JP2008293811A - Gas supply member of fuel cell, and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質膜の両側に電極を接合した膜電極接合体の電極に反応ガスを拡散させつつ供給する多孔質のガス供給部材と、これを用いた燃料電池に関する。 The present invention relates to a porous gas supply member that supplies a reaction gas while diffusing it to electrodes of a membrane electrode assembly in which electrodes are bonded to both sides of an electrolyte membrane, and a fuel cell using the porous gas supply member.
燃料電池は、膜電極接合体を発電単位とする燃料電池セルを備え、膜電極接合体のそれぞれの電極に、ガス供給部材により反応ガスを拡散供給する。こうしたガス供給部材には、多孔質体が多用されており、この多孔質体の細孔がガス流路とされている(例えば、特許文献1等)。 The fuel cell includes a fuel cell having a membrane electrode assembly as a power generation unit, and diffuses and supplies a reaction gas to each electrode of the membrane electrode assembly by a gas supply member. For such a gas supply member, a porous body is frequently used, and pores of the porous body are used as gas flow paths (for example, Patent Document 1).
これら特許文献では、多孔質体を用いる際の機械強度の確保や、電極反応に伴う生成水の排水性向上等を図るため、種々の提案がなされている。例えば、多孔質体へのガス供給のための部材を採用して強度確保を図ったり、ガスの流れに沿って多孔質体を広狭形成すること、或いは、多孔質体へのガス供給流路形状を工夫すること等により、生成水の排水性の向上が図られている。 In these patent documents, various proposals have been made in order to ensure mechanical strength when using a porous body, improve drainage of generated water accompanying an electrode reaction, and the like. For example, a member for supplying gas to the porous body is used to ensure the strength, the porous body is formed wide and narrow along the gas flow, or the shape of the gas supply flow path to the porous body By devising, etc., the drainage of generated water is improved.
ところで、多孔質体では、ガスの供給側から排出側に向けてガスが流れているので、このガスによる多孔質体の水分、例えば生成水やガス中の水蒸気成分の反応ガスによる持ち出しが問題視されるようになった。高分子電解質膜では、湿潤状態でプロトン伝導性を発揮することから、多孔質体でのガスによる水分持ち出しが過多となると、多孔質体の乾き、延いては電解質膜の湿潤の低下をもたらしかねないので、発電能力の低下が危惧される。この場合、上記した特許文献で提案されているように生成水の排水性が高められると、上記した水分持ち出し方による弊害が顕著となる。 By the way, in the porous body, the gas flows from the gas supply side to the discharge side. Therefore, it is a problem to take out the moisture of the porous body by this gas, for example, the generated water or the reaction gas from the water vapor component in the gas. It came to be. Since the polymer electrolyte membrane exhibits proton conductivity in a wet state, excessive moisture removal due to gas in the porous body may result in drying of the porous body and, consequently, a decrease in the wetness of the electrolyte membrane. Because there is no, there is a concern that the power generation capacity will decline. In this case, when the drainage of the generated water is enhanced as proposed in the above-mentioned patent document, the adverse effects due to the above-described method of taking out the water become remarkable.
本発明は、燃料電池における電極へのガス流路を多孔質体で形成する際の上記した問題点を解決するためになされ、多孔質体でのガス流による水分持ち出しの抑制を図る簡便な手法を提供することをその目的とする。 The present invention is made in order to solve the above-mentioned problems when a gas flow path to an electrode in a fuel cell is formed of a porous body, and is a simple method for suppressing moisture removal due to a gas flow in the porous body The purpose is to provide.
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。 In order to achieve at least a part of the above object, the present invention adopts the following configuration.
[適用:ガス供給部材]
電解質膜と該電解質膜の両側に接合した電極とを有する膜電極接合体における前記電極に反応ガスを拡散させつつ供給するガス供給部材であって、
多孔質体から形成され、該多孔質体の孔の繋がりをガス流路とし、
前記孔の繋がりを、前記反応ガスの供給側から排出側に向かう前記反応ガスの流れに交差して分断する孔分断部を備える
ことを要旨とする。
[Application: Gas supply components]
A gas supply member for supplying a reaction gas while diffusing the reaction gas to the electrode in a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and electrodes joined to both sides of the electrolyte membrane,
Formed from a porous body, and the connection of the pores of the porous body as a gas flow path,
The gist of the present invention is to include a hole dividing section that divides the connection of the holes by crossing the flow of the reaction gas from the reaction gas supply side to the discharge side.
上記したガス供給部材では、膜電極接合体における電極に反応ガスを拡散させつつ供給するに当たり、その構成材である多孔質体に孔分断部を備え、この孔分断部により、多孔質体においてガス流路を形成する孔の繋がりを、供給側から排出側に向かう反応ガスの流れ(ガス流)に交差して分断する。よって、供給側から排出側に向かうガス流に沿って反応ガスが下流側に流れる場合、反応ガスは孔分断部を通過して当該孔分断部より下流側に流れる。このため、ガス流に沿って流れる反応ガスが水分をそのガス流に乗せて下流側に流そうとする場合、反応ガスが孔分断部を通過する際に、水分はこの孔分断部に留まり保水されることになる。この結果、多孔質体に孔分断部を設けるという簡便な手法で、多孔質体おける反応ガスによる水分持ち出しを容易に抑制できる。 In the gas supply member described above, when the reaction gas is supplied while diffusing to the electrode in the membrane electrode assembly, the porous body, which is a constituent material, is provided with a hole dividing portion, and this hole dividing portion allows the gas in the porous body. The connection of the holes forming the flow path is divided by intersecting the flow (gas flow) of the reaction gas from the supply side toward the discharge side. Therefore, when the reaction gas flows downstream along the gas flow from the supply side to the discharge side, the reaction gas passes through the hole dividing part and flows downstream from the hole dividing part. For this reason, when the reaction gas flowing along the gas flow tries to flow moisture downstream of the gas flow, when the reaction gas passes through the hole dividing portion, the water stays in the hole dividing portion and retains water. Will be. As a result, it is possible to easily prevent moisture from being taken out by the reaction gas in the porous body by a simple method of providing a pore dividing portion in the porous body.
上記したガス供給部材は、次のような態様とすることができる。例えば、前記孔分断部を設けるに当たり、前記孔分断部による前記繋がりの分断領域が前記供給側ほど広くなるように、孔分断部の設置を前記供給側から前記排出側に掛けて疎密とすることができる。こうすれば、次の利点がある。 The gas supply member described above can be configured as follows. For example, when providing the hole dividing portion, the hole dividing portion is installed from the supply side to the discharge side so that the connection dividing area by the hole dividing portion becomes wider toward the supply side. Can do. This has the following advantages.
多孔質体において反応ガスがその供給側から排出側に向けて流れる際、反応ガスの反応成分(水素や酸素)は膜電極接合体に到達して電気化学反応に供されて消費される。よって、供給側から排出側に向かうにつれてガス流量に差が生じ、排出側では供給側よりガス流量は少なくなる。このため、ガス流量が多い供給側では反応ガスによる水分持ち出し過多となり易いと予想される。しかしながら、上記したように前記孔分断部による前記繋がりの分断領域が前記供給側ほど広くなるように、孔分断部の設置を前記供給側から前記排出側に掛けて疎密とすれば、水分持ち出し過多が予想される供給側では、孔分断部による繋がりの分断領域が広いので、その分、孔分断部での保水の実効性は高まる。よって、水分持ち出し過多が予想される供給側においても、ガスによる水分持ち出しをより確実に、かつ容易に抑制できる。 When the reaction gas flows from the supply side to the discharge side in the porous body, the reaction components (hydrogen and oxygen) of the reaction gas reach the membrane electrode assembly and are consumed for the electrochemical reaction. Therefore, a difference occurs in the gas flow rate from the supply side to the discharge side, and the gas flow rate is smaller on the discharge side than on the supply side. For this reason, it is expected that excessive supply of moisture by the reaction gas tends to occur on the supply side where the gas flow rate is large. However, as described above, if the hole dividing portion is installed from the supply side to the discharge side so that the connection dividing region by the hole dividing portion becomes wider toward the supply side, the moisture is excessively taken out. However, on the supply side where the connection is expected, since the connection dividing region by the hole dividing part is wide, the effectiveness of water retention at the hole dividing part is increased accordingly. Therefore, even on the supply side where excess moisture is expected to be taken out, moisture removal due to gas can be more reliably and easily suppressed.
この場合、孔分断部を前記反応ガスの流れに交差した溝とすることもでき、こうすれば容易に孔分断部を形成できる。そして、孔分断部を溝とするに際しても、直線状の溝に限らず、波状の溝とすることもできる。波状の溝であれば、供給側から排出側に向かうガス流に沿って流れる反応ガスと溝との干渉範囲は広がることから、孔分断部(波状の溝)での保水の実効性はより高まり、水分持ち出しの抑制効果も高まる。この他、孔分断部としての溝は、連続した溝とすることも複数に別れた溝の繋がり(点在)とすることもできるが、連続した溝とすればその形成が容易となる。また、前記孔分断部としての前記溝は、前記供給側ほど溝幅が広い溝とできる他、前記供給側ほど溝数が多くなるように形成することもできる。こうすれば、孔分断部(溝)を供給側から排出側に掛けて容易に疎密にできる。 In this case, the hole dividing portion can be a groove intersecting with the flow of the reaction gas, and thus the hole dividing portion can be easily formed. And when making a hole parting part into a groove | channel, it can also be set as not only a linear groove | channel but a wavy groove | channel. In the case of a wavy groove, the interference range between the reaction gas flowing along the gas flow from the supply side to the discharge side and the groove is widened, so the effectiveness of water retention at the hole dividing portion (the wavy groove) is further increased. In addition, the effect of suppressing moisture removal is increased. In addition, although the groove | channel as a hole parting part can be made into a continuous groove | channel, or it can also be made into the connection (dotted) of the groove | channel divided into plurality, If it makes it a continuous groove | channel, the formation will become easy. Further, the groove as the hole dividing portion can be formed so that the groove width is wider toward the supply side, and the number of grooves is larger toward the supply side. In this way, the hole dividing portion (groove) can be easily made dense by hanging from the supply side to the discharge side.
更に、孔分断部としての前記溝を有底の溝とすれば、多孔質体の一方の面については平面とできる。よって、多孔質体のこの平面の側を膜電極接合体の電極、もしくはこの電極との間に介在する他のガス透過部材(例えば、ガス拡散層やガス拡散部材)に当接させて多孔質体の面当たりを確保した上で、反応ガスを電極のほぼ全面に亘って一様に拡散供給できるので、膜電極接合体での発電にとっても好ましい。 Furthermore, if the groove as the hole dividing portion is a bottomed groove, one surface of the porous body can be a flat surface. Therefore, the porous body is brought into contact with the electrode of the membrane electrode assembly or another gas permeable member (for example, a gas diffusion layer or a gas diffusion member) interposed between the electrode and the porous body. Since the reaction gas can be uniformly diffused and supplied over almost the entire surface of the electrode while ensuring the contact with the surface of the body, it is also preferable for power generation in the membrane electrode assembly.
また、孔分断部を中空部として前記多孔質体に形成したり、前記多孔質体を貫通する貫通孔として形成することもできる。このような形態の孔分断部であっても、上記した保水により水分持ち出しを容易に抑制できる。 Moreover, a hole parting part can also be formed in the said porous body as a hollow part, and can also be formed as a through-hole which penetrates the said porous body. Even in the case of such a hole dividing portion, it is possible to easily suppress moisture removal by the above-described water retention.
上記したガス供給部材は、これを用いた燃料電池としても適用できる。つまり、この燃料電池は、電解質膜と該電解質膜の両側に接合した電極とを有する膜電極接合体を発電単位とする燃料電池セルと、前記電極に反応ガスを拡散させつつ供給するガス供給部材とを備え、このガス供給部材を上記したいずれかのガス供給部材とする。 The gas supply member described above can also be applied as a fuel cell using the gas supply member. That is, this fuel cell includes a fuel cell having a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and electrodes joined to both sides of the electrolyte membrane as a power generation unit, and a gas supply member for supplying a reaction gas while diffusing the reaction gas to the electrode The gas supply member is any one of the gas supply members described above.
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は本発明の実施例としての燃料電池を構成する燃料電池セル10の構成を模式的に断面で示す説明図、図2はこの燃料電池セル10を構成するガス供給部材30の概略構成を示す斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing in cross section the configuration of a
図に示すように、燃料電池セル10は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に電極を接合させた膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)20を備え、一方の電極をアノードとし他方の電極をカソードとして、このMEA20を発電単位としている。MEA20の電解質膜は、種々のものが採用でき、固体高分子膜や、電解質として固体酸化物等を用いた電解質膜とすることができる。
As shown in the figure, the
また、燃料電池セル10は、MEA20のそれぞれの電極面側に、反応ガス(アノードであれば水素ガス、カソードであれば酸素)の拡散供給を図るべく、ガス拡散部材22とガス供給部材30とを備える。ガス拡散部材22は、MEA20の両電極にそれぞれ接合し、この電極に反応ガスを拡散させつつ受け渡す。ガス供給部材30は、金属メッシュ、カーボンペーパ等の多孔質材料から形成された多孔質体であり、多孔質体における孔の繋がりをガス流路として、セパレータ40を経て供給された反応ガスをガス拡散部材22に供給する。ガス拡散部材22にあっても多孔質であるが、電極面へのガス拡散を図るため、ガス供給部材30よりも細孔とされている。この場合、ガス拡散部材22とガス供給部材30とを一体として構成して、電極へのガスの拡散供給を図るようにすることもできる。
Further, the
ガス供給部材30は、矩形形状に上記したように多孔質体から形成されていると共に、セパレータ40の側に、V字状の有底の切欠溝31を備える。図2に示すように、この切欠溝31は、切削等により複数筋に形成されている。切欠溝31の形成の様子については後述する。
The
上記した燃料電池セル10は、その両側のセパレータ40で挟持されて複数積層し、燃料電池を構成する。つまり、燃料電池は、燃料電池セル10をセパレータ40を介在させて複数積層させたスタック構造を有する。この場合、燃料電池における燃料電池セル10の積層数は、燃料電池に要求される出力に応じて任意に設定可能である。また、燃料電池セル10は、セル周囲においては、例えばシリコンゴムからなるシールガスケット24にてシールされており、このシールガスケット24は、積層された各燃料電池セルへの反応ガス(水素ガス・空気)や冷却水の図示しない流路を、セパレータ40と協働して形成する。
A plurality of the above-described
燃料電池セル10の両側のセパレータ40は、燃料電池セル10を区分けするのみならず、セルの一方端から他方端への反応ガス供給と冷却水循環に関与する。つまり、セパレータ40は、図における上下の一方端にガスの供給口41iを備え、他方端にガスの排出口41oを備える。図1に示す燃料電池セル10では、図の左方のセパレータ40は、供給口41iから空気を供給して排出口41oから空気を排出する。右方のセパレータ40は、供給口41iから水素ガスを供給して排出口41oから余剰の水素ガスを排出する。よって、図1の燃料電池セル10は、MEA20の左方側の電極をカソードとし、右方側をアノードとする燃料電池であり、図中の下方側の供給口41iから供給された空気を、ガス供給部材30とガス拡散部材22とを経由してMEA20のカソードに供給し、余剰の空気は図中の上方側の排出口41oから排出する。また、図中の上方側の供給口41iから供給された水素ガスを、ガス供給部材30とガス拡散部材22とを経由してMEA20のアノードに供給し、余剰の水素ガスは図中の上方側の排出口41oから排出する。そして、余剰の空気と水素ガスは、セパレータ間のシールガスケット24を経由して隣の燃料電池セル10に供給される。
The
上記したスタック構造を有する燃料電池は、燃料電池セル10の積層方向において図示しない締結部材によって締結され、セル積層方向に締結荷重が加えられている。この締結荷重により、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能低下の抑制や、燃料電池の内部を流れるガスおよび冷却水の漏洩防止が図られている。
The fuel cell having the stack structure described above is fastened by a fastening member (not shown) in the stacking direction of the
次に、ガス供給部材30における切欠溝31の形成の様子について説明する。ガス供給部材30は、セパレータ40とガス拡散部材22との間に位置し、セパレータ40の供給口41iから反応ガス(水素ガス・空気)の供給を受ける。例えば、図1左方側のカソード側のガス供給部材30は、既述したように多孔質体であって孔の繋がりをガス流路としているので、図1における下端側の供給口41iから供給を受けた空気を、図中下方側から上方側の排出口41oに向けて流すと共に、ガス拡散部材22にその全面に亘って拡散させつつ受け渡す。図1右方側のアノード側のガス供給部材30にあっても同様に水素ガスをガス拡散部材22に受け渡す。
Next, how the
図1における供給口41iから排出口41oに向かう空気の流れは、図2においてガス流として記されており、ガス供給部材30は、このガス流と次の関係を持って切欠溝31を備える。つまり、ガス供給部材30は、複数筋の切欠溝31を形成するに当たり、図1における空気の供給口41iから排出口41oに向かう図2のガス流に交差してそれぞれの切欠溝31を形成する。それぞれの切欠溝31は、ガス供給部材30を切り欠いた溝であることから、多孔質体たるガス供給部材30の孔の繋がりを、図2に示すガス流に交差して分断する。よって、この切欠溝31は本発明における孔分断部に相当する。
The air flow from the
そして、カソード側のガス供給部材30は、図1における空気の供給口41iほど切欠溝31を密に備え、排出口41oの側に向かうほど疎になるように切欠溝31を備える。より具体的に説明すると、切欠溝31は、空気の供給口41i(図1参照)では、狭いピッチで形成され、排出口41o(図1参照)の側に向かうほど広いピッチで形成されている。よって、このガス供給部材30は、切欠溝31による孔の繋がりの分断領域が供給口41iほど広くなるように、供給口41iから排出口41oに掛けて切欠溝31を疎密に備えることになる。アノード側のガス供給部材30にあっても同様である。
The cathode-side
以上説明したガス供給部材30を有する燃料電池セル10では、カソード側のガス供給部材30を介してMEA20の電極(アノード電極)に空気を拡散させつつ供給するに当たり、多孔質体のガス供給部材30に形成した複数筋の切欠溝31により、多孔質体においてガス流路を形成する孔の繋がりを、供給口41iから排出口41oに向かう図2のガス流に交差して分断する。このように切欠溝31がガス供給部材30に存在しても、供給口41iから排出口41oに向かう図2のガス流に沿って空気がガス供給部材30を下流側に流れる場合、空気はそれぞれの切欠溝31を通過して当該溝より下流側に流れる。このガス流に沿って流れる空気は、ガス供給部材30の孔に存在する水分や空気中の水分をそのガス流に乗せて下流側に流そうとする。ところが、空気がそれぞれの切欠溝31を通過する際、切欠溝31では孔の繋がりが分断されていることから、水分はこの切欠溝31に留まり保水されることになる。この結果、多孔質体から形成されたガス供給部材30に複数筋の切欠溝31を設けるという簡便な手法で、多孔質体おける空気による水分持ち出しを容易に抑制できる。アノード側のガス供給部材30においても同様である。このため、MEA20では、不用意に湿潤不足となるような事態が起きなくなるので、発電能力の維持が可能となる。
In the
また、本実施例では、ガス供給部材30に複数筋の切欠溝31を設けるに当たり、供給口41i側では狭いピッチで切欠溝31を設け、排出口41o側では広いピッチで設けるようにして、切欠溝31を供給口41iの側から排出口41oの側に掛けて疎密とした。このため、ガス供給部材30における複数筋の切欠溝31による多孔質体の孔の繋がりの分断領域は供給口41iの側ほど広くなるので、次の利点がある。
In this embodiment, when the
多孔質体のガス供給部材30において、空気が図1の供給口41iの側から排出口41oの側に向けて流れる際、この空気中の酸素は、ガス拡散部材22を経てMEA22の電極(カソード電極)に到達して電気化学反応に供されて消費される。よって、供給口41iの側から排出口41oの側に向かうにつれて空気の流量に差が生じ、排出口41oの側では供給口41iの側より空気流量は少なくなる。このため、流量が多い供給口41iの側では空気の流れによる水分持ち出し過多が起き易いと予想される。しかしながら、水分持ち出し過多が予想される供給口41iの側では、切欠溝31による孔の繋がりの分断領域を広くしたので、その分、切欠溝31での保水の実効性は高まる。よって、水分持ち出し過多が予想される供給口41iの側においても、空気による水分持ち出しをより確実に、かつ容易に抑制できる。アノード側のガス供給部材30においても、同様である。
In the porous
そして、本実施例では、図2に示すガス流に交差するよう複数筋の切欠溝31を直線状に形成するだけでよいので、簡便である。しかも、有底の切欠溝31をセパレータ40の側に形成したので、ガス供給部材30をガス拡散部材22に対して面当たりを確保するよう平面で接合できる。よって、空気や水素ガスをMEA20のそれぞれの電極にほぼ全面に亘って一様に拡散供給できるので、MEA20での発電にとっても好ましい。
In this embodiment, it is simple because a plurality of notched
次に、他の実施例および変形例について順次説明する。図3は変形例のガス供給部材30Aの概略構成を示す斜視図である。図示するように、このガス供給部材30Aは、V字状の溝に代えて方形の切欠溝31Aを備えている。つまり、切欠溝の溝形状は種々採択できる。図4はまた別の変形例のガス供給部材30Bの概略構成を示す斜視図である。図示するように、このガス供給部材30Bは、複数筋の切欠溝31Bを、その溝幅と形成ピッチを変えて備える。つまり、図1における供給口41iの側では幅広の切欠溝31Bとし、排出口41oの側ほど溝幅を狭くした上で、溝間ピッチも広くされている。図5は他の変形例のガス供給部材30Cの概略構成を平面と側面で示す説明図である。図示すするように、このガス供給部材30Cは、直線状の切欠溝31に代えて波状の有底の切欠溝31Cを備え、それぞれの切欠溝31Cをガス流と交差させている。つまり、切欠溝の溝軌跡は直線状に限らず波状等、種々採択できる。これら変形例のガス供給部材30A、30Bであっても、既述した効果を奏することができる。特に、図5に示す切欠溝31Cでは、切欠溝31Cが波状の溝であるので、ガスの供給側から排出側に向かう図示するガス流に沿って流れる反応ガスと溝との干渉範囲は広がることから、波状の切欠溝31Cでの保水の実効性はより高まり、水分持ち出しの抑制効果も高まり好ましい。
Next, other embodiments and modifications will be described sequentially. FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of a
図6は切欠溝を分断した態様の変形例のガス供給部材30Dの概略構成を示す説明図である。図示するように、このガス供給部材30Dは、有底の切欠溝31Dを直線上に並べて備え、これを多列に有する。つまり、切欠溝は連続した溝とできるほか、分断した溝とすることもできる。そして、このガス供給部材30Dでは、隣り合う列における切欠溝31Dをいわゆる千鳥状に設けたので、反応ガスは、図示するガス流に沿って流れる場合、必ず切欠溝31Dを通過するようにできる。この変形例であっても、既述した効果を奏することができる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a
図7はまた別の変形例のガス供給部材30Eの概略構成を平面視と要部を破断した側面視で示す説明図、図8は図7のガス供給部材30Eの変形例の概略構成を平面視と要部を破断した側面視で示す説明図である。これら変形例のガス供給部材は、有底の切欠溝に代えて、ガス供給部材を厚み方向に貫通する貫通孔を有する。
FIG. 7 is an explanatory view showing a schematic configuration of a
図7のガス供給部材30Eは、厚み方向に貫通する長方形状の貫通長孔31Eを複数筋に亘って備え、貫通長孔31Eは、ガス供給部材30における切欠溝31の形成ピッチと同様に、供給口41iの側ほど狭いピッチで形成されている。ガス供給部材30は、図1に示すようにガス拡散部材22と接合していることから、貫通長孔31Eにあってもガス拡散部材22で一方端が塞がれた溝として機能すると共に、切欠溝31と同様に、多孔質体たるガス供給部材30Eの孔の繋がりを、図示するガス流に交差して分断する。よって、この貫通長孔31Eは本発明における孔分断部に相当する。図8に示すガス供給部材30Fは、貫通長孔31Fを直線上に並べて多列に備え、隣り合う列における貫通長孔31Fをいわゆる千鳥状に配設している。図9は図8に示すガス供給部材30Fを変形した変形例の概略構成を平面視と要部を破断した側面視で示す説明図である。この図9に示すガス供給部材30Gは、貫通長孔31Fを波形軌跡を分断した形状の貫通長孔31Gを、多列に、および千鳥状に備える。これら変形例にあっても、既述した効果を奏することができる。
The
図10は貫通孔を有するガス供給部材の他の変形例の概略構成を平面視と要部を破断した側面視で示す説明図である。図示するガス供給部材30Hは、厚み方向に貫通する貫通孔31Hを直線上に並べて多列に備え、隣り合う列における貫通孔31Hをいわゆる千鳥状に配設している。この貫通孔31Hにあってもガス拡散部材22により一方端が塞がれた溝として機能するので、切欠溝31と同様に、多孔質体たるガス供給部材30Hの孔の繋がりを図示するガス流に交差して分断する。よって、この貫通孔31Hにあっても、本発明における孔分断部に相当する。そして、この変形例であっても、既述した効果を奏することができる。
FIG. 10 is an explanatory view showing a schematic configuration of another modified example of the gas supply member having a through hole in a plan view and a side view in which a main part is broken. The illustrated
次に、また別の変形例について説明する。この変形例では、ガス供給部材を貫通する貫通孔の形成の様子に特徴がある。図11は燃料電池を構成する他の変形例の燃料電池セル100の構成を模式的に断面で示す説明図、図12はこの燃料電池セル100を構成するガス供給部材130の概略構成を示す斜視図である。図示するように、この燃料電池セル100にあっても、MEA20の両側にガス拡散部材22とガス供給部材130とを接合して備え、セパレータ40にて挟持されている。ガス供給部材130は、既述したガス供給部材30と同様に矩形形状の多孔質体であり、図11や図12に示すように、その矩形の辺方向に沿った貫通孔131を複数列備える。そして、これら貫通孔131の形成の様子は、ガス供給部材30における切欠溝31と同様、図1における反応ガス(空気や水素ガス)の供給口41iの側では狭いピッチで形成され、排出口41oに向かうほど広いピッチで形成されている。
Next, another modification will be described. This modification is characterized by the formation of a through hole that penetrates the gas supply member. FIG. 11 is an explanatory view schematically showing the configuration of a
この貫通孔131は、図1における反応ガス(空気や水素ガス)の供給口41iから排出口41oに向かう図2のガス流に交差していることから、多孔質体たるガス供給部材130の孔の繋がりを、図2に示すガス流に交差して分断する。よって、この貫通孔131にあっても、本発明における孔分断部およびその一形態である中空部に相当するので、この貫通孔131を有するガス供給部材130によっても、既述した効果を奏することができる。
Since this through
なお、矩形の辺に沿って貫通する貫通孔131を有するガス供給部材130を得るには、次のようにすればよい。図12に示すように、ガス供給部材130を上方パーツ131uと下方パーツ131dに分け、両パーツの接合面に、貫通孔131を分割した半円形溝を形成する。その上で、上下のパーツを接合することで、ガス供給部材130を得ることができる。
In order to obtain the
図13は矩形の辺に沿って貫通孔131Aを有するガス供給部材の変形例を示す説明図である。図示するように、この変形例のガス供給部材130Aは、複数の貫通孔131Aを有するものの、図1における反応ガス(空気や水素ガス)の供給口41iの側では断面積が大きな長孔状の貫通孔131Aを備え、排出口41oに向かうほど断面積が小さくなる貫通孔131Aを備える。この変形例であっても、既述した効果を奏することができる。
FIG. 13 is an explanatory view showing a modification of the gas supply member having a through
なお、本発明は上記した実施例や変形例の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て実施することが可能である。例えば、供給口41iの側ほど多孔質体のガス供給部材30の孔の繋がりの分断領域を広くするに当たり、切欠溝31の形成ピッチを狭くして本数を増やしたり、切欠溝31の幅を広めたが、有底の切欠溝31の深さを深くすることで上記分断領域を供給口41iの側ほど広くすることもできる。また、波状の切欠溝とするに当たっても、三角波や矩形波が連続した波状切欠溝としたり、三角波や矩形波が分断されたような切欠溝とすることもできる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention. For example, in order to widen the dividing region of the hole connection of the porous
ガス供給部材30を切欠溝31を設けるに当たり、上記の実施例では、切欠溝31をガス流に直交するように形成したが、切欠溝31を、ガス流に斜めに交差するように形成することもできる。
In providing the
10...燃料電池セル
20...膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)
22...ガス拡散部材
24...シールガスケット
30、30A〜30H...ガス供給部材
31、31A〜31D...切欠溝
31E〜31G...貫通長孔
31H...貫通孔
40...セパレータ
41i...供給口
41o...排出口
100...燃料電池セル
130、130A...ガス供給部材
131、131A...貫通孔
131d...下方パーツ
131u...上方パーツ
10 ...
22 ...
Claims (10)
多孔質体から形成され、該多孔質体の孔の繋がりをガス流路とし、
前記孔の繋がりを、前記反応ガスの供給側から排出側に向かう前記反応ガスの流れに交差して分断する孔分断部を備える
ガス供給部材。 A gas supply member for supplying a reaction gas while diffusing the reaction gas to the electrode in a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and electrodes joined to both sides of the electrolyte membrane,
Formed from a porous body, and the connection of the pores of the porous body as a gas flow path,
A gas supply member comprising: a hole dividing portion that divides the connection of the holes so as to intersect the flow of the reaction gas from the reaction gas supply side to the discharge side.
前記孔分断部としての前記溝は、前記供給側ほど溝幅が広く、または、前記供給側ほど溝数が多く形成されている
ガス供給部材。 A gas supply member according to any one of claims 3 to 5,
The gas supply member, wherein the groove as the hole dividing portion has a groove width wider toward the supply side or a larger number of grooves toward the supply side.
前記孔分断部としての前記溝は、有底の溝として形成されている
ガス供給部材。 A gas supply member according to any one of claims 3 to 6,
The groove as the hole dividing portion is formed as a bottomed groove. Gas supply member.
電解質膜と該電解質膜の両側に接合した電極とを有する膜電極接合体を発電単位とする燃料電池セルと、
前記電極に反応ガスを拡散させつつ供給するガス供給部材とを備え、
該ガス供給部材として請求項1ないし請求項9いずれかに記載のガス供給部材を有する
燃料電池。 A fuel cell,
A fuel cell having a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and electrodes joined to both sides of the electrolyte membrane as a power generation unit;
A gas supply member that supplies the electrode while diffusing the reaction gas;
A fuel cell comprising the gas supply member according to any one of claims 1 to 9 as the gas supply member.
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2007
- 2007-05-25 JP JP2007138517A patent/JP2008293811A/en active Pending
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