JPH07249418A - Electrolytic film and manufacture thereof, and fuel cell - Google Patents

Electrolytic film and manufacture thereof, and fuel cell

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JPH07249418A
JPH07249418A JP6067733A JP6773394A JPH07249418A JP H07249418 A JPH07249418 A JP H07249418A JP 6067733 A JP6067733 A JP 6067733A JP 6773394 A JP6773394 A JP 6773394A JP H07249418 A JPH07249418 A JP H07249418A
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JP
Japan
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electrolyte membrane
ion exchange
water
grooves
fuel cell
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Japanese (ja)
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Yasuhiro Nonobe
康宏 野々部
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
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    • H01M8/1086After-treatment of the membrane other than by polymerisation
    • H01M8/1093After-treatment of the membrane other than by polymerisation mechanical, e.g. pressing, puncturing
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    • H01M8/1041Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PURPOSE:To manufacture an electrolyte film provided with passages formed inside thereof. CONSTITUTION:Multiple grooves are formed over the whole of one surface of an ion exchange membrane forming an electrolytic film (process 1). These grooves are formed by, for example, rotating a brushing roll, in which multiple nylon hairs are embedded, to push it to the surface of the ion exchange membrane, and the ion exchange membrane is bored by the nylon hairs. Two ion exchange membranes, which are respectively formed with multiple grooves over the whole of one surface thereof, are unified in condition that the surfaces formed with the grooves are arranged inside to form an electrolytic film (process 2). Two ion exchange membranes are unified by the hot-pressing for applying the pressure at 4MPa or 6MPa at 145 deg.C-155 deg.C of temperature. With these processes, the electrolytic film provided with passages formed inside thereof can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電解質膜およびその製
造方法ならびに燃料電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrolyte membrane, a method for producing the same, and a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】電解質膜を備えた燃料電池のアノードで
は、次式に示すとおり、水素から電子を分離させて水素
イオンを発生する反応が行なわれ、カソードでは、水素
イオンと電子と酸素とから水を生成する反応が行なわれ
る。このアノードで発生する水素イオンは、電解質膜中
の水と結合し、結合した水と共に電解質膜中をカソード
へ移動する。したがって、電解質膜のアノード側に水を
補給しなければ、電解質膜のアノード側は、次第に水が
不足し、水素イオンの移動を妨げて反応を停止させてし
まう場合を生じる。このため、電極反応を連続的に行な
うには、電解質膜のアノード側に水を補給して電解質膜
を常に湿潤状態に保つ必要がある。
2. Description of the Related Art In an anode of a fuel cell provided with an electrolyte membrane, a reaction of separating electrons from hydrogen to generate hydrogen ions is carried out as shown by the following equation, and in a cathode, hydrogen ions, electrons and oxygen are used. The reaction producing water is carried out. Hydrogen ions generated at the anode combine with water in the electrolyte membrane and move with the bound water in the electrolyte membrane to the cathode. Therefore, unless water is replenished to the anode side of the electrolyte membrane, the anode side of the electrolyte membrane gradually becomes insufficient in water, which may hinder the movement of hydrogen ions and stop the reaction. Therefore, in order to continuously carry out the electrode reaction, it is necessary to replenish the anode side of the electrolyte membrane with water to keep the electrolyte membrane in a wet state at all times.

【0003】 カソード反応:2H++2e-+(1/2)O2→H2O アノード反応:H2→2H++2e- Cathode reaction: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e

【0004】電解質膜を湿潤状態に保つ手法としては、
電解質膜の内部に通路を設け、この通路を介して電解質
膜に水を供給するものが提案されている(例えば、特開
平4−259759号公報)。この手法に用いられる電
解質膜は、一定間隔に平行に配置した耐蝕性の縒糸を2
つのイオン交換膜で挟持し、この状態で、150℃の温
度と5MPa{51Kgf/cm2}の圧力とを同時に加えて
一体化して形成され、2つのイオン交換膜で挟持した縒
糸が、電解質膜内の水の通路をなす。
As a method for keeping the electrolyte membrane in a wet state,
It has been proposed to provide a passage inside the electrolyte membrane and supply water to the electrolyte membrane through the passage (for example, JP-A-4-259759). The electrolyte membrane used in this method is composed of two corrosion resistant twisted yarns arranged in parallel at regular intervals.
It is sandwiched between two ion exchange membranes, and in this state, a twisted yarn sandwiched between two ion exchange membranes is formed by integrating a temperature of 150 ° C. and a pressure of 5 MPa {51 Kgf / cm 2 } at the same time. Provides a passage for water in the membrane.

【0005】また、この電解質膜を用いた燃料電池は、
電解質膜内に形成した水の通路により連絡した2つの液
溜を単電池内に設け、一方の液溜内の水圧を高めること
により電解質膜の水の通路に水を供給する。
Further, a fuel cell using this electrolyte membrane is
Two liquid reservoirs connected by a water passage formed in the electrolyte membrane are provided in the single cell, and water is supplied to the water passage of the electrolyte membrane by increasing the water pressure in one of the liquid reservoirs.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
解質膜を製造するには、電解質膜に均等に水を供給する
必要から、比較的狭い間隔に縒糸を配置しなければなら
ず、製造が困難であるという問題があった。例えば、特
開平4−259759号公報記載の電解質膜では、直径
約0.1mmの縒糸を約1mm間隔で規則正しく配置す
るとされており、極めて高い精度の配置が必要とされ
る。また、この電解質膜には、実質的な水の通路に加え
て縒糸が存在するため、電解質膜の薄膜化を阻害する要
因ともなっていた。
However, in order to manufacture this electrolyte membrane, since it is necessary to uniformly supply water to the electrolyte membrane, it is necessary to dispose the knitting yarns at relatively narrow intervals, which makes the manufacture difficult. There was a problem that was. For example, in the electrolyte membrane described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-259759, it is said that the twisted yarns having a diameter of about 0.1 mm are regularly arranged at intervals of about 1 mm, and it is necessary to arrange them with extremely high accuracy. In addition, since the twisted yarn is present in this electrolyte membrane in addition to the substantial passage of water, it has been a factor that hinders the thinning of the electrolyte membrane.

【0007】また、この電解質膜を用いた燃料電池で
は、単電池内に液ダメを設けなければならず構造が複雑
になるという問題点があった。さらに、この燃料電池で
は、液ダメ内の水圧を高めなければならないという問題
もあった。
Further, in the fuel cell using this electrolyte membrane, there is a problem in that the liquid cell must be provided inside the unit cell and the structure becomes complicated. Further, in this fuel cell, there is a problem that the water pressure inside the liquid must be increased.

【0008】本発明の電解質膜およびその製造方法なら
びに燃料電池は、こうした問題を解決し、内部に通路を
形成した電解質膜を容易に製造すると共に、この電解質
膜を用いた燃料電池の構造を簡易なものとすることを目
的として、次の構成を採った。
The electrolyte membrane, the method for producing the same, and the fuel cell according to the present invention solve these problems and easily produce an electrolyte membrane having passages formed therein, and a simple structure of a fuel cell using the electrolyte membrane. The following structure was adopted for the purpose of achieving the above.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の電解質膜は、2
つのイオン交換膜の少なくとも一方の一つの面に複数の
溝を設け、該2つのイオン交換膜を、該溝の形成面を内
側として一体化してなることを要旨とする。
The electrolyte membrane of the present invention comprises 2
A gist is that a plurality of grooves are provided on at least one surface of one ion exchange membrane, and the two ion exchange membranes are integrated with the surface on which the groove is formed being inside.

【0010】本発明の電解質膜の製造方法は、2つのイ
オン交換膜の少なくとも一方の一つの面に複数の溝を設
ける溝形成工程と、前記2つのイオン交換膜を、該溝の
形成面を内側として一体化する一体化工程とからなるこ
とを要旨とする。
The method for producing an electrolyte membrane of the present invention comprises a step of forming a plurality of grooves on at least one surface of at least one of the two ion exchange membranes, and a step of forming the two ion exchange membranes on the surface on which the groove is formed. The gist is that it consists of an integration process that integrates as the inside.

【0011】本発明の燃料電池は、電解質膜と電極とを
積層してなる燃料電池であって、前記電解質膜は、請求
項1記載の電解質膜であり、前記電解質膜の前記溝の端
部を有する端面の少なくとも一部と接触する水流路を備
えたことを要旨とする。
The fuel cell of the present invention is a fuel cell in which an electrolyte membrane and an electrode are laminated, and the electrolyte membrane is the electrolyte membrane according to claim 1, and the end portion of the groove of the electrolyte membrane. The gist of the present invention is to provide a water flow path that comes into contact with at least a part of the end surface having the.

【0012】[0012]

【作用】以上のように構成された本発明の電解質膜は、
2つのイオン交換膜の少なくとも一方の一つの面に設け
られた複数の溝が、2つのイオン交換膜を、この溝の形
成面を内側として一体化することにより、電解質膜の内
部に複数の通路を形成する。
The electrolyte membrane of the present invention constructed as described above is
A plurality of grooves provided on one surface of at least one of the two ion-exchange membranes integrates the two ion-exchange membranes with the surface on which the grooves are formed as an inner side, so that a plurality of passages are formed inside the electrolyte membrane. To form.

【0013】本発明の電解質膜の製造方法は、溝形成工
程で、2つのイオン交換膜の少なくとも一方の一つの面
に複数の溝を設け、一体化工程で、2つのイオン交換膜
を、溝の形成面を内側として一体化する。かかる工程に
より、内部の通路を形成した電解質膜が得られる。
In the method for producing an electrolyte membrane of the present invention, a plurality of grooves are provided on one surface of at least one of the two ion exchange membranes in the groove formation step, and the two ion exchange membranes are formed in the integration step. The formation surface of is integrated as the inside. Through this process, an electrolyte membrane having internal passages can be obtained.

【0014】本発明の燃料電池では、水流路が、請求項
1記載の電解質膜の溝の端部を有する端面の少なくとも
一部から、この溝により形成される電解質膜の内部の通
路に水を供給する。
In the fuel cell of the present invention, the water flow path allows water to flow from at least a part of the end face having the end portion of the groove of the electrolyte membrane to the passage inside the electrolyte membrane formed by the groove. Supply.

【0015】[0015]

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。まず、本発明の一実施例である電解質膜の製造
の様子について図1に例示した工程図に基づき説明す
る。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in order to further clarify the structure and operation of the present invention described above. First, a state of manufacturing an electrolyte membrane, which is an embodiment of the present invention, will be described based on the process diagram illustrated in FIG.

【0016】工程1では、電解質膜を構成するイオン交
換膜の片面全体に多数の溝を形成する。ここで、電解質
膜を構成するイオン交換膜は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成され、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示すものである。イオン交換膜の厚さは、100μm
ないし200μmが好ましく、実施例では100μmの
ものを用いた。イオン交換膜に形成する多数の溝の深さ
および幅は、5μmないし50μm好ましくは10μm
ないし40μmで、この範囲の溝であれば、深さおよび
幅が揃ってなくてもかまわない。なお、実施例で溝の深
さおよび幅を5μmないし50μmとしたのは、この範
囲より小さいときには、後述するホットプレス法による
通路の形成が困難となり、この範囲より大きいときに
は、イオン交換膜の強度が小さくなるからである。ま
た、形成される多数の溝は、規則正しく平行に配置する
他、任意の方向に配置してもよい。この場合、溝が交差
し、全体が編み目状となる。実施例では、溝を略直交す
る2方向に形成した。
In step 1, a large number of grooves are formed on one side of the ion exchange membrane constituting the electrolyte membrane. Here, the ion exchange membrane forming the electrolyte membrane is formed of a polymer material, for example, a fluororesin, and exhibits good electric conductivity in a wet state. The thickness of the ion exchange membrane is 100 μm
To 200 μm, and 100 μm was used in the examples. The depth and width of many grooves formed in the ion exchange membrane are 5 μm to 50 μm, preferably 10 μm.
It is not necessary that the depths and the widths are uniform as long as the groove is in the range of 40 to 40 μm. In the examples, the depth and width of the groove are set to 5 μm to 50 μm because it is difficult to form passages by the hot pressing method described later when the depth and width are smaller than this range, and when it is larger than this range, the strength of the ion exchange membrane is high. Is small. Further, the multiple grooves formed may be regularly arranged in parallel or may be arranged in any direction. In this case, the grooves intersect and the whole becomes a stitch shape. In the embodiment, the groove is formed in two directions which are substantially orthogonal to each other.

【0017】実施例でのイオン交換膜に多数の溝を形成
する手法を図2に示す。図2は、ナイロンのブラッシン
グロール30で、イオン交換膜20の表面全体に多数の
溝22を形成している様子を示した説明図である。図示
するように、ブラッシングロール30は、一定の長さの
毛32を心棒34に多数埋め込んで円筒状に形成されて
いる。イオン交換膜20の表面の溝22は、このブラッ
シングロール30を心棒34を軸として回転させ、平坦
な台上に載置されたイオン交換膜20に押し当てながら
移動させることにより、イオン交換膜20がブラッシン
グロール30の毛32に抉られて形成される。すなわ
ち、溝22は、ブラッシングロール30の毛32により
イオン交換膜20の表面につけられた多数の溝状の傷で
ある。したがって、溝22の深さと幅は、ブラッシング
ロール30の毛32の材質,太さ,長さ、ブラッシング
ロール30をイオン交換膜20に押し当てる強さ等によ
り調節することができる。なお、ブラッシングロール3
0をイオン交換膜20に押し当てる強さは、ブラッシン
グロール30を形成する毛32の材質,太さ,長さ,形
成する溝22の深さ等により定まるものである。毛32
の太さや長さは、毛32の材質や溝22の幅等により定
められるものである。また、ブラッシングロール30を
イオン交換膜20に押し当てながら移動させて溝22を
形成する動作は1回に限られず、ブラッシングロール3
0とイオン交換膜20との配置を変えて複数回溝22を
形成する動作を行なってもよい。この場合、ブラッシン
グロール30とイオン交換膜20との配置の数だけ異な
る方向の溝22が形成される。
FIG. 2 shows a method of forming a large number of grooves in the ion exchange membrane in the embodiment. FIG. 2 is an explanatory view showing a state in which a large number of grooves 22 are formed on the entire surface of the ion exchange membrane 20 with a nylon brushing roll 30. As illustrated, the brushing roll 30 is formed in a cylindrical shape by embedding a large number of bristles 32 of a fixed length in a mandrel 34. The groove 22 on the surface of the ion exchange membrane 20 is moved by rotating the brushing roll 30 about the mandrel 34 as an axis and pressing it against the ion exchange membrane 20 placed on a flat table, whereby the ion exchange membrane 20 is moved. Are formed by being brushed by the bristles 32 of the brushing roll 30. That is, the groove 22 is a large number of groove-shaped scratches formed on the surface of the ion exchange membrane 20 by the bristles 32 of the brushing roll 30. Therefore, the depth and width of the groove 22 can be adjusted by the material, thickness and length of the bristles 32 of the brushing roll 30, the strength with which the brushing roll 30 is pressed against the ion exchange membrane 20, and the like. In addition, brushing roll 3
The strength with which 0 is pressed against the ion exchange membrane 20 is determined by the material, the thickness, the length of the bristles 32 forming the brushing roll 30, the depth of the groove 22 formed, and the like. Hair 32
The thickness and length of the hair are determined by the material of the bristles 32, the width of the groove 22, and the like. Further, the operation of moving the brushing roll 30 while pressing it against the ion exchange membrane 20 to form the groove 22 is not limited to once, and the brushing roll 3
The operation of forming the groove 22 may be performed a plurality of times by changing the arrangement of 0 and the ion exchange membrane 20. In this case, the grooves 22 are formed in different directions by the number of arrangements of the brushing roll 30 and the ion exchange membrane 20.

【0018】実施例では、ナイロンを材料とした太さ1
00μm,長さ0.5cmの毛32を外周面で80本/
cm2 となるよう心棒34に埋め込んでブラッシングロー
ル30を形成し、このブラッシングロール30を心棒3
4を軸として500rpmないし5000rpm、好ま
しくは1000rpmないし3000rpmで回転さ
せ、心棒34の中心とイオン交換膜20の表面との距離
が0.15mmないし3mmだけ短くなるようイオン交
換膜20に押圧して、ブラッシングロール30を回転軸
である心棒34と略直交する方向に移動させて溝22を
形成した。また、溝22を形成する動作は、ブラッシン
グロール30とイオン交換膜20との配置を略90度変
えて2回行なった。こうして形成された溝22の平均値
は、幅80μmで、その量は、3m/cm2 であった。溝
22の形成されたイオン交換膜20の外観を図3に示
す。図示するように、イオン交換膜20の表面に形成さ
れた多数の溝22は複数の方向に形成され、網目状とな
っている。なお、実施例では、毛32をナイロンで形成
したが、イオン交換膜20に溝を形成することが可能な
強度を有すれば如何なる材料で形成してもよい。
In the embodiment, the thickness 1 made of nylon is used.
80 bristles 32 of 00 μm and 0.5 cm in length on the outer peripheral surface /
The brushing roll 30 is formed by embedding it in the mandrel 34 so as to be cm 2, and the brushing roll 30 is inserted into the mandrel 3
4 is rotated at 500 rpm to 5000 rpm, preferably 1000 rpm to 3000 rpm, and the ion exchange membrane 20 is pressed so that the distance between the center of the mandrel 34 and the surface of the ion exchange membrane 20 is shortened by 0.15 mm to 3 mm. The groove 22 was formed by moving the brushing roll 30 in a direction substantially orthogonal to the mandrel 34 which is the rotation axis. The operation of forming the groove 22 was performed twice by changing the arrangement of the brushing roll 30 and the ion exchange membrane 20 by about 90 degrees. The average value of the grooves 22 thus formed was 80 μm in width, and the amount thereof was 3 m / cm 2 . The appearance of the ion exchange membrane 20 in which the groove 22 is formed is shown in FIG. As shown in the figure, a large number of grooves 22 formed on the surface of the ion exchange membrane 20 are formed in a plurality of directions and have a mesh shape. In addition, although the bristles 32 are formed of nylon in the embodiment, they may be formed of any material as long as they have the strength capable of forming the grooves in the ion exchange membrane 20.

【0019】図1の工程2では、こうして一面に多数の
溝22が形成されたイオン交換膜20の2枚を溝が内側
に向くように一体化して電解質膜40とする。実施例で
は、120℃ないし160℃好ましくは145℃ないし
155℃の温度で、1MPa{10.2Kgf/cm2}ない
し10MPa{102Kgf/cm2}、好ましくは4MPa
{41Kgf/cm2}ないし6MPa{61Kgf/cm2}の圧
力を加えるホットプレス法により一体化した。
In step 2 of FIG. 1, the two ion-exchange membranes 20 each having a large number of grooves 22 formed on one surface thereof are integrated so that the grooves face inward to form an electrolyte membrane 40. In the examples, at a temperature of 120 ° C. to 160 ° C., preferably 145 ° C. to 155 ° C., 1 MPa {10.2 Kgf / cm 2 } to 10 MPa {102 Kgf / cm 2 }, preferably 4 MPa.
They were integrated by a hot pressing method in which a pressure of {41 Kgf / cm 2 } to 6 MPa {61 Kgf / cm 2 } was applied.

【0020】イオン交換膜20が一体化される様子を図
4に示す。図4(a)は、一体化される前のイオン交換
膜20の断面の一部を拡大して例示した拡大断面図であ
る。図4(b)は、2枚のイオン交換膜20を一体化し
て電解質膜40とした際の電解質膜40の断面の一部を
拡大して例示した拡大断面図である。図4(a)に示す
ように、2枚のイオン交換膜20を、溝22が形成され
た面を内側にしてホットプレス法により一体化して電解
質膜40とする。こうして一体化された電解質膜40に
は、図4(b)に示すように、イオン交換膜20の溝2
2により膜の内部の通路42が形成される。
FIG. 4 shows how the ion exchange membrane 20 is integrated. FIG. 4A is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged part of the cross section of the ion exchange membrane 20 before being integrated. FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view illustrating a part of the cross section of the electrolyte membrane 40 when the two ion exchange membranes 20 are integrated to form the electrolyte membrane 40. As shown in FIG. 4A, the two ion exchange membranes 20 are integrated by a hot pressing method with the surface having the grooves 22 formed inside to form an electrolyte membrane 40. In the electrolyte membrane 40 thus integrated, as shown in FIG. 4B, the groove 2 of the ion exchange membrane 20 is formed.
2 forms a passage 42 inside the membrane.

【0021】以上説明した実施例の電解質膜の製造方法
では、イオン交換膜20の一つの面に多数の溝を形成
し、この溝が形成された2枚のイオン交換膜20を、溝
が形成された面を内側にして一体化することにより、内
部に多数の通路を有する電解質膜を形成することができ
る。また、2枚のイオン交換膜で狭い間隔に規則正しく
配置された縒糸を挟持した状態でホットプレス法により
一体化して電解質膜を製造する方法に比して、極めて容
易に内部に通路を有する電解質膜を製造することができ
る。
In the method for manufacturing the electrolyte membrane of the above-described embodiment, a large number of grooves are formed on one surface of the ion exchange membrane 20, and the two ion exchange membranes 20 having the grooves are formed with the grooves. An electrolyte membrane having a large number of passages inside can be formed by integrating the formed surface inside. Further, as compared with a method of manufacturing an electrolyte membrane by integrating by a hot press method with two twisted yarns that are regularly arranged at a narrow interval sandwiched between two ion exchange membranes, an electrolyte having a passage inside is much easier. Membranes can be manufactured.

【0022】こうして製造された電解質膜40の通路4
2の端部を有する端面の一部を水に接触させれば、水を
毛細管現象により通路42を介して電解質膜40に供給
することができる。また、イオン交換膜20の表面に多
数の溝22を複数の方向に形成し、電解質膜40内には
網目状の通路42を形成したので、この網目状の通路4
2の端部の一部を水に接触させるだけで、電解質膜40
の広範囲を湿潤状態とすることができる。さらに、電解
質膜40内に縒糸等の異物が混在しないので、異物によ
る電解質膜の機能の低下を防止することができる。
The passage 4 of the electrolyte membrane 40 thus manufactured
By contacting a part of the end surface having two end portions with water, the water can be supplied to the electrolyte membrane 40 through the passage 42 by the capillary phenomenon. Further, since a large number of grooves 22 are formed in the surface of the ion exchange membrane 20 in a plurality of directions and a mesh-shaped passage 42 is formed in the electrolyte membrane 40, the mesh-shaped passage 4 is formed.
The electrolyte membrane 40 can be obtained by simply contacting part of the end portion of 2 with water.
It is possible to make a wide range of the wet state. Further, since foreign matters such as twisted yarn do not coexist in the electrolyte membrane 40, it is possible to prevent deterioration of the function of the electrolyte membrane due to the foreign matters.

【0023】なお、実施例では、2枚のイオン交換膜の
両方に溝22を形成したが、一方のイオン交換膜のみに
溝22を形成する構成でもかまわない。この場合、固体
高分子型燃料電池では、電解質膜のアノード側の水が不
足するので、溝22の形成されたイオン交換膜をアノー
ド側とするのが好ましい。また、実施例では、ブラッシ
ングロール30によりイオン交換膜20の表面に溝22
を形成したが、櫛状のもので掻くようにして溝22を形
成する構成等としてもよい。また、実施例では、ブラッ
シングロール30をイオン交換膜20に均等に押し当て
てイオン交換膜20全面に溝22が均等に形成されるよ
うにしたが、イオン交換膜20を一体化して電解質膜4
0とした後に、電解質膜40が水と接触して電解質膜4
0内に水を供給する部分、すなわち、電解質膜40の端
部となる部分に溝22を形成する際、ブラッシングロー
ル30をイオン交換膜20に強く押し当てて他の部分に
比して幅または深さの大きな溝22を形成する構成も好
適である。このように溝22を形成すると、電解質膜4
0の端部に開口する通路42の開口面積が大きくなり、
電解質膜40へ水を容易に供給することができる。
Although the groove 22 is formed on both of the two ion exchange membranes in the embodiment, the groove 22 may be formed on only one of the ion exchange membranes. In this case, in the polymer electrolyte fuel cell, water on the anode side of the electrolyte membrane is insufficient, so it is preferable to use the ion exchange membrane having the groove 22 on the anode side. In addition, in the embodiment, the grooves 22 are formed on the surface of the ion exchange membrane 20 by the brushing roll 30.
Although the groove 22 is formed, the groove 22 may be formed by scratching with a comb-shaped object. In the embodiment, the brushing roll 30 is evenly pressed against the ion exchange membrane 20 so that the grooves 22 are evenly formed on the entire surface of the ion exchange membrane 20. However, the ion exchange membrane 20 is integrated and the electrolyte membrane 4 is formed.
After being set to 0, the electrolyte membrane 40 comes into contact with water and the electrolyte membrane 4
When the groove 22 is formed in a portion where water is supplied into 0, that is, a portion which becomes an end portion of the electrolyte membrane 40, the brushing roll 30 is strongly pressed against the ion exchange membrane 20 to have a width or width larger than those of other portions. A configuration in which the groove 22 having a large depth is formed is also suitable. When the groove 22 is formed in this manner, the electrolyte membrane 4
The opening area of the passage 42 opening to the end of 0 becomes large,
Water can be easily supplied to the electrolyte membrane 40.

【0024】次に、こうして製造された電解質膜40を
好適に用いた燃料電池の一例について説明する。燃料電
池は、積層体105と、この積層体105に燃料ガスを
供給する燃料ガス供給装置(図示せず)と、積層体10
5に水を供給する水供給装置(図示せず)とから構成さ
れる。積層体105の外観を例示した斜視図を図5に示
す。
Next, an example of a fuel cell that suitably uses the electrolyte membrane 40 thus manufactured will be described. The fuel cell includes a laminated body 105, a fuel gas supply device (not shown) for supplying a fuel gas to the laminated body 105, and the laminated body 10.
5 and a water supply device (not shown) for supplying water. FIG. 5 is a perspective view illustrating the appearance of the laminated body 105.

【0025】図示するように、積層体105は、単電池
250を3つ備えた電池モジュール200と、積層体1
05を冷却する冷却部材500とを複数積層して構成さ
れる。積層体105には、積層体105を積層方向に貫
通する4つの燃料ガス流路110aないし110dと、
同じく積層体105を積層方向に貫通する4つの水流路
120aないし120dが形成されている。
As shown in the figure, the laminated body 105 includes a battery module 200 having three unit cells 250 and the laminated body 1
A plurality of cooling members 500 for cooling 05 are stacked. The stack 105 includes four fuel gas flow channels 110a to 110d penetrating the stack 105 in the stacking direction,
Similarly, four water channels 120a to 120d are formed to penetrate the laminated body 105 in the laminating direction.

【0026】図6は、電池モジュール200と冷却部材
500の断面(後述する図8のA−A断面)を模式的に
示した断面図である。図示するように、電池モジュール
200内の単電池250は、電解質膜40と、この電解
質膜40を両側から挟んでサンドイッチ構造とする2つ
の電極50と、電極50の側部への燃料ガスの混入を防
止する2つのガスケット620と、燃料ガスが外部に漏
洩するのを防止するガスケット610と、サンドイッチ
構造およびガスケット610を両側から挟むと共に電極
50とで燃料ガスの流路を形成する2つの集電極300
または400とにより構成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the cross section of the battery module 200 and the cooling member 500 (cross section AA of FIG. 8 described later). As shown in the figure, the unit cell 250 in the battery module 200 includes an electrolyte membrane 40, two electrodes 50 having a sandwich structure with the electrolyte membrane 40 sandwiched from both sides, and mixing of fuel gas into the side portions of the electrodes 50. Two gaskets 620 for preventing the fuel gas, a gasket 610 for preventing the fuel gas from leaking to the outside, a sandwich structure and two electrodes for sandwiching the gasket 610 from both sides and forming a fuel gas flow path with the electrode 50. 300
Or 400.

【0027】電解質膜40と2つの電極50とで形成し
たサンドイッチ構造の斜視図を図7に示す。図示するよ
うに、電解質膜40は、略正方形状で、各辺には矩形の
出張部44が形成されている。この電解質膜40の外縁
部の端部には、前述した通路42の端部が形成されてい
る。この出張部44は、単電池250を形成した際に、
積層体105を積層方向に貫通する水流路120a等の
内側に露出する(図6参照)。したがって、水流路12
0a等を流れる水は、水流路120a等と電解質膜40
の内部との圧力差または毛細管現象により出張部44の
端部から通路42を通り電解質膜40内に導かれる。
FIG. 7 shows a perspective view of a sandwich structure formed by the electrolyte membrane 40 and the two electrodes 50. As shown in the figure, the electrolyte membrane 40 has a substantially square shape, and a rectangular business trip portion 44 is formed on each side. The end of the above-mentioned passage 42 is formed at the end of the outer edge of the electrolyte membrane 40. This business trip unit 44, when the unit cell 250 is formed,
The laminated body 105 is exposed to the inside of a water channel 120a or the like that penetrates in the laminating direction (see FIG. 6). Therefore, the water flow path 12
The water flowing through the channel 0a and the like flows into the water channel 120a and the electrolyte membrane 40
Due to the pressure difference between the inside and the inside of the electrolyte membrane, the capillary phenomenon is introduced into the electrolyte membrane 40 from the end of the business trip portion 44 through the passage 42.

【0028】電極50は、炭素繊維からなる糸で織成し
たカーボンクロスにより形成されており、このカーボン
クロスには、触媒としての白金または白金と他の金属か
らなる合金等を担持したカーボン粉がクロスの電解質膜
40側の表面および隙間に練り込まれている。電解質膜
40と2つの電極50とは、2つの電極50が電解質膜
40を挟んでサンドイッチ構造とした状態で120℃な
いし160℃好ましくは145℃ないし155℃の温度
で、1MPa{10.2Kgf/cm2}ないし15MPa
{153Kgf/cm2}好ましくは5MPa{51Kgf/c
m2}ないし10MPa{102Kgf/cm2}の圧力を作用
させて接合するホットプレス法により接合されている。
なお、実施例では、電極50をカーボンクロスにより形
成したが、炭素繊維からなるカーボンペーパーまたはカ
ーボンフェルトにより形成する構成も好適である。
The electrode 50 is formed of a carbon cloth woven from threads made of carbon fibers, and carbon powder carrying platinum or a platinum-alloy alloy as a catalyst is carried on the carbon cloth. Is kneaded into the surface and the gap on the side of the electrolyte membrane 40. The electrolyte membrane 40 and the two electrodes 50 are 1 MPa {10.2 Kgf / at a temperature of 120 ° C. to 160 ° C., preferably 145 ° C. to 155 ° C., with the two electrodes 50 sandwiching the electrolyte membrane 40 in a sandwich structure. cm 2 } to 15 MPa
{153 Kgf / cm 2 } preferably 5 MPa {51 Kgf / c
They are joined by a hot press method in which a pressure of m 2 } to 10 MPa {102 Kgf / cm 2 } is applied to join.
In the embodiment, the electrode 50 is formed of carbon cloth, but it is also preferable that the electrode 50 is formed of carbon paper or carbon felt made of carbon fiber.

【0029】集電極300は、カーボンを圧縮してガス
不透過としたガス不透過カーボンにより形成されてい
る。図8は、集電極300の外観を例示した斜視図であ
る。図示するように、集電極300は、正方形の板状に
形成されており、積層面の各辺付近には、積層方向に貫
通する矩形の8つの孔(燃料孔310aないし310d
と水流路孔320aないし320d)が形成されてい
る。この燃料孔310a等と水流路孔320a等は、各
部材を積層して積層体105とした際に、積層体105
を積層方向に貫通する4つの燃料ガス流路110aない
し110dと4つの水流路120aないし120dを形
成する。
The collecting electrode 300 is formed of gas-impermeable carbon that is made gas-impermeable by compressing carbon. FIG. 8 is a perspective view illustrating the appearance of the collecting electrode 300. As shown in the drawing, the collector electrode 300 is formed in a square plate shape, and eight rectangular holes (fuel holes 310a to 310d) penetrating in the stacking direction are formed near each side of the stacking surface.
And water flow passage holes 320a to 320d) are formed. The fuel hole 310a and the water flow path holes 320a and the like are stacked when the members are stacked to form the stacked body 105.
To form four fuel gas passages 110a to 110d and four water passages 120a to 120d.

【0030】集電極300の積層面(図8に表示された
面)の中央には、周囲より一段窪んだ段差部330aが
形成されており、この段差部330aと燃料孔310a
および燃料孔310cとの間には、リブ332aおよび
332cが形成されている。また、段差部330aに
は、燃料孔310aから対辺の水流路孔320cの方向
に平行に配置された複数のリブ336aが形成されてい
る。これらのリブ332a,332c,336aは、積
層した際に密接する電極50またはガスケット620と
で燃料ガスの通路334a,334c,338aを形成
する(図6参照)。
At the center of the stacking surface (the surface shown in FIG. 8) of the collector electrode 300, a step portion 330a which is recessed from the periphery by one step is formed. The step portion 330a and the fuel hole 310a are formed.
Ribs 332a and 332c are formed between the fuel hole 310c and the fuel hole 310c. Further, the step portion 330a is formed with a plurality of ribs 336a arranged parallel to the direction of the water flow passage hole 320c on the opposite side from the fuel hole 310a. These ribs 332a, 332c, 336a form the fuel gas passages 334a, 334c, 338a with the electrode 50 or the gasket 620 which are in close contact with each other when stacked (see FIG. 6).

【0031】集電極300の段差部330aが形成され
た面の裏面(図8に表示された面の裏面)にも、段差部
330aが形成された面と同一形状の段差部およびリブ
332d,336b等が形成されており、段差部330
aが形成された面の各リブとその裏面の各リブとは直交
する配置となっている。裏面のリブ332dや336b
等も、積層した際に密接する電極50またはガスケット
620とで燃料ガスの通路334d,338b等を形成
する(図6参照)。したがって、集電極300の両面に
形成される燃料ガスの通路338aと338bは直交す
る。
Also on the back surface of the surface of the collector electrode 300 on which the step portion 330a is formed (the back surface of the surface shown in FIG. 8), step portions and ribs 332d and 336b having the same shape as the surface on which the step portion 330a is formed. Etc. are formed, and the step portion 330
The ribs on the surface on which a is formed are orthogonal to the ribs on the back surface. Ribs 332d and 336b on the back surface
Etc., the fuel gas passages 334d, 338b, etc. are formed with the electrode 50 or the gasket 620 that are in close contact when laminated (see FIG. 6). Therefore, the fuel gas passages 338a and 338b formed on both surfaces of the collector electrode 300 are orthogonal to each other.

【0032】集電極400は、電池モジュール200の
両端に位置し、電池モジュール200に装着される冷却
部材500とで後述する冷却水の通路538を形成す
る。したがって、集電極400は、集電極300と同様
にガス不透過カーボンにより形成されており、その形状
は、積層面と平行な面で集電極300を2分割した場合
の一方と同一である。すなわち、集電極400の積層面
の一方には、図8に示した集電極300の燃料孔310
aないし310d,水流路孔320aないし320d,
段差部330a,リブ332a,リブ332cおよびリ
ブ336aに対応する燃料孔410aないし410d,
水流路孔420aないし420d,段差部430,リブ
432a,リブ432b,リブ436が形成されており
(図6参照)、集電極400の積層面のもう一方には、
何も形成されていない。なお、電池モジュール200の
両端に装着された2つの集電極400は、リブ436が
形成された面を内側にし、かつ、リブ436が直交する
配置となっている。
The collector electrodes 400 are located at both ends of the battery module 200, and form a cooling water passage 538, which will be described later, with the cooling member 500 mounted on the battery module 200. Therefore, the collector electrode 400 is formed of gas-impermeable carbon similarly to the collector electrode 300, and its shape is the same as one of the case where the collector electrode 300 is divided into two parts on a plane parallel to the laminated surface. That is, the fuel hole 310 of the collector electrode 300 shown in FIG.
a to 310d, water flow passage holes 320a to 320d,
Fuel holes 410a to 410d corresponding to the step portion 330a, the rib 332a, the rib 332c and the rib 336a,
Water channel holes 420a to 420d, a step portion 430, a rib 432a, a rib 432b, and a rib 436 are formed (see FIG. 6), and the other side of the stacking surface of the collector electrode 400 is
Nothing has been formed. The two collector electrodes 400 attached to both ends of the battery module 200 are arranged such that the surfaces on which the ribs 436 are formed are inside and the ribs 436 are orthogonal to each other.

【0033】ガスケット620およびガスケット610
は、シール材(例えば、シリコーンRTVゴム,テフロ
ンシート,PFAシートまたはフィルム等)により形成
されている。また、図6に示すように、各燃料ガス流路
110c等に面した電解質膜40の端部は、通路42に
燃料ガスが入らないようシール部材630によりシール
されている。なお、このシール部材630は、ガスケッ
ト620と同一の材料により形成されている。
Gasket 620 and gasket 610
Is formed of a sealing material (for example, silicone RTV rubber, Teflon sheet, PFA sheet or film). Further, as shown in FIG. 6, the end portion of the electrolyte membrane 40 facing each fuel gas flow channel 110c and the like is sealed by a seal member 630 so that fuel gas does not enter the passage 42. The seal member 630 is made of the same material as the gasket 620.

【0034】図9は、冷却部材500の外観を例示した
斜視図である。冷却部材500は、ガス不透過カーボン
により形成されている。図示するように、冷却部材50
0は、積層する面が正方形の板状をしており、その積層
面には、集電極300に形成された燃料孔310a等お
よび水流路孔320a等と同一の位置に同一の孔(燃料
孔510aないし510d,冷流路孔320aないし3
20b)が形成されている。この燃料孔510a等およ
び冷流路孔320a等も、積層体105を積層方向に貫
通する4つの燃料ガス流路110aないし110dと4
つの水流路120aないし120dを形成する。冷却部
材500の中央部には、複数の平行なリブ536が形成
されており、このリブ536は、積層した際に密接する
集電極400とで水流路孔520aと水流路孔520c
とを葛折状に連絡する複数の冷却水の通路538を形成
する。したがって、一方の水流路孔(例えば、水流路孔
520a)に冷却水を流せば、冷却水は通路538を通
って他方の水流路孔(例えば、水流路孔520c)へと
導かれる。
FIG. 9 is a perspective view illustrating the appearance of the cooling member 500. The cooling member 500 is made of gas impermeable carbon. As shown, the cooling member 50
0 has a plate-like shape with a square surface to be stacked, and the stacking surface has the same hole (fuel hole) at the same position as the fuel hole 310a and the water flow path hole 320a formed in the collecting electrode 300. 510a to 510d, cold flow passage holes 320a to 3
20b) has been formed. The fuel holes 510a and the cold flow path holes 320a and the like also have four fuel gas flow paths 110a to 110d and 4 that penetrate the stacked body 105 in the stacking direction.
Two water channels 120a to 120d are formed. A plurality of parallel ribs 536 are formed in the central portion of the cooling member 500, and the ribs 536 form a water flow path hole 520a and a water flow path hole 520c with the collector electrode 400 that comes into close contact when stacked.
A plurality of cooling water passages 538 are formed so as to communicate with each other in a folded manner. Therefore, if the cooling water is caused to flow through one of the water flow path holes (for example, the water flow path hole 520a), the cooling water is guided to the other water flow path hole (for example, the water flow path hole 520c) through the passage 538.

【0035】こうして構成された電池モジュール200
と冷却部材500とを積層して積層体105が形成され
る。積層体105の二組の向かい合う燃料ガス流路のう
ち一方の組の燃料ガス流路(例えば、燃料ガス流路11
0aと110c)をカソード燃料である酸素含有ガスの
流入流路および排出流路とし、他方の組の燃料ガス流路
(例えば、燃料ガス流路110bと110d)をアノー
ド燃料である水素含有ガスの流入流路および排出流路と
すれば、電解質膜40を挟んで直交する燃料ガスの通路
338aおよび338bにカソード燃料およびアノード
燃料が流れ、電解質膜40の両側に配置された両電極5
0に両燃料が供給されて、上述した式に示す電気化学反
応が行なわれ、化学エネルギを直接電気エネルギに変換
する。
Battery module 200 constructed in this way
And the cooling member 500 are laminated to form a laminated body 105. One of the two sets of fuel gas passages facing each other of the stacked body 105 (for example, the fuel gas passage 11
0a and 110c) as an inflow passage and an exhaust passage of an oxygen-containing gas that is a cathode fuel, and the other set of fuel gas passages (for example, the fuel gas passages 110b and 110d) of a hydrogen-containing gas that is an anode fuel. With the inflow passage and the exhaust passage, the cathode fuel and the anode fuel flow in the fuel gas passages 338a and 338b which are orthogonal to each other with the electrolyte membrane 40 interposed therebetween, and the two electrodes 5 arranged on both sides of the electrolyte membrane 40 are provided.
Both fuels are supplied to 0, the electrochemical reaction shown by the above-mentioned formula is performed, and chemical energy is directly converted into electrical energy.

【0036】また、積層体105を貫通する4つの水流
路のうち対向の位置にない2つの水流路(例えば、水流
路120aと120b)を水の供給路とし、他の2つの
水流路(例えば、水流路120cと120d)を水の排
出路として水を流せば、冷却部材500の冷却水の通路
538に水が流れ、積層体105を冷却する。また、水
流路120a等に水を流すと、水が、水流路120a等
と電解質膜40の内部との圧力差または毛細管現象によ
り電解質膜40の出張部44の端部から通路42を通っ
て電解質膜40に供給され、電解質膜40は湿潤状態と
なる。
Of the four water channels that penetrate the laminated body 105, two water channels (for example, water channels 120a and 120b) that are not at opposite positions are used as water supply channels, and the other two water channels (for example, water channels). If the water flows through the water flow paths 120c and 120d) as the water discharge paths, the water flows through the cooling water passages 538 of the cooling member 500 to cool the laminated body 105. When water is flowed through the water channel 120a or the like, the water passes through the passage 42 from the end of the business trip portion 44 of the electrolyte membrane 40 through the passage 42 due to a pressure difference between the water channel 120a or the like and the inside of the electrolyte membrane 40 or a capillary phenomenon. The electrolyte membrane 40 is supplied to the membrane 40 and becomes wet.

【0037】以上説明した実施例の燃料電池では、水流
路120a等に電解質膜40の一部を露出させるだけで
水を電解質膜40に供給することができるという優れた
効果を奏する。したがって、電解質膜40を常に湿潤状
態とすることができ、燃料電池の内部抵抗を小さく維持
して燃料電池の運転効率を高く保つことができる。ま
た、冷却部材500に水を供給する水流路と電解質膜4
0に水を供給する水流路とを兼ねたので、燃料電池をシ
ンプルな構造とすることができ、燃料電池の小型化を図
ることができる。
The fuel cell of the above-described embodiment has an excellent effect that water can be supplied to the electrolyte membrane 40 only by exposing a part of the electrolyte membrane 40 in the water channel 120a and the like. Therefore, the electrolyte membrane 40 can always be kept in a wet state, the internal resistance of the fuel cell can be kept small, and the operating efficiency of the fuel cell can be kept high. Further, the water flow path for supplying water to the cooling member 500 and the electrolyte membrane 4
Since it also serves as a water flow path for supplying water to the fuel cell 0, the fuel cell can have a simple structure, and the fuel cell can be downsized.

【0038】なお、実施例では、電解質膜40に出張部
44を4つ設けたが、電解質膜40全体に水が補給され
ればいくつでもかまわない。また、実施例では、電解質
膜40に出張部44を水流路120a等に露出させた
が、出張部44の端部が水流路120aと接触していれ
ば露出させなくてもかまわない。実施例では、電解質膜
40に水を供給する水流路120a等が冷却部材500
に水を供給する水流路と兼ねる構成としたが、別に設け
る構成でも差し支えない。さらに、実施例では、単電池
250を3つで電池モジュール200を構成したが、電
池モジュール200を構成する単電池250の数はいく
つでもかまわない。実施例では、均一な厚みの電解質膜
40を用いたが、水流路に露出する出張部44の厚みを
厚くして水との接触面積を大きくする構成も好適であ
る。
In the embodiment, four trip parts 44 are provided on the electrolyte membrane 40, but any number may be used as long as the entire electrolyte membrane 40 is replenished with water. Further, in the embodiment, the business trip portion 44 is exposed to the water flow path 120a and the like on the electrolyte membrane 40, but it may not be exposed if the end portion of the business trip portion 44 is in contact with the water flow passage 120a. In the embodiment, the water flow path 120 a for supplying water to the electrolyte membrane 40 and the like are provided in the cooling member 500.
Although it is configured to also serve as a water flow path for supplying water to the above, it may be configured separately. Furthermore, in the embodiment, the battery module 200 is composed of three unit cells 250, but the number of unit cells 250 forming the battery module 200 is not limited. In the embodiment, the electrolyte membrane 40 having a uniform thickness is used, but it is also preferable to increase the thickness of the business trip portion 44 exposed in the water flow path to increase the contact area with water.

【0039】次に、実施例の積層体105を図10に示
す燃料電池システム100として構成した場合について
説明する。図示するように、燃料電池システム100
は、積層体105と、積層体105の運転状態を制御す
る制御装置900とから構成される。
Next, the case where the laminated body 105 of the embodiment is constructed as the fuel cell system 100 shown in FIG. 10 will be described. As shown, the fuel cell system 100
Is composed of the laminated body 105 and a control device 900 for controlling the operating state of the laminated body 105.

【0040】積層体105の燃料ガス流路110aに
は、パイプ712を介して積層体105にカソード側燃
料である酸素含有ガスを供給するブロワ710が接続さ
れ、燃料ガス流路110bには、パイプ722を介して
積層体105にアノード側燃料である水素含有ガスを供
給するブロワ720が接続されている。したがって、こ
のブロワ710,720を稼働すると、電解質膜40を
挟んで直交する燃料ガスの通路338aと338bとに
カソード燃料とアノード燃料とが流れ、電解質膜40の
両側に配置された両電極50に両燃料が供給されて、上
述した式に示す電気化学反応が行なわれる。なお、ブロ
ワ710およびブロワ720は、制御装置900に接続
されている。
A blower 710 for supplying an oxygen-containing gas that is the cathode side fuel to the stack 105 is connected to the fuel gas flow path 110a of the stack 105 via a pipe 712, and a pipe is connected to the fuel gas flow path 110b. A blower 720 that supplies a hydrogen-containing gas that is an anode-side fuel is connected to the stacked body 105 via 722. Therefore, when the blowers 710 and 720 are operated, the cathode fuel and the anode fuel flow in the fuel gas passages 338a and 338b that are orthogonal to each other with the electrolyte membrane 40 interposed therebetween, and the cathode fuel and the anode fuel flow to both electrodes 50 arranged on both sides of the electrolyte membrane 40. Both fuels are supplied and the electrochemical reaction shown in the above formula is performed. The blower 710 and the blower 720 are connected to the control device 900.

【0041】また、積層体105に形成された水流路1
20aおよび120bには、パイプ732を介して積層
体105に冷却水を供給するポンプ730が接続されて
いる。このポンプ730を稼働すると、冷却部材500
の通路538に冷却水が供給されて積層体105が冷却
される。なお、ポンプ730も制御装置900に接続さ
れている。
Further, the water channel 1 formed in the laminated body 105.
A pump 730 that supplies cooling water to the stacked body 105 via a pipe 732 is connected to 20 a and 120 b. When the pump 730 is operated, the cooling member 500
The cooling water is supplied to the passage 538 of FIG. The pump 730 is also connected to the control device 900.

【0042】積層体105には、その内部の温度を測定
する温度センサ850が設置されており、この温度セン
サ850は、制御装置900に接続されている。積層体
105の両端は、電導ライン810により燃料電池シス
テム100から電力を取り出す出力端子820と接続さ
れており、電導ライン810には、取り出される電力の
電圧Vを測定する電圧計830と、取り出される電力の
電流Iを測定する電流計840とが設置されている。こ
の電圧計830と電流計840も制御装置900に接続
されている。
A temperature sensor 850 for measuring the temperature inside the laminated body 105 is installed, and this temperature sensor 850 is connected to the control device 900. Both ends of the laminated body 105 are connected to an output terminal 820 for extracting electric power from the fuel cell system 100 by an electric conduction line 810, and a voltmeter 830 for measuring the voltage V of the electric power taken out is taken out to the electric conduction line 810. An ammeter 840 that measures the electric current I is installed. The voltmeter 830 and the ammeter 840 are also connected to the control device 900.

【0043】制御装置900は、マイクロコンピュータ
を中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め
設定された制御プログラムに従って所定の演算等を実行
するCPU910、CPU910で各種演算処理を実行
するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格
納されたROM920、CPU910で各種演算処理を
実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされ
るRAM930、電圧計830,電流計840および温
度センサ850からの検出信号を入力する入力処理回路
940、CPU910での演算結果に応じてブロワ71
0,720およびポンプ730に駆動信号を出力する出
力処理回路950を備えている。こうして構成された制
御装置900により、電圧計830,電流計840およ
び温度センサ850で検出される積層体105の発電状
態に基づいてブロワ710,720およびポンプ730
が駆動制御される。
The control device 900 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and more specifically, it is necessary for the CPU 910, which executes predetermined arithmetic operations according to a preset control program, to execute various arithmetic processing. From a ROM 920 in which various control programs and control data are stored in advance, a RAM 930 in which various data necessary for executing various arithmetic processes in the CPU 910 are temporarily read and written, a voltmeter 830, an ammeter 840, and a temperature sensor 850. An input processing circuit 940 for inputting a detection signal and a blower 71 according to the calculation result in the CPU 910.
An output processing circuit 950 that outputs a drive signal to the 0, 720 and the pump 730 is provided. With the control device 900 configured in this manner, the blowers 710 and 720 and the pump 730 are based on the power generation state of the laminated body 105 detected by the voltmeter 830, the ammeter 840, and the temperature sensor 850.
Are driven and controlled.

【0044】この燃料電池システム100では、冷却水
は制御装置900により図11に示す冷却水制御ルーチ
ンにて制御されている。以下冷却水制御ルーチンについ
て説明する。このルーチンは燃料電池システム100が
駆動した後、所定時間毎(例えば、100msec毎)
に実行される。
In this fuel cell system 100, the cooling water is controlled by the controller 900 in the cooling water control routine shown in FIG. The cooling water control routine will be described below. This routine is performed every predetermined time (for example, every 100 msec) after the fuel cell system 100 is driven.
To be executed.

【0045】本ルーチンが実行されると、まず、CPU
910は、電圧計830により検出される電圧V,電流
計840により検出される電流I,温度センサ850に
より検出される温度Tを入力処理回路940を介して読
み込む処理を実行する(ステップS1000)。続い
て、読み込んだ電圧Vおよび電流Iに基づいてポンプ7
30の基本回転数Nを求める(ステップS1010)。
ポンプ730の基本回転数Nは、電圧Vと電流Iと基本
回転数Nとの関係を示したマップ(図示せず)により決
定する。このマップは、燃料電池システム100から取
り出す電力の電圧と電流をそれぞれ電圧Vと電流Iとし
たときに、積層体105が効率よく動作する温度となる
よう冷却水を供給するポンプ730の回転数を実験によ
り求めて作成したものである。電圧Vと電流Iと基本回
転数Nとは、通常、電圧Vまたは電流Iを大きくすると
積層体105による発熱も大きくなるので、この発熱に
よる積層体105の温度上昇を抑える必要から基本回転
数Nも大きくなるという関係を示す。
When this routine is executed, first, the CPU
910 executes a process of reading the voltage V detected by the voltmeter 830, the current I detected by the ammeter 840, and the temperature T detected by the temperature sensor 850 through the input processing circuit 940 (step S1000). Then, based on the read voltage V and current I, the pump 7
The basic rotation speed N of 30 is calculated (step S1010).
The basic rotation speed N of the pump 730 is determined by a map (not shown) showing the relationship among the voltage V, the current I, and the basic rotation speed N. This map shows the number of rotations of the pump 730 that supplies the cooling water so that the stack 105 has a temperature at which the stack 105 operates efficiently when the voltage V and the current I of the electric power extracted from the fuel cell system 100 are the voltage V and the current I, respectively. It was created by experiment. Regarding the voltage V, the current I, and the basic rotation speed N, generally, when the voltage V or the current I is increased, the heat generation by the laminated body 105 also increases. Also shows the relationship of becoming larger.

【0046】次に、温度センサ850により検出した温
度Tから所定値Tsetを減じて偏差△Tを求め(ステ
ップS1020)、この偏差△Tに基づいて制御変数K
を求める(ステップS1030)。ここで、所定値Ts
etは、積層体105が効率よく動作する温度として設
定される数値であり、積層体105の特性によって定ま
るものである。また、制御変数Kは、偏差△Tが値0の
ときには値1で、偏差△Tが負の値のときには値1より
小さく、偏差△Tが正の値のときには値1より大きな正
の数である。また、制御変数Kは、ポンプ730の回転
数を変化させたときの積層体105の温度の応答性を考
慮して求められる。制御変数Kが求められると、CPU
910は、ポンプ730の基本回転数Nに制御変数Kを
乗じてポンプ730への指示回転数Neを算出し(ステ
ップS1040)、ポンプ730の回転数が算出した指
示回転数Neとなるよう出力処理回路950を介して駆
動信号を出力して(ステップS1050)、本ルーチン
を終了する。
Next, the predetermined value Tset is subtracted from the temperature T detected by the temperature sensor 850 to obtain the deviation ΔT (step S1020), and the control variable K is calculated based on this deviation ΔT.
Is calculated (step S1030). Here, the predetermined value Ts
et is a numerical value set as a temperature at which the stacked body 105 operates efficiently, and is determined by the characteristics of the stacked body 105. The control variable K is a positive value that is 1 when the deviation ΔT is 0, smaller than 1 when the deviation ΔT is negative, and larger than 1 when the deviation ΔT is positive. is there. Further, the control variable K is obtained in consideration of the temperature responsiveness of the laminated body 105 when the rotation speed of the pump 730 is changed. When the control variable K is calculated, the CPU
910 calculates the instruction rotation speed Ne to the pump 730 by multiplying the basic rotation speed N of the pump 730 by the control variable K (step S1040), and performs the output processing so that the rotation speed of the pump 730 becomes the calculated instruction rotation speed Ne. A drive signal is output via the circuit 950 (step S1050), and this routine ends.

【0047】したがって、ポンプ730は、電圧Vまた
は電流Iを大きくして燃料電池システム100から取り
出される電力が大きくなったとき(電極反応を活発に行
なうようになったとき)や、積層体105の内部抵抗が
大きくなって積層体105の発熱量が大きくなったとき
に回転数が増加する。ポンプ730の回転数が増加する
と、このポンプ730により水が供給される水流路12
0aおよび120bの動水圧が高くなる。この結果、水
流路120aおよび120bと電解質膜40の内部とに
圧力差が大きくなり、水流路120aおよび120bに
露出した出張部44に開口部を持つ通路42へ水が押し
込まれ、電解質膜40に供給される水が増加する。すな
わち、電極反応を活発に行なって電解質膜40のアノー
ド側で必要な水が多くなったときや、電解質膜40で水
が不足して積層体105の内部抵抗が大きくなったとき
に、冷却水制御ルーチンにより水流路120aおよび1
20bと電解質膜40との圧力差が大きくなって、通路
42を介して電解質膜40に供給される水が増加する。
Therefore, the pump 730 increases the voltage V or the current I to increase the electric power taken out from the fuel cell system 100 (when the electrode reaction becomes active) or when the laminated body 105 is operated. When the internal resistance increases and the amount of heat generated by the laminated body 105 increases, the rotation speed increases. When the number of rotations of the pump 730 increases, the water flow path 12 to which water is supplied by the pump 730.
The hydraulic pressure of 0a and 120b becomes high. As a result, the pressure difference between the water channels 120a and 120b and the inside of the electrolyte membrane 40 becomes large, and the water is pushed into the passage 42 having the opening in the business trip portion 44 exposed in the water channels 120a and 120b, and the electrolyte membrane 40 is discharged. Increased water supply. That is, when the electrode reaction is actively performed to increase the amount of water required on the anode side of the electrolyte membrane 40, or when the electrolyte membrane 40 lacks water and the internal resistance of the laminate 105 increases, the cooling water is increased. The water flow paths 120a and 120a are controlled by the control routine.
The pressure difference between 20b and the electrolyte membrane 40 increases, and the amount of water supplied to the electrolyte membrane 40 via the passage 42 increases.

【0048】以上説明した燃料電池システム100で
は、積層体105の運転状態に基づいてポンプ730の
回転数を制御することにより、積層体105の温度を運
転効率の高い温度に維持することができると共に電解質
膜40に必要な水の供給して電解質膜40を常に湿潤状
態とすることができる。
In the fuel cell system 100 described above, the temperature of the stack 105 can be maintained at a high operating efficiency by controlling the rotation speed of the pump 730 based on the operating state of the stack 105. The necessary water can be supplied to the electrolyte membrane 40 to keep the electrolyte membrane 40 in a wet state at all times.

【0049】なお、実施例では、燃料電池システム10
0の出力(電圧Vと電流I)に基づいてポンプ730の
基本回転数Nを求め、さらに積層体105が効率よく動
作する温度との偏差△Tに基づく制御変数Kを乗じてポ
ンプ730の回転数を制御したが、積層体105の温度
Tに基づいてポンプ730の回転数を制御する構成でも
よい。この場合、積層体105の温度Tと燃料電池シス
テム100の出力とが略比例関係にあるので、前述の燃
料電池システム100の出力に基づく制御における効果
と同様な効果を得ることができる。
In the embodiment, the fuel cell system 10
The basic rotation speed N of the pump 730 is obtained based on the output of 0 (voltage V and current I), and the rotation of the pump 730 is further multiplied by the control variable K based on the deviation ΔT from the temperature at which the stacked body 105 operates efficiently. Although the number is controlled, the rotation number of the pump 730 may be controlled based on the temperature T of the laminated body 105. In this case, since the temperature T of the stacked body 105 and the output of the fuel cell system 100 are in a substantially proportional relationship, it is possible to obtain the same effect as the control based on the output of the fuel cell system 100 described above.

【0050】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to these examples, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように本発明の電解質膜で
は、2つのイオン交換膜の少なくとも一方の一つの面に
複数の溝を設け、この溝の形成面を内側にとして2つの
イオン交換膜を一体化することにより、電解質膜の内部
に複数の通路を形成することができる。また、電解質膜
の内部に複数の通路を形成するのにイオン交換膜の面に
複数の溝を設けるだけなので、電解質膜内に異物が混在
することがなく、異物の混在による電解質膜の性能の低
下を防止することができる。もとより、電解質膜の内部
に複数の通路が形成されるので、この通路の端部と水と
を接触させるだけで、水を毛細管現象等により複数の通
路を介して電解質膜に供給することができる。
As described above, in the electrolyte membrane of the present invention, a plurality of grooves are provided on one surface of at least one of the two ion exchange membranes, and two ion exchange membranes are formed with the surfaces on which the grooves are formed inside. By integrating the above, it is possible to form a plurality of passages inside the electrolyte membrane. Further, since only a plurality of grooves are provided on the surface of the ion exchange membrane to form a plurality of passages inside the electrolyte membrane, foreign matters do not coexist in the electrolyte membrane, and the performance of the electrolyte membrane due to the mixture of foreign matters can be improved. The decrease can be prevented. Of course, since a plurality of passages are formed inside the electrolyte membrane, water can be supplied to the electrolyte membrane through the plurality of passages by a capillary phenomenon or the like simply by bringing the end of the passage into contact with water. .

【0052】本発明の電解質膜の製造方法では、溝形成
工程で、2つのイオン交換膜の少なくとも一方の一つの
面に複数の溝を設け、一体化工程で、2つのイオン交換
膜を、溝の形成面を内側として一体化することにより、
内部に複数の通路を有する電解質膜を極めて容易に形成
することができる。
In the method for producing an electrolyte membrane of the present invention, a plurality of grooves are provided on at least one surface of at least one of the two ion exchange membranes in the groove formation step, and the two ion exchange membranes are formed in the integration step. By integrating the formation surface of the inside as
An electrolyte membrane having a plurality of passages inside can be formed extremely easily.

【0053】本発明の燃料電池では、請求項1記載の電
解質膜の溝の端部を有する端面の少なくとも一部と接触
する水流路を設けたことにより、この溝によって形成さ
れる電解質膜の内部の通路に水を供給し、電解質膜を常
に湿潤状態とすることができる。したがって、電解質膜
で水が不足することがなく、燃料電池を連続的に効率よ
く運転することができる。
In the fuel cell of the present invention, since the water flow path which comes into contact with at least a part of the end surface having the end of the groove of the electrolyte membrane according to claim 1 is provided, the inside of the electrolyte membrane formed by this groove is formed. The water can be supplied to the passage to keep the electrolyte membrane in a wet state at all times. Therefore, the fuel cell can be continuously and efficiently operated without running out of water in the electrolyte membrane.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例である電解質膜の製造の様子
を例示した工程図である。
FIG. 1 is a process diagram illustrating the state of manufacturing an electrolyte membrane that is an example of the present invention.

【図2】ブラッシングロール30で、イオン交換膜20
の表面全体に多数の溝22を形成している様子を示した
説明図である。
FIG. 2 is a brushing roll 30 for the ion exchange membrane 20.
FIG. 6 is an explanatory view showing a state in which a large number of grooves 22 are formed on the entire surface of the.

【図3】溝22の形成されたイオン交換膜20の外観を
例示する説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the appearance of the ion exchange membrane 20 having grooves 22 formed therein.

【図4】イオン交換膜20が一体化される様子を例示し
た説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view illustrating a state in which the ion exchange membrane 20 is integrated.

【図5】積層体105の外観を例示した斜視図である。5 is a perspective view illustrating the appearance of a laminated body 105. FIG.

【図6】電池モジュール200および冷却部材500の
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a battery module 200 and a cooling member 500.

【図7】電解質膜40と2つの電極50とで形成したサ
ンドイッチ構造の外観を例示する斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view illustrating the appearance of a sandwich structure formed by an electrolyte membrane 40 and two electrodes 50.

【図8】集電極300の外観を例示する斜視図である。8 is a perspective view illustrating the appearance of a collector electrode 300. FIG.

【図9】冷却部材500の外観を例示する斜視図であ
る。
9 is a perspective view illustrating the appearance of a cooling member 500. FIG.

【図10】燃料電池システム100の構成を例示したブ
ロック図である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating the configuration of a fuel cell system 100.

【図11】燃料電池システム100の制御装置900で
実行される冷却水制御ルーチンを例示するフローチャー
トである。
FIG. 11 is a flowchart illustrating a cooling water control routine executed by the control device 900 of the fuel cell system 100.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20…イオン交換膜 22…溝 30…ブラッシングロール 32…毛 34…心棒 40…電解質膜 42…通路 44…出張部 50…電極 100…燃料電池システム 105…積層体 110a,110b,110c,110d…燃料ガス流
路 120a,120b,120c,120d…水流路 200…電池モジュール 250…単電池 300…集電極 310a,310b,310c,310d…燃料孔 320a,320b,320c,320d…水流路孔 330a…段差部 332a,332c,332d…リブ 336a,336b…リブ 334a,334c,,334d…通路 338a,338b…通路 400…集電極 410a…燃料孔 420a…水流路孔 430…段差部 432a,432b…リブ 436…リブ 500…冷却部材 510a,510b,510c,510d…燃料孔 520a,520b,520c,520d…水流路孔 536…リブ 538…通路 610…ガスケット 620…ガスケット 630…シール部材 710,720…ブロワ 712,722…パイプ 730…ポンプ 732…パイプ 810…電導ライン 820…出力端子 830…電圧計 840…電流計 850…温度センサ 900…制御装置 910…CPU 920…ROM 930…RAM 940…入力処理回路 950…出力処理回路
20 ... Ion exchange membrane 22 ... Groove 30 ... Brushing roll 32 ... Hair 34 ... Mandrel 40 ... Electrolyte membrane 42 ... Passage 44 ... Business trip section 50 ... Electrode 100 ... Fuel cell system 105 ... Laminated bodies 110a, 110b, 110c, 110d ... Fuel Gas channel 120a, 120b, 120c, 120d ... Water channel 200 ... Battery module 250 ... Single cell 300 ... Collection electrode 310a, 310b, 310c, 310d ... Fuel hole 320a, 320b, 320c, 320d ... Water channel hole 330a ... Step portion 332a, 332c, 332d ... Rib 336a, 336b ... Rib 334a, 334c, 334d ... Passage 338a, 338b ... Passage 400 ... Collection electrode 410a ... Fuel hole 420a ... Water flow passage hole 430 ... Step portion 432a, 432b ... Rib 436 ... Rib 500 ... Cooling member 51 a, 510b, 510c, 510d ... Fuel hole 520a, 520b, 520c, 520d ... Water channel hole 536 ... Rib 538 ... Passage 610 ... Gasket 620 ... Gasket 630 ... Seal member 710, 720 ... Blower 712, 722 ... Pipe 730 ... Pump 732 ... Pipe 810 ... Conducting line 820 ... Output terminal 830 ... Voltmeter 840 ... Ammeter 850 ... Temperature sensor 900 ... Control device 910 ... CPU 920 ... ROM 930 ... RAM 940 ... Input processing circuit 950 ... Output processing circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2つのイオン交換膜の少なくとも一方の
一つの面に複数の溝を設け、該2つのイオン交換膜を、
該溝の形成面を内側として一体化してなる電解質膜。
1. A plurality of grooves are provided on one surface of at least one of two ion exchange membranes, and the two ion exchange membranes are
An electrolyte membrane integrally formed with the groove forming surface as the inside.
【請求項2】 2つのイオン交換膜の少なくとも一方の
一つの面に複数の溝を設ける溝形成工程と、 前記2つのイオン交換膜を、該溝の形成面を内側として
一体化する一体化工程とからなる電解質膜の製造方法。
2. A groove forming step of providing a plurality of grooves on at least one surface of at least one of the two ion exchange membranes, and an integrating step of integrating the two ion exchange membranes with the groove forming surface inside. And a method for producing an electrolyte membrane.
【請求項3】 電解質膜と電極とを積層してなる燃料電
池であって、 前記電解質膜は、請求項1記載の電解質膜であり、 前記電解質膜の前記溝の端部を有する端面の少なくとも
一部と接触する水流路を備えた燃料電池。
3. A fuel cell in which an electrolyte membrane and an electrode are laminated, wherein the electrolyte membrane is the electrolyte membrane according to claim 1, wherein at least an end surface having an end of the groove of the electrolyte membrane is formed. A fuel cell with a water flow path that contacts some.
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