JP2011165395A - Fuel cell - Google Patents

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規寿 吉本
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell with which flooding due to the moisture infiltrating the inside of the fuel cell can be suppressed, and continuous and stable power generation is made possible, even if the fuel cell is placed directed in any directions. <P>SOLUTION: The fuel cell is formed, by laminating a plurality of electrode-electrolyte integrated structures, each of which has a positive electrode, a negative electrode and a solid polymer electrolyte membrane, via separators 10. On a side farther outside to the surface side than the electrode-electrolyte integrated structure located at one of the utmost-end parts out of the plurality of the laminated electrode-electrolyte integrated structures, a drainage mechanism 60 is provided which has the same area as that of the separator 10 in plan view. On the surface side farther out than the electrode-electrolyte integrated structure located at the other utmost end part out of the plurality of the laminated electrode-electrolyte integrated structure, a fuel supply port 80 and a fuel exhaust port 90 are provided, and the drainage mechanism 60, the fuel supply port 80, and the fuel exhaust port 90 are connected to one another by a gas-liquid separation tube, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、主に燃料となる水素中に含まれる水分によるフラッディングを抑制でき、連続して安定した発電が可能な燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell that can suppress flooding due to moisture contained in hydrogen as a fuel and can stably generate power continuously.

近年、パーソナルコンピューター、携帯電話などのコードレス機器の普及に伴い、その電源である電池には、より一層の小型化、高容量化が要望されている。現在、エネルギー密度が高く、小型軽量化を図り得る二次電池としてリチウムイオン二次電池が実用化されており、ポータブル電源としての需要が増大している。しかし、このリチウムイオン二次電池は、一部のコードレス機器に対しては、十分な連続使用時間を保証することができないという問題がある。   In recent years, with the spread of cordless devices such as personal computers and mobile phones, there has been a demand for further downsizing and higher capacity of batteries as power sources. Currently, lithium ion secondary batteries have been put into practical use as secondary batteries that have high energy density and can be reduced in size and weight, and demand for portable power sources is increasing. However, this lithium ion secondary battery has a problem that it cannot guarantee a sufficient continuous use time for some cordless devices.

このような問題の解決に向けて、例えば固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)などの燃料電池の開発が進められている。燃料電池は、燃料および酸素の供給を行えば連続的に使用することが可能である。そして、正極と、負極と、電解質としての固体高分子電解質とからなる電極・電解質一体化物(以下、「MEA:Membrane Electrolyte Assembly」という場合がある。)を備え、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に水素を用いるPEFCは、リチウムイオン二次電池よりもエネルギー密度が高い電池として注目されている。   In order to solve such problems, development of fuel cells such as a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has been underway. The fuel cell can be used continuously if fuel and oxygen are supplied. An electrode / electrolyte integrated product (hereinafter sometimes referred to as “MEA: Membrane Electron Assembly”) comprising a positive electrode, a negative electrode, and a solid polymer electrolyte as an electrolyte is provided, and the positive electrode active material has oxygen in the air. The PEFC using hydrogen as a negative electrode active material has attracted attention as a battery having a higher energy density than a lithium ion secondary battery.

一般的なPEFCでは、MEAが複数積層されて構成されており、各MEAは、酸素流路(酸化剤流路)を形成した正極側セパレータと燃料流路を形成した負極側セパレータとの2種類のセパレータで挟持された状態で積層されている。そして、PEFCの酸素流路および燃料流路のそれぞれにガス(酸素および燃料となる水素)が供給され、電気化学反応を起こすことにより発電する。   In general PEFC, a plurality of MEAs are stacked, and each MEA has two types, a positive electrode side separator that forms an oxygen flow path (oxidant flow path) and a negative electrode side separator that forms a fuel flow path. Are stacked in a state of being sandwiched between the separators. Then, gas (oxygen and hydrogen as fuel) is supplied to each of the oxygen flow path and the fuel flow path of the PEFC, and electricity is generated by causing an electrochemical reaction.

ところが、PEFCでは、通常、燃料が加湿された状態で供給されるが、燃料中の水分が電池内部で結露し、こうして生じた浸入水によって電極表面が閉塞されるフラッディングが生じて、急激な出力低下を起こすおそれがあった。このようなことから、上記の浸入水によって生じる電極表面の閉塞を抑制することが求められる。   However, in PEFC, the fuel is usually supplied in a humidified state, but moisture in the fuel is condensed inside the cell, and flooding occurs where the surface of the electrode is blocked by the intrusion water thus generated, resulting in rapid output. There was a risk of lowering. For this reason, it is required to suppress the clogging of the electrode surface caused by the intrusion water.

このような要求に応えるため、燃料電池内に浸入した水を排出する試みが検討されており、例えば、MEA間のセパレータに排水用の溝を形成したり、MEA外に排水部を設けたり、複雑な構成の除湿機構を設けたりするなど、様々な提案がなされている(特許文献1〜7参照)。   In order to meet such demands, attempts have been made to discharge water that has entered the fuel cell. For example, a drainage groove is formed in the separator between the MEAs, a drainage part is provided outside the MEA, Various proposals have been made such as providing a dehumidifying mechanism having a complicated configuration (see Patent Documents 1 to 7).

特開2002−343382号公報JP 2002-343382 A 特開2004−327058号公報JP 2004-327058 A 特開2006−19116号公報JP 2006-19116 A 特開2006−351323号公報JP 2006-351323 A 特許第3753013号公報Japanese Patent No. 3753013 特開2004−327059号公報JP 2004-327059 A 特許第3519987号公報Japanese Patent No. 3519987

上記従来の方法により、燃料電池内に浸入した水を排出することは可能である。しかし、上記従来の方法は、燃料電池を規定された上下方向に定置した状態での運転を想定した水排出方法であり、燃料電池を規定以外の方向に定置した場合の水排出効果については考慮されていない。そのため、例えば、燃料電池を規定された上下方向に対して逆さ方向に定置して使用した場合には、フラッディングが生じて、急激な出力低下を起こすおそれがあった。一方、このようなフラッディングを従来の水排出方法で防止しようとすると、燃料電池の設置方向が固定されてしまい、燃料電池の取り扱いが制限されるおそれがある。特に、燃料電池を携帯用機器の電源に使用する場合には、この燃料電池の方向自在性が強く求められ、どのような方向に定置した場合でも、急激な出力低下を起こさずに安定した発電が可能な燃料電池が必要とされる。   It is possible to discharge water that has entered the fuel cell by the conventional method. However, the above conventional method is a water discharge method that assumes operation in a state where the fuel cell is placed in a specified vertical direction, and the water discharge effect when the fuel cell is placed in a direction other than the specified direction is considered. It has not been. For this reason, for example, when the fuel cell is used in a direction opposite to the prescribed vertical direction, flooding may occur, which may cause a rapid output reduction. On the other hand, if such a flooding is to be prevented by the conventional water discharge method, the installation direction of the fuel cell is fixed, and the handling of the fuel cell may be restricted. In particular, when a fuel cell is used as a power source for a portable device, the directionality of the fuel cell is strongly demanded, and stable power generation is possible without causing a sudden decrease in output in any direction. There is a need for a fuel cell capable of.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の内部に浸入した水分によるフラッディングを抑制でき、かつあらゆる方向に置いても連続して安定した発電が可能な燃料電池を提供する。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a fuel cell that can suppress flooding due to moisture that has entered the inside of the fuel cell and can stably generate power even when placed in any direction.

本発明の燃料電池は、酸素を還元する正極触媒層を有する正極と、燃料を酸化する負極触媒層を有する負極と、前記正極と前記負極との間に配置される固体高分子電解質膜とを有する電極・電解質一体化物を、セパレータを介して複数積層してなる燃料電池であって、前記積層した複数の電極・電解質一体化物のうち、一方の最端部に位置する電極・電解質一体化物よりも外面側に、前記セパレータと平面視での面積が同等の排水機構を備え、前記積層した複数の電極・電解質一体化物のうち、他方の最端部に位置する電極・電解質一体化物よりも外面側に、燃料供給口および燃料排出口を備え、前記排水機構と、前記燃料供給口および前記燃料排出口とは、それぞれ気液分離チューブで連結されていることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention comprises a positive electrode having a positive electrode catalyst layer for reducing oxygen, a negative electrode having a negative electrode catalyst layer for oxidizing fuel, and a solid polymer electrolyte membrane disposed between the positive electrode and the negative electrode. A fuel cell in which a plurality of electrode / electrolyte integrated products are stacked via a separator, and the electrode / electrolyte integrated product located at one end of the plurality of stacked electrode / electrolyte integrated products Also, the outer surface is provided with a drainage mechanism having an area equivalent to that of the separator in plan view, and the outer surface of the stacked plurality of electrode / electrolyte integrated bodies is more outer than the electrode / electrolyte integrated body located at the other end. A fuel supply port and a fuel discharge port are provided on the side, and the drainage mechanism and the fuel supply port and the fuel discharge port are respectively connected by a gas-liquid separation tube.

本発明によれば、燃料電池の内部に浸入した水分によるフラッディングを抑制でき、燃料電池をあらゆる方向に置いても連続して安定した発電が可能な燃料電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the flooding by the water | moisture content permeated into the inside of a fuel cell can be suppressed, and the fuel cell which can produce electric power continuously and stably even if it puts a fuel cell in all directions can be provided.

本発明の燃料電池の一例の概略を表す斜視図である。It is a perspective view showing the outline of an example of the fuel cell of this invention. 図1の燃料電池の一例を表す要部分解図である。It is a principal part exploded view showing an example of the fuel cell of FIG. 図1の燃料電池の一例を表す要部断面図である。It is principal part sectional drawing showing an example of the fuel cell of FIG. 図1の燃料電池の一例の、図3とは別の部分の要部断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of a part different from FIG. 3 of the example of the fuel cell of FIG. 1. 図1の燃料電池の一例の、図3とは更に別の部分の要部断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part of another example of the fuel cell of FIG. 1 different from FIG. 3. 本発明の燃料電池に係るセパレータの一例の概略図で、図6Aは負極拡散層に配置される側の平面図、図6Bは図6AのI−I線断面図、図6Cは正極拡散層に配置される側の平面図である。FIG. 6A is a schematic diagram of an example of a separator according to the fuel cell of the present invention, FIG. 6A is a plan view of the side disposed on the negative electrode diffusion layer, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. It is a top view of the side arrange | positioned. 本発明の燃料電池に係る電極・電解質一体化物における正極触媒層、固体高分子電解質膜および負極触媒層の積層体の一例の概略図で、図7Aは平面図、図7Bは図7AのII−II線断面図である。7A is a schematic view of an example of a laminate of a positive electrode catalyst layer, a solid polymer electrolyte membrane, and a negative electrode catalyst layer in an electrode / electrolyte integrated product according to the fuel cell of the present invention, FIG. 7A is a plan view, and FIG. It is II sectional view. 本発明の燃料電池に係る電極・電解質一体化物における正極拡散層の一例の概略図で、図8Aは平面図、図8Bは図8AのIII−III線断面図である。8A is a schematic view of an example of a positive electrode diffusion layer in an electrode / electrolyte integrated body according to the fuel cell of the present invention, FIG. 8A is a plan view, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 8A. 本発明の燃料電池に係る電極・電解質一体化物における負極拡散層の一例の概略図で、図9Aは平面図、図9Bは図9AのIV−IV線断面図である。FIG. 9A is a schematic view of an example of a negative electrode diffusion layer in an electrode / electrolyte integrated body according to the fuel cell of the present invention, FIG. 9A is a plan view, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 本発明の燃料電池に係る排水機構の一例の概略図で、図10Aは平面図、図10Bは図10AのV−V線断面図、図10Cは図10AのVI−VI線断面図である。FIG. 10A is a plan view, FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line VV of FIG. 10A, and FIG. 10C is a cross-sectional view taken along line VI-VI of FIG. 10A. 図11Aは気液分離チューブの一例の要部側面図、図11Bは気液分離チューブと排水機構との連結状態の一例の要部斜視図である。FIG. 11A is a side view of an essential part of an example of a gas-liquid separation tube, and FIG. 11B is a perspective view of an essential part of an example of a connection state between the gas-liquid separation tube and a drainage mechanism. 本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムの一例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing an example of the fuel cell power generation system using the fuel cell of the present invention. 本発明の燃料電池と、水素消費装置との一体化物の一例の概略を表す斜視図である。It is a perspective view showing the outline of an example of the integrated thing of the fuel cell of this invention, and a hydrogen consumption apparatus. 本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムの他の例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the other example of the fuel cell power generation system using the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムの更に他の例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the further another example of the fuel cell power generation system using the fuel cell of this invention.

本発明の燃料電池は、酸素を還元する正極触媒層を有する正極と、燃料を酸化する負極触媒層を有する負極と、上記正極と上記負極との間に配置される固体高分子電解質膜とを有する電極・電解質一体化物を、セパレータを介して複数積層して構成されている。また、上記積層した複数の電極・電解質一体化物のうち、一方の最端部に位置する電極・電解質一体化物よりも外面側には、上記セパレータと平面視での面積が同等の排水機構を備え、上記積層した複数の電極・電解質一体化物のうち、他方の最端部に位置する電極・電解質一体化物よりも外面側に、燃料供給口および燃料排出口を備えている。更に、上記排水機構と、上記燃料供給口および上記燃料排出口とは、それぞれ気液分離チューブで連結されている。   The fuel cell of the present invention comprises a positive electrode having a positive electrode catalyst layer for reducing oxygen, a negative electrode having a negative electrode catalyst layer for oxidizing fuel, and a solid polymer electrolyte membrane disposed between the positive electrode and the negative electrode. A plurality of electrode / electrolyte integrated products having a plurality of layers are laminated via a separator. In addition, a drainage mechanism having a surface area equivalent to that of the separator in plan view is provided on the outer surface side of the electrode / electrolyte integrated product located at one end of the plurality of stacked electrode / electrolyte integrated products. The fuel supply port and the fuel discharge port are provided on the outer surface side of the electrode / electrolyte integrated product located at the other end of the plurality of stacked electrode / electrolyte integrated products. Further, the drainage mechanism, the fuel supply port, and the fuel discharge port are respectively connected by a gas-liquid separation tube.

本発明の燃料電池では、排水機構を設けると共に、排水機構と、燃料供給口および燃料排出口とは、それぞれ気液分離チューブで連結されているため、燃料供給口から導入された燃料ガス中に含まれて、燃料電池内で結露して生じた浸入水が気液分離チューブ内に留まることになる。このため、燃料電池をあらゆる方向に回転させて使用しても浸入水は各MEAまで到達せず、燃料排出口から燃料電池系外へ排出させることができる。一方、燃料ガスそのものは、気液分離チューブから放出されて各MEAまで到達することができる。これにより、燃料電池をあらゆる方向に置いてもフラッディングを抑制でき、かつ連続して安定した発電が可能となる。   In the fuel cell of the present invention, a drainage mechanism is provided, and the drainage mechanism, the fuel supply port, and the fuel discharge port are each connected by a gas-liquid separation tube. Therefore, in the fuel gas introduced from the fuel supply port Included and intrusion water generated by condensation in the fuel cell remains in the gas-liquid separation tube. For this reason, even if the fuel cell is rotated and used in all directions, the intrusion water does not reach each MEA and can be discharged from the fuel discharge port to the outside of the fuel cell system. On the other hand, the fuel gas itself can be discharged from the gas-liquid separation tube and reach each MEA. As a result, flooding can be suppressed even when the fuel cell is placed in any direction, and continuous and stable power generation is possible.

しかも、上記排水機構は、各MEA間に配置されるセパレータと平面視での面積が同等で、MEA積層群と積層することが容易であることから、燃料電池の製造も容易で、また簡易な構成であるため、燃料電池の高コスト化(それに伴う生産性の低下)や無用な体積増加も抑えることができる。
以下、図面に基づき本発明の一例を詳細に説明する。
In addition, the drainage mechanism has the same area in plan view as the separator disposed between the MEAs, and is easy to stack with the MEA stack group. Therefore, the fuel cell can be manufactured easily and easily. Since it is a structure, the increase in the cost of a fuel cell (the productivity fall accompanying it) and the unnecessary volume increase can also be suppressed.
Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の燃料電池の一例の概略を表す斜視図を図1に示す。図1に示す燃料電池100は、複数のMEA20が、セパレータ10を介して上下に積層されている。また、積層されたMEA20群における一方の最端部(図1では最上部)のMEAよりも外面側(図1では上側)には、排水機構60が配置されている。そして、MEA20群と排水機構60との積層体の両端がエンドプレート70、70で挟持され、ボルトとナットで固定されている。また、積層されたMEA20群における他方の最端部(図1では最下部)のMEAよりも外面側(図1では下側)には、燃料供給口80および燃料排出口90が設けられている。燃料供給口80から燃料が燃料電池内に導入され、各MEA20の負極に供給されて発電に利用される。そして、各MEA20で消費されなかった燃料が、燃料排出口90から、燃料電池外に排出される。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the fuel cell of the present invention. In the fuel cell 100 shown in FIG. 1, a plurality of MEAs 20 are vertically stacked with separators 10 interposed therebetween. In addition, a drainage mechanism 60 is disposed on the outer surface side (upper side in FIG. 1) of one endmost part (uppermost part in FIG. 1) of the stacked MEA 20 group. Then, both ends of the laminated body of the MEA 20 group and the drainage mechanism 60 are sandwiched between end plates 70 and 70 and fixed with bolts and nuts. Further, a fuel supply port 80 and a fuel discharge port 90 are provided on the outer surface side (lower side in FIG. 1) of the other endmost part (lowermost part in FIG. 1) of the other MEA 20 group. . Fuel is introduced into the fuel cell from the fuel supply port 80, supplied to the negative electrode of each MEA 20, and used for power generation. Then, the fuel not consumed by each MEA 20 is discharged from the fuel discharge port 90 to the outside of the fuel cell.

また、各MEA20内に導入された燃料中に含まれている浸入水は、後述する気液分離チューブおよび排水機構60を通じて燃料排出口90から燃料電池外へ排出される。   Further, the intrusion water contained in the fuel introduced into each MEA 20 is discharged from the fuel discharge port 90 to the outside of the fuel cell through a gas-liquid separation tube and a drainage mechanism 60 described later.

図2に、図1の燃料電池の一例の要部分解図を、図3に、図1の燃料電池の一例の要部断面図を、それぞれ示す。図中、20aは、上から、負極触媒層(図3中、24)、固体高分子電解質膜(図3中、23)、正極触媒層(図3中、22)の順に積層された積層体であり、その上側には負極拡散層25が配置され、下側には正極拡散層21が配置されてMEAを構成している。MEAの上下には、セパレータ10、10が配置されている。図3は断面図であるが、各構成要素の燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドにより形成される燃料の流路の理解を容易にする目的で、上側のセパレータ10の上端、および下側のセパレータ10の下端以外については、背面部分を省略している。また、図3では、気液分離チューブ85の断面のハッチングは省略している。   FIG. 2 is an exploded view of a main part of an example of the fuel cell of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of an example of the fuel cell of FIG. In the figure, 20a is a laminate in which a negative electrode catalyst layer (24 in FIG. 3), a solid polymer electrolyte membrane (23 in FIG. 3), and a positive electrode catalyst layer (22 in FIG. 3) are laminated in this order from the top. The negative electrode diffusion layer 25 is disposed on the upper side, and the positive electrode diffusion layer 21 is disposed on the lower side to constitute the MEA. Separators 10 and 10 are disposed above and below the MEA. FIG. 3 is a cross-sectional view, but for the purpose of facilitating understanding of the fuel flow path formed by the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold of each component, the upper end of the upper separator 10 and the lower separator 10 are illustrated. The back portion is omitted except for the lower end of. Moreover, in FIG. 3, the hatching of the cross section of the gas-liquid separation tube 85 is omitted.

セパレータ10、10には、燃料供給マニホールド11および燃料排出マニホールド12が形成されている。セパレータ10、10は平面視での形状が四角形で、それぞれが1枚で構成されている。そして、燃料供給マニホールド11が、四角形を構成する4辺のうちの1辺の近傍に形成されており、燃料排出マニホールド12が、上記1辺と対向する1辺の近傍に形成されている。   The separators 10 and 10 are formed with a fuel supply manifold 11 and a fuel discharge manifold 12. The separators 10 and 10 have a quadrangular shape in plan view, and each is composed of one sheet. The fuel supply manifold 11 is formed in the vicinity of one of the four sides forming the quadrangle, and the fuel discharge manifold 12 is formed in the vicinity of the one side facing the one side.

また、セパレータ10、10は、その片面に、溝状の酸素流路13が複数形成されており、他面が平板状である。セパレータ10、10の酸素流路13は、燃料供給マニホールド11および燃料排出マニホールド12が近傍に形成された対向する2辺とは別の2辺を直線状に繋ぐように、互いに平行または略平行に形成されている。   Moreover, the separators 10 and 10 are formed with a plurality of groove-like oxygen channels 13 on one side and the other side is flat. The oxygen flow paths 13 of the separators 10 and 10 are parallel or substantially parallel to each other so that the fuel supply manifold 11 and the fuel discharge manifold 12 are linearly connected to two sides other than the opposing two sides formed in the vicinity. Is formed.

更に、積層体20aに係る正極触媒層、固体高分子電解質および負極触媒層にも、セパレータ10、10の燃料供給マニホールド11に相当する位置に燃料供給マニホールドが、燃料排出マニホールド12に相当する位置に燃料排出マニホールドが、それぞれ形成されている。   Further, in the positive electrode catalyst layer, the solid polymer electrolyte, and the negative electrode catalyst layer related to the laminate 20a, the fuel supply manifold is located at a position corresponding to the fuel supply manifold 11 of the separators 10 and 10, and the fuel discharge manifold 12 is located. Each fuel discharge manifold is formed.

また、正極拡散層21は、下側のセパレータ10における酸素流路13の形成部の全面を覆うように配置されている。そして、正極拡散層21における、セパレータ10の酸素流路13と平行または略平行な2辺の外側には、燃料ガスの流入を抑制するための正極ガスシール30が配置されており、正極ガスシール30の、セパレータ10、10の燃料供給マニホールド11に相当する位置に燃料供給マニホールドが、燃料排出マニホールド12に相当する位置に燃料排出マニホールドが、それぞれ形成されている。   Further, the positive electrode diffusion layer 21 is disposed so as to cover the entire surface of the formation portion of the oxygen channel 13 in the lower separator 10. A positive electrode gas seal 30 for suppressing inflow of fuel gas is disposed outside the two sides of the positive electrode diffusion layer 21 that are parallel or substantially parallel to the oxygen flow path 13 of the separator 10. A fuel supply manifold is formed at a position corresponding to the fuel supply manifold 11 of the separators 10 and 30, and a fuel discharge manifold is formed at a position corresponding to the fuel discharge manifold 12.

更に、負極拡散層25は、上側のセパレータ10の平板面と接しており、その外周外側に、燃料ガスの流出を抑制するための負極ガスシール40が配置されている。そして、負極ガスシール40の、セパレータ10、10の燃料供給マニホールド11に相当する位置に燃料供給マニホールドが、燃料排出マニホールド12に相当する位置に燃料排出マニホールドが、それぞれ形成されている。   Further, the negative electrode diffusion layer 25 is in contact with the flat plate surface of the upper separator 10, and a negative electrode gas seal 40 for suppressing the outflow of fuel gas is disposed outside the outer periphery thereof. A fuel supply manifold is formed at a position corresponding to the fuel supply manifold 11 of the separators 10 and 10 of the negative electrode gas seal 40, and a fuel discharge manifold is formed at a position corresponding to the fuel discharge manifold 12.

また、上記各燃料供給マニホールドおよび上記燃料排出マニホールドの内部には、気液分離チューブ85、95が配置されている。気液分離チューブ85は、後述する排水機構と前述の燃料供給口80(図1)とを連結し、気液分離チューブ95は、排水機構と前述の燃料排出口90(図1)とを連結している。   Further, gas-liquid separation tubes 85 and 95 are arranged inside each of the fuel supply manifolds and the fuel discharge manifold. The gas-liquid separation tube 85 connects a drainage mechanism described later and the fuel supply port 80 (FIG. 1), and the gas-liquid separation tube 95 connects the drainage mechanism and the fuel discharge port 90 (FIG. 1). is doing.

気液分離チューブは、燃料ガス中に含まれて、燃料電池内で結露して生じた浸入水を透過せず、燃料ガスのみを透過するチューブであれば特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン製の多孔性チューブ、ポリプロピレン製の多孔性チューブ、あるいは撥水処理を施した多孔質アルミナチューブのようなセラミック製の多孔性チューブなどを用いることができる。   The gas-liquid separation tube is not particularly limited as long as it is a tube that is contained in the fuel gas and does not permeate the intrusion water generated by condensation in the fuel cell and permeates only the fuel gas. A ceramic porous tube such as an ethylene porous tube, a polypropylene porous tube, or a porous alumina tube subjected to water repellent treatment can be used.

図2および図3では、酸素を含む空気の流れを点線矢印で、燃料ガスの流れを実線矢印で示している。気液分離チューブ85から放出され燃料供給マニホールド11から導入された燃料は、負極拡散層25を通って負極触媒層24に供給される。そして、発電反応に関与せず消費されなかった燃料は、負極拡散層25を通って燃料排出マニホールドから外部へ排出される。   2 and 3, the flow of air containing oxygen is indicated by a dotted arrow, and the flow of fuel gas is indicated by a solid arrow. The fuel discharged from the gas-liquid separation tube 85 and introduced from the fuel supply manifold 11 is supplied to the negative electrode catalyst layer 24 through the negative electrode diffusion layer 25. Then, the fuel that is not consumed without being involved in the power generation reaction is discharged to the outside through the negative electrode diffusion layer 25 from the fuel discharge manifold.

また、セパレータ10、10の有する酸素流路13は、平面視で、四角形のセパレータの対向する2辺を直線的に繋ぐように形成されており、その両端部が、セパレータの側面において開口している。そのため、例えば、燃料電池の側面(セパレータ10における酸素流路13が開口している側の側面)からファンなどを用いて酸素を含む空気を送ることで、酸素流路13内へ空気が導入される。そして、酸素流路13内に導入された空気(酸素)が、MEAの正極拡散層21を通じて正極触媒層22に供給される。また、発電反応に関与せず、消費されなかった酸素、および空気中の酸素以外の成分は、燃料電池の側面(空気を送り込んだ側面とは反対側の側面)における酸素流路13の開口端から外部に排出される。   Further, the oxygen flow path 13 included in the separators 10 and 10 is formed so as to linearly connect two opposing sides of the quadrangular separator in a plan view, and both ends thereof are open on the side surface of the separator. Yes. Therefore, for example, air is introduced into the oxygen channel 13 by sending air containing oxygen from the side surface of the fuel cell (the side surface of the separator 10 where the oxygen channel 13 is open) using a fan or the like. The The air (oxygen) introduced into the oxygen flow path 13 is supplied to the positive electrode catalyst layer 22 through the positive electrode diffusion layer 21 of MEA. In addition, oxygen that is not involved in the power generation reaction and that is not consumed and components other than oxygen in the air are open ends of the oxygen flow path 13 on the side surface of the fuel cell (the side surface opposite to the side on which air is fed). Is discharged to the outside.

詳しくは後述するが、負極に係る負極拡散層は、撥水処理をした多孔質炭素シートのように、その内部を燃料が流通可能な材料で構成されることが一般的である。そのため、本発明の燃料電池では、燃料供給マニホールドから導入された燃料は、負極拡散層内の孔を経て負極触媒層に供給され、消費されなかった燃料は、負極拡散層内の孔を経て燃料排出マニホールドから外部へ排出される。よって、図2や図3に示すように、隣り合うMEA間に介在させるセパレータには、酸素流路のみを形成すればよく、燃料流路を形成する必要はないことから、セパレータを1種類で構成でき、また、セパレータ自体を薄くすることが可能である。従って、本発明の燃料電池は、このようなセパレータを備えていることが好ましく、これにより、よりコンパクトな構造とすることができる。   As will be described in detail later, the negative electrode diffusion layer according to the negative electrode is generally composed of a material through which fuel can flow, such as a water-repellent porous carbon sheet. Therefore, in the fuel cell of the present invention, the fuel introduced from the fuel supply manifold is supplied to the negative electrode catalyst layer through the holes in the negative electrode diffusion layer, and the unconsumed fuel is supplied to the fuel through the holes in the negative electrode diffusion layer. It is discharged from the discharge manifold. Therefore, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the separator interposed between adjacent MEAs only needs to have an oxygen flow path, and there is no need to form a fuel flow path. The separator can be made thin. Therefore, it is preferable that the fuel cell of the present invention includes such a separator, whereby a more compact structure can be obtained.

図2および図3に示す燃料電池では、酸素流路13を通過する空気が冷却媒体としても作用する。そのため、酸素流路13が冷却媒体流路を兼ねているため、セパレータ
に別途冷却媒体流路を形成する必要がないことから、セパレータを1枚の層で構成し、片面を平面状としてセパレータを薄くしても、冷却媒体による冷却が可能である。
In the fuel cell shown in FIGS. 2 and 3, the air passing through the oxygen flow path 13 also acts as a cooling medium. Therefore, since the oxygen flow path 13 also serves as the cooling medium flow path, there is no need to separately form a cooling medium flow path in the separator. Therefore, the separator is formed of a single layer, and the separator is made flat on one side. Even if it is thin, cooling with a cooling medium is possible.

図4および図5に、図1の燃料電池の別の部分の要部断面図を示す。図4に示す断面図は、排水機構60と、燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドと、気液分離チューブ85、95とを含む部分を示している。また、図5に示す断面図は、燃料供給口80と、燃料排出口90とを含む部分を示している。図4、図5でも、図3と同様に、各構成要素の燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドにより形成される燃料の流路の理解を容易にする目的で、一部の背面部分を省略し、気液分離チューブ85、95の断面のハッチングは省略している。   4 and 5 are cross-sectional views of main parts of other portions of the fuel cell of FIG. The cross-sectional view shown in FIG. 4 shows a portion including a drainage mechanism 60, a fuel supply manifold and a fuel discharge manifold, and gas-liquid separation tubes 85 and 95. 5 shows a portion including the fuel supply port 80 and the fuel discharge port 90. 4 and 5, as in FIG. 3, for the purpose of facilitating understanding of the fuel flow path formed by the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold of each component, a part of the back portion is omitted. The hatching of the cross sections of the gas-liquid separation tubes 85 and 95 is omitted.

図4では、積層体20aの下側に正極拡散層21が配置され、更にその下側にセパレータ10が配置されている。また、積層体20aの上側には負極拡散層25が配置されており、更にその上側には各MEAから生じた電力を外部へ取り出すための集電板50が配置されている。51は集電板の外側に配置されたガスシールである。そして、正極拡散層21と積層体20aと負極拡散層25とでMEAを構成している。このMEAが、積層されたMEA群における最上部のMEAに該当する。そして、MEAの負極拡散層25の上側に配置された集電板50の更に上側には、ガスシールと絶縁とを行うためのゴムシート52を挟んで排水機構60が配置されている。ゴムシート52は、排水機構60とエンドプレート70との間にも配置されている。   In FIG. 4, the positive electrode diffusion layer 21 is disposed on the lower side of the laminate 20a, and the separator 10 is further disposed on the lower side thereof. Further, the negative electrode diffusion layer 25 is disposed on the upper side of the laminate 20a, and further on the upper side, a current collecting plate 50 for taking out the electric power generated from each MEA is disposed. A gas seal 51 is disposed outside the current collector plate. The positive electrode diffusion layer 21, the laminate 20a, and the negative electrode diffusion layer 25 constitute an MEA. This MEA corresponds to the uppermost MEA in the stacked MEA group. A drainage mechanism 60 is disposed further above the current collector plate 50 disposed above the negative electrode diffusion layer 25 of the MEA with a rubber sheet 52 for gas sealing and insulation interposed therebetween. The rubber sheet 52 is also disposed between the drainage mechanism 60 and the end plate 70.

図5では、積層体20aの下側に正極拡散層21が配置され、更にその下側にセパレータ10が配置されている。また、積層体20aの上側には負極拡散層25が配置されており、更にその上側にもセパレータ10が配置されている。そして、正極拡散層21と積層体20aと負極拡散層25とでMEAを構成している。このMEAが、積層されたMEA群における最下部のMEAに該当する。そして、MEAの正極拡散層21の下側に配置されたセパレータ10の更に下側には、各MEAから生じた電力を外部へ取り出すための集電板50、およびエンドプレート70が配置されている。   In FIG. 5, the positive electrode diffusion layer 21 is disposed on the lower side of the laminate 20a, and the separator 10 is disposed on the lower side thereof. Further, the negative electrode diffusion layer 25 is disposed on the upper side of the laminate 20a, and the separator 10 is also disposed on the upper side thereof. The positive electrode diffusion layer 21, the laminate 20a, and the negative electrode diffusion layer 25 constitute an MEA. This MEA corresponds to the lowest MEA in the stacked MEA group. A current collecting plate 50 and an end plate 70 for taking out the electric power generated from each MEA are disposed below the separator 10 disposed below the positive electrode diffusion layer 21 of the MEA. .

排水機構60は、気液分離チューブ85を通して導入された燃料に含まれ、燃料電池内で結露することで生じた浸入水を、気液分離チューブ95を通して燃料供給口90へ流すための水通過層60aを有しており、また、水通過層60aの外周外側に、ガスの出入りを抑制するためのガスシール60bを有している。そして、ガスシール60bの、セパレータ10の燃料供給マニホールド11に相当する位置に燃料供給マニホールドが、燃料排出マニホールド12に相当する位置に燃料排出マニホールドが、それぞれ形成されている。また、水通過層60aの端部には、気液分離チューブ85、95が連結されている。   The drainage mechanism 60 is included in the fuel introduced through the gas-liquid separation tube 85, and is a water passage layer for flowing intrusion water generated by condensation in the fuel cell to the fuel supply port 90 through the gas-liquid separation tube 95. 60a, and a gas seal 60b for suppressing gas in and out on the outer periphery of the water passage layer 60a. A fuel supply manifold is formed at a position corresponding to the fuel supply manifold 11 of the separator 10 of the gas seal 60 b, and a fuel discharge manifold is formed at a position corresponding to the fuel discharge manifold 12. In addition, gas-liquid separation tubes 85 and 95 are connected to the end of the water passage layer 60a.

図4、図5では、燃料ガスの流れを実線矢印で示しているが、気液分離チューブ85内で結露して生じた浸入水は、燃料ガスの流れに伴って排水機構60の水通過層60aを通過して気液分離チューブ95に達し、燃料排出口90から外部に排出される。この際、発電反応に関与せず消費されずに、セパレータやMEAの燃料排出マニホールドにより形成された燃料排出流路を通過してきた燃料も燃料排出口90から外部に排出される。このように、本発明の燃料電池では、燃料ガスに伴って浸入した水を効率よく燃料電池外に排出できるため、これら浸入水によるフラッディングを効果的に抑制できる。   4 and 5, the flow of the fuel gas is indicated by a solid arrow, but the intrusion water generated by dew condensation in the gas-liquid separation tube 85 is a water passage layer of the drainage mechanism 60 along with the flow of the fuel gas. It passes through 60a, reaches the gas-liquid separation tube 95, and is discharged from the fuel discharge port 90 to the outside. At this time, the fuel that has passed through the fuel discharge passage formed by the separator and the fuel discharge manifold of the MEA without being involved in the power generation reaction is also discharged from the fuel discharge port 90 to the outside. As described above, in the fuel cell of the present invention, the water that has entered with the fuel gas can be efficiently discharged out of the fuel cell, so that flooding due to the intruding water can be effectively suppressed.

排水機構60の有する水通過層60aは、負極に係る負極拡散層と同じ構造であることが好ましく、具体的には、負極拡散層と同様に、撥水処理をした多孔質炭素シートなどの、その内部を燃料および水が流通可能な材料で構成されることが好ましい。このような構造の水通過層を備えることで、別途水通過用の溝などを形成する必要がなく、簡易な構成の排水機構とすることができる。   The water passage layer 60a of the drainage mechanism 60 preferably has the same structure as the negative electrode diffusion layer related to the negative electrode. Specifically, like the negative electrode diffusion layer, a water-repellent porous carbon sheet or the like, It is preferable that the inside is comprised with the material which can distribute | circulate a fuel and water. By providing the water passage layer having such a structure, it is not necessary to separately form a water passage groove or the like, and a drainage mechanism having a simple configuration can be obtained.

図2から図5では、上から、負極、固体高分子電解質膜、正極の順に積層されたMEAを有する燃料電池の例を示しているが、本発明の燃料電池では、上から、正極、固体高分子電解質膜、負極の順に積層された構成のMEAを有していてもよい。   FIGS. 2 to 5 show examples of fuel cells having MEAs laminated in this order from the top to the negative electrode, the solid polymer electrolyte membrane, and the positive electrode. In the fuel cell of the present invention, the positive electrode, the solid You may have MEA of the structure laminated | stacked in order of the polymer electrolyte membrane and the negative electrode.

また、上記排水機構は、積層されたMEA群における最上部のMEAよりも上に、すなわち、前述の燃料供給口および燃料排出口から最も離れたMEAよりも上に配置すればよく、例えば、積層されたMEA群の上面および下面には集電板を配置することが通常であるため、排水機構と、上記最上部のMEAとの間に集電板(更には、ガスシールと絶縁とを目的としたゴムシートなど)が介在していてもよい。また、例えば、図4に示すように、上から、負極、固体高分子電解質膜、正極の順に積層したMEAを有する燃料電池の場合には、最上部のMEAの正極に酸素を良好に供給するために、酸素流路を設けたセパレータを、上記最上部のMEAの下に配置することが好ましい。よって、この場合には、排水機構と、上記最上部のMEAとの間には、図4に示すように、集電板(更にはゴムシート)が介在していてもよい。   The drainage mechanism may be arranged above the uppermost MEA in the stacked MEA group, that is, above the MEA farthest from the fuel supply port and the fuel discharge port. Since it is usual to arrange current collector plates on the upper and lower surfaces of the MEA group, the current collector plate (further, for the purpose of gas sealing and insulation) between the drainage mechanism and the uppermost MEA. Or a rubber sheet or the like) may be interposed. Further, for example, as shown in FIG. 4, in the case of a fuel cell having an MEA in which a negative electrode, a solid polymer electrolyte membrane, and a positive electrode are stacked in this order, oxygen is satisfactorily supplied to the positive electrode of the uppermost MEA. Therefore, it is preferable to arrange a separator provided with an oxygen flow path under the uppermost MEA. Therefore, in this case, as shown in FIG. 4, a current collector (or rubber sheet) may be interposed between the drainage mechanism and the uppermost MEA.

図2から図5に示すセパレータ10の詳細を図6に示す。図6Aは酸素流路13が形成されていない、負極拡散層に配置される側の平面図、図6Bは図6AにおけるI−I線断面図、図6Cは酸素流路13が形成されている、正極拡散層に配置される側の平面図である。   Details of the separator 10 shown in FIGS. 2 to 5 are shown in FIG. 6A is a plan view of the side disposed in the negative electrode diffusion layer where the oxygen channel 13 is not formed, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 6A, and FIG. 6C is the oxygen channel 13 formed. It is a top view of the side arrange | positioned at a positive electrode diffusion layer.

セパレータ10では、燃料供給マニホールド11および燃料排出マニホールド12は、平面視で四角形を構成する4辺のうちの対向する2辺の近傍に、それぞれ配置する。セパレータの燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドを上記のような配置とし、MEAの正極、負極および固体高分子電解質膜、並びに排水機構に形成する燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドを、セパレータの燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドに相当する位置に形成することで、負極における燃料が良好に流通する領域、すなわち、燃料供給マニホールドと燃料排出マニホールドとで挟まれた領域をより大きくとることができ、発電に良好に関与できる電極面積をより大きくすることが可能となって、より効率的な発電が達成できる。   In the separator 10, the fuel supply manifold 11 and the fuel discharge manifold 12 are arranged in the vicinity of two opposite sides of the four sides forming a quadrangle in a plan view. The fuel supply manifold and fuel discharge manifold of the separator are arranged as described above, and the fuel supply manifold and fuel discharge manifold formed in the MEA positive electrode, negative electrode and solid polymer electrolyte membrane, and the drainage mechanism are separated from the fuel supply manifold of the separator and By forming it at a position corresponding to the fuel discharge manifold, it is possible to take a larger area where the fuel flows in the negative electrode, that is, the area sandwiched between the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold. It is possible to increase the area of the electrode that can be involved, thereby achieving more efficient power generation.

また、セパレータ10の片面は平面状であり(図6A)、他面(図6C)には、上記の通り、平面視で四角形を構成する4辺のうちの、燃料供給マニホールド11および燃料排出マニホールド12が形成された対向する2辺とは別の2辺を直線状に繋ぐ複数の酸素流路13が、互いに平行または略平行に形成されている。酸素流路13は、溝状であり、隣り合う酸素流路間には、リブ14が存在している。図6Cでは、酸素流路13とリブ14とを識別しやすくするために、酸素流路13を、ドットを入れて示している。セパレータに係る酸素流路における「互いに平行または略平行」とは、基本的には、各酸素流路は互いに平行に形成されるが、多少平行からずれている場合であっても、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、許容される意味である。   Further, one side of the separator 10 is planar (FIG. 6A), and on the other side (FIG. 6C), as described above, the fuel supply manifold 11 and the fuel discharge manifold among the four sides forming a quadrangle in plan view are as described above. A plurality of oxygen flow paths 13 that linearly connect two sides other than the two opposite sides on which 12 is formed are formed in parallel or substantially parallel to each other. The oxygen channel 13 has a groove shape, and ribs 14 exist between adjacent oxygen channels. In FIG. 6C, in order to make it easy to distinguish the oxygen channel 13 and the rib 14, the oxygen channel 13 is shown with dots. In the oxygen flow path related to the separator, “parallel to or substantially parallel to each other” basically means that the respective oxygen flow paths are formed in parallel to each other. It is an acceptable meaning as long as the effect is not impaired.

セパレータにおける酸素流路方向の長さ(図6Aおよび図6C中、縦方向の長さ)は、電極面積を十分に確保する観点から、10mm以上であることが好ましい。また、上記の通り、酸素流路を通過する空気は、酸素(酸化剤)の供給源となる他、冷却媒体としても機能させることができるが、セパレータにおける酸素流路方向の長さが長すぎると、燃料電池の発電時における発熱を、酸素流路を通過する空気によって十分に冷却できないおそれがある。そのため、セパレータにおける酸素流路方向の長さは、100mm以下であることが好ましい。   The length of the separator in the oxygen flow path direction (the length in the vertical direction in FIGS. 6A and 6C) is preferably 10 mm or more from the viewpoint of ensuring a sufficient electrode area. In addition, as described above, the air passing through the oxygen channel can be used as a cooling medium in addition to supplying oxygen (oxidant), but the separator is too long in the oxygen channel direction. Then, there is a possibility that the heat generated during power generation of the fuel cell cannot be sufficiently cooled by the air passing through the oxygen flow path. Therefore, the length of the separator in the oxygen flow path direction is preferably 100 mm or less.

セパレータにおける燃料供給マニホールドと燃料排出マニホールドとの間の距離(最短の距離。燃料供給マニホールドと燃料排出マニホールドとの間の距離について、以下同じ。)は、電極面積を十分に確保する観点から、10mm以上であることが好ましい。また、燃料供給マニホールドと燃料排出マニホールドとの間が長すぎると、燃料流路が長くなって、燃料流通の圧損が大きくなることがある。そのため、セパレータにおける燃料供給マニホールドと燃料排出マニホールドとの間の距離は、300mm以下であることが好ましい。   The distance between the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold in the separator (the shortest distance; the same applies to the distance between the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold) is 10 mm from the viewpoint of securing a sufficient electrode area. The above is preferable. Further, if the distance between the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold is too long, the fuel flow path becomes long, and the pressure loss of the fuel flow may increase. For this reason, the distance between the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold in the separator is preferably 300 mm or less.

セパレータにおける燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドの幅(図6Aおよび図6C中、横方向の長さ)は、燃料流通時の圧損を小さくするためには、ガスシール性を確保できる範囲でできる限り大きくすることが好ましい。   The width of the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold in the separator (the length in the lateral direction in FIGS. 6A and 6C) is as large as possible within a range in which gas sealability can be secured in order to reduce the pressure loss during fuel flow. It is preferable to do.

燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドは、平面視で四角形のセパレータの、4辺のうちの対向する2辺の近傍にそれぞれ設けるが、具体的には、燃料供給マニホールドは、図6Aおよび図6C中で、ガスシール性を確保できる範囲で、左側の縦の辺からの距離ができる限り短くなるように配置することが好ましい。また、燃料排出マニホールドも、図6Aおよび図6C中で、ガスシール性を確保できる範囲で、右側の縦の辺からの距離ができる限り短くなるようにすることが好ましい。   The fuel supply manifold and the fuel discharge manifold are provided in the vicinity of two opposite sides of the four sides of the rectangular separator in plan view. Specifically, the fuel supply manifold is shown in FIGS. 6A and 6C. In addition, it is preferable that the distance from the vertical side on the left side be as short as possible within a range in which gas sealing properties can be secured. In addition, it is preferable that the fuel discharge manifold be as short as possible from the vertical side on the right side within the range in which the gas sealability can be secured in FIGS. 6A and 6C.

本発明の燃料電池において、MEAの有する正極、負極および固体高分子電解質膜、並びに排水機構に形成する燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドは、セパレータの燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドの存在位置に相当する箇所に配置する。これにより、セパレータ、MEAおよび排水機構の燃料供給マニホールドが重なり、また、セパレータ、MEAおよび排水機構の燃料排出マニホールドが重なることで、燃料電池の厚み方向(セパレータ、MEAおよび排水機構の積層方向)に気液分離チューブを配置できるとともに燃料流路が形成される。   In the fuel cell of the present invention, the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold formed in the MEA positive electrode, negative electrode and solid polymer electrolyte membrane, and the drainage mechanism correspond to the positions of the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold of the separator. Place in place. Thereby, the fuel supply manifold of the separator, the MEA and the drainage mechanism overlaps, and the fuel discharge manifold of the separator, the MEA and the drainage mechanism overlaps, so that in the thickness direction of the fuel cell (stacking direction of the separator, MEA and drainage mechanism). A gas-liquid separation tube can be arranged and a fuel flow path is formed.

MEAの有する正極、負極および固体高分子電解質膜の燃料供給マニホールドと燃料排出マニホールド、セパレータの燃料供給マニホールドと燃料排出マニホールド、並びに排水機構の燃料供給マニホールドと燃料排出マニホールドの形成位置の決定に当たっては、後述する正極ガスシール、負極ガスシール、および排水機構におけるガスシールの幅を考慮することが好ましい。   In determining the formation positions of the fuel supply manifold and fuel discharge manifold of the positive electrode, the negative electrode, and the solid polymer electrolyte membrane of the MEA, the fuel supply manifold and fuel discharge manifold of the separator, and the fuel supply manifold and fuel discharge manifold of the drainage mechanism, It is preferable to consider the width of the gas seal in the positive electrode gas seal, the negative electrode gas seal, and the drainage mechanism described later.

セパレータにおいて、酸素流路の幅(図6Bおよび図6C中、横方向の長さ)は、空気の流通をより良好にする観点から、0.5mm以上とすることが好ましく、また、セパレータの強度低下を抑制する観点から、5mm以下とすることが好ましい。   In the separator, the width of the oxygen channel (the length in the lateral direction in FIGS. 6B and 6C) is preferably 0.5 mm or more from the viewpoint of improving the air flow, and the strength of the separator. From the viewpoint of suppressing the decrease, the thickness is preferably 5 mm or less.

酸素流路の高さ(溝の高さ)は、空気の流通をより良好にする観点から、0.5mm以上とすることが好ましく、また、セパレータの厚みの増大を抑制する観点から、5mm以下とすることが好ましい。   The height of the oxygen channel (height of the groove) is preferably 0.5 mm or more from the viewpoint of improving air circulation, and 5 mm or less from the viewpoint of suppressing an increase in the thickness of the separator. It is preferable that

酸素流路間のリブの幅(図6Bおよび図6C中、横方向の長さ)は、セパレータの強度低下を抑制する観点から、0.5mm以上とすることが好ましく、また、酸素流路での空気の流通を良好にする観点から、5mm以下とすることが好ましい。   The width of the rib between the oxygen channels (the length in the lateral direction in FIGS. 6B and 6C) is preferably 0.5 mm or more from the viewpoint of suppressing the strength reduction of the separator. From the viewpoint of improving the flow of air, it is preferable to set it to 5 mm or less.

酸素流路部分の最薄部の厚み(酸素流路の底部から他面までの長さ)は、セパレータの強度を確保して、割れ、ゆがみなどを防止する観点から、0.2mm以上とすることが好ましく、また、セパレータの厚みの増大を抑制する観点から、5mm以下であることが好ましい。   The thickness of the thinnest part of the oxygen channel portion (the length from the bottom of the oxygen channel to the other surface) is 0.2 mm or more from the viewpoint of ensuring the strength of the separator and preventing cracking, distortion, and the like. In view of suppressing an increase in the thickness of the separator, the thickness is preferably 5 mm or less.

セパレータの材質としては、電子伝導性および耐食性の高いものであれば特に制限はないが、例えば、黒鉛、カーボンと樹脂との混練物、ステンレス鋼、ステンレス鋼に金や白金をメッキしたもの、チタン、チタンに金や白金をメッキしたもの、ステンレス鋼−銅クラッド、ステンレス鋼−銅クラッドに金や白金をメッキしたものなどが好適である。   The separator material is not particularly limited as long as it has high electron conductivity and corrosion resistance. For example, graphite, a mixture of carbon and resin, stainless steel, stainless steel plated with gold or platinum, titanium Preferred are titanium plated with gold or platinum, stainless steel-copper clad, stainless steel-copper clad plated with gold or platinum, and the like.

図2から図5に示す正極触媒層、固体高分子電解質膜および負極触媒層の積層体20aの詳細を図7に示す。図7Aは平面図、図7Bは図7AにおけるII−II線断面図である。   Details of the laminate 20a of the positive electrode catalyst layer, the solid polymer electrolyte membrane, and the negative electrode catalyst layer shown in FIGS. 2 to 5 are shown in FIG. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a sectional view taken along line II-II in FIG. 7A.

燃料電池において、MEAを構成する正極触媒層と、固体高分子電解質膜と、負極触媒層とは、図7に示すように平面視で同一形状であることが好ましい。これにより、正極触媒層と固体高分子電解質膜と負極触媒層とで構成される積層体の全面で厚みを均一にできるため、正負極の拡散層および正負極のガスシールを介したセパレータ(MEAの両面に配置される2枚のセパレータ)による締め付けが均一になり、ガス漏れがより良好に抑制できるようになる。また、これにより、MEAの製造時において、固体高分子電解質膜を挟んで正極触媒層と負極触媒層との位置を精度よく決定する必要もなくなるため、MEAの製造、ひいては燃料電池の製造がより容易となり、その生産性を高めることができる。   In the fuel cell, the positive electrode catalyst layer, the solid polymer electrolyte membrane, and the negative electrode catalyst layer constituting the MEA preferably have the same shape in plan view as shown in FIG. Thus, the thickness of the laminate composed of the positive electrode catalyst layer, the solid polymer electrolyte membrane, and the negative electrode catalyst layer can be made uniform, so that the separator (MEA) via the positive and negative electrode diffusion layers and the positive and negative electrode gas seals can be used. Tightening by the two separators disposed on both sides of the sheet becomes uniform, and gas leakage can be suppressed better. This also eliminates the need to accurately determine the positions of the positive electrode catalyst layer and the negative electrode catalyst layer across the solid polymer electrolyte membrane during the manufacture of the MEA, thereby making it possible to manufacture the MEA and thus the fuel cell. It becomes easy and the productivity can be increased.

また、図7Aにおいて、燃料供給マニホールド201および燃料排出マニホールド202は、平面視で四角形を構成する積層体20aの4辺のうちの対向する2辺の近傍に、それぞれ形成されている。   In FIG. 7A, the fuel supply manifold 201 and the fuel discharge manifold 202 are respectively formed in the vicinity of two opposing sides of the four sides of the stacked body 20a forming a quadrangle in a plan view.

燃料電池の有するMEAに係る正極触媒層は、正極拡散層を介して拡散してきた酸素を還元する機能を有している。正極触媒層としては、例えば、触媒を担持した炭素粉末(触媒担持炭素粉末)と、プロトン伝導性材料とを含有しており、また、必要に応じて、樹脂などのバインダを更に含有していてもよい。   The positive electrode catalyst layer according to MEA of the fuel cell has a function of reducing oxygen diffused through the positive electrode diffusion layer. The positive electrode catalyst layer contains, for example, a carbon powder carrying a catalyst (catalyst-carrying carbon powder) and a proton conductive material, and further contains a binder such as a resin as necessary. Also good.

正極触媒層の含有する触媒としては、酸素を還元できるものであれば特に制限はないが、例えば、白金微粒子が挙げられる。また、上記触媒は、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウムおよび金よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素と白金との合金で構成される微粒子などであってもよい。   The catalyst contained in the positive electrode catalyst layer is not particularly limited as long as it can reduce oxygen, and examples thereof include platinum fine particles. The catalyst may be fine particles composed of an alloy of platinum and at least one metal element selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, tin, ruthenium and gold.

触媒の担体である炭素粉末としては、例えば、BET比表面積が10〜2000m2/gであり、平均粒子径が20〜100nmのカーボンブラックなどが用いられる。炭素粉末への上記触媒の担持は、例えば、コロイド法などで行うことができる。 As the carbon powder as the catalyst carrier, for example, carbon black having a BET specific surface area of 10 to 2000 m 2 / g and an average particle diameter of 20 to 100 nm is used. The catalyst can be supported on the carbon powder by, for example, a colloid method.

上記炭素粉末と上記触媒との含有比率としては、例えば、炭素粉末100質量部に対して、触媒が5〜400質量部であることが好ましい。このような含有比率であれば、十分な触媒活性を有する正極触媒層が構成できるからである。また、例えば、炭素粉末上に触媒を析出させる方法(例えば、コロイド法)で触媒担持炭素粉末が作製される場合には、炭素粉末と触媒とが上記の含有比率であれば、触媒の径が大きくなりすぎず、十分な触媒活性が得られるからである。   As a content ratio of the carbon powder and the catalyst, for example, the catalyst is preferably 5 to 400 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon powder. This is because such a content ratio can constitute a positive electrode catalyst layer having sufficient catalytic activity. In addition, for example, when the catalyst-supported carbon powder is produced by a method of depositing the catalyst on the carbon powder (for example, a colloid method), the catalyst diameter is as long as the carbon powder and the catalyst have the above content ratio. This is because it does not become too large and sufficient catalytic activity is obtained.

正極触媒層に含まれるプロトン伝導性材料としては、特に制限はないが、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂などのスルホン酸基を有する樹脂を用いることができる。ポリパーフルオロスルホン酸樹脂としては、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン(登録商標)」、旭硝子社製の「フレミオン(登録商標)」、旭化成工業社製の「アシプレックス(商品名)」などが挙げられる。   The proton conductive material contained in the positive electrode catalyst layer is not particularly limited. For example, a resin having a sulfonic acid group such as a polyperfluorosulfonic acid resin, a sulfonated polyether sulfonic acid resin, or a sulfonated polyimide resin is used. be able to. Specific examples of the polyperfluorosulfonic acid resin include “Nafion (registered trademark)” manufactured by DuPont, “Flemion (registered trademark)” manufactured by Asahi Glass, and “Aciplex (trade name) manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd. Or the like.

正極触媒層におけるプロトン伝導性材料の含有量は、触媒担持炭素粉末100質量部に対して、2〜200質量部であることが好ましい。プロトン伝導性材料が上記の量で含有されていれば、正極触媒層において十分なプロトン伝導性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができるからである。   The content of the proton conductive material in the positive electrode catalyst layer is preferably 2 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the catalyst-supporting carbon powder. If the proton conductive material is contained in the above amount, sufficient proton conductivity is obtained in the positive electrode catalyst layer, and the electric resistance value does not become too large, and a fuel cell with good battery performance can be obtained. It is.

正極触媒層に係るバインダとしては、特に制限はないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(E/TFE)、ポリビニリデンフ
ルオライド(PVDF)およびポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)などのフッ素樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリスチレン、ポリエステル、アイオノマー、ブチルゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体およびエチレン・アクリル酸共重合体などの非フッ素樹脂などを用いることができる。
The binder for the positive electrode catalyst layer is not particularly limited. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), fluoropolymers such as tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (E / TFE), polyvinylidene fluoride (PVDF) and polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyethylene, polypropylene, nylon, polystyrene, polyester, Non-fluorinated resins such as ionomer, butyl rubber, ethylene / vinyl acetate copolymer, ethylene / ethyl acrylate copolymer, and ethylene / acrylic acid copolymer can be used.

正極触媒層におけるバインダの含有量は、触媒担持炭素粉末100質量部に対して、0.01〜100質量部であることが好ましい。バインダが上記の量で含有されていれば、正極触媒層について十分な結着性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができるからである。   The binder content in the positive electrode catalyst layer is preferably 0.01 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the catalyst-supporting carbon powder. This is because if the binder is contained in the above-mentioned amount, sufficient binding properties can be obtained for the positive electrode catalyst layer, and the electric resistance value does not become too large, and a fuel cell with good battery performance can be obtained.

正極触媒層の厚みは、1〜50μmであることが好ましい。   The thickness of the positive electrode catalyst layer is preferably 1 to 50 μm.

負極触媒層は、負極拡散層を介して拡散してきた水素などの燃料を酸化する機能を有している。負極触媒層は、例えば、触媒を担持した炭素粉末(触媒担持炭素粉末)と、プロトン伝導性材料とを含有しており、また、必要に応じて、樹脂などのバインダを更に含有していてもよい。   The negative electrode catalyst layer has a function of oxidizing a fuel such as hydrogen diffused through the negative electrode diffusion layer. The negative electrode catalyst layer contains, for example, a carbon powder carrying a catalyst (catalyst carrying carbon powder) and a proton conductive material, and may further contain a binder such as a resin if necessary. Good.

負極触媒層に係る触媒は、水素などの燃料を酸化できれば特に制限はなく、例えば、正極触媒層に係る触媒として例示した上記の各触媒を用いることができる。負極触媒層に係る上記炭素粉末、プロトン伝導性材料、およびバインダについても、正極触媒層に係る炭素粉末、プロトン伝導性材料、およびバインダとして例示した上記の各材料を用いることができる。   The catalyst related to the negative electrode catalyst layer is not particularly limited as long as it can oxidize a fuel such as hydrogen. For example, each of the catalysts exemplified as the catalyst related to the positive electrode catalyst layer can be used. As for the carbon powder, proton conductive material, and binder related to the negative electrode catalyst layer, the above-described materials exemplified as the carbon powder, proton conductive material, and binder related to the positive electrode catalyst layer can be used.

負極触媒層の厚みは、1〜50μmであることが好ましい。   The thickness of the negative electrode catalyst layer is preferably 1 to 50 μm.

固体高分子電解質膜は、プロトンを輸送可能であり、かつ電子伝導性は示さない材料で構成された膜であれば、特に制限はない。固体高分子電解質膜を構成し得る材料としては、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン(登録商標)」、旭硝子社製の「フレミオン(登録商標)」、旭化成工業社製の「アシプレックス(商品名)」などが挙げられる。その他、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂、硫酸ドープポリベンズイミダゾールなども、固体高分子電解質膜の材料として用いることができる。   The solid polymer electrolyte membrane is not particularly limited as long as it is made of a material that can transport protons and does not exhibit electronic conductivity. Examples of materials that can constitute the solid polymer electrolyte membrane include polyperfluorosulfonic acid resin, specifically, “Nafion (registered trademark)” manufactured by DuPont, and “Flemion (registered trademark)” manufactured by Asahi Glass. “Aciplex (trade name)” manufactured by Asahi Kasei Corporation. In addition, sulfonated polyether sulfonic acid resin, sulfonated polyimide resin, sulfuric acid-doped polybenzimidazole, and the like can also be used as the material for the solid polymer electrolyte membrane.

固体高分子電解質膜の厚みは、5〜150μmであることが好ましい。   The thickness of the solid polymer electrolyte membrane is preferably 5 to 150 μm.

図4に示すゴムシート52は、その平面形状を、例えば、図7Aに示す積層体20aと同じ形状とすることができる。よって、ゴムシート52には、例えば、セパレータの燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドに相当する位置に、燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドを形成することが好ましい。   The rubber sheet 52 shown in FIG. 4 can have the same planar shape as, for example, the laminate 20a shown in FIG. 7A. Therefore, it is preferable to form the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold in the rubber sheet 52 at positions corresponding to the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold of the separator, for example.

図2から図5に示す正極拡散層および正極ガスシールの詳細を図8に示す。図8Aは平面図、図8Bは図8AにおけるIII−III線断面図である。正極拡散層21は、前記の通り、セパレータの酸素流路の形成部全面を覆うように配置される。   Details of the positive electrode diffusion layer and the positive electrode gas seal shown in FIGS. 2 to 5 are shown in FIG. 8A is a plan view, and FIG. 8B is a sectional view taken along line III-III in FIG. 8A. As described above, the positive electrode diffusion layer 21 is disposed so as to cover the entire surface of the separator in which the oxygen flow path is formed.

正極拡散層21における、セパレータの酸素流路と平行または略平行な2辺(図8A中、縦の2辺)の外側には、燃料ガスの流出を抑制するための正極ガスシール30が配置され、燃料供給マニホールド31および燃料排出マニホールド32が、正極ガスシール30に形成されていることが好ましい。上記のように正極ガスシールを配置した場合、セパレータの酸素流路の開口端に相当する位置に正極ガスシールが存在しないため、固体高分子電解質膜の、燃料による圧力や水分によって生じ得る膨張収縮の応力を緩和することができる。   A positive electrode gas seal 30 for suppressing the outflow of the fuel gas is arranged outside two sides (two vertical sides in FIG. 8A) parallel to or substantially parallel to the oxygen flow path of the separator in the positive electrode diffusion layer 21. The fuel supply manifold 31 and the fuel discharge manifold 32 are preferably formed on the positive electrode gas seal 30. When the positive electrode gas seal is arranged as described above, since the positive electrode gas seal does not exist at the position corresponding to the open end of the oxygen flow path of the separator, the expansion and contraction of the solid polymer electrolyte membrane that may be caused by the pressure or moisture caused by the fuel The stress of can be relieved.

正極拡散層21と正極ガスシール30との界面の位置は、セパレータの酸素流路の形成部よりも外側(燃料供給マニホールド側および燃料排出マニホールド側)に相当する位置とすることが好ましい。上記の界面がセパレータの酸素流路に相当する位置や、酸素流路と、これに隣り合う酸素流路との間に相当するリブの位置に存在していた場合、ガスシール性が低下するおそれがある。   The position of the interface between the positive electrode diffusion layer 21 and the positive electrode gas seal 30 is preferably set to a position corresponding to the outer side (fuel supply manifold side and fuel discharge manifold side) of the oxygen flow path forming part of the separator. If the interface exists at a position corresponding to the oxygen flow path of the separator or a position of a rib corresponding to the oxygen flow path and the oxygen flow path adjacent to the oxygen flow path, the gas sealing performance may be deteriorated. There is.

正極ガスシールの幅(図8A中、aやbの長さ)は、ガスシール性をより良好にする観点からは、0.5mm以上であることが好ましく、また、電極面積のロスを低減する観点からは、5mm以下であることが好ましい。   The width of the positive electrode gas seal (the length of a and b in FIG. 8A) is preferably 0.5 mm or more from the viewpoint of improving the gas sealability, and also reduces the loss of the electrode area. From the viewpoint, it is preferably 5 mm or less.

正極拡散層の厚みは、100〜1000μmであることが好ましい。また、正極ガスシールの厚みは、50〜1000μmであることが好ましい。   The thickness of the positive electrode diffusion layer is preferably 100 to 1000 μm. Moreover, it is preferable that the thickness of a positive electrode gas seal is 50-1000 micrometers.

図4、図5に示す集電板50およびガスシール51からなる層は、その平面形状を、例えば、図8Aに示す正極拡散層21およびガスシール30からなる層と同じ形状とすることができる。すなわち、図8Aにおける正極拡散層21を集電板50に置き換え、ガスシール30をガスシール51に置き換えた形状とすることができる。よって、平面視で、集電体50の対向する両端に配置されるガスシール51、51には、それぞれ、例えばセパレータの燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドに相当する位置に、燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドを形成することが好ましい。   4 and 5, the layer formed of the current collector plate 50 and the gas seal 51 can have the same planar shape as, for example, the layer formed of the positive electrode diffusion layer 21 and the gas seal 30 illustrated in FIG. 8A. . That is, the positive electrode diffusion layer 21 in FIG. 8A can be replaced with the current collector plate 50, and the gas seal 30 can be replaced with the gas seal 51. Therefore, in plan view, the gas seals 51, 51 disposed at the opposite ends of the current collector 50 are respectively disposed at positions corresponding to, for example, the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold of the separator. Preferably a manifold is formed.

図2から図5に示す負極拡散層および負極ガスシールの詳細を図9に示す。図9Aは平面図、図9Bは図9AにおけるIV−IV線断面図である。燃料電池においては、負極拡散層25が、セパレータの平面(酸素流路が形成されている面と反対の面)と接するようにセパレータが配置される。   Details of the negative electrode diffusion layer and the negative electrode gas seal shown in FIGS. 2 to 5 are shown in FIG. 9A is a plan view, and FIG. 9B is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 9A. In the fuel cell, the separator is disposed so that the negative electrode diffusion layer 25 is in contact with the plane of the separator (the surface opposite to the surface on which the oxygen channel is formed).

本発明の燃料電池では、図9に示すように、平面視で四角形の負極拡散層25の外周外側に、燃料ガスの流出を抑制するための負極ガスシール40を配置し、負極拡散層25の上記四角形を構成する4辺のうちの1辺(図9A中、左側の縦の辺)と負極ガスシール40とで燃料供給マニホールド41を形成し、かつ、負極拡散層25の上記1辺に対向する1辺(図9A中右側の縦の辺)と負極ガスシール40とで燃料排出マニホールド42を形成することが好ましい。   In the fuel cell of the present invention, as shown in FIG. 9, a negative electrode gas seal 40 for suppressing the outflow of fuel gas is disposed outside the outer periphery of the rectangular negative electrode diffusion layer 25 in plan view. A fuel supply manifold 41 is formed by one of the four sides constituting the quadrangle (the vertical side on the left side in FIG. 9A) and the negative electrode gas seal 40, and faces the one side of the negative electrode diffusion layer 25. The fuel discharge manifold 42 is preferably formed by one side (the vertical side on the right side in FIG. 9A) and the negative gas seal 40.

前述の通り、負極拡散層25は、その内部に、燃料ガスが流通可能な孔を有する材料で構成することが一般的であるが、負極拡散層25、負極ガスシール40、燃料供給マニホールド41および燃料排出マニホールド42を上記のように配置することで、負極拡散層25の全体に、燃料供給マニホールド41から燃料排出マニホールド42へ向かう燃料流路が形成されることになり、安定した発電が可能となる。   As described above, the negative electrode diffusion layer 25 is generally made of a material having pores through which fuel gas can flow, but the negative electrode diffusion layer 25, the negative electrode gas seal 40, the fuel supply manifold 41, and the like. By disposing the fuel discharge manifold 42 as described above, a fuel flow path from the fuel supply manifold 41 to the fuel discharge manifold 42 is formed in the entire negative electrode diffusion layer 25, enabling stable power generation. Become.

負極拡散層25には、図9Aに示すように、燃料流路を形成しなくてもよく、これにより、全面がセパレータと接することになるため、電気的な接触抵抗を最小限に抑えることが可能となる。   As shown in FIG. 9A, the negative electrode diffusion layer 25 does not need to be formed with a fuel flow path, and as a result, the entire surface comes into contact with the separator, so that the electrical contact resistance can be minimized. It becomes possible.

負極ガスシールの幅(図9A中、cやdの長さ)は、ガスシール性をより良好にする観点からは、0.5mm以上であることが好ましく、また、電極面積のロスを低減する観点からは、5mm以下であることが好ましい。   The width of the negative electrode gas seal (the length of c and d in FIG. 9A) is preferably 0.5 mm or more from the viewpoint of improving the gas sealability, and also reduces the loss of the electrode area. From the viewpoint, it is preferably 5 mm or less.

負極拡散層の厚みは、100〜1000μmであることが好ましい。また、負極ガスシールの厚みは、50〜1000μmであることが好ましい。   The thickness of the negative electrode diffusion layer is preferably 100 to 1000 μm. Moreover, it is preferable that the thickness of a negative electrode gas seal is 50-1000 micrometers.

正極拡散層および負極拡散層は、多孔性の電子伝導性材料で構成され、例えば、撥水処理を施した多孔質炭素シートなどが用いられる。正極拡散層および負極拡散層の触媒層側には、更なる撥水性向上および触媒層との接触性の向上を目的として、フッ素樹脂粒子(PTFE樹脂粒子など)を含む炭素粉末のペーストを塗布してもよい。   The positive electrode diffusion layer and the negative electrode diffusion layer are made of a porous electron conductive material, and for example, a porous carbon sheet subjected to a water repellent treatment is used. A carbon powder paste containing fluororesin particles (such as PTFE resin particles) is applied to the positive electrode diffusion layer and the catalyst layer side of the negative electrode diffusion layer for the purpose of further improving water repellency and improving the contact property with the catalyst layer. May be.

正極ガスシールおよび負極ガスシールの材質には、燃料電池分野などにおいてシール材として公知の各種材料、例えば、シリコンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、PTFEフィルム、ポリイミドフィルムなどを用いることができる。   As materials for the positive electrode gas seal and the negative electrode gas seal, various materials known as seal materials in the field of fuel cells, for example, silicon rubber, ethylene-propylene-diene rubber, PTFE film, polyimide film, and the like can be used.

図4に示す排水機構の詳細を図10に示す。図10Aは平面図、図10Bは図10AにおけるV−V線断面図、図10Cは図10AのVI−VI線断面図である。排水機構は、前述の通り、積層されたMEA群のうち、最上部のMEAよりも上に配置される。   Details of the drainage mechanism shown in FIG. 4 are shown in FIG. 10A is a plan view, FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 10A, and FIG. 10C is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 10A. As described above, the drainage mechanism is disposed above the uppermost MEA in the stacked MEA group.

図10に示すように、排水機構は、平面視で四角形の水通過層60aの外周外側に、ガスの出入りを抑制するためのガスシール60bを配置し、水通過層60aの上記四角形を構成する4辺のうちの1辺(図10A中、左側の縦の辺)とガスシール60bとで燃料供給マニホールド61を形成し、かつ、水通過層60aの上記1辺に対向する1辺(図10A中右側の縦の辺)とガスシール60bとで燃料排出マニホールド62を形成することが好ましい。また、燃料供給マニホールド61側および燃料排出マニホールド62側の水通過層60aのそれぞれの側面には、水の流出を抑制するためのシール板60cが配置され、シール板60cには、前述の気液分離チューブを水通過層60aに接続するための開口部60dが設けられていることが好ましい。   As shown in FIG. 10, in the drainage mechanism, the gas seal 60b for suppressing gas in / out is disposed outside the outer periphery of the quadrilateral water passage layer 60a in plan view, thereby forming the quadrangular shape of the water passage layer 60a. The fuel supply manifold 61 is formed by one of the four sides (the vertical side on the left side in FIG. 10A) and the gas seal 60b, and one side (FIG. 10A) facing the one side of the water passage layer 60a. It is preferable to form the fuel discharge manifold 62 with the middle right vertical side) and the gas seal 60b. Further, on each side surface of the water passage layer 60a on the fuel supply manifold 61 side and the fuel discharge manifold 62 side, a seal plate 60c for suppressing the outflow of water is disposed. An opening 60d for connecting the separation tube to the water passage layer 60a is preferably provided.

また、水通過層60aは、MEAの有する負極拡散層と同じ構造を有していることが好ましい。すなわち、排水機構は、MEAの有する負極拡散層および負極ガスシールにより構成される層と同じ構造を有していることが好ましい。排水機構をこのような構造とすることで、前述の通り、排水機構が発電部に当たるMEAと同等の圧力損失を有するようになるため、燃料電池の発電効率を高く維持することができる。   The water passage layer 60a preferably has the same structure as the negative electrode diffusion layer of the MEA. That is, the drainage mechanism preferably has the same structure as the layer constituted by the negative electrode diffusion layer and negative electrode gas seal of the MEA. Since the drainage mechanism has such a structure, as described above, the drainage mechanism has a pressure loss equivalent to that of the MEA that hits the power generation unit, so that the power generation efficiency of the fuel cell can be maintained high.

よって、排水機構に係る水通過層は、負極拡散層と同様に、多孔性の電子伝導性材料で構成されていることが好ましく、例えば、撥水処理を施した多孔質炭素シートなどが好ましく用いられる。このような材料で水通過層を構成することで、層の内部を水(燃料電池内の浸入水)が良好に通過できるため、別途水通過用の溝などを形成する必要がない。水通過層の表面には、更なる撥水性向上を目的として、フッ素樹脂粒子(PTFE樹脂粒子など)を含む炭素粉末のペーストを塗布してもよい。   Therefore, the water passage layer according to the drainage mechanism is preferably made of a porous electron conductive material, like the negative electrode diffusion layer, and for example, a porous carbon sheet subjected to a water repellent treatment is preferably used. It is done. By configuring the water passage layer with such a material, water (intrusion water in the fuel cell) can pass through the inside of the layer satisfactorily, so there is no need to separately form a water passage groove or the like. For the purpose of further improving water repellency, a carbon powder paste containing fluororesin particles (such as PTFE resin particles) may be applied to the surface of the water passage layer.

水通過層の厚みは、負極拡散層と同様に、100〜1000μmであることが好ましい。   The thickness of the water passage layer is preferably 100 to 1000 μm, like the negative electrode diffusion layer.

水通過層の外周外側に配置されるガスシールには、負極ガスシールと同様に、燃料電池分野などにおいてシール材として公知の各種材料、例えば、シリコンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、PTFEフィルム、ポリイミドフィルムなどを用いることができる。   For the gas seal disposed on the outer periphery of the water passage layer, as well as the negative electrode gas seal, various materials known as sealing materials in the fuel cell field etc., for example, silicon rubber, ethylene-propylene-diene rubber, PTFE film, polyimide A film or the like can be used.

水通過層の外周外側に配置されるガスシールの幅(図10A中、eやfの長さ)は、負極ガスシールと同様に、0.5mm以上5mm以下であることが好ましい。また、水通過層の外周外側に配置されるガスシールの厚みも、負極ガスシールと同様に、50〜1000μmであることが好ましい。   The width of the gas seal disposed on the outer periphery of the water passage layer (the length of e and f in FIG. 10A) is preferably 0.5 mm or more and 5 mm or less, similarly to the negative electrode gas seal. Moreover, it is preferable that the thickness of the gas seal arrange | positioned on the outer periphery outer periphery of a water passage layer is 50-1000 micrometers similarly to a negative electrode gas seal.

また、マニホールド側の水通過層の側面に配置されるシール板の材質は、水を透過しないものであれば特に限定されず、アクリル板などの樹脂板を用いることができる。シール板の厚さも特に限定されず、例えば50〜1000μmとすればよい。   The material of the seal plate disposed on the side surface of the water passage layer on the manifold side is not particularly limited as long as it does not transmit water, and a resin plate such as an acrylic plate can be used. The thickness of the seal plate is not particularly limited, and may be, for example, 50 to 1000 μm.

排水機構は、MEA間に介在させるセパレータと、平面視での面積が同等であり、これにより、排水機構を含む燃料電池の生産を容易とするが、ここでいう「平面視での面積が同等」とは、実質的に同じであればよく、排水機構やセパレータを含む燃料電池の各層を積層するにあたり、詳細な位置合わせが必要になるなど、積層に支障が出ない程度のサイズのズレは許容する趣旨であるが、具体的には、セパレータの面積に対して、排水機構の面積が95〜105%程度であればよい。   The drainage mechanism has the same area in plan view as the separator interposed between the MEAs, thereby facilitating the production of the fuel cell including the drainage mechanism. ”Is only required to be substantially the same. When stacking each layer of the fuel cell including the drainage mechanism and the separator, detailed alignment is required. Although it is the meaning to accept | permit, specifically, the area of a drainage mechanism should just be about 95 to 105% with respect to the area of a separator.

図4、図5に示す気液分離チューブと、当該気液分離チューブと排水機構との連結状態を図11に示す。図11Aは気液分離チューブの要部側面図、図11Bは気液分離チューブを排水機構に連結した状態の要部斜視図である。   FIG. 11 shows the gas-liquid separation tube shown in FIGS. 4 and 5 and the connection state between the gas-liquid separation tube and the drainage mechanism. 11A is a side view of the main part of the gas-liquid separation tube, and FIG. 11B is a perspective view of the main part in a state where the gas-liquid separation tube is connected to the drainage mechanism.

気液分離チューブの内径は、1〜10mmが好ましく、1〜5mmがより好ましい。内径が1mm未満であるとチューブ内の圧力が増加するためチューブの耐水圧を超えて、気液分離チューブから水が漏洩する恐れがあり、内径が10mmを超えると浸入水の水滴が集合して水だまりを形成する傾向があり、浸入水を排水機構まで効率よく送ることが困難になる場合ある。   1-10 mm is preferable and, as for the internal diameter of a gas-liquid separation tube, 1-5 mm is more preferable. If the inner diameter is less than 1 mm, the pressure inside the tube will increase, so that the water pressure of the gas-liquid separation tube may be exceeded and the water-liquid separation tube may leak. There is a tendency to form a puddle, and it may be difficult to efficiently send ingress water to the drainage mechanism.

また、気液分離チューブの耐水圧は10kPa以上であることが好ましい。10kPa未満では、気液分離チューブから水の漏洩が容易に起きてしまうため、フラッディングが起きやすくなる。耐水圧の上限は特に限定されず、気液分離チューブの材質にもよるが、10〜100kPaであることが好ましい。   Further, the water pressure resistance of the gas-liquid separation tube is preferably 10 kPa or more. If it is less than 10 kPa, since water leaks easily from the gas-liquid separation tube, flooding is likely to occur. The upper limit of the water pressure resistance is not particularly limited, but is preferably 10 to 100 kPa, although it depends on the material of the gas-liquid separation tube.

図11Bでは、気液分離チューブをシール板の略中央部に連結した例を示したが、連結位置はシール板の中央部に限らず、側部でもよい。   Although FIG. 11B shows an example in which the gas-liquid separation tube is connected to the substantially central portion of the seal plate, the connection position is not limited to the central portion of the seal plate, and may be a side portion.

図4、図5に示す集電体50とガスシール51からなる層におけるガスシール51の材質には、負極ガスシールや正極ガスシールと同様に、燃料電池分野などにおいてシール材として公知の各種材料、例えば、シリコンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、PTFEフィルム、ポリイミドフィルムなどを用いることができる。また、図4に示すゴムシート52の材質には、シリコンゴムやエチレン−プロピレン−ジエンゴムを用いることができる。   As the material of the gas seal 51 in the layer composed of the current collector 50 and the gas seal 51 shown in FIGS. 4 and 5, various materials known as seal materials in the field of fuel cells and the like as well as the negative electrode gas seal and the positive electrode gas seal. For example, silicon rubber, ethylene-propylene-diene rubber, PTFE film, polyimide film, or the like can be used. Further, silicon rubber or ethylene-propylene-diene rubber can be used as the material of the rubber sheet 52 shown in FIG.

本発明の燃料電池では、燃料電池を構成するMEAにおいて、正極と負極とを、例えば、抵抗およびスイッチを介してリード体などで接続するなどして、導通可能なように構成していることが好ましい。このような構成のMEAを有する燃料電池では、燃料電池による発電の終了時に、上記のスイッチを入れるなどしてMEAに係る正極と負極とを短絡させて、燃料電池内に残留する水素などの燃料を消費することができる。そのため、燃料電池による発電の終了時に燃料電池内に残留する燃料による燃料電池の劣化を抑制することができる。   In the fuel cell of the present invention, in the MEA constituting the fuel cell, the positive electrode and the negative electrode may be configured to be conductive, for example, by connecting them with a lead body via a resistor and a switch. preferable. In the fuel cell having the MEA having such a configuration, when the power generation by the fuel cell is finished, the positive electrode and the negative electrode related to the MEA are short-circuited by, for example, turning on the above-described fuel, and the fuel such as hydrogen remaining in the fuel cell. Can be consumed. Therefore, deterioration of the fuel cell due to fuel remaining in the fuel cell at the end of power generation by the fuel cell can be suppressed.

燃料電池に係るMEAにおいて、正極と負極とを、上記のように抵抗を介して導通可能なように構成する場合、かかる抵抗としては、例えば、本発明の燃料電池を有するシステム(燃料電池発電システム)において、燃料電池の停止後、MEAの正極−負極間の電圧が0.1V以下となるのに要する時間が1分以内となるような抵抗値を有するものを用いればよく、抵抗を用いなくても、このような時間でMEAの正極−負極間の電圧を上記のように下げることができるのであれば、抵抗を用いずにスイッチのみを介してリード体などで接続して、導通可能としてもよい。   In the MEA related to the fuel cell, when the positive electrode and the negative electrode are configured to be conductive through the resistance as described above, examples of the resistance include a system (fuel cell power generation system) having the fuel cell of the present invention. ), After stopping the fuel cell, it is sufficient to use one having a resistance value such that the time required for the voltage between the positive electrode and the negative electrode of the MEA to be 0.1 V or less is within 1 minute, without using the resistance. However, if the voltage between the positive electrode and the negative electrode of the MEA can be lowered as described above in such a time, it is possible to conduct by connecting with a lead body or the like only through a switch without using a resistor. Also good.

図12に、本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムの一例を概略的に示す。図12中、100は燃料電池(本発明の燃料電池)で、600は燃料電池100へ燃料である水素を供給するための水素供給源である。水素供給源600は、水素発生物質604を収容した水素発生容器603と、水602を収容した水容器601とを有している水素製造装置である。水容器601からポンプ201を用い配管501、502を通じて水602を水素発生容器603に供給すると、水素発生物質604と水602との反応によって水素が発生し、この水素が、配管503、水トラップ(凝縮水分離器)801、配管504、505、506を通じて燃料電池100へ供給される。   FIG. 12 schematically shows an example of a fuel cell power generation system using the fuel cell of the present invention. In FIG. 12, reference numeral 100 denotes a fuel cell (a fuel cell of the present invention), and 600 denotes a hydrogen supply source for supplying hydrogen as a fuel to the fuel cell 100. The hydrogen supply source 600 is a hydrogen production apparatus having a hydrogen generation container 603 that contains a hydrogen generating substance 604 and a water container 601 that contains water 602. When the water 602 is supplied from the water container 601 to the hydrogen generation container 603 through the pipes 501 and 502 using the pump 201, hydrogen is generated by the reaction between the hydrogen generating substance 604 and the water 602. Condensed water separator) 801 and pipes 504, 505 and 506 are supplied to the fuel cell 100.

101は送風ファンであり、燃料電池100の正極への空気の供給、水素消費装置900への空気の供給および燃料電池100の冷却のためのものである。また、図12中の矢印は、送風ファン101により送られる空気の流れの方向を示している(後記の図14および図15においても、同じである。)。図12に示すように、本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムは、送風ファン101を有していることが好ましい。   Reference numeral 101 denotes a blower fan for supplying air to the positive electrode of the fuel cell 100, supplying air to the hydrogen consuming device 900, and cooling the fuel cell 100. Moreover, the arrow in FIG. 12 has shown the direction of the flow of the air sent by the ventilation fan 101 (it is the same also in FIG. 14 and FIG. 15 mentioned later). As shown in FIG. 12, the fuel cell power generation system using the fuel cell of the present invention preferably has a blower fan 101.

図12に示す燃料電池発電システムは、燃料電池100内のガスをシステム外に排出するための排気手段を有しており、排気手段は、燃料電池100内のガスを燃料電池100外に間欠的に排出するためのパージバルブ310と、燃料電池100から排出されたガス中の水素を消費するための水素消費装置900とを備えている。   The fuel cell power generation system shown in FIG. 12 has exhaust means for discharging the gas in the fuel cell 100 to the outside of the system, and the exhaust means intermittently discharges the gas in the fuel cell 100 to the outside of the fuel cell 100. And a purge valve 310 for discharging the hydrogen gas and a hydrogen consuming device 900 for consuming hydrogen in the gas discharged from the fuel cell 100.

図12に示す燃料電池発電システムに係る排気手段は、配管507、圧力センサ400、パージバルブ310、配管509、水容器601、配管510、水素消費装置900、配管514により構成されている。   The exhaust means according to the fuel cell power generation system shown in FIG. 12 includes a pipe 507, a pressure sensor 400, a purge valve 310, a pipe 509, a water container 601, a pipe 510, a hydrogen consumption device 900, and a pipe 514.

図12に示す燃料電池発電システムでは、燃料電池100による発電に伴って、燃料電池100の負極側にガス(発電に関与しなかった残留水素および発電の際に正極側から拡散してくる不純ガスを含むガス)などが蓄積し、また、燃料電池100内の浸入水が排水機構および気液分離チューブによって配管507側へ排出されるが、これらのガスや浸入水によって燃料電池100内および配管507内の圧力がある程度高まった時点で、パージバルブ310によって上記のガスや浸入水を配管509側に排出できる。このように、パージバルブ310の作用によって、燃料電池100内のガスや浸入水を間欠的に燃料電池100外に排出できる。   In the fuel cell power generation system shown in FIG. 12, as power is generated by the fuel cell 100, a gas (residual hydrogen not involved in power generation and an impure gas diffused from the positive electrode during power generation) Etc.), and intruded water in the fuel cell 100 is discharged to the pipe 507 side by the drainage mechanism and the gas-liquid separation tube. The inside of the fuel cell 100 and the pipe 507 are discharged by these gases and infiltrated water. When the internal pressure rises to some extent, the purge valve 310 can discharge the gas and the ingress water to the pipe 509 side. As described above, the gas and intrusion water in the fuel cell 100 can be intermittently discharged out of the fuel cell 100 by the action of the purge valve 310.

図12に示すシステムでは、圧力センサ400を備えており、この圧力センサ400によって配管507内の圧力を測定しながら、適時パージバルブ310を開いて、燃料電池100のガスや浸入水を配管509側へ排出できる。このように、燃料電池発電システムでは、燃料電池100の負極側の圧力を圧力センサ400で測定し、これにより得られた圧力情報に基づいて、パージバルブ310の開閉動作を制御することが好ましい。パージバルブは、燃料電池内の負極の圧力と外部の圧力(例えば大気圧)との差圧が5〜300kPaに達した段階で開閉動作を行うように制御されることが望ましい。差圧が5kPa未満で開く場合は、圧力差が小さすぎて水を排出する能力が低下し、差圧が300kPaを超えるまで開かない場合は、内圧が高くなりすぎてMEAを破損するおそれが生じる。   The system shown in FIG. 12 includes a pressure sensor 400. While the pressure sensor 400 measures the pressure in the pipe 507, the purge valve 310 is opened in a timely manner so that the gas and the intruded water of the fuel cell 100 are supplied to the pipe 509 side. Can be discharged. Thus, in the fuel cell power generation system, it is preferable to control the opening / closing operation of the purge valve 310 based on the pressure information obtained by measuring the pressure on the negative electrode side of the fuel cell 100 with the pressure sensor 400. The purge valve is desirably controlled so as to open and close when the pressure difference between the pressure of the negative electrode in the fuel cell and the external pressure (for example, atmospheric pressure) reaches 5 to 300 kPa. When the pressure difference is less than 5 kPa, the pressure difference is too small and the ability to discharge water is reduced. When the pressure difference does not open until the pressure exceeds 300 kPa, the internal pressure becomes too high and the MEA may be damaged. .

上記のような構成とすることで、燃料電池内の圧力情報を測定しながら適性に発電を行うことができるため、圧力が高くなりすぎて燃料電池から水素が漏れ出たり、燃料電池が破裂したりすることを抑制できる。また、燃料電池の出力状態と圧力情報とを考慮して、出力を適正に維持できるように発電させることも可能となる。   With the configuration as described above, it is possible to appropriately generate power while measuring pressure information in the fuel cell, so that the pressure becomes too high and hydrogen leaks from the fuel cell or the fuel cell bursts. Can be suppressed. In addition, it is possible to generate power so that the output can be properly maintained in consideration of the output state of the fuel cell and the pressure information.

図12に示すシステムでは、燃料電池100から排出されたガスや水(浸入水)は、配管509から、水素供給源600の水容器601へ導入される。水容器601は、水トラップとしても作用するため、燃料電池100から排出された水が水容器601で回収される。このように、燃料電池発電システムでは、燃料電池から排出されたガス中に含まれる水(浸入水)を回収するために、水トラップなどの水回収手段を、パージバルブと水素消費装置との間に備えていることが好ましい。このような構成とすることで、燃料電池から排出されたガスから水を除去した上で、上記ガスを水素消費装置に供給できるため、水素消費装置内で水が溜まることによる水素消費効率の低下を抑制することができ、より効率的な水素除去が可能となる。   In the system shown in FIG. 12, gas and water (intrusion water) discharged from the fuel cell 100 are introduced from the pipe 509 to the water container 601 of the hydrogen supply source 600. Since the water container 601 also acts as a water trap, the water discharged from the fuel cell 100 is collected by the water container 601. As described above, in the fuel cell power generation system, in order to recover water (intrusion water) contained in the gas discharged from the fuel cell, a water recovery means such as a water trap is provided between the purge valve and the hydrogen consuming device. It is preferable to provide. With such a configuration, the water can be supplied to the hydrogen consuming device after removing water from the gas discharged from the fuel cell, so that the hydrogen consumption efficiency is reduced due to the accumulation of water in the hydrogen consuming device. Can be suppressed, and more efficient hydrogen removal can be achieved.

また、燃料電池発電システムでは、水回収手段により回収した燃料電池内の水(浸入水)を、水素発生物質との反応(すなわち、水素の製造)に利用することが好ましい。図12のシステムでは、水素供給源600の水容器601が水回収手段を兼ねているため、燃料電池100から排出された水を、水素製造用の水として利用することができる。このような構成とすることで、システムをコンパクトにすることができると共に、エネルギーの利用率を高めることができる。   In the fuel cell power generation system, it is preferable to use the water (intrusion water) in the fuel cell recovered by the water recovery means for the reaction with the hydrogen generating substance (that is, the production of hydrogen). In the system of FIG. 12, since the water container 601 of the hydrogen supply source 600 also serves as a water recovery means, the water discharged from the fuel cell 100 can be used as water for hydrogen production. With such a configuration, the system can be made compact and the energy utilization rate can be increased.

図12に示すシステムでは、水容器601によって水(浸入水)が除去されたガス(燃料電池100から排出されたガス)が、配管510を通じて水素消費装置900に導入される。図12の水素消費装置900はMEAを有しており(図示しない)、燃料電池100の有するMEAによる発電と同じ機構によって、ガス中の水素を消費する。水素消費装置900に連結されている配管514は外気と接しており、水素消費装置900によって水素が除去されたガスは、配管514を通じてシステム外に排出される。図12に示すシステムでは、配管514の出口が、送風ファン101からの送風が当たるように配置しているため、水素消費装置で処理しきれずに僅かに水素が残留していても、希釈しつつシステム外に排出することができる。   In the system shown in FIG. 12, gas from which water (intrusion water) has been removed by the water container 601 (gas discharged from the fuel cell 100) is introduced into the hydrogen consuming apparatus 900 through the pipe 510. The hydrogen consuming apparatus 900 of FIG. 12 has an MEA (not shown) and consumes hydrogen in the gas by the same mechanism as the power generation by the MEA of the fuel cell 100. A pipe 514 connected to the hydrogen consuming apparatus 900 is in contact with outside air, and the gas from which hydrogen has been removed by the hydrogen consuming apparatus 900 is discharged out of the system through the pipe 514. In the system shown in FIG. 12, the outlet of the pipe 514 is arranged so as to be blown from the blower fan 101, so that even if hydrogen remains slightly without being processed by the hydrogen consuming device, it is diluted. Can be discharged out of the system.

燃料電池では、一般に、発電が停止している際に、燃料電池内の正極に空気、負極に水素がそれぞれ貯留した状態が長時間継続すると、劣化が生じる。この原因は定かではないが、この場合、電圧が発電時よりも高い状態で維持されるために、正負極の炭素や触媒が酸化するためではないかと推測される。よって、燃料電池発電システムでは、発電の終了時に、燃料電池内への水素の侵入を防止できるように構成されていたり、燃料電池内に残留する水素を除去できるように構成されていたりすることが好ましい。   In a fuel cell, in general, when power generation is stopped, deterioration occurs when the state where air is stored in the positive electrode and hydrogen is stored in the negative electrode in the fuel cell continues for a long time. The cause of this is not clear, but in this case, since the voltage is maintained in a higher state than during power generation, it is presumed that the positive and negative carbon and catalyst are oxidized. Therefore, the fuel cell power generation system may be configured to prevent hydrogen from entering the fuel cell at the end of power generation or may be configured to remove hydrogen remaining in the fuel cell. preferable.

図12に示すシステムでは、水素供給源600からの水素を燃料電池へ導入するための配管504と配管505との間に三方形弁302が設けられており、この三方形弁302は配管511とも接続しており、更に、この配管511は、水容器601と水素消費装置900との間に設置された配管510に接続している。そのため、燃料電池100の発電終了時に、三方形弁302を作動させて、水素供給源600からの水素を、燃料電池100に送らずに、配管511、510を通じて水素消費装置900に直接供給し、処理することができる。これにより、図12に示すシステムでは、燃料電池100による発電の終了時に、燃料電池100内への水素の侵入を防止して、かかる水素による燃料電池100の劣化を抑制することができる。   In the system shown in FIG. 12, a three-way valve 302 is provided between a pipe 504 and a pipe 505 for introducing hydrogen from the hydrogen supply source 600 into the fuel cell. Furthermore, this pipe 511 is connected to a pipe 510 installed between the water container 601 and the hydrogen consuming apparatus 900. Therefore, at the end of power generation of the fuel cell 100, the three-way valve 302 is operated to supply the hydrogen from the hydrogen supply source 600 directly to the hydrogen consuming device 900 through the pipes 511 and 510 without being sent to the fuel cell 100. Can be processed. Thus, in the system shown in FIG. 12, when power generation by the fuel cell 100 is completed, hydrogen can be prevented from entering the fuel cell 100 and deterioration of the fuel cell 100 due to the hydrogen can be suppressed.

また、図12に示すシステムでは、水素供給源600の水容器601と水素発生容器603とを接続する配管501、502に三方形弁301が接続されており、この三方形弁301は、配管512とも接続されている。更に、配管512は、三方形弁303を介して、水素供給源600から燃料電池100へ水素を供給するための配管505および配管506とも接続されている。そのため、燃料電池100の発電終了時に、三方形弁301、303を作動させ、更にパージバルブ310を作動させて、水容器601内の水を配管512および配管506を通じて、燃料電池100内に供給できる。これにより、図12に示すシステムでは、燃料電池100による発電の終了時において、燃料電池100内に残留している水素を水で置換することができるため、かかる水素が燃料電池100内に残留することによる燃料電池100の劣化も抑制できる。   In the system shown in FIG. 12, a three-way valve 301 is connected to pipes 501 and 502 that connect a water container 601 and a hydrogen generation container 603 of the hydrogen supply source 600, and the three-way valve 301 is connected to a pipe 512. Are also connected. Further, the pipe 512 is also connected to a pipe 505 and a pipe 506 for supplying hydrogen from the hydrogen supply source 600 to the fuel cell 100 via the three-way valve 303. Therefore, at the end of power generation of the fuel cell 100, the three-way valves 301 and 303 are operated, and the purge valve 310 is further operated, so that the water in the water container 601 can be supplied into the fuel cell 100 through the pipe 512 and the pipe 506. Accordingly, in the system shown in FIG. 12, hydrogen remaining in the fuel cell 100 can be replaced with water at the end of power generation by the fuel cell 100, so that the hydrogen remains in the fuel cell 100. Therefore, the deterioration of the fuel cell 100 can also be suppressed.

また、上記のように、燃料電池100による発電の終了時において、燃料電池100内に水を貯留することができるため、燃料電池100の有するMEA中の固体高分子電解質膜を湿潤状態に保つことが可能となる。一般に、固体高分子形燃料電池では、長時間停止していると、固体高分子電解質膜が乾燥してしまうが、このような状態となると、再起動時に発電による自己湿潤が必要となり、出力の立ち上がりに時間を要するようになる。しかしながら、図12に示すシステムでは、上記の通り、燃料電池100による発電の終了時に、燃料電池100内を水で満たすことができるため、固体高分子電解質膜の乾燥を防いで、再起動時に初期から高い出力を発揮することが可能となる。   Further, as described above, since water can be stored in the fuel cell 100 at the end of power generation by the fuel cell 100, the solid polymer electrolyte membrane in the MEA of the fuel cell 100 is kept in a wet state. Is possible. Generally, in a polymer electrolyte fuel cell, if it is stopped for a long time, the polymer electrolyte membrane is dried, but in such a state, self-wetting by power generation is required at the time of restart, and the output is reduced. It takes time to get up. However, in the system shown in FIG. 12, since the fuel cell 100 can be filled with water at the end of power generation by the fuel cell 100 as described above, the solid polymer electrolyte membrane is prevented from being dried, and the initial state when restarting is performed. Therefore, it becomes possible to demonstrate a high output.

更に、図12に示すシステムでは、発電の終了時に燃料電池100内に供給する水を、水素供給源600の水容器601から供給できるため、別途水容器などを備える必要がなく、コンパクトなシステムとすることができる。また、発電の終了時に燃料電池内に供給する水は、上記水回収手段(水トラップ)から直接供給してもよい。   Furthermore, in the system shown in FIG. 12, since water supplied into the fuel cell 100 at the end of power generation can be supplied from the water container 601 of the hydrogen supply source 600, there is no need to provide a separate water container or the like. can do. The water supplied into the fuel cell at the end of power generation may be supplied directly from the water recovery means (water trap).

本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムにおいて、燃料電池に水素を供給するための水素供給源としては、図12に示すように、水素発生物質と水との反応により発生する水素を供給する機構を有する水素製造装置であることが好ましい。   In the fuel cell power generation system using the fuel cell of the present invention, as a hydrogen supply source for supplying hydrogen to the fuel cell, as shown in FIG. 12, hydrogen generated by the reaction between the hydrogen generating substance and water is supplied. It is preferable that the hydrogen production apparatus have a mechanism for

図12に示すシステムに係る水素製造装置(水素供給源)600は、上記の通り、水素発生容器603と水容器601とを有している。水素発生容器603は水素発生物質604を収容しており、ここに水容器601から水602を供給し、水素発生容器603内で水素発生物質604と水602とを反応させて水素を製造する。水素発生容器603で発生した水素は、配管503、504、505、506からなる燃料流路を経て燃料電池100に供給される。   The hydrogen production apparatus (hydrogen supply source) 600 according to the system shown in FIG. 12 includes the hydrogen generation container 603 and the water container 601 as described above. The hydrogen generating container 603 contains a hydrogen generating substance 604. Water 602 is supplied from the water container 601 to the hydrogen generating container 603, and the hydrogen generating substance 604 and the water 602 are reacted in the hydrogen generating container 603 to produce hydrogen. Hydrogen generated in the hydrogen generation container 603 is supplied to the fuel cell 100 through a fuel flow path including pipes 503, 504, 505, and 506.

水容器601から水素発生容器603に水を供給するための配管501、502には、水供給ポンプ201が設けられている。水容器601に収容する水は、中性の水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液など、少なくとも水を含む液体であればよく、使用する水素発生物質との反応性などに応じて好適なものを選択すればよい。   A water supply pump 201 is provided in the pipes 501 and 502 for supplying water from the water container 601 to the hydrogen generation container 603. The water stored in the water container 601 may be a liquid containing at least water, such as neutral water, an acidic aqueous solution, or an alkaline aqueous solution, and may be selected according to the reactivity with the hydrogen generating material used. That's fine.

水素発生容器603および水容器602は脱着式とすることもできる。これにより、水素発生容器603内の水素発生物質が消費されつくしたり、水容器602内の水がなくなったりした場合に、これらを取り外し、水素発生物質が充填された水素発生容器603や水が充填された水容器602を新たに取り付けることで、再び水素製造を行うことが可能となる。   The hydrogen generation container 603 and the water container 602 may be detachable. As a result, when the hydrogen generating material in the hydrogen generating container 603 is completely consumed or when the water in the water container 602 is exhausted, these are removed and the hydrogen generating container 603 filled with the hydrogen generating material or water is filled. By newly attaching the water container 602, hydrogen production can be performed again.

水素発生容器603に収容される水素発生物質としては、特に制限はないが、水と120℃以下の低温で反応して水素を発生し得るものが望ましい。例えば、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属;アルミニウム、ケイ素、亜鉛、およびマグネシウムより選ばれる1種以上の元素を50質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上含有する合金;金属水素化物;などが好適に使用できる。   The hydrogen generating material accommodated in the hydrogen generating vessel 603 is not particularly limited, but is preferably a substance capable of generating hydrogen by reacting with water at a low temperature of 120 ° C. or lower. For example, a metal such as aluminum, silicon, zinc, magnesium; one or more elements selected from aluminum, silicon, zinc, and magnesium are contained in an amount of 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more. Alloys, metal hydrides, and the like can be preferably used.

上記の金属や合金からなる水素発生物質は、表面に酸化皮膜を形成して安定化する。このため、反応性を高めるためには、水素発生物質の粒径をできるだけ小さくし、反応面積を大きくすることが好ましい。例えば、水素発生物質粒子の平均粒径は、100μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。また、粒子形状は、反応効率を高めるためにフレーク状であることが好ましい。粒径が小さすぎると、嵩密度が小さくなり、充填密度が低下するだけでなく、取り扱いが困難になるため、水素発生物質の粒径は、0.1μm以上とすることが好ましい。   The hydrogen generating material composed of the above metal or alloy is stabilized by forming an oxide film on the surface. For this reason, in order to increase the reactivity, it is preferable to make the particle size of the hydrogen generating material as small as possible and increase the reaction area. For example, the average particle diameter of the hydrogen generating substance particles is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less. Further, the particle shape is preferably flaky in order to increase the reaction efficiency. If the particle size is too small, the bulk density is reduced, the packing density is lowered, and handling becomes difficult. Therefore, the particle size of the hydrogen generating material is preferably 0.1 μm or more.

上記平均粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折・散乱法などを用いることができる。具体的には、水などの液相に分散させた測定対象物質にレーザー光を照射することによって検出される散乱強度分布を利用した粒子径分布の測定方法である。レーザー回折・散乱法による粒子径分布測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の「マイクロトラックHRA」などを用いることができる。   As a method for measuring the average particle diameter, for example, a laser diffraction / scattering method or the like can be used. Specifically, this is a particle diameter distribution measurement method using a scattering intensity distribution detected by irradiating a measurement target substance dispersed in a liquid phase such as water with laser light. As a particle size distribution measuring apparatus using a laser diffraction / scattering method, for example, “Microtrack HRA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used.

また、水素発生物質として用い得る金属水素化物としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウムまたは水素化ホウ素カリウムなどが挙げられる。これらの金属水素化物は、アルカリ水溶液中では比較的安定であるが、触媒が存在する場合、速やかに水と反応して水素を発生することができる。触媒としては例えばPt、Niなどの金属や酸などを用いることができる。   Examples of the metal hydride that can be used as the hydrogen generating substance include sodium borohydride and potassium borohydride. These metal hydrides are relatively stable in an aqueous alkali solution, but when a catalyst is present, they can rapidly react with water to generate hydrogen. As the catalyst, for example, metals such as Pt and Ni, acids, and the like can be used.

水素発生物質は、上記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   As the hydrogen generating substance, those exemplified above may be used alone or in combination of two or more.

上記の水素発生物質は、水との反応性を高めるため、水と混合された状態で加熱してもよく、加熱された水を供給してもよい。   In order to increase the reactivity with water, the hydrogen generating substance may be heated in a state of being mixed with water, or heated water may be supplied.

また、上記の水素発生物質を、水と反応して発熱する発熱物質(水素発生物質以外の物質)と共に用いることにより、低温(例えば5℃程度)の水を供給しても、上記発熱物質の発熱によって反応系内の温度を高めて、迅速な水素発生が可能となる。   In addition, by using the above hydrogen generating material together with a heat generating material that generates heat by reacting with water (a material other than the hydrogen generating material), even if low temperature water (for example, about 5 ° C.) is supplied, Heat generation increases the temperature in the reaction system, enabling rapid hydrogen generation.

水と反応して発熱する発熱物質は、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウムなど、水との反応により水酸化物となるか、または、水和することにより発熱するアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、塩化物、硫酸化合物などを例示することができる。また、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムなどの金属水素化物などのように水との反応により水素を生成するものは、上記の通り、水素発生物質として使用することが可能であるが、上記の金属や合金を水素発生物質として使用する場合の発熱物質としても用いることができる。   The exothermic substance that generates heat by reacting with water, for example, calcium oxide, magnesium oxide, calcium chloride, magnesium chloride, calcium sulfate, etc., becomes a hydroxide by reaction with water, or generates heat when hydrated. Examples include alkali metal or alkaline earth metal oxides, chlorides, sulfate compounds, and the like. In addition, those that generate hydrogen by reaction with water, such as metal hydrides such as sodium borohydride, potassium borohydride, and lithium hydride, can be used as a hydrogen generating substance as described above. However, it can also be used as a heat generating material when the above metal or alloy is used as a hydrogen generating material.

特に、水素発生物質として、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、およびマグネシウムの中の1種以上の元素を主体とする合金を使用する場合には、上記発熱物質を併用することが好ましい。他方、水素発生物質として上記の金属水素化物を用いる場合には、上記発熱物質を併用しなくても、比較的良好な速度で水素を製造できるが、発熱物質を併用して、更に水素発生速度を高めてもよい。   In particular, when a metal such as aluminum, silicon, zinc, or magnesium or an alloy mainly composed of one or more elements selected from aluminum, silicon, zinc, and magnesium is used as the hydrogen generating substance, the above exothermic substance is used. It is preferable to use together. On the other hand, when the metal hydride is used as a hydrogen generating substance, hydrogen can be produced at a relatively good rate without using the exothermic substance. May be increased.

水素発生容器603は、水素を発生させる水素発生物質を収納可能であれば、その材質や形状は特に限定されないが、水や水素が漏れない材質や形状が好ましい。具体的な容器の材質としては、水および水素を透過しにくく、かつ120℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。   The material and shape of the hydrogen generation container 603 are not particularly limited as long as a hydrogen generating substance that generates hydrogen can be stored. However, a material and shape that do not leak water and hydrogen are preferable. As a specific material of the container, a material that does not easily transmit water and hydrogen and that does not break even when heated to about 120 ° C. is preferable. For example, a metal such as aluminum or iron, or a resin such as polyethylene or polypropylene may be used. Can be used. Further, as the shape of the container, a prismatic shape, a cylindrical shape or the like can be adopted.

水容器601については特に制限はなく、例えば、従来の水素製造装置に使用されているものと同様の水を収容するタンクなどが採用できる。   There is no restriction | limiting in particular about the water container 601, For example, the tank etc. which accommodate the water similar to what is used for the conventional hydrogen production apparatus are employable.

水容器601中の水が、配管501、502を通じて水素発生容器603に供給されることで、水素発生容器603内の水素発生物質と反応して水素を発生するが、水素発生容器603内に存在する未反応の水が、発生した水素中に混入し、これらの混合物が配管503などからなる燃料流路を通じて燃料電池100に流入する場合がある。   When water in the water container 601 is supplied to the hydrogen generation container 603 through the pipes 501 and 502, it reacts with the hydrogen generating substance in the hydrogen generation container 603 to generate hydrogen, but is present in the hydrogen generation container 603. In some cases, unreacted water is mixed into the generated hydrogen, and the mixture of these flows into the fuel cell 100 through the fuel flow path including the pipe 503 and the like.

よって、水素製造装置(水素供給源)600には、燃料電池に水素を供給する燃料流路の途中に、凝縮水分離器(水トラップ)801を設けることが好ましい。図12に示すように、水素発生容器603から排出される水素ガスは、配管503を通って凝縮水分離器801に導入される。この間、水素ガスに含まれる水分は、配管503内で冷却され凝縮水となる。凝縮水は、重力によって凝縮水分離器801の下部に落下するため、水素ガスを水と分離することができる。分離された水素ガスは、配管504などを通じて燃料電池100に供給される。   Therefore, the hydrogen production apparatus (hydrogen supply source) 600 is preferably provided with a condensed water separator (water trap) 801 in the middle of the fuel flow path for supplying hydrogen to the fuel cell. As shown in FIG. 12, the hydrogen gas discharged from the hydrogen generation vessel 603 is introduced into the condensed water separator 801 through the pipe 503. During this time, the water contained in the hydrogen gas is cooled in the pipe 503 and becomes condensed water. Since condensed water falls to the lower part of the condensed water separator 801 by gravity, hydrogen gas can be separated from water. The separated hydrogen gas is supplied to the fuel cell 100 through the pipe 504 and the like.

また、図12に示すように、凝縮水分離器801と水容器601とを水回収用配管513で連結すれば、凝縮水分離器801で分離した水を水容器601に回収することができる。分離した水を回収することにより、水素発生のために供給する水の効率的な利用が可能となり、水容器601をよりコンパクトにすることができる。凝縮水分離器801と水容器601とを連結する水回収用配管513には、図12に示すように、水を送り出すためのポンプ202を設置してもよい。   In addition, as shown in FIG. 12, if the condensed water separator 801 and the water container 601 are connected by a water recovery pipe 513, the water separated by the condensed water separator 801 can be recovered in the water container 601. By recovering the separated water, the water supplied for hydrogen generation can be used efficiently, and the water container 601 can be made more compact. A water recovery pipe 513 connecting the condensed water separator 801 and the water container 601 may be provided with a pump 202 for sending water as shown in FIG.

燃料電池発電システムに係る水素消費装置は、システム内の水素を消費して除去できるものであれば特に制限はないが、例えば、MEAを有し、燃料電池に係るMEAによる発電と同じ機構により水素を消費する装置や、水素を酸化し得る触媒を有する装置などが挙げられる。   The hydrogen consuming apparatus according to the fuel cell power generation system is not particularly limited as long as it can consume and remove the hydrogen in the system. And a device having a catalyst capable of oxidizing hydrogen.

燃料電池に係るMEAによる発電と同じ機構により水素を消費する装置としては、具体的には、図2から図5に示した燃料電池を構成するMEAのように、正極拡散層、正極触媒層、固体高分子電解質膜、負極触媒層および負極拡散層が順次積層されており、正極と負極とが、例えば、スイッチおよび抵抗を介して導通可能なように接続されている構成のMEAを有する水素消費装置が挙げられる。   As an apparatus for consuming hydrogen by the same mechanism as the power generation by the MEA related to the fuel cell, specifically, like the MEA constituting the fuel cell shown in FIGS. 2 to 5, a positive electrode diffusion layer, a positive electrode catalyst layer, Hydrogen consumption having MEA having a configuration in which a solid polymer electrolyte membrane, a negative electrode catalyst layer, and a negative electrode diffusion layer are sequentially laminated, and the positive electrode and the negative electrode are connected so as to be conductive through, for example, a switch and a resistor Apparatus.

水素消費装置のMEAに係る正極拡散層、正極触媒層、固体高分子電解質膜、負極触媒層および負極拡散層については、燃料電池のMEAに係る正極拡散層、正極触媒層、固体高分子電解質膜、負極触媒層および負極拡散層として、先に記載したものと同じものが使用できる。   Regarding the positive electrode diffusion layer, the positive electrode catalyst layer, the solid polymer electrolyte membrane, the negative electrode catalyst layer, and the negative electrode diffusion layer according to the MEA of the hydrogen consuming apparatus, the positive electrode diffusion layer, the positive electrode catalyst layer, and the solid polymer electrolyte membrane according to the MEA of the fuel cell As the negative electrode catalyst layer and the negative electrode diffusion layer, the same ones as described above can be used.

上記の水素消費装置の場合、ガス中の水素を消費する必要が生じたときに、正極と負極との接続部におけるスイッチを入れ、MEAの正極−負極間を導通させることで、ガス中の水素を消費できる。これにより、燃料電池内から排気され、システム外に排出する必要のあるガス中の水素や、燃料電池による発電の終了時に、水素供給源から燃料電池内に侵入する水素を、完全に無くすか、またはそれらの水素量を大幅に低減することができる。   In the case of the hydrogen consuming apparatus described above, when it is necessary to consume hydrogen in the gas, a switch is made at the connection between the positive electrode and the negative electrode, and conduction between the positive electrode and the negative electrode of the MEA is performed. Can be consumed. This completely eliminates hydrogen in the gas that is exhausted from the fuel cell and needs to be discharged outside the system, and hydrogen that enters the fuel cell from the hydrogen supply source at the end of power generation by the fuel cell, Alternatively, the amount of hydrogen can be greatly reduced.

上記のMEAを有する水素消費装置において、MEAの正極と負極とを抵抗を介して接続する場合、かかる抵抗としては、例えば、水素消費装置内に水素が導入されてから、MEAの正極−負極間の電圧が0.1V以下となるのに要する時間が1分以内となるような抵抗値を有するものを用いればよい。また、抵抗を用いなくても、このような時間でMEAの正極−負極間の電圧を上記のように下げることができるのであれば、MEAの正極と負極とは、抵抗を用いずにスイッチのみを介してリード体などで接続して、導通可能としてもよい。   In the hydrogen consuming apparatus having the above MEA, when the positive electrode and the negative electrode of the MEA are connected via a resistor, the resistance is, for example, between the positive electrode and the negative electrode of the MEA after hydrogen is introduced into the hydrogen consuming device. It is sufficient to use a resistor having such a resistance value that the time required for the voltage to be 0.1 V or less is within one minute. Moreover, if the voltage between the positive electrode and the negative electrode of the MEA can be lowered as described above without using a resistor, the positive electrode and the negative electrode of the MEA are only switches without using a resistor. It is good also as a conduction | electrical_connection by connecting with a lead body etc. via this.

水素消費装置は、上記の通り、燃料電池と同様にMEAを備えているため、例えば、燃料電池に複数のMEAを有するもの(スタック)を使用し、その一部のMEA(例えば、1つ、2つ、3つなど)を水素消費装置として使用する形態で、燃料電池と水素消費装置とを一体化した構成とすることもできる。   As described above, since the hydrogen consuming apparatus includes the MEA similarly to the fuel cell, for example, a fuel cell having a plurality of MEAs (stack) is used, and a part of the MEAs (for example, one, The fuel cell and the hydrogen consuming apparatus can be integrated with each other in a form in which two, three, etc.) are used as the hydrogen consuming apparatus.

図12に示す燃料電池発電システムでは、燃料電池100と水素消費装置900との一体化物を備えているが、図13に、上記一体化物の一例を模式的に表す斜視図を示している。図13では、図1と共通する部分には同じ符号を付けてその説明は省略する。図13に示す一体化物では、セパレータ10を介して積層された複数のMEA20のうち、下側部分が燃料電池100を構成し、上側部分が水素消費装置900を構成している。81は水素消費装置900のガス供給口であり、例えば図12中の配管510と接続される。また、91は水素消費装置900のガス排出口であり、例えば図12中の配管514と接続される。   The fuel cell power generation system shown in FIG. 12 includes an integrated product of the fuel cell 100 and the hydrogen consuming apparatus 900. FIG. 13 is a perspective view schematically showing an example of the integrated product. In FIG. 13, parts common to FIG. In the integrated product shown in FIG. 13, among the plurality of MEAs 20 stacked via the separator 10, the lower part constitutes the fuel cell 100 and the upper part constitutes the hydrogen consuming apparatus 900. Reference numeral 81 denotes a gas supply port of the hydrogen consuming apparatus 900, which is connected to, for example, a pipe 510 in FIG. Reference numeral 91 denotes a gas discharge port of the hydrogen consuming apparatus 900, which is connected to, for example, a pipe 514 in FIG.

燃料電池と水素消費装置との一体化物を用いて燃料電池発電システムを構成することで、上記システムの小型化がより容易となる。この場合、水素消費装置として使用するMEAと発電用に使用するMEAとは接続せず、また、水素消費装置で水素を除去したガスを効率よくシステム外に排気でき、かつ効率よく発電できるように、水素消費装置として使用するMEAと発電用に使用するMEAとは、互いに内部のガスが行き来できないように構成する。   By configuring the fuel cell power generation system using an integrated body of the fuel cell and the hydrogen consuming device, the system can be more easily downsized. In this case, the MEA used as a hydrogen consuming device is not connected to the MEA used for power generation, and the gas from which hydrogen has been removed by the hydrogen consuming device can be efficiently exhausted out of the system, and power can be generated efficiently. The MEA used as the hydrogen consuming device and the MEA used for power generation are configured so that the internal gas cannot pass back and forth.

図14に、本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムの他の例の概略図を示す。図14では、図12に示した燃料電池発電システムと同様の部分には同じ符号を付けてその説明は省略する。図14に示す燃料電池発電システムは、水素供給源600からの水素を燃料電池100に供給するための配管505および配管506と接続された三方形弁303に、更に外気を取り込むための配管515が接続されている。そして、燃料電池100による発電の終了時に、三方形弁303を作動させることによって、配管515を通じて燃料電池100の燃料供給口から、その内部に空気を取り込むことができるように構成している。また、図示していないが、燃料電池100内のMEAは、前述のように、正極と負極とが導通可能なように構成されており、燃料電池100内に空気を取り込むと共に、正極と負極とを短絡させて、燃料電池100内に残留している水素を消費できる。   FIG. 14 shows a schematic diagram of another example of the fuel cell power generation system using the fuel cell of the present invention. In FIG. 14, the same parts as those of the fuel cell power generation system shown in FIG. In the fuel cell power generation system shown in FIG. 14, a pipe 505 for supplying hydrogen from the hydrogen supply source 600 to the fuel cell 100 and a three-way valve 303 connected to the pipe 506 are further provided with a pipe 515 for taking outside air. It is connected. At the end of power generation by the fuel cell 100, the three-way valve 303 is operated so that air can be taken into the fuel supply port of the fuel cell 100 through the pipe 515. Further, although not shown, the MEA in the fuel cell 100 is configured so that the positive electrode and the negative electrode can conduct as described above, and while taking air into the fuel cell 100, the positive electrode and the negative electrode The hydrogen remaining in the fuel cell 100 can be consumed.

図14に示す燃料電池発電システムでは、上記の燃料電池100の燃料供給口から、その内部に空気を取り込むことによる作用と、燃料電池100のMEAの正極と負極とを短絡させることによる作用とによって、燃料電池による発電の終了時に、燃料電池内に残留する水素による燃料電池の劣化を抑制することができる。   In the fuel cell power generation system shown in FIG. 14, by the action by taking air into the fuel supply port of the fuel cell 100 and the action by short-circuiting the positive electrode and the negative electrode of the MEA of the fuel cell 100. At the end of power generation by the fuel cell, deterioration of the fuel cell due to hydrogen remaining in the fuel cell can be suppressed.

図15に、本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムの他の例の概略図を示す。図15では、図12に示した燃料電池発電システムと同様の部分には同じ符号を付けてその説明は省略する。図15に示す燃料電池発電システムは、水素を酸化し得る触媒を有する水素消費装置900を備えた例である。水素消費装置900は、送風ファン101から送られる空気を取り込むことのできる位置に配されており、小さなスペースで効率よく水素を消費できるように構成されている。そのため、図15に示す構成の燃料電池発電システムによっても、その小型化が容易である。   FIG. 15 shows a schematic diagram of another example of the fuel cell power generation system using the fuel cell of the present invention. In FIG. 15, the same parts as those of the fuel cell power generation system shown in FIG. The fuel cell power generation system shown in FIG. 15 is an example provided with a hydrogen consuming apparatus 900 having a catalyst capable of oxidizing hydrogen. The hydrogen consuming apparatus 900 is disposed at a position where the air sent from the blower fan 101 can be taken in, and is configured to efficiently consume hydrogen in a small space. Therefore, the fuel cell power generation system having the configuration shown in FIG. 15 can be easily downsized.

水素を酸化し得る触媒を有する水素消費装置としては、例えば、上記触媒を含有するフィルター、筒状などの外装体に上記触媒を充填したもの、などが例示できる。水素を酸化し得る触媒としては、例えば、MEAの負極触媒層における触媒として先に例示した各種触媒などを用いることができる。   Examples of the hydrogen consuming apparatus having a catalyst that can oxidize hydrogen include a filter containing the catalyst, a cylinder-shaped exterior body filled with the catalyst, and the like. As the catalyst capable of oxidizing hydrogen, for example, various catalysts exemplified above as the catalyst in the negative electrode catalyst layer of MEA can be used.

これまで、図1〜図15を用いて本発明の燃料電池および本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムを説明したが、図1〜図15は、本発明の燃料電池、本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システム、および該システムに使用可能な構成要素の一部を示したものに過ぎず、本発明の燃料電池や、本発明の燃料電池を用いた燃料電池発電システムは、これらの図面に示すもの、またはこれらの図面に示す構成要素を有するものに限定される訳ではない。   So far, the fuel cell of the present invention and the fuel cell power generation system using the fuel cell of the present invention have been described with reference to FIGS. 1 to 15. However, FIGS. The fuel cell power generation system using the fuel cell and only some of the components usable in the system are shown. The fuel cell of the present invention and the fuel cell power generation system using the fuel cell of the present invention However, the present invention is not limited to those shown in these drawings or those having the components shown in these drawings.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

(実施例1)
図1に示すものと同様の構造の燃料電池を作製した。正極触媒層、固体高分子電解質膜、および負極触媒層の積層体には、図7に示す構成のものを用いた。固体高分子電解質膜23には、デュポン社製の「ナフィオン(登録商標)112」を用いた。Pt担持カーボン(田中貴金属社製「TEC10E50E」)と、5質量%濃度のNafion溶液(Aldrich社製)とを所定量で混合し、これをポリテトラフルオロエチレンシートの片面に塗布し、乾燥させた。上記固体高分子電解質膜の両面に、上記ポリテトラフルオロエチレンシートを、Pt担持カーボンとNafion溶液との混合物の塗布面が固体高分子電解質膜側となるように重ねてホットプレスを行い、正極触媒層、固体高分子電解質膜および負極触媒層の積層体を得た。その後、上記積層体を、外形が24mm×85.5mmとなるように切り出した。
Example 1
A fuel cell having the same structure as that shown in FIG. 1 was produced. For the laminate of the positive electrode catalyst layer, the solid polymer electrolyte membrane, and the negative electrode catalyst layer, the one shown in FIG. 7 was used. “Nafion (registered trademark) 112” manufactured by DuPont was used for the solid polymer electrolyte membrane 23. Pt-supported carbon (“TEC10E50E” manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) and a 5 mass% Nafion solution (manufactured by Aldrich) were mixed in a predetermined amount, and this was applied to one side of a polytetrafluoroethylene sheet and dried. . The polytetrafluoroethylene sheet is stacked on both sides of the solid polymer electrolyte membrane so that the coated surface of the mixture of Pt-supported carbon and Nafion solution is on the solid polymer electrolyte membrane side, and hot-pressed to form a positive electrode catalyst. A laminate of the layer, the solid polymer electrolyte membrane, and the negative electrode catalyst layer was obtained. Thereafter, the laminate was cut out so that the outer shape was 24 mm × 85.5 mm.

SGLカーボン社製の「GDL10DC」(厚み470μm)を24mm×71.5mmのサイズに切り出して正極拡散層に用いた。また、正極ガスシールには、24mm×7mmのシリコンゴムシート(厚み0.3mm)を2枚用意し、いずれにも横20mm×幅3mmの穴(燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールド)を形成した。   “GDL10DC” (thickness: 470 μm) manufactured by SGL Carbon was cut into a size of 24 mm × 71.5 mm and used for the positive electrode diffusion layer. Further, two 24 mm × 7 mm silicon rubber sheets (thickness 0.3 mm) were prepared for the positive electrode gas seal, and holes (fuel supply manifold and fuel discharge manifold) each having a width of 20 mm × width 3 mm were formed.

負極ガスシールには、正極ガスシールと同じシリコンゴムシートを用い、サイズを24mm×85.5mmとし、かつ、負極拡散層を挿入すると共に燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドを構成するための、横20mm×幅81.5mmのサイズの穴を形成した。負極拡散層には、正極拡散層に用いたものと同じ材料を使用し、20mm×75.5mmのサイズに切り出して用いた。   The negative electrode gas seal uses the same silicon rubber sheet as the positive electrode gas seal, has a size of 24 mm × 85.5 mm, and has a width of 20 mm for inserting a negative electrode diffusion layer and constituting a fuel supply manifold and a fuel discharge manifold. X A hole having a size of 81.5 mm in width was formed. For the negative electrode diffusion layer, the same material as that used for the positive electrode diffusion layer was used, and cut into a size of 20 mm × 75.5 mm.

上記の積層体、正極拡散層、正極ガスシール、負極拡散層および負極ガスシールを、図2に示す順序および配置で積層したMEAを12個作製した。   Twelve MEAs were produced by laminating the above laminate, positive electrode diffusion layer, positive electrode gas seal, negative electrode diffusion layer, and negative electrode gas seal in the order and arrangement shown in FIG.

セパレータには、カーボン製(最も厚い部分の厚みが2mm)で、図6に示す構成のものを用いた。外形は24mm×85.5mmとし、燃料供給マニホールド11および燃料排出マニホールド12のサイズは横20mm×幅3mmとした。酸素流路(冷却媒体流路を兼ねた酸素流路)13は、幅1.5mm、深さ1.5mmとし、酸素流路間のリブ14の幅は1mmとした。   A separator made of carbon (thickest portion has a thickness of 2 mm) and having the configuration shown in FIG. 6 was used. The outer shape was 24 mm × 85.5 mm, and the sizes of the fuel supply manifold 11 and the fuel discharge manifold 12 were 20 mm wide × 3 mm wide. The oxygen flow path (oxygen flow path that also serves as a cooling medium flow path) 13 had a width of 1.5 mm and a depth of 1.5 mm, and the rib 14 between the oxygen flow paths had a width of 1 mm.

排水機構のガスシールには、負極ガスシールと同じシリコンゴムシートを、負極ガスシールと同じサイズに切り出し、更に水通過層を挿入すると共に燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドを構成するための、横20mm×幅81.5mmのサイズの穴を形成した。また、排水機構の水通過層には、負極拡散層と同じ材料を、負極拡散層と同じサイズに切り出して用いた。また、厚さ100μmのアクリル板をシール板として用いた。そして、水通過層と、ガスシールおよびシール板とを、図11Bに示すように配置して排水機構を作製した。   For the gas seal of the drainage mechanism, the same silicon rubber sheet as the negative electrode gas seal is cut out to the same size as the negative electrode gas seal, and further, a water passage layer is inserted and a fuel supply manifold and a fuel discharge manifold are configured to be 20 mm wide. X A hole having a size of 81.5 mm in width was formed. Moreover, the same material as the negative electrode diffusion layer was cut into the same size as the negative electrode diffusion layer and used for the water passage layer of the drainage mechanism. Further, an acrylic plate having a thickness of 100 μm was used as a seal plate. Then, the water passage layer, the gas seal and the seal plate were arranged as shown in FIG. 11B to produce a drainage mechanism.

気液分離チューブには、内径3mmのポリテトラフルオロエチレン製の多孔性チューブを2本用いた。   As the gas-liquid separation tube, two porous tubes made of polytetrafluoroethylene having an inner diameter of 3 mm were used.

上記12個のMEAを、上記セパレータを酸素流路形成面側が正極拡散層側となるようにして各MEA間に介在させつつ重ね、更に最上部となるMEAよりも上に排水機構を重ね、一本の気液分離チューブを燃料供給口と水通過層の一方の側面に連結すると共に、他の一本の気液分離チューブを燃料排出口と水通過層の他方の側面に連結し、これらの上下を2枚のエンドプレート(アルミニウム製で、サイズが38mm×90mm)で挟持し、ボルトおよびナットを用いて固定して、図1に示す構造の燃料電池を作製した。   The 12 MEAs are stacked while the separator is interposed between the MEAs so that the oxygen flow path forming surface side is on the positive electrode diffusion layer side, and a drainage mechanism is stacked above the uppermost MEA. The gas-liquid separation tube is connected to the fuel supply port and one side of the water passage layer, and the other gas-liquid separation tube is connected to the fuel discharge port and the other side of the water passage layer. The fuel cell having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by sandwiching the upper and lower sides with two end plates (aluminum, size: 38 mm × 90 mm) and fixing them with bolts and nuts.

(比較例1)
2本の気液分離チューブと水通過層の側面のシール板とを除去した以外は、実施例1と同様にして燃料電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the two gas-liquid separation tubes and the seal plate on the side surface of the water passage layer were removed.

(比較例2)
2本の気液分離チューブと排水機構とを除去した以外は、実施例1と同様にして燃料電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the two gas-liquid separation tubes and the drainage mechanism were removed.

実施例1、比較例1および比較例2の燃料電池に、燃料供給口から気液分離チューブ内に90℃で相対湿度100%に加湿した水素を供給し、燃料電池の方向を変えながら室温で定電圧(7.0V)運転を行い、各方向での発電状態を確認した。この際、正極には、ブロアを用いて大気を供給した。   The fuel cells of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were supplied with hydrogen humidified at 90 ° C. and relative humidity of 100% into the gas-liquid separation tube from the fuel supply port, and at room temperature while changing the direction of the fuel cell. A constant voltage (7.0 V) operation was performed, and the power generation state in each direction was confirmed. At this time, air was supplied to the positive electrode using a blower.

具体的には、図1に示す燃料電池の上面、下面および4つの側面(合計6面)が、それぞれ燃料電池の定置面となるように、燃料電池の方向を変えて上記運転を行い、各面を定置面とて運転した際の各面における発電状況を検査した。表1に安定して発電が可能であった燃料電池の面数を示す。   Specifically, the above operation is performed by changing the direction of the fuel cell so that the upper surface, the lower surface, and the four side surfaces (6 surfaces in total) of the fuel cell shown in FIG. The power generation status on each surface when the surface was operated as a stationary surface was inspected. Table 1 shows the number of fuel cells on which stable power generation was possible.

Figure 2011165395
Figure 2011165395

表1から、実施例1の燃料電池では、6面全てにおいて、安定した発電が可能であった。これは、燃料電池内で結露した浸入水は気液分離チューブにより排水機構へ導かれ、効果的に外部に排出されると共に、気液分離チューブから燃料が放出され、各MEAに均等に導かれたためと思われる。   From Table 1, in the fuel cell of Example 1, stable power generation was possible on all six surfaces. This is because the infiltrated water condensed in the fuel cell is guided to the drainage mechanism by the gas-liquid separation tube and is effectively discharged to the outside, and the fuel is discharged from the gas-liquid separation tube and is evenly guided to each MEA. It seems that it was because of

一方、比較例1の燃料電池では、排水機構が最下部になるように定置した場合のみ安定した発電が可能であった。これは、排水機構を最下部にすることにより、重力により下部に溜まった浸入水を排水機構で除去できたが、それ以外の方向では浸入水を効果的に除去できなかったためと思われる。   On the other hand, in the fuel cell of Comparative Example 1, stable power generation was possible only when the drainage mechanism was placed at the bottom. This seems to be because the infiltration water accumulated in the lower part due to gravity could be removed by the drainage mechanism by making the drainage mechanism at the bottom, but the infiltration water could not be effectively removed in other directions.

更に、比較例2では、安定した発電が可能な面はなかった。これは、どの面においても浸入水を効果的に除去できず、最下部に位置するMEAの出力が重力により溜まった浸入水によるフラッディングのために、急激に出力が低下したからと思われる。   Furthermore, in Comparative Example 2, there was no surface capable of stable power generation. This is probably because the intrusion water cannot be effectively removed on any surface, and the output of the MEA located at the bottom is drastically reduced due to flooding due to the intrusion water accumulated by gravity.

本発明によれば、燃料電池の内部に浸入した水分によるフラッディングを抑制でき、燃料電池をあらゆる方向に置いても連続して安定した発電が可能な燃料電池を提供することができる。また、本発明の燃料電池では、先に示した好適な構成を採用することで、燃料電池自体、および燃料電池発電システムの小型化も容易である。よって、本発明の燃料電池は、パソコン、携帯電話などのコードレス機器といった高機能のポータブル型電子機器の電源用途を始めとして、従来の燃料電池が使用されている各種用途に好ましく用いることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the flooding by the water | moisture content permeated into the inside of a fuel cell can be suppressed, and the fuel cell which can produce electric power continuously and stably even if it puts a fuel cell in all directions can be provided. In the fuel cell of the present invention, the fuel cell itself and the fuel cell power generation system can be easily downsized by adopting the above-described preferred configuration. Therefore, the fuel cell of the present invention can be preferably used in various applications where a conventional fuel cell is used, such as a power supply for a high-performance portable electronic device such as a cordless device such as a personal computer or a mobile phone.

10 セパレータ
11 燃料供給マニホールド
12 燃料排出マニホールド
13 酸素流路
20 電極・電解質一体化物(MEA)
60 排水機構
60a 水通過層
60b ガスシール
60c シール板
85、95 気液分離チューブ
100 燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Separator 11 Fuel supply manifold 12 Fuel discharge manifold 13 Oxygen flow path 20 Electrode / electrolyte integrated material (MEA)
60 Drainage mechanism 60a Water passage layer 60b Gas seal 60c Seal plate 85, 95 Gas-liquid separation tube 100 Fuel cell

Claims (9)

酸素を還元する正極触媒層を有する正極と、燃料を酸化する負極触媒層を有する負極と、前記正極と前記負極との間に配置される固体高分子電解質膜とを有する電極・電解質一体化物を、セパレータを介して複数積層してなる燃料電池であって、
前記積層した複数の電極・電解質一体化物のうち、一方の最端部に位置する電極・電解質一体化物よりも外面側に、前記セパレータと平面視での面積が同等の排水機構を備え、
前記積層した複数の電極・電解質一体化物のうち、他方の最端部に位置する電極・電解質一体化物よりも外面側に、燃料供給口および燃料排出口を備え、
前記排水機構と、前記燃料供給口および前記燃料排出口とは、それぞれ気液分離チューブで連結されていることを特徴とする燃料電池。
An electrode / electrolyte integrated product having a positive electrode having a positive electrode catalyst layer for reducing oxygen, a negative electrode having a negative electrode catalyst layer for oxidizing fuel, and a solid polymer electrolyte membrane disposed between the positive electrode and the negative electrode , A fuel cell comprising a plurality of stacked layers via separators,
Among the plurality of stacked electrode / electrolyte integrated products, on the outer surface side of the electrode / electrolyte integrated product located at one end, a drainage mechanism having the same area in plan view as the separator is provided,
Of the plurality of stacked electrode / electrolyte integrated products, a fuel supply port and a fuel discharge port are provided on the outer surface side of the electrode / electrolyte integrated product located at the other end,
The fuel cell, wherein the drainage mechanism, the fuel supply port, and the fuel discharge port are connected by a gas-liquid separation tube, respectively.
前記電極・電解質一体化物、および前記排水機構の形状が平面視で四角形であり、
前記セパレータは、平面視での形状が四角形であり、かつ1枚で構成されており、
前記電極・電解質一体化物、前記セパレータ、および前記排水機構のそれぞれには、四角形を形成する4辺のうちの1辺の近傍に燃料供給マニホールドが、前記1辺と対向する他辺の近傍に燃料排出マニホールドが形成されており、
前記燃料供給マニホールド及び前記燃料排出マニホールドの内部に前記気液分離チューブがそれぞれ配置されており、
前記セパレータの一面には、前記燃料供給マニホールドと前記燃料排出マニホールドとが形成された対向する2辺とは別の2辺を直線状に繋ぐ複数の酸素流路が、互いに平行または略平行に形成されており、かつ前記セパレータの他面が平面状であり、
前記セパレータは、前記酸素流路を有する面が前記電極・電解質一体化物の正極と接し、前記平面状の他面が、前記セパレータを介して前記電極・電解質一体化物と隣り合う電極・電解質一体化物の負極と接している請求項1に記載の燃料電池。
The electrode / electrolyte integrated product and the shape of the drainage mechanism are quadrangular in plan view,
The separator has a quadrangular shape in plan view and is composed of a single sheet,
Each of the electrode / electrolyte integrated body, the separator, and the drainage mechanism has a fuel supply manifold in the vicinity of one of the four sides forming a quadrangle, and a fuel in the vicinity of the other side facing the one side. A discharge manifold is formed,
The gas-liquid separation tubes are respectively disposed inside the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold,
On one surface of the separator, a plurality of oxygen flow paths that linearly connect two sides other than the two opposite sides on which the fuel supply manifold and the fuel discharge manifold are formed are formed in parallel or substantially parallel to each other. And the other surface of the separator is planar,
The separator has a surface having the oxygen channel in contact with the positive electrode of the electrode / electrolyte integrated product, and the other planar surface is adjacent to the electrode / electrolyte integrated product via the separator. The fuel cell according to claim 1, which is in contact with the negative electrode.
前記電極・電解質一体化物の負極は、負極拡散層を有しており、前記負極拡散層が、前記セパレータと接している請求項1または2に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the negative electrode of the electrode / electrolyte integrated product has a negative electrode diffusion layer, and the negative electrode diffusion layer is in contact with the separator. 前記負極拡散層は、平面視で四角形であり、前記負極拡散層の外周外側に、燃料ガスの流出を抑制するための負極ガスシールが配置されており、
前記負極拡散層の前記四角形を構成する4辺のうちの1辺と前記負極ガスシールとで燃料供給マニホールドが形成され、かつ、前記負極拡散層の前記1辺に対向する1辺と前記負極ガスシールとで燃料排出マニホールドが形成されている請求項3に記載の燃料電池。
The negative electrode diffusion layer is quadrangular in plan view, and a negative electrode gas seal for suppressing outflow of fuel gas is disposed outside the outer periphery of the negative electrode diffusion layer,
A fuel supply manifold is formed by one of the four sides constituting the quadrangle of the negative electrode diffusion layer and the negative electrode gas seal, and one side facing the one side of the negative electrode diffusion layer and the negative electrode gas The fuel cell according to claim 3, wherein a fuel discharge manifold is formed by the seal.
前記排水機構は、平面視で四角形で、かつ前記電極・電解質一体化物の有する負極拡散層と同じ構造の水通過層と、前記水通過層の外周外側に配置された、燃料ガスの流出を抑制するためのガスシールとを有しており、
前記水通過層の前記四角形を構成する4辺のうちの1辺と前記ガスシールとで燃料供給マニホールドが形成され、かつ、前記水通過層の前記1辺に対向する1辺と前記ガスシールとで燃料排出マニホールドが形成されており、
前記燃料供給マニホールド側および前記燃料排出マニホールド側の前記水通過層のそれぞれの側面には、水の流出を抑制するためのシール板が配置され、かつ前記シール板には、前記気液分離チューブを前記水通過層に接続するための開口部が設けられている請求項4に記載の燃料電池。
The drainage mechanism is quadrilateral in plan view and has a water passage layer having the same structure as the negative electrode diffusion layer of the electrode / electrolyte integrated body, and suppresses the outflow of fuel gas disposed on the outer periphery of the water passage layer. And a gas seal for
A fuel supply manifold is formed by one of four sides constituting the quadrangle of the water passage layer and the gas seal, and one side of the water passage layer facing the one side and the gas seal The fuel discharge manifold is formed with
A seal plate for suppressing the outflow of water is disposed on each side surface of the water passage layer on the fuel supply manifold side and the fuel discharge manifold side, and the gas-liquid separation tube is disposed on the seal plate. The fuel cell according to claim 4, wherein an opening for connecting to the water passage layer is provided.
前記電極・電解質一体化物の正極は、正極拡散層を有しており、前記正極拡散層が、前記セパレータの酸素流路の全面を覆う箇所に配置されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池。   The positive electrode of the electrode / electrolyte integrated product has a positive electrode diffusion layer, and the positive electrode diffusion layer is disposed at a location covering the entire surface of the oxygen channel of the separator. The fuel cell according to item. 前記正極拡散層は、平面視で四角形であり、前記正極拡散層における、前記セパレータの有する酸素流路と平行または略平行な2辺の外側に、燃料ガスの流出を抑制するための正極ガスシールが配置されており、
前記正極ガスシールに燃料供給マニホールドおよび燃料排出マニホールドが形成されている請求項6に記載の燃料電池。
The positive electrode diffusion layer is quadrangular in plan view, and a positive electrode gas seal for suppressing outflow of fuel gas outside the two sides of the positive electrode diffusion layer that are parallel or substantially parallel to the oxygen flow path of the separator. Is placed,
The fuel cell according to claim 6, wherein a fuel supply manifold and a fuel discharge manifold are formed in the positive electrode gas seal.
前記セパレータの酸素流路が、冷却媒体流路を兼ねている請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein an oxygen flow path of the separator also serves as a cooling medium flow path. 前記正極触媒層と、前記負極触媒層と、前記固体高分子電解質膜とが、平面視で同じ形状である請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the positive electrode catalyst layer, the negative electrode catalyst layer, and the solid polymer electrolyte membrane have the same shape in plan view.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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