JP2009252427A - Member for flow channel and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関し、特に燃料電池のガス流路に配置される流路用部材の構造に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to the structure of a channel member disposed in a gas channel of a fuel cell.
燃料電池には、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれ、アノード電極層、および、カソード電極層を接合した膜電極接合体を、セパレータを介在させて、複数積層したスタック構造を有するものがある。燃料電池には、例えば、膜電極接合体とセパレータとの間に、各膜電極接合体へ反応ガスを供給するための反応ガス流路に、多孔質体の部材が配置されている。多孔質体の部材としては、例えば、エキスパンドメタルが利用されている。 A fuel cell has a stack structure in which a plurality of membrane electrode assemblies each having an anode electrode layer and a cathode electrode layer bonded to each other on both sides of an electrolyte membrane having proton conductivity with a separator interposed therebetween There is. In a fuel cell, for example, a porous member is disposed between a membrane electrode assembly and a separator in a reaction gas channel for supplying a reaction gas to each membrane electrode assembly. As the porous member, for example, expanded metal is used.
このような燃料電池は、燃料電池に接続されたマニホールドを介して、外部から燃料ガス(例えば、水素)と酸化ガス(例えば、空気)とが膜電極接合体に供給されると、電気化学反応によって発電するとともに、電気化学反応によって水が生成される。生成水は、燃料ガス、酸化ガスによって流されて、燃料電池の外部へ排水される。 In such a fuel cell, when a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidizing gas (for example, air) are supplied to the membrane electrode assembly from the outside through a manifold connected to the fuel cell, an electrochemical reaction occurs. In addition to generating electricity, water is generated by an electrochemical reaction. The generated water is flowed by the fuel gas and the oxidizing gas and drained to the outside of the fuel cell.
しかしながら、マニホールドや燃料電池の全体的な構成によって、反応ガス流路を流れる反応ガスの流速にばらつきが生じる。反応ガスの流速にばらつきがあると、反応ガスの流速の遅い部分では、流速の早い部分に比して生成水の排水効率が低下する。このため、膜電極接合体とセパレータの間には、反応ガスの流速の遅い部分に偏って生成水が滞留してしまう。この結果、燃料電池の発電性能の低下を招く。 However, the flow rate of the reaction gas flowing through the reaction gas flow path varies depending on the overall configuration of the manifold and the fuel cell. If there is a variation in the flow rate of the reaction gas, the drainage efficiency of the produced water is reduced in the portion where the flow rate of the reaction gas is low compared to the portion where the flow rate is high. For this reason, between the membrane electrode assembly and the separator, the generated water stays in a portion where the flow rate of the reaction gas is low. As a result, the power generation performance of the fuel cell is reduced.
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池において、反応ガスの電気化学反応による生成水の局所的な滞留による発電性能の低下の抑制を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress a decrease in power generation performance due to local retention of generated water by an electrochemical reaction of a reaction gas in a fuel cell.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]
燃料電池の発電に利用される反応ガスを膜電極接合体に供給するためのガス流路に配置される流路用部材であって、多孔質体によって形成され、前記前記ガス流路の反応ガスの流速が遅い部位から早い部位への、前記燃料電池の電気化学反応によって生成される生成水の移動を促進するための構成を有する、流路用部材。
[Application Example 1]
A flow path member disposed in a gas flow path for supplying a reaction gas used for power generation of a fuel cell to a membrane electrode assembly, formed by a porous body, and the reaction gas in the gas flow path A flow path member having a configuration for promoting movement of generated water generated by an electrochemical reaction of the fuel cell from a site where the flow velocity of the fuel cell is slow to a fast site.
適用例1の流路用部材によれば、ガス流路において、反応ガスの流速が遅い部位から早い部位に向けて、生成水の移動が促進される。この結果、反応ガスの流速の遅い部位から早い部位に移動された生成水は、反応ガスによって燃料電池外部へ排水される。よって、適用例1の流路用部材を燃料電池に適用することにより、生成水の滞留を抑制でき、燃料電池の発電性能の低下を抑制できる。 According to the flow path member of Application Example 1, in the gas flow path, the movement of the generated water is promoted from the part where the flow rate of the reaction gas is low to the part where it is fast. As a result, the generated water moved from the part where the flow rate of the reaction gas is low to the part where it is fast is drained outside the fuel cell by the reaction gas. Therefore, by applying the flow path member of Application Example 1 to the fuel cell, retention of generated water can be suppressed, and a decrease in power generation performance of the fuel cell can be suppressed.
適用例1の流路用部材において、前記構成は、前記ガス流路における前記反応ガスの流れが、前記反応ガスの流の遅い部位から早い部位へ方向付けられるように構成されている。適用例1の流路用部材によれば、反応ガスの流速が早い部位に比して反応ガスの流速が遅い部位の方が反応ガスによる圧力が大きくなるので、反応ガスの流速の遅い部位から反応ガスの流速の遅い部位に向けて圧力差に応じた吸引力が作用する。従って、生成水を流速の早い部位に移動させることができ、燃料電池外部への生成水の排水を促進できる。 In the flow path member of Application Example 1, the configuration is configured such that the flow of the reaction gas in the gas flow path is directed from a slow part of the reaction gas flow to a fast part. According to the flow path member of Application Example 1, since the pressure due to the reaction gas is higher in the portion where the reaction gas flow rate is slower than the portion where the reaction gas flow rate is higher, A suction force corresponding to the pressure difference acts toward a site where the flow velocity of the reaction gas is slow. Therefore, the generated water can be moved to a part having a high flow rate, and the drainage of the generated water to the outside of the fuel cell can be promoted.
適用例1の流路用部材において、前記構成は、前記ガス流路において前記反応ガスの流速の速い部位に配置され、前記反応ガスの流れ方向と同一な方向に前記反応ガスの流れを導く第1の多孔質体と、前記ガス流路において前記反応ガスの流れの遅い部分に配置され、前記第1の多孔質体の方向へ前記反応ガスの流れを導く第2の多孔質体とにより構成されている。適用例1の流路用部材によれば、第1の多孔質体と第2の多孔質体との組み合わせにより流路用部材が構成される。よって、簡易な構成で、反応ガスの流れ方向を、流速の遅い部分から速い部分に向けることができる。 In the flow path member of Application Example 1, the structure is arranged in the gas flow path at a portion where the flow rate of the reaction gas is high, and the flow of the reaction gas is guided in the same direction as the flow direction of the reaction gas. 1 porous body, and a second porous body that is disposed in a slow flow portion of the reactive gas in the gas flow path and guides the reactive gas flow toward the first porous body. Has been. According to the flow path member of Application Example 1, the flow path member is configured by a combination of the first porous body and the second porous body. Therefore, with a simple configuration, the flow direction of the reaction gas can be directed from the slow part to the fast part.
[適用例2]
電解質膜の両面にそれぞれ電極を接合した膜電極接合体を、セパレータを介在させて複数積層したスタック構造を有する燃料電池であって、前記膜電極接合体とセパレータとの間に、適用例1の流路用部材を備える燃料電池。適用例2の燃料電池によれば、ガス流路面内における反応ガスの流速の違いに起因して部分的に滞留する生成水を、反応ガスの流速の遅い部位から反応ガスの流速の速い部位に向けて移動させることができる。従って、電気化学反応による生成水を燃料電池外部に効率的に排水することができ、生成水の滞留を抑制できる。よって、燃料電池の発電性能の低下を抑制できる。
[Application Example 2]
A fuel cell having a stack structure in which a plurality of membrane electrode assemblies each having an electrode bonded to both surfaces of an electrolyte membrane are stacked with a separator interposed therebetween, and the fuel cell of Application Example 1 is interposed between the membrane electrode assembly and the separator. A fuel cell comprising a channel member. According to the fuel cell of Application Example 2, the generated water that partially retains due to the difference in the flow velocity of the reaction gas in the gas flow path surface is changed from the portion where the reaction gas flow velocity is low to the portion where the reaction gas flow velocity is high. Can be moved toward. Therefore, the water produced by the electrochemical reaction can be efficiently drained to the outside of the fuel cell, and the retention of the produced water can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in power generation performance of the fuel cell.
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。 In the present invention, the various aspects described above can be applied by appropriately combining or omitting some of them.
A.実施例:
A1.燃料電池の全体構成:
図1および図2を用いて実施例の燃料電池の概略構成について説明する。図1は、実施例における燃料電池100の概略構成を示す説明図である。図2は実施例における燃料電池の構成を表しており、図1のA−A断面によって切断された断面図である。実施例では、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する固形高分子形の燃料電池を例にとって説明する。以降では。酸化ガスと燃料ガスとをまとめて反応ガスとも呼ぶ。なお、燃料ガスとして、例えば、水素ガスが用いられ、酸化ガスとしては、例えば、空気が用いられる。
A. Example:
A1. Overall configuration of the fuel cell:
A schematic configuration of the fuel cell of the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a
燃料電池100は、発電体20とセパレータ40とが交互に積層され、その積層体の両端から図示しないターミナル、インシュレータ、エンドプレートで挟持されて形成されている。
The
発電体20は、図2に示すように、MEA24(Membrane Electrode Assembly)、ガス拡散層23a、23b、カソード側多孔体流路28と、アノード側多孔体流路29と、を備えている。ガス拡散層23a、23bはMEA24の両面に配置されている。MEA24、ガス拡散層23aおよびガス拡散層23bから構成される部材をMEGA25と呼ぶ。
As shown in FIG. 2, the
MEA24は、電解質膜21の表面上に、カソード電極触媒層22a,アノード電極触媒層22bを備える。電解質膜21は、プロトン伝導性を備え、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す固体高分子材料の薄膜であり、セパレータ40の外形よりも小さくガス流路の外形よりも大きい長方形に形成されている。電解質膜21は、例えば、ナフィオンである。電解質膜21の表面上に形成されたカソード電極触媒層22a,アノード電極触媒層22bは、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金が担持されている。
The
ガス拡散層23a,23bは、気孔率が約20%程度のカーボン製の多孔体であり、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパによって形成されている。ガス拡散層23a,23bは、接合によりMEA24と一体化されてMEGA25となる。なお、ガス拡散層23aはMEA24のカソード側に、ガス拡散層23bはアノード側に、それぞれ配置される。ガス拡散層23aは、酸化ガスをその厚み方向に拡散して、カソード電極触媒層22aの全面に供給する。ガス拡散層23bは、燃料ガスをその厚み方向に拡散して、アノード電極触媒層22bの全面に供給する。ガス拡散層23a,23bは、厚み方向へのガスの拡散を主目的とするため、比較的小さい気孔率を有する。
The gas diffusion layers 23a and 23b are carbon porous bodies having a porosity of about 20%, and are formed of, for example, carbon cloth or carbon paper. The gas diffusion layers 23a and 23b are integrated with the
カソード側多孔体流路28は、MEA24での電気化学反応に供される酸化ガスの流路である。カソード側多孔体流路28には、酸化ガスの流れ方向を規定するためのカソード側流路用部材200が、MEGA25とセパレータ40と接するように配置されている。また、アノード側多孔体流路29は、燃料ガスの流路である。アノード側多孔体流路29には、燃料ガスの流れ方向を規定するためのアノード側流路用部材210が、MEGA25とセパレータ40と接するように配置されている。カソード側流路用部材200,アノード側流路用部材210は、一般的に、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス、カーボンナノチューブなどによって形成することができる。実施例では、カソード側流路用部材200およびアノード側流路用部材210は、金属板に同一形状の貫通孔が規則的に形成されている。本実施例では、カソード側流路用部材200およびアノード側流路用部材210が、特許請求の範囲の「流路用部材」に当たる。
The cathode-side
カソード側多孔体流路28およびアノード側多孔体流路29を流れる反応ガスの流速は、マニホールドや燃料電池の全体的な構成によってばらつきが生じている。カソード側流路用部材200は、カソード側多孔体流路28を流れる酸化ガスが流速の遅い部位から早い部位に向けて流れるように構成されており、アノード側流路用部材210は、カソード側流路用部材200と同様に、アノード側多孔体流路29を流れる燃料ガスが流速の遅い部位から早い部位に向けて流れるように構成されている。カソード側流路用部材200およびアノード側流路用部材210の構成については、後に詳述する。
The flow rate of the reaction gas flowing through the cathode side
セパレータ40は、カソード側多孔体流路28、アノード側多孔体流路29の壁面を形成するように構成されている。セパレータ40は、反応ガスが透過しない導電性部材、たとえば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや焼成カーボン、あるいはステンレス鋼といった種々の材料が使用可能である。本実施例では、セパレータ40は、カソード側多孔体流路28と接触するカソード側プレート41と、アノード側多孔体流路29と接触するアノード側プレート43と、これらの間に配される中間プレート42とが一体となった3層セパレータとして構成されている。
The
MEGA25、カソード側多孔体流路28およびアノード側多孔体流路29は、外周をシールガスケット26で囲われるように、シールガスケット26と一体に形成されている。シールガスケット26は、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料からなり、マニホールド内を流れる流体(水素,酸化ガス,冷却水)の漏れを抑制するシールラインSLを形成する。セパレータ40は、一体に形成されているMEGA25、カソード側多孔体流路28、アノード側多孔体流路29およびシールガスケット26の両側に配置されている。
The
冷却水、燃料ガスおよび酸化ガスの流れについて、図1を参照して説明する。冷却水流路は、冷却水供給マニホールド11wmと、冷却水供給路12wと、冷却水排出マニホールド13wmとを介して、この順序で冷却水が流れるように構成されている。燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド11hmと、アノード側多孔体流路29と、燃料ガス排出マニホールド17hmと、を介して、この順序で燃料ガスが流れるように構成されている。酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールド11amと、カソード側多孔体流路28と、酸化ガス排出マニホールド17amと、を介して、この順序で空気が流れるように構成されている。以降、実施例では、反応ガスの流れる方向を流れ方向と呼ぶ。実施例では、酸化ガスの流れ方向は、セパレータ40を立てた状態での下→上方向であり、燃料ガスの流れ方向は、セパレータ40を立てた状態での水平(左右)方向である。
The flow of cooling water, fuel gas, and oxidizing gas will be described with reference to FIG. The cooling water flow path is configured such that the cooling water flows in this order via the cooling water supply manifold 11wm, the cooling
A2.燃料電池の排水について:
A2−1.生成水の滞留の仕組みについて:
図3は、実施例における燃料電池の生成水の滞留の仕組みについて説明する模式図である。図3には、一例として、カソード側多孔体流路28を示す。MEGA25とセパレータ40との間は非常に狭く構成されているため、通常、図2に示すように、燃料電池100の電気化学反応による生成水Waは、MEGA25とセパレータ40との間に生じ、カソード側多孔体流路28を流れる酸化ガスによって流され、マニホールドを介して燃料電池外部へ排水される。しかしながら、マニホールドの構造や積層方向など燃料電池の全体的な構成によって、カソード側多孔体流路28面内を流れる酸化ガスの流速は、部分的に異なる場合があり、この結果、生成水が偏って滞留することがある。例えば、図3に示すように、セパレータ40の中央部分に対応するカソード側多孔体流路28の中央部分Bの流速が、セパレータ40の端部に対応するカソード側多孔体流路28の端部AおよびCの流速に比して流速の早い場合、中央部分Bでは、生成水は滞留することなく燃料電池外部へ排水されるが、端部AおよびCでは、生成水は一部しか排水されず、燃料電池の動作時間に比例して生成水Waが滞留する。酸化ガスの流速は、酸化ガスの入口側(図3中、セパレータ40の下方)よりも出口側(図3中、カソード側多孔体流路28の上方)の方が流速が遅くなるため、図3に示すように、生成水Waは、出口近傍に滞留しやすい。このような生成水の滞留は、アノード側多孔体流路29においても同様に生じる。
A2. About fuel cell drainage:
A2-1. About the mechanism of retention of generated water:
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a mechanism of retention of generated water of the fuel cell in the example. In FIG. 3, the cathode side porous
そこで、本実施例では、生成水Waの局所的な滞留(フラッディング)を抑制するために、カソード側多孔体流路28およびアノード側多孔体流路29において、反応ガスの流速の遅い部位から流速の速い部位に反応ガスの流れを導くように、カソード側流路用部材200とアノード側流路用部材210とが構成されている。
Therefore, in this embodiment, in order to suppress local stagnation (flooding) of the generated water Wa, in the cathode side
A2−2.流路用部材の詳細構成:
カソード側多孔体流路28およびアノード側多孔体流路29の詳細な構成について、図4〜図7を参照して説明する。図4は、実施例におけるガス流路におけるガスの流れ方向FDを説明する説明図である。図5は、実施例におけるガス流路を構成する流路構成部材を例示する説明図である。図6は、実施例におけるMEGA25のカソード側とセパレータ40との間に構成されるカソード側多孔体流路28の断面図である。図7は、実施例におけるカソード側多孔体流路28に配置される流路用部材の構成を例示する模式図である。図5(a)は、流路構成部材の斜視図であり、図5(b)は、流路構成部材の正面図である。図6に示す断面図は、図2における円Y部分の拡大図であり、併せて、セパレータ40、MEGA25を示す。
A2-2. Detailed configuration of flow path member:
The detailed configuration of the cathode side
実施例では、図4に示すように、カソード側多孔体流路28では、下方から酸化ガスが流入し、上方に向けて流れる。ここで、カソード側多孔体流路28の中央部分Bの流速が、カソード側多孔体流路28の端部AおよびCの流速に比して早い場合には、図4に示すように、端部AおよびCを流れる酸化ガスが、端部AおよびCを流れる酸化ガスよりも流れる酸化ガスの流速の早い中央部分Bに向かうように、カソード側流路用部材200を構成する。
In the embodiment, as shown in FIG. 4, in the cathode side
カソード側流路用部材200は、図5(a)に示すように、金属板に同一形状の貫通孔が規則的に形成されたガス流路構成部材30を用いて形成されている。図5(a)は、カソード側流路用部材200の一部拡大図を表している。図5(a)に示すように、ガス流路構成部材30は、山部32aと谷部32bが交互に連続する波板部32を基本構造としており、この波板部32を複数、連結した構成である。複数の波板部32は、同一の形状であり、横幅Wも同一のサイズである。谷部32bと山部32aの連結部分は、一平面(以下、この平面を「連結面」と呼ぶ)Sを形成することから、図5(a)からわかるように、一つの連結面S1と、次の谷部32bと山部32aで形成された連結面S2との間に六角形の貫通孔Hが形成される。六角形の貫通孔Hは千鳥状に配列されることになり、正面方向から見たとき、図5(b)に示すように、いわゆるハニカム形状となる。図5(a)中の破線は、隣接する2つの波板部32の間を区分けするために便宜的に付けたものである。本実施例のカソード側流路用部材28に用いられるガス流路構成部材30は、実際は、山谷の周波数は350程度であり、波板部32の連結数は250程度であり、87000個程度の六角形の貫通孔Hを備える構成となっている。
As shown in FIG. 5A, the cathode-
実施例においてガス流路構成部材30を用いたカソード側流路用部材200では、酸化ガスは、図6に太線で示すように、連結面Sの表面に沿って、MEGA25のカソード側の表面に向かって流れ、カソードにおいて発電反応に供されなかった酸化ガスは、次の連結面Sの表面に沿ってMEGA25のカソード側の表面に向かって流れる。よって、酸化ガスは、連結面Sに当たって一部が周囲に拡散されるが、主として、奥行き方向(図5(a)におけるZ方向)に向かって流れる。この反応ガスの流れる方向が、既述の「流れ方向」である。
In the cathode side
ガス流路構成部材30を用いて図4に示すカソード側多孔体流路28を形成する方法について、図7を参照して以下に説明する。なお、図7の端部A、中央部分Bおよび端部Cにおいて、ガス流路構成部材30の各貫通孔Hが異なる大きさで正面図のように示されているが、これは、端部A、中央部分Bおよび端部Cにおいて、流れ方向がそれぞれ異なることを表すために模式的に示したものである。実際には、各貫通孔Hの大きさは端部A,Cおよび中央部分Bにおいて同一である。図7の端部AおよびCにおいて各貫通孔Hの長辺を結ぶ方向が流れ方向FDを表している。
A method of forming the cathode-side porous
図7に示すように、中央部分Bには、ガス流路構成部材30の流れ方向がガス流路の上下方向に略平行となるようにガス流路構成部材30を配置し、端部AおよびCには、流れ方向FDが中央部分Bに向くようにガス流路構成部材30を傾けて配置する。この「傾ける」とは、ガス流路構成部材30を1枚の薄板と考えた場合に、薄板の法線を軸として回転させることを含む。端部AおよびCと中央部分Bとは、例えば、溶接や接着剤を用いて接合してもよい。このように、流れ方向の異なる複数のガス流路構成部材30を接合することにより、カソード側多孔体流路28を形成する。実施例において、中央部分Bに配置されるガス流路構成部材30が特許請求の範囲における「第1の多孔質体」に当たり、端部AおよびCに配置されるガス流路構成部材30が、特許請求の範囲における「第2の多孔質体」に当たる。
As shown in FIG. 7, in the central portion B, the gas
A2−3.生成水の移動について:
図8は、実施例における生成水の移動の状態を例示する説明図である。上記説明の通り、本実施例のカソード側多孔体流路28では、酸化ガスの流速の遅い部位から酸化ガスの流速の速い部位に向けて酸化ガスが流れるように、カソード側流路用部材200が配置されている。ベルヌーイの定理によれば、流速の速い部位ほど流体により生じる圧力が小さくなる。従って、図8に示すように、中央部分Bの圧力P1は、端部AおよびCの圧力P2より小さくなる。この結果、酸化ガスの流れ方向に沿って、端部AおよびCから中央部分Bに向けて、圧力差(P2−P1)に応じた吸引力Fが作用する。よって、端部AおよびCに局所的に滞留する生成水Waは、吸引力Fにより、中央部分Bに吸引され、中央部分Bを流れる酸化ガスに流されて燃料電池の外部へ排水される。
A2-3. About movement of generated water:
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating the state of movement of the produced water in the example. As described above, in the cathode-side
以上説明した実施例の燃料電池によれば、ガス流路において流速の遅い部位から速い部位への生成水の移動を促進させるための流路用部材200,210が配置されている。従って、流速の遅い部位から流速の速い部位に向けて生成水の移動を促進させることができる。よって、燃料電池の排水性を向上できる。
According to the fuel cell of the embodiment described above, the
また、実施例の燃料電池によれば、ガス流路において、流速の遅い部位から流速の速い部位に向けて反応ガスが流れるように、流路構成部材200,210が配置されているため、ベルヌーイの定理により、流速の遅い部位から流速の速い部位に向けて圧力差に応じた力(吸引力)が作用する。従って、生成水の滞留し易い部位、言い換えれば、生成水の排水性能の低い部位から高い部位へ生成水の移動を促進でき、燃料電池外部への排水性を向上できる。よって、カソード側流路用部材200、アノード側流路用部材210を用いた燃料電池によれば、フラッディングによる電圧低下を抑制でき、燃料電池の発電効率を向上できる。
Further, according to the fuel cell of the embodiment, since the flow
また、実施例によれば、流れ方向が規定されている流路構成部材を複数用意して、向きを変えて接合することにより、カソード側流路用部材200およびアノード側流路用部材210が製造されている。従って、簡易に、反応ガスの流れを所望の方向に導く流路用部材を製造できる。
In addition, according to the embodiment, by preparing a plurality of flow path components having a defined flow direction and joining them in different directions, the cathode-side
B.変形例:
(1)上述の実施例では、カソード側多孔体流路28の端部AおよびCに生成水が滞留する場合について説明しているが、例えば、図9に示すように、中央部分Bに生成水が滞留する場合についても、反応ガスの流速の遅い部位から速い部位に向けて流路を方向付けることにより、実施例と同様に生成水の燃料電池外部への排水を促進できる。
B. Variations:
(1) In the above-described embodiment, the case where the generated water stays at the end portions A and C of the cathode-side
図9は、変形例におけるカソード側多孔体流路28に配置されるカソード側流路用部材200aを例示する説明図である。本変形例では、端部AおよびCの流速が、中央部分Bの流速に比して速いため、図9に示すように、カソード側多孔体流路28の上部の排水性能が低く、生成水Waが滞留しやすい。そこで、図9に示すように、中央部分Bを2つの領域B1,B2に分割し、端部Aに近い領域B1では、領域B1から端部Aに反応ガスの流れを導くように、かつ、端部Cに近い領域B2では、領域B2から端部Cに反応ガスの流れを導くように構成されたカソード側流路用部材200aをカソード側多孔体流路28に配置する。こうすることにより、反応ガスの流速の遅い領域B1,B2から流速の速い端部AおよびCに向けて圧力差に応じた力(吸引力)Fが作用するので、燃料電池外部への生成水の排水を促進できる。
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating the cathode-
(2)上述の実施例では、カソード側多孔体流路28およびアノード側多孔体流路29のそれぞれの流路の向きを、反応ガスの流速の遅い部位から速い部位に反応ガスが流れるように構成しているが、例えば、カソード側多孔体流路28およびアノード側多孔体流路29の少なくとも一方のみを、反応ガスの流速の遅い部位から速い部位に反応ガスが流れるように構成してもよい。燃料電池の構成に応じて、水の生成される側の多孔体流路のみを実施例のように構成すれば、多孔体流路の製造負荷を軽減しながらフラッディングを効率的に抑制できる。
(2) In the above-described embodiment, the direction of each of the cathode side porous
(3)上述の実施例〜第3実施例では、縦置き型の燃料電池について説明しているが、例えば、横置き型の燃料電池においても適用可能である。 (3) In the above-described embodiment to the third embodiment, the vertical fuel cell is described, but the present invention can be applied to, for example, a horizontal fuel cell.
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。 As mentioned above, although the various Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the meaning.
11am…酸化ガス供給マニホールド
11hm…燃料ガス供給マニホールド
11wm…冷却水供給マニホールド
12w…冷却水供給路
13wm…冷却水排出マニホールド
17am…酸化ガス排出マニホールド
17hm…燃料ガス排出マニホールド
20…発電体
21…電解質膜
22a…カソード電極触媒層
22b…アノード電極触媒層
23a…ガス拡散層
23b…ガス拡散層
26…シールガスケット
28…カソード側多孔体流路
29…アノード側多孔体流路
30…ガス流路構成部材
32…波板部
32a…山部
32b…谷部
40…セパレータ
41…カソード側プレート
42…中間プレート
43…アノード側プレート
100…燃料電池
11am ... oxidizing gas supply manifold 11hm ... fuel gas supply manifold 11wm ... cooling
Claims (4)
多孔質体によって形成され、前記前記ガス流路の反応ガスの流速が遅い部位から早い部位への、前記燃料電池の電気化学反応によって生成される生成水の移動を促進するための構成を有する、流路用部材。 A flow path member disposed in a gas flow path for supplying a reaction gas used for power generation of a fuel cell to a membrane electrode assembly,
Formed of a porous body, and has a configuration for promoting the movement of generated water generated by the electrochemical reaction of the fuel cell from a site where the flow rate of the reaction gas in the gas flow path is slow to a fast site, Channel member.
前記構成は、前記ガス流路における前記反応ガスの流れが、前記反応ガスの流れの遅い部位から早い部位へ方向付けられるように構成されている、流路用部材。 The flow path member according to claim 1,
The said structure is a member for flow paths comprised so that the flow of the said reactive gas in the said gas flow path may be directed from the site | part with the slow flow of the said reactive gas to the site | part early.
前記構成は、
前記ガス流路において前記反応ガスの流速の速い部位に配置され、前記反応ガスの流れ方向と同一な方向に前記反応ガスの流れを導く第1の多孔質体と、
前記ガス流路において前記反応ガスの流れの遅い部分に配置され、前記第1の多孔質体の方向へ前記反応ガスの流れを導く第2の多孔質体とにより構成されている、流路用部材。 The flow path member according to claim 1 or 2,
The configuration is as follows:
A first porous body that is disposed in a portion of the gas flow path where the flow rate of the reaction gas is fast and guides the flow of the reaction gas in the same direction as the flow direction of the reaction gas;
For the flow path, which is arranged in the gas flow path in a portion where the flow of the reactive gas is slow and is configured by a second porous body that guides the flow of the reactive gas toward the first porous body Element.
前記膜電極接合体とセパレータとの間に、請求項1ないし請求項3いずれか記載の流路用部材を備える燃料電池。 A fuel cell in which a plurality of membrane electrode assemblies each having electrodes bonded to both surfaces of an electrolyte membrane are stacked with a separator interposed therebetween,
A fuel cell comprising the channel member according to any one of claims 1 to 3 between the membrane electrode assembly and the separator.
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US9358878B2 (en) | 2012-05-04 | 2016-06-07 | TransNav Inc. | Fluid energy reducing device |
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- 2008-04-03 JP JP2008096739A patent/JP2009252427A/en active Pending
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