JP2005235727A - Fuel cell, thin film for fuel cell and manufacturing method of thin film for fuel cell - Google Patents

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Kazuaki Ezaka
和明 江坂
Yuji Isogai
勇児 礒貝
Seiji Sano
誠治 佐野
Takashi Kajiwara
▲たかし▼ 梶原
Shogo Goto
荘吾 後藤
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Soken Inc
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Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell in which moisture can be moved with a simple structure, a thin film for the fuel cell, and a manufacturing method of the thin film for the fuel cell. <P>SOLUTION: This is a fuel cell 10 which generates electric power by receiving supply of anode gas containing hydrogen to an anode and receiving supply of cathode gas containing oxygen to a cathode. The fuel cell comprises an electrolyte membrane 12, a catalyst layer 14 installed on the electrolyte membrane 12, a diffusion layer 16 installed on the catalyst layer 14, and a separator 19 which is installed on the diffusion layer 16 and has a cathode gas passage 22. A moisture movement promoting film 34 made of a prescribed fabric is installed in the vicinity of the cathode gas passage 22. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、アノードに供給した水素とカソードに供給した酸素とを反応させて電力を発生する燃料電池、燃料電池用薄膜及び燃料電池用薄膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell, a fuel cell thin film, and a method for producing a fuel cell thin film that generate power by reacting hydrogen supplied to an anode with oxygen supplied to a cathode.

燃料電池は、アノードに供給した水素とカソードに供給した酸素とを反応させて電力を発生する。このような燃料電池において、特開2003−109620号公報には、セパレータのカソード流路がS字状に蛇行して、流路の上流側と下流側が隣接した構成が開示され、流路を構成するリブ部の端面に形成された毛細管を経由してカソード流路の下流側から上流側へ水分を移動可能とした構成が開示されている。   The fuel cell generates electric power by reacting hydrogen supplied to the anode and oxygen supplied to the cathode. In such a fuel cell, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-109620 discloses a configuration in which the cathode flow path of the separator meanders in an S shape and the upstream side and the downstream side of the flow path are adjacent to each other. A configuration is disclosed in which moisture can be moved from the downstream side to the upstream side of the cathode channel via a capillary tube formed on the end face of the rib portion.

また、特開平9−283157号公報には、セパレータに配設された透水性の樹脂を介して、カソードで生成された生成水が冷却用ガス流路に供給可能とされ、冷却用ガス流路にはカソードに供給するガスを流す技術が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-283157 discloses that the water produced at the cathode can be supplied to the cooling gas passage through the water-permeable resin disposed in the separator. Discloses a technique for flowing a gas supplied to the cathode.

特開2003−109620号公報JP 2003-109620 A 特開平9−283157号公報JP-A-9-283157

しかしながら、特開2003−109620号公報に開示された方法では、毛細管を経由して水分を移動させているため、カソードの流路の構成が複雑となり、燃料電池の設計自由度が低下するという問題が生じる。また、毛細管を形成するためには複雑な工程が必要となるため、燃料電池の製造コストが上昇するという問題も生じる。   However, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-109620, moisture is moved via a capillary tube, so that the configuration of the cathode flow path becomes complicated and the design freedom of the fuel cell is reduced. Occurs. In addition, since a complicated process is required to form the capillary tube, there is a problem that the manufacturing cost of the fuel cell increases.

また、特開平9−283157号公報に開示された技術では、カソードのエアの流れによって水分が燃料電池の外に排出されてしまい、生成水が冷却用ガス流路に充分供給されず、この結果、電解質膜が乾燥して燃料電池の発電性能が低下する虞がある。   Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-283157, moisture is discharged out of the fuel cell due to the cathode air flow, and the generated water is not sufficiently supplied to the cooling gas flow path. The electrolyte membrane may be dried and the power generation performance of the fuel cell may be reduced.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡素な構成で水分を移動させることのできる燃料電池、燃料電池用薄膜及び燃料電池用薄膜の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a fuel cell, a fuel cell thin film, and a fuel cell thin film manufacturing method capable of moving moisture with a simple configuration. Objective.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、アノードに水素を含むアノードガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池であって、前記カソードガスの流路の近傍に所定の繊維からなる水分移動手段を設けたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell that receives supply of an anode gas containing hydrogen to an anode and a cathode gas containing oxygen to a cathode to generate electric power, A moisture moving means made of a predetermined fiber is provided in the vicinity of the cathode gas flow path.

第2の発明は、第1の発明において、前記所定の繊維は、その断面形状に少なくとも1つの凹部を有することを特徴とする。   According to a second invention, in the first invention, the predetermined fiber has at least one concave portion in a cross-sectional shape thereof.

第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記所定の繊維の延在する方向が一定の方向に揃えられたことを特徴とする。   A third invention is characterized in that, in the first or second invention, the extending direction of the predetermined fiber is aligned in a certain direction.

第4の発明は、第1〜第3のいずれかにおいて、前記所定の繊維は、カーボン繊維であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the predetermined fiber is a carbon fiber.

第5の発明は、第1〜第4の発明のいずれかにおいて、前記水分移動手段は、前記カソードガスの流路の内壁の少なくとも一部に設けられたことを特徴とする。   According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the moisture moving means is provided on at least a part of an inner wall of the cathode gas flow path.

第6の発明は、第1〜第4の発明のいずれかにおいて、前記アノードガス中の水素と前記カソードガス中の酸素とを反応させる電解質膜と、前記電解質膜上に設けられた触媒層と、前記触媒層上に設けられた拡散層と、前記拡散層上に設けられ、前記カソードガスの流路が設けられたセパレータと、を備え、前記水分移動手段は、前記電解質膜、前記触媒層、前記拡散層、又は前記セパレータの少なくとも1つに配設されたことを特徴とする。   According to a sixth invention, in any one of the first to fourth inventions, an electrolyte membrane for reacting hydrogen in the anode gas and oxygen in the cathode gas, and a catalyst layer provided on the electrolyte membrane; A diffusion layer provided on the catalyst layer; and a separator provided on the diffusion layer and provided with a flow path for the cathode gas, wherein the moisture transfer means includes the electrolyte membrane and the catalyst layer. , Disposed in at least one of the diffusion layer and the separator.

第7の発明は、第1〜第4の発明のいずれかにおいて、前記アノードガス中の水素と前記カソードガス中の酸素とを反応させる電解質膜と、前記電解質膜上に設けられた触媒層と、前記触媒層上に設けられた拡散層と、前記拡散層上に設けられ、前記カソードガスの流路が設けられたセパレータと、を備え、前記水分移動手段は、前記電解質膜、前記触媒層、前記拡散層、又は前記セパレータの界面に配設されたことを特徴とする。   According to a seventh invention, in any one of the first to fourth inventions, an electrolyte membrane for reacting hydrogen in the anode gas and oxygen in the cathode gas, and a catalyst layer provided on the electrolyte membrane; A diffusion layer provided on the catalyst layer; and a separator provided on the diffusion layer and provided with a flow path for the cathode gas, wherein the moisture transfer means includes the electrolyte membrane and the catalyst layer. The diffusion layer or the separator is disposed at the interface.

第8の発明は、上記の目的を達成するため、アノードに水素を含むアノードガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池であって、前記アノードガス中の水素と前記カソードガス中の酸素とを反応させる電解質膜と、前記電解質膜上に設けられた触媒層と、前記触媒層上に設けられた拡散層と、前記拡散層上に設けられ、前記カソードガスの流路が設けられたセパレータと、を備え、前記電解質膜、前記触媒層、前記拡散層、又は前記セパレータが、水分の移動を促進する所定の繊維を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an eighth invention is a fuel cell that receives supply of an anode gas containing hydrogen to the anode and a supply of cathode gas containing oxygen to the cathode to generate electric power, An electrolyte membrane for reacting hydrogen in the anode gas and oxygen in the cathode gas, a catalyst layer provided on the electrolyte membrane, a diffusion layer provided on the catalyst layer, and a diffusion layer on the diffusion layer A separator provided with a flow path for the cathode gas, wherein the electrolyte membrane, the catalyst layer, the diffusion layer, or the separator includes a predetermined fiber that promotes the movement of moisture. And

第9の発明は、第8の発明において、前記所定の繊維は、その断面形状に少なくとも1つの凹部を有することを特徴とする。   In a ninth aspect based on the eighth aspect, the predetermined fiber has at least one concave portion in its cross-sectional shape.

第10の発明は、第8又は第9の発明において、前記所定の繊維の延在する方向が一定の方向に揃えられたことを特徴とする。   A tenth invention is characterized in that, in the eighth or ninth invention, the extending direction of the predetermined fiber is aligned in a certain direction.

第11の発明は、第8〜第10の発明のいずれかにおいて、前記所定の繊維は、カーボン繊維であることを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the eighth to tenth aspects, the predetermined fiber is a carbon fiber.

第12の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池用薄膜であって、所定の繊維を織成して形成され、所定の方向に延在する繊維のみ、その断面形状に少なくとも1つの凹部を有することを特徴とする。   A twelfth aspect of the present invention is a thin film for a fuel cell, which is formed by weaving predetermined fibers and extending only in a predetermined direction, and has at least one recess in its cross-sectional shape to achieve the above object. It is characterized by having.

第13の発明は、第12の発明において、前記所定の繊維は、カーボン繊維であることを特徴とする。   In a thirteenth aspect based on the twelfth aspect, the predetermined fiber is a carbon fiber.

第14の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池用薄膜であって、所定の繊維を膠着させて形成され、前記繊維の延在する方向を所定の方向に揃えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the fourteenth invention is a thin film for a fuel cell, characterized in that a predetermined fiber is glued and the extending direction of the fiber is aligned in a predetermined direction. To do.

第15の発明は、第14の発明において、前記所定の繊維は、その断面形状に少なくとも1つの凹部を有することを特徴とする。   In a fifteenth aspect based on the fourteenth aspect, the predetermined fiber has at least one concave portion in its cross-sectional shape.

第16の発明は、第14又は第15の発明において、前記所定の繊維は、カーボン繊維であることを特徴とする。   In a sixteenth aspect based on the fourteenth or fifteenth aspect, the predetermined fiber is a carbon fiber.

第17の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池用薄膜の製造方法であって、石炭系、又は石油系のピッチを、少なくとも1つの凹部を有する型から押し出し、断面形状に少なくとも1つの凹部を有するカーボン繊維を形成する工程と、前記カーボン繊維を用いて燃料電池用薄膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。   A seventeenth aspect of the invention is a method for producing a thin film for a fuel cell in order to achieve the above object, wherein a coal-based or petroleum-based pitch is extruded from a mold having at least one recess and has a cross-sectional shape of at least 1. It has the process of forming the carbon fiber which has one recessed part, and the process of forming the thin film for fuel cells using the said carbon fiber.

第18の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池用薄膜の製造方法であって、高分子材料からなる繊維材料を、少なくとも1つの凸部を有する型から押し出し、断面形状に少なくとも1つの凹部を有する繊維を形成する工程と、前記繊維に炭素化処理を施して、カーボン繊維を形成する工程と、前記カーボン繊維を用いて燃料電池用薄膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。   An eighteenth invention is a method for producing a thin film for a fuel cell in order to achieve the above object, wherein a fiber material made of a polymer material is extruded from a mold having at least one convex portion, and at least 1 in cross-sectional shape. A step of forming a fiber having two recesses, a step of carbonizing the fiber to form a carbon fiber, and a step of forming a thin film for a fuel cell using the carbon fiber. And

第19の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池用薄膜の製造方法であって、断面形状に少なくとも1つの凹部を有する縦糸と、断面形状に凹部を有していない横糸とを織成して燃料電池用薄膜を形成することを特徴とする。   A nineteenth aspect of the invention is a method for producing a thin film for a fuel cell in order to achieve the above object, wherein a warp yarn having at least one concave portion in a cross-sectional shape and a weft yarn having no concave portion in a cross-sectional shape are woven. Forming a fuel cell thin film.

第20の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池用薄膜の製造方法であって、燃料電池用薄膜を構成する繊維の延在方向を揃える工程と、前記繊維の延在方向を揃えた状態で前記繊維を膠着させる工程と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a twentieth aspect of the invention is a method for producing a thin film for a fuel cell, the step of aligning the extending direction of fibers constituting the thin film for a fuel cell, and aligning the extending direction of the fibers And a step of gluing the fibers in a state where they are in contact with each other.

第21の発明は、第20の発明において、前記繊維の延在方向を揃える工程において、表面に溝を有する板材を用い、前記溝内に前記繊維を挿入することで前記繊維の延在方向を揃えることを特徴とする。   In a twenty-first aspect, in the twentieth aspect, in the step of aligning the extending direction of the fibers, a plate material having grooves on the surface is used, and the extending direction of the fibers is determined by inserting the fibers into the grooves. It is characterized by aligning.

第22の発明は、第20の発明において、前記繊維の延在方向を揃える工程において、超音波振動又は機械的振動を与えて前記繊維の延在方向を揃えることを特徴とする。   According to a twenty-second aspect, in the twentieth aspect, in the step of aligning the extending direction of the fibers, ultrasonic vibration or mechanical vibration is applied to align the extending direction of the fibers.

第23の発明は、第1〜第5の発明のいずれかにおいて、前記カソードに隣接して配設され、前記カソードガスの流路が設けられたセパレータと、前記カソードガスの流路に対して前記セパレータの背面側に配設され、前記カソードガスの流路に前記カソードガスを供給するガス流路と、前記セパレータの少なくとも一部に配設され、前記カソードガスの流路から前記ガス流路へ水分を送る多孔質部と、を更に備えたことを特徴とする。   According to a twenty-third aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects of the present invention, a separator disposed adjacent to the cathode and provided with a flow path for the cathode gas, and a flow path for the cathode gas A gas flow path that is disposed on the back side of the separator and that supplies the cathode gas to the flow path of the cathode gas; and a gas flow path that is disposed in at least a part of the separator and that flows from the flow path of the cathode gas to the gas flow path. And a porous part for sending moisture to the water.

第24の発明は、第6〜第11の発明のいずれかにおいて、前記カソードガスの流路に対して前記セパレータの背面側に配設され、前記カソードガスの流路に前記カソードガスを供給するガス流路と、前記セパレータの少なくとも一部に配設され、前記カソードガスの流路から前記ガス流路へ水分を送る多孔質部と、を更に備えたことを特徴とする。   According to a twenty-fourth aspect, in any one of the sixth to eleventh aspects, the cathode gas is disposed on the back side of the separator with respect to the cathode gas flow path, and the cathode gas is supplied to the cathode gas flow path. It further comprises a gas flow path, and a porous portion that is disposed in at least a part of the separator and sends moisture from the cathode gas flow path to the gas flow path.

第25の発明は、第1〜第11、第23及び第24の発明のいずれかにおいて、前記カソードガスの流路における上流と下流が近接するように前記カソードガスの流路を構成したことを特徴とする。   In a twenty-fifth aspect of the invention, in any one of the first to eleventh, twenty-third, and twenty-fourth aspects, the cathode gas flow path is configured so that the upstream and the downstream of the cathode gas flow path are close to each other. Features.

第26の発明は、第1〜第11及び第23の発明のいずれかにおいて、前記所定の繊維は親水基を有することを特徴とする。   In a twenty-sixth aspect of the invention, in any one of the first to eleventh and twenty-third aspects, the predetermined fiber has a hydrophilic group.

第27の発明は、第1〜第7及び第23の発明のいずれかにおいて、前記水分移動手段の表面に凹凸を設けたことを特徴とする。   According to a twenty-seventh aspect, in any one of the first to seventh and twenty-third aspects, an unevenness is provided on a surface of the moisture moving means.

第28の発明は、第23又は第24の発明において、前記所定の繊維は、前記多孔質部よりも毛管吸引力の高い物質からなることを特徴とする。   According to a twenty-eighth aspect, in the twenty-third or twenty-fourth aspect, the predetermined fiber is made of a substance having a higher capillary suction force than the porous portion.

第29の発明は、第24の発明において、前記水分移動手段は、前記カソードガスの流路の内壁の少なくとも一部に設けられたことを特徴とする。   According to a twenty-ninth aspect, in the twenty-fourth aspect, the moisture moving means is provided on at least a part of an inner wall of the cathode gas flow path.

第1の発明によれば、カソードガスの流路の近傍に所定の繊維からなる水分移動手段を設けたため、繊維の毛管吸引力により、反応により生成された水分をカソードガスの流路の下流側から上流側へ移動させることが可能となる。これにより、流路に溜まった水分によってカソードガス中の酸素の移動が阻害されてしまうことを抑止でき、燃料電池の効率を高めることが可能となる。また、カソードガスの流路の上流側に移動させた水分をカソードガス中に供給することができため、カソードガスを確実に加湿することが可能となり、流路の上流側においてカソードガス中の酸素のイオン化を促進することができる。   According to the first aspect of the present invention, since the moisture moving means made of a predetermined fiber is provided in the vicinity of the cathode gas flow path, the moisture generated by the reaction is caused to flow downstream from the cathode gas flow path by the capillary suction force of the fiber. It becomes possible to move to the upstream side. As a result, it is possible to prevent the movement of oxygen in the cathode gas from being hindered by the moisture accumulated in the flow path, and to increase the efficiency of the fuel cell. Further, since the moisture moved to the upstream side of the cathode gas channel can be supplied into the cathode gas, the cathode gas can be reliably humidified, and the oxygen in the cathode gas can be upstream of the channel. Can be ionized.

第2の発明によれば、断面形状に少なくとも1つの凹部を有する繊維を用いることで、水分移動手段における空隙率を高めることができ、確実に導水経路を確保することができる。従って、反応により生成された水分をカソードガスの流路の下流側から上流側へ確実に移動することができる。また、少なくとも1つの凹部を有する繊維を用いることで、繊維の表面積が拡大され、繊維の速乾性を高めることができる。従って、繊維に沿って移動した水分を乾燥させてカソードガス中に供給することができ、カソードガスを確実に加湿することが可能となる。   According to 2nd invention, the porosity in a moisture moving means can be raised by using the fiber which has at least 1 recessed part in cross-sectional shape, and a water conveyance path | route can be ensured reliably. Therefore, the moisture generated by the reaction can be reliably moved from the downstream side to the upstream side of the cathode gas flow path. Moreover, the surface area of a fiber is expanded by using the fiber which has at least 1 recessed part, and the quick-drying property of a fiber can be improved. Therefore, the moisture moved along the fibers can be dried and supplied into the cathode gas, and the cathode gas can be reliably humidified.

第3の発明によれば、繊維の延在する方向を一定の方向に揃えたことにより、水分の移動方向を規定することができる。従って、カソードガスの流路と繊維の延在する方向を一致させることで、カソードガスの流路の下流側から上流側へ水分を確実に移動することができる。   According to the third aspect of the invention, the direction of moisture movement can be defined by aligning the extending direction of the fibers in a certain direction. Therefore, by matching the cathode gas flow path with the fiber extending direction, moisture can be reliably moved from the downstream side to the upstream side of the cathode gas flow path.

第4の発明によれば、水分移動手段をカーボン繊維から構成することで、水分移動手段に導電性をもたせることができる。従って、導電性が必要となる燃料電池の部位に水分移動手段を設けることが可能となる。   According to the fourth aspect of the present invention, the moisture moving means can be made conductive by constituting the moisture moving means from carbon fibers. Therefore, it is possible to provide a moisture transfer means at a portion of the fuel cell where conductivity is required.

第5の発明によれば、水分移動手段をカソードガスの流路の内壁の少なくとも一部に設けたことにより、カソードガスの流路に沿って水分を移動させることが可能となる。   According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to move moisture along the cathode gas flow path by providing the moisture moving means on at least a part of the inner wall of the cathode gas flow path.

第6の発明によれば、電解質膜、触媒層、拡散層、又はセパレータの少なくとも1つに水分移動手段を配設したことにより、電解質膜、触媒層、拡散層、セパレータ内に沿って水分を移動させることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the moisture transfer means is disposed in at least one of the electrolyte membrane, the catalyst layer, the diffusion layer, or the separator, so that moisture is transferred along the electrolyte membrane, the catalyst layer, the diffusion layer, and the separator. Can be moved.

第7の発明によれば、電解質膜、触媒層、拡散層、又はセパレータの界面に水分移動手段を配設したことにより、界面に沿って水分を移動させることができる。   According to the seventh aspect of the invention, the moisture moving means is disposed at the interface of the electrolyte membrane, the catalyst layer, the diffusion layer, or the separator, so that the moisture can be moved along the interface.

第8の発明によれば、電解質膜、触媒層、拡散層、又はセパレータが、水分の移動を促進する所定の繊維を含むため、繊維の毛管吸引力により、反応により生成された水分を移動することが可能となる。従って、カソードガスの流路の下流側から上流側へ移動させることが可能となり、流路に溜まった水分によってカソードガス中の酸素の移動が阻害されてしまうことを抑止することができる。また、カソードガスの流路の上流側に移動させた水分をカソードガス中に供給することができため、カソードガスを確実に加湿することが可能となり、流路の上流側においてカソードガス中の酸素のイオン化を促進することができる。   According to the eighth invention, since the electrolyte membrane, the catalyst layer, the diffusion layer, or the separator includes the predetermined fiber that promotes the movement of moisture, the moisture generated by the reaction is moved by the capillary suction force of the fiber. It becomes possible. Therefore, it is possible to move from the downstream side to the upstream side of the cathode gas flow path, and it is possible to prevent the movement of oxygen in the cathode gas from being hindered by moisture accumulated in the flow path. Further, since the moisture moved to the upstream side of the cathode gas channel can be supplied into the cathode gas, the cathode gas can be reliably humidified, and the oxygen in the cathode gas can be upstream of the channel. Can be ionized.

第9の発明によれば、断面形状に少なくとも1つの凹部を有する繊維を用いることで、繊維の周りの空隙率を高めることができ、確実に導水経路を確保することができる。従って、反応により生成された水分をカソードガスの流路の下流側から上流側へ確実に移動することができる。また、少なくとも1つの凹部を有する繊維を用いることで、繊維の表面積が拡大され、繊維の速乾性を高めることができる。従って、繊維に沿って移動した水分を乾燥させてカソードガス中に供給することができ、カソードガスを確実に加湿することが可能となる。   According to the ninth aspect, by using the fiber having at least one recess in the cross-sectional shape, the porosity around the fiber can be increased, and the water guide path can be ensured reliably. Therefore, the moisture generated by the reaction can be reliably moved from the downstream side to the upstream side of the cathode gas flow path. Moreover, the surface area of a fiber is expanded by using the fiber which has at least 1 recessed part, and the quick-drying property of a fiber can be improved. Therefore, the moisture moved along the fibers can be dried and supplied into the cathode gas, and the cathode gas can be reliably humidified.

第10の発明によれば、繊維の延在する方向を一定の方向に揃えたことにより、水分の移動方向を規定することができる。従って、カソードガスの流路と繊維の延在する方向を一致させることで、カソードガスの流路の下流側から上流側へ水分を確実に移動することができる。   According to the tenth aspect of the invention, the direction of moisture movement can be defined by aligning the extending direction of the fibers in a certain direction. Therefore, by matching the cathode gas flow path with the fiber extending direction, moisture can be reliably moved from the downstream side to the upstream side of the cathode gas flow path.

第11の発明によれば、所定の繊維をカーボン繊維としたことで、繊維に導電性をもたせることができる。従って、繊維を配設した箇所の導電性を確保することができる。   According to the eleventh invention, the predetermined fiber is a carbon fiber, so that the fiber can be made conductive. Accordingly, it is possible to ensure the conductivity of the portion where the fiber is disposed.

第12の発明によれば、燃料電池用薄膜において、断面形状に少なくとも1つの凹部を有する繊維を所定の方向に延在させることで、その繊維の延在する方向に水分の移動方向が規制することができる。従って、この燃料電池用薄膜を燃料電池の所定部位に用いることで、燃料電池内の水分の移動方向を規制することが可能となる。   According to the twelfth invention, in the thin film for a fuel cell, by extending the fiber having at least one recess in the cross-sectional shape in a predetermined direction, the movement direction of moisture is regulated in the direction in which the fiber extends. be able to. Therefore, by using this fuel cell thin film at a predetermined portion of the fuel cell, it is possible to regulate the direction of moisture movement in the fuel cell.

第13の発明によれば、所定の繊維をカーボン繊維とすることで、燃料電池用薄膜に導電性をもたせることができる。従って、導電性が必要となる燃料電池の所定箇所に燃料電池用薄膜を配置することができる。   According to the thirteenth aspect, by making the predetermined fiber a carbon fiber, the fuel cell thin film can be made conductive. Therefore, the fuel cell thin film can be disposed at a predetermined location of the fuel cell where conductivity is required.

第14の発明よれば、所定の繊維を膠着させて形成された燃料電池用薄膜において、繊維の延在する方向を所定の方向に揃えることで、その繊維の延在する方向に水分の移動方向が規制することができる。従って、この燃料電池用薄膜を燃料電池の所定部位に用いることで、燃料電池内の水分の移動方向を規制することが可能となる。   According to the fourteenth aspect of the present invention, in the fuel cell thin film formed by sticking predetermined fibers, the direction in which the fibers extend is aligned with the predetermined direction, so that the direction of moisture movement in the direction in which the fibers extend Can be regulated. Therefore, by using this fuel cell thin film at a predetermined portion of the fuel cell, it is possible to regulate the direction of moisture movement in the fuel cell.

第15の発明によれば、繊維の断面形状に少なくとも1つの凹部を設けることで、繊維の周りの空隙率を高めることができ、確実に導水経路を確保することができる。   According to the fifteenth aspect, by providing at least one concave portion in the cross-sectional shape of the fiber, the porosity around the fiber can be increased, and the water guide path can be reliably ensured.

第16の発明によれば、所定の繊維をカーボン繊維とすることで、燃料電池用薄膜に導電性をもたせることができる。従って、導電性が必要となる燃料電池の所定箇所に燃料電池用薄膜を配置することができる。   According to the sixteenth invention, the predetermined fiber can be made of carbon fiber, whereby the fuel cell thin film can be made conductive. Therefore, the fuel cell thin film can be disposed at a predetermined location of the fuel cell where conductivity is required.

第17の発明によれば、石炭系、又は石油系のピッチを、少なくとも1つの凹部を有する型から押し出すことで、断面形状に少なくとも1つの凹部を有するカーボン繊維を形成することができ、このカーボン繊維を用いて燃料電池用薄膜を形成することで、カーボン繊維の延在する方向に水分の移動方向を規制した燃料電池用薄膜を製造することが可能となる。   According to the seventeenth aspect, a carbon fiber having at least one recess in a cross-sectional shape can be formed by extruding a coal-based or petroleum-based pitch from a mold having at least one recess. By forming a thin film for a fuel cell using fibers, it is possible to manufacture a thin film for a fuel cell in which the moisture moving direction is regulated in the direction in which the carbon fiber extends.

第18の発明によれば、高分子材料からなる繊維材料を、少なくとも1つの凹部を有する型から押し出すことで、断面形状に少なくとも1つの凹部を有する繊維を形成することができ、この繊維を炭素化することで断面形状に少なくとも1つの凹部を有するカーボン繊維を形成することができる。そして、このカーボン繊維を用いて燃料電池用薄膜を形成することで、カーボン繊維の延在する方向に水分の移動方向を規制した燃料電池用薄膜を製造することが可能となる。   According to the eighteenth invention, a fiber material made of a polymer material is extruded from a mold having at least one recess, whereby a fiber having at least one recess can be formed in a cross-sectional shape. By forming the carbon fiber, the carbon fiber having at least one concave portion in the cross-sectional shape can be formed. By forming a thin film for a fuel cell using this carbon fiber, it is possible to manufacture a thin film for a fuel cell in which the direction of moisture movement is regulated in the direction in which the carbon fiber extends.

第19の発明によれば、断面形状に少なくとも1つの凹部を有する縦糸と、断面形状に凹部を有していない横糸とを織成して燃料電池用薄膜を形成することで、縦糸の延在する方向に水分の移動方向を規制した燃料電池用薄膜を製造することが可能となる。   According to the nineteenth aspect, the warp yarn extends direction by weaving warp yarn having at least one recess in the cross-sectional shape and weft yarn not having the recess in the cross-sectional shape to form the fuel cell thin film. In addition, it is possible to manufacture a thin film for a fuel cell in which the moisture moving direction is regulated.

第20の発明によれば、繊維の延在方向を揃えた状態で繊維を膠着させて燃料電池用薄膜を製造することで、繊維の延在する方向に水分の移動方向を規制した燃料電池用薄膜を製造することが可能となる。   According to the twentieth aspect of the invention, the fuel cell thin film is produced by gluing the fibers in a state in which the fiber extending directions are aligned, whereby the moisture moving direction is regulated in the fiber extending direction. A thin film can be manufactured.

第21の発明によれば、表面に溝を有する板材を用い、溝内に繊維を挿入することで繊維の延在方向を揃えることが可能となる。   According to the twenty-first aspect, it is possible to align the extending direction of the fibers by using the plate material having grooves on the surface and inserting the fibers into the grooves.

第22の発明によれば、超音波振動又は機械的振動を与えることで繊維の延在方向を揃えることが可能となる。   According to the twenty-second aspect, it is possible to align the extending direction of the fibers by applying ultrasonic vibration or mechanical vibration.

第23の発明によれば、カソードガスの流路からセパレータの背面側のガス流路へ水分を送る多孔質部を設けたため、カソードガスの流路で吸収した水分をガス流路に送ることができる。これにより、カソードガスを確実に加湿することができ、電解質膜の乾燥による燃料電池の発電性能の低下を確実に抑制することができる。   According to the twenty-third aspect, since the porous portion for sending moisture from the cathode gas channel to the gas channel on the back side of the separator is provided, moisture absorbed in the cathode gas channel can be sent to the gas channel. it can. As a result, the cathode gas can be reliably humidified, and a decrease in power generation performance of the fuel cell due to drying of the electrolyte membrane can be reliably suppressed.

第24の発明によれば、カソードガスの流路からセパレータの背面側のガス流路へ水分を送る多孔質部を設けたため、カソードガスの流路で吸収した水分をガス流路に送ることができる。これにより、カソードガスを確実に加湿することができ、電解質膜の乾燥による燃料電池の発電性能の低下を確実に抑制することができる。   According to the twenty-fourth aspect of the invention, since the porous portion for sending moisture from the cathode gas channel to the gas channel on the back side of the separator is provided, moisture absorbed in the cathode gas channel can be sent to the gas channel. it can. As a result, the cathode gas can be reliably humidified, and a decrease in power generation performance of the fuel cell due to drying of the electrolyte membrane can be reliably suppressed.

第25の発明によれば、カソードガスの流路における上流と下流が隣接するようにカソードガスの流路を構成したため、カソードガスの流路に溜まった水分を上流に送ることが可能となる。これにより、カソードガスの流路の上流から下流にかけての全域に水分を均一に分布させることができ、セパレータの背面側のガス流路の全域に水分を供給することが可能となる。従って、セパレータの背面側のガス流路を流れるカソードガスの加湿を確実に行うことが可能となる。   According to the twenty-fifth aspect, since the cathode gas flow path is configured so that the upstream and downstream sides of the cathode gas flow path are adjacent to each other, the water accumulated in the cathode gas flow path can be sent upstream. Thereby, moisture can be uniformly distributed over the entire region from the upstream to the downstream of the flow path of the cathode gas, and the water can be supplied to the entire gas flow path on the back side of the separator. Therefore, it is possible to reliably humidify the cathode gas flowing through the gas flow path on the back side of the separator.

第26の発明によれば、所定の繊維は親水基を有して構成されるため、カソードガスの流路を常に水分で湿らせておくことが可能となる。これにより、カソードガスの加湿を連続的かつ確実に行うことが可能となる。   According to the twenty-sixth aspect, since the predetermined fiber has a hydrophilic group, the cathode gas flow path can be always moistened with moisture. This makes it possible to continuously and reliably humidify the cathode gas.

第27の発明によれば、水分移動手段の表面に凹凸を設けたため、より広い範囲から水分を吸収することができ、カソードガスを確実に加湿することができる。   According to the twenty-seventh aspect, since the unevenness is provided on the surface of the moisture moving means, moisture can be absorbed from a wider range, and the cathode gas can be reliably humidified.

第28の発明によれば、所定の繊維を多孔質部よりも毛管吸引力の高い物質から構成したため、所定の繊維に水分を取り込むことが容易となり、より多くの水分をセパレータの背面側のガス流路に供給することが可能となる。   According to the twenty-eighth aspect, since the predetermined fiber is made of a substance having a higher capillary suction force than the porous portion, it becomes easy to take moisture into the predetermined fiber, and more water is removed from the gas on the back side of the separator. It becomes possible to supply to the flow path.

第29の発明によれば、水分移動手段をカソードガスの流路の内壁の少なくとも一部に設けたため、カソードガスの流路に沿って水分を移動させることが可能となる。   According to the twenty-ninth aspect, since the moisture moving means is provided on at least a part of the inner wall of the cathode gas flow path, it is possible to move the moisture along the cathode gas flow path.

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池10の構成を示す分解斜視図である。燃料電池10は、発電を行う際に水(水蒸気)を生成する種類のものであればよく、ここでは固体高分子型(PEM)の燃料電池を例示する。図1は、燃料電池10を構成する複数の単位セルの1つを示しており、燃料電池10は図1の矢印方向に単位セルを積層して構成される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a fuel cell 10 according to Embodiment 1 of the present invention. The fuel cell 10 may be of a type that generates water (water vapor) when generating electric power, and here, a solid polymer type (PEM) fuel cell is exemplified. FIG. 1 shows one of a plurality of unit cells constituting the fuel cell 10, and the fuel cell 10 is configured by stacking unit cells in the direction of the arrow in FIG.

図2は、積層方向に沿った単位セルの断面を示す模式図である。単位セルは、電解質膜12、電解質膜12の両側にそれぞれ配置される触媒層14、拡散層16、およびセパレータ18,19から構成される。図1及び図2において、セパレータ18はアノード側に配置され、セパレータ19はカソード側に配置されている。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of the unit cell along the stacking direction. The unit cell includes an electrolyte membrane 12, a catalyst layer 14, a diffusion layer 16, and separators 18 and 19 disposed on both sides of the electrolyte membrane 12. 1 and 2, the separator 18 is disposed on the anode side, and the separator 19 is disposed on the cathode side.

電解質膜12は、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。触媒層14は、白金(Pt)を担持したカーボンペーストを電解質膜12の表面に塗布することで形成されている。拡散層16は、カーボン繊維を織成したカーボンクロス、またはカーボン繊維、カーボンペーストを素材とするペーパーにより形成されている。セパレータ18,19は、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。   The electrolyte membrane 12 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material such as a fluorine-based resin. The catalyst layer 14 is formed by applying a carbon paste carrying platinum (Pt) to the surface of the electrolyte membrane 12. The diffusion layer 16 is formed of carbon cloth woven from carbon fibers, or paper made of carbon fibers or carbon paste. The separators 18 and 19 are formed of a gas-impermeable conductive member such as dense carbon which is compressed by carbon and impermeable to gas.

セパレータ18には、拡散層16と対向する面にアノードガス(水素ガス)の流路20が設けられている。図1に示すように、流路20の一端にはアノードガスの入口26が、他端には出口28が設けられている。   The separator 18 is provided with a flow path 20 for anode gas (hydrogen gas) on the surface facing the diffusion layer 16. As shown in FIG. 1, an anode gas inlet 26 is provided at one end of the flow path 20 and an outlet 28 is provided at the other end.

セパレータ19には、拡散層16と対向する面にカソードガス(酸素ガス)の流路22が設けられている。図1に示すように、流路22の一端にはカソードガスの入口30が、他端には出口32が設けられている。また、図2に示すように、セパレータ19には冷却液の流路24が設けられている。   The separator 19 is provided with a cathode gas (oxygen gas) flow path 22 on the surface facing the diffusion layer 16. As shown in FIG. 1, a cathode gas inlet 30 is provided at one end of the flow path 22, and an outlet 32 is provided at the other end. Further, as shown in FIG. 2, the separator 19 is provided with a coolant flow path 24.

図1に示すように、アノードガスの流路20、カソードガスの流路22は、ともに単位セルの積層方向と直交する面内に延在し、面内で蛇行した形状に設けられている。アノードガスが流路20へ供給されると、アノードガス中の水素が拡散層16および触媒層14を通過する過程でイオン化され、水素イオンとなる。同様に、カソードガスが流路22へ供給されると、カソードガス中の酸素が拡散層16および触媒層14を通過する過程でイオン化され、酸素イオンとなる。   As shown in FIG. 1, the anode gas flow path 20 and the cathode gas flow path 22 both extend in a plane perpendicular to the stacking direction of the unit cells, and are provided in a meandering shape in the plane. When the anode gas is supplied to the flow path 20, hydrogen in the anode gas is ionized in the process of passing through the diffusion layer 16 and the catalyst layer 14 to become hydrogen ions. Similarly, when the cathode gas is supplied to the flow path 22, oxygen in the cathode gas is ionized in the process of passing through the diffusion layer 16 and the catalyst layer 14 to become oxygen ions.

そして、これらの水素イオン、酸素イオンが電解質膜12に供給されると、電解質膜12における反応で電力が発生する。また、これと同時にカソード側において、上記の水素イオンと酸素イオンとから水が生成される((1/2)O+2H+2e→HO)。この水のほとんどは、燃料電池10内で発生する熱を吸収して水蒸気として生成される。 When these hydrogen ions and oxygen ions are supplied to the electrolyte membrane 12, electric power is generated by a reaction in the electrolyte membrane 12. At the same time, water is generated from the hydrogen ions and oxygen ions on the cathode side ((1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O). Most of this water absorbs the heat generated in the fuel cell 10 and is generated as water vapor.

カソード側で生成された水分は流路22内のカソードガス中に含まれ、カソードガスの流れによって下流側へ流れるため、流路22の下流に水分が溜まる場合がある。図3(a)は、流路22の下流に水分が溜まった状態を説明するための模式図である。水分が流路22の下流に溜まると、拡散層16の表面が水で覆われてしまい、電解質膜12へ十分な量の酸素が供給されなくなる。このため、電解質膜12における反応が低下し、燃料電池10の効率が低下する場合がある。   Moisture generated on the cathode side is contained in the cathode gas in the flow path 22 and flows downstream due to the flow of the cathode gas, so that water may accumulate downstream of the flow path 22. FIG. 3A is a schematic diagram for explaining a state where moisture is accumulated downstream of the flow path 22. If moisture accumulates downstream of the flow path 22, the surface of the diffusion layer 16 is covered with water, and a sufficient amount of oxygen is not supplied to the electrolyte membrane 12. For this reason, the reaction in the electrolyte membrane 12 may decrease, and the efficiency of the fuel cell 10 may decrease.

また、カソード側で生成された水分が流路22の下流に溜まると、流路22の上流側においてカソードガスに水分が供給されなくなるため、流路22の上流を流れるカソードガスが乾燥してしまう。このため、カソードガス中の酸素が十分にイオン化されなくなり、電解質膜12での反応が低下する場合がある。   In addition, when moisture generated on the cathode side is accumulated downstream of the flow path 22, moisture is not supplied to the cathode gas on the upstream side of the flow path 22, so that the cathode gas flowing upstream of the flow path 22 is dried. . For this reason, oxygen in the cathode gas is not sufficiently ionized, and the reaction at the electrolyte membrane 12 may be reduced.

このため、本実施形態では、図2に示すように、流路22の内壁面を覆うように水分移動促進膜34を設けている。水分移動促進膜34は繊維素材から構成されるクロス(布)またはペーパー(紙)であって、流路22の内壁の全面に貼り付けられている。繊維素材は毛管吸引力を発生させ、吸水性が高いため、図3(b)に示すように毛管吸引力によって水分移動促進膜34内で水分を移動させることができ、流路22の下流側に溜まった水分を上流側に送ることができる。従って、流路22の下流側において拡散層16の表面が水で覆われてしまうことを抑止でき、燃料電池10の効率低下を抑止することができる。また、繊維素材から構成された水分移動促進膜34は乾き易く、速乾性を有しているため、水分移動促進膜34に吸収された水分は短時間で乾燥し、乾燥した水分はカソードガス中に水蒸気として供給される。従って、流路22の上流側に移動した水分が乾燥することで、上流側においてカソードガス中への水分供給が促進される。この結果、流路22の上流側においてカソードガスを十分に加湿することができ、上流側での酸素のイオン化が促進されるため、燃料電池10の効率を高めることができる。   For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the moisture movement promoting film 34 is provided so as to cover the inner wall surface of the flow path 22. The moisture movement promoting film 34 is a cloth (paper) or paper (paper) made of a fiber material, and is adhered to the entire inner wall of the flow path 22. Since the fiber material generates a capillary suction force and has high water absorption, the moisture can be moved within the moisture movement promoting film 34 by the capillary suction force as shown in FIG. Moisture accumulated in can be sent upstream. Accordingly, it is possible to prevent the surface of the diffusion layer 16 from being covered with water on the downstream side of the flow path 22, and it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the fuel cell 10. Further, since the moisture movement promoting film 34 made of the fiber material is easy to dry and has a quick drying property, the moisture absorbed by the moisture movement promoting film 34 is dried in a short time, and the dried moisture is in the cathode gas. Supplied as water vapor. Therefore, moisture that has moved to the upstream side of the flow path 22 is dried, so that supply of moisture into the cathode gas is promoted on the upstream side. As a result, the cathode gas can be sufficiently humidified on the upstream side of the flow path 22 and the ionization of oxygen on the upstream side is promoted, so that the efficiency of the fuel cell 10 can be increased.

毛管吸引力を高めるため、水分移動促進膜34は不定形断面形状を有する繊維36から構成することが好ましい。図4は、不定形断面形状を有する繊維36を示す模式図であって、繊維36の長手方向と直交する方向に沿った断面形状を示している。図4に示すように、繊維36は、その断面形状において少なくとも1つの凹部38を有している。以下の説明において、断面形状に凹部38が形成された繊維36を、不定形断面形状を有する繊維36と称することとする。なお、繊維36の断面形状は、長手方向で可変するものであっても良い。   In order to increase the capillary suction force, the moisture movement promoting film 34 is preferably composed of fibers 36 having an irregular cross-sectional shape. FIG. 4 is a schematic diagram showing the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape, and shows a cross-sectional shape along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the fiber 36. As shown in FIG. 4, the fiber 36 has at least one recess 38 in its cross-sectional shape. In the following description, the fiber 36 in which the recess 38 is formed in the cross-sectional shape will be referred to as a fiber 36 having an irregular cross-sectional shape. The cross-sectional shape of the fiber 36 may be variable in the longitudinal direction.

図5は、複数の繊維36を束ねた状態を示す模式図である。繊維36は不定形断面形状を有しているため、図5に示すように、複数の繊維36を束ねた場合に多くの空隙の領域が発生する。従って、このような繊維36によれば、束ねた際の空隙率が高いため、多くの導水経路が形成されることとなる。このため、繊維36から構成された水分移動促進膜34の毛管吸引力は非常に大きくなり、水分を繊維36の長手方向に確実に移動させることができる。従って、このような繊維36で水分移動促進膜34を構成することで、流路22の下流に溜まった水分を短時間で確実に上流側へ送ることができる。なお、本実施形態では、流路22を蛇行させているため、流路22の上流と下流の距離を短縮することができ、下流から上流への水分移動をより短時間で行うことが可能である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a plurality of fibers 36 are bundled. Since the fiber 36 has an irregular cross-sectional shape, as shown in FIG. 5, when a plurality of fibers 36 are bundled, many void regions are generated. Therefore, according to such a fiber 36, since the porosity when bundled is high, many water conduits are formed. For this reason, the capillary suction force of the moisture movement promoting film 34 composed of the fibers 36 becomes very large, and the moisture can be reliably moved in the longitudinal direction of the fibers 36. Therefore, by forming the moisture movement promoting film 34 with such fibers 36, the moisture accumulated downstream of the flow path 22 can be reliably sent to the upstream side in a short time. In the present embodiment, since the flow path 22 is meandering, the distance between the upstream and downstream of the flow path 22 can be shortened, and the moisture movement from the downstream to the upstream can be performed in a shorter time. is there.

また、不定形断面形状を有する繊維36は、通常の断面形状(円形、角形など)の繊維に比べて凹部38により表面積が拡大されているため、速乾性がより高くなる。従って、流路22の上流側において、カソードガス中への水分供給をより促進することができる。この結果、流路22の上流側においてカソードガスを十分に加湿することができ、上流側において酸素のイオン化が促進されるため、燃料電池10の効率を高めることができる。   Further, the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape has a higher surface area due to the concave portion 38 than a fiber having a normal cross-sectional shape (circular, square, etc.), so that quick drying is further enhanced. Therefore, water supply into the cathode gas can be further promoted on the upstream side of the flow path 22. As a result, the cathode gas can be sufficiently humidified on the upstream side of the flow path 22, and the ionization of oxygen is promoted on the upstream side, so that the efficiency of the fuel cell 10 can be increased.

なお、上述した例では、流路22の内壁の全面に水分移動促進膜34を設けたが、一部の面のみに水分移動促進膜34を設けても構わない。   In the above-described example, the moisture movement promoting film 34 is provided on the entire inner wall of the flow path 22, but the moisture movement promoting film 34 may be provided only on a part of the surface.

以上説明したように実施の形態1によれば、燃料電池10の単位セルのカソード側において、カソードガスの流路22内に水分移動促進膜34を設けたため、電解質膜12での反応により生成された水分を流路22の下流側から上流側へ移動させることが可能となる。これにより、流路22の下流において拡散層16の表面が水分で覆われてしまうことがなく、電解質膜12への酸素供給が阻害されてしまうことを抑止することができる。従って、流路22の下流側において酸素を確実に電解質膜12へ供給することが可能となり、燃料電池10の効率を高めることが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, since the moisture movement promotion film 34 is provided in the cathode gas flow path 22 on the cathode side of the unit cell of the fuel cell 10, it is generated by the reaction in the electrolyte membrane 12. It is possible to move the moisture from the downstream side of the flow path 22 to the upstream side. Thereby, the surface of the diffusion layer 16 is not covered with moisture downstream of the flow path 22, and it is possible to prevent the supply of oxygen to the electrolyte membrane 12 from being hindered. Accordingly, oxygen can be reliably supplied to the electrolyte membrane 12 on the downstream side of the flow path 22, and the efficiency of the fuel cell 10 can be increased.

また、水分移動促進膜34は速乾性が高いため、流路22の上流側に移動させた水分を短時間で乾燥させて、カソードガス中に供給することができる。従って、流路22の上流側においてカソードガスを確実に加湿することが可能となり、上流側においてカソードガス中の酸素のイオン化を促進することができる。これにより、燃料電池10の効率を高めることが可能となる。また、上流側での加湿を促進することでカソードガスを加湿するための加湿器を縮小化できるため、燃料電池システムの小型化を図ることも可能である。   In addition, since the moisture movement promoting film 34 has high quick-drying properties, the moisture moved to the upstream side of the flow path 22 can be dried in a short time and supplied to the cathode gas. Therefore, the cathode gas can be reliably humidified on the upstream side of the flow path 22, and ionization of oxygen in the cathode gas can be promoted on the upstream side. Thereby, the efficiency of the fuel cell 10 can be increased. Further, since the humidifier for humidifying the cathode gas can be reduced by promoting the humidification on the upstream side, it is possible to reduce the size of the fuel cell system.

実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態1では水分移動促進膜34を流路22の内壁に設けたが、実施の形態2は単位セル内の他の部分に水分移動促進膜34を設けたものである。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the moisture movement promoting film 34 is provided on the inner wall of the flow path 22, but in the second embodiment, the moisture movement promoting film 34 is provided in another part of the unit cell.

図6は、拡散層16と触媒層14の間に水分移動促進膜34を設けた例を示す模式図であって、図2と同様に単位セルの積層方向に沿った断面を示す模式図である。実施の形態1で説明したように、水分移動促進膜34は毛管吸引力により水分を吸水し、移動させるとともに、速乾性にも優れたものである。単位セル内において、カソードで生成された水分は電界質膜12とセパレータ19間で単位セルの積層方向に移動することができるため、流路22の下流の水分は、拡散層16と触媒層14の間に配置された水分移動促進膜34の毛管吸引力により流路22の上流側へ送られる。従って、拡散層16と触媒層14の間に水分移動促進膜34を設けた場合であっても、流路22の下流側の水分を上流側へ移動することが可能である。   FIG. 6 is a schematic view showing an example in which a moisture movement promoting film 34 is provided between the diffusion layer 16 and the catalyst layer 14, and is a schematic view showing a cross section along the stacking direction of the unit cells as in FIG. 2. is there. As described in the first embodiment, the moisture movement promoting film 34 absorbs moisture by the capillary suction force and moves it, and also has excellent quick drying properties. In the unit cell, the moisture generated at the cathode can move in the stacking direction of the unit cell between the electrolyte membrane 12 and the separator 19, so that the moisture downstream of the flow path 22 flows into the diffusion layer 16 and the catalyst layer 14. It is sent to the upstream side of the flow path 22 by the capillary suction force of the moisture movement promoting film 34 disposed between them. Therefore, even when the moisture movement promoting film 34 is provided between the diffusion layer 16 and the catalyst layer 14, it is possible to move the moisture on the downstream side of the flow path 22 to the upstream side.

拡散層16と触媒層14の間に水分移動促進膜34を挿入した場合、これらの領域には電子が通過するため、好適には、水分移動促進膜34を構成する繊維をカーボン繊維などの導電性材料から構成することが望ましい。また、導電性を確保するため、極細の金属線、もしくは金属または炭素によってコーティングされた繊維を用いて水分移動促進膜34を構成してもよい。更に、水分移動促進膜34の毛管吸引力(吸水性)、速乾性を高めるためには、実施の形態1で説明した不定形断面形状を有する繊維36を用いて水分移動促進膜34を構成することが好適である。なお、カーボン繊維から不定形断面形状を有する繊維36を製造する方法については、実施の形態4で説明する。   When the moisture movement promoting film 34 is inserted between the diffusion layer 16 and the catalyst layer 14, electrons pass through these regions. Therefore, preferably, the fibers constituting the moisture movement promoting film 34 are made of conductive such as carbon fibers. It is desirable that the material is made of a functional material. In addition, in order to ensure conductivity, the moisture movement promoting film 34 may be configured using a fine metal wire, or a fiber coated with metal or carbon. Further, in order to enhance the capillary suction force (water absorption) and quick drying property of the moisture movement promoting film 34, the moisture movement promoting film 34 is configured using the fibers 36 having the irregular cross-sectional shape described in the first embodiment. Is preferred. A method for manufacturing the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape from the carbon fiber will be described in the fourth embodiment.

一方、水分移動促進膜34を導電性の低い繊維素材で構成した場合は、図7に示すように、隣接する繊維素材間の距離を大きくして水分移動促進膜34をメッシュ状に構成することが望ましい。これにより、水分移動促進膜34を挿入したことによる導電率の低下、酸素、水素の移動の阻害要因を最小限に抑えることができる。   On the other hand, when the moisture movement promoting film 34 is composed of a fiber material having low conductivity, as shown in FIG. 7, the distance between adjacent fiber materials is increased to configure the moisture movement promoting film 34 in a mesh shape. Is desirable. As a result, it is possible to minimize the decrease in conductivity due to the insertion of the moisture movement promoting film 34 and the obstruction factors for the movement of oxygen and hydrogen.

水分移動促進膜34を拡散層16と触媒層14の間の領域以外に挿入した場合も同様の効果を得ることができる。例えば、触媒層14と電解質膜12の間に水分移動促進膜34を挿入した場合も、流路22の下流側の水分を上流側へ移動することが可能である。更に、セパレータ19、拡散層16、触媒層14、電解質膜12の内部に水分移動促進膜34を挿入しても同様の効果を得ることができる。   The same effect can be obtained when the moisture movement promoting film 34 is inserted in a region other than the region between the diffusion layer 16 and the catalyst layer 14. For example, even when the moisture movement promoting film 34 is inserted between the catalyst layer 14 and the electrolyte membrane 12, the moisture on the downstream side of the flow path 22 can be moved to the upstream side. Further, the same effect can be obtained even if the moisture movement promoting film 34 is inserted into the separator 19, the diffusion layer 16, the catalyst layer 14, and the electrolyte membrane 12.

実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3について説明する。実施の形態1,2では、水分移動促進膜34を単位セルの所定部位に挿入したが、実施の形態3では、単位セルを構成する各層を実施の形態1で説明した不定形断面形状の繊維36から構成したものである。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first and second embodiments, the moisture migration promoting film 34 is inserted into a predetermined part of the unit cell. However, in the third embodiment, each layer constituting the unit cell is a fiber having an irregular cross-sectional shape described in the first embodiment. 36.

実施の形態1で説明したように、拡散層16は、通常クロスまたはペーパーとして形成される。これらの通常の拡散層16は、カーボン繊維、カーボンペーストを含んでいる。実施の形態3では、拡散層16に用いられるカーボン繊維を不定形断面形状の繊維36とし、カーボンペーストと混ぜることで拡散層16を形成している。   As described in the first embodiment, the diffusion layer 16 is usually formed as cloth or paper. These normal diffusion layers 16 contain carbon fibers and carbon paste. In the third embodiment, the carbon fiber used for the diffusion layer 16 is formed into a fiber 36 having an irregular cross-sectional shape, and the diffusion layer 16 is formed by mixing with the carbon paste.

実施の形態1で説明したように、不定形断面形状の繊維36は吸水性、速乾性に非常に優れている。従って、拡散層16を不定形断面形状の繊維36で構成することで、拡散層16の毛管吸引力により隣接する流路22の下流側から上流側へ水分を移動することができ、上流側においてカソードガスを加湿することができる。   As described in the first embodiment, the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape is very excellent in water absorption and quick drying. Therefore, by constituting the diffusion layer 16 with the fibers 36 having an irregular cross-sectional shape, moisture can be moved from the downstream side to the upstream side of the adjacent flow path 22 by the capillary suction force of the diffusion layer 16. The cathode gas can be humidified.

拡散層16には、繊維36の他に導電性のあるカーボンペーストが含まれるため、不定形断面形状を有する繊維36は導電性を有していなくても良いが、好適には導電性のあるカーボン繊維等を用いることが望ましい。カーボン繊維から不定形断面形状を有する繊維36を製造する方法については、実施の形態4で説明する。   Since the diffusion layer 16 includes a conductive carbon paste in addition to the fibers 36, the fibers 36 having an irregular cross-sectional shape may not have conductivity, but preferably have conductivity. It is desirable to use carbon fiber or the like. A method for manufacturing the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape from the carbon fiber will be described in a fourth embodiment.

また、繊維36を導電性の低い材料で構成した場合は、拡散層16内の流路22の近傍のみを繊維36で構成し、他の領域を通常のカーボン繊維で構成しても良い。これにより、拡散層16の導電率の低下を最小限に抑えることができる。   Further, when the fiber 36 is made of a material having low conductivity, only the vicinity of the flow path 22 in the diffusion layer 16 may be made of the fiber 36 and the other region may be made of normal carbon fiber. Thereby, the fall of the electrical conductivity of the diffusion layer 16 can be suppressed to the minimum.

触媒層14または電解質膜12には、通常、繊維素材は含まれていないが、触媒層14または電解質膜12に繊維素材を含ませることで、繊維素材の吸水性、速乾性により、触媒層14または電解質膜12の内部で水分を移動させることができ、流路22の下流の水分を上流側に移動するとともに、流路22の上流においてカソードガスを加湿することが可能となる。触媒層14に繊維素材を含ませる場合は、触媒層14を構成するカーボンペーストと繊維素材を混合することで繊維素材を含ませることができる。この場合も、繊維素材として不定形断面形状の繊維36を用いることが好適であり、更に好適には、不定形断面形状を有するカーボン繊維36を用いることが好適である。   The catalyst layer 14 or the electrolyte membrane 12 usually does not contain a fiber material. However, the catalyst layer 14 or the electrolyte membrane 12 contains a fiber material, so that the catalyst layer 14 can absorb water and quickly dry due to the water absorption and quick drying properties of the fiber material. Alternatively, moisture can be moved inside the electrolyte membrane 12, moisture downstream of the flow path 22 can be moved upstream, and the cathode gas can be humidified upstream of the flow path 22. When the fiber material is included in the catalyst layer 14, the fiber material can be included by mixing the carbon paste and the fiber material constituting the catalyst layer 14. Also in this case, it is preferable to use a fiber 36 having an irregular cross-sectional shape as a fiber material, and it is more preferable to use a carbon fiber 36 having an irregular cross-sectional shape.

図8は、セパレータ19の一部を繊維素材から構成した例を示す模式図である。図8に示すセパレータ19は、繊維素材から形成した板19bを2枚のカーボン板19a、19cで挟むことで形成されている。セパレータ19は金属から構成することもできるため、2枚の金属板の間に繊維素材から形成した板19bを挿入してセパレータ19を構成しても良い。   FIG. 8 is a schematic diagram showing an example in which a part of the separator 19 is made of a fiber material. The separator 19 shown in FIG. 8 is formed by sandwiching a plate 19b formed of a fiber material between two carbon plates 19a and 19c. Since the separator 19 can also be comprised from a metal, you may comprise the separator 19 by inserting the board 19b formed from the fiber raw material between two metal plates.

図8に示すように、繊維素材から形成された板19bは、流路22の内壁の一部を構成している。従って、繊維素材の毛管吸引力によって流路22の下流側から上流側へ水分を移動させることができ、流路22の上流においてカソードガスを加湿することが可能である。   As shown in FIG. 8, the plate 19 b formed from the fiber material constitutes a part of the inner wall of the flow path 22. Accordingly, moisture can be moved from the downstream side of the flow path 22 to the upstream side by the capillary suction force of the fiber material, and the cathode gas can be humidified upstream of the flow path 22.

そして、板19bを構成する繊維素材として、不定形断面形状の繊維36を用いることで、吸水性、速乾性をより高めることができる。従って、繊維素材として不定形断面形状の繊維36を用いることが好適である。   And the water absorption and quick-drying property can be improved more by using the fiber 36 of irregular cross-sectional shape as a fiber raw material which comprises the board 19b. Therefore, it is preferable to use the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape as the fiber material.

なお、図8において、板19bは流路22の近傍のみに配置しているため、電子はセパレータ19a、19c内を自由に移動できる。従って、板19bを構成する繊維素材は導電性を有していなくても良いが、好適には導電性のあるカーボン繊維等を用いることが望ましい。カーボン繊維から不定形断面形状を有する繊維36を製造する方法については、実施の形態4で説明する。   In FIG. 8, since the plate 19b is disposed only in the vicinity of the flow path 22, electrons can freely move in the separators 19a and 19c. Therefore, although the fiber material which comprises the board 19b does not need to have electroconductivity, it is desirable to use the carbon fiber etc. with electroconductivity suitably. A method for manufacturing the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape from the carbon fiber will be described in a fourth embodiment.

実施の形態4.
次に、本発明の実施の形態4について説明する。実施の形態4は、実施の形態1で説明した不定形断面形状を有する繊維36をカーボンから製造する方法に関する。不定形断面形状の繊維36をカーボンから形成する方法としては、ピッチ系から製造する方法と繊維系から製造する方法がある。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment relates to a method for manufacturing the fiber 36 having the irregular cross-sectional shape described in the first embodiment from carbon. As a method of forming the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape from carbon, there are a method of manufacturing from a pitch system and a method of manufacturing from a fiber system.

図9は、不定形断面形状を有するカーボン繊維36を製造するための装置40を示す模式図である。図9に示すように、装置40は、シリンダ42、加圧ピストン44、押し出し孔46を有して構成されている。押し出し孔46の形状は、例えば図4に示した断面形状と同一とされている。シリンダ42の内部には加圧ピストン44が挿入されている。   FIG. 9 is a schematic view showing an apparatus 40 for producing the carbon fiber 36 having an irregular cross-sectional shape. As shown in FIG. 9, the device 40 includes a cylinder 42, a pressure piston 44, and an extrusion hole 46. The shape of the extrusion hole 46 is, for example, the same as the cross-sectional shape shown in FIG. A pressure piston 44 is inserted into the cylinder 42.

ピッチ系による製造方法を用いて不定形断面形状を有するカーボン繊維36を製造する場合、シリンダ42内部に溶融した石炭ピッチまたは石油ピッチが充填される。図9に示す状態において、加圧ピストン44を押し下げると、石炭ピッチまたは石油ピッチが押し出し孔46の形状に倣って外に押し出される。そして、押し出した石炭ピッチまたは石油ピッチを酸化雰囲気下で加熱し、不融化処理を行い、更に不活性気相雰囲気下で加熱することにより、不定形断面形状を有するカーボン繊維36を製造することができる。   When the carbon fiber 36 having an irregular cross-sectional shape is manufactured using a manufacturing method using a pitch system, the coal 42 or the petroleum pitch that is melted is filled into the cylinder 42. In the state shown in FIG. 9, when the pressure piston 44 is pushed down, the coal pitch or the petroleum pitch is pushed out following the shape of the push-out hole 46. Then, the extruded carbon pitch or petroleum pitch is heated in an oxidizing atmosphere, subjected to an infusibilization treatment, and further heated in an inert gas phase atmosphere to produce a carbon fiber 36 having an irregular cross-sectional shape. it can.

繊維系による製造方法を用いて不定形断面形状を有するカーボン繊維36を製造する場合は、シリンダ42内にレーヨン、ポリアクリルニトリル等の高分子材料からなる繊維材料を充填する。そして、加圧ピストン44を押し下げることにより、不定形断面形状を有するレーヨン、ポリアクリルニトリル等の繊維36を製造する。その後、レーヨン、ポリアクリルニトリル等の繊維36を酸化雰囲気下で加熱し、不融化処理を行う。更に不活性気相雰囲気下で加熱し、炭素化処理を行うことで、繊維36中の酸素、水素を離脱させる。これにより、不定形断面形状のカーボン繊維36を製造することができる。   When the carbon fiber 36 having an irregular cross-sectional shape is manufactured using a manufacturing method using a fiber system, the cylinder 42 is filled with a fiber material made of a polymer material such as rayon or polyacrylonitrile. Then, a fiber 36 such as rayon or polyacrylonitrile having an irregular cross-sectional shape is manufactured by pushing down the pressure piston 44. Thereafter, the fiber 36 such as rayon or polyacrylonitrile is heated in an oxidizing atmosphere to perform infusibilization. Further, heating in an inert gas phase atmosphere and carbonization treatment are performed to release oxygen and hydrogen in the fiber 36. Thereby, the carbon fiber 36 of an irregular cross-sectional shape can be manufactured.

以上説明したように実施の形態4によれば、不定形断面形状を有する繊維36をカーボンから製造することができる。従って、実施の形態1,2において水分移動促進膜34をカーボン繊維36から製造することが可能となる。また、実施の形態3において、不定形断面形状を有するカーボン繊維36を用いて電解質膜12、触媒層14、拡散層16またはセパレータ19を製造することが可能となる。   As described above, according to the fourth embodiment, the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape can be manufactured from carbon. Therefore, in the first and second embodiments, the moisture movement promoting film 34 can be manufactured from the carbon fiber 36. In the third embodiment, the electrolyte membrane 12, the catalyst layer 14, the diffusion layer 16 or the separator 19 can be manufactured using the carbon fiber 36 having an irregular cross-sectional shape.

実施の形態5.
次に、本発明の実施の形態5について説明する。実施の形態5は、不定形断面形状の繊維36を用いてクロス(燃料電池用薄膜)を形成する場合に、水分の移動方向が一定方向となるようしたものである。
Embodiment 5 FIG.
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the fifth embodiment, when a cross (a thin film for a fuel cell) is formed using fibers 36 having an irregular cross-sectional shape, the moisture moving direction is a constant direction.

図10は、実施の形態1で説明した不定形断面形状の繊維36を用いてクロスを形成する場合に、縦糸を不定形断面形状の繊維36とし、横糸を通常の断面形状の繊維とした状態を示している。   FIG. 10 shows a state where the warp yarn is an irregular cross-sectional shape fiber 36 and the weft yarn is a normal cross-sectional shape fiber when a cross is formed using the irregular cross-sectional shape fiber 36 described in the first embodiment. Is shown.

このように、クロスを構成する縦糸と横糸のうち、一方のみを不定形断面形状の繊維36とすることで、繊維36の方向に水分を移動させることができる。従って、本実施形態によれば、水分の移動方向を特定の方向に規定することができる。   In this way, moisture can be moved in the direction of the fiber 36 by using only one of the warp and weft constituting the cloth as the fiber 36 having an irregular cross-sectional shape. Therefore, according to this embodiment, the moving direction of moisture can be defined in a specific direction.

そして、このようなクロスを用いて実施の形態1,2における水分移動促進膜34を構成し、また、セパレータ19、拡散層16、触媒層14、電解質膜12の内部にこのようなクロスを挿入することで、不定形断面形状の繊維36(縦糸)の方向に水分を移動させることが可能となる。従って、流路22の方向と繊維36の方向を一致させることで、流路22の下流から上流に向けて水分を確実に移動させることが可能である。なお、導電性を良好にするため、縦糸の繊維36、横糸はカーボン繊維とすることが好適である。また、繊維素材をカーボン繊維としてクロスを製造する場合、繊維素材の方向を整えてクロスを製造した後、炭素化処理を施すことで、繊維素材をカーボン繊維としても良い。   Then, the moisture movement promotion film 34 in the first and second embodiments is configured using such a cloth, and such a cloth is inserted into the separator 19, the diffusion layer 16, the catalyst layer 14, and the electrolyte film 12. By doing so, it becomes possible to move moisture in the direction of the fiber 36 (warp yarn) having an irregular cross-sectional shape. Therefore, by making the direction of the flow path 22 coincide with the direction of the fibers 36, it is possible to reliably move moisture from the downstream side of the flow path 22 to the upstream side. In order to improve conductivity, it is preferable that the warp fibers 36 and the wefts be carbon fibers. Further, when a cloth is manufactured using a fiber material as a carbon fiber, the fiber material may be converted into a carbon fiber by performing a carbonization treatment after preparing the cloth by aligning the direction of the fiber material.

実施の形態6.
次に、本発明の実施の形態6について説明する。実施の形態6は、繊維素材でペーパー(燃料電池用薄膜)を形成する場合に、繊維素材の長手方向を一定の方向に揃えたものである。
Embodiment 6 FIG.
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the sixth embodiment, when a paper (a thin film for a fuel cell) is formed from a fiber material, the longitudinal direction of the fiber material is aligned in a certain direction.

通常の方法で繊維素材を用いてペーパーを製造すると、図11(a)に示すように繊維素材の方向はランダムに配置される。本実施形態では、図11(b)に示すように、繊維素材の方向を揃えてペーパーを形成する。これにより、繊維素材の長手方向に確実に水分を移動することが可能となる。   When a paper is manufactured using a fiber material by a normal method, the directions of the fiber material are randomly arranged as shown in FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 11B, the paper is formed by aligning the directions of the fiber materials. Thereby, it becomes possible to move moisture reliably in the longitudinal direction of the fiber material.

繊維素材の方向が揃ったペーパーでは、繊維素材の長手方向に導水経路が形成されるため、繊維素材の断面形状が通常の形状であっても繊維素材の方向に沿って水分を移動させることができる。水分をより確実に移動させるためには、繊維素材として毛管吸引力の高い不定形断面形状の繊維36を用いることが望ましい。   In paper with aligned fiber materials, a water guide path is formed in the longitudinal direction of the fiber material, so even if the cross-sectional shape of the fiber material is a normal shape, moisture can be moved along the direction of the fiber material. it can. In order to move moisture more reliably, it is desirable to use a fiber 36 having an irregular cross-sectional shape with a high capillary suction as a fiber material.

そして、このようなペーパーを用いて、実施の形態1,2における水分移動促進膜34を構成し、また、セパレータ19、拡散層16、触媒層14、電解質膜12の内部にこのようなペーパーを挿入することで、ペーパー内の繊維素材の方向に沿って水分を移動させることが可能となる。従って、流路22の方向と繊維素材の方向を一致させることで、流路22の下流から上流に向けて水分を確実に移動させることが可能である。なお、導電性を良好にするため、繊維素材はカーボン繊維とすることが好適である。   Then, using such paper, the moisture movement promoting film 34 in the first and second embodiments is configured, and such paper is placed inside the separator 19, the diffusion layer 16, the catalyst layer 14, and the electrolyte film 12. By inserting, it becomes possible to move moisture along the direction of the fiber material in the paper. Therefore, by making the direction of the flow path 22 coincide with the direction of the fiber material, it is possible to reliably move moisture from the downstream side of the flow path 22 toward the upstream side. In order to improve the conductivity, the fiber material is preferably carbon fiber.

図12は、図11(b)に示すペーパーを製造する方法を示す模式図である。図12に示すように、ペーパーを製造するためのすき板50には溝50aが形成されている。そして、溝50aの方向に繊維素材を並べ、繊維素材を膠着させることで、繊維素材が一定方向に並べられたペーパーを製造することができる。また、すき板50上に繊維方向の整った布を設けることで、繊維素材を一定方向に並べるようにしても良い。   FIG. 12 is a schematic view showing a method for producing the paper shown in FIG. As shown in FIG. 12, a groove 50a is formed in a slat plate 50 for manufacturing paper. Then, by arranging the fiber material in the direction of the groove 50a and sticking the fiber material, a paper in which the fiber material is arranged in a certain direction can be manufactured. Moreover, the fiber material may be arranged in a certain direction by providing a cloth in which the fiber direction is arranged on the plow plate 50.

図13は、図11(b)に示すペーパーを製造する他の方法を示す模式図である。図13では、すき板50に超音波または機械的な振動子52を接続している。図13の構成によれば、すき板50上に繊維素材を載せ、振動子52ですき板50を振動させることで、繊維素材の方向を揃えることが可能である。繊維素材の方向を揃えた後、繊維素材を膠着させてペーパーを製造する。   FIG. 13 is a schematic view showing another method for producing the paper shown in FIG. In FIG. 13, an ultrasonic or mechanical vibrator 52 is connected to the gap plate 50. According to the configuration of FIG. 13, it is possible to align the direction of the fiber material by placing the fiber material on the slat plate 50 and vibrating the slat plate 50 with the vibrator 52. After aligning the direction of the fiber material, paper is produced by gluing the fiber material.

また、繊維素材をカーボン繊維としてペーパーを製造する場合、繊維素材の方向を整えてペーパーを製造した後、炭素化処理を施すことで、繊維素材をカーボン繊維としても良い。   Moreover, when manufacturing paper using a fiber material as a carbon fiber, after preparing a paper by arranging the direction of a fiber material, it is good also considering a fiber material as a carbon fiber by giving a carbonization process.

実施の形態7.
次に、本発明の実施の形態7について説明する。図14は、実施の形態7に係る燃料電池10の構成を示す分解斜視図である。図14は、燃料電池10を構成する複数の単位セルの1つを示しており、燃料電池10は図14の矢印方向に単位セルを積層して構成される。
Embodiment 7 FIG.
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is an exploded perspective view showing the configuration of the fuel cell 10 according to the seventh embodiment. FIG. 14 shows one of a plurality of unit cells constituting the fuel cell 10, and the fuel cell 10 is configured by stacking unit cells in the direction of the arrow in FIG.

図15は、積層方向に沿った単位セルの断面を示す模式図である。単位セルは、電解質膜12、電解質膜12の両側にそれぞれ配置される触媒層14、拡散層16、およびセパレータ18,19から構成される。図14及び図15において、セパレータ18はアノード側に配置され、セパレータ19はカソード側に配置されている。電解質膜12、触媒層14、拡散層16の構成は、実施の形態1と同様である。   FIG. 15 is a schematic diagram showing a cross section of a unit cell along the stacking direction. The unit cell includes an electrolyte membrane 12, a catalyst layer 14, a diffusion layer 16, and separators 18 and 19 disposed on both sides of the electrolyte membrane 12. 14 and 15, the separator 18 is disposed on the anode side, and the separator 19 is disposed on the cathode side. The configurations of the electrolyte membrane 12, the catalyst layer 14, and the diffusion layer 16 are the same as those in the first embodiment.

図15に示すように、実施の形態7の燃料電池10では、流路22の背面側、すなわち、流路22に対して電界質膜12と反対側にカソードガスの流路60を設けている。図14に示すように、流路60は、燃料電池10の一端に構成されたチャンバー部66において流路22と接続されている。流路60を流れるカソードガスは、チャンバー部66に集められ、チャンバー部66から流路22のそれぞれに送られる。   As shown in FIG. 15, in the fuel cell 10 of the seventh embodiment, a cathode gas flow path 60 is provided on the back side of the flow path 22, that is, on the opposite side of the flow path 22 from the electrolyte membrane 12. . As shown in FIG. 14, the flow path 60 is connected to the flow path 22 in a chamber portion 66 formed at one end of the fuel cell 10. The cathode gas flowing through the flow path 60 is collected in the chamber section 66 and sent from the chamber section 66 to each of the flow paths 22.

単位セルの積層方向において、流路22と流路60の間には多孔体62が設けられている。多孔体62はセパレータ19の一部を構成しており、流路22は多孔体62の一部である。多孔体62はポーラス状の素材から構成され、水分が透過可能な多数の微細孔を備えている。   A porous body 62 is provided between the flow path 22 and the flow path 60 in the stacking direction of the unit cells. The porous body 62 constitutes a part of the separator 19, and the flow path 22 is a part of the porous body 62. The porous body 62 is made of a porous material and includes a large number of fine holes through which moisture can permeate.

実施の形態1で説明したように、燃料電池10での反応に伴ってカソードで水分が生成され、水分は流路22内に滞留する。実施の形態7の燃料電池10は、加圧したカソードガスを流路60に流すことで、毛管吸引力により、流路22内の水分を多孔体62の微細孔に透過させて流路60に送る。多孔体62を透過してきた水分は、流路60を流れるカソードガスの熱によって気化される。この際、カソードガスから気化熱が奪われ、セパレータ19が冷却されるとともに、カソードガスが加熱される。これにより、反応流路である流路22にカソードガスが送られる前に、カソードガスを確実に加湿することができ、同時にセパレータ19の冷却効率を高めることができる。従って、電解質膜12へのイオンの供給効率を高めることができ、反応効率を高めることが可能となる。   As described in the first embodiment, moisture is generated at the cathode along with the reaction in the fuel cell 10, and the moisture stays in the flow path 22. The fuel cell 10 according to the seventh embodiment causes the moisture in the flow path 22 to permeate through the micropores of the porous body 62 by the capillary suction force by flowing the pressurized cathode gas through the flow path 60. send. The moisture that has permeated through the porous body 62 is vaporized by the heat of the cathode gas flowing through the flow path 60. At this time, heat of vaporization is taken from the cathode gas, the separator 19 is cooled, and the cathode gas is heated. As a result, the cathode gas can be reliably humidified before being sent to the flow path 22 that is the reaction flow path, and at the same time, the cooling efficiency of the separator 19 can be increased. Therefore, the efficiency of supplying ions to the electrolyte membrane 12 can be increased, and the reaction efficiency can be increased.

図15に示すように、流路22内には、その内壁面を覆うように水分拡散膜64が配置されている。水分拡散膜64は毛管吸引力を向上させた繊維(速乾繊維)から構成されるものであり、例えば実施の形態1で説明した繊維36から構成されている。   As shown in FIG. 15, a moisture diffusion film 64 is arranged in the flow path 22 so as to cover the inner wall surface. The moisture diffusing film 64 is composed of fibers (fast-drying fibers) with improved capillary suction force, and is composed of the fibers 36 described in the first embodiment, for example.

反応によって生成された水分は、電解質膜12から触媒層14、拡散層16へ移動し、流路22内の水分拡散膜64上に拡がり、流路22の内壁面に分散する。そして、流路22の内壁面に分散した水分は、多孔体62の微細孔を透過し、流路60へ送られる。従って、流路22の内壁面に水分拡散膜64を配置することで、多孔体62と水分の接触面積を拡大することができ、より広い範囲から吸収した水分を流路60に送ることができる。これにより、流路60を流れるカソードガスを確実に加湿することができる。   Moisture generated by the reaction moves from the electrolyte membrane 12 to the catalyst layer 14 and the diffusion layer 16, spreads on the moisture diffusion film 64 in the flow path 22, and is dispersed on the inner wall surface of the flow path 22. The water dispersed on the inner wall surface of the flow path 22 passes through the micropores of the porous body 62 and is sent to the flow path 60. Therefore, by disposing the moisture diffusion film 64 on the inner wall surface of the flow path 22, the contact area between the porous body 62 and the water can be expanded, and the water absorbed from a wider range can be sent to the flow path 60. . Thereby, the cathode gas flowing through the flow path 60 can be reliably humidified.

水分拡散膜64の表面積をより拡大するためには、水分拡散膜64の表面に凹凸を形成することが好適である。これにより、更に広い範囲から吸収した水分を流路60に送ることができ、流路60を流れるカソードガスを確実に加湿することができる。   In order to further increase the surface area of the moisture diffusion film 64, it is preferable to form irregularities on the surface of the moisture diffusion film 64. Thereby, moisture absorbed from a wider range can be sent to the flow path 60, and the cathode gas flowing through the flow path 60 can be reliably humidified.

また、水分拡散膜64は流路22の上流から下流の全域に配置されているため、流路22の上流から下流の全域にかけての全域において、水分の移動を速やかに行うことができ、水分が特定の箇所に集中してしまうことを抑止できる。   In addition, since the moisture diffusing film 64 is disposed in the entire region from the upstream to the downstream of the flow path 22, the moisture can be quickly moved in the entire area from the upstream to the downstream of the flow path 22. Concentration on a specific part can be suppressed.

特に、水分拡散膜64を構成する繊維の延在する方向を流路22の方向と一致させることで、流路22の方向に沿って水分を移動させることができる。この場合、水分拡散膜64を構成する繊維の断面形状がいかなる形状であっても、繊維の延在する方向に沿って水分を流すことができるため、水分拡散膜64を構成する繊維として不定形断面形状の繊維を用いずに、通常の断面形状の繊維を用いてもよい。これにより、流路22の上流から下流にかけての全域に水分を均一に分布させることができる。   In particular, moisture can be moved along the direction of the flow path 22 by making the direction in which the fibers constituting the moisture diffusion film 64 extend coincide with the direction of the flow path 22. In this case, since the moisture can flow along the direction in which the fibers extend regardless of the cross-sectional shape of the fibers constituting the moisture diffusion film 64, the fibers constituting the moisture diffusion film 64 are indefinite. Instead of using a fiber having a cross-sectional shape, a fiber having a normal cross-sectional shape may be used. Thereby, moisture can be uniformly distributed over the entire region from the upstream side to the downstream side of the flow path 22.

実施の形態1で説明したように、燃料電池10の反応で生成された水分は、流路22の下流側に溜まり易い。流路60は燃料電池10の端部のチャンバー部66で折り返されて流路22に接続されているため、流路22の下流に溜まった水分が多孔体62を透過して流路60に到達すると、その水分は流路60の上流に到達することになる。流路60を流れるカソードガスは、流路60の下流側への移動に伴って、燃料電池10の熱によって次第に加熱されていくため、流路60の上流に水分が供給されると、下流側に比べて低温状態のカソードガスに水分が供給されることになる。この場合、流路60の上流に供給された水分は十分に蒸発しないため、カソードガスへの加湿が不十分になる場合がある。   As described in the first embodiment, the moisture generated by the reaction of the fuel cell 10 tends to accumulate on the downstream side of the flow path 22. Since the flow path 60 is folded back at the chamber portion 66 at the end of the fuel cell 10 and connected to the flow path 22, moisture accumulated downstream of the flow path 22 passes through the porous body 62 and reaches the flow path 60. Then, the moisture reaches the upstream of the flow path 60. The cathode gas flowing in the flow path 60 is gradually heated by the heat of the fuel cell 10 as it moves to the downstream side of the flow path 60, so that when moisture is supplied upstream of the flow path 60, the downstream side Compared to the above, moisture is supplied to the cathode gas in a low temperature state. In this case, the moisture supplied to the upstream of the flow path 60 does not evaporate sufficiently, so that the humidification of the cathode gas may be insufficient.

実施の形態7では、流路22の上流から下流の全域に水分拡散膜64を配置しているため、反応によって生成された水分を流路22内に均一に分布させることができる。従って、カソードガスの温度が高い流路60の上流側にも十分な量の水分を供給することができ、カソードガスの加湿を確実に行うことが可能である。   In the seventh embodiment, since the moisture diffusion film 64 is disposed in the entire region from the upstream to the downstream of the flow path 22, the water generated by the reaction can be uniformly distributed in the flow path 22. Therefore, it is possible to supply a sufficient amount of moisture to the upstream side of the flow path 60 where the temperature of the cathode gas is high, and it is possible to reliably humidify the cathode gas.

なお、上述の態様では、流路22の内壁面に水分拡散膜64を配置しているが、膜を構成しない繊維自体、例えば実施の形態1で説明した繊維36そのものを流路22の内壁面に配置しても良い。   In the above-described aspect, the moisture diffusion film 64 is disposed on the inner wall surface of the flow path 22, but the fiber itself that does not constitute the film, for example, the fiber 36 itself described in the first embodiment is used as the inner wall surface of the flow path 22. You may arrange in.

また、実施の形態2と同様の方法で、水分拡散膜64(又はこれを構成する繊維)を触媒層14と拡散層16の間、又は電解質膜12と触媒層14の間に挿入しても良いし、セパレータ19、拡散層16、触媒層14、電解質膜12の内部に水分拡散膜64(又はこれを構成する繊維)を挿入しても良い。更に、実施の形態3と同様の方法で、電解質膜12、触媒層14、拡散層16、セパレータ19を、水分拡散膜64(又はこれを構成する繊維)によって構成しても良い。これらの構成によっても、流路22内の上流から下流にかけての全域に水分を分散させることができ、上記と同様の効果を得ることができる。   Moreover, even if the moisture diffusion membrane 64 (or the fiber constituting the same) is inserted between the catalyst layer 14 and the diffusion layer 16 or between the electrolyte membrane 12 and the catalyst layer 14 by the same method as in the second embodiment. Alternatively, a moisture diffusion film 64 (or a fiber constituting the same) may be inserted into the separator 19, the diffusion layer 16, the catalyst layer 14, and the electrolyte membrane 12. Further, the electrolyte membrane 12, the catalyst layer 14, the diffusion layer 16, and the separator 19 may be constituted by the moisture diffusion membrane 64 (or a fiber constituting the same) in the same manner as in the third embodiment. Also with these configurations, moisture can be dispersed throughout the entire area of the flow path 22 from the upstream side to the downstream side, and the same effect as described above can be obtained.

以上説明したように実施の形態7によれば、カソードガスの流路22と対向するように流路60を設け、流路22と流路60の間に多孔体62を設けた燃料電池10において、流路22の内壁面に毛管吸引力を向上させた繊維からなる水分拡散膜64を配置したため、流路22の全域に均等に水分を分散させることができる。従って、多孔体62を透過した水分を流路60の上流から下流の全域に均等に供給することが可能となる。これにより、カソードガスを確実に加湿することができ、電解質膜12における反応効率を向上させることが可能となる。   As described above, according to the seventh embodiment, in the fuel cell 10 in which the flow path 60 is provided so as to face the cathode gas flow path 22 and the porous body 62 is provided between the flow path 22 and the flow path 60. Since the moisture diffusion film 64 made of fibers with improved capillary suction force is disposed on the inner wall surface of the flow path 22, the water can be evenly dispersed throughout the flow path 22. Therefore, it is possible to uniformly supply the water that has permeated through the porous body 62 from the upstream side to the downstream side of the flow path 60. Thereby, the cathode gas can be reliably humidified, and the reaction efficiency in the electrolyte membrane 12 can be improved.

実施の形態8.
次に、本発明の実施の形態8について説明する。実施の形態8の基本的な構成は実施の形態7と同様である。実施の形態8は、実施の形態7の水分拡散膜64の代わりに、親水性を向上させた繊維から構成される高吸水性膜を配置したものである。
Embodiment 8 FIG.
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. The basic configuration of the eighth embodiment is the same as that of the seventh embodiment. In the eighth embodiment, instead of the moisture diffusing film 64 of the seventh embodiment, a superabsorbent film composed of fibers with improved hydrophilicity is arranged.

流路22から多孔体62を透過させて流路60に水分を供給する場合、流路22の内壁面を常に水分で湿らせておくことが好適である。流路22の内壁面が一旦乾いてしまうと、再び多孔体62に水分を透過させるためには一定の時間が必要となるためである。   When water is supplied to the flow path 60 through the porous body 62 from the flow path 22, it is preferable that the inner wall surface of the flow path 22 is always moistened with water. This is because once the inner wall surface of the flow path 22 is dried, a certain amount of time is required to allow moisture to permeate the porous body 62 again.

高吸水性膜を流路22の内壁面に配置することで、流路22の内壁面を常に水分で湿らせておくことが可能となる。これにより、多孔体62を介した流路60への水分供給を常時行うことが可能となり、カソードガスの加湿を連続的かつ確実に行うことが可能となる。また、高吸水性膜を流路22の内壁面の全面に配置することで、多孔体62と水分の接触面積を拡大することができ、より広い範囲から吸収した水分を流路60に送ることができる。   By disposing the superabsorbent film on the inner wall surface of the flow path 22, it becomes possible to always moisten the inner wall surface of the flow path 22 with moisture. Thereby, it becomes possible to always supply moisture to the flow path 60 via the porous body 62, and it is possible to continuously and reliably humidify the cathode gas. Further, by arranging the highly water-absorbing film on the entire inner wall surface of the flow path 22, the contact area between the porous body 62 and the water can be expanded, and the water absorbed from a wider range is sent to the flow path 60. Can do.

実施の形態7と同様に、高吸水性膜の表面積をより拡大するためには、高吸水性膜の表面に凹凸を形成することが好適である。これにより、更に広い範囲から吸収した水分を流路60に送ることができ、流路60を流れるカソードガスを確実に加湿することができる。   Similar to Embodiment 7, in order to further increase the surface area of the superabsorbent film, it is preferable to form irregularities on the surface of the superabsorbent film. Thereby, moisture absorbed from a wider range can be sent to the flow path 60, and the cathode gas flowing through the flow path 60 can be reliably humidified.

親水性を向上させた繊維としては、例えば水酸基、またはスルホン基などの親水基を有する繊維が好適である。また、繊維の延在する方向を流路22の延在する方向と一致させることで、流路22の上流から下流の全域に均一に水分を分布させることが可能となる。これにより、実施の形態7と同様に、流路60の上流側にも十分な量の水分を供給することができ、カソードガスの加湿を確実に行うことが可能である。   As the fiber having improved hydrophilicity, for example, a fiber having a hydrophilic group such as a hydroxyl group or a sulfone group is suitable. Further, by making the direction in which the fibers extend coincide with the direction in which the flow path 22 extends, it becomes possible to uniformly distribute moisture from the upstream side of the flow path 22 to the entire downstream area. Thus, as in the seventh embodiment, a sufficient amount of moisture can be supplied to the upstream side of the flow path 60, and the cathode gas can be reliably humidified.

以上説明したように実施の形態8によれば、親水性を向上させた繊維から構成される高吸水性膜を流路22の内壁面に配置したため、流路22の内壁面を常に水分で湿らせておくことが可能となる。これにより、多孔体62を介した流路60への水分供給を常時行うことが可能となり、カソードガスの加湿を連続的かつ確実に行うことが可能となる。   As described above, according to the eighth embodiment, since the superabsorbent film composed of fibers with improved hydrophilicity is disposed on the inner wall surface of the flow path 22, the inner wall surface of the flow path 22 is always moistened with moisture. It is possible to keep it. Thereby, it becomes possible to always supply moisture to the flow path 60 via the porous body 62, and it is possible to continuously and reliably humidify the cathode gas.

なお、実施の形態7と同様に、親水性を向上させた繊維そのものを流路22の内壁面に配置しても良い。また、実施の形態2と同様の方法で、高吸水性膜(又はこれを構成する繊維)を触媒層14と拡散層16の間、又は電解質膜12と触媒層14の間に挿入しても良いし、セパレータ19、拡散層16、触媒層14、電解質膜12の内部に高吸水性膜(又はこれを構成する繊維)を挿入しても良い。更に、実施の形態3と同様の方法で、電解質膜12、触媒層14、拡散層16、セパレータ19を、高吸水性膜(又はこれを構成する繊維)によって構成しても良い。   As in the seventh embodiment, the fiber itself with improved hydrophilicity may be disposed on the inner wall surface of the flow path 22. Further, even if a superabsorbent membrane (or a fiber constituting the same) is inserted between the catalyst layer 14 and the diffusion layer 16 or between the electrolyte membrane 12 and the catalyst layer 14 by the same method as in the second embodiment. Alternatively, a superabsorbent membrane (or a fiber constituting the same) may be inserted into the separator 19, the diffusion layer 16, the catalyst layer 14, and the electrolyte membrane 12. Further, the electrolyte membrane 12, the catalyst layer 14, the diffusion layer 16, and the separator 19 may be constituted by a highly water-absorbing membrane (or fibers constituting the same) in the same manner as in the third embodiment.

実施の形態9.
次に、本発明の実施の形態9について説明する。実施の形態9の基本的な構成は実施の形態7と同様である。実施の形態9は、実施の形態7の燃料電池10において、流路22の上流と下流を近接させて、下流側に溜まった水分を上流側に移動させるようにしたものである。
Embodiment 9 FIG.
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. The basic configuration of the ninth embodiment is the same as that of the seventh embodiment. In the ninth embodiment, in the fuel cell 10 of the seventh embodiment, the upstream and downstream of the flow path 22 are brought close to each other so that the water accumulated on the downstream side is moved to the upstream side.

図16は、カソード側に配置されるセパレータ19の多孔体62と、流路22の構成を示す平面図である。図16に示すように、実施の形態9では、流路22の上流と下流を近接させている。これにより、多孔体62の微細孔を通して流路22の下流に溜まった水分を上流に送ることが可能である。   FIG. 16 is a plan view showing the configuration of the porous body 62 and the flow path 22 of the separator 19 arranged on the cathode side. As shown in FIG. 16, in the ninth embodiment, the upstream and downstream of the flow path 22 are brought close to each other. Thereby, it is possible to send the moisture accumulated downstream of the flow path 22 through the fine holes of the porous body 62 to the upstream.

以上説明したように実施の形態9によれば、カソードガスの流路22と対向するように流路60を設け、流路22と流路60の間に多孔体62を設けた燃料電池10において、流路22の上流側と下流側が近接するように構成したため、流路22の下流に溜まった水分を上流に送ることが可能となる。これにより、これにより、流路22の上流から下流にかけての全域に水分を均一に分布させることができ、流路60の全域に水分を供給することが可能となる。従って、流路60を流れるカソードガスの加湿を確実に行うことが可能である。   As described above, according to the ninth embodiment, in the fuel cell 10 in which the channel 60 is provided so as to face the cathode gas channel 22 and the porous body 62 is provided between the channel 22 and the channel 60. Since the upstream side and the downstream side of the flow path 22 are close to each other, the water accumulated downstream of the flow path 22 can be sent upstream. Thereby, moisture can be uniformly distributed over the entire region from the upstream side to the downstream side of the flow channel 22, and the water can be supplied to the entire region of the flow channel 60. Therefore, it is possible to reliably humidify the cathode gas flowing through the flow path 60.

本発明の実施の形態1に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図である。1 is an exploded perspective view showing a configuration of a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. 積層方向に沿った単位セルの断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the unit cell along the lamination direction. カソードガスの流路の下流に水分が溜まった状態と、下流の水分を上流に移動させた状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which the water | moisture content collected downstream of the flow path of cathode gas, and the state which moved the downstream water | moisture content upstream. 不定形断面形状を有する繊維を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the fiber which has an amorphous cross-sectional shape. 図4に示す繊維を束ねた状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which bundled the fiber shown in FIG. 拡散層と触媒層間に水分移動促進膜を設けた例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which provided the moisture movement promotion film | membrane between the diffusion layer and the catalyst layer. 水分移動促進膜をメッシュ状に構成した例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which comprised the moisture movement promotion film | membrane in mesh shape. セパレータの一部を繊維素材から構成した例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which comprised a part of separator from the fiber raw material. 不定形断面形状を有するカーボン繊維を製造するための装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the apparatus for manufacturing the carbon fiber which has an amorphous cross-sectional shape. 縦糸を不定形断面形状の繊維とし、横糸を通常の断面形状の繊維とした燃料電池用薄膜を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a thin film for a fuel cell in which warp yarns are fibers having an irregular cross-sectional shape and weft yarns are fibers having a normal cross-sectional shape. 繊維の方向を揃えたペーパーを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the paper which aligned the direction of the fiber. 図11(b)に示すペーパーを製造する方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the method of manufacturing the paper shown in FIG.11 (b). 図11(b)に示すペーパーを製造する他の方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other method of manufacturing the paper shown in FIG.11 (b). 実施の形態7に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view showing a configuration of a fuel cell according to Embodiment 7. 図14の燃料電池において、積層方向に沿った単位セルの断面を示す模式図である。In the fuel cell of FIG. 14, it is a schematic diagram which shows the cross section of the unit cell along the lamination direction. 実施の形態9におけるセパレータの多孔体と流路の構成を示す平面図である。FIG. 38 is a plan view showing a configuration of a separator porous body and flow paths in a ninth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池
12 電解質膜
14 触媒層
16 拡散層
18,19 セパレータ
22 カソードガスの流路
34 水分移動促進膜
36 不定形断面形状の繊維
38 凹部
40 カーボン繊維の製造装置
46 押し出し孔
50 すき板
52 振動子
60 流路
62 多孔体
64 水分拡散膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 12 Electrolyte membrane 14 Catalyst layer 16 Diffusion layer 18, 19 Separator 22 Cathode gas flow path 34 Moisture transfer promotion membrane 36 Fiber of irregular cross section 38 Recess 40 Carbon fiber manufacturing device 46 Extrusion hole 50 Slip plate 52 Vibration Child 60 channel 62 porous body 64 moisture diffusion film

Claims (29)

アノードに水素を含むアノードガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池であって、
前記カソードガスの流路の近傍に所定の繊維からなる水分移動手段を設けたことを特徴とする燃料電池。
A fuel cell that receives supply of an anode gas containing hydrogen to an anode and a cathode gas containing oxygen to a cathode to generate electric power,
A fuel cell comprising a moisture moving means comprising a predetermined fiber in the vicinity of the cathode gas flow path.
前記所定の繊維は、その断面形状に少なくとも1つの凹部を有することを特徴とする請求項1記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the predetermined fiber has at least one recess in its cross-sectional shape. 前記所定の繊維の延在する方向が一定の方向に揃えられたことを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein a direction in which the predetermined fibers extend is aligned in a certain direction. 前記所定の繊維は、カーボン繊維であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the predetermined fiber is a carbon fiber. 前記水分移動手段は、前記カソードガスの流路の内壁の少なくとも一部に設けられたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the moisture moving means is provided on at least a part of an inner wall of the cathode gas flow path. 前記アノードガス中の水素と前記カソードガス中の酸素とを反応させる電解質膜と、
前記電解質膜上に設けられた触媒層と、
前記触媒層上に設けられた拡散層と、
前記拡散層上に設けられ、前記カソードガスの流路が設けられたセパレータと、を備え、
前記水分移動手段は、前記電解質膜、前記触媒層、前記拡散層、又は前記セパレータの少なくとも1つに配設されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池。
An electrolyte membrane for reacting hydrogen in the anode gas with oxygen in the cathode gas;
A catalyst layer provided on the electrolyte membrane;
A diffusion layer provided on the catalyst layer;
A separator provided on the diffusion layer and provided with a flow path for the cathode gas;
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the moisture moving means is disposed in at least one of the electrolyte membrane, the catalyst layer, the diffusion layer, or the separator.
前記アノードガス中の水素と前記カソードガス中の酸素とを反応させる電解質膜と、
前記電解質膜上に設けられた触媒層と、
前記触媒層上に設けられた拡散層と、
前記拡散層上に設けられ、前記カソードガスの流路が設けられたセパレータと、を備え、
前記水分移動手段は、前記電解質膜、前記触媒層、前記拡散層、又は前記セパレータの界面に配設されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池。
An electrolyte membrane for reacting hydrogen in the anode gas with oxygen in the cathode gas;
A catalyst layer provided on the electrolyte membrane;
A diffusion layer provided on the catalyst layer;
A separator provided on the diffusion layer and provided with a flow path for the cathode gas;
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the moisture transfer means is disposed at an interface of the electrolyte membrane, the catalyst layer, the diffusion layer, or the separator.
アノードに水素を含むアノードガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池であって、
前記アノードガス中の水素と前記カソードガス中の酸素とを反応させる電解質膜と、
前記電解質膜上に設けられた触媒層と、
前記触媒層上に設けられた拡散層と、
前記拡散層上に設けられ、前記カソードガスの流路が設けられたセパレータと、を備え、
前記電解質膜、前記触媒層、前記拡散層、又は前記セパレータが、水分の移動を促進する所定の繊維を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池。
A fuel cell that receives supply of an anode gas containing hydrogen to an anode and a cathode gas containing oxygen to a cathode to generate electric power,
An electrolyte membrane for reacting hydrogen in the anode gas with oxygen in the cathode gas;
A catalyst layer provided on the electrolyte membrane;
A diffusion layer provided on the catalyst layer;
A separator provided on the diffusion layer and provided with a flow path for the cathode gas;
The fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte membrane, the catalyst layer, the diffusion layer, or the separator includes a predetermined fiber that promotes moisture movement.
前記所定の繊維は、その断面形状に少なくとも1つの凹部を有することを特徴とする請求項8記載の燃料電池。   9. The fuel cell according to claim 8, wherein the predetermined fiber has at least one recess in its cross-sectional shape. 前記所定の繊維の延在する方向が一定の方向に揃えられたことを特徴とする請求項8又は9記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 8 or 9, wherein a direction in which the predetermined fibers extend is aligned in a certain direction. 前記所定の繊維は、カーボン繊維であることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 8, wherein the predetermined fiber is a carbon fiber. 燃料電池用薄膜であって、
所定の繊維を織成して形成され、
所定の方向に延在する繊維のみ、その断面形状に少なくとも1つの凹部を有することを特徴とする燃料電池用薄膜。
A thin film for a fuel cell,
Formed by weaving predetermined fibers,
A fuel cell thin film characterized in that only fibers extending in a predetermined direction have at least one recess in its cross-sectional shape.
前記所定の繊維は、カーボン繊維であることを特徴とする請求項12記載の燃料電池用薄膜。   The thin film for a fuel cell according to claim 12, wherein the predetermined fiber is a carbon fiber. 燃料電池用薄膜であって、
所定の繊維を膠着させて形成され、
前記繊維の延在する方向を所定の方向に揃えたことを特徴とする燃料電池用薄膜。
A thin film for a fuel cell,
It is formed by gluing predetermined fibers,
A thin film for a fuel cell, wherein the extending direction of the fibers is aligned in a predetermined direction.
前記所定の繊維は、その断面形状に少なくとも1つの凹部を有することを特徴とする請求項14記載の燃料電池用薄膜。   15. The thin film for a fuel cell according to claim 14, wherein the predetermined fiber has at least one recess in its cross-sectional shape. 前記所定の繊維は、カーボン繊維であることを特徴とする請求項14又は15記載の燃料電池用薄膜。   16. The fuel cell thin film according to claim 14, wherein the predetermined fiber is a carbon fiber. 燃料電池用薄膜の製造方法であって、
石炭系、又は石油系のピッチを、少なくとも1つの凹部を有する型から押し出し、断面形状に少なくとも1つの凹部を有するカーボン繊維を形成する工程と、
前記カーボン繊維を用いて燃料電池用薄膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用薄膜の製造方法。
A method for producing a thin film for a fuel cell, comprising:
Extruding a coal-based or petroleum-based pitch from a mold having at least one recess to form a carbon fiber having at least one recess in the cross-sectional shape;
Forming a fuel cell thin film using the carbon fiber;
A method for producing a thin film for a fuel cell, comprising:
燃料電池用薄膜の製造方法であって、
高分子材料からなる繊維材料を、少なくとも1つの凸部を有する型から押し出し、断面形状に少なくとも1つの凹部を有する繊維を形成する工程と、
前記繊維に炭素化処理を施して、カーボン繊維を形成する工程と、
前記カーボン繊維を用いて燃料電池用薄膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用薄膜の製造方法。
A method for producing a thin film for a fuel cell, comprising:
Extruding a fiber material made of a polymer material from a mold having at least one convex portion to form a fiber having at least one concave portion in a cross-sectional shape;
Applying carbonization to the fibers to form carbon fibers;
Forming a fuel cell thin film using the carbon fiber;
A method for producing a thin film for a fuel cell, comprising:
燃料電池用薄膜の製造方法であって、
断面形状に少なくとも1つの凹部を有する縦糸と、断面形状に凹部を有していない横糸とを織成して燃料電池用薄膜を形成することを特徴とする燃料電池用薄膜の製造方法。
A method for producing a thin film for a fuel cell, comprising:
A method for producing a thin film for a fuel cell, comprising forming a thin film for a fuel cell by weaving warp yarn having at least one concave portion in a cross-sectional shape and a weft yarn having no concave portion in a cross-sectional shape.
燃料電池用薄膜の製造方法であって、
燃料電池用薄膜を構成する繊維の延在方向を揃える工程と、
前記繊維の延在方向を揃えた状態で前記繊維を膠着させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用薄膜の製造方法。
A method for producing a thin film for a fuel cell, comprising:
A step of aligning the extending direction of fibers constituting the fuel cell thin film;
A step of gluing the fibers in a state where the extending direction of the fibers is aligned;
A method for producing a thin film for a fuel cell, comprising:
前記繊維の延在方向を揃える工程において、表面に溝を有する板材を用い、前記溝内に前記繊維を挿入することで前記繊維の延在方向を揃えることを特徴とする請求項20記載の燃料電池用薄膜の製造方法。   21. The fuel according to claim 20, wherein in the step of aligning the extending direction of the fibers, a plate material having grooves on the surface is used, and the extending direction of the fibers is aligned by inserting the fibers into the grooves. A method for producing a thin film for a battery. 前記繊維の延在方向を揃える工程において、超音波振動又は機械的振動を与えて前記繊維の延在方向を揃えることを特徴とする請求項20記載の燃料電池用薄膜の製造方法。   21. The method for producing a thin film for a fuel cell according to claim 20, wherein in the step of aligning the extending direction of the fibers, the extending direction of the fibers is aligned by applying ultrasonic vibration or mechanical vibration. 前記カソードに隣接して配設され、前記カソードガスの流路が設けられたセパレータと、
前記カソードガスの流路に対して前記セパレータの背面側に配設され、前記カソードガスの流路に前記カソードガスを供給するガス流路と、
前記セパレータの少なくとも一部に配設され、前記カソードガスの流路から前記ガス流路へ水分を送る多孔質部と、を更に備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池。
A separator disposed adjacent to the cathode and provided with a flow path for the cathode gas;
A gas flow path disposed on the back side of the separator with respect to the flow path of the cathode gas, and supplying the cathode gas to the flow path of the cathode gas;
The porous part which is arrange | positioned in at least one part of the said separator, and sends a water | moisture content from the flow path of the said cathode gas to the said gas flow path is further provided. Fuel cell.
前記カソードガスの流路に対して前記セパレータの背面側に配設され、前記カソードガスの流路に前記カソードガスを供給するガス流路と、
前記セパレータの少なくとも一部に配設され、前記カソードガスの流路から前記ガス流路へ水分を送る多孔質部と、を更に備えたことを特徴とする請求項6〜11のいずれかに記載の燃料電池。
A gas flow path disposed on the back side of the separator with respect to the flow path of the cathode gas, and supplying the cathode gas to the flow path of the cathode gas;
The porous part which is arrange | positioned in at least one part of the said separator, and sends a water | moisture content from the flow path of the said cathode gas to the said gas flow path is further provided. Fuel cell.
前記カソードガスの流路における上流と下流が近接するように前記カソードガスの流路を構成したことを特徴とする請求項1〜11、23及び24のいずれかに記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 11, 23, and 24, wherein the cathode gas flow path is configured so that an upstream side and a downstream side of the cathode gas flow path are close to each other. 前記所定の繊維は親水基を有することを特徴とする請求項1〜11及び23のいずれかに記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the predetermined fiber has a hydrophilic group. 前記水分移動手段の表面に凹凸を設けたことを特徴とする請求項1〜7及び23のいずれかに記載の燃料電池。   24. The fuel cell according to claim 1, wherein unevenness is provided on a surface of the moisture moving means. 前記所定の繊維は、前記多孔質部よりも毛管吸引力の高い物質からなることを特徴とする請求項23又は24記載の燃料電池。   25. The fuel cell according to claim 23, wherein the predetermined fiber is made of a substance having a higher capillary suction than the porous portion. 前記水分移動手段は、前記カソードガスの流路の内壁の少なくとも一部に設けられたことを特徴とする請求項24記載の燃料電池。   25. The fuel cell according to claim 24, wherein the moisture moving means is provided on at least a part of an inner wall of the cathode gas flow path.
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