JP4844582B2 - 燃料電池及び燃料電池システム - Google Patents
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Description
前記下流部は、前記燃料ガスの流れの下流部であってもよい。この態様によれば、燃料ガスの流れの下流部で水分を凝集させて、電解質膜を湿潤させることが可能となる。
図1は、第1の実施例に係る燃料電池システムの構成を模式的に示す説明図である。燃料電池システム10は、燃料電池100と、燃料ガスタンク600と、酸化ガス供給部700と、冷媒供給部800とを備える。燃料ガスタンク600は、燃料電池100の燃料ガス供給マニホールド110に接続されている。酸化ガス供給部700は、空気取り入れ部710と、圧縮ポンプ720とを有し、空気取り入れ部710と圧縮ポンプ720は、燃料電池100の酸化ガス供給マニホールド130に接続されている。冷媒供給部800は、ラジエータ810と、ポンプ820を有し、ラジエータ810とポンプ820は、燃料電池の冷媒供給マニホールド150、151と冷媒排出マニホールド160、161に接続されている。
図9は、第2の実施例の中間フィルム500の平面図である。第1の実施例では、冷媒流路を構成する開口部555は、左右に2分割されていたが、第2の実施例では、開口部555は、第1の流路形成部570により、上下左右に4分割(開口部555a〜555d)されている点が異なる。各開口部555a〜555dは、U字状に形成されている。また、各開口部555a〜555dへの冷媒供給部(開口部550〜553)は、短辺の端側に配置され、各開口部555a〜555dからの冷媒排出部(開口部560〜563)は、短辺の中央側に配置されている。したがって、第2の実施例では、冷媒は、酸化ガスの上流部と下流部、及び、燃料ガスの上流部と下流部をそれぞれ中央部よりも優先して冷却するように流れる。この構成によれば、酸化ガスの流れの上流部と下流部、及び、燃料ガスの流れの上流部と下流部のそれぞれにおいて、水分を凝集させることが可能となる。これにより、燃料電池100の外部への水分の持ち出しを抑制するとともに、電解質膜210を湿潤させることが可能となる。また、酸化ガスの上流部を冷却するので、電解質膜210からの水分の蒸発を抑制することが可能となる。
図10は、第3の実施例の中間フィルム500の平面図である。第3の実施例は、冷媒流路下流部を一体化している点が、第2の実施例と異なる。すなわち、開口部555a、555bは、第1の流路形成部570により左右に2分割されているが、その形状は、U字型ではなく、E字型となっている。各開口部555a、555bへの冷媒供給部(開口部550〜553)は、短辺の端側に配置され、各開口部555a、555bからの冷媒排出部(開口部560、561)は、短辺の中央側に配置されている。こうしても、酸化ガスの流れの上流部と下流部、及び、燃料ガスの流れの上流部と下流部において、水分を凝集させることが可能となり、燃料電池100の外部への水分の持ち出しを抑制するとともに、電解質膜210を湿潤させることが可能となる。また、酸化ガスの上流部を冷却するので、電解質膜210からの水分の蒸発を抑制することが可能となる。
図11は、第4の実施例の中間フィルム500の平面図である。第4の実施例は、冷媒流路を構成する開口部555が、上下に2分割されており、各開口部555a、555bは、U字状に形成されている。また、各開口部555a、555bへの冷媒供給部(開口部550、551)と各開口部555a、555bからの冷媒排出部(開口部560、561)は、同一の短辺側に配置されている。こうすれば、開口部550、551、560、561がある辺の対辺側は、対辺近傍まで電解質膜210を拡張することが可能となるので、電解質膜210の面積を大きくし、供給可能な電流量を増やす事が可能となる。
図12は、第5の実施例に係る燃料電池の外観を模式的に示す説明図である。第5の実施例では、冷媒供給マニホールド150、151が同一の短辺側(図面左側)に配置され、冷媒排出マニホールド160、161が同一の短辺側(図面右側)に配置されている。
図17は、第6実施例に係る燃料電池の平面図である。図17は、アノードプレート400の上に中間フィルム500が配置された状態を示しており、中間フィルム500の開口を通してアノードプレート400の一部が見えている。第6の実施例では、流路形成部575を、開口部555の図面中央部では密に配置し、図面外縁部では、疎に配置している。これにより、開口部555の外縁部(図面上下部)を流れる冷媒が多くなる。一方、開口部555の中央部を流れる冷媒が少なくなる。これにより、反応ガスの流れの上流部、下流部を優先的に冷却することが可能となり、水分を凝集して、電解質膜210を湿潤させることが可能となる。
図18は、第7の実施例に係る燃料電池の断面を模式的に示す説明図である。第7の実施例では、流路形成部575の大きさを、開口部555の図面中央部では大きくし、図面外縁部で小さくしている。これにより、開口部555の図面外縁部を流れる冷媒が多くなる、図面中央部を流れる冷媒が少なくなる。これにより、反応ガスの流れの上流部、下流部を優先的に冷却することが可能となり、水分を凝集して、電解質膜210を湿潤させることが可能となる。
図19は、第8の実施例に係る燃料電池の平面図である。図19は、図17と同様に、アノードプレート400の上に中間フィルム500が配置された状態を示している。第8の実施例では、大きさ、配置の密度を用いるのではなく、アノードプレート400の凸部470の疎密を用いている。すなわち、第8の実施例では、凸部470を、開口部555の図面中央部では密に配置し、図面外縁部では、疎に配置している。これにより、第6の実施例と同様に、反応ガスの流れの上流部、下流部を優先的に冷却することが可能となり、水分を凝集して、電解質膜210を湿潤させることが可能となる。
上述した各実施例では、3層セパレータを例にとり説明したが、セパレータの構成は、これに限られない、例えば、2層セパレータ、単層セパレータ構成であってもよい。
20…膜電極アッセンブリ
30…セパレータ
100…燃料電池
110…種マニホールド
110…燃料ガス供給マニホールド
120…燃料ガス排出マニホールド
130…酸化ガス供給マニホールド
140…酸化ガス排出マニホールド
150…冷媒供給マニホールド
160…冷媒排出マニホールド
200…電池ユニット
202、204…エンドプレート
210…電解質膜
220…アノード触媒層
230…カソード触媒層
240…アノード側ガス拡散層
250…カソード側ガス拡散層
260…燃料ガス流路
270…酸化ガス流路
280…シールガスケット
300…カソードプレート
310〜361、332、342…開口部
400…アノードプレート
410〜461、412、422…開口部
470…凸部
500…中間フィルム
502…第1中間フィルム
504…第2中間フィルム
506…中間プレート
510〜563…開口部
512、522、532、542…連通部
555…開口部
560…開口部
570、575、580…流路形成部
581、582…連通部
585、586…開口部
600…燃料ガスタンク
700…酸化ガス供給部
710…空気取り入れ部
720…圧縮ポンプ
800…冷媒供給部
810…ラジエータ
820…ポンプ
Claims (4)
- 燃料電池であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の両面に設けられたアノード触媒層及びカソード触媒層と、
前記アノード触媒層の側に設けられた燃料ガス流路と、
前記カソード触媒層の側に設けられた酸化ガス流路と、
冷媒流路と、
矩形形状のセパレータと、を備え、
前記セパレータは、
燃料ガスを前記燃料ガス流路に供給するための燃料ガス供給用開口部を互いに対向する2つの第1の辺のうちの一方の辺の外縁部に有し、燃料ガスを前記燃料ガス流路から排出するための燃料ガス排出用開口部を前記2つの第1の辺のうちの他方の辺の外縁部に有し、
前記燃料ガス流路を流れる燃料ガスの流れの向きと前記酸化ガス流路を流れる酸化ガスの流れの向きが対向するように、酸化ガスを前記酸化ガス流路に供給するための酸化ガス供給用開口部を前記2つの第1の辺のうちの前記燃料ガス排出用開口部を有している辺の外縁部に有し、前記酸化ガスを前記酸化ガス流路から排出するための酸化ガス排出用開口部を前記2つの第1の辺のうちの前記燃料ガス供給用開口部を有している辺の外縁部に有し、
前記冷媒流路に対し冷媒を供給するための入口部を前記第1の辺と異なる第2の辺の両端部に有し、前記冷媒を排出するための出口部を前記第2の辺の中央側に有しており、
前記冷媒流路は、前記入口部から前記出口部への冷媒の流れをU字型に屈曲させることにより、前記アノード触媒層の面内における前記燃料ガスの流れの上流部と下流部のそれぞれに前記U字型の前記冷媒流路の上流部を配置することにより、前記燃料ガスの流れの上流部と下流部とを前記燃料ガスの流れの上流部と下流部との中間である中央部分に比べて温度の低い冷媒で冷却し、前記カソード触媒層の面内における前記酸化ガスの流れの上流部と下流部のそれぞれに前記U字型の前記冷媒流路の上流部を配置することにより、前記酸化ガスの流れの上流部と下流部を、前記酸化ガスの流れの上流部と下流部との中間である中央部分に比べて温度の低い冷媒で冷却するように構成されている、燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池において、
前記冷媒流路は、前記入口部と前記出口部とをそれぞれ複数備え、
前記入口部と前記出口部は、前記セパレータの対向する前記第2の辺にそれぞれ設けられている、燃料電池。 - 燃料電池であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の両面に設けられたアノード触媒層及びカソード触媒層と、
前記アノード触媒層の側に設けられた燃料ガス流路と、
前記カソード触媒層の側に設けられた酸化ガス流路と、
冷媒流路と、
矩形形状のセパレータと、を備え、
前記セパレータは、
燃料ガスを前記燃料ガス流路に供給するための燃料ガス供給用開口部を互いに対向する2つの第1の辺のうちの一方の辺の外縁部に有し、燃料ガスを前記燃料ガス流路から排出するための燃料ガス排出用開口部を前記2つの第1の辺のうちの他方の辺の外縁部に有し、
前記燃料ガス流路を流れる燃料ガスの流れの向きと前記酸化ガス流路を流れる酸化ガスの流れの向きが対向するように、酸化ガスを前記酸化ガス流路に供給するための酸化ガス供給用開口部を前記2つの第1の辺のうちの前記燃料ガス排出用開口部を有している辺の外縁部に有し、前記酸化ガスを前記酸化ガス流路から排出するための酸化ガス排出用開口部を前記2つの第1の辺のうちの前記燃料ガス供給用開口部を有している辺の外縁部に有し、
前記冷媒流路に対し冷媒を供給するための入口部を前記第1の辺と異なる第2の辺の一方の端部に有し、前記冷媒を排出するための出口部を前記第2の辺の他方の端部に有しており、
前記冷媒流路は、前記入口部から前記出口部への冷媒の流れをU字型に屈曲させることにより、前記アノード触媒層の面内における前記燃料ガスの流れの下流部に前記U字型の前記冷媒流路の上流部を配置することにより、前記燃料ガスの流れの下流部を前記燃料ガスの流れの上流部と下流部との中間である中央部分に比べて温度の低い冷媒で冷却し、前記カソード触媒層の面内における前記酸化ガスの流れの上流部に前記U字型の前記冷媒流路の上流部を配置することにより、前記酸化ガスの流れの上流部を、前記酸化ガスの流れの上流部と下流部との中間である中央部分に比べて温度の低い冷媒で冷却するように構成されている、燃料電池。 - 燃料電池システムであって、
請求項1から請求項3のうちのいずれか一項に記載の燃料電池と、
前記燃料ガスと前記酸化ガスとを供給する反応ガス供給部と、
冷媒を供給する冷媒供給部と、
を備え、
前記燃料電池システムは、
前記燃料ガス及び酸化ガスを加湿するための加湿モジュールを備えておらず、
前記冷媒流路による前記酸化ガス及び前記燃料ガスの流れの下流部の両方を冷却することによって、前記燃料ガス及び酸化ガス中の水分を凝集させて前記アノード触媒層及びカソード触媒層を湿潤する、燃料電池システム。
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