JP2012048940A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】枠体17、固体高分子電解質膜18、ガス拡散電極19及びガス拡散電極20よりなる膜電極構造体12のアノード側に形成された燃料ガス流路Fに燃料ガス拡散部材22を収容する。カソード側に形成された酸化ガス流路Rに酸化ガス拡散部材24を収容する。前記酸化ガス拡散部材24を構成する区画板31にガス流変向部32を切り起こし成形するとともに、水流変向部33を切り起こし成形する。外側酸化ガス流路R2を流れる酸化ガスを前記ガス流変向部32によって内側酸化ガス流路R1側に変向する。前記水流変向部33によって前記ガス拡散電極20の表面に付着した生成水を、水流変向部33によって酸化ガスとともに、内側酸化ガス流路R1から外側酸化ガス流路R2に導く。
【選択図】図1
Description
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3において、前記水流変向部は、膜電極構造体の表面に接触され、かつ該表面側の水を毛細管作用によって、該表面から離隔させて外側ガス流路に導くように円錐筒状に構成されていることを要旨とする。
(作用)
この発明は、ガス流路形成部材にガス流を膜電極構造体に向かって変向させるためのガス流変向手段が設けられているので、ガス流が膜電極構造体の表面に効率よく供給され、このため燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応が促進され、発電効率が向上する。又、膜電極構造体の表面に沿って流れる水が水流変向手段によって、該表面から離隔されて、膜電極構造体の表面に残留する水の量が低減される。従って、膜電極構造体に供給される酸化ガス又は燃料ガスの供給量が増加され、発電効率が向上する。
図1に示すように、この燃料電池を構成する発電セル11は、中心部に位置する膜電極構造体12と、該膜電極構造体12の図示左側のアノード側に接合された燃料ガス流路形成部材13と、膜電極構造体12の図示右側のカソード側に接合された酸化ガス流路形成部材14とを備えている。又、この膜電極構造体12は、前記燃料ガス流路形成部材13、酸化ガス流路形成部材14の外側面に接合されたアノード側及びカソード側のセパレータ15,16を備えている。この発電セル11が多数枚積層されて燃料電池スタックとして構成される。
図1に示すように、前記セパレータ15、ガス拡散電極19及びフレーム21によって形成された燃料ガス流路Fには、前記酸化ガス拡散部材24と同様に構成された燃料ガス拡散部材22が収容されている。この燃料ガス拡散部材22の区画板31によって、燃料ガス流路Fは、前記ガス拡散電極19側の内側燃料ガス流路F1と、セパレータ15側の外側燃料ガス流路F2とに区画されている。前記燃料ガス流路Fには、図示しないが、前記セパレータ15,16、枠体17及びフレーム21,23に形成された共通の燃料ガス通路から燃料ガスが分配供給されるようになっている。発電に用いられた燃料オフガスは図示しない共通の燃料オフガス通路から外部に排出されるようになっている。
燃料電池の発電状態においては、図示しない燃料ガス供給装置によって、図示しない共通の燃料ガス供給通路から前記燃料ガス流路Fに燃料ガスとしての水素ガスが供給される。又、図示しない酸化ガス供給装置によって、酸化ガス通路T1に酸化ガスが供給され、この酸化ガスは図1の矢印で示すように、酸化ガス流路Rに供給される。そして、外側酸化ガス流路R2に流入された酸化ガスの一部は、前記ガス流変向部32によって内側酸化ガス流路R1に流入され、ガス拡散電極20に供給される。一方、内側酸化ガス流路R1側に流入した酸化ガスの一部は、内側酸化ガス流路R1を通して下方に導かれるとともに、残りの酸化ガスは、水流変向部33によって、内側酸化ガス流路R1から外側酸化ガス流路R2側に流入される。このようにして、内側酸化ガス流路R1及び外側酸化ガス流路R2の内部に流入した酸化ガスは、前記ガス流変向部32及び水流変向部33によって内側酸化ガス流路R1及び外側酸化ガス流路R2との間で流入出を繰り返して、酸化ガス流路Rの下流側に流動される。又、発電によってカソード側の内側酸化ガス流路R1に生じた生成水は、前記ガス拡散電極20の表面に付着しようとする。この生成水は、内側酸化ガス流路R1内を流れる酸化ガスによって、下方に流動され、酸化ガスとともに各水流変向部33によって内側酸化ガス流路R1から外側酸化ガス流路R2に導かれる。外側酸化ガス流路R2に導かれた生成水は、区画板31の外側酸化ガス流路R2側の表面に沿って下方に流動され、酸化オフガスとともに酸化オフガス通路T2の内部に導かれ、その後、燃料電池スタックの外部に排出される。
(1)上記実施形態では、図1に示すように、フレーム23の酸化ガス流路Rに収容された酸化ガス拡散部材24の区画板31にガス流変向部32及び水流変向部33を設け、多数のガス流変向部32によって、外側酸化ガス流路R2を流れる酸化ガスを内側酸化ガス流路R1側に導くようにした。このため、外側酸化ガス流路R2を流れる酸化ガスを内側酸化ガス流路R1側に導くことができ、前記ガス拡散電極20に作用する酸化ガスの流量が多くなって、水素と酸素の電気化学反応が促進され、発電効率を向上することができる。
(第2の実施形態)
次に、図4に基づいて、この発明の第2の実施形態の燃料電池について説明する。
(第3の実施形態)
この実施形態においては、図5に示すように、前記酸化ガス拡散部材24に形成された水流変向部33を省略し、該水流変向部33の箇所に、毛細管作用により生成水をガス拡散電極20の表面から離隔させる水流変向部34を絞り成形している。この水流変向部34は、図6(a)に示すように、前記区画板31からガス拡散電極20の表面に近づくほど小径寸法となる円錐台筒状部34aと、該円錐台筒状部34aの先端部に形成された開口34bとによって形成されている。この水流変向部34は前記ガス拡散電極20に接触され、該ガス拡散電極20の表面及びガス拡散電極20の内部に含浸された生成水を、水流変向部34の開口34bの毛管作用によってガス拡散電極20から離隔し、内側酸化ガス流路R1側から外側酸化ガス流路R2側に導くようになっている。
(変更例)
なお、上記実施形態は以の下のように変更してもよい。
Claims (5)
- 膜電極構造体の表面とアノード側及びカソード側のセパレータとの間にアノード側及びカソード側のガス流路を形成するガス流路形成部材を介在させた燃料電池において、
前記ガス流路形成部材にガス流を膜電極構造体に向かって変向させるためのガス流変向手段を設けるとともに、膜電極構造体の表面に沿って流れる水を該表面から離隔する方向に変向させるための水流変向手段を設けたことを特徴とする燃料電池。 - 請求項1において、前記ガス流路形成部材は、ガス流路を膜電極構造体側の内側ガス流路とセパレータ側の外側ガス流路との二つのガス流路に区画する区画板と、該区画板に切り起こし成形され、かつ外側ガス流路のガス流を内側ガス流路に変向させるための複数のガス流変向部と、前記区画板に切り起こし成形され、かつ内側ガス流路内の水を外側ガス流路に変向させるための水流変向部とにより構成されていることを特徴とする燃料電池。
- 請求項2において、前記内側ガス流路の上流側入口は、シール部材によって閉塞されていることを特徴とする燃料電池。
- 請求項2又は3において、前記水流変向部は、膜電極構造体の表面に接触され、かつ該表面側の水を毛細管作用によって、該表面から離隔させて外側ガス流路に導くように円錐筒状に構成されていることを特徴とする燃料電池。
- 請求項4において、前記水流変向部の円錐筒状の内周面には水を下方に導く導水溝が形成されていることを特徴とする燃料電池。
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