JP2005268049A

JP2005268049A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2005268049A
Application number: JP2004078943A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ichikawa; 正樹市川; Yasuo Kuwabara; 保雄桑原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】生成水の偏在に起因する燃料電池の発電ムラを低減させ、発電性能を向上させる燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池は、燃料入口４０から燃料出口４１に向けて延設された複数の燃料通路４２と、酸化剤ガス入口３０から酸化剤ガス出口３１に向けて延設された複数の酸化剤ガス通路とを有する。酸化剤ガス通路は、縦方向に沿って延設された縦通路部分を有する。燃料通路４２は、燃料入口４０から横方向に沿って延設された第１通路４２ａと、第１通路４２ａに連通すると共に縦方向に沿って延設された第２通路４２ｂとを有する。第１通路４２ａで形成された第１通路群の全体幅をＬＡとし、第２通路４２ｂで形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするときＬＡ＜ＬＢに設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、酸化剤ガス通路及び燃料通路を有する燃料電池に関する。

特許文献１には、固体高分子膜に燃料極及び酸化剤剤を有する膜電極接合体と、膜電極接合体の厚み方向の両側に設けたセパレータとを有しており、一方のセパレータに垂直方向に直状にのびる酸化剤ガス通路を形成すると共に、他方のセパレータに垂直方向に直状にのびる燃料通路を形成した燃料電池が開示されている。このものによれば、酸化剤ガスは重力方向の下方に流れると共に、燃料は重力方向の下方に流れる。
特開平６−２０７１３号公報

ところで燃料電池では酸化剤極の発電反応により水が酸化剤極側において生成される。この生成水の対策が重要である。

上記した公報に係る従来技術によれば、酸化剤ガス通路及び燃料通路は垂直方向に沿って延設されているため、酸化剤ガス及び燃料はそれぞれ重力方向の下方に自然に流れることができ、これによりガス利用率の向上が期待できると記載されている。

しかしながら上記した燃料電池では、発電性能の向上には限界があった。即ち、酸化剤極の発電反応により水が生成されるが、酸化剤ガス及び燃料の双方は重力方向の下方に流れるため、発電反応で生成された生成水が燃料電池の流路下流である下側に過剰となり、燃料電池の下側が過剰に濡れ気味となり易い。これに対して燃料電池の流路上流である上側が過剰に乾き気味となり易い。これが発電ムラの要因の一つとなっていた。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料の流れと酸化剤ガスの流れとを逆向きにしつつ互いに対向させるのに有利であり、生成水の偏在に起因する燃料電池の発電ムラを低減させ、発電性能を向上させるのに貢献することができる燃料電池を提供することを課題とする。

本発明者は燃料電池について鋭意開発を進めている。そして、酸化剤ガス通路を流れる酸化剤ガスを下向きに流しつつ、燃料通路を上向きに流すことにすれば、生成水の分配性が向上し、発電ムラを低減でき、発電性能を向上させ得ることを知見した。更に、各燃料通路を、燃料入口から横方向に沿って延設された第１通路と、第１通路に連通すると共に縦方向に沿って延設された第２通路とを有する構成とし、各燃料通路を構成する第１通路で形成された第１通路群の全体幅をＬＡとし、各燃料通路を構成する第２通路で形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢの関係に設定すれば、上下方向における生成水の分配性が更に向上することを知見し、試験で確認し、本発明を完成させた。

本発明に係る燃料電池は、燃料入口と、燃料出口と、酸化剤ガス入口と、酸化剤ガス出口とを有すると共に、一面側に設けられ燃料入口から燃料出口に向けて延設された複数の燃料通路と有し、且つ、他面側に設けられ酸化剤ガス入口から酸化剤ガス出口に向けて延設された複数の酸化剤ガス通路とを有する燃料電池において、
各酸化剤ガス通路は、縦方向に沿って延設された縦通路部分を有しており、各燃料通路は、燃料入口から横方向に沿って延設された第１通路と、第１通路に連通すると共に縦方向に沿って延設された第２通路とを有しており、
各燃料通路を構成する第１通路で形成された第１通路群の全体幅をＬＡとし、各燃料通路を構成する第２通路で形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢに設定されていることを特徴とするものである。

本明細書において、『縦方向に沿って』とは、上下方向に沿っているという意味であり、垂直方向に限らず、垂直方向に対して多少傾斜（プラスマイナス３０度以内）していてもよいという意味である。また、『横方向に沿って』とは、左右方向に沿っているという意味であり、水平方向に限らず、水平方向に対して多少傾斜（プラスマイナス３０度以内）していてもよいという意味である。

本発明に係る燃料電池によれば、各燃料通路を構成する第１通路で形成された第１通路群の全体幅をＬＡとし、各燃料通路を構成する第２通路で形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢに設定されている。このため燃料通路のうち縦方向に沿って延設された第２通路の長さを長くすることができる。この結果、酸化剤ガス通路の縦通路部分と燃料通路のうち縦方向に沿う第２通路との対向領域の長さを増加させることができる。故に、当該対向領域の面積を増加させることができる。このようにすれば、酸化剤ガス通路の下部に存在する水を燃料通路の燃料によって上方に移行させることができる。ひいては酸化剤ガス通路の上下における生成水のムラが低減され、生成水のムラに起因する発電ムラが従来よりも低減される。

本発明に係る燃料電池によれば、酸化剤ガス通路の縦通路部分と燃料通路のうち縦方向に沿う第２通路との対向領域の長さを増加させることができる。故に、当該対向領域の面積を増加させることができる。よって生成水の分布ムラに起因する発電ムラを低減でき、燃料電池の発電性能を向上させるのに貢献することができる。

燃料電池は次の燃料電池用配流板を有することが好ましい。この燃料電池用配流板は、燃料入口と、燃料出口と、酸化剤ガス入口と、酸化剤ガス出口とを有すると共に、一面側に設けられ燃料入口から燃料出口に向けて延設された複数の燃料通路と有し、且つ、他面側に設けられ酸化剤ガス入口から酸化剤ガス出口に向けて延設された複数の酸化剤ガス通路とを有する。ここで、各酸化剤ガス通路は、縦方向に沿って延設された縦通路部分を有しており、各燃料通路は、燃料入口から横方向に沿って延設された第１通路と、第１通路に連通すると共に縦方向に沿って延設された第２通路とを有する。各燃料通路を構成する第１通路で形成された第１通路群の全体幅をＬＡとし、各燃料通路を構成する第２通路で形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢに設定されている。

この燃料電池用配流板によれば、各燃料通路を構成する第１通路で形成された第１通路群の全体幅をＬＡとし、各燃料通路を構成する第２通路で形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢに設定されている。このため燃料通路のうち縦方向に沿って延設された第２通路の長さを長くすることができる。この結果、酸化剤ガス通路の縦通路部分と燃料通路のうち縦方向に沿う第２通路との対向領域の長さを増加させることができる。故に、当該対向領域の面積を増加させることができる。

このようにすれば、酸化剤ガス通路の下部に存在する水を燃料通路の燃料によって上方に移行させることができる。ひいては酸化剤ガス通路の上下における生成水のムラが低減され、生成水のムラに起因する発電ムラが従来よりも低減される。上記した燃料電池、燃料電池用配流板によれば、好ましくは、第２通路は複数に分岐されており、第２通路の本数は第１通路の本数よりも増加している形態を採用することができる。

また上記した燃料電池、燃料電池用配流板によれば、好ましくは、第２通路は、第２通路の本数を第１通路の本数よりも増加させる分岐壁を有する形態を採用することができる。この場合、分岐壁により第２通路を複数に分岐することができ、第２通路の本数を第１通路の本数よりも増加させることができる。

上記した燃料電池、燃料電池用配流板によれば、好ましくは、互いに対向する上辺部及び下辺部と、互いに対向する２つの側辺部とを有する形態を採用することができる。この場合、酸化剤ガス入口は上辺部側に設けられていると共に、酸化剤ガス出口は下辺部側に設けられており、酸化剤ガス通路を流れる酸化剤ガスは上から下に向けて流れる形態を採用することができる。この場合、燃料入口は一方の側辺部の下側に設けられていると共に、燃料出口は他方の側辺部の上側に設けられており、燃料通路を流れる燃料は下から上に向けて流れる形態を採用することができる。

以下、本発明の実施例１について図１〜図４を参照しつつ具体的に説明する。図１は固体高分子型の燃料電池の概念図を模式的に示す。図１に示すように、燃料電池は、膜電極接合体１と膜電極接合体１を厚み方向の両側から挟持した配流板２とを有するセルを厚み方向に積層して形成されている。膜電極接合体１は、高分子型の電解質膜１０と、電解質膜１０の厚み方向の片側に設けられ導電性及びガス透過性をもつ燃料極１１と、電解質膜１０の厚み方向の他の片側に設けられ導電性及びガス透過性をもつ酸化剤極１２と、燃料極１１と電解質膜１０との間に介在する燃料極１１用の触媒層１３と、酸化剤極１２と電解質膜１０との間に介在する酸化剤極１２用の触媒層１４とを有する。触媒層１３，１４は、触媒をカーボン担体に担持した触媒担持カーボンと、電解質部分とを有する。

配流板２は導電性を有する材料、例えばカーボン材料または耐食性が良好な金属材料で形成されており、セパレータとも呼ばれる。図２に示すように、配流板２は、縦長の四角形状をなしており、互いに対向する上辺部２０及び下辺部２１と、互いに対向する２つの側辺部２２,２３とを有する。配流板２は突起２７を有する。配流板２の突起２７は燃料極１１や酸化剤極１２に接触して電子伝導性を確保するものであり、発電反応で生成した電子を配流板２と燃料極１１との間、配流板２と酸化剤極１２との間で伝導させることができる。

図２に示すように、酸化剤ガス入口３０は、酸化剤ガス（一般的には空気等の酸素含有ガス、あるいは酸素ガス）を流すものであり、配流板２の上辺部２０側に横長形状に設けられている。酸化剤ガス出口３１は配流板２の下辺部２１側に横長形状に設けられている。酸化剤ガス通路３２は、酸化剤ガス入口３０から酸化剤ガス出口３１にかけて断続的に直状に延設された多数の仕切用の突起２７により形成された直状の酸化剤ガス通路３２を有する。従って、配流板２において、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口３０、酸化剤ガス通路３２、酸化剤ガス出口３１の順に、上から下に向けて下向き（矢印Ｙ１方向）に流れる。よって、配流板２を流れる酸化剤ガスは、配流板２の他面側において上から下に向けて、基本的には下向きに流れる。図２に示すように、酸化剤ガス出口３１の開口面積は酸化剤ガス入口３０の開口面積よりも大きく設定されている。発電反応で生成した生成水を酸化剤ガス出口３１から吐出させることを考慮しているためである。

また、酸化剤ガス通路３２に生成水が存在するときであっても、上記したように酸化剤ガス通路３２は直状に延設されており、しかも酸化剤ガス出口３１は配流板２の下辺部２１側に設けられているため、重力を利用してその生成水を下方に排出させる排出性を高めることができる。

酸化剤ガス通路３２は前述したように配流板２の他面側に設けられており、仕切用の突起２７により、図２に示すように、酸化剤ガス入口３０から酸化剤ガス出口３１に向けて複数本並行に延設されている。なお、突起２７の数が多いのは、電子伝導性を確保するためである。各酸化剤ガス通路３２の通路幅は基本的には均等とされている。

図２に示すように、突起２７は切欠部２８を介して長さ方向に断続されており、上下方向に配置されている。切欠部２８が形成されているため、仮に生成水の詰まりが酸化剤ガス通路３２に生じたとしても、生成水が詰まった部分を避けるように、酸化剤ガスは切欠部２８を介して生成水の詰まり部分を迂回することができ、酸化剤ガスの流れ性が確保されている。

燃料の流れについて説明を加える。図３に示すように、燃料入口４０は燃料（一般的には水素ガス、水素含有ガス）を流すものであり、配流板２の一方の側辺部２２の下側に縦長に設けられている。燃料出口４１は、配流板２の他方の側辺部２２の上側に縦長に設けられている。

燃料通路４２は、酸化剤ガス通路３２と表裏の関係となるように酸化剤ガス通路３２に対向するように、配流板２の一面側に設けられている。燃料通路４２は、燃料入口４０から燃料出口４１に向けて複数本並行に延設されている。従って、燃料通路４２を流れる燃料は、配流板２の一面側において下から上に向けて、基本的には上向き（矢印Ｙ２方向）に流れる。上記したように酸化剤ガスは下向きに流れるため、酸化剤ガスの流れ方向と燃料の流れ方向とは基本的には逆の関係とされている。この場合、次のように生成水分散作用を期待することができる。各燃料通路４２の通路幅は基本的には均等とされている。

即ち、酸化剤ガスの流れは下向き（矢印Ｙ１方向）であるため、発電反応に基づいて酸化剤極１２で生成した生成水は、下向き（矢印Ｙ１方向）に流れる。このため酸化剤ガス通路３２の下部、酸化剤極１２の下部が相対的に濡れ気味となり、且つ、酸化剤ガス通路３２の上部、酸化剤極１２の上部が相対的に乾き気味となる。生成水は電解質膜１０を透過して酸化剤極１２及び燃料極１１との間で往来できる。このため、酸化剤極１２の下部及び燃料極１１の下部が相対的に濡れ気味となり、酸化剤極１２の上部及び燃料極１１の上部が相対的に乾き気味となる。換言すれば、酸化剤ガス通路３２の下部及び燃料通路４２の下部が相対的に濡れ気味となり、酸化剤ガス通路３２の上部及び燃料通路４２の上部が相対的に乾き気味となる。

しかし本実施例によれば、燃料の流れは基本的には上向き（矢印Ｙ２方向）であるため、燃料通路４２の下部側に存在する生成水を上向きに運び、燃料通路４２の上部に移送させることができる。そして、生成水は電解質膜１０を透過して酸化剤極１２及び燃料極１１との間で往来するため、酸化剤極１２及び燃料極１１について上部と下部との間における湿分ムラが低減され、ひいては配流板２の上部と下部との間における発電ムラが低減される。このように発電ムラを低減させるためには、燃料を上向きに流すべく、燃料通路４２の上下方向に沿った縦通路（後述する第２通路４２ｂ）の長さを長く設定し、結果として、酸化剤ガス通路３２の縦通路部分３２ｘと、燃料通路４２の上下方向に沿った縦通路（後述する第２通路４２ｂ）との対向長さをできるだけ長くする方が好ましい。以下述べるように本実施例はこのような構造に設定されている。

図３に示すように、燃料通路４２について更に説明を加える。各燃料通路４２は、燃料入口４０から横方向に沿って（つまり下辺部２１に沿って）延設された第１通路４２ａと、第１通路４２ａの終部に連通すると共に縦方向に沿って（つまり側辺部２２,２３に沿って）延設された第２通路４２ｂとを有する。更に、各燃料通路４２は、第１通路４２ａと第２通路４２ｂの他に、第２通路４２ｂの終部に連通すると共に横方向に沿って（つまり上辺部２０に沿って）延設された第３通路４２ｃとを有する。第１通路４２ａと第２通路４２ｂとはＬ字形状とされている。第２通路４２ｂと第３通路４２ｃとはＬ字形状とされている。

第１通路４２ａ、第２通路４２ｂ、第３通路４２ｃは、突起２７により延設されている。ここで、配流板２において、燃料は、燃料入口４０、第１通路４２ａ、第２通路４２ｂ、第３通路４２ｃ、燃料出口４１の順に上向き（矢印Ｙ２方向）に流れる。

本実施例によれば、図３に示すように、１本の第２通路４２ｂは、電子伝導性を確保する突起としても機能できる分岐壁４７（図４にハッチングで示されている領域）により複数に分岐されている。故に、第２通路４２ｂの本数は第１通路４２ａの本数よりも増加している。つまり図４に示すように、１本の第１通路４２ａは分岐壁４７により２本の第２通路４２ｂに分岐されている。分岐壁４７は電子伝導性を確保するため、燃料極１１との間の電子伝導性を考慮すれば、数を増加させることが好ましい。

図３に示すように、直状をなす分岐壁４７は上端４７ｕ及び下端４７ｄをもつ。
複数の分岐壁４７についてみると、分岐壁４７の下端４７ｄは、図３に示すように、燃料入口４０から遠ざかるにつれて下降するように傾斜する仮想傾斜線Ｒ１に沿って次第に下降傾斜している。また、分岐壁４７の上端４７ｕは、燃料出口４０から遠ざかるにつれて上昇するように傾斜する仮想傾斜線Ｒ２に沿って次第に上昇傾斜している。仮想傾斜線Ｒ１と仮想傾斜線Ｒ２とは互いに平行、あるいは、ほぼ平行とすることができる。この場合、図３から理解できるように、仮想傾斜線Ｒ１と仮想傾斜線Ｒ２との上下方向の間隔は、実質的に均等であり、直状をなす複数の分岐壁４７の上下方向の長さはそれぞれ基本的には同じとされている。仮想傾斜線Ｒ１と仮想傾斜線Ｒ２とで区画される領域は、図３に示すように平行四辺形またはほぼ平行四辺形とされている。

１本の第１通路４２ａの通路幅をＤ１とし、１本の第２通路４２ｂの通路幅をＤ２、１本の第３通路４２ｃの通路幅をＤ３として示す。Ｄ１＞Ｄ２の関係、Ｄ３＞Ｄ２の関係、Ｄ１≒Ｄ３（Ｄ１=Ｄ３）の関係とされている。但しこれに限定されるものではない。

上記したように１本の第１通路４２ａが２本の第２通路４２ｂに分岐されている本実施例によれば、図３に示すように、各燃料通路４２を構成する第１通路４２ａで形成された第１通路４２ａ群の全体幅（ガス流れを横断する方向の全体幅）をＬＡとし、各燃料通路４２を構成する第２通路４２ｂで形成された第２通路群の全体幅（ガス流れを横断する方向の全体幅）をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢの関係に設定されている。また、各燃料通路４２を構成する第３通路４２ｃで形成された第３通路群の全体幅をＬＣとするとき、ＬＣ＜ＬＢの関係に設定されている。ここで、ＬＡ=ＬＣ、ＬＡ≒ＬＣとされている。

上記したような本実施例によれば、燃料通路４２のうち上下方向に延設された第２通路４２ｂと酸化剤ガスのうち上下方向に延設された縦通路部分３２ｘとが対向し合う対向長さＭ１，Ｍ２（図３参照）を増加させることができる。ひいては、燃料通路４２のうち上下方向に延設された第２通路４２ｂと酸化剤ガスのうち上下方向に延設された縦通路部分とが対向し合う対向領域ＳＡの面積を増加させることができる。この結果、酸化剤ガスと燃料とが逆向きで流れる対向領域の面積を増加させることができる。

このため発電反応で発生した生成水が酸化剤ガス通路３２の下部に溜まったとしても、その生成水は、電解質膜１０を透過し、酸化剤ガス通路３２に対面する燃料通路４２側に浸透し、更に、燃料通路４２を上向き（矢印Ｙ２方向）に流れる燃料により上向き（矢印Ｙ２方向）に移行される。生成水は電解質膜１０を透過して酸化剤極１２及び燃料極１１との間で往来するため、結果として、燃料極１１の上部と下部との湿分ムラが低減される。ひいては酸化剤極１２の上部と下部との湿分ムラが低減される。このため、配流板２における上部と下部の湿分ムラに起因する発電ムラが低減される。

このように発電ムラを低減させるためには、酸化剤ガス通路３２の縦通路部分３２ｘと、燃料通路４２の上下方向に沿った第２通路４２ｂとの対向長さができるだけ長い方が好ましい。上記したように本実施例によれば、酸化剤ガス通路３２及び燃料通路４２において生成水の上下方向における偏在が抑制され、生成水の分配性の均一化を促進させることができる。この結果、燃料電池の発電ムラを低減でき、発電性能を向上させることができる。

なお図２,図３に示すように、配流板２には、燃料電池を冷却させるための冷却水を流入させる冷却水入口５０が形成されていると共に、冷却水を流出させる冷却水出口５１が形成されている。冷却水入口５０及び冷却水出口５１に連通する冷却水通路は図略の配流板に形成されている。

図５は実施例２を示す。実施例２は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例によれば、図５に示すように、各燃料通路４２を構成する第１通路４２ａで形成された第１通路４２ａ群の全体幅をＬＡとし、各燃料通路４２を構成する第２通路４２ｂで形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢの関係に設定されている。但し、本実施例によれば、図に５示すように、分岐壁４７は形成されていない。このため第１通路４２ａの通路幅をＤ１とし、第２通路４２ｂの通路幅をＤ２とすると、Ｄ２＞Ｄ１の関係とされている。

図６〜図９は実施例３を示す。実施例３は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と異なる部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。本実施例によれば、図６は第１配流板２Ａの一面側を示し、図７はその第１配流板２Ａの他面側を示す。図６,図７に示すように、第１配流板２Ａはその表裏に酸化剤ガス通路３２と冷却水通路５２とをもつ。図７に示すように、冷却水通路５２はＳ字及び逆Ｓ字が繰り返されるように蛇行しており、冷却水を上から下に流すべく、冷却水入口５０及び冷却水出口５１に連通する。

図８は第２配流板２Ｂの一面側を示し、図９はその第２配流板２Ｂの他面側を示す。図８及び図９に示すように、第２配流板２Ｂはその表裏に燃料通路４２と冷却水通路５２とをもつ。冷却水通路５２は冷却水入口５０及び冷却水出口５１に連通する。図９に示すように、冷却水通路５２はＳ字及び逆Ｓ字が繰り返されるように蛇行しており、冷却水を上から下に流すべく、冷却水入口５０及び冷却水出口５１に連通する。

本実施例においても、酸化剤ガス通路３２は実施例１の酸化剤ガス通路３２と同様の構造とされている。また燃料通路４２は実施例１の燃料通路４２と同様の構造とされている。このような第１配流板２Ａ，第２配流板２Ｂを対面させた状態で組み付けて燃料電池が形成されている。このように第１配流板２Ａ,第１配流板２Ｂは組を形成する。

本実施例においても、実施例１と同様に、図８に示すように、燃料通路４２のうち上下方向に延設された第２通路４２ｂと酸化剤ガス通路３２のうち上下方向に延設された縦通路部分３２ｘとが対向し合う対向長さＭ１，Ｍ２を増加させることができる。ひいては、燃料通路４２のうち上下方向に延設された第２通路４２ｂと酸化剤ガスのうち上下方向に延設された縦通路部分３２ｘとが対向し合う対向領域ＳＡの面積を増加させることができる。この結果、酸化剤ガスと燃料とが逆向きで流れる対向領域の面積を増加させることができる。このため発電反応で生成した生成水が酸化剤ガス通路３２の下部に生成水が溜まったとしても、前述したように酸化剤極１２及び燃料極１１について上部と下部との間における湿分ムラが低減され、ひいては上部と下部との間における発電ムラが低減され、発電性能を向上させることができる。

（試験例）
上記した実施例１に基づく配流板２を用いた燃料電池を形成し、燃料電池に供給する酸化剤ガスの湿度を変化させることにより、その燃料電池について発電試験を行った。従来から使用されている従来例に基づく配流板を用いた燃料電池についても、同様に試験を行った。従来例に基づく配流板は、ＬＡ＜ＬＢの関係には設定されておらず、複数の連続した通路で形成され、横方向に沿って延設された通路を複数段備え、縦方向に沿って延設された通路によって連通された構造とされている。

この試験においては、配流板２の材質はカーボン材料、セルの数は６個、燃料は純水素ガス（利用率９０％）、酸化剤ガスは空気（利用率４０％）、電流密度は０．２６アンペア／ｃｍ²、冷却水出口５１側の冷却水の温度は７５℃とした。図１０は試験結果を示す。図１０の横軸は酸化剤ガスの露点温度を示し、図１０の縦軸はセル電圧（６個のセルの平均値）を示す。特性線Ｗ１は実施例に係る燃料電池のセル電圧を示す。特性線Ｗ２は従来例に係る燃料電池のセル電圧を示す。図５の特性線Ｗ２に示すように、従来例に係る配流板を搭載した燃料電池によれば、燃料電池の酸化剤極１２に供給する酸化剤ガスの露点温度がある値よりも増加しているとき、つまり、燃料電池の酸化剤極１２に供給する酸化剤ガスの水蒸気量が高いとき、従来例に係る燃料電池のセル電圧は低下する傾向が認められた。

これは、従来例に係る配流板を搭載した燃料電池によれば、酸化剤ガスの流れと燃料の流れとが対向する対向領域の面積は、実施例に係る配流板２よりも大きくないため、酸化剤ガス通路３２の生成水の均一分配性が充分ではないためと推察される。

これに対して、実施例に係る燃料電池によれば、酸化剤ガスの流れと燃料の流れとが対向する対向領域の面積が従来例に係る燃料電池に比較して大きいため、酸化剤ガス通路３２の生成水の均一分配性が向上し、これにより燃料電池の発電性能が向上しているものと推察される。図１０に示すように、従来例に係る燃料電池と実施例に係る燃料電池とでは、燃料電池の酸化剤極１２に供給する酸化剤ガスの露点温度が高いほど、セル電圧差ΔＥが増加している。

（他の例）
上記した実施例によれば、１本の第１通路４２ａは分岐壁４７により２本の第２通路４２ｂに分岐されているが、これに限らず、１本の第１通路４２ａは分岐壁４７により３本以外（例えば３本または４本）の第２通路に分岐されていても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。

［付記項１］燃料入口と、燃料出口と、酸化剤ガス入口と、酸化剤ガス出口とを有すると共に、一面側に設けられ前記燃料入口から前記燃料出口に向けて延設された複数の燃料通路と有し、且つ、他面側に設けられ前記酸化剤ガス入口から前記酸化剤ガス出口に向けて延設された複数の酸化剤ガス通路とを有する燃料電池用配流板の組において、
各前記酸化剤ガス通路は、縦方向に沿って延設された縦通路部分を有しており、
各前記燃料通路は、前記燃料入口から横方向に沿って延設された第１通路と、前記第１通路に連通すると共に縦方向に沿って延設された第２通路とを有しており、各前記燃料通路を構成する第１通路で形成された第１通路群の全体幅をＬＡとし、各前記燃料通路を構成する前記第２通路で形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢに設定されていることを特徴とする燃料電池用配流板の組。

［付記項２］付記項１において、前記第２通路は複数に分岐されており、前記第２通路の本数は前記第１通路の本数よりも増加していることを特徴とする燃料電池用配流板の組。

［付記項３］付記項１又は付記項２において、前記第２通路は、前記第２通路の本数を前記第１通路の本数よりも増加させる分岐壁を有することを特徴とする燃料電池用配流板の組。

［付記項４］燃料入口と、燃料出口と、酸化剤ガス入口と、酸化剤ガス出口とを有すると共に、一面側に設けられ前記燃料入口から前記燃料出口に向けて延設された複数の燃料通路と有し、且つ、他面側に設けられ前記酸化剤ガス入口から前記酸化剤ガス出口に向けて延設された複数の酸化剤ガス通路とを有する燃料電池用配流板において、各前記酸化剤ガス通路は、縦方向に沿って延設された縦通路部分を有しており、各前記燃料通路は、前記燃料入口から横方向に沿って延設された第１通路と、前記第１通路に連通すると共に縦方向に沿って延設された第２通路とを有しており、各前記燃料通路を構成する第１通路で形成された第１通路群の全体幅をＬＡとし、各前記燃料通路を構成する前記第２通路で形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢに設定されていることを特徴とする燃料電池用配流板。

［付記項５］付記項４において、前記第２通路は複数に分岐されており、前記第２通路の本数は前記第１通路の本数よりも増加していることを特徴とする燃料電池用配流板。

［付記項６］付記項４,５において、前記第２通路は、前記第２通路の本数を前記第１通路の本数よりも増加させる分岐壁を有することを特徴とする燃料電池用配流板。

［付記項７］各付記項において、互いに対向する上辺部及び下辺部と、互いに対向する２つの側辺部とを有しており、前記酸化剤ガス入口は上辺部側に設けられていると共に、前記酸化剤ガス出口は下辺部側に設けられており、前記酸化剤ガス通路を流れる酸化剤ガスは上から下に向けて流れ、且つ、前記燃料入口は一方の側辺部の下側に設けられていると共に、前記燃料出口は他方の側辺部の上側に設けられており、前記燃料通路を流れる燃料は下から上に向けて流れることを特徴とする燃料電池用配流板。

本発明は例えば車両用、定置用、携帯用、電気機器用、電子機器用等の燃料電池発電システムに利用することができる。

実施例１に係り、燃料電池の内部構造を模式的に示す概念図である。実施例１に係り、配流板の酸化剤ガス通路側を模式的に示す正面図である。実施例１に係り、配流板の燃料通路側を模式的に示す正面図である。実施例１に係り、配流板の燃料通路側の要部を拡大して模式的に示す正面図である。実施例２に係り、配流板の燃料通路側の要部を拡大して模式的に示す正面図である。実施例３に係り、一方の配流板の酸化剤ガス通路側を模式的に示す正面図である。実施例３に係り、一方の配流板の冷却水通路側の要部を拡大して模式的に示す正面図である。実施例３に係り、他方の配流板の酸化剤ガス通路側を模式的に示す正面図である。実施例３に係り、他方の配流板の冷却水通路側の要部を拡大して模式的に示す正面図である。試験結果を示すグラフである。

符号の説明

図中、１１は燃料極、１２は酸化剤極、２は配流板、２０は上辺部、２１は下辺部、２２は側辺部、３０は酸化剤ガス入口、３１は酸化剤ガス出口、３２は酸化剤ガス通路、４０は燃料入口、４１は燃料出口、４２は燃料通路、４２ａは第１通路、４２ｂは第２通路、４２ｃは第３通路を示す。

Claims

燃料入口と、燃料出口と、酸化剤ガス入口と、酸化剤ガス出口とを有すると共に、前記燃料入口から前記燃料出口に向けて延設された複数の燃料通路と有し、且つ、前記酸化剤ガス入口から前記酸化剤ガス出口に向けて延設された複数の酸化剤ガス通路とを有する燃料電池において、
各前記酸化剤ガス通路は、縦方向に沿って延設された縦通路部分を有しており、
各前記燃料通路は、前記燃料入口から横方向に沿って延設された第１通路と、前記第１通路に連通すると共に縦方向に沿って延設された第２通路とを有しており、
各前記燃料通路を構成する前記第１通路で形成された第１通路群の全体幅をＬＡとし、各前記燃料通路を構成する第２通路で形成された第２通路群の全体幅をＬＢとするとき、ＬＡ＜ＬＢに設定されていることを特徴とする燃料電池。
請求項１において、前記第２通路は複数に分岐されており、前記第２通路の本数は前記第１通路の本数よりも増加していることを特徴とする燃料電池。
請求項１または請求項２において、前記第２通路は、前記第２通路の本数を前記第１通路の本数よりも増加させる分岐壁を有することを特徴とする燃料電池。
請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、互いに対向する上辺部及び下辺部と、互いに対向する２つの側辺部とを有しており、
前記酸化剤ガス入口は上辺部側に設けられていると共に、前記酸化剤ガス出口は下辺部側に設けられており、前記酸化剤ガス通路を流れる酸化剤ガスは上から下に向けて流れ、且つ、
前記燃料入口は一方の側辺部の下側に設けられていると共に、前記燃料出口は他方の側辺部の上側に設けられており、前記燃料通路を流れる燃料は下から上に向けて流れることを特徴とする燃料電池。