JP5653873B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
図1は、本発明による燃料電池の第1実施形態の構成の一部を模式的に示す部品分解図(一点透視図法による)である。燃料電池スタック10は、固体高分子分離膜を備えた固体高分子型の燃料電池(PEMFC)であり、主として燃料電池自動車等に搭載されるものである。この燃料電池スタック10は、単位セル20を複数積層したスタック構造を有している(なお、図示においては一単位のみ示す)。また、単位セル20は、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置されたMEA21(膜電極接合体:Membrane Electrode Assembly)の両面外側に、ガス拡散層22がシールガスケット(図示せず)によって一体に形成された発電体23、及び、隣接する発電体23,23を隔離する例えばステンレス鋼やチタン等の導電性金属材料からなるカソードセパレータ26及びアノードセパレータ28から構成されている。
図2は、本発明による燃料電池の第2実施形態の構成の一部を模式的に示す部品分解図(一点透視図法による)である。燃料電池スタック100は、単位セル20に替えて単位セル120を備えること以外は図1に示す燃料電池スタック10と同様に構成されたものである。この単位セル120は、燃料電池スタック10の単位セル20における発電体23、カソードセパレータ26、及びアノードセパレータ28に替えて、それぞれ、発電体123、カソードセパレータ126、及びアノードセパレータ128を備えている。
(第3実施形態)
図1に示す燃料電池スタック10と同等の構成を有する燃料電池を用意した。図5は、その燃料電池(便宜的に燃料電池スタック10にいう)における単位セル20の一断面を示す模式図である。図示においては、カソードガス流路及びアノードガス流路において、アノードガス流路の上流側から下流側に向かって、領域を示す符号A,B,C,D,E,Fを付記した。図1に示すのと同様に、カソードガスの流量は、カソードガス流路301<カソードガス流路302、及び、カソードガス流路303>カソードガス流路304で表される関係が満たされている。
図1における領域261,262,263,264の気孔率が全て同じに形成されたこと以外は、図1及び図5に示す燃料電池スタック10と同様の構成を有する燃料電池を用意した。この燃料電池においては、カソードガス流路301,302,303,304におけるカソードガスの流量が同一とされている。
実施例1及び比較例1の燃料電池において、符号A,B,C,D,E,Fで示す領域の水分量を測定した。図6及び図7に、それぞれ実施例1及び比較例1の結果を示す。同図において、白抜三角印のプロットは、カソードガス中の水分量(任意単位)を示し、黒塗丸印のプロットは、カソードガス中の水分量(任意単位)を示す。これらの結果より、実施例1及び比較例1ともに、領域Bにおける水分量が相対的に最も高く、この領域Bにおいてフラッディングが最も生じ易いことが理解され、また、領域Fにおける水分量が相対的に最も低く、この領域Fにおいて乾燥が最も生じ易いことが理解される。
Claims (5)
- 電解質膜の両面にカソード及びアノードが配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に対向して設けられたセパレータと、
一方の前記セパレータに設けられ、ストレート流路から成るカソードガス流路と、
他方の前記セパレータに設けられ、前記ストレート流路に直交又は略直交する流路から成るアノードガス流路と、
を備え、
前記カソードガス流路は、カソード入口及びカソード出口が前記セパレータの対向する辺に沿ってそれぞれ配置されるように構成された流路であり、
前記アノードガス流路は、アノード入口及びアノード出口が前記セパレータの対向する辺に沿ってそれぞれ配置されると共に、前記アノード入口が前記セパレータの前記カソード出口側に配置され、前記アノード出口が前記セパレータの前記カソード入口側に配置されるように構成された流路であり、
前記カソードガス流路は、前記カソードガス流路が画成される領域における長辺及び短辺のそれぞれの中央側で分画される4つの領域によって構成され、前記4つの領域のうち、前記カソード入口側に位置する領域を第1領域及び第2領域、前記カソード出口側に位置する領域を第3領域及び第4領域と定義したときに、
前記第2領域に対して前記アノード出口側に配置される前記第1領域の圧損が、前記第2領域の圧損よりも大きくされており、
前記第3領域に対して前記アノード入口側に配置される前記第4領域の圧損が、前記第3領域の圧損よりも大きくされている、
燃料電池。 - 前記カソードガス流路が多孔体流路であり、
前記カソードガス流路において、前記第2領域に対して前記アノード出口側に配置される前記第1領域の気孔率が、前記第2領域の気孔率よりも小さくされており、
前記第3領域に対して前記アノード入口側に配置される前記第4領域の気孔率が、前記第3領域の気孔率よりも小さくされている、
請求項1記載の燃料電池。 - 前記カソード入口の幅が、前記アノード出口から遠ざかるにしたがって徐々に大きくされており、
前記カソード出口の幅が、前記アノード入口から遠ざかるにしたがって徐々に大きくされている、
請求項1記載の燃料電池。 - 前記カソードガス流路には複数のリブが配設されており、
前記カソードガス流路において、前記第2領域に対して前記アノード出口側に配置される前記第1領域における前記リブの間隔が、前記第2領域における前記リブの間隔よりも狭くされており、
前記第3領域に対して前記アノード入口側に配置される前記第4領域における前記リブの間隔が、前記第3領域における前記リブの間隔よりも狭くされている、
請求項1記載の燃料電池。 - 電解質膜の両面にカソード及びアノードが配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に対向して設けられたセパレータと、
一方の前記セパレータに設けられ、ストレート流路から成るカソードガス流路と、
他方の前記セパレータに設けられ、前記ストレート流路に直交又は略直交する流路から成るアノードガス流路と、
を備え、
前記カソードガス流路は、カソード入口及びカソード出口が前記セパレータの対向する辺に沿ってそれぞれ配置されるように構成された流路であり、
前記アノードガス流路は、アノード入口及びアノード出口が前記セパレータの対向する辺に沿ってそれぞれ配置されると共に、前記アノード入口が前記セパレータの前記カソード出口側に配置され、前記アノード出口が前記セパレータの前記カソード入口側に配置されるように構成された流路であり、
前記カソードガス流路は、前記カソードガス流路が画成される領域における長辺及び短辺のそれぞれの中央側で分画される4つの領域によって構成され、前記4つの領域のうち、前記カソード入口側に位置する領域を第1領域及び第2領域、前記カソード出口側に位置する領域を第3領域及び第4領域と定義したときに、
前記第2領域に対して前記アノード出口側に配置される前記第1領域のカソードガス流量が、前記第2領域のカソードガス流量よりも少なくされており、
前記第3領域に対して前記アノード入口側に配置される前記第4領域のカソードガス流量が、前記第3領域のカソードガス流量よりも少なくされている、
燃料電池。
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