に水を滞留し難くすることができる。   Further, water can be prevented from staying at the boundary portion between the hydrophilic portion 21 and the water repellent portion 23, and water can be prevented from staying in the gas flow path 5. In particular, the boundary portion between the hydrophilic portion 21 and the water repellent portion 23 was formed to be the corner portion 10 of the gas flow path 5. Thereby, since the drainage function of the corner | angular part 10 in which water stays comparatively easily can be improved, water can be made hard to stay in the gas flow path 5.

なお、第1の実施形態に加えて、第2〜5の実施形態のいずれにおいても同様に撥水部23を形成することができる。例えば、溝表面17のうち親水処理の施されていない領域全体に撥水処理を施して撥水部23を形成してもよい。または、溝底面11の親水処理を施されていない領域に撥水処理を施して撥水部23を形成してもよい。さらに、このような撥水部23は、第6〜8の実施形態に記載したいずれのセパレータ4に形成したガス流路5にも適用することができる。   In addition to the first embodiment, the water-repellent portion 23 can be formed similarly in any of the second to fifth embodiments. For example, the water repellent portion 23 may be formed by performing a water repellent treatment on the entire region of the groove surface 17 where the hydrophilic treatment is not performed. Alternatively, the water repellent portion 23 may be formed by performing water repellent treatment on a region of the groove bottom surface 11 that has not been subjected to hydrophilic treatment. Furthermore, such a water-repellent part 23 can be applied to the gas flow path 5 formed in any separator 4 described in the sixth to eighth embodiments.

次に、第10の実施形態について説明する。セパレータ4の、ガス流路5の流路軸に垂直な方向の断面を図12に示す。以下、第9の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a tenth embodiment will be described. A cross section of the separator 4 in a direction perpendicular to the flow path axis of the gas flow path 5 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the ninth embodiment.

セパレータ4を、撥水性材料とその他の材料から構成する。撥水性材料として、平板41を用いる。また、その他の材料として、撥水性を有さない柱状のリブ部材42を用いる。なお、リブ部材42は、セパレータ4組み立て後には、第1の実施形態におけるリブ6を形成する。よって、リブ部材42には、組み立て時に接触面16となる面の一部に親水部21bを形成し、また、溝側面12となる面の少なくとも一部に親水部21bに連通する親水部21aを形成する。   The separator 4 is made of a water repellent material and other materials. A flat plate 41 is used as the water repellent material. Further, as other materials, columnar rib members 42 having no water repellency are used. The rib member 42 forms the rib 6 in the first embodiment after the separator 4 is assembled. Therefore, the rib member 42 is formed with the hydrophilic portion 21b in a part of the surface that becomes the contact surface 16 during assembly, and the hydrophilic portion 21a that communicates with the hydrophilic portion 21b in at least a part of the surface that becomes the groove side surface 12. Form.

平板41にリブ部材42を等間隔に配置することにより、隣り合うリブ部材42間にガス流路5を形成する。このように構成することで、溝表面17のうち溝底面11は平板41により形成されるので、溝底面11は撥水部23となる。また、溝側面12は、リブ部材42に形成された親水部21aとなり、ガス流路5内に親水部21と撥水部23が形成される。   By arranging the rib members 42 on the flat plate 41 at equal intervals, the gas flow path 5 is formed between the adjacent rib members 42. With this configuration, the groove bottom surface 11 of the groove surface 17 is formed by the flat plate 41, and thus the groove bottom surface 11 becomes the water repellent portion 23. Further, the groove side surface 12 becomes a hydrophilic portion 21 a formed in the rib member 42, and the hydrophilic portion 21 and the water repellent portion 23 are formed in the gas flow path 5.

このようにセパレータ4を、撥水性を有する平板41に、少なくとも一部に親水処理を施したリブ部材42を配置することにより構成する。これにより、第9の実施形態と比べて簡単に、溝表面17に親水部21と撥水部23を形成することができる。   In this way, the separator 4 is configured by disposing the rib member 42 that has been subjected to hydrophilic treatment on at least a part of the flat plate 41 having water repellency. Thereby, the hydrophilic part 21 and the water repellent part 23 can be easily formed on the groove surface 17 as compared with the ninth embodiment.

なお、第1の実施形態に加えて、第2〜4の実施形態のいずれにおいても同様に撥水部23を形成することができる。また、第6〜8の実施形態に記載したいずれのセパレータ4に形成したガス流路5にも適用することができる。   In addition to the first embodiment, the water repellent part 23 can be formed in any of the second to fourth embodiments. Moreover, it can be applied to the gas flow path 5 formed in any separator 4 described in the sixth to eighth embodiments.

次に、第11の実施形態について説明する。セパレータ4およびガス拡散電極2の、ガス流路5の流路軸に垂直な方向の断面を図13に示す。以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, an eleventh embodiment will be described. FIG. 13 shows a cross section of the separator 4 and the gas diffusion electrode 2 in a direction perpendicular to the flow path axis of the gas flow path 5. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

第1の実施形態において、セパレータ4に接触するガス拡散電極2に、親水処理を施す。ここでは、ガス拡散電極2全体に親水処理を施すが、その限りではない。このようにガス拡散電極2に親水処理を施すことで、反応領域で生成された水がガス拡散電極2内を移動し易くなる。よって、発電反応によって生じた生成水が、ガス拡散電極2内でリブ5との接触面16、ひいては親水部21まで移動し易くなるので、ガス拡散電極2から水が排出され易くなる。その結果、親水部21を通って溝表面17に到達し、反応ガスとともに燃料電池外に排出され易くなる。   In the first embodiment, the gas diffusion electrode 2 that contacts the separator 4 is subjected to a hydrophilic treatment. Here, the entire gas diffusion electrode 2 is subjected to a hydrophilic treatment, but this is not a limitation. As described above, the hydrophilic treatment is performed on the gas diffusion electrode 2 so that the water generated in the reaction region easily moves in the gas diffusion electrode 2. Therefore, the generated water generated by the power generation reaction easily moves to the contact surface 16 with the rib 5 in the gas diffusion electrode 2 and eventually to the hydrophilic portion 21, so that water is easily discharged from the gas diffusion electrode 2. As a result, it reaches the groove surface 17 through the hydrophilic portion 21 and is easily discharged out of the fuel cell together with the reaction gas.

なお、第1の実施形態に加えて、第2〜10の実施形態のいずれにおいても、同様に、ガス拡散電極2に親水処理を施すことができる。   In addition to the first embodiment, in any of the second to tenth embodiments, the gas diffusion electrode 2 can be similarly subjected to a hydrophilic treatment.

次に、第12の実施形態について説明する。セパレータ4のガス拡散電極2に接触する面4aの平面図を図14に示す。以下、第6の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a twelfth embodiment will be described. A plan view of the surface 4a of the separator 4 that contacts the gas diffusion electrode 2 is shown in FIG. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the sixth embodiment.

ガス流路5として、櫛型交互形状の流路を用いる。一端が供給側マニホールド7に連通し、もう一端が行き止まり13aとなる供給側ガス流路5aと、一端が排出側マニホールド8に連通し、もう一端が行き止まり13bとなる排出側ガス流路5bとを、交互に形成することによりガス流路5を構成する。供給側ガス流路5aと排出側ガス流路5bとは互いに連通させず、また、それぞれの流路軸は、互いに平行となるように形成される。隣り合う供給側ガス流路5aと排出側ガス流路5bとの間には、流路を仕切るリブ6が形成される。   As the gas flow path 5, a comb-shaped flow path is used. A supply side gas flow path 5a having one end communicating with the supply side manifold 7 and the other end dead end 13a, and a discharge side gas flow path 5b having one end communicating with the discharge side manifold 8 and the other end dead end 13b. The gas flow path 5 is formed by alternately forming them. The supply side gas flow path 5a and the discharge side gas flow path 5b are not communicated with each other, and the flow path axes are formed to be parallel to each other. A rib 6 that partitions the flow path is formed between the adjacent supply-side gas flow path 5a and the discharge-side gas flow path 5b.

供給側マニホールド7から供給された反応ガスは、並列に形成された複数の供給側ガス流路5aにそれぞれ分配される。この供給側ガス流路5aは下流端が行き止まり13aとなっているため、反応ガスは強制的にセパレータ4に隣接する図示しないガス拡散電極2に拡散される。ガス拡散電極2に透過した反応ガスは発電反応に用いられた後、上流端が行き止まり13bとなっている排出側ガス流路5bに排出される。反応ガスは、排出側ガス流路5bを通って排出側マニホールド8に回収され、燃料電池の外部に排出される。このような櫛型交互形状のガス流路5において、排出側ガス流路5bのみに親水部21を形成する。ガス拡散電極2に拡散した反応ガスは、発電反応により消費されるため、供給側ガス流路5a内に比較して排出側ガス流路5b内のガス流量は小さくなる。そのため、排出側ガス流路5b内での反応ガスの流速は小さくなり、水が排出され難くなる。そこで、排出側ガス流路5bに親水部21を設けることで、反応ガスの流速が遅い場合にも水を移動し易くさせて流路が閉塞されるのを防止する。   The reaction gas supplied from the supply side manifold 7 is distributed to a plurality of supply side gas flow paths 5a formed in parallel. Since the supply-side gas flow path 5a has a dead end 13a at the downstream end, the reaction gas is forcibly diffused to a gas diffusion electrode 2 (not shown) adjacent to the separator 4. The reaction gas that has permeated through the gas diffusion electrode 2 is used for the power generation reaction, and then discharged to the discharge-side gas flow path 5b whose upstream end is a dead end 13b. The reaction gas passes through the discharge side gas flow path 5b, is collected in the discharge side manifold 8, and is discharged to the outside of the fuel cell. In such comb-shaped alternating gas flow paths 5, the hydrophilic portion 21 is formed only in the discharge-side gas flow path 5b. Since the reaction gas diffused in the gas diffusion electrode 2 is consumed by the power generation reaction, the gas flow rate in the discharge side gas passage 5b is smaller than that in the supply side gas passage 5a. Therefore, the flow rate of the reaction gas in the discharge side gas flow path 5b becomes small, and water is hardly discharged. Therefore, by providing the hydrophilic portion 21 in the discharge side gas flow path 5b, even when the flow rate of the reaction gas is low, water is easily moved to prevent the flow path from being blocked.

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第1〜11の実施形態の効果とは異なる効果のみを説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, only effects different from the effects of the first to eleventh embodiments will be described.

ガス流路5を、一端が供給側マニホールド7に連通し、もう一端が行き止まり13aよりなる供給側ガス流路5aと、一端が排出側マニホールド8に連通し、もう一端が行き止まり13bより成る排出側ガス流路5bと、を交互に配置することにより構成する。排出側ガス流路5bのみに親水部21を形成する。これにより、流通する反応ガス流量が少ない排出側ガス流路5bにおいて、フラッディングを抑制し、発電効率を維持することができる。   One end of the gas flow path 5 communicates with the supply-side manifold 7 and the other end communicates with the supply-side gas flow path 5a having a dead end 13a, and the other end communicates with the discharge-side manifold 8 and the other end has a dead end 13b. The gas flow paths 5b are arranged alternately. The hydrophilic portion 21 is formed only in the discharge side gas flow path 5b. As a result, flooding can be suppressed and power generation efficiency can be maintained in the discharge-side gas flow path 5b where the flow rate of the reaction gas flowing is small.

なお、本実施形態に用いるガス流路5の形状は、第1〜5、9、10の実施形態の何れを用いても良い。また、第11の実施形態と同様に、ガス拡散電極2に親水処理を施しても良い。   Note that any of the first to fifth, ninth, and tenth embodiments may be used as the shape of the gas flow path 5 used in the present embodiment. Further, similarly to the eleventh embodiment, the gas diffusion electrode 2 may be subjected to a hydrophilic treatment.

また、ここではガス流路5について、燃料ガスを流通するアノードガス流路であるか、酸化剤ガスを流通するカソードガス流路であるかの限定を行っていないが、どちらか一方の流路のみを上述したような構成としてもよいし、両方の流路を上述したような構成としてもよい。   Further, here, the gas flow path 5 is not limited to the anode gas flow path for flowing the fuel gas or the cathode gas flow path for flowing the oxidant gas. Only the above-described configuration may be used, or both the flow paths may be configured as described above.

このように、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更が為し得ることは言うまでもない。   Thus, the present invention is not limited to the best mode for carrying out the invention, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims. .

本発明は、固体高分子型燃料電池に適用することができる。   The present invention can be applied to a polymer electrolyte fuel cell.

第1の実施形態に用いる燃料電池の単位セルの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the unit cell of the fuel cell used for 1st Embodiment. 第1の実施形態に用いるセパレータの断面図である。It is sectional drawing of the separator used for 1st Embodiment. 第1の実施形態に用いるセパレータの別の例の断面図である。It is sectional drawing of another example of the separator used for 1st Embodiment. 第2の実施形態に用いるセパレータの斜視概略図である。It is a perspective schematic diagram of the separator used for a 2nd embodiment. 第3の実施形態に用いるセパレータの斜視概略図である。It is a perspective schematic diagram of the separator used for a 3rd embodiment. 第4の実施形態に用いるセパレータの斜視概略図である。It is a perspective schematic diagram of the separator used for a 4th embodiment. 第5の実施形態に用いるセパレータの斜視概略図である。It is a perspective schematic diagram of the separator used for a 5th embodiment. 第6の実施形態に用いるセパレータの平面図である。It is a top view of the separator used for a 6th embodiment. 第7の実施形態に用いるセパレータの平面図である。It is a top view of the separator used for a 7th embodiment. 第8の実施形態に用いるセパレータの平面図である。It is a top view of the separator used for an 8th embodiment. 第9の実施形態に用いるセパレータの断面図である。It is sectional drawing of the separator used for 9th Embodiment. 第10の実施形態に用いるセパレータの断面図である。It is sectional drawing of the separator used for 10th Embodiment. 第11の実施形態に用いるセパレータとガス拡散電極の断面図である。It is sectional drawing of the separator and gas diffusion electrode which are used for 11th Embodiment. 第12の実施形態に用いるセパレータの平面図である。It is a top view of the separator used for a 12th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体高分子電解質膜(電解質膜)
2 ガス拡散電極
4 セパレータ
5 ガス流路(反応ガス流路)
5a 供給側ガス流路
5b 排出側ガス流路
6 リブ
7 供給側マニホールド
8 排出側マニホールド
11 溝底面
12 溝側面
16 接触面
21 親水部
22 非親水部
23 撥水部
1 Solid polymer electrolyte membrane (electrolyte membrane)
2 Gas diffusion electrode 4 Separator 5 Gas flow path (reaction gas flow path)
5a Supply side gas flow path 5b Discharge side gas flow path 6 Rib 7 Supply side manifold 8 Discharge side manifold 11 Groove bottom surface 12 Groove side surface 16 Contact surface 21 Hydrophilic portion 22 Non-hydrophilic portion 23 Water repellent portion

Claims (10)

電解質膜の両側に配置されたガス拡散電極と、
前記ガス拡散電極に隣接して配置され、その接触面に、前記ガス拡散電極に接触するリブと、前記リブ間に形成された溝形状の反応ガス流路と、を有するセパレータと、を備え、
前記リブの前記ガス拡散電極に接触する面の一部と、前記反応ガス流路を形成する溝表面の一部に、連通して親水処理を施すことにより、親水部を形成することを特徴とする燃料電池。
A gas diffusion electrode disposed on both sides of the electrolyte membrane;
A separator having a rib disposed adjacent to the gas diffusion electrode and having a rib in contact with the gas diffusion electrode and a groove-shaped reaction gas channel formed between the ribs on the contact surface;
A hydrophilic portion is formed by performing a hydrophilic treatment in communication with a part of a surface of the rib that contacts the gas diffusion electrode and a part of a groove surface that forms the reaction gas flow path. Fuel cell.
前記溝表面のうち溝側面に親水処理を施し、かつ、前記溝表面の親水処理を施す面積割合を、前記反応ガス流路の流路軸方向について変化させる請求項1に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the groove side surface of the groove surface is subjected to a hydrophilic treatment, and an area ratio of the groove surface subjected to the hydrophilic treatment is changed in a flow axis direction of the reaction gas flow channel. 前記親水処理を施す面積割合を、発電領域の発電割合、あるいは、生成される液水量に基づく水詰まりの生じ易さに応じて変化させる請求項2に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 2, wherein the area ratio to which the hydrophilic treatment is performed is changed according to the power generation ratio of the power generation region or the ease of water clogging based on the amount of liquid water generated. 前記親水部を、前記反応ガス流路の流路軸方向について断続的に形成する請求項2または3に記載の燃料電池。   4. The fuel cell according to claim 2, wherein the hydrophilic portion is formed intermittently in the flow axis direction of the reaction gas flow channel. 前記親水部を、前記反応ガス流路の流路軸方向について連通して形成する請求項1に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the hydrophilic portion is formed so as to communicate with each other in a flow axis direction of the reaction gas flow channel. 前記親水部を、前記反応ガス流路全体のうち、下流領域のみに形成する請求項1に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the hydrophilic portion is formed only in a downstream region of the entire reaction gas channel. 前記溝表面のうち親水処理が施されていない領域の少なくとも一部に撥水処理を施した撥水部を形成する請求項1に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein a water repellent portion subjected to a water repellent treatment is formed on at least a part of a region of the groove surface not subjected to a hydrophilic treatment. 前記セパレータを、撥水性を有する平板に、少なくとも一部に親水処理を施した前記リブを配置することにより構成する請求項1に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the separator is configured by disposing the rib having a hydrophilic treatment at least partially on a flat plate having water repellency. 前記ガス拡散電極に親水処理を施す請求項1に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the gas diffusion electrode is subjected to a hydrophilic treatment. 前記反応ガス流路を、一端が供給側マニホールドに連通し、もう一端が行き止まりよりなる供給側ガス流路と、
一端が排出側マニホールドに連通し、もう一端が行き止まりよりなる排出側ガス流路と、を交互に配置することにより構成し、
前記排出側ガス流路のみに親水部を形成する請求項1に記載の燃料電池。
A supply side gas flow path having one end communicating with the supply side manifold and the other end formed of a dead end;
One end communicates with the discharge side manifold, and the other end is constituted by alternately arranging the discharge side gas flow path consisting of a dead end,
The fuel cell according to claim 1, wherein a hydrophilic portion is formed only in the discharge side gas flow path.
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