JP2008293809A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の第1の面に配置されたカソードと、電解質膜の第2の面に配置されたアノードと、を有する膜電極接合体と、膜電極接合体のカソード側に配置され、カソードガスが流動すると共に、厚さ方向に第1の熱抵抗を有する第1の流路層と、膜電極接合体のアノード側に配置され、アノードガスが流動すると共に、厚さ方向に第1の熱抵抗より小さい第2の熱抵抗を有する第2の流路層と、を備える。
【選択図】図1
Description
前記膜電極接合体の前記カソード側に配置され、カソードガスが流動すると共に、厚さ方向に第1の熱抵抗を有する第1の流路層と、前記膜電極接合体の前記アノード側に配置され、アノードガスが流動すると共に、厚さ方向に前記第1の熱抵抗より小さい第2の熱抵抗を有する第2の流路層と、を備える、燃料電池。
・燃料電池の構成
燃料電池システムは、燃料電池スタックと、アノードガス供給部と、カソードガス供給部と、冷却媒体循環部と、各部を制御するコントローラと、を備えている。アノードガス供給部は、水素を含むアノードガス(本実施例では、純水素)を燃料電池スタックに供給する機能を有している。カソードガス供給部は、酸素を含むカソードガス(本実施例では、空気)を燃料電池スタックに供給する機能を有している。冷却媒体循環部は、燃料電池スタック内部に水、不凍水などの冷却媒体を循環させる機能を有している。
図3は、第1実施例の燃料電池スタックの動作を説明する説明図である。アノードガス供給部からアノードガスが、カソードガス供給部からカソードガスが、それぞれ、燃料電池スタック100に供給されると、燃料電池スタック100では電気化学反応に基づく発電が行われる。
・燃料電池の構成:
図4は、第2実施例における燃料電池スタック100aの部分断面図である。第2実施例における燃料電池スタック100aは、第1実施例における燃料電池スタック100と比べて、アノード側多孔体の構成が異なる。第2実施例における燃料電池スタック100aのその他の構成は、第1実施例における燃料電池スタック100の構成と同一であるので、同一の構成要素については、図4において、図1と同一の符合を付し、その説明を省略する。
図5は、第2実施例の燃料電池スタックの動作を説明する説明図である。第1実施例と同様に、第2実施例の燃料電池スタック100aにカソードガス、および、アノードガスが供給されると、燃料電池スタック100aでは電気化学反応に基づく発電が行われる。また、第1実施例と同様に、第2実施例の燃料電池スタック100aには、冷却媒体が供給される。
・第1変形例:
図6を参照して、第1変形例について説明する。図6は、第1変形例における燃料電池スタック100bの部分断面図である。第1変形例における燃料電池スタック100bは、第1実施例における燃料電池スタック100と比べて、ガス拡散層の構成が異なる。第1変形例における燃料電池スタック100bのその他の構成は、第1実施例における燃料電池スタック100の構成と同一であるので、同一の構成要素については、図6において、図1と同一の符合を付し、その説明を省略する。
図7を参照して、第2変形例について説明する。図7は、第2変形例における燃料電池スタック100cの部分断面図である。第2変形例における燃料電池スタック100cは、第2実施例における燃料電池スタック100aと比べて、ガス拡散層の構成が異なる。第2変形例における燃料電池スタック100cのその他の構成は、第2実施例における燃料電池スタック100aの構成と同一であるので、同一の構成要素については、図7において、図4と同一の符合を付し、その説明を省略する。
上記第1変形例および第2変形例では示したガス拡散層の繊維の太さを変えることにより、ガス流路層の熱抵抗を調整する構成を、多孔体の平均気孔径を代えることにより、ガス流路層の熱抵抗を調整する構成と組み合わせて用いているが、もちろん、ガス拡散層の繊維の太さを変えることにより、ガス流路層の熱抵抗を調整する構成のみを用いても良い。
上記実施例では、膜電極接合体50の各部材、各多孔体80、90、セパレータ30の各部材の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、カソード側多孔体80およびアノード側多孔体90を、金属多孔体を用いて形成するとしているが、例えばカーボン多孔体といった他の材料を用いて形成することも可能である。
上記実施例では、固体高分子型の燃料電池スタックが利用されているが、他のタイプの燃料電池スタックが利用されても良い。例えば、液体の水が存在可能な温度および圧力条件下において、運転可能な燃料電池に本発明を適用しても良い。
31…カソードプレート
32…中間プレート
33…アノードプレート
50、50b、50c…膜電極接合体
51…電解質膜
52…カソード
53…アノード
54、55、551、541、555…ガス拡散層
80…カソード側多孔体
90、90a…アノード側多孔体
100、100a、100b、100c…燃料電池スタック
Claims (13)
- 燃料電池であって、
電解質膜と、前記電解質膜の第1の面に配置されたカソードと、前記電解質膜の第2の面に配置されたアノードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記カソード側に配置され、カソードガスが流動すると共に、厚さ方向に第1の熱抵抗を有する第1の流路層と、
前記膜電極接合体の前記アノード側に配置され、アノードガスが流動すると共に、厚さ方向に前記第1の熱抵抗より小さい第2の熱抵抗を有する第2の流路層と、
を備える、燃料電池。 - 請求項1に記載の燃料電池は、さらに、
前記膜電極接合体のカソード側に、前記第1の流路層を挟んで配置された第1の冷却媒体流路と、
前記膜電極接合体のアノード側に、前記第2の流路層を挟んで配置された第2の冷却媒体流路と、
を備える、燃料電池。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池において、
前記第2の流路層は、前記第1の流路層より厚さ方向の伝熱経路が短い、燃料電池。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池において、
前記第2の流路層は、前記第1の流路層より厚さ方向の伝熱経路が太い、燃料電池。 - 請求項3または請求項4に記載の燃料電池において、
前記第1の流路層は、第1の多孔体層を含み、
前記第2の流路層は、第2の多孔体層を含み、
前記第2の多孔体層は、前記第1の多孔体層と気孔率が等しく、前記第1の多孔体層より気孔径が大きい燃料電池。 - 請求項4に記載の燃料電池において、
前記第1の流路層は、第1の繊維層を含み、
前記第2の流路層は、第2の繊維層を含み、
前記第2の繊維層は、前記第1の繊維層より太い繊維を用いて構成されている燃料電池。 - 燃料電池であって、
電解質膜と、前記電解質膜の第1の面に配置されたカソードと、前記電解質膜の第2の面に配置されたアノードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記カソード側に配置され、カソードガスが流動する第1の流路層と、
前記膜電極接合体の前記アノード側に配置され、アノードガスが流動する第2の流路層と、
を備え、
前記第1の流路層は、第1の部分と、前記第1の部分より下流側の第2の部分とを有し、
前記第2の流路層は、前記第1の部分と重なると共に厚さ方向に第1の熱抵抗を有する低伝熱部と、前記第2の部分と重なると共に厚さ方向に前記第1の熱抵抗より小さい第2の熱抵抗を有する高伝熱部とを有する、燃料電池。 - 請求項7に記載の燃料電池において、
前記高伝熱部は、前記第2の流路層において、前記低伝熱部より上流側に配置されている、燃料電池。 - 請求項7または請求項8に記載の燃料電池は、さらに、前記膜電極接合体のカソード側に、前記第1の流路層を挟んで配置された第1の冷却媒体流路と、前記膜電極接合体のアノード側に、前記第2の流路層を挟んで配置された第2の冷却媒体流路と、を備える、燃料電池。
- 請求項7ないし請求項9のいずれかに記載の燃料電池において、
前記高伝熱部は、前記低伝熱部より厚さ方向の伝熱経路が短い、燃料電池。 - 請求項7ないし請求項10のいずれかに記載の燃料電池において、
前記高伝熱部は、前記低伝熱部より厚さ方向の伝熱経路が太い、燃料電池。 - 請求項10または請求項11に記載の燃料電池において、
前記第2の流路層は、第1の多孔体部と、前記第1の多孔体部と気孔率が等しく前記第1の多孔体部より気孔径が大きい第2の多孔体部を有する多孔体層を含み、
前記低伝熱部は前記第1の多孔体部であり、前記高伝熱部は前記第2の多孔体部である、燃料電池。 - 請求項11に記載の燃料電池において、
前記第2の流路層は、第1の繊維部と、前記第1の繊維部より太い繊維を用いて構成されている第2の繊維部を有する繊維層を含み、
前記低伝熱部は前記第1の繊維部であり、
前記高伝熱部は前記第2の繊維部である、燃料電池。
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