JP2008034299A

JP2008034299A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2008034299A
Application number: JP2006208212A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Sato; 博道佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems that it is difficult to efficiently exhaust moisture inside a fuel cell in the case of adopting a constitution that the whole opposing faces opposite to a dispersion layer in a separator are made to have high hydrophilic characteristics and that the whole opposing faces are made to have low hydrophilic characteristics in the fuel cell in which a membrane electrode assembly and the separator are laminated. <P>SOLUTION: In the fuel cell equipped with the membrane electrode assembly having a power generation region containing an electrolyte membrane, the separator opposing to the membrane electrode assembly at least in the power generation region, and a gas flow passage of a gas for power generation formed at least at one part of the surrounding of the power generation region, on the opposing faces opposing to the membrane electrode assembly, the separator has high hydrophilic parts high in hydrophilic characteristics and low hydrophilic parts lower in hydrophilic characteristics than those in the high hydrophilic parts, and at least one part of the high hydrophilic parts is communicated with the gas flow passage. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池内部の水分を排出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for discharging moisture inside a fuel cell.

電解質層として固体高分子電解質膜を有する燃料電池では、電気化学反応によって生成された水や、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）を加湿するために用いられた水に起因して様々な不都合が発生する。例えば、これらの水分が多量に燃料電池内部に留まり、反応ガスを電解質膜に拡散するための拡散層において凝縮すると、拡散層が目詰まりして反応ガスの拡散が阻害されて出力が低下してしまう。そこで、拡散層に対向するセパレータを、高い親水性を有するセパレータで構成する方法が提案されている（下記特許文献１参照）。これは、セパレータの親水性を高めることで、拡散層内部の水分をセパレータ全体に拡散して蒸発を促すことを目的とするものである。 In a fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte layer, there are various inconveniences due to water generated by electrochemical reaction and water used for humidifying reaction gas (fuel gas and oxidizing gas). appear. For example, if a large amount of these water stays inside the fuel cell and condenses in the diffusion layer for diffusing the reaction gas to the electrolyte membrane, the diffusion layer is clogged, and the diffusion of the reaction gas is hindered and the output is reduced End up. Therefore, a method has been proposed in which the separator facing the diffusion layer is made of a separator having high hydrophilicity (see Patent Document 1 below). This is intended to promote evaporation by increasing the hydrophilicity of the separator and diffusing moisture inside the diffusion layer throughout the separator.

特開２００５−１９７２２２号公報JP 2005-197222 A

上記特許文献１に記載のセパレータのように、拡散層に対向する対向面全体が高い親水性を有する場合には、拡散層内部の水分は対向面全体に拡散すると共に、その親水性に起因して保水することとなり、水溜りができ易くなる。一方、仮に、対向面全体を低い親水性（高い撥水性）とした場合にも、拡散層内部で水滴（水溜り）ができ易くなる。そして、このようにして生成された水溜りを蒸発によって排出するには長時間を要するという問題があった。 In the case where the entire facing surface facing the diffusion layer has high hydrophilicity like the separator described in Patent Document 1, moisture inside the diffusion layer diffuses throughout the facing surface and is attributed to the hydrophilicity. The water will be retained and the water will be easily retained. On the other hand, even if the entire opposing surface is made to have low hydrophilicity (high water repellency), water droplets (water pool) are easily formed inside the diffusion layer. And there existed a problem that it took a long time to discharge | emit the water pool produced | generated in this way by evaporation.

本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、燃料電池内部の水分を効率的に排出することを可能とする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of efficiently discharging water inside the fuel cell.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、電解質膜を含む発電領域を有する膜電極接合体と、少なくとも前記発電領域において前記膜電極接合体と対向するセパレータと、前記発電領域の周囲の少なくとも一部に形成された発電用ガスのガス流路と、を備え、前記セパレータは、前記膜電極接合体と対向する対向面において、親水性の高い高親水部と、前記高親水部よりも親水性の低い低親水部と、を有し、前記高親水部の少なくとも一部は、前記ガス流路に連通していることを要旨とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell according to the present invention includes a membrane electrode assembly having a power generation region including an electrolyte membrane, a separator facing the membrane electrode assembly at least in the power generation region, and a periphery of the power generation region. A gas flow path for power generation gas formed in at least a part of the separator, and the separator has a highly hydrophilic highly hydrophilic portion on a facing surface facing the membrane electrode assembly, and the highly hydrophilic portion. And a low hydrophilic part having low hydrophilicity, and at least a part of the high hydrophilic part communicates with the gas flow path.

このように本発明の燃料電池は、対向面において、高親水部と低親水部とを有しているので、膜電極接合体内部の水分を低親水部に対応する部分から高親水部に対応する部分へと排出させて集めることができると共に、高親水部の少なくとも一部はガス流路に連通しているので、高親水部に対応する部分に集めた水分をガス流路から排出させることができ、燃料電池内部の水分を効率的に排出することができる。 As described above, since the fuel cell of the present invention has the highly hydrophilic portion and the low hydrophilic portion on the opposite surface, the moisture inside the membrane electrode assembly can be changed from the portion corresponding to the low hydrophilic portion to the highly hydrophilic portion. Since the at least part of the highly hydrophilic part communicates with the gas flow path, the water collected at the part corresponding to the highly hydrophilic part can be discharged from the gas flow path. Thus, the water inside the fuel cell can be efficiently discharged.

上記燃料電池において、前記セパレータは、さらに、前記セパレータを厚さ方向に貫通する、前記発電用ガスを排出するためのガス排出孔を有し、前記ガス流路は、前記ガス排出孔を含むようにしてもよい。 In the above fuel cell, the separator further includes a gas exhaust hole for exhausting the power generation gas that penetrates the separator in a thickness direction, and the gas flow path includes the gas exhaust hole. Also good.

このようにすることで、ガス排出孔から発電用ガスを排出すると共に、高親水部に対応する部分に集めた水分をガス排出孔から排出することができる。 By doing so, the power generation gas can be discharged from the gas discharge hole, and the water collected in the portion corresponding to the highly hydrophilic portion can be discharged from the gas discharge hole.

上記燃料電池において、前記膜電極接合体は、さらに、前記膜電極接合体と前記対向面との間のシール性を確保するために、前記発電領域の周囲に沿って形成されたシール部を有し、前記ガス流路は、前記発電領域と前記シール部と前記対向面とで囲まれた隙間部を含むようにしてもよい。 In the fuel cell, the membrane electrode assembly further includes a seal portion formed along the periphery of the power generation region in order to ensure a sealing property between the membrane electrode assembly and the facing surface. The gas flow path may include a gap portion surrounded by the power generation region, the seal portion, and the facing surface.

このようにすることで、隙間部に水分を流すことができるので、隙間部を伝って排出されてしまう発電用ガスの量を、隙間部に水分を流さない構成に比べて低減させることができる。この隙間部を伝って排出されてしまう発電用ガスは、発電領域に流入しないので、電気化学反応に供されない無駄なガスである。従って上記構成とすることで、かかる無駄な発電用ガスの消費を抑制することができる。 In this way, moisture can flow through the gap, so the amount of power generation gas that is discharged through the gap can be reduced compared to a configuration in which no moisture flows through the gap. . The power generation gas that is discharged through this gap does not flow into the power generation region, and is a useless gas that is not subjected to an electrochemical reaction. Therefore, by using the above configuration, it is possible to suppress the wasteful consumption of power generation gas.

上記燃料電池において、前記高親水部と、前記膜電極接合体において前記高親水部に対応する高親水対応部と、のうち、少なくともいずれかにおいて、前記燃料電池内部の水分を前記ガス流路に導くための溝が形成されているようにしてもよい。 In the fuel cell, in at least one of the highly hydrophilic portion and the highly hydrophilic portion corresponding to the highly hydrophilic portion in the membrane electrode assembly, moisture in the fuel cell is supplied to the gas flow path. A groove for guiding may be formed.

このようにすることで、低親水部から高親水部に多量の水分が排出された場合でも、この溝を排水溝として、多量の水分を速やかにガス流路に導いて排出することができる。 By doing in this way, even when a large amount of water is discharged from the low hydrophilic portion to the highly hydrophilic portion, this groove can be used as a drainage groove to quickly discharge a large amount of water to the gas flow path.

上記燃料電池において、前記高親水部は、前記発電用ガスの流れ方向に沿って配置されている流れ方向部分と、前記流れ方向部分と交差するように配置されている交差部分と、を有し、前記流れ方向部分と前記交差部分とによって、前記対向面において格子状に形成されているようにしてもよい。 In the fuel cell, the highly hydrophilic portion includes a flow direction portion disposed along the flow direction of the power generation gas, and an intersecting portion disposed so as to intersect the flow direction portion. The flow direction portion and the intersecting portion may be formed in a lattice shape on the facing surface.

このようにすることで、前記低親水部から交差部分に排出された水分を、発電用ガスの流れによって、流れ方向部分を伝ってガス流路まで移動させて排出することができる。 By doing in this way, the water | moisture content discharged | emitted from the said low hydrophilic part to the cross | intersection part can be moved to a gas flow path through the flow direction part by the flow of power generation gas, and can be discharged | emitted.

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．第３の実施例：
Ｄ．第４の実施例：
Ｅ．第５の実施例：
Ｆ．第６の実施例：
Ｇ．変形例： Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Fourth embodiment:
E. Fifth embodiment:
F. Sixth embodiment:
G. Variation:

Ａ．第１の実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の第１の実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１０と、水素タンク３０と、ラジエータ４０と、気液分離器８０と、を備える。燃料電池スタック１０は、積層された複数の燃料電池モジュール２０を備える。 A. First embodiment:
A1. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system as a first embodiment of the present invention. The fuel cell system 1000 includes a fuel cell stack 10, a hydrogen tank 30, a radiator 40, and a gas / liquid separator 80. The fuel cell stack 10 includes a plurality of stacked fuel cell modules 20.

燃料電池システム１０００の運転時において、燃料電池スタック１０には、電池反応に用いられる反応ガス及び冷却媒体が供給される。具体的には、水素タンク３０から、配管３０５，３５０ａを介して燃料ガスとしての水素ガスが供給される。なお、この燃料ガスは、加湿器（図示省略）で加湿されて燃料電池スタック１０に供給される。これは、各燃料電池モジュール２０が有する電解質膜（後述）が、湿潤環境下において高いイオン交換能力を発揮するためである。燃料電池スタック１０に供給された燃料ガスは、各燃料電池モジュール２０のアノードにおいて電気化学反応に使用され、オフガスとして配管３５０ｂから排出される。このオフガスには、電気化学反応に使用されずに排出された水素ガスの他に、電気化学反応で生成された水や、加湿で用いられた水を含んでいる。このオフガスは、配管３５０ｂに設けられた気液分離器８０において水分を除去されて、配管３５０ａに戻されて再び燃料電池スタック１０に循環される。配管３５０ｂには、循環のための循環ポンプ３４０が配置されている。 During the operation of the fuel cell system 1000, the fuel cell stack 10 is supplied with a reaction gas and a cooling medium used for a cell reaction. Specifically, hydrogen gas as fuel gas is supplied from the hydrogen tank 30 through the pipes 305 and 350a. The fuel gas is humidified by a humidifier (not shown) and supplied to the fuel cell stack 10. This is because the electrolyte membrane (described later) included in each fuel cell module 20 exhibits high ion exchange capability in a humid environment. The fuel gas supplied to the fuel cell stack 10 is used for an electrochemical reaction at the anode of each fuel cell module 20 and is discharged from the pipe 350b as an off gas. In addition to the hydrogen gas discharged without being used for the electrochemical reaction, the off-gas includes water generated by the electrochemical reaction and water used for humidification. The off-gas is dehydrated in the gas-liquid separator 80 provided in the pipe 350b, returned to the pipe 350a, and circulated again to the fuel cell stack 10. A circulation pump 340 for circulation is disposed in the pipe 350b.

また、燃料電池スタック１０には、配管２５０ａに配置されたエアコンプレッサ２６０によって、エアフィルタ２０５を通した空気が酸化ガスとして供給される。燃料電池スタック１０に供給された酸化ガスは、各燃料電池モジュール２０のカソードにおいて電気化学反応に使用され、オフガスとして配管２５０ｂを介して大気中に放出される。 In addition, air that has passed through the air filter 205 is supplied to the fuel cell stack 10 as an oxidizing gas by an air compressor 260 disposed in the pipe 250a. The oxidizing gas supplied to the fuel cell stack 10 is used for an electrochemical reaction at the cathode of each fuel cell module 20, and is released into the atmosphere as an off gas through the pipe 250b.

また、燃料電池スタック１０には、ラジエータ４０から配管４５０ａを介して冷却媒体としての水が供給される。燃料電池スタック１０から排出された冷却水は、配管４５０ｂを介してラジエータ４０に送られて再び燃料電池スタック１０に循環される。配管４５０ｂには、循環のための循環ポンプ４１０が配置されている。 Further, water as a cooling medium is supplied from the radiator 40 to the fuel cell stack 10 via the pipe 450a. The cooling water discharged from the fuel cell stack 10 is sent to the radiator 40 through the pipe 450b and is circulated again to the fuel cell stack 10. A circulation pump 410 for circulation is disposed in the pipe 450b.

なお、上述した配管３０５には、電磁弁３１０が配置されている。同様にして、配管２５０ａには電磁弁２７０が、配管２５０ｂには電磁弁２８０が、それぞれ配置されている。また、配管３５０ｂの気液分離器８０の下流側には配管３７０が分岐して配置されている。この配管３７０は、配管２５０ｂと接続されており、大気への排出路を形成している。なお、配管３７０には電磁弁３６０が配置されている。上述した電磁弁３１０，２７０，２８０，３６０は、いずれもＣＰＵやメモリ等を搭載した制御ユニット（図示省略）によって開閉が制御される。 In addition, the solenoid valve 310 is arrange | positioned at the piping 305 mentioned above. Similarly, an electromagnetic valve 270 is disposed on the pipe 250a, and an electromagnetic valve 280 is disposed on the pipe 250b. A pipe 370 is branched and arranged on the downstream side of the gas-liquid separator 80 of the pipe 350b. The pipe 370 is connected to the pipe 250b and forms a discharge path to the atmosphere. Note that an electromagnetic valve 360 is disposed in the pipe 370. The electromagnetic valves 310, 270, 280, and 360 described above are controlled to be opened and closed by a control unit (not shown) equipped with a CPU, memory, and the like.

図２は、燃料電池モジュール２０の詳細構成を示す断面図である。燃料電池モジュール２０は、セパレータ２５と、シール一体型膜電極接合体（以下、「シール一体型ＭＥＡ」と呼ぶ。）２１と、を交互に積層して構成されている。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the fuel cell module 20. The fuel cell module 20 is configured by alternately laminating separators 25 and seal-integrated membrane electrode assemblies (hereinafter referred to as “seal-integrated MEA”) 21.

シール一体型ＭＥＡ２１は、膜電極接合体部（ＭＥＡ部）６０と、ＭＥＡ部６０を囲むシール部５０と、を備える。ＭＥＡ部６０は、フッ素樹脂系イオン交換膜である電解質膜２１１と、カソード側拡散層２１２と、アノード側拡散層２１３と、を備えている。フッ素樹脂系イオン交換膜としては、Nafion（登録商標）やFlemion（登録商標）やAciplex（登録商標）等を用いることができる。また、各拡散層２１２，２１３は、金属メッシュで構成されているが、発泡金属等の他の金属多孔質体や、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを用いることもできる。シール部５０は、シリコンゴムで構成されているが、ブチルゴムやフッ素ゴム等の他の樹脂材料を用いて構成することもできる。なお、シール部５０において、カソード側プレート２２及びアノード側プレート２３と接する部位をシール線ＳＬと呼ぶ。ＭＥＡ部６０は、他に、図示せざる触媒層を備えている。 The seal-integrated MEA 21 includes a membrane electrode assembly part (MEA part) 60 and a seal part 50 surrounding the MEA part 60. The MEA unit 60 includes an electrolyte membrane 211 that is a fluororesin-based ion exchange membrane, a cathode side diffusion layer 212, and an anode side diffusion layer 213. As the fluororesin ion exchange membrane, Nafion (registered trademark), Flemion (registered trademark), Aciplex (registered trademark), or the like can be used. Moreover, although each diffusion layer 212,213 is comprised with the metal mesh, other metal porous bodies, such as a foam metal, carbon paper, carbon cloth, etc. can also be used. The seal portion 50 is made of silicon rubber, but can be made using other resin materials such as butyl rubber and fluororubber. Note that a portion of the seal portion 50 that contacts the cathode side plate 22 and the anode side plate 23 is referred to as a seal line SL. In addition, the MEA unit 60 includes a catalyst layer (not shown).

セパレータ２５は、シール一体型ＭＥＡ２１のカソード側に対向するカソード側プレート２２と、アノード側に対向するアノード側プレート２３と、これらカソード側プレート２２とアノード側プレート２３とに挟持される中間プレート２４と、を備えている。これらの３枚のプレート２２，２３，２４は重ね合わせて、ホットプレスすることにより接合されている。なお、各プレート２２，２３，２４は、いずれもチタン製の薄板であるが、チタンに限らずチタン合金や、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等、他の金属製の薄板を用いることができる。また、カソード側プレート２２においてシール一体型ＭＥＡ２１に対向する面（以下、「カソード側対向面」と呼ぶ。）は、比較的親水性の高い親水部と、比較的親水性の低い撥水部と、を備える。なお、中間プレート２４には、カソード側プレート２２及びアノード側プレート２３に挟まれた空間として、冷却媒体流路６５が形成されている。 The separator 25 includes a cathode side plate 22 facing the cathode side of the seal-integrated MEA 21, an anode side plate 23 facing the anode side, and an intermediate plate 24 sandwiched between the cathode side plate 22 and the anode side plate 23. It is equipped with. These three plates 22, 23, 24 are overlapped and joined by hot pressing. Each of the plates 22, 23, and 24 is a titanium thin plate, but is not limited to titanium, and other metal thin plates such as a titanium alloy or SUS (stainless steel) can be used. Further, the surface facing the seal-integrated MEA 21 in the cathode side plate 22 (hereinafter referred to as “cathode side facing surface”) includes a hydrophilic portion having a relatively high hydrophilicity and a water repellent portion having a relatively low hydrophilicity. . Note that a cooling medium flow path 65 is formed in the intermediate plate 24 as a space sandwiched between the cathode side plate 22 and the anode side plate 23.

図３は、第１の実施例におけるシール一体型ＭＥＡ２１の平面図である。シール一体型ＭＥＡ２１においてシール部５０は、燃料ガス供給マニホールド形成部５０１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部５０１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部５０２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部５０２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部５０３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部５０３ｂと、を有する。これらの各マニホールド形成部５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂ，５０３ａ，５０３ｂは、シール部５０を厚さ（積層方向）方向に貫通する貫通部として形成されている。これらの各マニホールド形成部５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂ，５０３ａ，５０３ｂの外周縁部には、シール線ＳＬが形成されている。また、ＭＥＡ部６０の外周縁部にもシール線ＳＬが形成されている。なお、ＭＥＡ部６０が配置された領域（図３における網掛け部分）を発電領域ＤＡと呼ぶ。 FIG. 3 is a plan view of the seal-integrated MEA 21 in the first embodiment. In the seal-integrated MEA 21, the seal portion 50 includes a fuel gas supply manifold forming portion 501a, a fuel gas discharge manifold forming portion 501b, an oxidizing gas supply manifold forming portion 502a, an oxidizing gas discharge manifold forming portion 502b, and a cooling medium supply manifold. It has a forming part 503a and a cooling medium discharge manifold forming part 503b. Each of these manifold forming portions 501a, 501b, 502a, 502b, 503a, and 503b is formed as a through portion that penetrates the seal portion 50 in the thickness (stacking direction) direction. Seal lines SL are formed on the outer peripheral edge portions of the manifold forming portions 501a, 501b, 502a, 502b, 503a, and 503b. A seal line SL is also formed on the outer peripheral edge of the MEA portion 60. Note that a region where the MEA unit 60 is disposed (a shaded portion in FIG. 3) is referred to as a power generation region DA.

図４は、セパレータ２５を構成する各プレート２２，２３，２４の詳細構成を示す平面図である。図４（Ａ）に示すアノード側プレート２３は、図３に示すシール一体型ＭＥＡ２１と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２３１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２３１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２３２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２３２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２３３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２３３ｂと、を有する。これらの各マニホールド形成部２３１ａ，２３１ｂ，２３２ａ，２３２ｂ，２３３ａ，２３３ｂは、アノード側プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。また、アノード側プレート２３は、シール一体型ＭＥＡ２１の発電領域ＤＡと対向する領域内に、複数個の燃料ガス供給孔２３７と、複数個の燃料ガス排出孔２３８と、を有する。これら燃料ガス供給孔２３７及び燃料ガス排出孔２３８は、アノード側プレート２３を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。 FIG. 4 is a plan view showing a detailed configuration of each plate 22, 23, 24 that constitutes the separator 25. The anode side plate 23 shown in FIG. 4 (A) has a fuel gas supply manifold forming portion 231a, a fuel gas discharge manifold forming portion 231b, and an oxidizing gas supply manifold forming portion at the same position as the seal-integrated MEA 21 shown in FIG. 232a, an oxidizing gas discharge manifold forming portion 232b, a cooling medium supply manifold forming portion 233a, and a cooling medium discharge manifold forming portion 233b. Each of these manifold forming portions 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, 233b is formed as a through portion that penetrates the anode side plate 23 in the thickness direction. Further, the anode side plate 23 has a plurality of fuel gas supply holes 237 and a plurality of fuel gas discharge holes 238 in a region facing the power generation region DA of the seal-integrated MEA 21. The fuel gas supply hole 237 and the fuel gas discharge hole 238 are formed as through portions that penetrate the anode side plate 23 in the thickness direction.

図４（Ｃ）に示すカソード側プレート２２は、シール一体型ＭＥＡ２１及びアノード側プレート２３と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２２１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２２１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２２２ｂと、冷却媒体供給マニホールド形成部２２３ａと、冷却媒体排出マニホールド形成部２２３ｂと、を有する。これらの各マニホールド形成部２２１ａ，２２１ｂ，２２２ａ，２２２ｂ，２２３ａ，２２３ｂは、カソード側プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。また、カソード側プレート２２は、複数個の酸化ガス供給孔２２５と、複数個の酸化ガス排出孔２２６と、を有する。これら酸化ガス供給孔２２５及び酸化ガス排出孔２２６は、カソード側プレート２２を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。 The cathode side plate 22 shown in FIG. 4C has a fuel gas supply manifold forming portion 221a, a fuel gas discharge manifold forming portion 221b, and an oxidizing gas supply manifold formed at the same position as the seal-integrated MEA 21 and the anode side plate 23. Part 222a, oxidizing gas discharge manifold forming part 222b, cooling medium supply manifold forming part 223a, and cooling medium discharge manifold forming part 223b. Each of these manifold forming portions 221a, 221b, 222a, 222b, 223a, and 223b is formed as a through portion that penetrates the cathode side plate 22 in the thickness direction. Further, the cathode side plate 22 has a plurality of oxidizing gas supply holes 225 and a plurality of oxidizing gas discharge holes 226. The oxidizing gas supply hole 225 and the oxidizing gas discharge hole 226 are formed as penetrating portions that penetrate the cathode side plate 22 in the thickness direction.

ここで、カソード側プレート２２の、カソード側対向面では、シール一体型ＭＥＡ２１の発電領域ＤＡと対向する領域内において、親水部と撥水部とが格子状に混在している。これら親水部及び撥水部は、互いに異なる表面処理方法によって形成されている。具体的には、親水部は、窒化チタンを用いた表面処理によって形成され、撥水部は、金めっきを施して形成されている。そして、酸化ガス排出孔２２６は親水部内に配置されている。なお、親水部が請求項における高親水部に相当し、撥水部が請求項における低親水部に相当する。 Here, on the cathode-side facing surface of the cathode-side plate 22, hydrophilic portions and water-repellent portions are mixed in a lattice pattern in a region facing the power generation region DA of the seal-integrated MEA 21. The hydrophilic part and the water repellent part are formed by different surface treatment methods. Specifically, the hydrophilic portion is formed by surface treatment using titanium nitride, and the water repellent portion is formed by performing gold plating. The oxidizing gas discharge hole 226 is disposed in the hydrophilic portion. The hydrophilic portion corresponds to the highly hydrophilic portion in the claims, and the water repellent portion corresponds to the low hydrophilic portion in the claims.

図４（Ｂ）に示す中間プレート２４は、カソード側プレート２２及びアノード側プレート２３と同じ位置に、燃料ガス供給マニホールド形成部２４１ａと、燃料ガス排出マニホールド形成部２４１ｂと、酸化ガス供給マニホールド形成部２４２ａと、酸化ガス排出マニホールド形成部２４２ｂと、を有している。これらの各マニホールド形成部２４１ａ，２４１ｂ，２４２ａ，２４２ｂは、中間プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。さらに、中間プレート２４は、複数の長孔である、燃料ガス供給流路形成部２４７と、燃料ガス排出流路形成部２４８と、酸化ガス供給流路形成部２４５と、酸化ガス排出流路形成部２４６と、を備えている。これらの各流路形成部２４５〜２４８の一端は、それぞれ各マニホールド形成部２４１ａ，２４１ｂ，２４２ａ，２４２ｂと連通している。また、燃料ガス供給流路形成部２４７及び燃料ガス排出流路形成部２４８の他端は、それぞれ、積層状態においてアノード側プレート２３に形成された燃料ガス供給孔２３７及び燃料ガス排出孔２３８と連通している。同様にして、酸化ガス供給流路形成部２４５及び酸化ガス排出流路形成部２４６の他端は、それぞれ、積層状態においてカソード側プレート２２に形成された酸化ガス供給孔２２５及び酸化ガス排出孔２２６に連通している。さらに、中間プレート２４は、水平方向に横断する長孔の冷却媒体流路形成部２４４を複数個有している。そして、上述した中間プレート２４における各流路形成部２４４〜２４８は、中間プレート２４を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。 The intermediate plate 24 shown in FIG. 4B has a fuel gas supply manifold forming portion 241a, a fuel gas discharge manifold forming portion 241b, and an oxidizing gas supply manifold forming portion at the same position as the cathode side plate 22 and the anode side plate 23. 242a and an oxidizing gas discharge manifold forming part 242b. Each of these manifold forming portions 241a, 241b, 242a, 242b is formed as a through portion that penetrates the intermediate plate 24 in the thickness direction. Further, the intermediate plate 24 has a plurality of long holes, which are a fuel gas supply flow path forming part 247, a fuel gas discharge flow path forming part 248, an oxidizing gas supply flow path forming part 245, and an oxidizing gas discharge flow path forming. Part 246. One end of each of these flow path forming portions 245 to 248 communicates with each of the manifold forming portions 241a, 241b, 242a, and 242b. Further, the other ends of the fuel gas supply flow path forming part 247 and the fuel gas discharge flow path forming part 248 communicate with the fuel gas supply hole 237 and the fuel gas discharge hole 238 formed in the anode side plate 23 in the stacked state, respectively. is doing. Similarly, the other ends of the oxidizing gas supply flow path forming portion 245 and the oxidizing gas discharge flow path forming portion 246 are respectively connected to the oxidizing gas supply hole 225 and the oxidizing gas discharge hole 226 formed in the cathode side plate 22 in the stacked state. Communicating with Further, the intermediate plate 24 has a plurality of long cooling medium flow path forming portions 244 that traverse in the horizontal direction. And each flow path formation part 244-248 in the intermediate | middle plate 24 mentioned above is formed as a penetration part which penetrates the intermediate | middle plate 24 in thickness direction.

図５は、カソード側プレート２２と中間プレート２４とアノード側プレート２３とが組み合わされたセパレータ２５を、カソード側対向面からみた平面透視図である。このセパレータ２５には、厚さ方向に貫通する各種マニホールドが形成されている。具体的には、例えば、セパレータ２５上部には、上述した酸化ガス供給マニホールド形成部２２２ａ，２４２ａ，２３２ａによって酸化ガス供給マニホールドが生成され、下部には、酸化ガス排出マニホールド形成部２２２ｂ，２４２ｂ，２３２ｂによって酸化ガス排出マニホールドが形成されている。同様にして、燃料ガス供給マニホールド，燃料ガス排出マニホールド，冷却媒体供給マニホールド，冷却媒体排出マニホールドが、それぞれ形成されている。また、セパレータ２５には、燃料ガス供給流路６１，燃料ガス排出流路６２，酸化ガス供給流路６３，酸化ガス排出流路６４が形成されている。また、セパレータ２５には、図２に示す冷却媒体流路６５も形成されている。 FIG. 5 is a plan perspective view of the separator 25 in which the cathode side plate 22, the intermediate plate 24, and the anode side plate 23 are combined as seen from the cathode side facing surface. The separator 25 is formed with various manifolds penetrating in the thickness direction. Specifically, for example, an oxidizing gas supply manifold is generated at the upper portion of the separator 25 by the above-described oxidizing gas supply manifold forming portions 222a, 242a, 232a, and at the lower portion, the oxidizing gas discharge manifold forming portions 222b, 242b, 232b. As a result, an oxidizing gas discharge manifold is formed. Similarly, a fuel gas supply manifold, a fuel gas discharge manifold, a cooling medium supply manifold, and a cooling medium discharge manifold are formed. In the separator 25, a fuel gas supply channel 61, a fuel gas discharge channel 62, an oxidizing gas supply channel 63, and an oxidizing gas discharge channel 64 are formed. The separator 25 is also formed with a coolant flow path 65 shown in FIG.

Ａ２．発電時におけるカソード側のガスの流れ：
図６は、図５におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。なお、図６では、図５に示すセパレータ２５と、シール一体型ＭＥＡ２１と、が積層された状態での断面を示す。中間プレート２４において、酸化ガス供給流路形成部２４５とカソード側プレート２２とアノード側プレート２３とで囲まれた空間として前述の酸化ガス供給流路６３が形成されている。同様にして、酸化ガス排出流路形成部２４６とカソード側プレート２２とアノード側プレート２３とで囲まれた空間として酸化ガス排出流路６４が形成されている。また、シール線ＳＬと発電領域ＤＡとで囲まれた部分に隙間部１００が形成されている。 A2. Gas flow on the cathode side during power generation:
6 is a cross-sectional view showing an AA cross section in FIG. 5. 6 shows a cross section in a state where the separator 25 shown in FIG. 5 and the seal-integrated MEA 21 are stacked. In the intermediate plate 24, the above-described oxidizing gas supply channel 63 is formed as a space surrounded by the oxidizing gas supply channel forming part 245, the cathode side plate 22 and the anode side plate 23. Similarly, an oxidizing gas discharge channel 64 is formed as a space surrounded by the oxidizing gas discharge channel forming part 246, the cathode side plate 22 and the anode side plate 23. Further, a gap 100 is formed in a portion surrounded by the seal line SL and the power generation area DA.

燃料電池スタック１０に供給された酸化ガス（空気）は、酸化ガス供給マニホールドを通じて各燃料電池モジュール２０に供給される。そして、この酸化ガスは、中間プレート２４の酸化ガス供給流路６３に流入し、酸化ガス供給孔２２５を通ってシール一体型ＭＥＡ２１のカソード側拡散層２１２に供給される。カソード側拡散層２１２に供給された酸化ガスは、発電領域ＤＡ全体に亘って拡散して電気化学反応に供される。電気化学反応の後、余剰酸化ガスは、カソード側プレート２２の酸化ガス排出孔２２６を通って酸化ガス排出流路６４に排出される。そして、酸化ガス排出流路６４に排出された余剰酸化ガスは、酸化ガス排出マニホールドに流出して、燃料電池スタック１０外部に排出されることとなる。 The oxidizing gas (air) supplied to the fuel cell stack 10 is supplied to each fuel cell module 20 through the oxidizing gas supply manifold. Then, the oxidizing gas flows into the oxidizing gas supply channel 63 of the intermediate plate 24 and is supplied to the cathode side diffusion layer 212 of the seal-integrated MEA 21 through the oxidizing gas supply hole 225. The oxidizing gas supplied to the cathode side diffusion layer 212 is diffused throughout the power generation area DA and used for the electrochemical reaction. After the electrochemical reaction, surplus oxidizing gas is discharged to the oxidizing gas discharge channel 64 through the oxidizing gas discharge hole 226 of the cathode side plate 22. Then, the surplus oxidizing gas discharged to the oxidizing gas discharge channel 64 flows out to the oxidizing gas discharge manifold and is discharged outside the fuel cell stack 10.

Ａ３．発電時におけるカソード側の水分の流れ：
図７は、第１の実施例におけるカソード側プレート２２をカソード側対向面からみた平面図である。図７では、説明の便宜上、カソード側プレート２２のカソード側対向面に矢印を付すことによって、カソード側拡散層２１２内部の水分の流れを示している。なお、カソード側対向面で接するシール一体型ＭＥＡ２１のシール線ＳＬの一部と、発電領域ＤＡと、をそれぞれ点線及び破線で示している。 A3. Moisture flow on the cathode side during power generation:
FIG. 7 is a plan view of the cathode side plate 22 in the first embodiment as seen from the cathode side facing surface. In FIG. 7, for convenience of explanation, the flow of moisture inside the cathode side diffusion layer 212 is shown by attaching an arrow to the cathode side facing surface of the cathode side plate 22. Note that a part of the seal line SL of the seal-integrated MEA 21 that is in contact with the cathode-side facing surface and the power generation area DA are indicated by a dotted line and a broken line, respectively.

カソード側プレート２２の撥水部では水をはじき、また、親水部では水を吸収しようとするため、カソード側拡散層２１２における撥水部に対応する部分（以下、「撥水対応部」と呼ぶ。）の水分は、親水部に対応する部分（以下、「親水対応部」と呼ぶ。）に排出されることとなる。ここで、親水部は、カソード側プレート２２の中央において、酸化ガスのガス流れ方向及び重力方向に伸びた部分（以下、「中央流路部」と呼ぶ。）２３０を有する。従って、撥水対応部から親水対応部に排出された水分は、酸化ガスの流れに従って、親水部を伝って中央流路部２３０に集まってくる。そして、中央流路部２３０に集まった水分は、酸化ガスの流れ及び重力に従って、上部から下部に流れ落ちて酸化ガス排出孔２２６から排出される。なお、前述の親水対応部は請求項における高親水対応部に相当する。 Since the water repellent portion of the cathode side plate 22 repels water and the hydrophilic portion tends to absorb water, the portion corresponding to the water repellent portion in the cathode side diffusion layer 212 (hereinafter referred to as “water repellent corresponding portion”). )) Is discharged to a portion corresponding to the hydrophilic portion (hereinafter referred to as a “hydrophilic portion”). Here, the hydrophilic portion has a portion (hereinafter referred to as a “central flow path portion”) 230 extending in the gas flow direction and the gravity direction of the oxidizing gas at the center of the cathode side plate 22. Therefore, the water discharged from the water repellent corresponding part to the hydrophilic corresponding part is collected in the central flow path part 230 along the hydrophilic part according to the flow of the oxidizing gas. Then, the water collected in the central flow path 230 flows down from the upper part to the lower part according to the flow of the oxidizing gas and gravity, and is discharged from the oxidizing gas discharge hole 226. In addition, the above-mentioned hydrophilic corresponding | compatible part is corresponded to the highly hydrophilic corresponding | compatible part in a claim.

以上のように、カソード側プレート２２は、カソード側対向面において、親水部と撥水部とが混在しているので、カソード側拡散層２１２内部の水分を親水対応部に集めることができる。そして、親水部の一部は、ガスの排出流路の一部となる酸化ガス排出孔２２６と接しているので、親水対応部に集めた水分を、酸化ガス排出孔２２６を介して酸化ガス排出マニホールドに排出することができる。このようにして、燃料電池スタック１０では、カソード側拡散層２１２内部の水分を燃料電池スタック１０外部に効率的に排出することができる。 As described above, since the hydrophilic portion and the water repellent portion are mixed on the cathode side facing surface, the cathode side plate 22 can collect moisture inside the cathode side diffusion layer 212 in the hydrophilic corresponding portion. Since a part of the hydrophilic portion is in contact with the oxidizing gas discharge hole 226 that is a part of the gas discharge flow path, the water collected in the hydrophilic corresponding portion is discharged through the oxidizing gas discharge hole 226. Can be discharged to the manifold. In this manner, in the fuel cell stack 10, the moisture inside the cathode side diffusion layer 212 can be efficiently discharged outside the fuel cell stack 10.

Ｂ．第２の実施例：
図８は、第２の実施例におけるシール一体型ＭＥＡを示す説明図である。なお、図８（Ａ）はシール一体型ＭＥＡ２１’のカソード面からみた平面図を示し、図８（Ｂ）は、シール一体型ＭＥＡ２１’の発電領域ＤＡ（一部）の斜視図を示す。なお、第２の実施例における燃料電池システムは、このシール一体型ＭＥＡ２１’が異なるだけで、他の構成については、第１の実施例の燃料電池システム１０００と同じである。 B. Second embodiment:
FIG. 8 is an explanatory view showing a seal-integrated MEA in the second embodiment. 8A shows a plan view seen from the cathode surface of the seal-integrated MEA 21 ′, and FIG. 8B shows a perspective view of a power generation area DA (part) of the seal-integrated MEA 21 ′. The fuel cell system according to the second embodiment is the same as the fuel cell system 1000 according to the first embodiment except for the seal-integrated MEA 21 ′.

シール一体型ＭＥＡ２１’では、カソード側拡散層２１２において、親水対応部が浅い溝として形成されており、シール一体型ＭＥＡ２１’とカソード側プレート２２とが重ねられたときに、カソード側プレート２２とこの溝との間に空間が生まれる。それゆえ、撥水対応部から多量の水分が排出されたとしても、かかる空間を排水流路（排水溝）として速やかに排出することができる。従って、カソード側拡散層２１２内部の水分を効率的に排出することができる。 In the seal-integrated MEA 21 ′, the hydrophilic portion is formed as a shallow groove in the cathode-side diffusion layer 212. When the seal-integrated MEA 21 ′ and the cathode-side plate 22 are overlapped, A space is created between the groove. Therefore, even if a large amount of moisture is discharged from the water repellent corresponding part, such a space can be quickly discharged as a drainage channel (drainage groove). Therefore, moisture inside the cathode side diffusion layer 212 can be efficiently discharged.

Ｃ．第３の実施例：
図９（Ａ）は、第３の実施例におけるカソード側プレート２２ａをカソード側対向面からみた平面図であり、図９（Ｂ）は、第３の実施例における燃料電池モジュールの積層状態における断面図である。上述した第２の実施例では、シール一体型ＭＥＡ２１’側において親水対応部を溝とする構成であったが、本実施例では、カソード側プレート２２ａにおいて親水部を溝（凹部）とする構成である。 C. Third embodiment:
FIG. 9A is a plan view of the cathode side plate 22a in the third embodiment as seen from the cathode side facing surface, and FIG. 9B is a cross section of the fuel cell module in the stacked state in the third embodiment. FIG. In the second embodiment described above, the hydrophilic-corresponding portion is a groove on the seal-integrated MEA 21 ′ side, but in this embodiment, the hydrophilic portion is a groove (concave) in the cathode side plate 22a. is there.

カソード側対向面からみた場合のカソード側プレート２２ａの構成は、図７に示すカソード側プレート２２と同じである。しかしながら、カソード側プレート２２ａの厚さ方向の構成は、カソード側プレート２２の厚さ方向の構成と異なる。具体的には、図９（Ａ）のＢ−Ｂ断面図に示すように、撥水部が凸部となり、親水部が凹部となるいわゆるリブ状の構造となっている。 The configuration of the cathode side plate 22a when viewed from the cathode side facing surface is the same as the cathode side plate 22 shown in FIG. However, the configuration of the cathode side plate 22a in the thickness direction is different from the configuration of the cathode side plate 22 in the thickness direction. Specifically, as shown in the BB cross-sectional view of FIG. 9A, the water-repellent part is a convex part and the hydrophilic part is a so-called rib-like structure.

カソード側プレート２２ａがこのようなリブ状の構成であることにより、カソード側プレート２２ａとシール一体型ＭＥＡ２１とが重ねられたときに、図９（Ｂ）に示すように、親水部において排水流路（排水溝）が構成される。従って、第２の実施例と同様に、かかる排水流路を使って、多量の水分を速やかに燃料電池モジュール外部に排出することができる。また、燃料電池モジュールにおいて、カソード側プレート２２ａとアノード側プレート２３とが当接する構成であれば、このようなリブ状の構造によって、カソード側プレート２２ａとアノード側プレート２３との間に、前述の排水流路と同様な空間が生まれる。従って、かかる空間を冷却媒体流路として利用することもできる。なお、カソード側プレート２２ａがアノード側プレート２３と当接する構成とする場合、中間プレート２４’は、図４（Ｂ）に示すマニホールド形成部を全て囲む領域を打ち抜いて貫通部とし、枠だけのプレートとして構成することもできる。 Since the cathode side plate 22a has such a rib-like structure, when the cathode side plate 22a and the seal-integrated MEA 21 are overlapped with each other, as shown in FIG. (Drainage) is constructed. Therefore, as in the second embodiment, a large amount of water can be quickly discharged out of the fuel cell module using the drainage channel. Further, in the fuel cell module, if the cathode side plate 22a and the anode side plate 23 are in contact with each other, such a rib-like structure causes the above-described gap between the cathode side plate 22a and the anode side plate 23. A space similar to the drainage channel is created. Therefore, such a space can also be used as a cooling medium flow path. When the cathode side plate 22a is in contact with the anode side plate 23, the intermediate plate 24 ′ is formed by punching a region surrounding the manifold forming portion shown in FIG. It can also be configured as.

Ｄ．第４の実施例：
図１０は、第４の実施例におけるカソード側プレート２２ｂをカソード側対向面からみた平面図である。カソード側プレート２２ｂは、図７に示すカソード側プレート２２と異なり、中央流路部２３０と交わる親水部が、中央流路部２３０に向かって下るような傾斜を付けて形成されている。なお、第４の実施例における燃料電池システムは、この親水部の形状が異なるだけで、他の構成については、第１の実施例の燃料電池システム１０００と同じである。 D. Fourth embodiment:
FIG. 10 is a plan view of the cathode side plate 22b in the fourth embodiment as seen from the cathode side facing surface. Unlike the cathode side plate 22 shown in FIG. 7, the cathode side plate 22 b is formed with an inclination such that a hydrophilic portion intersecting with the central flow path portion 230 is lowered toward the central flow path portion 230. The fuel cell system according to the fourth embodiment is the same as the fuel cell system 1000 according to the first embodiment except for the shape of the hydrophilic portion.

親水部をこのような形状とすることで、撥水対応部から親水対応部に排出された水分を、ガスの流れや重力を活かしてより効率的に中央流路部２３０に集めることができる。その結果、カソード側拡散層２１２内部の水分をより効率的に燃料電池スタック１０外部に排出することができる。 By making the hydrophilic part into such a shape, moisture discharged from the water repellent corresponding part to the hydrophilic corresponding part can be collected in the central flow path part 230 more efficiently by utilizing the flow of gas and gravity. As a result, the moisture inside the cathode side diffusion layer 212 can be more efficiently discharged to the outside of the fuel cell stack 10.

Ｅ．第５の実施例：
図１１は、第５の実施例におけるカソード側プレート２２ｃをカソード側対向面からみた平面図である。カソード側プレート２２ｃは、図７に示すカソード側プレート２２と異なり、垂直方向に伸びた親水部分として、中央流路部２３０の他に、さらに、両端部分に脇流路部２４０ａ，２４０ｂを備える。なお、第５の実施例における燃料電池システムは、この親水部の形状が異なるだけで、他の構成については、第１の実施例の燃料電池システム１０００と同じである。 E. Fifth embodiment:
FIG. 11 is a plan view of the cathode side plate 22c in the fifth embodiment as viewed from the cathode side facing surface. Unlike the cathode side plate 22 shown in FIG. 7, the cathode side plate 22 c includes side channel portions 240 a and 240 b at both ends in addition to the central channel portion 230 as a hydrophilic portion extending in the vertical direction. The fuel cell system according to the fifth embodiment is the same as the fuel cell system 1000 according to the first embodiment except for the shape of the hydrophilic portion.

この脇流路部２４０ａ，２４０ｂは、中央流路部２３０と同様に、垂直方向に伸びた形状をしている。それゆえ、撥水対応部から親水対応部に排出された水分は、中央流路部２３０の他に、これら脇流路部２４０ａ，２４０ｂを通って流れ落ちて酸化ガス排出孔２２６から排出されることとなる。ここで、脇流路部２４０ａ，２４０ｂは、カソード側プレート２２がシール一体型ＭＥＡ２１に重ねられたときに、シール一体型ＭＥＡ２１における発電領域ＤＡ（図１１点線部分）とシール線ＳＬ（図１１破線部分）とで囲まれた隙間部１００に対応している。 The side channel portions 240 a and 240 b have a shape extending in the vertical direction, like the central channel portion 230. Therefore, the water discharged from the water repellent corresponding portion to the hydrophilic corresponding portion flows down through the side flow passage portions 240a and 240b in addition to the central flow passage portion 230 and is discharged from the oxidizing gas discharge hole 226. It becomes. Here, when the cathode side plate 22 is superimposed on the seal-integrated MEA 21, the side channel portions 240 a and 240 b are connected to the power generation area DA (dotted line portion in FIG. 11) and the seal line SL (broken line in FIG. 11). Corresponding to the gap portion 100 surrounded by (a portion).

酸化ガス供給孔２２５から流入してきた酸化ガスは、カソード側拡散層２１２において拡散すると共に、一部のガスは隙間部１００にも流入される。ここで、隙間部１００はカソード側拡散層２１２（障害物）がないのでガスが流れ易くなっている。それゆえ、電気化学反応に供されない無駄なガスが多量に隙間部１００を伝って排出されるおそれがある。しかしながら、カソード側プレート２２では、かかる隙間部１００に対応する部分（脇流路部２４０ａ，２４０ｂ）を親水部としているので、シール一体型ＭＥＡ２１において隙間部１００が親水対応部となり水分の流路となる。従って、隙間部１００に水分が流れるので、隙間部１００を通る無駄なガスの量を減らすことができる。 The oxidizing gas flowing in from the oxidizing gas supply hole 225 diffuses in the cathode side diffusion layer 212 and a part of the gas also flows into the gap portion 100. Here, since the gap portion 100 does not have the cathode side diffusion layer 212 (obstacle), the gas easily flows. Therefore, a large amount of useless gas that is not subjected to the electrochemical reaction may be discharged through the gap 100. However, in the cathode side plate 22, the portions (side channel portions 240 a and 240 b) corresponding to the gap portion 100 are hydrophilic portions. Therefore, in the seal-integrated MEA 21, the gap portion 100 becomes a hydrophilic corresponding portion and the moisture flow path. Become. Therefore, since water flows through the gap portion 100, the amount of useless gas passing through the gap portion 100 can be reduced.

Ｆ．第６の実施例：
図１２は、第６の実施例におけるカソード側プレート２２ｄをカソード側対向面からみた平面図を示す。カソード側プレート２２ｄは、図７に示すカソード側プレート２２と異なり、酸化ガス排出孔２２６が撥水部内に配置されている。また、カソード側プレート２２ｄは、カソード側プレート２２と異なり、中央流路部２３０を備えていない。一方、カソード側プレート２２ｄは、上述した第５の実施例におけるカソード側プレート２２ｃ（図１１）と同様に、脇流路部２４０ａ，２４０ｂを備えている。なお、第６の実施例における燃料電池システムは、この親水部の形状が異なるだけで、他の構成については、第１の実施例の燃料電池システム１０００と同じである。 F. Sixth embodiment:
FIG. 12 is a plan view of the cathode side plate 22d in the sixth embodiment as viewed from the cathode side facing surface. Unlike the cathode side plate 22 shown in FIG. 7, the cathode side plate 22d has an oxidizing gas discharge hole 226 disposed in the water repellent portion. Further, unlike the cathode side plate 22, the cathode side plate 22 d does not include the central flow path portion 230. On the other hand, the cathode side plate 22d is provided with side channel portions 240a and 240b in the same manner as the cathode side plate 22c (FIG. 11) in the fifth embodiment described above. The fuel cell system according to the sixth embodiment is the same as the fuel cell system 1000 according to the first embodiment except for the shape of the hydrophilic portion.

上述した第５の実施例と同様に、撥水対応部から親水対応部に流出した水分は、脇流路部２４０ａ，２４０ｂを伝って酸化ガス排出孔２２６があるカソード側プレート２２の下部へと流れ落ちることとなる。従って、第５の実施例と同様に、電気化学反応に供されずに隙間部１００を通る無駄なガスの量を減らすことができる。 Similar to the fifth embodiment described above, the water flowing out from the water repellent corresponding part to the hydrophilic corresponding part passes through the side channel parts 240a and 240b to the lower part of the cathode side plate 22 having the oxidizing gas discharge hole 226. It will flow down. Therefore, as in the fifth embodiment, it is possible to reduce the amount of useless gas that passes through the gap 100 without being subjected to an electrochemical reaction.

Ｇ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 G. Variation:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

Ｇ１．変形例１：
上述した各実施例では、カソード側プレート２２のみを撥水部及び親水部を混在させる構成としたが、カソード側プレート２２に代えて、または、カソード側プレート２２と共に、アノード側プレート２３においても、シール一体型ＭＥＡ２１との対向面（アノード側対向面）を、撥水部及び親水部を混在させる構成としてもよい。アノード側対向面と対向するアノード側拡散層２１３内部においても、燃料ガスを加湿するための水分等を含むので、このような構成とすることで、アノード側拡散層２１３内部の水分を効率的に排出することができる。 G1. Modification 1:
In each of the above-described embodiments, only the cathode side plate 22 is configured to mix the water repellent portion and the hydrophilic portion, but instead of the cathode side plate 22 or together with the cathode side plate 22, A surface facing the seal-integrated MEA 21 (anode-side facing surface) may be configured to include a water repellent portion and a hydrophilic portion. The anode side diffusion layer 213 facing the anode side facing surface also contains moisture for humidifying the fuel gas. With this configuration, the moisture inside the anode side diffusion layer 213 is efficiently absorbed. Can be discharged.

Ｇ２．変形例２：
上述した各実施例では、親水部と撥水部とは、窒化チタンと金めっきとを用いた表面処理によって形成されていたが、本発明は、かかる表面処理に限定されるものではなく、任意の表面処理によって親水部と撥水部とを形成することもできる。例えば、親水部を平坦となるように金めっきを施し、撥水部を凸凹な形状となるように金めっきを施して形成してもよい。または、親水部を何も処理を施さず放置することで酸化チタンとして形成し、撥水部を銅めっきによって形成してもよい。なお、親水部を酸化チタンとする構成では、親水部の絶縁性が高くなることから、できるだけ親水部の面積を小さくして、セパレータの導電性を保つようにすることが好ましい。 G2. Modification 2:
In each of the above-described embodiments, the hydrophilic portion and the water repellent portion are formed by a surface treatment using titanium nitride and gold plating, but the present invention is not limited to such a surface treatment and is optional. A hydrophilic part and a water repellent part can also be formed by this surface treatment. For example, gold plating may be performed so that the hydrophilic portion is flat, and gold plating may be performed so that the water repellent portion has an uneven shape. Alternatively, the hydrophilic part may be formed as titanium oxide by leaving it untreated and the water repellent part may be formed by copper plating. In addition, in the structure which uses a hydrophilic part as a titanium oxide, since the insulation of a hydrophilic part becomes high, it is preferable to make the area of a hydrophilic part as small as possible and to maintain the electroconductivity of a separator.

Ｇ３．変形例３：
上述した各実施例では、燃料電池システム１０００の運転時におけるカソード側拡散層２１２内部の水分の排出について説明したが、運転時に限らず、運転停止時における水分排出についても本発明を適用することができる。すなわち、燃料電池システム１０００の運転停止時において反応ガスの供給が止まったとしても、本発明を適用して、燃料電池スタック１０内部の水分を効率的に排出することができる。これは以下の理由による。例えば、カソード側プレートが図７に示す構成であれば、撥水対応部から親水対応部に排出された水分は、酸化ガスの供給がなくとも、重力によって中央流路部２３０を伝って流れ落ちることとなるからである。 G3. Modification 3:
In each of the above-described embodiments, the drainage of the moisture inside the cathode diffusion layer 212 during the operation of the fuel cell system 1000 has been described. However, the present invention can be applied not only to the operation but also to the drainage of water when the operation is stopped. it can. That is, even if the supply of the reaction gas is stopped when the operation of the fuel cell system 1000 is stopped, the present invention can be applied to efficiently drain the water inside the fuel cell stack 10. This is due to the following reason. For example, if the cathode side plate has the configuration shown in FIG. 7, the water discharged from the water repellent corresponding part to the hydrophilic corresponding part flows down through the central flow path part 230 by gravity even if no oxidizing gas is supplied. Because it becomes.

Ｇ４．変形例４：
上述した各実施例では、燃料電池システム１０００は、複数の燃料電池モジュール２０が積層した燃料電池スタック１０を備えるものとしたが、１つの燃料電池モジュール２０のみで構成されるものであってもよい。このような構成であっても、かかる燃料電池モジュール２０内部の水分を効率的に排出することができる。 G4. Modification 4:
In each of the above-described embodiments, the fuel cell system 1000 includes the fuel cell stack 10 in which a plurality of fuel cell modules 20 are stacked. However, the fuel cell system 1000 may include only one fuel cell module 20. . Even with such a configuration, the water inside the fuel cell module 20 can be efficiently discharged.

本発明の第１の実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system as a 1st Example of this invention. 燃料電池モジュール２０の詳細構成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of a fuel cell module 20. FIG. 第１の実施例におけるシール一体型ＭＥＡ２１の平面図である。It is a top view of seal-integrated MEA 21 in the first embodiment. セパレータ２５を構成する各プレートの詳細構成を示す平面図である。4 is a plan view showing a detailed configuration of each plate constituting the separator 25. FIG. カソード側プレート２２と中間プレート２４とアノード側プレート２３とが組み合わされたセパレータ２５をカソード側対向面からみた平面透視図である。FIG. 5 is a plan perspective view of a separator 25 in which a cathode side plate 22, an intermediate plate 24, and an anode side plate 23 are combined, as viewed from a cathode side facing surface. 図５におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the AA cross section in FIG. 第１の実施例におけるカソード側プレート２２をカソード側対向面からみた平面図である。It is the top view which looked at the cathode side plate 22 in a 1st Example from the cathode side opposing surface. 第２の実施例におけるシール一体型ＭＥＡを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the seal integrated MEA in a 2nd Example. 第３の実施例におけるカソード側プレート２２ａをカソード側対向面から見た平面図及び燃料電池モジュールの断面図である。It is the top view which looked at the cathode side plate 22a in a 3rd Example from the cathode side opposing surface, and sectional drawing of a fuel cell module. 第４の実施例におけるカソード側プレート２２ｂをカソード側対向面からみた平面図である。It is the top view which looked at the cathode side plate 22b in a 4th Example from the cathode side opposing surface. 第５の実施例におけるカソード側プレート２２ｃをカソード側対向面からみた平面図である。It is the top view which looked at the cathode side plate 22c in a 5th Example from the cathode side opposing surface. 第６の実施例におけるカソード側プレート２２ｄをカソード側対向面からみた平面図である。It is the top view which looked at the cathode side plate 22d in a 6th Example from the cathode side opposing surface.

Explanation of symbols

１０００…燃料電池システム
１０…燃料電池スタック
２０…燃料電池モジュール
３０…水素タンク
４０…ラジエータ
８０…気液分離器
２０５…エアフィルタ
２６０…エアコンプレッサ
３４０，４１０…循環ポンプ
２５０ａ，２５０ｂ，３５０ａ，３０５，３５０ｂ，３７０，４５０ａ，４５０ｂ，…配管
２７０，２８０，３１０，３６０…電磁弁
５０…シール部
６０…ＭＥＡ部
２１…シール一体型ＭＥＡ
２１１…電解質膜
２１２…カソード側拡散層
２１３…アノード側拡散層
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…カソード側プレート
２３…アノード側プレート
２４…中間プレート
２５…セパレータ
ＤＡ…発電領域
ＳＬ…シール線
２２１ａ，２３１ａ，２４１ａ，５０１ａ…燃料ガス供給マニホールド形成部
２２１ｂ，２３１ｂ，２４１ｂ，５０１ｂ…燃料ガス排出マニホールド形成部
２２２ａ，２３２ａ，２４２ａ，５０２ａ…酸化ガス供給マニホールド形成部
２２２ｂ，２３２ｂ，２４２ｂ，５０２ｂ…酸化ガス排出マニホールド形成部
２２３ａ，２３３ａ，５０３ａ…冷却媒体供給マニホールド形成部
２２３ｂ，２３３ｂ，５０３ｂ…冷却媒体排出マニホールド形成部
２２５…酸化ガス供給孔
２２６…酸化ガス排出孔
２３７…燃料ガス供給孔
２３８…燃料ガス排出孔
２４４…冷却媒体流路形成部
２４５…酸化ガス供給流路形成部
２４６…酸化ガス排出流路形成部
２４７…燃料ガス供給流路形成部
２４８…燃料ガス排出流路形成部
６１…燃料ガス供給流路
６２…燃料ガス排出流路
６３…酸化ガス供給流路
６４…酸化ガス排出流路
６５…冷却媒体流路
１００…隙間部
２３０…中央流路部
２４０ａ，２４０ｂ…脇流路部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1000 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell stack 20 ... Fuel cell module 30 ... Hydrogen tank 40 ... Radiator 80 ... Gas-liquid separator 205 ... Air filter 260 ... Air compressor 340, 410 ... Circulation pump 250a, 250b, 350a, 305, 350b, 370, 450a, 450b, ... piping 270, 280, 310, 360 ... solenoid valve 50 ... seal part 60 ... MEA part 21 ... seal integrated MEA
211 ... Electrolyte membrane 212 ... Cathode side diffusion layer 213 ... Anode side diffusion layer 22, 22a, 22b, 22c, 22d ... Cathode side plate 23 ... Anode side plate 24 ... Intermediate plate 25 ... Separator DA ... Power generation region SL ... Seal wire 221a , 231a, 241a, 501a ... Fuel gas supply manifold forming part 221b, 231b, 241b, 501b ... Fuel gas discharge manifold forming part 222a, 232a, 242a, 502a ... Oxidizing gas supply manifold forming part 222b, 232b, 242b, 502b ... Oxidation Gas discharge manifold forming portions 223a, 233a, 503a ... Cooling medium supply manifold forming portions 223b, 233b, 503b ... Cooling medium discharge manifold forming portions 225 ... Oxidizing gas supply holes 226 ... Oxidizing gas discharge holes 23 ... fuel gas supply hole 238 ... fuel gas discharge hole 244 ... cooling medium flow path forming part 245 ... oxidizing gas supply flow path forming part 246 ... oxidizing gas discharge flow path forming part 247 ... fuel gas supply flow path forming part 248 ... fuel gas Discharge flow path forming part 61 ... Fuel gas supply flow path 62 ... Fuel gas discharge flow path 63 ... Oxidation gas supply flow path 64 ... Oxidation gas discharge flow path 65 ... Cooling medium flow path 100 ... Gap part 230 ... Central flow path part 240a , 240b ... side channel section

Claims

A fuel cell,
A membrane electrode assembly having a power generation region including an electrolyte membrane;
A separator facing the membrane electrode assembly at least in the power generation region;
A gas flow path for power generation gas formed at least in part around the power generation region;
With
The separator has a highly hydrophilic portion having a high hydrophilicity and a low hydrophilic portion having a lower hydrophilicity than the highly hydrophilic portion on the facing surface facing the membrane electrode assembly,
At least a part of the highly hydrophilic portion communicates with the gas flow path.

The fuel cell according to claim 1, wherein
The separator further has a gas discharge hole for discharging the power generation gas, penetrating the separator in the thickness direction,
The gas flow path includes the gas discharge hole,
Fuel cell.

The fuel cell according to claim 1, wherein
The membrane electrode assembly further includes a seal portion formed along the periphery of the power generation region in order to ensure a sealing property between the membrane electrode assembly and the facing surface.
The gas flow path includes a gap surrounded by the power generation region, the seal portion, and the facing surface.
Fuel cell.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
In at least one of the highly hydrophilic portion and the highly hydrophilic portion corresponding to the highly hydrophilic portion in the membrane electrode assembly, a groove for guiding moisture inside the fuel cell to the gas flow path is provided. Formed,
Fuel cell.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein
The highly hydrophilic portion has a flow direction portion arranged along the flow direction of the power generation gas, and an intersecting portion arranged to intersect the flow direction portion, and the flow direction portion Are formed in a lattice shape on the facing surface by the crossing portion,
Fuel cell.