JP2012048840A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池の内部に形成されたガス流路に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a gas flow path formed inside a fuel cell.
燃料電池としては、電解質膜の両面に電極を接合した膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly、以下、「MEA」とも呼ぶ)を備え、このMEAにおける電極の各面上に反応ガスを流すガス流路を形成したものが知られている。MEAの電極のうちアノード電極の面上には、反応ガスとして燃料ガスを流すアノード流路が形成され、MEAの電極のうちカソード電極の面上には、反応ガスとして酸化ガスを流すカソード流路が形成される。 The fuel cell includes a membrane electrode assembly (hereinafter also referred to as “MEA”) in which electrodes are joined to both surfaces of an electrolyte membrane, and a gas flow path for allowing a reaction gas to flow on each surface of the electrode in the MEA Is known. An anode channel for flowing a fuel gas as a reaction gas is formed on the surface of the anode electrode of the MEA electrode, and a cathode channel for flowing an oxidizing gas as a reaction gas on the surface of the cathode electrode of the MEA electrode. Is formed.
従来、MEAの電極内部に反応ガスを積極的に分散させて燃料電池の発電効率を高めるために、櫛歯状流路をアノード流路およびカソード流路に適用した燃料電池が提案されていた(例えば、特許文献1)。櫛歯状流路は、反応ガスの供給側に連通する一次閉塞流路と、反応ガスの回収側に連通する二次閉塞流路とを、それぞれ櫛歯状とし相互に噛み合うように分離して形成した閉塞流路である。 Conventionally, a fuel cell in which comb-like channels are applied to an anode channel and a cathode channel has been proposed in order to increase the power generation efficiency of the fuel cell by actively dispersing the reaction gas inside the MEA electrode ( For example, Patent Document 1). The comb-shaped flow path is formed by separating the primary closed flow path communicating with the reaction gas supply side and the secondary closed flow path communicating with the reaction gas recovery side into a comb-tooth shape and meshing with each other. It is the formed obstruction | occlusion flow path.
しかしながら、櫛歯状流路の場合、電極内部に反応ガスを積極的に分散させるが故に、比較的に高い温度環境下では、反応ガスによる水分の持ち去りによってMEAが乾燥し易くなり、発電性能が低下してしまうという問題があった。 However, in the case of the comb-shaped channel, since the reaction gas is actively dispersed inside the electrode, in a relatively high temperature environment, the MEA is easily dried due to the removal of moisture by the reaction gas, and the power generation performance. There was a problem that would decrease.
本発明は、上記した課題を踏まえ、燃料電池の発電性能を向上させる技術を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a technique for improving the power generation performance of a fuel cell.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1] 適用例1の燃料電池は、燃料電池であって、電解質膜の両面に電極をそれぞれ接合した膜電極接合体と、前記膜電極接合体における前記電極の各面上に反応ガスを流す二つのガス流路とを備え、前記二つのガス流路の少なくとも一方は、第1方向に沿って前記電極の面上にそれぞれ延在し、前記第1方向に交差する第2方向に沿って相互に並設された複数の第1流路を有し、前記第1方向に反応ガスを誘導する第1誘導部と、前記第2方向に沿って前記電極の面上にそれぞれ延在し、前記第1方向に沿って相互に並設された複数の第2流路を有し、前記第1方向に反応ガスを誘導する第2誘導部とを含み、前記第1誘導部に対して前記第2誘導部を前記第1方向に沿って並設したことを特徴とする。 [Application Example 1] The fuel cell of Application Example 1 is a fuel cell, and includes a membrane electrode assembly in which electrodes are respectively bonded to both surfaces of an electrolyte membrane, and a reactive gas on each surface of the electrode in the membrane electrode assembly. And at least one of the two gas passages extends on the surface of the electrode along the first direction and extends in the second direction intersecting the first direction. A plurality of first flow paths arranged alongside each other along the first direction for guiding the reaction gas in the first direction, and extending on the surface of the electrode along the second direction, respectively. And a plurality of second flow paths arranged in parallel with each other along the first direction, and a second induction part for inducing a reaction gas in the first direction, and with respect to the first induction part The second guide portion is arranged along the first direction.
適用例1の燃料電池によれば、第2誘導部において電極内部に反応ガスを積極的に分散させつつ反応ガスを第1方向に誘導することができる。そのため、膜電極接合体における領域のうち、湿潤気味の反応ガスが流れる乾燥気味の領域や、乾燥気味の反応ガスが流れる湿潤気味の領域に、第2誘導部を設けることによって、膜電極接合体における電極間の水分移動を促進させて膜電極接合体の乾燥を防止することができる。その結果、燃料電池の発電性能を向上させることができる。 According to the fuel cell of Application Example 1, it is possible to guide the reaction gas in the first direction while actively dispersing the reaction gas inside the electrode in the second induction portion. Therefore, the membrane electrode assembly is provided by providing the second induction portion in a dry-like region where a wet-like reaction gas flows or a wet-like region where a dry-like reaction gas flows, among the regions in the membrane electrode assembly. Moisture movement between the electrodes can be promoted to prevent the membrane electrode assembly from drying. As a result, the power generation performance of the fuel cell can be improved.
[適用例2] 適用例1の燃料電池であって、前記二つのガス流路の少なくとも一方は、前記電極のうちカソード電極の面上に前記反応ガスとして酸化ガスを流すカソード流路であり、前記カソード流路の前記第2誘導部は、前記カソード流路の前記第1誘導部を経由した酸化ガスを前記第1方向に誘導しても良い。適用例2の燃料電池によれば、カソード流路の第1誘導部を経由しながら発電に伴う生成水によって加湿された酸化ガスを、カソード流路の第2誘導部において、カソード電極に積極的に拡散させることができる。これによって、カソード電極から膜電極接合体の内部への水分移動を促進させることができる。 Application Example 2 In the fuel cell according to Application Example 1, at least one of the two gas flow paths is a cathode flow path for flowing an oxidizing gas as the reaction gas on the surface of the cathode electrode of the electrodes. The second guiding part of the cathode channel may guide the oxidizing gas that has passed through the first guiding part of the cathode channel in the first direction. According to the fuel cell of Application Example 2, the oxidizing gas humidified by the generated water accompanying power generation while passing through the first induction part of the cathode flow path is positively applied to the cathode electrode in the second induction part of the cathode flow path. Can diffuse. Thereby, moisture movement from the cathode electrode to the inside of the membrane electrode assembly can be promoted.
[適用例3] 適用例2の燃料電池であって、更に、前記カソード流路から前記酸化ガスを回収するカソード回収部を備え、前記カソード流路の前記第2誘導部は、前記複数の第2流路の各々における一方の端部を前記回収部へと連通するカソード連通部を含むとしても良い。適用例3の燃料電池によれば、カソード連通部が複数の第2流路よりも重力方向下方に位置するように燃料電池を設置した場合、カソード流路の第2誘導部に発生した液水を、カソード連通部を通じてカソード回収部に排出することができる。その結果、カソード流路の第2誘導部において、カソード電極への酸化ガスの拡散を阻害する生成水の滞留を防止することができる。 Application Example 3 The fuel cell according to Application Example 2, further including a cathode recovery unit that recovers the oxidizing gas from the cathode flow path, wherein the second induction part of the cathode flow path includes the plurality of second electrodes. It is good also as including the cathode communication part which connects one edge part in each of two flow paths to the said collection | recovery part. According to the fuel cell of Application Example 3, when the fuel cell is installed such that the cathode communication portion is positioned below the plurality of second flow paths in the gravity direction, the liquid water generated in the second induction portion of the cathode flow path Can be discharged to the cathode recovery section through the cathode communication section. As a result, it is possible to prevent stagnation of generated water that inhibits the diffusion of the oxidizing gas to the cathode electrode in the second induction portion of the cathode flow path.
[適用例4] 適用例1ないし適用例3のいずれかの燃料電池であって、前記二つのガス流路の少なくとも一方は、前記電極面のうちアノード電極の面上に前記反応ガスとして燃料ガスを流すアノード流路であり、前記アノード流路の前記第1誘導部は、前記アノード流路の前記第2誘導部を経由した燃料ガスを前記第1方向に誘導しても良い。適用例4の燃料電池によれば、アノード流路の第2誘導部においてアノード電極に積極的に拡散させて加湿した燃料ガスを、アノード流路の第1誘導部においてアノード電極の面上に流すことができる。これによって、膜電極接合体の内部からアノード電極への水分移動を促進させることができる。 Application Example 4 The fuel cell according to Application Example 1 to Application Example 3, wherein at least one of the two gas flow paths has a fuel gas as the reaction gas on the surface of the anode electrode among the electrode surfaces. The first guiding part of the anode channel may guide the fuel gas that has passed through the second guiding part of the anode channel in the first direction. According to the fuel cell of the application example 4, the fuel gas that is positively diffused and humidified to the anode electrode in the second induction part of the anode flow path flows on the surface of the anode electrode in the first induction part of the anode flow path. be able to. Thereby, moisture movement from the inside of the membrane electrode assembly to the anode electrode can be promoted.
[適用例5] 適用例1ないし適用例4のいずれかの燃料電池であって、前記二つのガス流路における各反応ガスの流れは、相互に対向する方向に流れる対向流であっても良い。適用例5の燃料電池によれば、カソード電極の下流側からアノード電極の上流側への水分の移動が促進され、膜電極接合体の乾燥を一層防止することができる。 Application Example 5 In the fuel cell according to Application Example 1 to Application Example 4, the flow of each reaction gas in the two gas flow paths may be a counter flow that flows in directions opposite to each other. . According to the fuel cell of Application Example 5, the movement of moisture from the downstream side of the cathode electrode to the upstream side of the anode electrode is promoted, and drying of the membrane electrode assembly can be further prevented.
[適用例6] 適用例1ないし適用例5のいずれかの燃料電池であって、前記複数の第1流路は、相互に分離して噛み合う櫛歯状に形成された閉塞流路であっても良い。適用例6の燃料電池によれば、櫛歯状流路を適用した燃料電池において膜電極接合体の乾燥を防止することができる。 Application Example 6 In the fuel cell according to Application Example 1 to Application Example 5, the plurality of first flow paths are closed flow paths formed in a comb-like shape that are separated from each other and mesh with each other. Also good. According to the fuel cell of Application Example 6, it is possible to prevent the membrane electrode assembly from being dried in the fuel cell to which the comb-shaped flow path is applied.
本発明の形態は、燃料電池に限るものではなく、例えば、燃料電池の構成部材、燃料電池を備える車両、燃料電池を運転する燃料電池システムなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。 The form of the present invention is not limited to a fuel cell, and can be applied to various forms such as a fuel cell component, a vehicle equipped with a fuel cell, and a fuel cell system that operates the fuel cell. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.
以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用した燃料電池について説明する。 In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, a fuel cell to which the present invention is applied will be described below.
A.実施例:
図1は、燃料電池10の構成を示す説明図である。燃料電池10は、反応ガスを用いて電気化学的に発電する。本実施例では、燃料電池10は、固体高分子型の燃料電池であり、燃料ガスおよび酸化ガスを反応ガスとして用いる。本実施例では、燃料ガスは、水素を含有するガスであり、酸化ガスは、酸素を含有するガスである。
A. Example:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the
本実施例では、燃料電池10で用いられる燃料ガスは、貯蔵タンクに貯蔵された水素ガスであるが、他の実施形態において、水素吸蔵合金に貯蔵された水素ガスであっても良いし、炭化水素系燃料を改質して得られる水素ガスであっても良い。本実施例では、燃料電池10で用いられる酸化ガスは、外気から取り込まれた空気である。
In this embodiment, the fuel gas used in the
燃料電池10は、反応ガスから直接的に電気を取り出す電気化学反応を行う複数のセル15を備え、これら複数のセル15は相互に積層されている。燃料電池10のセル15は、膜電極接合体(MEA)20と、アノードセパレータ30と、カソードセパレータ50とを備える。MEA20は、アノードセパレータ30とカソードセパレータ50との間に挟持されている。
The
燃料電池10のMEA20は、電解質膜210と、アノード電極230と、カソード電極250とを備える。MEA20のアノード電極230は、アノード触媒層231と、アノード拡散層235とを含み、MEA20のカソード電極250は、カソード触媒層251と、カソード拡散層255とを含む。電解質膜210の一方の面には、アノード触媒層231、アノード拡散層235の順に積層してアノード電極230が接合されている。電解質膜210における他方の面には、カソード触媒層251、カソード拡散層255の順に積層してカソード電極250が接合されている。
The
MEA20の電解質膜210は、プロトン伝導性を有するプロトン伝導体であり、本実施例では、アイオノマ樹脂を用いたパーフルオロスルホン酸イオン交換膜である。MEA20のアノード触媒層231およびカソード触媒層251は、ガス透過性,導電性を有し、水素と酸素との電気化学反応を促進させる触媒(例えば、白金、白金合金)を担持した材料で形成され、本実施例では、白金系触媒を担持した炭素担体で形成されている。MEA20のアノード拡散層235およびカソード拡散層255は、ガス透過性,導電性を有する材料で形成され、例えば、カーボン製の多孔体であるカーボンクロスやカーボンペーパで形成することができる。
The
燃料電池10のアノードセパレータ30は、MEA20のアノード拡散層235側の面であるアノード面に燃料ガスを流すアノード流路40を形成し、燃料電池10のカソードセパレータ50は、MEA20のカソード拡散層255側の面であるカソード面に酸化ガスを流すカソード流路60を形成する。本実施例では、アノード流路40における燃料ガスの流れと、カソード流路60における酸化ガスの流れとは、相互に対応する方向に流れる対向流である。
The
アノードセパレータ30およびカソードセパレータ50は、MEA20で生じた電気の集電に十分な導電性を有すると共に、MEA20に反応ガスを流すのに十分な耐久性、耐熱性およびガス不透過性を有する。本実施例では、アノードセパレータ30およびカソードセパレータ50は、カーボン樹脂で形成されているが、他の実施形態において、ステンレス、チタン、チタン合金、導電性セラミックスで形成しても良い。本実施例では、アノードセパレータ30とカソードセパレータ50とを別々に構成したが、他の実施形態において、アノードセパレータ30とカソードセパレータ50とを一体的に構成しても良い。
The
図2は、アノードセパレータ30の詳細構成を示す説明図である。図2には、MEA20側から見たアノードセパレータ30の形状を図示した。図2には、燃料ガスの流れを白抜きの矢印を用いて図示し、アノード拡散層235を経由する燃料ガスの流れを破線の矢印を用いて図示した。本実施例では、MEA20側から見たアノードセパレータ30の形状は、長方形である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of the
アノードセパレータ30は、外壁部310と、孔部311〜316と、流路壁部330と、流路壁部350と、突出部370とを備える。アノードセパレータ30の外壁部310および流路壁部330,350は、MEA20のアノード電極230側に当接する部位である。
The
アノードセパレータ30は、アノードセパレータ30の各部とMEA20との間に区画された流路としてアノード流路40を形成する。アノード流路40は、アノード供給部41と、アノード前段誘導部43と、アノード後段誘導部45とアノード回収部48とを備える。図2では、アノードセパレータ30によって形成されるアノード流路40の形状認識を容易にするために、アノードセパレータ30の外壁部310、流路壁部330,350、突出部370にハッチングを施した。
The
アノードセパレータ30の孔部311〜316は、アノードセパレータ30を貫通する孔を形成する。孔部311、孔部312、孔部313は、長方形のアノードセパレータ30における一方の短辺に沿って順に設けられ、孔部314、孔部315、孔部316は、長方形のアノードセパレータ30における他方の短辺に沿って順に設けられている。
The
本実施例では、孔部311は、燃料電池10における複数のセル15の各々に供給するための燃料ガスを流す流路の一部を構成し、孔部316は、燃料電池10における複数のセル15の各々から回収された燃料ガスを流す流路の一部を構成する。本実施例では、孔部314は、燃料電池10における複数のセル15の各々に供給するための酸化ガスを流す流路の一部を構成し、孔部313は、燃料電池10における複数のセル15の各々から回収された酸化ガスを流す流路の一部を構成する。本実施例では、孔部312は、燃料電池10における複数のセル15の各々に供給するための冷却水を流す流路の一部を構成し、孔部315は、燃料電池10における複数のセル15の各々から回収された冷却水を流す流路の一部を構成する。
In this embodiment, the
本実施例の説明では、長方形のアノードセパレータ30における長辺に沿って孔部311から孔部314に向かう方向を第1方向であるX軸方向として定義し、長方形のアノードセパレータ30における短辺に沿って孔部311から孔部313に向かう方向を第2方向であるY軸方向として定義する。本実施例では、X軸およびY軸は相互に直交する。
In the description of the present embodiment, the direction from the
アノードセパレータ30の外壁部310は、MEA20のアノード拡散層235に当接した状態で、MEA20において発電が行われる部位に対応する発電領域25を囲繞する。アノードセパレータ30では、発電領域25は、燃料ガスの供給側である孔部311、および燃料ガスの回収側である孔部316へと連通され、酸化ガスのための孔部314,313、および冷却水のための孔部312,315から隔離される。発電領域25は、アノード前段誘導部43が形成された第1領域21と、アノード後段誘導部45が形成された第2領域22とを含む。本実施例では、発電領域25は長方形であり、第1領域21と第2領域22とはY軸方向に沿って区画される。本実施例では、第1領域21の面積よりも第2領域22の面積の方が大きい。
The
アノード流路40のアノード供給部41は、アノードセパレータ30の孔部311から発電領域25の第1領域21にわたって形成される。アノード供給部41は、孔部311と発電領域25との間を連通する流路であり、発電領域25に燃料ガスを供給する。
The
アノード流路40のアノード回収部48は、発電領域25の第2領域22からアノードセパレータ30の孔部316にわたって形成される。アノード回収部48は、発電領域25と孔部316との間を連通する流路であり、発電領域25から燃料ガスを回収する。本実施例では、アノード回収部48には、燃料ガスの流れを調整するために、複数の突出部370が相互に離間した状態でMEA20に向けて突設されている。
The
アノードセパレータ30の流路壁部330は、Y軸方向に沿ってアノード拡散層235上に延在し、MEA20のアノード拡散層235に当接した状態でアノード流路40のアノード前段誘導部43を形成する。アノード前段誘導部43は、アノード供給部41とアノード後段誘導部45との間にX軸方向に沿って並設され、発電領域25の第1領域21においてX軸方向に燃料ガスを流す第2誘導部であり、複数の第2流路である複数のアノード前段流路435を有する。
The
アノード前段誘導部43における複数のアノード前段流路435は、流路壁部330によって区画され、Y軸方向に沿ってアノード拡散層235上に延在し、X軸方向に沿って相互に並設される。アノード前段流路435同士は、流路壁部330によって閉塞されているが、流路壁部330に当接するアノード拡散層235を通じて、アノード前段流路435同士の間で燃料ガスを誘導することが可能である。これによって、アノード前段誘導部43は、アノード供給部41から供給された燃料ガスをアノード後段誘導部45へとX軸方向に誘導しつつ、MEA20のアノード拡散層235に燃料ガスを拡散させる。
The plurality of anode front-
本実施例では、Y軸方向に沿った流路壁部330およびアノード前段流路435の長さは、X軸方向に沿った発電領域25の幅W1に等しい。アノード前段流路435の本数は複数であれば良く、本実施例では3本であるが、他の実施形態において、2本であっても良いし、4本以上であっても良い。
In the present embodiment, the lengths of the
アノードセパレータ30の流路壁部350は、X軸方向に沿ってアノード拡散層235上に延在し、MEA20のアノード拡散層235に当接した状態でアノード流路40のアノード後段誘導部45を形成する。アノード後段誘導部45は、アノード前段誘導部43とアノード回収部48との間にX軸方向に沿って並設され、発電領域25の第2領域22においてX軸方向に燃料ガスを流す第1誘導部であり、複数の第1流路である一次閉塞流路451および二次閉塞流路455を有する。
The
アノード後段誘導部45における一次閉塞流路451および二次閉塞流路455は、流路壁部350によって区画され、X軸方向に沿ってアノード拡散層235上に延在し、Y軸方向に沿って相互に並設される。本実施例では、アノード後段誘導部45は、相互に分離して噛み合う櫛歯状に形成された閉塞流路を構成し、一次閉塞流路451は、アノード前段誘導部43側に連通する櫛歯流路であり、二次閉塞流路455は、アノード回収部48側に連通する櫛歯流路である。
The primary
一次閉塞流路451および二次閉塞流路455は、流路壁部350によって相互に閉塞されているが、流路壁部350に当接するアノード拡散層235を通じて、一次閉塞流路451から二次閉塞流路455に燃料ガスを誘導することが可能である。これによって、アノード後段誘導部45は、アノード前段誘導部43を経由した燃料ガスをアノード回収部48へとX軸方向に誘導しつつ、MEA20のアノード拡散層235に燃料ガスを拡散させる。
The primary
図3は、カソードセパレータ50の詳細構造を示す説明図である。図3には、MEA20側から見たカソードセパレータ50の形状を図示した。図3には、酸化ガスの流れを白抜きの矢印を用いて図示し、カソード拡散層255を経由する酸化ガスの流れを破線の矢印を用いて図示した。本実施例では、MEA20側から見たカソードセパレータ50の形状は、アノードセパレータ30と同様に長方形である。
FIG. 3 is an explanatory view showing the detailed structure of the
カソードセパレータ50は、外壁部510と、孔部511〜516と、突出部520と、流路壁部550と、流路壁部570とを備える。カソードセパレータ50の外壁部510および流路壁部550,570は、MEA20のカソード電極250側に当接する部位である。
The
カソードセパレータ50は、カソードセパレータ50の各部とMEA20との間に区画された流路としてカソード流路60を形成する。カソード流路60は、カソード供給部61と、カソード前段誘導部65と、カソード後段誘導部67と、カソード回収部68とを備える。図3では、カソードセパレータ50によって形成されるカソード流路60の形状認識を容易にするために、外壁部510、突出部520および流路壁部550,570にハッチングを施した。
The
カソードセパレータ50の孔部511〜516は、カソードセパレータ50を貫通する孔を形成する。孔部511、孔部512、孔部513は、長方形のカソードセパレータ50における一方の短辺に沿って順に設けられ、孔部514、孔部515、孔部516は、長方形のカソードセパレータ50における他方の短辺に沿って順に設けられている。
The
本実施例では、孔部511は、燃料電池10における複数のセル15の各々に供給するための燃料ガスを流す流路の一部を構成し、孔部516は、燃料電池10における複数のセル15の各々から回収された燃料ガスを流す流路の一部を構成する。本実施例では、孔部514は、燃料電池10における複数のセル15の各々に供給するための酸化ガスを流す流路の一部を構成し、孔部513は、燃料電池10における複数のセル15の各々から回収された酸化ガスを流す流路の一部を構成する。本実施例では、孔部512は、燃料電池10における複数のセル15の各々に供給するための冷却水を流す流路の一部を構成し、孔部515は、燃料電池10における複数のセル15の各々から回収された冷却水を流す流路の一部を構成する。
In the present embodiment, the
アノードセパレータ30の説明において定義したX軸方向は、長方形のカソードセパレータ50における短辺に沿って孔部511から孔部514に向かう方向に対応する。アノードセパレータ30の説明において定義したY軸方向は、長方形のカソードセパレータ50における長辺に沿って孔部511から孔部513に向かう方向に対応する。
The X-axis direction defined in the description of the
カソードセパレータ50の外壁部510は、MEA20のカソード拡散層255に当接した状態で発電領域25を囲繞する。カソードセパレータ50では、発電領域25は、酸化ガスの供給側である孔部514、および酸化ガスの回収側である孔部513へと連通され、燃料ガスのための孔部511,516、および冷却水のための孔部512,515から離隔される。
The
カソード流路60のカソード供給部61は、カソードセパレータ50の孔部514から発電領域25の第2領域22にわたって形成される。カソード供給部61は、孔部514と発電領域25との間を連通する流路であり、発電領域25に酸化ガスを供給する。本実施例では、カソード供給部61には、酸化ガスの流れを調整するために、複数の突出部520が相互に離間した状態でMEA20に向けて突設されている。
The cathode supply part 61 of the
カソード流路60のカソード回収部68は、発電領域25の第1領域21からカソードセパレータ50の孔部513にわたって形成される。カソード回収部68は、発電領域25と孔部513との間を連通する流路であり、発電領域25から酸化ガスを回収する。
The
カソードセパレータ50の流路壁部550は、X軸方向に沿ってカソード拡散層255に延在し、MEA20のカソード拡散層255に当接した状態でカソード流路60のカソード前段誘導部65を形成する。カソード前段誘導部65は、カソード供給部61とカソード後段誘導部67との間にX軸方向に沿って並設され、発電領域25の第2領域22においてX軸方向に酸化ガスを流す第1誘導部であり、複数の第1流路である一次閉塞流路651および二次閉塞流路655を有する。
The
カソード前段誘導部65における一次閉塞流路651および二次閉塞流路655は、流路壁部550によって区画され、X軸方向に沿ってカソード拡散層255上に延在し、Y軸方向に沿って相互に並設される。本実施例では、カソード前段誘導部65は、相互に分離して噛み合う櫛歯状に形成された閉塞流路を構成し、一次閉塞流路651は、カソード供給部61側に連通する櫛歯流路であり、二次閉塞流路655は、カソード後段誘導部67側に連通する櫛歯流路である。
The primary
一次閉塞流路651および二次閉塞流路655は、流路壁部550によって相互に閉塞されているが、流路壁部550に当接するカソード拡散層255を通じて、一次閉塞流路651から二次閉塞流路655に酸化ガスを誘導することが可能である。これによって、カソード前段誘導部65は、カソード供給部61を経由した酸化ガスをカソード後段誘導部67へとX軸方向に誘導しつつ、MEA20のカソード拡散層255に酸化ガスを拡散させる。
Although the primary
カソードセパレータ50の流路壁部570は、Y軸方向に沿ってカソード拡散層255上に延在し、MEA20のカソード拡散層255に当接した状態でカソード流路60のカソード後段誘導部67を形成する。カソード後段誘導部67は、カソード前段誘導部65とカソード回収部68との間にX軸方向に沿って並設され、発電領域25の第1領域21においてX軸方向に酸化ガスを流す第2誘導部であり、複数の第2流路である複数のカソード後段流路675を有する。
The
カソード後段誘導部67における複数のカソード後段流路675は、流路壁部570によって区画され、Y軸方向に沿ってカソード拡散層255上に延在し、X軸方向に沿って相互に並設される。カソード後段流路675同士は、流路壁部570によって閉塞されているが、流路壁部570に当接するカソード拡散層255を通じて、カソード後段流路675同士の間で酸化ガスを誘導することが可能である。これによって、カソード後段誘導部67は、カソード前段誘導部65を経由した酸化ガスをカソード回収部68へとX軸方向に誘導しつつ、MEA20のカソード拡散層255に酸化ガスを拡散させる。
The plurality of cathode rear-
本実施例では、カソード後段誘導部67は、複数のカソード後段流路675における孔部513側の各端部をカソード回収部68へと連通するカソード連通部678を備える。本実施例では、燃料電池10は、カソード連通部678が複数のカソード後段流路675よりも重力方向下方に位置するように設置され、複数のカソード後段流路675に発生した生成水は、カソード連通部678を通じて孔部513に排出される。
In the present embodiment, the cathode rear-
本実施例では、Y軸方向に沿った流路壁部570およびカソード後段流路675の長さは、X軸方向に沿った発電領域25の幅W1よりもカソード連通部678の分だけ短い。カソード後段流路675の本数は複数であれば良く、本実施例では3本であるが、他の実施形態において、2本であっても良いし、4本以上であっても良い。
In the present embodiment, the lengths of the
以上説明した燃料電池10によれば、カソード流路60では、カソード前段誘導部65を経由しながら発電に伴う生成水によって加湿された酸化ガスを、カソード後段誘導部67においてカソード拡散層255に積極的に拡散させることができる。これによって、発電領域25の第1領域21において、カソード電極250側からアノード電極230側への水分の移動を促進させることができる。その結果、MEA20の乾燥を防止することができる。
According to the
また、アノード流路40では、アノード前段誘導部43においてアノード拡散層235に積極的に拡散させて加湿した燃料ガスを、アノード後段誘導部45においてアノード拡散層235に流すことができる。これによって、発電領域25の第1領域21において、カソード電極250側からアノード電極230側への水分の移動を促進させることができる。その結果、MEA20の乾燥を防止することができる。
Further, in the
また、カソード流路60のカソード後段誘導部67はカソード連通部678を備えるため、カソード連通部678が複数のカソード後段流路675よりも重力方向下方に位置するように燃料電池10を設置した場合、カソード後段流路675に発生した液水を、カソード連通部678を通じて孔部513に排出することができる。その結果、カソード後段誘導部67において、カソード電極250への酸化ガスの拡散を阻害する生成水の滞留を防止することができる。
In addition, since the cathode rear-
また、アノード流路40における燃料ガスの流れと、カソード流路60における酸化ガスの流れとは、相互に対向する方向に流れる対向流であるため、発電領域25の第1領域21において、カソード前段誘導部65およびアノード後段誘導部45によって、カソード電極250側からアノード電極230側への水分の移動を一層促進させることができる。
In addition, since the flow of the fuel gas in the
B.他の実施形態:
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例では、第1誘導部および第2誘導部を備えるガス流路は、アノード流路40およびカソード流路60の両方であるが、他の実施形態において、アノード流路40およびカソード流路60の一方であっても良い。
B. Other embodiments:
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention. is there. For example, in the present embodiment, the gas flow path including the first induction section and the second induction section is both the
また、本実施例では、カソード流路60のカソード後段誘導部67は、カソード連通部678を備えるが、他の実施形態において、アノード流路40のアノード前段誘導部43と同様に、両端が閉塞したガス流路であっても良い。
Further, in this embodiment, the cathode rear-
アノード流路40のアノード後段誘導部45およびカソード流路60のカソード前段誘導部65は、櫛歯状流路に限るものではなく、他の閉塞流路であっても良いし、両端が貫通した貫通流路であっても良い。
The anode
10…燃料電池
15…セル
20…膜電極接合体(MEA)
21…第1領域
22…第2領域
25…発電領域
30…アノードセパレータ
40…アノード流路
41…アノード供給部
43…アノード前段誘導部
45…アノード後段誘導部
48…アノード回収部
50…カソードセパレータ
60…カソード流路
61…カソード供給部
65…カソード前段誘導部
67…カソード後段誘導部
68…カソード回収部
210…電解質膜
230…アノード電極
231…アノード触媒層
235…アノード拡散層
250…カソード電極
251…カソード触媒層
255…カソード拡散層
310…外壁部
311〜316…孔部
330,350…流路壁部
370…突出部
435…アノード前段流路
451…一次閉塞流路
455…二次閉塞流路
510…外壁部
511〜516…孔部
520…突出部
550,570…流路壁部
651…一次閉塞流路
655…二次閉塞流路
675…カソード後段流路
678…カソード連通部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... 1st area |
Claims (6)
電解質膜の両面に電極をそれぞれ接合した膜電極接合体と、
前記膜電極接合体における前記電極の各面上に反応ガスを流す二つのガス流路と
を備え、
前記二つのガス流路の少なくとも一方は、
第1方向に沿って前記電極の面上にそれぞれ延在し、前記第1方向に交差する第2方向に沿って相互に並設された複数の第1流路を有し、前記第1方向に反応ガスを誘導する第1誘導部と、
前記第2方向に沿って前記電極の面上にそれぞれ延在し、前記第1方向に沿って相互に並設された複数の第2流路を有し、前記第1方向に反応ガスを誘導する第2誘導部と
を含み、
前記第1誘導部に対して前記第2誘導部を前記第1方向に沿って並設した、燃料電池。 A fuel cell,
A membrane electrode assembly in which electrodes are respectively bonded to both surfaces of the electrolyte membrane;
Two gas flow paths for flowing a reaction gas on each surface of the electrode in the membrane electrode assembly,
At least one of the two gas flow paths is
A plurality of first flow paths extending along the first direction on the surface of the electrode and arranged in parallel along a second direction intersecting the first direction, the first direction; A first induction part for inducing a reaction gas into
A plurality of second flow paths extending on the surface of the electrode along the second direction and arranged in parallel with each other along the first direction, and inducing a reactive gas in the first direction A second guiding part that
A fuel cell in which the second guide portion is arranged along the first direction with respect to the first guide portion.
前記二つのガス流路の少なくとも一方は、前記電極のうちカソード電極の面上に前記反応ガスとして酸化ガスを流すカソード流路であり、
前記カソード流路の前記第2誘導部は、前記カソード流路の前記第1誘導部を経由した酸化ガスを前記第1方向に誘導する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1,
At least one of the two gas flow paths is a cathode flow path for flowing an oxidizing gas as the reaction gas on the surface of the cathode electrode of the electrodes,
The fuel cell, wherein the second guiding portion of the cathode flow channel guides an oxidizing gas that has passed through the first guiding portion of the cathode flow channel in the first direction.
更に、前記カソード流路から前記酸化ガスを回収するカソード回収部を備え、
前記カソード流路の前記第2誘導部は、前記複数の第2流路の各々における一方の端部を前記回収部へと連通するカソード連通部を含む、燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein
Furthermore, a cathode recovery part for recovering the oxidizing gas from the cathode flow path,
The second induction part of the cathode flow path includes a cathode communication part that communicates one end of each of the plurality of second flow paths to the recovery part.
前記二つのガス流路の少なくとも一方は、前記電極面のうちアノード電極の面上に前記反応ガスとして燃料ガスを流すアノード流路であり、
前記アノード流路の前記第1誘導部は、前記アノード流路の前記第2誘導部を経由した燃料ガスを前記第1方向に誘導する、燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein
At least one of the two gas flow paths is an anode flow path for flowing fuel gas as the reaction gas on the surface of the anode electrode among the electrode surfaces,
The fuel cell, wherein the first guide portion of the anode channel guides fuel gas that has passed through the second guide portion of the anode channel in the first direction.
Priority Applications (1)
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