JP6658274B2 - Fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、反応ガスである燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell that outputs electric energy by an electrochemical reaction between a fuel gas and a oxidizing gas, which are reaction gases.

この種の燃料電池として、例えば特許文献１に記載された燃料電池が従来から知られており、その特許文献１の燃料電池は空冷式燃料電池システムを構成している。この空冷式燃料電池システムにおいて、制御装置は、温度センサによって検出される燃料電池セルの温度に基づいて温度制御処理を行う。この際、セル温度が目標温度より大きく且つ所定の閾値温度未満である場合には、制御装置は、エアインテークマニホールドに供給される空気量が増量されるようエア供給装置を制御する。また、セル温度が閾値温度以上である場合には、制御装置は、発電用空気流路部に流入する空気量が増量されることなく冷却用空気流路部に流入する空気量が増量されるように可変バルブを制御する。   As this type of fuel cell, for example, a fuel cell described in Patent Document 1 is conventionally known, and the fuel cell in Patent Document 1 constitutes an air-cooled fuel cell system. In this air-cooled fuel cell system, the control device performs a temperature control process based on the temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor. At this time, when the cell temperature is higher than the target temperature and lower than the predetermined threshold temperature, the control device controls the air supply device so that the amount of air supplied to the air intake manifold is increased. Further, when the cell temperature is equal to or higher than the threshold temperature, the control device increases the amount of air flowing into the cooling air flow path without increasing the amount of air flowing into the power generation air flow path. To control the variable valve.

特開２００６−２５２９３４号公報JP 2006-252934 A

例えば特許文献１に記載されたような燃料電池は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を主要構成要素として含んでおり、燃料電池の発電効率はその膜電極接合体の水分量に大きく依存するということが知られている。例えば、膜電極接合体が乾きその膜電極接合体の水分量が少なくなると、膜電極接合体中のプロトン移動が阻害され、燃料電池の発電効率が大きく低下する。逆に、膜電極接合体の水分量が多すぎると、例えば酸化剤ガスが膜電極接合体に接触することが水分によって妨げられやすくなり、燃料電池の発電効率が大きく低下する。   For example, a fuel cell as described in Patent Literature 1 includes a membrane electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) as a main component, and the power generation efficiency of the fuel cell is large due to the water content of the membrane electrode assembly. It is known to depend. For example, when the membrane electrode assembly dries and the water content of the membrane electrode assembly decreases, proton transfer in the membrane electrode assembly is hindered, and the power generation efficiency of the fuel cell is greatly reduced. Conversely, if the water content of the membrane electrode assembly is too large, for example, the contact of the oxidant gas with the membrane electrode assembly tends to be hindered by moisture, and the power generation efficiency of the fuel cell is greatly reduced.

このようなことから燃料電池において膜電極接合体の水分量を適正に保つことは重要であるが、特許文献１の燃料電池は、膜電極接合体の水分量を適正に保つための構成を備えていなかった。発明者らの詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。   For this reason, it is important to properly maintain the water content of the membrane electrode assembly in the fuel cell. However, the fuel cell disclosed in Patent Document 1 is provided with a configuration for properly maintaining the water content of the membrane electrode assembly. I didn't. As a result of detailed studies by the inventors, the above has been found.

本発明は上記点に鑑みて、膜電極接合体の水分量を適正に保つことができる燃料電池を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can appropriately maintain the water content of a membrane electrode assembly.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る燃料電池は、
電解質膜の両面に電極が配設された膜電極接合体（２０）と、
その膜電極接合体の一面（２０１）側に配置され、その膜電極接合体へ供給される酸化剤ガスが流れその膜電極接合体に沿って延びる酸化剤ガス流路（２２１ａ）が形成された酸化剤ガス流路部（２２１）と、
酸化剤ガス流路内に配置され、酸化剤ガス流路を第１分割流路（２２１ｂ）と第２分割流路（２２１ｃ）とに分割する流路分割機構（２４）とを備え、
第２分割流路は、膜電極接合体の厚み方向（ＤＲｔ）においてその膜電極接合体と第１分割流路との間に位置し、
流路分割機構は、膜電極接合体の水分量が少ないほど、酸化剤ガス流路の流路断面積（Ａｔ）に対する第２分割流路の流路断面積（Ａ２）の割合である第２分割流路割合（ＲＡ２）を小さくし、
流路分割機構は複数設けられ、
その複数の流路分割機構は、酸化剤ガス流路内において、その酸化剤ガス流路が延伸する方向（ＤＲｒ）へ並んで配置されている。 In order to achieve the above object, a fuel cell according to the invention described in claim 1 is
A membrane electrode assembly (20) having electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane;
An oxidizing gas flow path (221a) is arranged on one surface (201) side of the membrane electrode assembly, through which the oxidizing gas supplied to the membrane electrode assembly flows and extends along the membrane electrode assembly. An oxidizing gas passage section (221);
A flow dividing mechanism (24) disposed in the oxidizing gas flow path for dividing the oxidizing gas flow path into a first divided flow path (221b) and a second divided flow path (221c);
The second divided flow path is located between the membrane electrode assembly and the first divided flow path in the thickness direction (DRt) of the membrane electrode assembly,
The flow path dividing mechanism is configured such that as the water content of the membrane electrode assembly is smaller, the ratio of the flow path cross-sectional area (A2) of the second divided flow path to the flow path cross-sectional area (At) of the oxidizing gas flow path is the second. Reduce the ratio of the split flow path (RA2) ,
A plurality of channel dividing mechanisms are provided,
The plurality of channel dividing mechanisms are arranged in the oxidizing gas channel in a direction (DRr) in which the oxidizing gas channel extends .

これにより、第２分割流路を流れる酸化剤ガスの流量が膜電極接合体の水分量に応じて調節される。その結果、膜電極接合体からその第２分割流路内の酸化剤ガスへ移る水分が増減され、膜電極接合体の水分量を適正に保つことができる。   Thereby, the flow rate of the oxidizing gas flowing through the second divided flow path is adjusted according to the water content of the membrane electrode assembly. As a result, the amount of water transferred from the membrane electrode assembly to the oxidizing gas in the second divided flow path is increased or decreased, and the water content of the membrane electrode assembly can be appropriately maintained.

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載の具体的内容との対応関係を示す一例である。   Each symbol in the claims and parentheses described in this section is an example showing a correspondence relationship with specific contents described in the embodiment described later.

第１実施形態における燃料電池システムの概略構成を示した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment. 図１の燃料電池システムを拡大図示し、図１において燃料電池システムをII方向から見たII矢視拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the fuel cell system of FIG. 1, and is an enlarged view of the fuel cell system in FIG. 図２のIII部分を拡大図示したIII部詳細図である。FIG. 3 is an enlarged detail view of a portion III in FIG. 2. 図３のIV−IV断面を示した断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing an IV-IV section in FIG. 3. 図４に相当する断面図であって、膜電極接合体の水分量が適正量に対し多くなっている場合における酸化剤ガス流路内の空気流れおよび流路分割機構の状態を示した図である。FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 4, illustrating a state of an air flow in an oxidizing gas flow path and a state of a flow path dividing mechanism when a water amount of a membrane electrode assembly is larger than an appropriate amount. is there. 図４に相当する断面図であって、膜電極接合体が乾きその膜電極接合体の水分量が適正量に対し過少となっている場合における酸化剤ガス流路内の空気流れおよび流路分割機構の状態を示した図である。FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 4, showing air flow in the oxidizing gas flow path and flow path division when the membrane electrode assembly is dry and the water content of the membrane electrode assembly is too small relative to an appropriate amount. It is a figure showing a state of a mechanism. 第１実施形態の燃料電池において、第２分割流路の空気流量と膜電極接合体の発電効率と膜電極接合体の水分量との関係を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship among an air flow rate in a second divided flow channel, a power generation efficiency of the membrane electrode assembly, and a water content of the membrane electrode assembly in the fuel cell according to the first embodiment. 図４に相当する断面図を用いて構成された図であって、酸化剤ガス流路内に直列に並んだ複数の流路分割機構の状態と酸化剤ガス流路の延伸方向における膜電極接合体の水分量分布との関係を説明するための図である。FIG. 5 is a view configured using a cross-sectional view corresponding to FIG. 4, showing a state of a plurality of flow path dividing mechanisms arranged in series in an oxidizing gas flow path and membrane electrode bonding in a direction in which the oxidizing gas flow path extends. It is a figure for explaining the relation with the water content distribution of the body. 第２実施形態において燃料電池の酸化剤ガス流路内を表した図であって、第１実施形態の図３に相当する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an inside of an oxidizing gas flow path of a fuel cell in a second embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 3 in the first embodiment. 第１実施形態の第１の変形例において燃料電池の酸化剤ガス流路内を表した図であって、第１実施形態の図３に相当する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an inside of an oxidizing gas flow path of a fuel cell in a first modification of the first embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the first embodiment. 図１０のXI−XI断面を示した断面図である。It is sectional drawing which showed XI-XI cross section of FIG. 第１実施形態の第２の変形例において燃料電池の酸化剤ガス流路内を表した図であって、第１実施形態の図３に相当する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an inside of an oxidizing gas flow path of a fuel cell in a second modification of the first embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the first embodiment. 第１実施形態の第３の変形例において燃料電池の酸化剤ガス流路内を表した図であって、第１実施形態の図３に相当する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an inside of an oxidizing gas flow path of a fuel cell in a third modification of the first embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the first embodiment. 第１実施形態の第４の変形例において燃料電池の酸化剤ガス流路内を表した図であって、第１実施形態の図３に相当する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the inside of an oxidizing gas flow channel of a fuel cell in a fourth modification of the first embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the first embodiment. 第１実施形態の第５の変形例において燃料電池の酸化剤ガス流路内を表した図であって、第１実施形態の図３に相当する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the inside of an oxidizing gas flow path of a fuel cell in a fifth modification of the first embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the first embodiment. 第２実施形態の変形例において燃料電池の酸化剤ガス流路内を表した図であって、第１実施形態の図３に相当する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the inside of an oxidizing gas flow path of a fuel cell in a modification of the second embodiment, and is a diagram corresponding to FIG. 3 of the first embodiment. 図１６のXVII−XVII断面を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the XVII-XVII cross section of FIG.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１０は、燃料電池１２と水素インテークマニホールド１４と水素エグゾーストマニホールド１６とを備えている。燃料電池システム１０は、空気によって燃料電池１２が冷却される空冷式燃料電池システムである。なお、図１のＸ方向とＹ方向とＺ方向は互いに交差する方向（厳密に言えば、直交する方向）であり、本実施形態の燃料電池システム１０の向きを表す。 (1st Embodiment)
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 of the present embodiment includes a fuel cell 12, a hydrogen intake manifold 14, and a hydrogen exhaust manifold 16. The fuel cell system 10 is an air-cooled fuel cell system in which the fuel cell 12 is cooled by air. Note that the X direction, the Y direction, and the Z direction in FIG. 1 are directions that intersect each other (strictly speaking, orthogonal directions), and indicate the direction of the fuel cell system 10 of the present embodiment.

水素インテークマニホールド１４は、燃料電池１２に設けられた複数の水素ガス流路２２２ａ（図２参照）へ水素ガスを分配し供給する。水素エグゾーストマニホールド１６は、その複数の水素ガス流路２２２ａを通過した水素ガスを集合させ、燃料電池システム１０外へ排出する。   The hydrogen intake manifold 14 distributes and supplies hydrogen gas to a plurality of hydrogen gas channels 222a (see FIG. 2) provided in the fuel cell 12. The hydrogen exhaust manifold 16 collects the hydrogen gas that has passed through the plurality of hydrogen gas flow paths 222a and discharges the hydrogen gas to the outside of the fuel cell system 10.

燃料電池１２は、図２に示すように、複数の膜電極接合体２０と複数のセパレータ２２と複数の流路分割機構２４とを備えている。燃料電池１２は、その膜電極接合体２０とセパレータ２２とが交互に積層されて成る燃料電池スタックとして構成されている。その膜電極接合体２０とセパレータ２２との積層方向と、膜電極接合体２０の厚み方向ＤＲｔと、セパレータ２２の厚み方向とは互いに一致しており、本実施形態では何れもＺ方向となっている。   As shown in FIG. 2, the fuel cell 12 includes a plurality of membrane electrode assemblies 20, a plurality of separators 22, and a plurality of flow path dividing mechanisms 24. The fuel cell 12 is configured as a fuel cell stack in which the membrane electrode assemblies 20 and the separators 22 are alternately stacked. The lamination direction of the membrane electrode assembly 20 and the separator 22, the thickness direction DRt of the membrane electrode assembly 20, and the thickness direction of the separator 22 match each other. I have.

なお、図２および後述の図３、９、１０、１２〜１６では、膜電極接合体２０は断面で図示されているわけではないが、膜電極接合体２０を見易く表示するために、膜電極接合体２０に後述の図４と同じハッチングが付されている。また、以下の説明では、膜電極接合体２０の厚み方向ＤＲｔをＭＥＡ厚み方向ＤＲｔとも称する。   In FIG. 2 and FIGS. 3, 9, 10, and 12 to 16 described below, the membrane electrode assembly 20 is not shown in cross section. Joints 20 are hatched in the same manner as in FIG. 4 described later. In the following description, the thickness direction DRt of the membrane electrode assembly 20 is also referred to as the MEA thickness direction DRt.

膜電極接合体２０は燃料電池セルの主要部分を構成するものである。膜電極接合体２０は、電解質膜の両面に電極が配設された構成となっている。すなわち、膜電極接合体２０は、アノード電極と、カソード電極と、そのアノード電極とカソード電極との間に挟持された電解質膜とを備えている。そして、膜電極接合体２０は、アノード電極に供給される燃料ガスとしての水素ガスと、カソード電極に供給される酸化剤ガスとしての空気との電気化学反応により、起電力を発生する。   The membrane electrode assembly 20 forms a main part of the fuel cell unit. The membrane electrode assembly 20 has a configuration in which electrodes are provided on both sides of an electrolyte membrane. That is, the membrane electrode assembly 20 includes an anode electrode, a cathode electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the anode electrode and the cathode electrode. The membrane electrode assembly 20 generates an electromotive force by an electrochemical reaction between hydrogen gas as a fuel gas supplied to the anode electrode and air as an oxidant gas supplied to the cathode electrode.

セパレータ２２は、例えば、ガスが透過しない導電性を有する基材で構成されている。セパレータ２２は、図２および図３に示すように、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路２２１ａが複数形成された酸化剤ガス流路部２２１と、水素ガスが流れる水素ガス流路２２２ａが複数形成された水素ガス流路部２２２とを含んで構成されている。その酸化剤ガス流路部２２１と水素ガス流路部２２２は、ＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに並んで配置され、互いに一体構成となっている。   The separator 22 is made of, for example, a conductive base material through which gas does not pass. As shown in FIGS. 2 and 3, the separator 22 includes an oxidizing gas passage 221 having a plurality of oxidizing gas passages 221a through which the oxidizing gas flows, and a plurality of hydrogen gas passages 222a through which the hydrogen gas flows. And the formed hydrogen gas flow path portion 222. The oxidizing gas passage 221 and the hydrogen gas passage 222 are arranged side by side in the MEA thickness direction DRt, and are integrated with each other.

上述したようにセパレータ２２と膜電極接合体２０は交互に積層されているので、１つのセパレータ２２に着目すれば、セパレータ２２は、膜電極接合体２０の相互間に挟まれている。すなわち、セパレータ２２の酸化剤ガス流路部２２１は、セパレータ２２を挟む一方の膜電極接合体２０のカソード電極側である一面２０１側に配置され、その膜電極接合体２０の一面２０１に接触している。逆に、水素ガス流路部２２２は、セパレータ２２を挟む他方の膜電極接合体２０のアノード電極側である他面２０２側に配置され、その膜電極接合体２０の他面２０２に接触している。   As described above, the separators 22 and the membrane / electrode assemblies 20 are alternately stacked. Therefore, when focusing on one separator 22, the separator 22 is sandwiched between the membrane / electrode assemblies 20. That is, the oxidizing gas passage 221 of the separator 22 is disposed on one surface 201 side of the one side of the membrane electrode assembly 20 that is the cathode electrode side of the separator 22, and is in contact with one surface 201 of the membrane electrode assembly 20. ing. Conversely, the hydrogen gas flow path portion 222 is disposed on the other surface 202 side of the other membrane electrode assembly 20 that is the anode electrode side with the separator 22 interposed therebetween, and is in contact with the other surface 202 of the membrane electrode assembly 20. I have.

複数の酸化剤ガス流路２２１ａはそれぞれ、図２〜４に示すように、膜電極接合体２０に沿ってＹ方向へ延びるように形成されている。すなわち、その酸化剤ガス流路２２１ａが延伸する延伸方向ＤＲｒはＹ方向に一致している。そして、複数の酸化剤ガス流路２２１ａはＸ方向に並んで配置されている。   Each of the plurality of oxidizing gas channels 221a is formed to extend in the Y direction along the membrane electrode assembly 20, as shown in FIGS. That is, the extending direction DRr in which the oxidizing gas channel 221a extends coincides with the Y direction. The plurality of oxidizing gas channels 221a are arranged side by side in the X direction.

また、酸化剤ガス流路部２２１では酸化剤ガス流路２２１ａはそれぞれ溝形状を成しており、その溝形状は膜電極接合体２０の一面２０１によって蓋をされている。すなわち、その酸化剤ガス流路２２１ａは膜電極接合体２０の一面２０１に接している。   In the oxidizing gas passage 221, each of the oxidizing gas passages 221 a has a groove shape, and the groove shape is covered by one surface 201 of the membrane electrode assembly 20. That is, the oxidizing gas channel 221 a is in contact with one surface 201 of the membrane electrode assembly 20.

燃料電池システム１０は、不図示のエアインテークマニホールドとエアエグゾーストマニホールドとを有し、燃料電池システム１０へ供給される酸化剤ガスとしての空気はエアインテークマニホールドから複数の酸化剤ガス流路２２１ａのそれぞれへ分配される。一方、複数の酸化剤ガス流路２２１ａのそれぞれを通過した空気はエアエグゾーストマニホールドに集合し、そのエアエグゾーストマニホールドから燃料電池システム１０外へ排出される。なお、燃料電池システム１０への空気の供給方法は、燃料電池システム１０が車両に搭載されるものであれば、車両走行風などを直接取り込む供給方法であってもよい。また、ファンやブロワなどの空気供給装置によって空気が燃料電池システム１０へ供給されても良い。   The fuel cell system 10 has an air intake manifold and an air exhaust manifold (not shown), and the air as the oxidizing gas supplied to the fuel cell system 10 is supplied to each of the plurality of oxidizing gas channels 221a from the air intake manifold. Distributed to On the other hand, the air that has passed through each of the plurality of oxidant gas flow paths 221a is collected in the air exhaust manifold, and is discharged from the fuel cell system 10 from the air exhaust manifold. The method of supplying air to the fuel cell system 10 may be a supply method that directly takes in the wind from the vehicle when the fuel cell system 10 is mounted on a vehicle. Further, air may be supplied to the fuel cell system 10 by an air supply device such as a fan or a blower.

セパレータ２２の酸化剤ガス流路２２１ａ内を流れる酸化剤ガスとしての空気は、膜電極接合体２０で生じる電気化学反応に使用されると共に、膜電極接合体２０を冷却する冷却媒体としても使用される。すなわち、本実施形態の燃料電池１２は、専ら空気により冷却される空冷式燃料電池として構成されており、その酸化剤ガス流路２２１ａ内を流れる空気は冷却用で且つ発電用の空気である。   The air as the oxidizing gas flowing in the oxidizing gas flow path 221a of the separator 22 is used not only for the electrochemical reaction generated in the membrane electrode assembly 20 but also as a cooling medium for cooling the membrane electrode assembly 20. You. That is, the fuel cell 12 of the present embodiment is configured as an air-cooled fuel cell that is exclusively cooled by air, and the air flowing in the oxidizing gas flow path 221a is air for cooling and power generation.

なお、燃料電池１２の発電中には膜電極接合体２０が発熱する。その膜電極接合体２０の熱は、酸化剤ガス流路２２１ａ内を流れる空気へ直接放熱されるものと、セパレータ２２を介してその空気へ放熱されるものとに分かれる。   During power generation of the fuel cell 12, the membrane electrode assembly 20 generates heat. The heat of the membrane electrode assembly 20 is divided into heat that is directly radiated to the air flowing in the oxidizing gas flow path 221a and heat that is radiated to the air via the separator 22.

図２に示すように、セパレータ２２の複数の水素ガス流路２２２ａはそれぞれ、膜電極接合体２０に沿ってＸ方向へ延びるように形成されている。そして、複数の水素ガス流路２２２ａはＹ方向に並んで配置されている。   As shown in FIG. 2, each of the plurality of hydrogen gas flow paths 222 a of the separator 22 is formed to extend in the X direction along the membrane electrode assembly 20. The plurality of hydrogen gas passages 222a are arranged side by side in the Y direction.

また、水素ガス流路部２２２では水素ガス流路２２２ａはそれぞれ溝形状を成しており、その溝形状は膜電極接合体２０の他面２０２によって蓋をされている。すなわち、その水素ガス流路２２２ａは膜電極接合体２０の他面２０２に接している。   In the hydrogen gas flow path portion 222, the hydrogen gas flow paths 222a each have a groove shape, and the groove shape is covered by the other surface 202 of the membrane electrode assembly 20. That is, the hydrogen gas flow path 222a is in contact with the other surface 202 of the membrane electrode assembly 20.

燃料電池システム１０へ供給される水素ガスは水素インテークマニホールド１４から複数の水素ガス流路２２２ａのそれぞれへ分配される。その水素ガスは、水素インテークマニホールド１４側から水素エグゾーストマニホールド１６側へと矢印ＦＬｈのように水素ガス流路２２２ａ内を流れる。複数の水素ガス流路２２２ａのそれぞれを通過した水素ガスは水素エグゾーストマニホールド１６に集合し、その水素エグゾーストマニホールド１６から燃料電池システム１０外へ排出される。   Hydrogen gas supplied to the fuel cell system 10 is distributed from the hydrogen intake manifold 14 to each of the plurality of hydrogen gas channels 222a. The hydrogen gas flows in the hydrogen gas flow path 222a from the hydrogen intake manifold 14 to the hydrogen exhaust manifold 16 as indicated by an arrow FLh. The hydrogen gas that has passed through each of the plurality of hydrogen gas flow paths 222a is collected in the hydrogen exhaust manifold 16 and discharged from the hydrogen exhaust manifold 16 to the outside of the fuel cell system 10.

図２〜４に示すように、各酸化剤ガス流路２２１ａ内にはそれぞれ、複数の流路分割機構２４が配置されている。この流路分割機構２４は、酸化剤ガス流路２２１ａを第１分割流路２２１ｂと第２分割流路２２１ｃとに分割している。その第２分割流路２２１ｃは、ＭＥＡ厚み方向ＤＲｔにおいて膜電極接合体２０と第１分割流路２２１ｂとの間に位置している。要するに、流路分割機構２４は、酸化剤ガス流路２２１ａをそのＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに分けている。そして、第２分割流路２２１ｃは、第１分割流路２２１ｂと並列に設けられている。   As shown in FIGS. 2 to 4, a plurality of channel dividing mechanisms 24 are arranged in each of the oxidizing gas channels 221 a. The channel dividing mechanism 24 divides the oxidizing gas channel 221a into a first divided channel 221b and a second divided channel 221c. The second divided channel 221c is located between the membrane electrode assembly 20 and the first divided channel 221b in the MEA thickness direction DRt. In short, the channel dividing mechanism 24 divides the oxidizing gas channel 221a in the MEA thickness direction DRt. The second divided flow path 221c is provided in parallel with the first divided flow path 221b.

具体的には、流路分割機構２４は、平板状の分割板２４１と２つの作動部２４２とを有している。その分割板２４１は、酸化剤ガス流路２２１ａをＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに２分割するように仕切る仕切板である。すなわち、酸化剤ガス流路２２１ａは、この分割板２４１によって第１分割流路２２１ｂと第２分割流路２２１ｃとに分割されている。   Specifically, the flow path dividing mechanism 24 has a plate-shaped dividing plate 241 and two operating portions 242. The dividing plate 241 is a partition plate that divides the oxidizing gas channel 221a into two in the MEA thickness direction DRt. That is, the oxidizing gas channel 221a is divided into the first divided channel 221b and the second divided channel 221c by the dividing plate 241.

そのため、酸化剤ガス流路２２１ａへ流入する空気は第１分割流路２２１ｂと第２分割流路２２１ｃとに分かれ、第１分割流路２２１ｂには図４の矢印Ｆ１ａのように空気が流入する。その第１分割流路２２１ｂ内を流れる空気は、セパレータ２２から吸熱する冷却用空気としての役割を担う。   Therefore, the air flowing into the oxidizing gas flow path 221a is divided into a first divided flow path 221b and a second divided flow path 221c, and the air flows into the first divided flow path 221b as indicated by an arrow F1a in FIG. . The air flowing through the first divided flow path 221b plays a role as cooling air absorbing heat from the separator 22.

一方、第２分割流路２２１ｃには図４の矢印Ｆ２ａのように空気が流入する。その第２分割流路２２１ｃ内を流れる空気は、セパレータ２２と膜電極接合体２０とのそれぞれから吸熱する冷却用空気としての役割を担うと共に、膜電極接合体２０での発電反応のための反応ガスとしての役割も担う。   On the other hand, air flows into the second divided flow path 221c as indicated by an arrow F2a in FIG. The air flowing in the second divided flow path 221c serves as cooling air that absorbs heat from each of the separator 22 and the membrane electrode assembly 20, and a reaction for power generation reaction in the membrane electrode assembly 20. Also plays a role as gas.

図３および図４に示すように、流路分割機構２４の作動部２４２は、流路分割機構２４のうち作動源となっている部位であり、分割板２４１を酸化剤ガス流路部２２１に対し支持している。要するに、作動部２４２は、分割板２４１をセパレータ２２に対し支持するブリッジ部となっている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the operating portion 242 of the flow path dividing mechanism 24 is a part of the flow path dividing mechanism 24 that is an operation source, and the dividing plate 241 is connected to the oxidizing gas flow path section 221. I support it. In short, the operation part 242 is a bridge part that supports the dividing plate 241 with respect to the separator 22.

詳細には、作動部２４２は、膜電極接合体２０の一面２０１と分割板２４１との間に配設されており、膜電極接合体２０を介し間接的に、分割板２４１をセパレータ２２に対して支持している。作動部２４２は分割板２４１と接着接合されていてもよいし、されていなくてもよい。これと同様に、作動部２４２は膜電極接合体２０と接着接合されていてもよいし、されていなくてもよい。例えば、作動部２４２が膜電極接合体２０の一面２０１上に置かれ、その作動部２４２上に分割板２４１が置かれているだけであってもよい。   In detail, the operating portion 242 is disposed between the one surface 201 of the membrane electrode assembly 20 and the dividing plate 241, and indirectly connects the dividing plate 241 to the separator 22 via the membrane electrode assembly 20. I support it. The operating part 242 may or may not be adhesively bonded to the dividing plate 241. Similarly, the operating part 242 may or may not be adhesively bonded to the membrane electrode assembly 20. For example, the operating portion 242 may be placed on one surface 201 of the membrane / electrode assembly 20 and the split plate 241 may be placed on the operating portion 242.

また、図４に示すように、複数の流路分割機構２４は、酸化剤ガス流路２２１ａ内において、酸化剤ガス流路２２１ａの延伸方向ＤＲｒへ並んで配置されている。これにより、複数の流路分割機構２４が有する分割板２４１は、酸化剤ガス流路２２１ａ内において直列に並ぶように配置されている。例えばその分割板２４１は酸化剤ガス流路２２１ａの全長にわたって並んでおり、酸化剤ガス流路２２１ａはその全長にわたって第１分割流路２２１ｂと第２分割流路２２１ｃとに分割されている。但し、その複数の分割板２４１の相互間には延伸方向ＤＲｒの微小な隙間が形成され、複数の流路分割機構２４は相互に干渉しないように配置されている。   Further, as shown in FIG. 4, the plurality of flow channel dividing mechanisms 24 are arranged in the oxidizing gas flow channel 221a in the extending direction DRr of the oxidizing gas flow channel 221a. Thus, the dividing plates 241 of the plurality of flow path dividing mechanisms 24 are arranged so as to be arranged in series in the oxidizing gas flow path 221a. For example, the dividing plate 241 is arranged along the entire length of the oxidizing gas passage 221a, and the oxidizing gas passage 221a is divided into a first divided passage 221b and a second divided passage 221c over the entire length. However, a small gap in the extending direction DRr is formed between the plurality of split plates 241, and the plurality of flow channel split mechanisms 24 are arranged so as not to interfere with each other.

このように構成された流路分割機構２４は、図３および図４に示すように、作動部の伸縮に起因したＭＥＡ厚み方向ＤＲｔへの分割板２４１の変位によって第２分割流路割合ＲＡ２を変化させる。なお、その第２分割流路割合ＲＡ２とは、酸化剤ガス流路２２１ａの流路断面積Ａｔに対する第２分割流路２２１ｃの流路断面積Ａ２の割合であり、第２分割流路割合ＲＡ２は、「ＲＡ２＝Ａ２／Ａｔ」という式によって算出される。そして、酸化剤ガス流路２２１ａの流路断面積Ａｔは第１分割流路２２１ｂの流路断面積Ａ１と第２分割流路２２１ｃの流路断面積Ａ２とを合算したものである（Ａｔ＝Ａ１＋Ａ２）。また、それらの流路断面積Ａｔ、Ａ１、Ａ２は何れも、酸化剤ガス流路２２１ａの延伸方向ＤＲｒに直交する流路断面の面積である。   As shown in FIGS. 3 and 4, the flow path dividing mechanism 24 configured as described above adjusts the second divided flow path ratio RA2 by the displacement of the divided plate 241 in the MEA thickness direction DRt due to the expansion and contraction of the operating portion. Change. The second divided flow path ratio RA2 is the ratio of the flow path cross-sectional area A2 of the second divided flow path 221c to the flow path cross-sectional area At of the oxidizing gas flow path 221a, and the second divided flow path ratio RA2 Is calculated by the formula “RA2 = A2 / At”. The cross-sectional area At of the oxidizing gas flow path 221a is the sum of the cross-sectional area A1 of the first divided flow path 221b and the cross-sectional area A2 of the second divided flow path 221c (At = A1 + A2). Each of the flow path cross-sectional areas At, A1, and A2 is an area of a flow path cross section orthogonal to the extending direction DRr of the oxidizing gas flow path 221a.

要するに、流路分割機構２４のうち作動部２４２は、その第２分割流路割合ＲＡ２を変化させるように作動する。詳細には、作動部２４２は、ナイロン６またはナイロン６６などの水分を吸収すると大きく膨張し水分を放出すると収縮する材質から成る水膨張収縮材を含んで構成されている。すなわち、作動部２４２は、その作動部２４２の水分量（すなわち、作動部２４２の単位体積当たりに含有される水分量）に応じて伸縮変形する物性を備えている。本実施形態では、作動部２４２の全体が上記水膨張収縮材で構成されている。   In short, the operating part 242 of the channel dividing mechanism 24 operates so as to change the second divided channel ratio RA2. More specifically, the operating portion 242 is configured to include a water expansion / contraction material made of a material such as nylon 6 or nylon 66 that expands greatly when absorbing moisture and contracts when releasing moisture. That is, the operating part 242 has physical properties that expand and contract in accordance with the amount of water in the operating part 242 (that is, the amount of water contained per unit volume of the operating part 242). In the present embodiment, the entire operation section 242 is made of the above-mentioned water expansion / contraction material.

例えば、流路分割機構２４の作動部２４２は水分を吸収すると体積膨張するので、図３中の矢印ＡＲｕのように分割板２４１を膜電極接合体２０から遠ざける側へＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに変位させる。逆に、作動部２４２は水分を放出すると体積収縮するので、図３中の矢印ＡＲｄのように分割板２４１を膜電極接合体２０に近付ける側へＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに変位させる。なお、作動部２４２は、上記のように作動部２４２が含有する水分量に応じて膨張収縮する膨張収縮材から成るが、例えば作動部２４２が等方的に膨張してもその膨張量は約１０％程度であるので、作動部２４２が酸化剤ガス流路２２１ａを閉塞することはない。   For example, since the operating portion 242 of the flow channel dividing mechanism 24 expands its volume when absorbing water, the dividing plate 241 is displaced in the MEA thickness direction DRt toward the side away from the membrane electrode assembly 20 as indicated by an arrow ARu in FIG. . Conversely, the volume of the operating portion 242 is reduced when water is released, so that the split plate 241 is displaced in the MEA thickness direction DRt to a side closer to the membrane electrode assembly 20 as indicated by an arrow ARd in FIG. The operating portion 242 is made of an expansion / contraction material that expands and contracts in accordance with the amount of water contained in the operating portion 242 as described above. For example, even if the operating portion 242 expands isotropically, the expansion amount is approximately Since it is about 10%, the operating portion 242 does not block the oxidizing gas flow path 221a.

また、酸化剤ガス流路２２１ａ内には上述のように複数の流路分割機構２４が相互に干渉しないように配置されている。そのため、流路分割機構２４毎の作動部２４２の水分吸収状態に応じて、それぞれの作動部２４２は、流路分割機構２４毎に各々独立して分割板２４１を変位させることができる。   Further, the plurality of flow path dividing mechanisms 24 are arranged in the oxidizing gas flow path 221a so as not to interfere with each other as described above. Therefore, each operating section 242 can independently displace the dividing plate 241 for each flow path dividing mechanism 24 according to the moisture absorption state of the operating section 242 for each flow path dividing mechanism 24.

ここで、流路分割機構２４の作動部２４２は、酸化剤ガス流路２２１ａ内の酸化剤ガスに晒されている。従って、その流路分割機構２４は、酸化剤ガス流路２２１ａ内において流路分割機構２４まわりを流れる酸化剤ガスの相対湿度（言い換えれば、酸化剤ガスの水分量）に応じて作動する。   Here, the operating portion 242 of the flow path dividing mechanism 24 is exposed to the oxidizing gas in the oxidizing gas flow path 221a. Therefore, the channel dividing mechanism 24 operates according to the relative humidity of the oxidizing gas flowing around the channel dividing mechanism 24 in the oxidizing gas channel 221a (in other words, the water content of the oxidizing gas).

詳細に言えば作動部２４２は第２分割流路２２１ｃ内に配置されているので、流路分割機構２４は、特に第２分割流路２２１ｃ内を流れる酸化剤ガスの相対湿度に応じて作動する。具体的には、作動部２４２はその酸化剤ガスの相対湿度が低いほど乾いて収縮するので、流路分割機構２４は、その相対湿度が低いほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。   More specifically, since the operating portion 242 is disposed in the second divided flow path 221c, the flow path dividing mechanism 24 operates in response to the relative humidity of the oxidizing gas flowing in the second divided flow path 221c. . Specifically, since the operating portion 242 dries and shrinks as the relative humidity of the oxidizing gas is lower, the flow path dividing mechanism 24 decreases the second divided flow path ratio RA2 as the relative humidity is lower.

更に言えば、その流路分割機構２４は、作動部２４２の水分量に応じて作動部２４２が変形する物性によって、膜電極接合体２０の水分量が少ないほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくすると言える。なぜなら、酸化剤ガス流路２２１ａ内を流れる酸化剤ガスの相対湿度と膜電極接合体２０の水分量とは互いに相関しているからである。すなわち、その酸化剤ガスの相対湿度と膜電極接合体２０の水分量とは互いに、それらのうちの一方が大きくなるほど他方も大きくなる関係にあるからである。   More specifically, the flow channel dividing mechanism 24 reduces the second divided flow channel ratio RA2 as the water content of the membrane electrode assembly 20 decreases, due to the physical property of the operating portion 242 deforming according to the water content of the operating portion 242. I can say that. This is because the relative humidity of the oxidizing gas flowing in the oxidizing gas flow path 221a and the water content of the membrane electrode assembly 20 are correlated with each other. That is, the relative humidity of the oxidizing gas and the water content of the membrane electrode assembly 20 are in a relationship such that as one of them becomes larger, the other becomes larger.

なお、膜電極接合体２０の水分量とは、具体的に言えば、水分の気液を問わず膜電極接合体２０の単位体積当たりに含有される水分量である。また、作動部２４２は膜電極接合体２０の一面２０１に接触しているので、膜電極接合体２０から直接水分を吸収することもでき、膜電極接合体２０の水分量に直接的にも反応して膨張収縮する。   The water content of the membrane electrode assembly 20 is, specifically, the water content per unit volume of the membrane electrode assembly 20 irrespective of gas-liquid of water. Further, since the operating portion 242 is in contact with the one surface 201 of the membrane electrode assembly 20, it is possible to directly absorb moisture from the membrane electrode assembly 20 and directly react to the water content of the membrane electrode assembly 20. To expand and contract.

次に、流路分割機構２４の作動と膜電極接合体２０の水分量との関係について説明する。例えば膜電極接合体２０の水分量が過剰で且つ第２分割流路２２１ｃ内を流れる空気の水分量である相対湿度がその膜電極接合体２０の水分量に応じて高い場合には、図５に示す流路分割機構２４の作動部２４２は膨張する。そして、その作動部２４２は、その作動部２４２の膨張により、分割板２４１を膜電極接合体２０から遠ざける側へＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに変位させる。その結果、酸化剤ガス流路２２１ａを流れる空気のうち第２分割流路２２１ｃを流れる空気が占める空気量の割合が増加する。   Next, the relationship between the operation of the flow channel dividing mechanism 24 and the water content of the membrane electrode assembly 20 will be described. For example, when the moisture content of the membrane electrode assembly 20 is excessive and the relative humidity, which is the moisture content of the air flowing through the second divided flow path 221c, is high in accordance with the moisture content of the membrane electrode assembly 20, FIG. The operation part 242 of the flow path dividing mechanism 24 shown in FIG. Then, the operating portion 242 displaces the split plate 241 in the MEA thickness direction DRt toward the side away from the membrane electrode assembly 20 due to the expansion of the operating portion 242. As a result, the proportion of the air amount occupied by the air flowing through the second divided flow path 221c among the air flowing through the oxidizing gas flow path 221a increases.

そうなると、膜電極接合体２０に接しつつ流れる第２分割流路２２１ｃ内の空気へ膜電極接合体２０の水分が多く持ち去られ、膜電極接合体２０が含有する水分は過剰な水分量から適正な水分量になる。   As a result, a large amount of moisture of the membrane electrode assembly 20 is taken away to the air in the second divided flow path 221c flowing while being in contact with the membrane electrode assembly 20, and the moisture contained in the membrane electrode assembly 20 is reduced from an excessive amount of water to an appropriate amount. It becomes the amount of moisture.

逆に、膜電極接合体２０の水分量が過少で且つ第２分割流路２２１ｃ内を流れる空気の相対湿度がその膜電極接合体２０の水分量に応じて低い場合には、図６に示すように、流路分割機構２４の作動部２４２は、その作動部２４２から水分を放出し収縮する。そして、その作動部２４２は、その作動部２４２の収縮により、分割板２４１を膜電極接合体２０に近付ける側へＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに変位させる。その結果、酸化剤ガス流路２２１ａを流れる空気のうち第２分割流路２２１ｃを流れる空気が占める空気量の割合が減少する。   Conversely, when the amount of water in the membrane electrode assembly 20 is too small and the relative humidity of the air flowing in the second divided flow path 221c is low in accordance with the amount of water in the membrane electrode assembly 20, it is shown in FIG. As described above, the operating portion 242 of the channel dividing mechanism 24 releases moisture from the operating portion 242 and contracts. The operating portion 242 displaces the split plate 241 in the MEA thickness direction DRt toward the side closer to the membrane electrode assembly 20 due to the contraction of the operating portion 242. As a result, the proportion of the air amount occupied by the air flowing through the second divided flow path 221c among the air flowing through the oxidizing gas flow path 221a is reduced.

そうなると、膜電極接合体２０から第２分割流路２２１ｃ内の空気へ持ち去れる膜電極接合体２０の水分量が減り、膜電極接合体２０の発電反応により水分は生成されるので、膜電極接合体２０が含有する水分は過少な水分量から適正な水分量になる。   Then, the amount of water in the membrane electrode assembly 20 taken away from the membrane electrode assembly 20 to the air in the second divided flow path 221c decreases, and water is generated by the power generation reaction of the membrane electrode assembly 20. The moisture contained in the joined body 20 changes from an excessively small amount of water to an appropriate amount of water.

例えば第２分割流路２２１ｃの空気流量と膜電極接合体２０の発電効率と膜電極接合体２０の水分量との関係は図７のようになっている。この図７から判るように、膜電極接合体２０が含有する水分が過少な水分量から適正な水分量へと矢印ＡＲ１のように変化するに従って、膜電極接合体２０の発電効率は向上する。   For example, the relationship between the air flow rate in the second divided channel 221c, the power generation efficiency of the membrane electrode assembly 20, and the water content of the membrane electrode assembly 20 is as shown in FIG. As can be seen from FIG. 7, the power generation efficiency of the membrane electrode assembly 20 improves as the moisture contained in the membrane electrode assembly 20 changes from an insufficient amount of water to an appropriate amount of water as indicated by an arrow AR1.

次に、膜電極接合体２０の水分量が酸化剤ガス流路２２１ａの空気流れ上流側から下流側にわたって変化している場合における流路分割機構２４の作動について説明する。第２分割流路２２１ｃ内の空気は流れながら、膜電極接合体２０の発電反応により生成された水分を受け取るので、一般的に、膜電極接合体２０のうち、酸化剤ガス流路２２１ａの空気流れ上流端に隣接する部位は、酸化剤ガス流路２２１ａの空気流れ下流端に隣接する部位と比較して乾燥しやすい傾向にある。   Next, the operation of the flow channel dividing mechanism 24 when the water content of the membrane electrode assembly 20 changes from the upstream side to the downstream side of the air flow of the oxidizing gas channel 221a will be described. The air in the second divided flow path 221c receives the moisture generated by the power generation reaction of the membrane electrode assembly 20 while flowing, so that the air in the oxidant gas flow path 221a of the membrane electrode assembly 20 is generally used. The portion adjacent to the upstream end of the flow tends to dry more easily than the portion of the oxidizing gas channel 221a adjacent to the downstream end of the air flow.

そのため、例えば図８（ａ）に示すように、膜電極接合体２０の水分量が、酸化剤ガス流路２２１ａの延伸方向ＤＲｒにおいて酸化剤ガス流路２２１ａの空気流れ上流端に近いほど少なくなっている場合が想定される。すなわち、図８（ａ）は、膜電極接合体２０のうち部分的に膜電極接合体２０の水分量が適正量に対して過少になっている部位が存在する状況、要するに、酸化剤ガス流路２２１ａの空気流れ上流端の付近で膜電極接合体２０の水分量が不適となっている状況を示している。   Therefore, for example, as shown in FIG. 8A, the moisture content of the membrane electrode assembly 20 decreases as the water amount in the extending direction DRr of the oxidizing gas flow path 221a is closer to the air flow upstream end of the oxidizing gas flow path 221a. Is assumed. That is, FIG. 8A shows a situation in which there is a part of the membrane electrode assembly 20 where the water content of the membrane electrode assembly 20 is too small relative to an appropriate amount, in other words, the oxidant gas flow. A situation in which the water content of the membrane electrode assembly 20 is inappropriate near the airflow upstream end of the passage 221a is shown.

図８（ａ）（ｂ）では、膜電極接合体２０の水分量はＭＥＡ水分量と略して表示されている。また、図８（ａ）（ｂ）のＷｍは、膜電極接合体２０が効率良く発電する上で適正とされる膜電極接合体２０の適正水分量を表している。また、図８（ａ）に記載の流れ方向とは酸化剤ガス流路２２１ａ内の空気流れの方向であり、その流れ方向は酸化剤ガス流路２２１ａの延伸方向ＤＲｒと同じである。   8A and 8B, the water content of the membrane electrode assembly 20 is abbreviated as MEA water content. In addition, Wm in FIGS. 8A and 8B represents an appropriate amount of water of the membrane electrode assembly 20 that is appropriate for the membrane electrode assembly 20 to efficiently generate power. The flow direction shown in FIG. 8A is the direction of the air flow in the oxidizing gas flow channel 221a, and the flow direction is the same as the extending direction DRr of the oxidizing gas flow channel 221a.

図８（ａ）（ｂ）に示すように、酸化剤ガス流路２２１ａ内で複数の流路分割機構２４は酸化剤ガス流路２２１ａの延伸方向ＤＲｒに沿って並んでいるので、その流路分割機構２４の作動部２４２は、各々の流路分割機構２４の配置箇所毎の膜電極接合体２０の水分量およびその周囲空気の相対湿度に応じて膨張または収縮を行う。すなわち、酸化剤ガス流路２２１ａの延伸方向ＤＲｒにおける膜電極接合体２０の水分量の分布に応じて、ＭＥＡ厚み方向ＤＲｔにおける流路分割機構２４の分割板２４１の位置が定まる。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the plurality of flow path dividing mechanisms 24 are arranged in the oxidizing gas flow path 221a along the extending direction DRr of the oxidizing gas flow path 221a. The operating part 242 of the dividing mechanism 24 expands or contracts in accordance with the water content of the membrane electrode assembly 20 and the relative humidity of the surrounding air at each location where the flow path dividing mechanism 24 is disposed. That is, the position of the dividing plate 241 of the channel dividing mechanism 24 in the MEA thickness direction DRt is determined according to the distribution of the water content of the membrane electrode assembly 20 in the extending direction DRr of the oxidizing gas channel 221a.

従って、上記のように膜電極接合体２０の水分量が、酸化剤ガス流路２２１ａの延伸方向ＤＲｒにおいて酸化剤ガス流路２２１ａの空気流れ上流端に近いほど少なくなっている場合には、流路分割機構２４毎の分割板２４１の位置は作動部２４２によって図８（ｂ）のように制御される。すなわち、流路分割機構２４毎の分割板２４１は、酸化剤ガス流路２２１ａの空気流れ上流端に近いものほど膜電極接合体２０へ接近するように位置決めされる。   Therefore, as described above, when the water content of the membrane electrode assembly 20 is smaller in the extending direction DRr of the oxidizing gas flow path 221a as it is closer to the air flow upstream end of the oxidizing gas flow path 221a, The position of the dividing plate 241 for each road dividing mechanism 24 is controlled by the operating part 242 as shown in FIG. In other words, the dividing plate 241 for each flow path dividing mechanism 24 is positioned so that the closer to the air flow upstream end of the oxidizing gas flow path 221a, the closer to the membrane electrode assembly 20.

これにより、酸化剤ガス流路２２１ａを流れる空気のうち膜電極接合体２０に直接当たる空気の流量すなわち第２分割流路２２１ｃを流れる空気の流量が流路分割機構２４毎に調整される。従って、膜電極接合体２０の水分量は、酸化剤ガス流路２２１ａの延伸方向ＤＲｒにおけるその水分量の分布において、適正水分量に対し部分的に過少であれば、その部分においてだけ矢印ＡＲ２のように引き上げられる。その結果、その膜電極接合体２０の水分量の分布の全体にわたって、膜電極接合体２０の水分量を適正水分量に調節することが可能である。   Thereby, the flow rate of the air flowing directly into the membrane electrode assembly 20 out of the air flowing through the oxidizing gas flow path 221 a, that is, the flow rate of the air flowing through the second divided flow path 221 c is adjusted for each flow path dividing mechanism 24. Therefore, if the water content of the membrane electrode assembly 20 is partially lower than the appropriate water content in the distribution of the water content in the extending direction DRr of the oxidizing gas flow path 221a, the water content of the arrow AR2 is only at that portion. To be raised. As a result, it is possible to adjust the water content of the membrane electrode assembly 20 to an appropriate water content over the entire distribution of the water content of the membrane electrode assembly 20.

上述したように、本実施形態によれば、流路分割機構２４は、膜電極接合体２０の水分量が少ないほど、酸化剤ガス流路２２１ａの流路断面積Ａｔに対する第２分割流路２２１ｃの流路断面積Ａ２の割合である第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。従って、第２分割流路２２１ｃを流れる酸化剤ガス（具体的には、空気）の流量が膜電極接合体２０の水分量に応じて調節される。その結果、膜電極接合体２０からその第２分割流路２２１ｃ内の酸化剤ガスへ移る水分が増減され、膜電極接合体２０の水分量を適正に保つことができる。   As described above, according to the present embodiment, as the water content of the membrane / electrode assembly 20 decreases, the flow path dividing mechanism 24 determines that the second divided flow path 221c relative to the flow path cross-sectional area At of the oxidizing gas flow path 221a. Of the second divided flow path ratio RA2, which is the ratio of the flow path cross-sectional area A2 of FIG. Therefore, the flow rate of the oxidizing gas (specifically, air) flowing through the second divided flow path 221 c is adjusted according to the water content of the membrane electrode assembly 20. As a result, the amount of water transferred from the membrane electrode assembly 20 to the oxidizing gas in the second divided flow path 221c is increased or decreased, and the water content of the membrane electrode assembly 20 can be appropriately maintained.

例えば、これにより、膜電極接合体２０の発電効率を高く維持することが容易になる。   For example, this makes it easy to maintain the power generation efficiency of the membrane electrode assembly 20 high.

また、本実施形態によれば、流路分割機構２４は、その流路分割機構２４まわりを流れる酸化剤ガスの相対湿度に応じて作動する。言い換えれば、流路分割機構２４の作動部２４２は、その酸化剤ガスの相対湿度を検知する検知部とても機能し、その検知した物理量である相対湿度に基づいて作動する。そして、流路分割機構２４は、その酸化剤ガスの相対湿度が低いほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。これにより、流路分割機構２４は、膜電極接合体２０の水分量に相関する物理量であるその酸化剤ガスの相対湿度を利用して、膜電極接合体２０の水分量が少ないほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。従って、膜電極接合体２０の水分量を直接検出することを必要とはせず、酸化剤ガス流路２２１ａ内で流路分割機構２４を配置する自由度を高めることが可能である。   Further, according to the present embodiment, the channel dividing mechanism 24 operates according to the relative humidity of the oxidizing gas flowing around the channel dividing mechanism 24. In other words, the operating unit 242 of the flow path dividing mechanism 24 functions as a detecting unit that detects the relative humidity of the oxidizing gas, and operates based on the detected relative humidity, which is a physical quantity. Then, the flow path dividing mechanism 24 reduces the second divided flow path ratio RA2 as the relative humidity of the oxidizing gas is lower. Thereby, the flow path dividing mechanism 24 uses the relative humidity of the oxidizing gas, which is a physical quantity correlated with the water content of the membrane electrode assembly 20, to perform the second division as the water content of the membrane electrode assembly 20 becomes smaller. The flow rate ratio RA2 is reduced. Therefore, it is not necessary to directly detect the water content of the membrane / electrode assembly 20, and it is possible to increase the degree of freedom in arranging the channel dividing mechanism 24 in the oxidizing gas channel 221a.

また、本実施形態によれば、流路分割機構２４は、第２分割流路割合ＲＡ２を変化させるように作動する作動部２４２を有している。そして、流路分割機構２４は、その作動部２４２の水分量に応じてその作動部２４２が変形する物性によって、膜電極接合体２０の水分量が少ないほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。従って、作動部２４２の物性を利用して流路分割機構２４を簡潔な構成にすることができる。   Further, according to the present embodiment, the flow path dividing mechanism 24 has the operating section 242 that operates to change the second divided flow path ratio RA2. Then, the flow path dividing mechanism 24 reduces the second divided flow path ratio RA2 as the water content of the membrane electrode assembly 20 decreases, due to the physical property of the operating part 242 deforming according to the water content of the operating part 242. . Therefore, the flow path dividing mechanism 24 can be configured to have a simple configuration by utilizing the physical properties of the operating section 242.

また、本実施形態によれば、流路分割機構２４は、酸化剤ガス流路２２１ａを第１分割流路２２１ｂと第２分割流路２２１ｃとに分割する分割板２４１を有している。そして、流路分割機構２４の作動部２４２は、分割板２４１を酸化剤ガス流路部２２１に対し支持する。そして、流路分割機構２４は、作動部２４２の伸縮に起因したＭＥＡ厚み方向ＤＲｔへの分割板２４１の変位によって第２分割流路割合ＲＡ２を変化させる。従って、作動部２４２の伸縮を利用して簡潔な構成で第２分割流路割合ＲＡ２を変化させることが可能である。   Further, according to the present embodiment, the channel dividing mechanism 24 has the dividing plate 241 that divides the oxidizing gas channel 221a into the first divided channel 221b and the second divided channel 221c. The operating portion 242 of the channel dividing mechanism 24 supports the dividing plate 241 with respect to the oxidizing gas channel portion 221. Then, the flow path dividing mechanism 24 changes the second divided flow path ratio RA2 by the displacement of the divided plate 241 in the MEA thickness direction DRt due to the expansion and contraction of the operating portion 242. Therefore, it is possible to change the second divided flow path ratio RA2 with a simple configuration by using the expansion and contraction of the operation section 242.

また、本実施形態によれば、酸化剤ガス流路２２１ａ内を流れる酸化剤ガスを、膜電極接合体２０で生じる電気化学反応に使用すると共に、膜電極接合体２０を冷却する冷却媒体としても使用する空冷式燃料電池として、燃料電池１２は構成されている。従って、膜電極接合体２０の水分量を適正に保つことが可能な構成を空冷式燃料電池に適用することができる。   Further, according to the present embodiment, the oxidizing gas flowing in the oxidizing gas flow path 221a is used for an electrochemical reaction generated in the membrane electrode assembly 20 and also as a cooling medium for cooling the membrane electrode assembly 20. The fuel cell 12 is configured as an air-cooled fuel cell to be used. Therefore, a configuration capable of appropriately maintaining the water content of the membrane electrode assembly 20 can be applied to the air-cooled fuel cell.

また、本実施形態によれば、図８（ａ）（ｂ）に示すように、複数の流路分割機構２４は、酸化剤ガス流路２２１ａ内において、その酸化剤ガス流路２２１ａの延伸方向ＤＲｒへ並んで配置されている。従って、その延伸方向ＤＲｒにおける酸化剤ガス流路２２１ａの中で部分的に第２分割流路割合ＲＡ２を増減することが可能である。そのため、その延伸方向ＤＲｒにおける膜電極接合体２０の水分量分布の全体にわたって、膜電極接合体２０の水分量を適正な量に調節することが可能である。   According to the present embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, the plurality of flow path dividing mechanisms 24 extend within the oxidizing gas flow path 221 a in the extending direction of the oxidizing gas flow path 221 a. DRr are arranged side by side. Therefore, it is possible to partially increase or decrease the second divided flow path ratio RA2 in the oxidizing gas flow path 221a in the extending direction DRr. Therefore, it is possible to adjust the water content of the membrane electrode assembly 20 to an appropriate amount over the entire water content distribution of the membrane electrode assembly 20 in the stretching direction DRr.

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の第１実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。 (2nd Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, points different from the first embodiment will be mainly described. Further, the same or equivalent parts as those in the first embodiment will be omitted or simplified.

本実施形態でも、第１実施形態と同様に、酸化剤ガス流路２２１ａ内に配置された流路分割機構２４は、膜電極接合体２０の水分量が少ないほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする作動をする。この作動は、流路分割機構２４の作動部２４２が膜電極接合体２０の水分量に直接的に反応して為されてもよいし、その膜電極接合体２０の水分量に相関する物理量に反応して為されてもよい。言い換えれば、作動部２４２は、膜電極接合体２０の水分量を検知しなくてもその水分量に相関する物理量を検知すればよい。   Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the flow path dividing mechanism 24 disposed in the oxidizing gas flow path 221a sets the second divided flow path ratio RA2 as the water content of the membrane electrode assembly 20 decreases. Act to make it smaller. This operation may be performed by the operating section 242 of the flow channel dividing mechanism 24 directly reacting to the water content of the membrane electrode assembly 20, or may be performed by a physical quantity correlated with the water content of the membrane electrode assembly 20. It may be made in response. In other words, the operating unit 242 may detect a physical quantity correlated with the water content without detecting the water content of the membrane electrode assembly 20.

その膜電極接合体２０の水分量に相関する物理量とは、例えば流路分割機構２４の作動部２４２まわりを流れる酸化剤ガスの相対湿度、膜電極接合体２０の温度、および、流路分割機構２４の作動部２４２まわりを流れる酸化剤ガスの温度などである。   The physical quantity that correlates to the water content of the membrane electrode assembly 20 includes, for example, the relative humidity of the oxidizing gas flowing around the operating portion 242 of the flow channel splitting mechanism 24, the temperature of the membrane electrode assembly 20, and the flow channel splitting mechanism. The temperature is, for example, the temperature of the oxidizing gas flowing around the operating section 242.

本実施形態では、図９に示す流路分割機構２４の作動部２４２は、その作動部２４２の温度に応じて伸縮変形する物性を備えている。詳細には、作動部２４２は、その作動部２４２の温度が高くなるほどＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに伸びる物性を備えている。例えば、作動部２４２の構成材料として形状記憶合金等などの温度伸縮材を採用することで、作動部２４２は、その作動部２４２の温度に応じて伸縮変形する物性を備えることができる。本実施形態では、作動部２４２全体がその形状記憶合金で構成されている。   In the present embodiment, the operating part 242 of the flow channel dividing mechanism 24 shown in FIG. 9 has physical properties that expand and contract according to the temperature of the operating part 242. Specifically, the operating portion 242 has physical properties that extend in the MEA thickness direction DRt as the temperature of the operating portion 242 increases. For example, by employing a temperature expandable material such as a shape memory alloy as a constituent material of the operation section 242, the operation section 242 can have physical properties that expand and contract according to the temperature of the operation section 242. In the present embodiment, the entire operation portion 242 is made of the shape memory alloy.

また、図９に示すように、本実施形態の流路分割機構２４は、第１実施形態の流路分割機構２４と比較して、酸化剤ガス流路２２１ａ内においてＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに反転して配置されている。本実施形態は、主としてこれらの点において第１実施形態と異なっている。なお、図９において、作動部２４２のうち形状記憶合金で構成される箇所は縦線ハッチングで示され、後述の図１６、１７でも同様に表示されている。本実施形態では作動部２４２の全体が、温度に応じて伸縮する形状記憶合金で構成される箇所となっている。   Further, as shown in FIG. 9, the flow channel dividing mechanism 24 of the present embodiment is inverted in the MEA thickness direction DRt in the oxidizing gas flow channel 221a as compared with the flow channel dividing mechanism 24 of the first embodiment. It is arranged. The present embodiment differs from the first embodiment mainly in these points. Note that, in FIG. 9, portions of the operating portion 242 that are formed of the shape memory alloy are indicated by vertical hatching, and are similarly displayed in FIGS. In the present embodiment, the entire operation portion 242 is a portion made of a shape memory alloy that expands and contracts according to temperature.

具体的には、酸化剤ガス流路部２２１は、膜電極接合体２０の一面２０１とＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに対向し酸化剤ガス流路２２１ａに面する対向内壁面２２１ｄを有している。そして、本実施形態の流路分割機構２４の作動部２４２は、その対向内壁面２２１ｄと分割板２４１との間に配設されている。例えばその作動部２４２は、その対向内壁面２２１ｄと分割板２４１との各々に対し接着などで接合されている。   Specifically, the oxidizing gas passage 221 has an inner wall surface 221d facing the one surface 201 of the membrane electrode assembly 20 in the MEA thickness direction DRt and facing the oxidizing gas passage 221a. The operating portion 242 of the channel dividing mechanism 24 of the present embodiment is disposed between the opposing inner wall surface 221d and the dividing plate 241. For example, the operating portion 242 is bonded to each of the opposing inner wall surface 221d and the split plate 241 by bonding or the like.

このように構成された流路分割機構２４は、作動部２４２の温度に応じて伸縮変形する上記物性によって、膜電極接合体２０の水分量が少ないほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。   The flow path dividing mechanism 24 configured as described above reduces the second divided flow path ratio RA2 as the water content of the membrane electrode assembly 20 decreases, due to the above-described physical properties that expand and contract according to the temperature of the operating portion 242.

そして、図９に示すように、作動部２４２は酸化剤ガス流路２２１ａ内の酸化剤ガスに晒されている。そのため、流路分割機構２４は、その流路分割機構２４まわりを流れる酸化剤ガスの温度に応じて作動し、その酸化剤ガスの温度が高いほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。   Then, as shown in FIG. 9, the operating section 242 is exposed to the oxidizing gas in the oxidizing gas flow path 221a. Therefore, the flow path dividing mechanism 24 operates according to the temperature of the oxidizing gas flowing around the flow path dividing mechanism 24, and the higher the temperature of the oxidizing gas, the smaller the second divided flow path ratio RA2.

また、流路分割機構２４の作動部２４２は、セパレータ２２を介して膜電極接合体２０からの熱が伝わるように配置されている。そのため、流路分割機構２４は、膜電極接合体２０の温度に応じた作動も行う。つまり、流路分割機構２４は、その膜電極接合体２０の温度が高いほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする作動も行う。なお、酸化剤ガス流路２２１ａ内の酸化剤ガスの温度および膜電極接合体２０の温度は互いに同じように変化するので、その両方の温度が流路分割機構２４の作動に影響することに対し問題は生じない。   The operating part 242 of the flow channel dividing mechanism 24 is arranged so that heat from the membrane electrode assembly 20 is transmitted through the separator 22. Therefore, the channel dividing mechanism 24 also performs an operation according to the temperature of the membrane electrode assembly 20. That is, the channel dividing mechanism 24 also performs an operation of decreasing the second divided channel ratio RA2 as the temperature of the membrane electrode assembly 20 increases. Since the temperature of the oxidizing gas in the oxidizing gas flow path 221a and the temperature of the membrane electrode assembly 20 change in the same manner, both temperatures affect the operation of the flow path dividing mechanism 24. No problem.

本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。   In the present embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the first embodiment, which are obtained from the same configuration as the first embodiment.

また、本実施形態によれば、流路分割機構２４は、膜電極接合体２０の温度に応じて作動し、その膜電極接合体２０の温度が高いほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。これにより、流路分割機構２４は、膜電極接合体２０の温度を利用して、膜電極接合体２０の水分量が少ないほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。従って、膜電極接合体２０の水分量を直接検出することを必要とはせず、酸化剤ガス流路２２１ａ内で流路分割機構２４を配置する自由度を高めることが可能である。   Further, according to the present embodiment, the flow channel dividing mechanism 24 operates according to the temperature of the membrane electrode assembly 20, and the higher the temperature of the membrane electrode assembly 20, the smaller the second divided flow channel ratio RA2. . Thereby, the flow path dividing mechanism 24 uses the temperature of the membrane electrode assembly 20 to reduce the second divided flow path ratio RA2 as the water content of the membrane electrode assembly 20 decreases. Therefore, it is not necessary to directly detect the water content of the membrane / electrode assembly 20, and it is possible to increase the degree of freedom in arranging the channel dividing mechanism 24 in the oxidizing gas channel 221a.

また、本実施形態によれば、流路分割機構２４は、流路分割機構２４まわりを流れる酸化剤ガスの温度に応じて作動し、その酸化剤ガスの温度が高いほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。これにより、流路分割機構２４は、流路分割機構２４まわりを流れる酸化剤ガスの温度を利用して、膜電極接合体２０の水分量が少ないほど第２分割流路割合ＲＡ２を小さくする。従って、膜電極接合体２０の水分量を直接検出することを必要とはせず、酸化剤ガス流路２２１ａ内で流路分割機構２４を配置する自由度を高めることが可能である。なお、作動部２４２の温度に対応する酸化剤ガス流路２２１ａ内の酸化剤ガスの温度または膜電極接合体２０の温度が高いほど膜電極接合体２０は乾くので、その膜電極接合体２０の水分量は少なくなる。   Further, according to the present embodiment, the flow path dividing mechanism 24 operates according to the temperature of the oxidizing gas flowing around the flow path dividing mechanism 24, and the higher the temperature of the oxidizing gas, the higher the second divided flow rate ratio. Reduce RA2. Accordingly, the flow path dividing mechanism 24 uses the temperature of the oxidizing gas flowing around the flow path dividing mechanism 24 to reduce the second divided flow path ratio RA2 as the water content of the membrane electrode assembly 20 decreases. Therefore, it is not necessary to directly detect the water content of the membrane / electrode assembly 20, and it is possible to increase the degree of freedom in arranging the channel dividing mechanism 24 in the oxidizing gas channel 221a. Since the membrane electrode assembly 20 dries as the temperature of the oxidant gas in the oxidant gas flow path 221a corresponding to the temperature of the operating portion 242 or the temperature of the membrane electrode assembly 20 increases, the membrane electrode assembly 20 The water content is reduced.

（他の実施形態）
（１）上述の第１実施形態では、作動部２４２の材質としてナイロン６またはナイロン６６などが例示されているが、作動部２４２の材質は、それ以外のポリアミド樹脂または他の合成樹脂であってもよいし、樹脂以外のものであってもよい。 (Other embodiments)
(1) In the above-described first embodiment, nylon 6 or nylon 66 is exemplified as the material of the operating portion 242. However, the material of the operating portion 242 is other polyamide resin or other synthetic resin. Or a material other than resin.

（２）上述の第１実施形態において、流路分割機構２４の作動部２４２の例えば全体が、ナイロン６またはナイロン６６などの材質から成る水膨張収縮材で構成されているが、これは一例である。例えば図１０および図１１に示すように、流路分割機構２４の作動部２４２のうちの一部分が水膨張収縮材で構成されているだけであっても差し支えない。なお、図１０および図１１において、作動部２４２のうち水膨張収縮材で構成される箇所は縦線ハッチングで示され、後述の図１２〜１５でも同様に表示されている。   (2) In the above-described first embodiment, for example, the entire operation part 242 of the flow path dividing mechanism 24 is made of a water expansion / contraction material made of a material such as nylon 6 or nylon 66, but this is an example. is there. For example, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, a part of the operating part 242 of the flow path dividing mechanism 24 may be constituted only by the water expansion / contraction material. In FIGS. 10 and 11, portions of the operating portion 242 that are formed of the water expansion / contraction material are indicated by vertical hatching, and are similarly displayed in FIGS. 12 to 15 described below.

（３）上述の第１実施形態では、図３に示すように、流路分割機構２４の作動部２４２は、セパレータ２２に対し直接には接触していないが、これは一例である。例えば図１２に示すように、作動部２４２は、その一部分においてセパレータ２２と膜電極接合体２０とに直接に接触していても差し支えない。図１２の例では、セパレータ２２の酸化剤ガス流路部２２１と膜電極接合体２０とによって一対の溝が形成され、その一対の溝へ２つの作動部２４２がそれぞれ嵌め入れられている。   (3) In the above-described first embodiment, as shown in FIG. 3, the operating portion 242 of the flow path dividing mechanism 24 does not directly contact the separator 22, but this is an example. For example, as shown in FIG. 12, the operating part 242 may be in direct contact with the separator 22 and the membrane electrode assembly 20 at a part thereof. In the example of FIG. 12, a pair of grooves is formed by the oxidizing gas flow path 221 of the separator 22 and the membrane electrode assembly 20, and the two operating portions 242 are fitted into the pair of grooves, respectively.

また、図１２に示される作動部２４２では、ＭＥＡ厚み方向ＤＲｔの膜電極接合体２０側の端部が膜電極接合体２０の一面２０１に沿った向きに拡幅している。そのため、第１実施形態と比較して、図１２では膜電極接合体２０に対する作動部２４２の接触面積が拡大している。従って、膜電極接合体２０の水分量の変化に対し応答性良く作動部２４２を膨張収縮させることが可能である。   Further, in the operating portion 242 shown in FIG. 12, the end on the membrane electrode assembly 20 side in the MEA thickness direction DRt is widened in a direction along one surface 201 of the membrane electrode assembly 20. Therefore, as compared with the first embodiment, in FIG. 12, the contact area of the operating portion 242 with the membrane electrode assembly 20 is increased. Therefore, it is possible to expand and contract the operating portion 242 with good responsiveness to a change in the water content of the membrane electrode assembly 20.

また、図１２とは別の例として図１３に示すように、作動部２４２は、膜電極接合体２０に対し離れて配置され、作動部２４２の一部分においてセパレータ２２に直接に接触していても差し支えない。図１３の例では、セパレータ２２の酸化剤ガス流路部２２１のうち膜電極接合体２０から離れた位置に一対の溝が形成され、その一対の溝へ２つの作動部２４２がそれぞれ嵌め入れられている。   Further, as shown in FIG. 13 as an example different from FIG. 12, the operation part 242 is disposed apart from the membrane electrode assembly 20 and even if it is in direct contact with the separator 22 in a part of the operation part 242. No problem. In the example of FIG. 13, a pair of grooves is formed in the oxidizing gas flow path portion 221 of the separator 22 at a position away from the membrane electrode assembly 20, and the two operating portions 242 are fitted into the pair of grooves, respectively. ing.

（４）上述の第１実施形態では、図３に示すように、流路分割機構２４の分割板２４１は平板状であるが、その分割板２４１の形状に限定はない。例えば図１４に示すように、分割板２４１は湾曲していても差し支えない。図１４の例では、分割板２４１は、ＭＥＡ厚み方向ＤＲｔの膜電極接合体２０側へ膨らむように湾曲している。   (4) In the above-described first embodiment, as shown in FIG. 3, the dividing plate 241 of the flow path dividing mechanism 24 has a flat plate shape, but the shape of the dividing plate 241 is not limited. For example, as shown in FIG. 14, the dividing plate 241 may be curved. In the example of FIG. 14, the dividing plate 241 is curved so as to expand toward the membrane electrode assembly 20 in the MEA thickness direction DRt.

また、図３の作動部２４２は全体が水膨張収縮材で構成されているが、例えば、作動部２４２を水膨張収縮材で構成せずに、例えば作動部２４２の、分割板２４１と接触する側に溝を形成し、この溝内に水膨張収縮材を嵌合し、この水膨張収縮材の非膨張時には水膨張収縮材と溝の底部との間に隙間を形成してもよい。そして、水膨張収縮材が膨張し、溝との隙間を埋めて更に膨張すると、分割板２４１を図３の矢印ＡＲｕ方向へ押し上げるように構成してもよい。この場合の例では、湿度が所定値以下の場合には第２分流流路２２１ｃの割合は一定であるが、湿度が所定値を超えると分割板２４１が図３の矢印ＡＲｕ方向へ押し上げられて第２分流流路２２１ｃの割合が変化するという作用を果たす。   Further, the operating portion 242 in FIG. 3 is entirely made of a water expansion / contraction material. For example, the operation portion 242 is not made of a water expansion / contraction material, and comes into contact with, for example, the dividing plate 241 of the operation portion 242. A groove may be formed on the side, and a water expansion / contraction material may be fitted in the groove, and a gap may be formed between the water expansion / contraction material and the bottom of the groove when the water expansion / contraction material is not expanded. Then, when the water expansion / contraction material expands and fills the gap with the groove and further expands, the dividing plate 241 may be pushed up in the direction of the arrow ARu in FIG. In this example, when the humidity is equal to or less than the predetermined value, the ratio of the second branch flow channel 221c is constant. However, when the humidity exceeds the predetermined value, the dividing plate 241 is pushed up in the direction of the arrow ARu in FIG. The function of changing the ratio of the second branch flow channel 221c is achieved.

（５）上述の第１実施形態では、図３に示すように、作動部２４２は、ＭＥＡ厚み方向ＤＲｔにおいて膜電極接合体２０と分割板２４１との間に配置されているが、作動部２４２と分割板２４１との相互配置関係がこれに限定されるわけではない。例えば図１５に示すように、作動部２４２は、分割板２４１から連続的に延設されるように形成され、作動部２４２と分割板２４１とが一体構造になっていても差し支えない。   (5) In the above-described first embodiment, as illustrated in FIG. 3, the operation unit 242 is disposed between the membrane electrode assembly 20 and the split plate 241 in the MEA thickness direction DRt. However, the mutual arrangement relationship between and the dividing plate 241 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 15, the operating portion 242 is formed so as to extend continuously from the dividing plate 241, and the operating portion 242 and the dividing plate 241 may have an integral structure.

図１５の例では、分割板２４１の両端それぞれに一対の作動部２４２が接続され、その分割板２４１と一対の作動部２４２とが１枚の板状物を構成している。そして、その板状物の両端はそれぞれ、セパレータ２２の酸化剤ガス流路部２２１に形成された一対の溝へ嵌め入れられ、これにより、その板状物はセパレータ２２に対し保持されている。更に、その板状物は、作動部２４２が乾燥して最も収縮した状態でも、破線Ｓ０で示すように、ＭＥＡ厚み方向ＤＲｔの膜電極接合体２０側とは反対側へ膨らむように湾曲した形状を維持している。図１５では、作動部２４２が乾燥して最も収縮した状態における上記板状物の外形が破線Ｓ０で示され、作動部２４２が或る程度水分を吸収して膨張した状態における上記板状物の外形が実線で示されている。   In the example of FIG. 15, a pair of operating portions 242 are connected to both ends of the split plate 241, respectively, and the split plate 241 and the pair of operating portions 242 form a single plate. Then, both ends of the plate are respectively fitted into a pair of grooves formed in the oxidant gas flow path 221 of the separator 22, whereby the plate is held by the separator 22. Further, the plate-like object has a curved shape that swells to the opposite side to the membrane electrode assembly 20 side in the MEA thickness direction DRt as shown by the broken line S0 even when the operating portion 242 is dried and contracted most. Has been maintained. In FIG. 15, the outer shape of the plate-like object in a state where the operating part 242 is dried and contracted most is indicated by a broken line S0, and the plate-like object in a state where the operating part 242 has expanded to a certain extent by absorbing moisture. The outline is shown by a solid line.

（６）上述の第２実施形態において、流路分割機構２４の作動部２４２の例えば全体が、温度に応じて伸縮する形状記憶合金で構成されているが、これは一例である。例えば図１６および図１７に示すように、流路分割機構２４の作動部２４２のうちの一部分が上記形状記憶合金で構成されているだけであっても差し支えない。   (6) In the above-described second embodiment, for example, the entire operation part 242 of the flow path dividing mechanism 24 is made of a shape memory alloy that expands and contracts according to temperature, but this is only an example. For example, as shown in FIGS. 16 and 17, a part of the operating portion 242 of the flow path dividing mechanism 24 may be formed only of the shape memory alloy.

（７）上述の第２実施形態において、流路分割機構２４の作動部２４２は、図９に示すように酸化剤ガス流路部２２１の対向内壁面２２１ｄと分割板２４１との間に配設されているが、これは一例である。例えば図３に示すように、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、作動部２４２は、膜電極接合体２０の一面２０１と分割板２４１との間に配設されていても差し支えない。但し、そのようにした場合には、作動部２４２は、その作動部２４２の温度が高くなるほどＭＥＡ厚み方向ＤＲｔに縮む物性を備えている必要がある。そのような物性も、作動部２４２の構成材料として例えば形状記憶合金を採用することで実現することが可能である。   (7) In the above-described second embodiment, the operating portion 242 of the flow channel dividing mechanism 24 is disposed between the opposed inner wall surface 221d of the oxidizing gas flow channel portion 221 and the split plate 241 as shown in FIG. However, this is only an example. For example, as shown in FIG. 3, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the operating portion 242 may be disposed between the one surface 201 of the membrane electrode assembly 20 and the dividing plate 241. Absent. However, in such a case, the operating portion 242 needs to have a property of shrinking in the MEA thickness direction DRt as the temperature of the operating portion 242 increases. Such physical properties can also be realized by employing, for example, a shape memory alloy as a constituent material of the operation section 242.

（８）上述の各実施形態では、膜電極接合体２０の水分量に相関する物理量に反応して伸縮する作動部２４２の物性により、第２分割流路割合ＲＡ２は調節されるが、これは一例である。例えば、膜電極接合体２０の水分量またはその水分量に相関する物理量がセンサによって検出され、流路分割機構２４の作動部２４２は、そのセンサの検出値に基づいた電気的な制御により伸縮させられてもよい。   (8) In each of the above-described embodiments, the second divided flow path ratio RA2 is adjusted by the physical properties of the operating portion 242 that expands and contracts in response to a physical quantity correlated to the water content of the membrane electrode assembly 20. This is an example. For example, the moisture content of the membrane electrode assembly 20 or a physical quantity correlated with the moisture content is detected by a sensor, and the operating portion 242 of the flow path dividing mechanism 24 is expanded and contracted by electrical control based on the detection value of the sensor. You may be.

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記の他の実施形態を含む各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications and modifications within an equivalent range. The embodiments including the above-described other embodiments are not irrelevant to each other, and can be appropriately combined unless a combination is clearly impossible.

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。   In each of the above embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiments are not necessarily essential, unless otherwise clearly indicated as being essential or in principle considered to be clearly essential. No. In each of the above embodiments, when a numerical value such as the number, numerical value, amount, range, or the like of the constituent elements of the exemplary embodiment is mentioned, it is particularly limited to a specific number when it is clearly stated that it is essential and in principle. The number is not limited to the specific number unless otherwise specified.

また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。   Further, in each of the above embodiments, when referring to the material, shape, positional relationship, and the like of the constituent elements, unless otherwise specified, and in principle, it is limited to a specific material, shape, positional relationship, and the like. It is not limited to the material, shape, positional relationship, and the like.

（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、流路分割機構は、膜電極接合体の水分量が少ないほど、酸化剤ガス流路の流路断面積に対する第２分割流路の流路断面積の割合である第２分割流路割合を小さくする。 (Summary)
According to the first aspect shown in a part or all of the above embodiments, the flow path dividing mechanism is configured such that the smaller the water content of the membrane / electrode assembly is, the more the flow path cross-sectional area of the oxidizing gas flow path becomes. The ratio of the second divided channel, which is the ratio of the cross-sectional area of the two divided channels, is reduced.

また、第２の観点によれば、流路分割機構は、その流路分割機構まわりを流れる酸化剤ガスの相対湿度に応じて作動し、その相対湿度が低いほど第２分割流路割合を小さくする。従って、膜電極接合体の水分量を直接検出することを必要とはせず、酸化剤ガス流路内で流路分割機構を配置する自由度を高めることが可能である。   Further, according to the second aspect, the flow path dividing mechanism operates according to the relative humidity of the oxidizing gas flowing around the flow path dividing mechanism, and the lower the relative humidity, the smaller the ratio of the second divided flow path. I do. Therefore, it is not necessary to directly detect the water content of the membrane electrode assembly, and it is possible to increase the degree of freedom in arranging the flow path dividing mechanism in the oxidizing gas flow path.

また、第３の観点によれば、流路分割機構は、膜電極接合体の温度に応じて作動し、その膜電極接合体の温度が高いほど第２分割流路割合を小さくする。従って、膜電極接合体の水分量を直接検出することを必要とはせず、酸化剤ガス流路内で流路分割機構を配置する自由度を高めることが可能である。   Further, according to the third aspect, the flow channel dividing mechanism operates in accordance with the temperature of the membrane electrode assembly. The higher the temperature of the membrane electrode assembly, the smaller the ratio of the second divided flow channel. Therefore, it is not necessary to directly detect the water content of the membrane electrode assembly, and it is possible to increase the degree of freedom in arranging the flow path dividing mechanism in the oxidizing gas flow path.

また、第４の観点によれば、流路分割機構は、流路分割機構まわりを流れる酸化剤ガスの温度に応じて作動し、その酸化剤ガスの温度が高いほど第２分割流路割合を小さくする。従って、膜電極接合体の水分量を直接検出することを必要とはせず、酸化剤ガス流路内で流路分割機構を配置する自由度を高めることが可能である。   Further, according to the fourth aspect, the flow path dividing mechanism operates according to the temperature of the oxidizing gas flowing around the flow path dividing mechanism, and the higher the temperature of the oxidizing gas, the higher the ratio of the second divided flow path. Make it smaller. Therefore, it is not necessary to directly detect the water content of the membrane electrode assembly, and it is possible to increase the degree of freedom in arranging the flow path dividing mechanism in the oxidizing gas flow path.

また、第５の観点によれば、流路分割機構は、第２分割流路割合を変化させるように作動する作動部を有する。そして、流路分割機構は、その作動部の水分量または温度に応じてその作動部が変形する物性によって、膜電極接合体の水分量が少ないほど第２分割流路割合を小さくする。従って、作動部の物性を利用して流路分割機構を簡潔な構成にすることができる。   Further, according to a fifth aspect, the flow channel dividing mechanism has an operating unit that operates to change the second divided flow channel ratio. The flow channel dividing mechanism reduces the second divided flow channel ratio as the water content of the membrane electrode assembly decreases, due to the physical properties of the operating portion deforming according to the water content or temperature of the operating portion. Therefore, it is possible to make the channel dividing mechanism simple by utilizing the physical properties of the operating portion.

また、第６の観点によれば、流路分割機構は、酸化剤ガス流路を第１分割流路と第２分割流路とに分割する分割板を有し、作動部は、分割板を酸化剤ガス流路部に対し支持する。そして、流路分割機構は、作動部の伸縮に起因した厚み方向への分割板の変位によって第２分割流路割合を変化させる。従って、作動部の伸縮を利用して簡潔な構成で第２分割流路割合を変化させることが可能である。   According to a sixth aspect, the flow path dividing mechanism has a dividing plate that divides the oxidizing gas flow path into a first divided flow path and a second divided flow path, and the operating unit includes a dividing plate. It is supported on the oxidant gas flow path. The flow path dividing mechanism changes the ratio of the second divided flow path by the displacement of the divided plate in the thickness direction caused by the expansion and contraction of the operating portion. Therefore, it is possible to change the ratio of the second divided flow path with a simple configuration by utilizing the expansion and contraction of the operating portion.

また、第７の観点によれば、酸化剤ガス流路内を流れる酸化剤ガスを、膜電極接合体で生じる電気化学反応に使用すると共に、膜電極接合体を冷却する冷却媒体としても使用する空冷式燃料電池として、燃料電池は構成されている。従って、膜電極接合体の水分量を適正に保つことが可能な構成を空冷式燃料電池に適用することができる。   According to the seventh aspect, the oxidizing gas flowing in the oxidizing gas flow path is used for an electrochemical reaction generated in the membrane electrode assembly, and is also used as a cooling medium for cooling the membrane electrode assembly. A fuel cell is configured as an air-cooled fuel cell. Therefore, a configuration capable of appropriately maintaining the water content of the membrane electrode assembly can be applied to the air-cooled fuel cell.

また、第８の観点によれば、複数の流路分割機構は、酸化剤ガス流路内において、その酸化剤ガス流路が延伸する方向へ並んで配置されている。従って、その延伸する方向における酸化剤ガス流路の中で部分的に第２分割流路割合を増減することが可能である。そのため、その延伸する方向における膜電極接合体の水分量分布の全体にわたって、膜電極接合体の水分量を適正な量に調節することが可能である。   Further, according to the eighth aspect, the plurality of flow path dividing mechanisms are arranged in the oxidizing gas flow path in a direction in which the oxidizing gas flow path extends. Therefore, it is possible to partially increase or decrease the ratio of the second divided flow path in the oxidizing gas flow path in the extending direction. Therefore, it is possible to adjust the water content of the membrane electrode assembly to an appropriate amount over the entire water content distribution of the membrane electrode assembly in the extending direction.

１２ 燃料電池
２０ 膜電極接合体
２４ 複数の流路分割機構
２０１ 膜電極接合体の一面
２２１ 酸化剤ガス流路部
２２１ａ 酸化剤ガス流路
２２１ｂ 第１分割流路
２２１ｃ 第２分割流路
ＤＲｔ ＭＥＡ厚み方向（膜電極接合体の厚み方向） DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Fuel cell 20 Membrane electrode assembly 24 Plural channel dividing mechanism 201 One surface of membrane electrode assembly 221 Oxidant gas channel 221a Oxidant gas channel 221b First split channel 221c Second split channel DRt MEA thickness Direction (thickness direction of membrane electrode assembly)

Claims (7)

電解質膜の両面に電極が配設された膜電極接合体（２０）と、
該膜電極接合体の一面（２０１）側に配置され、該膜電極接合体へ供給される酸化剤ガスが流れ該膜電極接合体に沿って延びる酸化剤ガス流路（２２１ａ）が形成された酸化剤ガス流路部（２２１）と、
前記酸化剤ガス流路内に配置され、前記酸化剤ガス流路を第１分割流路（２２１ｂ）と第２分割流路（２２１ｃ）とに分割する流路分割機構（２４）とを備え、
前記第２分割流路は、前記膜電極接合体の厚み方向（ＤＲｔ）において該膜電極接合体と前記第１分割流路との間に位置し、
前記流路分割機構は、前記膜電極接合体の水分量が少ないほど、前記酸化剤ガス流路の流路断面積（Ａｔ）に対する前記第２分割流路の流路断面積（Ａ２）の割合である第２分割流路割合（ＲＡ２）を小さくし、
前記流路分割機構は複数設けられ、
該複数の流路分割機構は、前記酸化剤ガス流路内において、該酸化剤ガス流路が延伸する方向（ＤＲｒ）へ並んで配置されている燃料電池。 A membrane electrode assembly (20) having electrodes disposed on both sides of the electrolyte membrane;
An oxidizing gas flow path (221a) is disposed on one surface (201) of the membrane electrode assembly, through which the oxidizing gas supplied to the membrane electrode assembly flows and extends along the membrane electrode assembly. An oxidizing gas passage section (221);
A channel dividing mechanism (24) disposed in the oxidizing gas channel and dividing the oxidizing gas channel into a first split channel (221b) and a second split channel (221c);
The second divided flow path is located between the membrane electrode assembly and the first divided flow path in a thickness direction (DRt) of the membrane electrode assembly;
The flow path dividing mechanism is configured such that, as the water content of the membrane electrode assembly is smaller, a ratio of a flow path cross-sectional area (A2) of the second divided flow path to a flow path cross-sectional area (At) of the oxidizing gas flow path. The second divided flow path ratio (RA2) ,
A plurality of the flow path dividing mechanisms are provided,
The fuel cell , wherein the plurality of flow path dividing mechanisms are arranged in the oxidizing gas flow path in a direction (DRr) in which the oxidizing gas flow path extends . 前記流路分割機構は、該流路分割機構まわりを流れる酸化剤ガスの相対湿度に応じて作動し、該相対湿度が低いほど前記第２分割流路割合を小さくする請求項１に記載の燃料電池。   2. The fuel according to claim 1, wherein the flow path dividing mechanism operates in accordance with a relative humidity of the oxidizing gas flowing around the flow path dividing mechanism, and the lower the relative humidity, the smaller the ratio of the second divided flow path. 3. battery. 前記流路分割機構は、前記膜電極接合体の温度に応じて作動し、該膜電極接合体の温度が高いほど前記第２分割流路割合を小さくする請求項１に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the flow channel dividing mechanism operates according to a temperature of the membrane electrode assembly, and the higher the temperature of the membrane electrode assembly, the smaller the ratio of the second divided flow channel. 3. 前記流路分割機構は、前記流路分割機構まわりを流れる酸化剤ガスの温度に応じて作動し、該酸化剤ガスの温度が高いほど前記第２分割流路割合を小さくする請求項１に記載の燃料電池。   The said flow-path division | segmentation mechanism operates according to the temperature of the oxidizing gas which flows around the said flow-path division | segmentation mechanism, The said 2nd division | segmentation flow path ratio is made small, so that the temperature of this oxidizing gas is high. Fuel cell. 前記流路分割機構は、前記第２分割流路割合を変化させるように作動する作動部（２４２）を有し、
前記流路分割機構は、前記作動部の水分量または温度に応じて該作動部が変形する物性によって、前記膜電極接合体の水分量が少ないほど前記第２分割流路割合を小さくする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池。 The flow path dividing mechanism has an operation unit (242) that operates to change the second divided flow path ratio,
The flow path dividing mechanism may reduce the second divided flow path ratio as the water content of the membrane / electrode assembly decreases, due to physical properties of the operating section deforming according to the water content or temperature of the operating section. 5. The fuel cell according to any one of 1 to 4, 前記流路分割機構は、前記酸化剤ガス流路を前記第１分割流路と前記第２分割流路とに分割する分割板（２４１）を有し、
前記作動部は、前記分割板を前記酸化剤ガス流路部に対し支持し、
前記流路分割機構は、前記作動部の伸縮に起因した前記厚み方向への前記分割板の変位によって前記第２分割流路割合を変化させる請求項５に記載の燃料電池。 The flow path dividing mechanism includes a dividing plate (241) that divides the oxidizing gas flow path into the first divided flow path and the second divided flow path.
The operating portion supports the split plate with respect to the oxidizing gas flow path portion,
The fuel cell according to claim 5, wherein the flow path dividing mechanism changes the ratio of the second divided flow path by displacement of the split plate in the thickness direction due to expansion and contraction of the operating portion. 前記酸化剤ガス流路内を流れる酸化剤ガスを、前記膜電極接合体で生じる電気化学反応に使用すると共に、前記膜電極接合体を冷却する冷却媒体としても使用する空冷式燃料電池として構成された請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池。   The oxidant gas flowing in the oxidant gas flow path is used as an air-cooled fuel cell that is used for an electrochemical reaction generated in the membrane electrode assembly and also used as a cooling medium for cooling the membrane electrode assembly. The fuel cell according to any one of claims 1 to 6.
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