JP2011171027A - Fuel cell - Google Patents

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梨良 平澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress that water resides in the downstream end part of a flow passage for gas supply of a fuel cell. <P>SOLUTION: Respectively on both faces of an electrolyte membrane, the fuel cell includes: a catalyst electrode layer; a gas diffusion layer; and a gas flow passage formation part. At least in one gas flow passage formation part, on a side contacting the gas diffusion layer, along a face of the gas diffusion layer, the gas flow passage of an isolated structure in which the flow passage for gas supply of which the downstream end is closed and the flow passage for gas supply of which the upstream end is closed are alternately arranged by interposing the closed part is formed. This fuel cell has a temperature difference generation structure in which a temperature of the downstream end part of the flow passage for gas supply is higher than that of a flow passage part of gas supply of further upstream than the downstream end part, and than that of an exhaust flow passage part neighboring the downstream end part of the flow passage for gas supply. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、固体高分子電解質型の燃料電池に関し、特に、反応ガスの流路が供給用と排出用とに分離された構造を有する燃料電池に関する。   The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to a fuel cell having a structure in which a flow path of a reaction gas is separated for supply and discharge.

燃料電池は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素(O)との電気化学反応によって発電する装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。この燃料電池は、プロトン(H)伝導性を有する固体高分子電解質膜(以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ)の両面に、それぞれ触媒電極層を接合し、さらに、それぞれガス拡散層を配置した膜電極接合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly)を有しており、ガス拡散層に当接する面に反応ガスの流路としての溝が形成されたセパレータにより挟持した燃料電池セル(単に「セル」とも呼ぶ)により構成される。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。 A fuel cell is a device that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen as a fuel gas and oxygen (O 2 ) as an oxidizing gas. Hereinafter, the fuel gas and the oxidizing gas may be simply referred to as “reaction gas” or “gas” without particular distinction. In this fuel cell, a catalyst electrode layer is bonded to each side of a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter, also simply referred to as “electrolyte membrane”) having proton (H + ) conductivity, and a gas diffusion layer is further arranged. A fuel cell (hereinafter simply referred to as a “cell”) sandwiched by a separator in which a groove as a reaction gas channel is formed on the surface in contact with the gas diffusion layer. Is also called). This separator also functions as a current collector for the generated electricity.

上記燃料電池の一例として、セパレータに形成された反応ガスの流路をガス供給用流路とガス排出用流路とに分離し、ガス供給用流路を経て供給される反応ガスが上記したガス拡散層や触媒電極層を介してガス排出用流路から排出される構造の燃料電池が知られている(特許文献1参照)。   As an example of the fuel cell, the reaction gas channel formed in the separator is separated into a gas supply channel and a gas discharge channel, and the reaction gas supplied through the gas supply channel is the gas described above. A fuel cell having a structure in which gas is discharged from a gas discharge channel through a diffusion layer or a catalyst electrode layer is known (see Patent Document 1).

特開2004−079457号公報JP 2004-079457 A 特開2006−127770号公報JP 2006-127770 A

しかしながら、上記ガス供給用流路とガス排出用流路とが分離された構造のガス流路では、ガス供給用流路の下流端部が閉塞状態となるため、電気化学反応によって生成された水が排水されずに下流端部(閉塞部)に滞留してしまい、燃料電池セルにフラッディングが発生しやすいという問題がある。なお、通常、電気化学反応により、水が生成されるのはカソード側であるため、カソード側のガス流路が上記分離構造であれば、閉塞部に水が滞留し易くなる。また、カソード側で生成された水は電解質膜を介してアノード側にも移動するため、アノード側のガス流路が、上記分離構造である場合にも、閉塞部に水が滞留し易くなる。   However, in the gas flow path having a structure in which the gas supply flow path and the gas discharge flow path are separated from each other, the downstream end of the gas supply flow path is in a closed state. Is not drained but stays at the downstream end (blocked portion), and there is a problem that flooding is likely to occur in the fuel cell. In general, water is generated by the electrochemical reaction on the cathode side. Therefore, if the gas flow path on the cathode side has the above-described separation structure, water tends to stay in the closed portion. Further, since the water generated on the cathode side also moves to the anode side through the electrolyte membrane, even when the gas flow path on the anode side has the above-described separation structure, water tends to stay in the closed portion.

そこで、本発明は、ガス供給用流路の下流端部(閉塞部)に水が滞留することを抑制する技術を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the technique which suppresses that water retains in the downstream end part (blocking part) of the flow path for gas supply.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]
電解質膜の両面にそれぞれ触媒電極層とガス拡散層とガス流路形成部と、を備える燃料電池であって、
少なくとも一方の前記ガス流路形成部には、前記ガス拡散層に接する側に、前記ガス拡散層の面に沿って、その下流端が閉塞されたガス供給用流路およびその上流端が閉塞されたガス排出用流路が閉塞部を挟んで交互に配列された分離構造のガス流路が形成されており、
前記燃料電池は前記ガス供給用流路の下流端部の温度を、前記下流端部より上流の前記ガス供給用流路部分および前記ガス供給用流路の下流端部に隣接する前記排出流路部分の温度よりも高温とする温度差発生構造を有することを特徴とする燃料電池。
この燃料電池によれば、温度差発生構造を有することにより、ガス流路全体での圧力損失の増加を抑制しつつ、ガス供給用流路の下流端部分に隣接するガス排出用流路部分のガスの圧力に対するガス供給用流路の下流端部分のガスの差圧のみを拡大し、ガス供給用流路の下流端部分に滞留する水が、ガス拡散層および触媒電極層を介してガス排出用流路側に押し出されるようになる。これにより、ガス供給用流路の下流端部に溜まった水を排出することが可能となる。
[Application Example 1]
A fuel cell comprising a catalyst electrode layer, a gas diffusion layer, and a gas flow path forming portion on both surfaces of the electrolyte membrane,
At least one of the gas flow path forming portions is closed on the side in contact with the gas diffusion layer along the surface of the gas diffusion layer, and the gas supply flow path whose downstream end is blocked and its upstream end. Gas flow paths having separate structures in which the gas discharge flow paths are alternately arranged across the blocking portions are formed,
In the fuel cell, the temperature of the downstream end portion of the gas supply flow path is set so that the gas supply flow path portion upstream of the downstream end portion and the discharge flow path adjacent to the downstream end portion of the gas supply flow path. A fuel cell having a temperature difference generating structure that is higher than the temperature of the portion.
According to this fuel cell, by having the temperature difference generating structure, an increase in pressure loss in the entire gas flow path is suppressed, and the gas discharge flow path portion adjacent to the downstream end portion of the gas supply flow path is provided. Only the differential pressure of the gas at the downstream end portion of the gas supply flow path with respect to the gas pressure is expanded, and water staying at the downstream end portion of the gas supply flow path is discharged through the gas diffusion layer and the catalyst electrode layer. It is pushed out to the flow path side. As a result, it is possible to discharge water accumulated at the downstream end of the gas supply channel.

[適用例2]
適用例1記載の燃料電池であって、
前記温度差発生構造は、前記ガス供給用流路の下流端部の温度を前記下流端部より上流の前記ガス供給用流路部分および前記ガス供給用流路の下流端部に隣接する前記排出流路部分の温度よりも高温にする高温化構造を含むことを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、高温化構造により、ガス流路全体での圧力損失の増加を抑制しつつ、ガス供給用流路の下流端部分のガス体積のみを膨張させて、ガス供給用流路の下流端部分に隣接するガス排出用流路部分のガスとの間での差圧のみを拡大させて、ガス供給用流路の下流端部分に滞留する水を、ガス拡散層および触媒電極層を介してガス排出用流路側に押し出すことができる。これにより、ガス供給用流路の下流端部に溜まった水を排出することが可能となる。
[Application Example 2]
A fuel cell according to Application Example 1,
In the temperature difference generating structure, the temperature of the downstream end portion of the gas supply flow channel is set to be adjacent to the gas supply flow channel portion upstream of the downstream end portion and the downstream end portion of the gas supply flow channel. A fuel cell comprising a high temperature structure that is higher than the temperature of the flow path portion.
In this way, the high temperature structure suppresses an increase in pressure loss in the entire gas flow path, while expanding only the gas volume at the downstream end portion of the gas supply flow path, By expanding only the differential pressure between the gas in the gas discharge flow path adjacent to the downstream end portion, water remaining in the downstream end portion of the gas supply flow path is removed from the gas diffusion layer and the catalyst electrode layer. Through the gas discharge channel. As a result, it is possible to discharge water accumulated at the downstream end of the gas supply channel.

[適用例3]
適用例2記載の燃料電池であって、
前記高温化構造は、前記触媒電極層のうち、前記ガス供給用流路の下流端部に対応する領域の触媒の量を他の領域よりも多くすることにより構成されることを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、ガス供給用流路の下流端部分における電気化学反応が他の部分に比べて活発に起こって反応熱が多く発生することになるので、ガス供給用流路の下流端部の温度を下流端部より上流のガス供給用流路部分およびガス供給用流路の下流端部に隣接する排出流路部分の温度よりも高温とすることができる。
[Application Example 3]
A fuel cell according to Application Example 2,
The high temperature structure is configured by increasing the amount of catalyst in a region corresponding to the downstream end of the gas supply flow path in the catalyst electrode layer more than other regions. battery.
In this way, the electrochemical reaction in the downstream end portion of the gas supply channel occurs more actively than in other portions, and a large amount of reaction heat is generated, so the downstream end of the gas supply channel This temperature can be higher than the temperatures of the gas supply channel portion upstream of the downstream end and the discharge channel portion adjacent to the downstream end of the gas supply channel.

[適用例4]
適用例2記載の燃料電池であって、
前記高温化構造は、前記ガス流路形成部の外側の前記ガス供給用流路の下流端部に対応する位置に加熱用ヒーターを備えることにより構成されることを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、ガス供給用流路の下流端部の温度を下流端部より上流のガス供給用流路部分およびガス供給用流路の下流端部に隣接する排出流路部分の温度よりも高温とすることができる。
[Application Example 4]
A fuel cell according to Application Example 2,
The fuel cell according to claim 1, wherein the high temperature structure includes a heater for heating at a position corresponding to a downstream end portion of the gas supply channel outside the gas channel forming unit.
In this way, the temperature of the downstream end of the gas supply flow path is determined from the temperature of the gas supply flow path part upstream of the downstream end part and the temperature of the discharge flow path part adjacent to the downstream end part of the gas supply flow path. Can also be hot.

[適用例5]
適用例2記載の燃料電池であって、
前記高温化構造は、前記ガス流路形成部のうち、前記ガス供給用流路の下流端部に対応する領域の電気抵抗が他の部分に対応する領域の電気抵抗よりも大きくすることにより構成されることを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、ガス流路形成部のうち、ガス供給用流路の下流端部に対応する領域の電気抵抗により発生する熱損失を、他の部分に対応する領域の電気抵抗により発生する熱損失に比べて大きくすることができるので、ガス供給用流路の下流端部分の温度を下流端部より上流のガス供給用流路部分およびガス供給用流路の下流端部に隣接する排出流路部分の温度よりも高温とすることができる。
[Application Example 5]
A fuel cell according to Application Example 2,
The high temperature structure is configured by making the electric resistance of the region corresponding to the downstream end of the gas supply flow channel of the gas flow channel forming portion larger than the electric resistance of the region corresponding to the other part. A fuel cell.
If it does in this way, the heat loss which generate | occur | produces by the electrical resistance of the area | region corresponding to the downstream end part of the flow path for gas supply among gas flow path formation parts generate | occur | produces by the electrical resistance of the area | region corresponding to another part. Since the heat loss can be increased, the temperature of the downstream end portion of the gas supply flow path can be increased adjacent to the gas supply flow path portion upstream of the downstream end portion and the downstream end portion of the gas supply flow path. The temperature can be higher than the temperature of the flow path portion.

[適用例6]
適用例2記載の燃料電池であって、
前記高温化構造は、前記ガス拡散層のうち、前記ガス供給用流路の下流端部に対応する領域の電気抵抗が他の部分に対応する領域の電気抵抗よりも大きくすることにより構成されることを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、ガス拡散層のうち、ガス供給用流路の下流端部に対応する領域の電気抵抗により発生する熱損失を、他の部分に対応する領域の電気抵抗より発生する熱損失に比べて大きくすることができるので、ガス供給用流路の下流端部の温度を下流端部より上流のガス供給用流路部分およびガス供給用流路の下流端部に隣接する排出流路部分の温度よりも高温とすることができる。
[Application Example 6]
A fuel cell according to Application Example 2,
The high temperature structure is configured by making the electric resistance of a region corresponding to the downstream end portion of the gas supply channel in the gas diffusion layer larger than the electric resistance of a region corresponding to another portion. The fuel cell characterized by the above-mentioned.
In this way, the heat loss generated by the electrical resistance in the region corresponding to the downstream end of the gas supply flow path in the gas diffusion layer is caused by the electrical resistance in the region corresponding to the other part. Therefore, the temperature of the downstream end of the gas supply flow path can be made larger than that of the gas supply flow path portion upstream of the downstream end and the discharge flow path adjacent to the downstream end of the gas supply flow path. The temperature can be higher than the temperature of the portion.

[適用例7]
適用例1または適用例2記載の燃料電池であって、
前記温度差発生構造は、前記ガス供給用流路の下流端部の温度が前記ガス供給用流路部分および前記ガス供給用流路の下流端部に隣接する前記排出流路部分の温度より低温にならないようにする低温化抑制構造を含むことを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、低温化抑制構造により、ガス流路全体での圧力損失の増加を抑制しつつ、ガス供給用流路の下流端部に隣接するガス排出用流路部分のガスの体積を小さくすることにより、ガス供給用流路の下流端部のガス体積を大きくして、ガス供給用流路の下流端部分に隣接するガス排出用流路部分のガスに対するガス供給用流路の下流端部のガスの差圧のみを拡大させて、ガス供給用流路の下流端部に滞留する水を、ガス拡散層および触媒電極層を介してガス排出用流路側に押し出すことができる。これにより、ガス供給用流路の下流端部に溜まった水を排出することが可能となる。
[Application Example 7]
A fuel cell according to Application Example 1 or Application Example 2,
In the temperature difference generating structure, the temperature at the downstream end of the gas supply channel is lower than the temperature of the gas supply channel and the discharge channel adjacent to the downstream end of the gas supply channel. A fuel cell comprising a low-temperature suppression structure that prevents the temperature from becoming low.
In this manner, the structure for reducing the temperature of the gas discharge channel portion adjacent to the downstream end of the gas supply channel is suppressed while suppressing the increase in pressure loss in the entire gas channel by the low temperature suppression structure. By reducing the size, the gas volume at the downstream end of the gas supply flow path is increased, and the gas discharge flow path portion adjacent to the downstream end portion of the gas supply flow path is downstream of the gas supply flow path. Only the differential pressure of the gas at the end can be increased, and the water staying at the downstream end of the gas supply channel can be pushed out to the gas discharge channel through the gas diffusion layer and the catalyst electrode layer. As a result, it is possible to discharge water accumulated at the downstream end of the gas supply channel.

[適用例8]
適用例7記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部の前記ガス流路が形成される側とは反対側に冷媒流路が形成される冷媒流路形成部を備えており、
前記低温化抑制構造は、冷媒が前記ガス供給用流路の上流側から下流端部分へ順に流れるように形成されている前記冷媒流路により構成されることを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、ガス供給用流路の下流端部より上流のガス供給用流路部分およびガス供給用流路の下流端部に隣接するガス排出用流路部分の温度をガス供給用流路の下流端部よりも低温にすることが可能である。
[Application Example 8]
A fuel cell according to Application Example 7,
A refrigerant flow path forming portion in which a refrigerant flow path is formed on a side opposite to the gas flow path forming side of the gas flow path forming portion;
The low temperature suppression structure is constituted by the refrigerant flow path formed so that the refrigerant flows in order from the upstream side to the downstream end portion of the gas supply flow path.
In this way, the temperature of the gas supply flow path portion upstream from the downstream end of the gas supply flow path and the temperature of the gas discharge flow path portion adjacent to the downstream end of the gas supply flow path are determined. It is possible to make it cooler than the downstream end of the path.

[適用例9]
適用例7記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部の前記ガス流路が形成される側とは反対側に冷媒流路が形成される冷媒流路形成部を備えており、
前記低温化抑制構造は、冷媒が前記ガス供給用流路の下流端部には流れないように形成されている前記冷媒流路により構成されることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 9]
A fuel cell according to Application Example 7,
A refrigerant flow path forming portion in which a refrigerant flow path is formed on a side opposite to the gas flow path forming side of the gas flow path forming portion;
The low temperature suppression structure is constituted by the refrigerant channel formed so that the refrigerant does not flow to the downstream end portion of the gas supply channel.

[適用例10]
適用例7記載の燃料電池であって、
前記低温化抑制構造は、前記ガス供給用流路の下流端部に設けられた断熱材により構成されることを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、ガス供給用流路の下流端部からの放熱を抑制することができるので、ガス供給用流路の下流端部より上流のガス供給用流路部分およびガス供給用流路の下流端部に隣接するガス排出用流路部分の温度をガス供給用流路の下流端部分よりも低温にすることが可能である。
[Application Example 10]
A fuel cell according to Application Example 7,
The fuel cell according to claim 1, wherein the low temperature suppression structure includes a heat insulating material provided at a downstream end portion of the gas supply channel.
In this way, since heat radiation from the downstream end of the gas supply channel can be suppressed, the gas supply channel portion and the gas supply channel upstream from the downstream end of the gas supply channel. It is possible to make the temperature of the gas discharge channel portion adjacent to the downstream end portion lower than the downstream end portion of the gas supply channel.

[適用例11]
適用例1ないし適用例10のいずれか一つに記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部は、カーボンと樹脂を含む部材で構成されており、
前記温度差発生構造は、前記ガス流路形成部において、前記ガス供給用流路の下流端部の樹脂比率を他の部分に比べて樹高くした構造を含むことを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、ガス供給用流路の下流端部の熱伝導率が低くなるため、ガス供給用流路の下流端部の温度が下流端部より上流のガス供給用流路部分およびガス供給用流路の下流端部に隣接するガス排出用流路部分の温度よりもより高温となり易くすることが可能である。
[Application Example 11]
The fuel cell according to any one of Application Example 1 to Application Example 10,
The gas flow path forming part is composed of a member containing carbon and resin,
The temperature difference generating structure includes a structure in which the resin ratio in the downstream end portion of the gas supply flow path is made higher in the gas flow path forming portion than in other portions.
In this case, since the thermal conductivity of the downstream end of the gas supply flow path is lowered, the temperature of the downstream end of the gas supply flow path and the gas supply flow path portion upstream of the downstream end and the gas are reduced. It is possible to make the temperature easy to be higher than the temperature of the gas discharge channel portion adjacent to the downstream end portion of the supply channel.

[適用例12]
適用例1ないし適用例10記載のいずれか一つに記載の燃料電池であって、
前記温度差発生構造は、前記ガス流路形成部または前記ガス拡散層において、前記ガス供給用流路の下流端部分を覆うように中空部を形成する構造を含むことを特徴とする燃料電池。
このようにすれば、ガス流路形成部またはガス拡散層に設けられた中空部が放熱を遮断するように働くので、ガス供給用流路の下流端部の温度が下流端部より上流のガス供給用流路部分およびガス供給用流路の下流端部に隣接するガス排出用流路部分の温度よりもより高温となり易くすることが可能である。
[Application Example 12]
The fuel cell according to any one of Application Example 1 to Application Example 10,
The temperature difference generating structure includes a structure in which a hollow portion is formed in the gas flow path forming portion or the gas diffusion layer so as to cover a downstream end portion of the gas supply flow path.
In this way, since the hollow part provided in the gas flow path forming part or the gas diffusion layer works to block heat dissipation, the temperature of the downstream end of the gas supply flow path is higher than the downstream end. It is possible to make the temperature more likely to be higher than the temperatures of the supply flow path portion and the gas discharge flow path portion adjacent to the downstream end of the gas supply flow path.

本発明を適用した燃料電池を構成する燃料電池セルの概略構成を表わす断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing schematic structure of the fuel cell which comprises the fuel cell to which this invention is applied. 本発明の実施形態の基本概念について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the basic concept of embodiment of this invention. 第1の手法の第1実施例を示すアノード側の触媒電極層14Aをアノード側のセパレータ20Aの側から見た概略構造図である。It is the schematic structure figure which looked at the anode side catalyst electrode layer 14A which shows the 1st example of the 1st method from the anode side separator 20A side. 第1の手法の第2実施例を示すアノード側のセパレータ20Aのガス流路30とは反対側を見た概略構造図である。It is the schematic structure figure which looked at the opposite side to the gas flow path 30 of the anode side separator 20A which shows 2nd Example of a 1st method. 第1の手法の第3実施例を示すアノード側のガス拡散層16Aをアノード側のセパレータ20Aの側から見た概略構造図である。It is the schematic structure figure which looked at the gas diffusion layer 16A on the anode side which shows the 3rd example of the 1st technique from the separator 20A side on the anode side. 第1の手法の第4実施例を示すアノード側のセパレータ20Aを外側から見た概略構造図である。It is the schematic structure figure which looked at anode separator 20A which shows the 4th example of the 1st technique from the outside. 第2の手法の第1実施例を示すアノード側のセパレータ20Aの外側に設けられた冷媒流路形成部60Aの概略構造図である。FIG. 6 is a schematic structural diagram of a refrigerant flow path forming portion 60A provided outside an anode-side separator 20A showing a first embodiment of the second technique. 第2の手法の第2実施例を示すアノード側のセパレータ20Aの外側に設けられた冷媒流路形成部60Aaの概略構造図である。FIG. 6 is a schematic structural diagram of a refrigerant flow path forming portion 60Aa provided outside an anode separator 20A showing a second embodiment of the second technique. 第2の手法の第3実施例を示すアノード側のセパレータ20Aaのガス流路30側を見た概略構造図である。It is the schematic structure figure which looked at the gas channel 30 side of separator 20Aa on the anode side which shows the 3rd example of the 2nd technique. 第3の手法の第1実施例を示すアノード側のセパレータ20Abのガス流路30側の一部を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a part by the side of the gas flow path 30 of separator 20Ab by the side of the anode which shows 1st Example of a 3rd method. 第3の手法の第2実施例を示すアノード側のセパレータ20Acのガス流路30側の一部を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a part by the side of the gas flow path 30 of separator 20Ac by the side of the anode which shows 2nd Example of the 3rd method. 第3の手法の第3実施例を示すアノード側のガス拡散層16Acの一部を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a part of anode side gas diffusion layer 16Ac which shows 3rd Example of the 3rd method.

A.燃料電池の構成概要:
図1は、本発明を適用した燃料電池を構成する燃料電池セルの概略構成を表わす断面模式図である。この燃料電池セル100は、膜電極接合体10と、膜電極接合体10を両面から挟持するアノード側のセパレータ20Aおよびカソード側のセパレータ20Cと、を備えている。膜電極接合体10は、電解質層12と、電解質層12のそれぞれの面上に形成されるアノード側の触媒電極層14Aおよびカソード側の触媒電極層14Cと、上記各触媒電極層に隣接して設けられたアノード側のガス拡散層16Aおよびカソード側のガス拡散層16Cと、で構成されている。なお、触媒電極層およびガス拡散層を纏めてガス拡散電極あるいはガス拡散電極層とも呼ぶ。
A. Overview of fuel cell configuration:
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a fuel cell constituting a fuel cell to which the present invention is applied. The fuel cell 100 includes a membrane electrode assembly 10, and an anode-side separator 20A and a cathode-side separator 20C that sandwich the membrane electrode assembly 10 from both sides. The membrane electrode assembly 10 is adjacent to the electrolyte layer 12, the anode-side catalyst electrode layer 14A and the cathode-side catalyst electrode layer 14C formed on each surface of the electrolyte layer 12, and the catalyst electrode layers. The anode-side gas diffusion layer 16A and the cathode-side gas diffusion layer 16C are provided. The catalyst electrode layer and the gas diffusion layer are collectively referred to as a gas diffusion electrode or a gas diffusion electrode layer.

電解質層12は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。この電解質層12としては、例えば、ナフィオン膜(デュポン社製)が利用される。   The electrolyte layer 12 is a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and exhibits good proton conductivity in a wet state. For example, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) is used as the electrolyte layer 12.

アノード側の触媒電極層14Aおよびカソード側の触媒電極層14Cは、電気化学反応を促進する触媒金属と、プロトン伝導性を有する電解質と、電子伝導性を有するカーボン粒子と、を備える。触媒金属としては、例えば、白金(Pt)、あるいはPtと他の金属とから成る合金(例えばコバルトやニッケルを混合したPt合金)を用いることができる。また、電解質としては、電解質層12と同様に、スルホン酸基を介して水和プロトンを伝導するフッ素系樹脂、例えば、ナフィオン溶液を用いている。上記触媒金属はカーボン粒子上に担持されており、各触媒電極層では、触媒金属を担持したカーボン粒子(触媒粒子)と電解質とが混在している。触媒金属を担持するためのカーボン粒子(以下、「担持用カーボン粒子」と呼ぶ。)は、一般に市販されているカーボン粒子(カーボン粉末)を加熱処理することにより自身の撥水性が高められた撥水化カーボン粒子が用いられる。   The anode-side catalyst electrode layer 14A and the cathode-side catalyst electrode layer 14C include a catalyst metal that promotes an electrochemical reaction, an electrolyte having proton conductivity, and carbon particles having electron conductivity. As the catalyst metal, for example, platinum (Pt) or an alloy composed of Pt and another metal (for example, a Pt alloy in which cobalt or nickel is mixed) can be used. As the electrolyte, a fluorine-based resin that conducts hydrated protons via a sulfonic acid group, for example, a Nafion solution, is used as in the electrolyte layer 12. The catalyst metal is supported on carbon particles, and in each catalyst electrode layer, carbon particles (catalyst particles) supporting the catalyst metal and an electrolyte are mixed. Carbon particles for supporting a catalytic metal (hereinafter referred to as “supporting carbon particles”) are generally made of carbon particles (carbon powder) that are commercially available, and have their water repellency improved by heat treatment. Hydrated carbon particles are used.

ガス拡散層16A,16Cは、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンクロスやカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、あるいは、金属メッシュや発泡金属などの金属多孔質体によって構成することができる。   The gas diffusion layers 16A and 16C can be made of a gas permeable conductive member, for example, a carbon porous body such as carbon cloth or carbon paper, or a metal porous body such as a metal mesh or foam metal. .

セパレータ20A,20Cは、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属板によって形成することができる。セパレータ20A,20Cのガス拡散層16A,16C側の表面には、燃料電池セル100に供給される反応ガスとしての燃料ガスである水素(H)あるいは酸化ガスである酸素(より具体的に空気)の流路を形成するための凹凸形状が形成されている。すなわち、ガス拡散層16A、16Cとセパレータ20A、20Cとの間には、電気化学反応に供される反応ガスが通過するガス流路30が形成されている。具体的には、図示しないガス供給マニホールドに連通するガス供給用流路30iと、燃料電池から流出する未反応ガスを排出するガス排出マニホールドに連通するガス排出用流路30oとが形成されている。ガス供給用流路30iとガス排出用流路30oは互いに分離された構造となっている。すなわち、ガス供給用流路30iの下流端部およびガス排出用流路30oの上流端部は閉塞状態となっている。そして、ガス供給用流路30iおよびガス排出用流路30oは、ガス排出用流路30oがガス供給用流路30iの下流端部(閉塞部)を挟んで交互に配列されている。なお、これらのセパレータ20A,20Cが本発明におけるガス流路形成部に相当する。 The separators 20A and 20C can be formed of a gas-impermeable conductive member, for example, dense carbon that is compressed by gas and impermeable to gas, or a press-molded metal plate. On the surfaces of the separators 20A and 20C on the gas diffusion layers 16A and 16C side, hydrogen (H 2 ) as a reaction gas supplied to the fuel cell 100 or oxygen (more specifically, air) as an oxidant gas. ) Is formed. That is, a gas flow path 30 through which a reaction gas used for an electrochemical reaction passes is formed between the gas diffusion layers 16A and 16C and the separators 20A and 20C. Specifically, a gas supply flow path 30i communicating with a gas supply manifold (not shown) and a gas discharge flow path 30o communicating with a gas discharge manifold for discharging unreacted gas flowing out from the fuel cell are formed. . The gas supply channel 30i and the gas discharge channel 30o are separated from each other. That is, the downstream end of the gas supply channel 30i and the upstream end of the gas discharge channel 30o are closed. The gas supply flow path 30i and the gas discharge flow path 30o are alternately arranged with the gas discharge flow path 30o sandwiching the downstream end portion (blocking portion) of the gas supply flow path 30i. The separators 20A and 20C correspond to the gas flow path forming part in the present invention.

燃料電池セル100の外周部には、反応ガスのガスシール性を確保するための図示しないシール部材が配設されている。なお、通常燃料電池は、燃料電池セル100を複数積層したスタック構造を有しており、このスタック構造の外周部には、燃料電池セル100の積層方向と平行であって反応ガス(燃料ガスあるいは酸化ガス)や冷媒が流通する複数のマニホールドが設けられている(図示せず)。これら複数のマニホールドのうちの燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、各燃料電池セル100に分配され、電気化学反応に供されつつ各燃料電池セルの燃料ガス用のガス流路を通過し、その後、燃料ガス排出マニホールドに集合する。同様に、酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、各燃料電池セル100に分配され、電気化学反応に供されつつ各燃料電池セルの酸化ガス用のガス流路を通過し、その後、酸化ガス排出マニホールドに集合する。   A sealing member (not shown) is provided on the outer peripheral portion of the fuel cell 100 to ensure the gas sealing property of the reaction gas. Note that the normal fuel cell has a stack structure in which a plurality of fuel cells 100 are stacked, and a reaction gas (fuel gas or A plurality of manifolds (not shown) through which the oxidizing gas) and the refrigerant circulate are provided. The fuel gas flowing through the fuel gas supply manifold among the plurality of manifolds is distributed to each fuel cell 100 and passes through the fuel gas flow path of each fuel cell while being subjected to an electrochemical reaction. , Gather in the fuel gas discharge manifold. Similarly, the oxidant gas flowing through the oxidant gas supply manifold is distributed to each fuel cell 100 and passes through the gas channel for the oxidant gas of each fuel cell while being subjected to an electrochemical reaction. Collect in the manifold.

なお、図示は省略しているが、スタック構造の内部温度を調節するために、各燃料電池セル間に、冷媒の通過する冷媒流路が形成された冷媒流路形成部が設けられている。冷媒流路形成部は、隣り合う燃料電池セルの間において、一方の燃料電池セルが備えるセパレータ20A、20Cと、これに隣接して設けられる他方の燃料電池セルのセパレータ20C,20Aとの間に設ければよい。   In addition, although illustration is abbreviate | omitted, in order to adjust the internal temperature of a stack structure, the refrigerant flow path formation part in which the refrigerant flow path through which a refrigerant | coolant passes was formed between each fuel cell. The refrigerant flow path forming portion is provided between the separators 20A and 20C provided in one fuel battery cell and the separators 20C and 20A of the other fuel battery cell provided adjacent to the fuel battery cell between adjacent fuel battery cells. What is necessary is just to provide.

上記燃料電池セル100では、アノード側のセパレータ20Aのガス供給用流路30iに供給された燃料ガスとしての水素は、ガス拡散層16Aを介して触媒電極層14Aに供給されて触媒電極層14Aによる電気化学反応に寄与した後、ガス排出用流路30oを介して排出される。同様に、カソード側のセパレータ20Cのガス供給用流路30iに供給された酸化ガスとしての酸素も、ガス拡散層16Cを介して触媒電極層14Cに供給されて触媒電極層14Cによる電気化学反応に寄与した後、ガス排出用流路30oを介して排出される。燃料電池セル100は、以上のように、アノード側およびカソード側に供給された反応ガスが電気化学反応に供され、その結果として電力を発生するとともに、その副産物として水を生成する。   In the fuel cell 100, hydrogen as the fuel gas supplied to the gas supply passage 30i of the anode-side separator 20A is supplied to the catalyst electrode layer 14A via the gas diffusion layer 16A and is generated by the catalyst electrode layer 14A. After contributing to the electrochemical reaction, the gas is discharged through the gas discharge passage 30o. Similarly, oxygen as an oxidizing gas supplied to the gas supply flow path 30i of the cathode-side separator 20C is also supplied to the catalyst electrode layer 14C via the gas diffusion layer 16C and undergoes an electrochemical reaction by the catalyst electrode layer 14C. After the contribution, the gas is discharged through the gas discharge channel 30o. In the fuel cell 100, as described above, the reaction gas supplied to the anode side and the cathode side is subjected to an electrochemical reaction, and as a result, power is generated and water is generated as a byproduct.

B.実施形態の基本概念:
図2は、本発明の実施形態の基本概念について示す説明図である。図は、ガス供給用流路30iの下流端部分(閉塞部)及びこれに隣接するガス排出用流路30oの部分の概略断面を拡大して示している。
B. Basic concept of the embodiment:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the basic concept of the embodiment of the present invention. The figure shows an enlarged schematic cross section of the downstream end portion (blocking portion) of the gas supply flow passage 30i and the portion of the gas discharge flow passage 30o adjacent thereto.

本発明の実施形態の基本的な概念は、ガス供給用流路30iの下流端部分の反応ガスの圧力P1と、隣接するガス排出用流路30oの反応ガスの圧力P2とを比較して、P1>>P2として差圧を発生させることにある。そして、このように差圧を発生させることにより、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留している水がガス拡散電極層(ガス拡散層16A(16C)および触媒電極層14A(14C))を介してガス排出用流路30oに押し出されて、排水が可能になり、フラッディングの発生を抑制するものである。   The basic concept of the embodiment of the present invention is to compare the pressure P1 of the reaction gas in the downstream end portion of the gas supply flow path 30i with the pressure P2 of the reaction gas in the adjacent gas discharge flow path 30o, The differential pressure is generated as P1 >> P2. Then, by generating the differential pressure in this way, the water staying in the downstream end portion of the gas supply flow path 30i becomes the gas diffusion electrode layer (the gas diffusion layer 16A (16C) and the catalyst electrode layer 14A (14C)). ) Through the gas discharge passage 30o, drainage becomes possible, and flooding is suppressed.

上記のように差圧を発生させる手法としては、ガス供給用流路30iの下流端部分とこれに隣接するガス排出用流路30oとの間に温度差を発生させるために、温度差発生構造を設けることが考えられる。そして、この温度差発生構造の実現手法として、大きく3種類の手法がある。
[1]第1の手法:ガス供給用流路30iの下流端部分のみを加熱する構造(高温化構造)を有する手法。
[2]第2の手法:ガス供給用流路30iの下流端部分のみを他の流路部分より冷却しない構造(低温化抑制構造)を有する手法。
[3]第3の手法:第1の手法か第2の手法、または、第1の手法かつ第2の手法に加えて、ガス供給用流路の30iの下流端部分の壁面から熱が逃げないように、熱を遮断する構造を有する手法。
以下では、第1の手法の実施形態、第2の手法の実施形態、第3の手法の実施形態の順に説明する。
As a technique for generating the differential pressure as described above, a temperature difference generating structure is used in order to generate a temperature difference between the downstream end portion of the gas supply flow path 30i and the gas discharge flow path 30o adjacent thereto. It is conceivable to provide There are three main methods for realizing the temperature difference generating structure.
[1] First method: a method having a structure (high temperature structure) for heating only the downstream end portion of the gas supply channel 30i.
[2] Second method: a method having a structure (cooling suppression structure) in which only the downstream end portion of the gas supply flow channel 30i is not cooled from the other flow channel portions.
[3] Third method: In addition to the first method, the second method, or the first method and the second method, heat escapes from the wall surface of the downstream end portion of the gas supply channel 30i. A technique that has a structure that blocks heat so that there is no such thing.
Hereinafter, the first method embodiment, the second method embodiment, and the third method embodiment will be described in this order.

C.第1の手法の実施形態:
第1の手法は、上記したように、ガス供給用流路30iの下流端部分のみを加熱する構造(高温化構造)を有することにより、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を排出するものである。その実施例として以下の4つの実施例について示す。
C. Embodiment of the first technique:
As described above, the first technique has a structure (high temperature structure) that heats only the downstream end portion of the gas supply channel 30i, so that water stays in the downstream end portion of the gas supply channel 30i. Are to be discharged. As examples, the following four examples will be described.

C1.第1の手法の第1実施例:
図3は、第1の手法の第1実施例を示すアノード側の触媒電極層14Aを、アノード側のセパレータ20Aの側から見た概略構造図である。図のドットハッチングで示した略矩形状の領域が触媒電極層14Aの領域を示している。また、破線は、燃料ガスのガス供給マニホールド40iに接続されている連通路30siおよび連通路30siに接続されているガス供給用流路30iと、ガス排出マニホールド40oに接続されている連通路30soおよび連通路30soに接続されているガス排出用流路30oと、を示している。
C1. First embodiment of the first technique:
FIG. 3 is a schematic structural view of the anode-side catalyst electrode layer 14A as viewed from the anode-side separator 20A side, showing the first embodiment of the first technique. A substantially rectangular area indicated by dot hatching in the figure indicates the area of the catalyst electrode layer 14A. Also, the broken lines indicate the communication passage 30si connected to the fuel gas supply manifold 40i, the gas supply passage 30i connected to the communication passage 30si, the communication passage 30so connected to the gas discharge manifold 40o, and A gas discharge passage 30o connected to the communication passage 30so is shown.

本実施例では、図に示すように、アノード側の触媒電極層14Aのガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域14Astpのみ、触媒を多くするように構成されている。この領域14AStpは、例えば、この14AStpの領域のみ、他の領域に塗布する触媒インクとは異なり、触媒濃度を濃くした触媒インクを塗布することにより形成することができる。   In the present embodiment, as shown in the figure, the catalyst is increased only in the region 14 Astp corresponding to the downstream end portion of the gas supply channel 30 i of the catalyst electrode layer 14 A on the anode side. The region 14Atp can be formed, for example, by applying a catalyst ink having a high catalyst concentration, unlike the catalyst ink applied to other regions only in the region of 14AStp.

上記のように、ガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域14Astpのみ、触媒を多くするように構成すれば、領域14Astpにおける触媒反応が他の領域に比べて多くなり、領域14Astpに対応するガス供給用流路30iの下流端部分の温度を他の部分に比べて上昇させることが可能となる。これにより、その部分のガス体積を膨張させてガスの圧力を高めることができ、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, if only the region 14Astp corresponding to the downstream end portion of the gas supply channel 30i is configured to increase the catalyst, the catalytic reaction in the region 14Astp increases compared to the other regions, and the region 14Astp It becomes possible to raise the temperature of the downstream end part of the corresponding gas supply flow path 30i as compared with other parts. As a result, the gas volume of the portion can be expanded to increase the gas pressure, and the differential pressure with respect to the gas pressure in the gas discharge passage 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply passage 30i can be obtained. Can be generated. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

なお、上記実施例は、アノード側を例に説明したがカソード側も同様である。   The above embodiment has been described by taking the anode side as an example, but the same applies to the cathode side.

C2.第1の手法の第2実施例:
図4は、第1の手法の第2実施例を示すアノード側のセパレータ20Aのガス流路30とは反対側を見た概略構造図である。図中破線は、図3で説明したのと同様に、セパレータ20Aのガス拡散層16Aと接する側に形成されている燃料ガスのガス供給マニホールド40iに接続されている連通路30siおよび連通路30siに接続されているガス供給用流路30iと、ガス排出マニホールド40oに接続されている連通路30soおよび連通路30soに接続されているガス排出用流路30oと、を示している。
C2. Second embodiment of the first technique:
FIG. 4 is a schematic structural view of the anode separator 20A showing the second embodiment of the first method when viewed from the side opposite to the gas flow path 30. As shown in FIG. The broken lines in the figure indicate the communication passage 30si and the communication passage 30si connected to the gas supply manifold 40i of the fuel gas formed on the side in contact with the gas diffusion layer 16A of the separator 20A, as described in FIG. The gas supply flow path 30i connected to the gas discharge manifold 40o and the gas discharge flow path 30o connected to the communication path 30so are shown.

本実施例では、図に示すように、アノード側のガス供給用流路30iに対応するセパレータ20Aの外側の部分にヒーター50hを設ける構造としている。なお、ヒーター50hへの電力の供給線は図示を省略している。   In the present embodiment, as shown in the figure, a heater 50h is provided in the outer portion of the separator 20A corresponding to the anode-side gas supply channel 30i. The power supply line to the heater 50h is not shown.

上記のように、ガス供給用流路30iに対応するセパレータ20Aの外側の部分にヒーター50hを設けるようにすれば、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度を他の部分に比べて上昇させることが可能となる。これにより、その部分のガス体積を膨張させてガスの圧力を高めることができ、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, if the heater 50h is provided in the outer portion of the separator 20A corresponding to the gas supply flow path 30i, the temperature of the downstream end portion of the gas supply flow path 30i is increased as compared with other portions. It becomes possible to make it. As a result, the gas volume of the portion can be expanded to increase the gas pressure, and the differential pressure with respect to the gas pressure in the gas discharge passage 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply passage 30i can be obtained. Can be generated. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

なお、上記実施例も、アノード側を例に説明したがカソード側も同様である。   In addition, although the said Example demonstrated the anode side as an example, the cathode side is also the same.

C3.第1の手法の第3実施例:
図5は、第1の手法の第3実施例を示すアノード側のガス拡散層16Aを、アノード側のセパレータ20Aの側から見た概略構造図である。図のドクロスハッチングで示した略矩形状の領域がガス拡散層16Aの領域を示している。また、破線は、燃料ガスのガス供給マニホールド40iに接続されている連通路30siおよび連通路30siに接続されているガス供給用流路30iと、ガス排出マニホールド40oに接続されている連通路30soおよび連通路30soに接続されているガス排出用流路30oと、を示している。
C3. Third embodiment of the first technique:
FIG. 5 is a schematic structural view of an anode-side gas diffusion layer 16A as viewed from the anode-side separator 20A side, showing a third embodiment of the first technique. The substantially rectangular area shown by the cross-hatching in the figure shows the area of the gas diffusion layer 16A. Also, the broken lines indicate the communication passage 30si connected to the fuel gas supply manifold 40i, the gas supply passage 30i connected to the communication passage 30si, the communication passage 30so connected to the gas discharge manifold 40o, and A gas discharge passage 30o connected to the communication passage 30so is shown.

本実施例では、図に示すように、アノード側のガス拡散層16Aのガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域16Astpの電気抵抗が、他の領域に比べて高くなるように構成されている。この領域16Astpは、例えば、ガス拡散層としてカーボン多孔質体を用いている場合において、他の領域に比べて電気抵抗の高いカーボン多孔質体を用いることにより形成することができる。   In the present embodiment, as shown in the figure, the electric resistance of the region 16Astp corresponding to the downstream end portion of the gas supply channel 30i of the gas diffusion layer 16A on the anode side is configured to be higher than that of other regions. Has been. For example, when the carbon porous body is used as the gas diffusion layer, the region 16Astp can be formed by using a carbon porous body having a higher electric resistance than other regions.

上記のように、ガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域16Astpのみ、電気抵抗を高くするように構成すれば、領域16Astpにおける熱損失が大きくなって発熱し、領域16Astpに対応するガス供給用流路30iの下流端部分の温度を他の部分に比べて上昇させることが可能となる。これにより、その部分のガス体積を膨張させてガスの圧力を高めることができ、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, if only the region 16Astp corresponding to the downstream end portion of the gas supply flow path 30i is configured to increase the electrical resistance, the heat loss in the region 16Astp increases and heat is generated, and the region 16Astp corresponds to the region 16Astp. It becomes possible to raise the temperature of the downstream end portion of the gas supply flow path 30i as compared with other portions. As a result, the gas volume of the portion can be expanded to increase the gas pressure, and the differential pressure with respect to the gas pressure in the gas discharge passage 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply passage 30i can be obtained. Can be generated. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

なお、上記実施例は、アノード側を例に説明したがカソード側も同様である。   The above embodiment has been described by taking the anode side as an example, but the same applies to the cathode side.

C4.第1の手法の第4実施例:
図6は、第1の手法の第4実施例を示すアノード側のセパレータ20Aを外側から見た概略構造図である。図中破線は、図3で説明したのと同様に、セパレータ20Aのガス拡散層16Aと接する側に形成されている燃料ガスのガス供給マニホールド40iに接続されている連通路30siおよび連通路30siに接続されているガス供給用流路30iと、ガス排出マニホールド40oに接続されている連通路30soおよび連通路30soに接続されているガス排出用流路30oと、を示している。
C4. Fourth embodiment of the first technique:
FIG. 6 is a schematic structural view of an anode-side separator 20A as viewed from the outside, showing a fourth embodiment of the first technique. The broken lines in the figure indicate the communication passage 30si and the communication passage 30si connected to the gas supply manifold 40i of the fuel gas formed on the side in contact with the gas diffusion layer 16A of the separator 20A, as described in FIG. The gas supply flow path 30i connected to the gas discharge manifold 40o and the gas discharge flow path 30o connected to the communication path 30so are shown.

本実施例では、図に示すように、セパレータ20Aのガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域20Astpの電気抵抗が、他の領域に比べて高くなるように構成されている。この領域20Astpは、例えば、セパレータ20Aとしてガス拡散層として緻密質カーボンを用いている場合において、他の領域に比べて電気抵抗の高い緻密質カーボンを用いることにより形成することができる。   In the present embodiment, as shown in the drawing, the electric resistance of the region 20Astp corresponding to the downstream end portion of the gas supply channel 30i of the separator 20A is configured to be higher than that of other regions. For example, when the dense carbon is used as the gas diffusion layer as the separator 20A, the region 20Astp can be formed by using dense carbon having a higher electric resistance than other regions.

上記のように、セパレータ20Aのガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域20Astpのみ、電気抵抗を高くするように構成すれば、領域20Astpにおける熱損失が大きくなって発熱し、領域20Astpに対応するガス供給用流路30iの下流端部分の温度を他の部分に比べて上昇させることが可能となる。これにより、その部分のガス体積を膨張させてガスの圧力を高めることができ、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, if only the region 20Astp corresponding to the downstream end portion of the gas supply flow path 30i of the separator 20A is configured to increase the electrical resistance, heat loss in the region 20Astp increases and heat is generated, and the region 20Astp It is possible to raise the temperature of the downstream end portion of the gas supply flow path 30i corresponding to the above in comparison with other portions. As a result, the gas volume of the portion can be expanded to increase the gas pressure, and the differential pressure with respect to the gas pressure in the gas discharge passage 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply passage 30i can be obtained. Can be generated. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

なお、上記実施例は、アノード側を例に説明したがカソード側も同様である。
D.第2の手法の実施形態:
第2の手法は、上記したように、ガス供給用流路30iの下流端部分のみを他の流路部分より冷却しない構造(低温化抑制構造)を有することにより、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を排出するものである。その実施例として以下の3つの実施例について示す。
The above embodiment has been described by taking the anode side as an example, but the same applies to the cathode side.
D. Second method embodiment:
As described above, the second technique has a structure (cooling suppression structure) in which only the downstream end portion of the gas supply flow path 30i is not cooled from the other flow path portions. The water staying in the downstream end portion is discharged. The following three examples are shown as examples.

D1.第2の手法の第1実施例:
図7は、第2の手法の第1実施例を示すアノード側のセパレータ20Aの外側に設けられた冷媒流路形成部60Aの概略構造図である。冷媒流路形成部60Aには、セパレータ20Aと同様に、例えば、緻密性カーボンや金僕板が用いられる。図中破線は、図3で説明したのと同様に、セパレータ20Aのガス拡散層16Aと接する側に形成されている燃料ガスのガス供給マニホールド40iに接続されている連通路30siおよび連通路30siに接続されているガス供給用流路30iと、ガス排出マニホールド40oに接続されている連通路30soおよび連通路30soに接続されているガス排出用流路30oと、を示している。
D1. First embodiment of the second method:
FIG. 7 is a schematic structural diagram of a refrigerant flow path forming portion 60A provided outside the anode-side separator 20A showing the first embodiment of the second technique. For the refrigerant flow path forming portion 60A, for example, dense carbon or a metal plate is used as in the separator 20A. The broken lines in the figure indicate the communication passage 30si and the communication passage 30si connected to the gas supply manifold 40i of the fuel gas formed on the side in contact with the gas diffusion layer 16A of the separator 20A, as described in FIG. The gas supply flow path 30i connected to the gas discharge manifold 40o and the gas discharge flow path 30o connected to the communication path 30so are shown.

冷媒流路形成部60Aには、セパレータ20Aのガス流路30(ガス供給用流路30i,ガス排出用流路30o、連通路30si,30so)や、膜電極接合体10を覆うように、冷媒流路部80が形成されている。冷媒流路部80は、冷媒供給マニホールド70iおよび冷媒排出マニホールド70oに接続されている。   In the refrigerant flow path forming portion 60A, a refrigerant is provided so as to cover the gas flow path 30 (the gas supply flow path 30i, the gas discharge flow path 30o, the communication paths 30si, 30so) of the separator 20A and the membrane electrode assembly 10. A flow path portion 80 is formed. The refrigerant flow path 80 is connected to the refrigerant supply manifold 70i and the refrigerant discharge manifold 70o.

冷媒流路部80内には、複数の流路壁80wおよび80stpgが形成されている。流路壁80wは、冷媒供給マニホールド70iから供給される冷媒が冷媒排出マニホールド70oへ向けて直線的にきれいに流れるように、形成されている。一方、複数の流路壁80stpは、ガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域に冷媒が流れないように、ガス供給用流路30iの下流端部分を覆うように形成されている。   A plurality of flow path walls 80 w and 80 stpg are formed in the refrigerant flow path portion 80. The flow path wall 80w is formed so that the refrigerant supplied from the refrigerant supply manifold 70i flows linearly and cleanly toward the refrigerant discharge manifold 70o. On the other hand, the plurality of flow path walls 80stp are formed so as to cover the downstream end portion of the gas supply flow path 30i so that the refrigerant does not flow in a region corresponding to the downstream end portion of the gas supply flow path 30i. .

上記のように、ガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域に冷媒が流れないように、複数の流路壁80stpがガス供給用流路30iの下流端部分を覆うように形成されていることにより、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度が他の部分に比べて低下することを抑制することが可能となる。これにより、その部分のガスの圧力を、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して高くして、差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, the plurality of flow path walls 80stp are formed so as to cover the downstream end portion of the gas supply flow path 30i so that the refrigerant does not flow in the region corresponding to the downstream end portion of the gas supply flow path 30i. As a result, it is possible to suppress the temperature of the downstream end portion of the gas supply flow path 30i from lowering than the other portions. As a result, the pressure of the gas at that portion can be made higher than the pressure of the gas in the gas discharge channel 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply channel 30i, thereby generating a differential pressure. Become. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

なお、上記実施例も、アノード側を例に説明したがカソード側も同様である。   In addition, although the said Example demonstrated the anode side as an example, the cathode side is also the same.

D2.第2の手法の第2実施例:
図8は、第2の手法の第2実施例を示すアノード側のセパレータ20Aの外側に設けられた冷媒流路形成部60Aaの概略構造図である。第1実施例と同様に、冷媒流路形成部60Aaには、例えば、緻密性カーボンや金僕板が用いられる。図中破線は、図3で説明したのと同様に、セパレータ20Aのガス拡散層16Aと接する側に形成されている燃料ガスのガス供給マニホールド40iに接続されている連通路30siおよび連通路30siに接続されているガス供給用流路30iと、ガス排出マニホールド40oに接続されている連通路30soおよび連通路30soに接続されているガス排出用流路30oと、を示している。
D2. Second embodiment of the second technique:
FIG. 8 is a schematic structural diagram of a refrigerant flow path forming portion 60Aa provided outside the anode-side separator 20A showing a second embodiment of the second technique. As in the first embodiment, for example, dense carbon or a metal plate is used for the refrigerant flow path forming portion 60Aa. The broken lines in the figure indicate the communication passage 30si and the communication passage 30si connected to the gas supply manifold 40i of the fuel gas formed on the side in contact with the gas diffusion layer 16A of the separator 20A, as described in FIG. The gas supply flow path 30i connected to the gas discharge manifold 40o and the gas discharge flow path 30o connected to the communication path 30so are shown.

冷媒流路形成部60Aaには、セパレータ20Aのガス流路30(ガス供給用流路30i,ガス排出用流路30o、連通路30si,30so)や、膜電極接合体10を覆うように、冷媒流路部80が形成されている。冷媒流路部80は、冷媒供給マニホールド70iおよび冷媒排出マニホールド70oに接続されている。   The refrigerant flow path forming portion 60Aa covers the gas flow path 30 (gas supply flow path 30i, gas discharge flow path 30o, communication paths 30si, 30so) of the separator 20A and the membrane electrode assembly 10 so as to cover the refrigerant flow path forming portion 60Aa. A flow path portion 80 is formed. The refrigerant flow path 80 is connected to the refrigerant supply manifold 70i and the refrigerant discharge manifold 70o.

冷媒流路部80内には、複数の流路壁80wが形成されている。流路壁80wは、冷媒供給マニホールド70iから供給される冷媒が冷媒排出マニホールド70oへ向けて直線的に流れるように形成されている。   A plurality of flow path walls 80 w are formed in the refrigerant flow path portion 80. The flow path wall 80w is formed such that the refrigerant supplied from the refrigerant supply manifold 70i flows linearly toward the refrigerant discharge manifold 70o.

上記のように、冷媒供給マニホールド70iから供給される冷媒が冷媒排出マニホールド70oへ向けて直線的に流れるように、流路壁80wが形成されているので、ガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域に冷媒が流れるのは、冷媒が冷媒排出マニホールド70oから排出される直前となる。この場合、ガス供給用流路30iの下流端部分を通過する冷媒は、上流部を通過する際に発電により発生した反応熱を吸収して暖められることになる。このため、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度が他の部分に比べて低下することを抑制することが可能となる。これにより、その部分のガスの圧力を、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して高くして、差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, the flow path wall 80w is formed so that the refrigerant supplied from the refrigerant supply manifold 70i flows linearly toward the refrigerant discharge manifold 70o, so the downstream end portion of the gas supply flow path 30i. The refrigerant flows in the region corresponding to the point immediately before the refrigerant is discharged from the refrigerant discharge manifold 70o. In this case, the refrigerant passing through the downstream end portion of the gas supply channel 30i is heated by absorbing the reaction heat generated by the power generation when passing through the upstream portion. For this reason, it becomes possible to suppress that the temperature of the downstream end part of the flow path 30i for gas supply falls compared with another part. As a result, the pressure of the gas at that portion can be made higher than the pressure of the gas in the gas discharge channel 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply channel 30i, thereby generating a differential pressure. Become. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

なお、上記実施例も、アノード側を例に説明したがカソード側も同様である。   In addition, although the said Example demonstrated the anode side as an example, the cathode side is also the same.

D3.第2の手法の第3実施例:
図9は、第2の手法の第3実施例を示すアノード側のセパレータ20Aaのガス流路30側を見た概略構造図である。このセパレータ20Aaは、ガス供給用流路30iの下流端部分の壁面30ijに断熱材を設けている。断熱材としては、熱伝導率の低い樹脂材を用いることができる。
D3. Third embodiment of the second technique:
FIG. 9 is a schematic structural view of the anode-side separator 20 </ b> Aa as viewed from the gas flow path 30 side according to the third embodiment of the second method. This separator 20Aa is provided with a heat insulating material on the wall surface 30ij at the downstream end portion of the gas supply channel 30i. As the heat insulating material, a resin material having low thermal conductivity can be used.

上記のように、ガス供給用流路30iの下流端部分の壁面30ijに断熱材を設ける場合には、この部分の熱の放熱を遮断することができるので、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度が他の部分に比べて低下することを抑制することが可能となる。これにより、その部分のガスの圧力を、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して高くして、差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, in the case where a heat insulating material is provided on the wall surface 30ij of the downstream end portion of the gas supply flow path 30i, since the heat radiation of this portion can be blocked, the downstream end of the gas supply flow path 30i It becomes possible to suppress that the temperature of a part falls compared with another part. As a result, the pressure of the gas at that portion can be made higher than the pressure of the gas in the gas discharge channel 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply channel 30i, thereby generating a differential pressure. Become. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

なお、上記実施例も、アノード側を例に説明したがカソード側も同様である。   In addition, although the said Example demonstrated the anode side as an example, the cathode side is also the same.

E.第3の手法の実施形態:
第3の手法は、上記したように、第1の手法か第2の手法、または、第1の手法かつ第2の手法に加えて、ガス供給用流路の30iの下流端部分の壁面から熱が逃げないように、熱を遮断する構造を有することにより、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を排出するものである。その実施例として以下の3つの実施例について示す。
E. Embodiment of the third technique:
As described above, in the third method, in addition to the first method, the second method, or the first method and the second method, the wall surface of the downstream end portion of the gas supply flow path 30i is used. By having a structure that blocks heat so that heat does not escape, water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i is discharged. The following three examples are shown as examples.

E1.第3の手法の第1実施例:
図10は、第3の手法の第1実施例を示すアノード側のセパレータ20Abのガス流路30側の一部を示す概略構成図である。このセパレータ20Abは、緻密性カーボンと樹脂の合成部材を用いることとする。そして、ガス供給用流路30iの下流端部分30irについて、他の部分と比べて樹脂の比率が高い合成部材を用いて構成している。
E1. First embodiment of the third technique:
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a part of the anode-side separator 20Ab on the gas flow path 30 side showing the first embodiment of the third technique. This separator 20Ab uses a synthetic member of dense carbon and resin. And about the downstream end part 30ir of the flow path 30i for gas supply, it comprises using the synthetic | combination member with a high ratio of resin compared with another part.

上記のように、ガス供給用流路30iの他流端部分30irについて、他の部分と比べて樹脂の比率とすることにより、この部分の熱伝導率を低下させることができる。そして、第1の手法と組み合わせる場合には、第1の手法によって加熱した温度が低下することを抑制して、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度を他の部分に比べて上昇させることが可能となる。これにより、その部分のガス体積を膨張させてガスの圧力を高めることができ、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, by setting the ratio of the resin in the other end portion 30ir of the gas supply channel 30i to that of the other portions, the thermal conductivity of this portion can be reduced. When combined with the first method, the temperature heated by the first method is suppressed from decreasing, and the temperature of the downstream end portion of the gas supply channel 30i is increased compared to the other portions. It becomes possible. As a result, the gas volume of the portion can be expanded to increase the gas pressure, and the differential pressure with respect to the gas pressure in the gas discharge passage 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply passage 30i can be obtained. Can be generated. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

また、第2の手法と組み合わせる場合には、第2の手法により、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度低下の抑制をより効果的に実行することが可能となる。これにより、その部分のガスの圧力を、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して高くして、より効果的に差圧を発生させることが可能になる。この結果、より効果的に、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   When combined with the second method, the second method can more effectively suppress the temperature drop at the downstream end portion of the gas supply channel 30i. As a result, the pressure of the gas in that portion is made higher than the pressure of the gas in the gas discharge flow channel 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply flow channel 30i, thereby generating a differential pressure more effectively. It becomes possible. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be more effectively pushed and discharged to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer.

さらにまた、第1〜第3の手法を組み合わせる場合には、上記第1の手法との組み合わせによる効果と第2の手法との組み合わせによる効果の両方の効果により、ガス供給用流路30iの下流端部分のガスの圧力と、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力との差圧を、より一層効果的に発生させることが可能になる。この結果、より一層効果的に、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   Furthermore, when combining the first to third methods, the downstream of the gas supply flow path 30i due to both the effect of the combination with the first method and the effect of the combination with the second method. A differential pressure between the gas pressure at the end portion and the gas pressure in the gas discharge channel 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be generated more effectively. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged more effectively.

E2.第3の手法の第2実施例:
図11は、第3の手法の第2実施例を示すアノード側のセパレータ20Acのガス流路30側の一部を示す概略構成図である。このセパレータ20Acは、ガス供給用流路30iの下流端の周囲部分に中空部30mを設けた構成を有している。
E2. Second embodiment of the third technique:
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a part on the gas flow path 30 side of the anode-side separator 20Ac showing the second embodiment of the third technique. This separator 20Ac has a configuration in which a hollow portion 30m is provided in the peripheral portion of the downstream end of the gas supply channel 30i.

上記のように、ガス供給用流路30iの下流端の周囲部分に中空部30mを設けることにより、この部分の熱伝導率を低下させることができる。そして、第1の手法と組み合わせる場合には、第1の手法によって加熱した温度が低下することを抑制して、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度を他の部分に比べて上昇させることが可能となる。これにより、その部分のガス体積を膨張させてガスの圧力を高めることができ、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, by providing the hollow portion 30m around the downstream end of the gas supply channel 30i, the thermal conductivity of this portion can be reduced. When combined with the first method, the temperature heated by the first method is suppressed from decreasing, and the temperature of the downstream end portion of the gas supply channel 30i is increased compared to the other portions. It becomes possible. As a result, the gas volume of the portion can be expanded to increase the gas pressure, and the differential pressure with respect to the gas pressure in the gas discharge passage 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply passage 30i can be obtained. Can be generated. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

また、第2の手法と組み合わせる場合には、第2の手法により、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度低下の抑制をより効果的に実行することが可能となる。これにより、その部分のガスの圧力を、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して高くして、より効果的に差圧を発生させることが可能になる。この結果、より効果的に、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   When combined with the second method, the second method can more effectively suppress the temperature drop at the downstream end portion of the gas supply channel 30i. As a result, the pressure of the gas in that portion is made higher than the pressure of the gas in the gas discharge flow channel 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply flow channel 30i, thereby generating a differential pressure more effectively. It becomes possible. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be more effectively pushed and discharged to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer.

さらにまた、第1〜第3の手法を組み合わせる場合には、上記第1の手法との組み合わせによる効果と第2の手法との組み合わせによる効果の両方の効果により、ガス供給用流路30iの下流端部分のガスの圧力と、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力との差圧を、より一層効果的に発生させることが可能になる。この結果、より一層効果的に、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   Furthermore, when combining the first to third methods, the downstream of the gas supply flow path 30i due to both the effect of the combination with the first method and the effect of the combination with the second method. A differential pressure between the gas pressure at the end portion and the gas pressure in the gas discharge channel 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be generated more effectively. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged more effectively.

E3.第3の手法の第3実施例:
図12は、第3の手法の第3実施例を示すアノード側のガス拡散層16Acの一部を示す概略構成図である。図中破線は、セパレータ20Aのガス拡散層16Aと接する側に形成されているガス供給用流路30iおよびガス排出用流路30oの一部を示している。このガス拡散層16Acは、ガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域の周囲部分に中空部16Acmを設けた構成を有している。
E3. Third embodiment of the third technique:
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a part of the gas diffusion layer 16Ac on the anode side showing a third embodiment of the third technique. The broken lines in the figure show a part of the gas supply flow path 30i and the gas discharge flow path 30o formed on the side of the separator 20A in contact with the gas diffusion layer 16A. This gas diffusion layer 16Ac has a configuration in which a hollow portion 16Acm is provided in a peripheral portion of a region corresponding to the downstream end portion of the gas supply channel 30i.

上記のように、ガス拡散層16Acのガス供給用流路30iの下流端部分に対応する領域の周囲部分に中空部16Acmを設けることにより、ガス供給用流路30iの下流端部分の熱伝導率を低下させることができる。そして、第1の手法と組み合わせる場合には、第1の手法によって加熱した温度が低下することを抑制して、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度を他の部分に比べて上昇させることが可能となる。これにより、その部分のガス体積を膨張させてガスの圧力を高めることができ、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して差圧を発生させることが可能になる。この結果、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   As described above, by providing the hollow portion 16Acm in the peripheral portion of the region corresponding to the downstream end portion of the gas supply channel 30i of the gas diffusion layer 16Ac, the thermal conductivity of the downstream end portion of the gas supply channel 30i is provided. Can be reduced. When combined with the first method, the temperature heated by the first method is suppressed from decreasing, and the temperature of the downstream end portion of the gas supply channel 30i is increased compared to the other portions. It becomes possible. As a result, the gas volume of the portion can be expanded to increase the gas pressure, and the differential pressure with respect to the gas pressure in the gas discharge passage 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply passage 30i can be obtained. Can be generated. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged.

また、第2の手法と組み合わせる場合には、第2の手法により、ガス供給用流路30iの下流端部分の温度低下の抑制をより効果的に実行することが可能となる。これにより、その部分のガスの圧力を、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力に対して高くして、より効果的に差圧を発生させることが可能になる。この結果、より効果的に、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   When combined with the second method, the second method can more effectively suppress the temperature drop at the downstream end portion of the gas supply channel 30i. As a result, the pressure of the gas in that portion is made higher than the pressure of the gas in the gas discharge flow channel 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply flow channel 30i, thereby generating a differential pressure more effectively. It becomes possible. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be more effectively pushed and discharged to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer.

さらにまた、第1〜第3の手法を組み合わせる場合には、上記第1の手法との組み合わせによる効果と第2の手法との組み合わせによる効果の両方の効果により、ガス供給用流路30iの下流端部分のガスの圧力と、ガス供給用流路30iの下流端部分に隣接するガス排出用流路30oのガスの圧力との差圧を、より一層効果的に発生させることが可能になる。この結果、より一層効果的に、ガス供給用流路30iの下流端部分に滞留する水を、ガス拡散電極層を介してガス排出用流路30oへ押し出して排出することが可能となる。   Furthermore, when combining the first to third methods, the downstream of the gas supply flow path 30i due to both the effect of the combination with the first method and the effect of the combination with the second method. A differential pressure between the gas pressure at the end portion and the gas pressure in the gas discharge channel 30o adjacent to the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be generated more effectively. As a result, the water staying in the downstream end portion of the gas supply channel 30i can be pushed out to the gas discharge channel 30o through the gas diffusion electrode layer and discharged more effectively.

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

例えば、上記各実施例では、アノード側の燃料ガス流路およびカソード側のガス流路がガス供給用流路とガス排出用流路とに分離された構造の場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、いずれか一方のガス流路が、従来と同じで、ガス供給用流路とガス排出用流路とが共通である構造としてもよい。   For example, in each of the above-described embodiments, the anode-side fuel gas flow path and the cathode-side gas flow path are described as an example in which the gas supply flow path and the gas discharge flow path are separated. However, the present invention is not limited to this, and one of the gas flow paths may be the same as the conventional one, and the gas supply flow path and the gas discharge flow path may be common.

10…膜電極接合体
12…電解質層
14Astp…領域
14AStp…領域
14A…触媒電極層
14C…触媒電極層
16Astp…領域
16Acm…中空部
16A…ガス拡散層
16C…ガス拡散層
16Ac…ガス拡散層
20…セパレータ
20Astp…領域
20A…セパレータ
20C…セパレータ
20Aa…セパレータ
20Ab…セパレータ
20Ac…セパレータ
30…ガス流路
30i…ガス供給用流路
30m…中空部
30o…ガス排出用流路
30ij…壁面
30ir…他流端部分
30si…連通路
30so…連通路
40i…ガス供給マニホールド
40o…ガス排出マニホールド
50h…ヒーター
60A…冷媒流路形成部
60Aa…冷媒流路形成部
70i…冷媒供給マニホールド
70o…冷媒排出マニホールド
80…冷媒流路部
80stp…流路壁
80w…流路壁
100…燃料電池セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Membrane electrode assembly 12 ... Electrolyte layer 14 Astp ... Area | region 14ASTp ... Area | region 14A ... Catalyst electrode layer 14C ... Catalyst electrode layer 16Atp ... Area | region 16Acm ... Hollow part 16A ... Gas diffusion layer 16C ... Gas diffusion layer 16Ac ... Gas diffusion layer 20 ... Separator 20 Astp ... Area 20A ... Separator 20C ... Separator 20Aa ... Separator 20Ab ... Separator 20Ac ... Separator 30 ... Gas channel 30i ... Gas supply channel 30m ... Hollow part 30o ... Gas exhaust channel 30ij ... Wall surface 30ir ... Other end Portion 30si ... Communication passage 30so ... Communication passage 40i ... Gas supply manifold 40o ... Gas discharge manifold 50h ... Heater 60A ... Refrigerant flow passage formation portion 60Aa ... Refrigerant flow passage formation portion 70i ... Refrigerant supply manifold 70o ... Refrigerant discharge manifold 80 ... Nakadachiryuro part 80stp ... the flow path wall 80w ... the channel wall 100 ... fuel cell

Claims (12)

電解質膜の両面にそれぞれ触媒電極層とガス拡散層とガス流路形成部と、を備える燃料電池であって、
少なくとも一方の前記ガス流路形成部には、前記ガス拡散層に接する側に、前記ガス拡散層の面に沿って、その下流端が閉塞されたガス供給用流路およびその上流端が閉塞されたガス排出用流路が閉塞部を挟んで交互に配列された分離構造のガス流路が形成されており、
前記燃料電池は前記ガス供給用流路の下流端部の温度を、前記下流端部より上流の前記ガス供給用流路部分および前記ガス供給用流路の下流端部に隣接する前記排出流路部分の温度よりも高温とする温度差発生構造を有することを特徴とする燃料電池。
A fuel cell comprising a catalyst electrode layer, a gas diffusion layer, and a gas flow path forming portion on both surfaces of the electrolyte membrane,
At least one of the gas flow path forming portions is closed on the side in contact with the gas diffusion layer along the surface of the gas diffusion layer, and the gas supply flow path whose downstream end is blocked and its upstream end. Gas flow paths having separate structures in which the gas discharge flow paths are alternately arranged across the blocking portions are formed,
In the fuel cell, the temperature of the downstream end portion of the gas supply flow path is set so that the gas supply flow path portion upstream of the downstream end portion and the discharge flow path adjacent to the downstream end portion of the gas supply flow path. A fuel cell having a temperature difference generating structure that is higher than the temperature of the portion.
請求項1記載の燃料電池であって、
前記温度差発生構造は、前記ガス供給用流路の下流端部の温度を前記下流端部より上流の前記ガス供給用流路部分および前記ガス供給用流路の下流端部に隣接する前記排出流路部分の温度よりも高温にする高温化構造を含むことを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
In the temperature difference generating structure, the temperature of the downstream end portion of the gas supply flow channel is set to be adjacent to the gas supply flow channel portion upstream of the downstream end portion and the downstream end portion of the gas supply flow channel. A fuel cell comprising a high temperature structure that is higher than the temperature of the flow path portion.
請求項2記載の燃料電池であって、
前記高温化構造は、前記触媒電極層のうち、前記ガス供給用流路の下流端部に対応する領域の触媒の量を他の領域よりも多くすることにより構成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 2, wherein
The high temperature structure is configured by increasing the amount of catalyst in a region corresponding to the downstream end of the gas supply flow path in the catalyst electrode layer more than other regions. battery.
請求項2記載の燃料電池であって、
前記高温化構造は、前記ガス流路形成部の外側の前記ガス供給用流路の下流端部に対応する位置に加熱用ヒーターを備えることにより構成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 2, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the high temperature structure includes a heater for heating at a position corresponding to a downstream end portion of the gas supply channel outside the gas channel forming unit.
請求項2記載の燃料電池であって、
前記高温化構造は、前記ガス流路形成部のうち、前記ガス供給用流路の下流端部に対応する領域の電気抵抗が他の部分に対応する領域の電気抵抗よりも大きくすることにより構成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 2, wherein
The high temperature structure is configured by making the electric resistance of the region corresponding to the downstream end of the gas supply flow channel of the gas flow channel forming portion larger than the electric resistance of the region corresponding to the other part. A fuel cell.
請求項2記載の燃料電池であって、
前記高温化構造は、前記ガス拡散層のうち、前記ガス供給用流路の下流端部に対応する領域の電気抵抗が他の部分に対応する領域の電気抵抗よりも大きくすることにより構成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 2, wherein
The high temperature structure is configured by making the electric resistance of a region corresponding to the downstream end portion of the gas supply channel in the gas diffusion layer larger than the electric resistance of a region corresponding to another portion. The fuel cell characterized by the above-mentioned.
請求項1または請求項2記載の燃料電池であって、
前記温度差発生構造は、前記ガス供給用流路の下流端部の温度が前記ガス供給用流路部分および前記ガス供給用流路の下流端部に隣接する前記排出流路部分の温度より低温にならないようにする低温化抑制構造を含むことを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein
In the temperature difference generating structure, the temperature at the downstream end of the gas supply channel is lower than the temperature of the gas supply channel and the discharge channel adjacent to the downstream end of the gas supply channel. A fuel cell comprising a low-temperature suppression structure that prevents the temperature from becoming low.
請求項7記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部の前記ガス流路が形成される側とは反対側に冷媒流路が形成される冷媒流路形成部を備えており、
前記低温化抑制構造は、冷媒が前記ガス供給用流路の上流側から下流端部分へ順に流れるように形成されている前記冷媒流路により構成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 7, wherein
A refrigerant flow path forming portion in which a refrigerant flow path is formed on a side opposite to the gas flow path forming side of the gas flow path forming portion;
The low temperature suppression structure is constituted by the refrigerant flow path formed so that the refrigerant flows in order from the upstream side to the downstream end portion of the gas supply flow path.
請求項7記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部の前記ガス流路が形成される側とは反対側に冷媒流路が形成される冷媒流路形成部を備えており、
前記低温化抑制構造は、冷媒が前記ガス供給用流路の下流端部には流れないように形成されている前記冷媒流路により構成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 7, wherein
A refrigerant flow path forming portion in which a refrigerant flow path is formed on a side opposite to the gas flow path forming side of the gas flow path forming portion;
The low temperature suppression structure is constituted by the refrigerant channel formed so that the refrigerant does not flow to the downstream end portion of the gas supply channel.
請求項7記載の燃料電池であって、
前記低温化抑制構造は、前記ガス供給用流路の下流端部に設けられた断熱材により構成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 7, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the low temperature suppression structure includes a heat insulating material provided at a downstream end portion of the gas supply channel.
請求項1ないし請求項10のいずれか一つに記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部は、カーボンと樹脂を含む部材で構成されており、
前記温度差発生構造は、前記ガス流路形成部において、前記ガス供給用流路の下流端部の樹脂比率を他の部分に比べて樹高くした構造を含むことを特徴とする燃料電池。
A fuel cell according to any one of claims 1 to 10, wherein
The gas flow path forming part is composed of a member containing carbon and resin,
The temperature difference generating structure includes a structure in which the resin ratio in the downstream end portion of the gas supply flow path is made higher in the gas flow path forming portion than in other portions.
請求項1ないし請求項10のいずれか一つに記載の燃料電池であって、
前記温度差発生構造は、前記ガス流路形成部または前記ガス拡散層において、前記ガス供給用流路の下流端部分を覆うように中空部を形成する構造を含むことを特徴とする燃料電池。
A fuel cell according to any one of claims 1 to 10, wherein
The temperature difference generating structure includes a structure in which a hollow portion is formed in the gas flow path forming portion or the gas diffusion layer so as to cover a downstream end portion of the gas supply flow path.
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