JPH1197041A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
固体高分子型燃料電池Info
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- JPH1197041A JPH1197041A JP9257331A JP25733197A JPH1197041A JP H1197041 A JPH1197041 A JP H1197041A JP 9257331 A JP9257331 A JP 9257331A JP 25733197 A JP25733197 A JP 25733197A JP H1197041 A JPH1197041 A JP H1197041A
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- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水が滞留することによってチャネルが閉塞
（ガスの流れが阻害）されることのない固体高分子型燃
料電池を提供することを目的とする。 【解決手段】 少なくともアノード側チャネルのチャネ
ル壁面を、チャネル後端から上流側に向けて部分的に溌
水処理を施すことによって溌水性領域を形成し、ガスの
通路を確保する。これにより、チャネル内にガスの流れ
を持続させることができ、電池性能の経時的な低下を防
止するものである。
（ガスの流れが阻害）されることのない固体高分子型燃
料電池を提供することを目的とする。 【解決手段】 少なくともアノード側チャネルのチャネ
ル壁面を、チャネル後端から上流側に向けて部分的に溌
水処理を施すことによって溌水性領域を形成し、ガスの
通路を確保する。これにより、チャネル内にガスの流れ
を持続させることができ、電池性能の経時的な低下を防
止するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池に関し、特に、ガスチャネルの閉塞を防止する技術
に関する。
電池に関し、特に、ガスチャネルの閉塞を防止する技術
に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜
の一方の側にカソードが配され他方の側にアノードが配
されたセルが、リブ及びガスチャネルが形成されたセパ
レータ部材で挟持されたものを基本構造とし、このよう
な基本構成が多数積層された構造となっているものが多
い。
の一方の側にカソードが配され他方の側にアノードが配
されたセルが、リブ及びガスチャネルが形成されたセパ
レータ部材で挟持されたものを基本構造とし、このよう
な基本構成が多数積層された構造となっているものが多
い。
【０００３】そして、運転時には、カソードに酸化剤と
しての空気を、アノードに燃料ガスとしての水素を供給
し、電気化学的に反応させて発電を行うが、この際、固
体高分子膜を湿潤状態にしてイオン導電性を確保する必
要がある。更に、その冷却方法として一般的に冷却プレ
ートを介挿して水冷する方法が採られていた。これに対
して特開平５−０４１２３０号公報には、燃料ガスと水
を別途供給し、アノード入口側で混合して、気液混合物
としてアノードに供給する固体高分子型燃料電池が開示
されている。
しての空気を、アノードに燃料ガスとしての水素を供給
し、電気化学的に反応させて発電を行うが、この際、固
体高分子膜を湿潤状態にしてイオン導電性を確保する必
要がある。更に、その冷却方法として一般的に冷却プレ
ートを介挿して水冷する方法が採られていた。これに対
して特開平５−０４１２３０号公報には、燃料ガスと水
を別途供給し、アノード入口側で混合して、気液混合物
としてアノードに供給する固体高分子型燃料電池が開示
されている。
【０００４】この固体高分子型燃料電池では、前記気液
混合物が、アノードに対する燃料ガスの供給と固体高分
子膜の加湿に加えて冷却媒体としての働きもなすので、
別途に冷却プレートを設ける必要がない。
混合物が、アノードに対する燃料ガスの供給と固体高分
子膜の加湿に加えて冷却媒体としての働きもなすので、
別途に冷却プレートを設ける必要がない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
固体高分子型燃料電池においては、気液混合物は、幅狭
のチャネル内を流れるのでチャネル途中で水が滞留して
しまい、これによりチャネルが閉塞しガスの流通が阻害
されてしまう。こうなればアノードに対する燃料ガスの
供給が不均一になり、電池電圧が低下してしまう。
固体高分子型燃料電池においては、気液混合物は、幅狭
のチャネル内を流れるのでチャネル途中で水が滞留して
しまい、これによりチャネルが閉塞しガスの流通が阻害
されてしまう。こうなればアノードに対する燃料ガスの
供給が不均一になり、電池電圧が低下してしまう。
【０００６】通常、アノード側チャネル内の水を排出し
易くするため、アノード側のチャネルが鉛直方向に走る
ように電池を配置して運転するが、水の滞留を十分に解
消するには到らない。一方、供給する水或は供給する燃
料ガスの圧力を大きくして、チャネル内の流速を上げる
ことによりチャネルの閉塞を打開する方法も考えられる
が、この方法では高圧化のための装置が別途必要になる
し、燃料コストが嵩んでしまうことにもなるので、特
に、携帯用などコンパクトなシステムを実現する上で望
ましいとは言えない。
易くするため、アノード側のチャネルが鉛直方向に走る
ように電池を配置して運転するが、水の滞留を十分に解
消するには到らない。一方、供給する水或は供給する燃
料ガスの圧力を大きくして、チャネル内の流速を上げる
ことによりチャネルの閉塞を打開する方法も考えられる
が、この方法では高圧化のための装置が別途必要になる
し、燃料コストが嵩んでしまうことにもなるので、特
に、携帯用などコンパクトなシステムを実現する上で望
ましいとは言えない。
【０００７】このような課題は、上記気液混合物を用い
て発電するタイプのものに限らず、水中にバブリングし
て加湿された燃料ガスを用いて発電するタイプの場合に
も同様に発生する課題である。そこで、本発明は、上記
課題に鑑みてなされたものであって、燃料ガスの流速を
大きくしなくても水が滞留することによってチャネルが
閉塞されることのない固体高分子型燃料電池を提供する
ことを目的としてなされたものである。
て発電するタイプのものに限らず、水中にバブリングし
て加湿された燃料ガスを用いて発電するタイプの場合に
も同様に発生する課題である。そこで、本発明は、上記
課題に鑑みてなされたものであって、燃料ガスの流速を
大きくしなくても水が滞留することによってチャネルが
閉塞されることのない固体高分子型燃料電池を提供する
ことを目的としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜にカ
ソード及びアノードを配したセルと、加湿された燃料ガ
スが供給される前記アノードに対向してアノード側チャ
ネルが形成された第１のプレートと、前記カソードに対
向して設けられたカソード側チャネルが形成された第２
のプレートとからなり、前記アノード側チャネルのチャ
ネル壁面は、少なくともチャネル終端部に溌水性領域と
親水性領域とが形成されていることを特徴とする。
に本発明の固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜にカ
ソード及びアノードを配したセルと、加湿された燃料ガ
スが供給される前記アノードに対向してアノード側チャ
ネルが形成された第１のプレートと、前記カソードに対
向して設けられたカソード側チャネルが形成された第２
のプレートとからなり、前記アノード側チャネルのチャ
ネル壁面は、少なくともチャネル終端部に溌水性領域と
親水性領域とが形成されていることを特徴とする。
【０００９】このように特に水が滞留しやすい部位に溌
水性領域と親水性領域の２領域を設ければ、当該溌水性
領域近傍にガスの通路を確実に確保することができるの
で、電池性能が経時的にも維持され、安定した運転を可
能にする。また、上記目的を達成するために本発明の固
体高分子型燃料電池は、前記アノード側チャネルの壁面
が、チャネル終端からガスの流れ方向上流側に向けて溌
水性が次第に低下するように溌水処理されていることを
特徴とする。
水性領域と親水性領域の２領域を設ければ、当該溌水性
領域近傍にガスの通路を確実に確保することができるの
で、電池性能が経時的にも維持され、安定した運転を可
能にする。また、上記目的を達成するために本発明の固
体高分子型燃料電池は、前記アノード側チャネルの壁面
が、チャネル終端からガスの流れ方向上流側に向けて溌
水性が次第に低下するように溌水処理されていることを
特徴とする。
【００１０】これによって、水はチャネル内からスムー
ズに排出されることになりチャネルの閉塞が防止され、
ガスの流通が阻害されない。なお、このような処理をチ
ャネル入口側で親水性を確保して当該入口側から出口側
まで全域に施せば、入口側での水の滞留を防止すること
もできより望ましい。
ズに排出されることになりチャネルの閉塞が防止され、
ガスの流通が阻害されない。なお、このような処理をチ
ャネル入口側で親水性を確保して当該入口側から出口側
まで全域に施せば、入口側での水の滞留を防止すること
もできより望ましい。
【００１１】また、上記目的を達成するために本発明の
固体高分子型燃料電池は、前記アノード側チャネルのチ
ャネルの出口側の端部に、水が滞留しチャネルを閉塞す
るのを回避するように水を誘導する誘導面が配されてい
ることを特徴とする。これによってチャネル閉塞による
ガス欠状態を回避することができ、電池性能を経時的に
維持することが可能となる。
固体高分子型燃料電池は、前記アノード側チャネルのチ
ャネルの出口側の端部に、水が滞留しチャネルを閉塞す
るのを回避するように水を誘導する誘導面が配されてい
ることを特徴とする。これによってチャネル閉塞による
ガス欠状態を回避することができ、電池性能を経時的に
維持することが可能となる。
【００１２】更に、アノード側チャネルのチャネル入口
側に、面にそって水をチャネル内に誘導する誘導面を有
する。これによってチャネル入口側に水が滞留すること
によるチャネルの閉塞を回避することができる。
側に、面にそって水をチャネル内に誘導する誘導面を有
する。これによってチャネル入口側に水が滞留すること
によるチャネルの閉塞を回避することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る固体高分子型
燃料電池の実施の形態について図面を参照にしながら具
体的に説明する。 〔実施の形態１〕図１は、本発明の一実施の形態に係る
固体高分子型燃料電池を示す分解斜視図である。
燃料電池の実施の形態について図面を参照にしながら具
体的に説明する。 〔実施の形態１〕図１は、本発明の一実施の形態に係る
固体高分子型燃料電池を示す分解斜視図である。
【００１４】この固体高分子型燃料電池１は、固体高分
子膜１１の一方の側にカソード１２、他方の側にアノー
ド１３（図１では固体高分子膜１１の背面にあって見え
ない、図６参照）を配したセル１０と、カソード側チャ
ネル２４１及びアノード側チャネル２５１が形成された
複合セパレータ２０とが、ガスケット３１，３２を介し
て交互に積層され、その両端が一対の端板４１，４２
（図１では不図示、図４参照）で押さえられて構成され
ている。
子膜１１の一方の側にカソード１２、他方の側にアノー
ド１３（図１では固体高分子膜１１の背面にあって見え
ない、図６参照）を配したセル１０と、カソード側チャ
ネル２４１及びアノード側チャネル２５１が形成された
複合セパレータ２０とが、ガスケット３１，３２を介し
て交互に積層され、その両端が一対の端板４１，４２
（図１では不図示、図４参照）で押さえられて構成され
ている。
【００１５】なお、図１においては、１枚のセル１０と
２枚の複合セパレータ２０だけが表示されているが、セ
ル１０及び複合セパレータ２０の積層枚数は、外部に出
力しようとする電圧に応じて設定される。固体高分子膜
１１は、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる薄膜
である。カソード１２，アノード１３は、白金担持カー
ボンを材料とした所定の厚さの層であって、固体高分子
膜１１の中央部にホットプレスによって密着されてい
る。なお、カソード１２，アノード１３と、その各々に
対向するカソード側チャネル２４１とアノード側チャネ
ル２５１との間には、溌水処理を施した集電体（不図
示）が介挿されている。
２枚の複合セパレータ２０だけが表示されているが、セ
ル１０及び複合セパレータ２０の積層枚数は、外部に出
力しようとする電圧に応じて設定される。固体高分子膜
１１は、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる薄膜
である。カソード１２，アノード１３は、白金担持カー
ボンを材料とした所定の厚さの層であって、固体高分子
膜１１の中央部にホットプレスによって密着されてい
る。なお、カソード１２，アノード１３と、その各々に
対向するカソード側チャネル２４１とアノード側チャネ
ル２５１との間には、溌水処理を施した集電体（不図
示）が介挿されている。
【００１６】図２は、複合セパレータ２０の組立図であ
る。本図に示すように、複合セパレータ２０は、セパレ
ータ枠体２１の内側空間に各種部材２３〜２８が填め込
まれて構成されている。セパレータ枠体２１は、プラス
チック等の材料からなり、その内側空間の上部には隔壁
２２が架設されている。セパレータ枠体２１の上端コー
ナー部には、燃料ガスとなる水素供給用のマニホールド
孔２１１ａ，２１１ｂ、水供給用のマニホールド孔２１
２ａ，２１２ｂが開設されている。
る。本図に示すように、複合セパレータ２０は、セパレ
ータ枠体２１の内側空間に各種部材２３〜２８が填め込
まれて構成されている。セパレータ枠体２１は、プラス
チック等の材料からなり、その内側空間の上部には隔壁
２２が架設されている。セパレータ枠体２１の上端コー
ナー部には、燃料ガスとなる水素供給用のマニホールド
孔２１１ａ，２１１ｂ、水供給用のマニホールド孔２１
２ａ，２１２ｂが開設されている。
【００１７】なお、隔壁２２は、水素供給用のマニホー
ルド溝２１７と水供給用のマニホールド溝２１８とを仕
切るものであって、マニホールド溝２１７は水素供給用
のマニホールド孔２１１ａ，２１１ｂと連通し、マニホ
ールド溝２１８は水供給用のマニホールド孔２１２ａ，
２１２ｂと連通している。セパレータ枠体２１の内側空
間の中央部には、仕切板２３を挟んで、一方側（図２の
表側）からアノード側チャネル基板２５が、反対側（図
２の裏側）からカソード側チャネル基板２４が填め込ま
れており、当該内部空間の下部は、気液混合物排出用の
マニホールド孔２１３となっている。
ルド溝２１７と水供給用のマニホールド溝２１８とを仕
切るものであって、マニホールド溝２１７は水素供給用
のマニホールド孔２１１ａ，２１１ｂと連通し、マニホ
ールド溝２１８は水供給用のマニホールド孔２１２ａ，
２１２ｂと連通している。セパレータ枠体２１の内側空
間の中央部には、仕切板２３を挟んで、一方側（図２の
表側）からアノード側チャネル基板２５が、反対側（図
２の裏側）からカソード側チャネル基板２４が填め込ま
れており、当該内部空間の下部は、気液混合物排出用の
マニホールド孔２１３となっている。
【００１８】仕切板２３は気密性のガラス状カーボン板
であり、カソード側チャネル基板２４は複数のチャネル
２４１及びリブ２４２が水平方向に形成された多孔性カ
ーボンの板であり、アノード側チャネル基板２５は、複
数のチャネル２５１及びリブ２５２が鉛直方向に形成さ
れた多孔性カーボンの板である。そして、チャネル基板
２５のチャネル２５１の内面に水の滞留を防止してガス
の流れを確保するために、親水性領域Ｈｐｙと溌水性領
域Ｈｐｈとの２つの領域とが形成されている。
であり、カソード側チャネル基板２４は複数のチャネル
２４１及びリブ２４２が水平方向に形成された多孔性カ
ーボンの板であり、アノード側チャネル基板２５は、複
数のチャネル２５１及びリブ２５２が鉛直方向に形成さ
れた多孔性カーボンの板である。そして、チャネル基板
２５のチャネル２５１の内面に水の滞留を防止してガス
の流れを確保するために、親水性領域Ｈｐｙと溌水性領
域Ｈｐｈとの２つの領域とが形成されている。
【００１９】セパレータ枠体２１の内部空間において、
アノード側チャネル基板２５の上側には入口チャネル基
板２６が、アノード側チャネル基板２５の下側には出口
チャネル基板２７が填め込まれている。入口チャネル基
板２６は、入口チャネル２６１及びリブ２６２が形成さ
れたプラスチックからなる帯板状の部材であって、入口
チャネル２６１はアノード側チャネル基板２５のチャネ
ル２５１と同ピッチであるが表裏の向きは反対に取り付
けられている。また、出口チャネル基板２７も入口チャ
ネル基板２６と同様の部材であって、出口チャネル２７
１及びリブ２７２が形成されている。
アノード側チャネル基板２５の上側には入口チャネル基
板２６が、アノード側チャネル基板２５の下側には出口
チャネル基板２７が填め込まれている。入口チャネル基
板２６は、入口チャネル２６１及びリブ２６２が形成さ
れたプラスチックからなる帯板状の部材であって、入口
チャネル２６１はアノード側チャネル基板２５のチャネ
ル２５１と同ピッチであるが表裏の向きは反対に取り付
けられている。また、出口チャネル基板２７も入口チャ
ネル基板２６と同様の部材であって、出口チャネル２７
１及びリブ２７２が形成されている。
【００２０】この３つのチャネル基板２５，２６，２７
のチャネル２５１，２６１，２７１は互いに連通し、気
液混合物が流通する通路になっている。入口基板２６の
リブ２６２の上は、帯状の孔基板２８が取り付けられて
いる。この孔基板２８は、各入口チャネル２６１で気液
混合物を生成するためのものであって、上記のマニホー
ルド溝２１８と入口チャネル２６１とを仕切っており、
各入口チャネル２６１に対して水を分配するための細孔
２８１が開設されている。
のチャネル２５１，２６１，２７１は互いに連通し、気
液混合物が流通する通路になっている。入口基板２６の
リブ２６２の上は、帯状の孔基板２８が取り付けられて
いる。この孔基板２８は、各入口チャネル２６１で気液
混合物を生成するためのものであって、上記のマニホー
ルド溝２１８と入口チャネル２６１とを仕切っており、
各入口チャネル２６１に対して水を分配するための細孔
２８１が開設されている。
【００２１】孔基板２８としては、金属製（ＳＵＳ３０
４，ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼、Ｔｉ鋼）の薄板や
セラミックス製（Ａｌ2Ｏ3等）の薄板にエッチングで細
孔を開設したもの、あるいはプラスチック製（ポリエス
テル系、ＡＢＳ系、パーフェニルオキサイド系等）の薄
板に細孔を開設したものを挙げることができる。 ［親水性領域Ｈｐｙと溌水性領域Ｈｐｈについて］チャ
ネル基板上に親水性領域Ｈｐｙと溌水性領域Ｈｐｈを確
保するには、その一部分を溌水処理するか乃至は一部分
を親水処理することによって相対的に溌水性が高い領域
を形成する方法が簡単である。
４，ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼、Ｔｉ鋼）の薄板や
セラミックス製（Ａｌ2Ｏ3等）の薄板にエッチングで細
孔を開設したもの、あるいはプラスチック製（ポリエス
テル系、ＡＢＳ系、パーフェニルオキサイド系等）の薄
板に細孔を開設したものを挙げることができる。 ［親水性領域Ｈｐｙと溌水性領域Ｈｐｈについて］チャ
ネル基板上に親水性領域Ｈｐｙと溌水性領域Ｈｐｈを確
保するには、その一部分を溌水処理するか乃至は一部分
を親水処理することによって相対的に溌水性が高い領域
を形成する方法が簡単である。
【００２２】具体的な２つの領域Ｈｐｙ，Ｈｐｈの形成
方法としては、溌水性或は親水性の塗料をチャネル２５
１をなす基板表面に噴霧或は塗布したり、溌水性或は親
水性の織布、不織布やフェルトといったシートをチャネ
ル基板表面におけるチャネル２５１の内面に付着させる
方法が挙げられる。溌水性材料としては、フッ素樹脂等
の溌水性の樹脂を溶剤に分散させてなる溌水性の塗料や
フッ素樹脂等からなる織布、不織布やフェルトを用いる
ことができる。
方法としては、溌水性或は親水性の塗料をチャネル２５
１をなす基板表面に噴霧或は塗布したり、溌水性或は親
水性の織布、不織布やフェルトといったシートをチャネ
ル基板表面におけるチャネル２５１の内面に付着させる
方法が挙げられる。溌水性材料としては、フッ素樹脂等
の溌水性の樹脂を溶剤に分散させてなる溌水性の塗料や
フッ素樹脂等からなる織布、不織布やフェルトを用いる
ことができる。
【００２３】また、親水性材料としては、シリカ、アク
リル樹脂及びメラミン樹脂との混合物（関西ペイント社
製）からなる塗料、ポリエステル、ポリエチレンテレフ
タレート、レーヨン、レーヨン／ポリエチレンテレフタ
レート、ナイロン／ポリエチレンテレフタレート、レー
ヨン／ポリクラールを主成分とする上記織布、不織布や
フェルトを用いることができる（Ａ／Ｂは、ＡとＢとの
混合物であることを意味する。）。これら親水性の塗料
及び各シートは吸水性に優れるものである。
リル樹脂及びメラミン樹脂との混合物（関西ペイント社
製）からなる塗料、ポリエステル、ポリエチレンテレフ
タレート、レーヨン、レーヨン／ポリエチレンテレフタ
レート、ナイロン／ポリエチレンテレフタレート、レー
ヨン／ポリクラールを主成分とする上記織布、不織布や
フェルトを用いることができる（Ａ／Ｂは、ＡとＢとの
混合物であることを意味する。）。これら親水性の塗料
及び各シートは吸水性に優れるものである。
【００２４】塗料を噴霧することによって溌水性領域を
形成する方法を例に挙げると図３に示すように、チャネ
ル２５１が形成されたカーボン基板に対して、所定間隔
にスリットＳが開設されたスリット基板Ｉを配置し、こ
の上方からフッ素樹脂等の溌水性の樹脂を溶剤に分散さ
せてなる溌水性の塗料を噴霧することによって、リブ２
５２の側壁面やチャネル２５１の底面に溌水性塗料を付
着させる。
形成する方法を例に挙げると図３に示すように、チャネ
ル２５１が形成されたカーボン基板に対して、所定間隔
にスリットＳが開設されたスリット基板Ｉを配置し、こ
の上方からフッ素樹脂等の溌水性の樹脂を溶剤に分散さ
せてなる溌水性の塗料を噴霧することによって、リブ２
５２の側壁面やチャネル２５１の底面に溌水性塗料を付
着させる。
【００２５】このようにして、処理を施すことにより溌
水性が向上された溌水性領域Ｈｐｈ（溌水性塗料の膜）
と、処理を施さないことにより親水性が相対的に向上さ
れたカーボン基板の素地が露出してなる親水性領域Ｈｐ
ｙとの２つの領域が帯状にチャネル２５１壁面には形成
されることとなる。溌水性領域Ｈｐｈのチャネル２５１
の壁面に対する面積は、特に限定されないが、ガスの通
路が十分に確保されるためにはチャネル２５１の壁面断
面の１／３〜２／３の面に形成することが望ましい。
水性が向上された溌水性領域Ｈｐｈ（溌水性塗料の膜）
と、処理を施さないことにより親水性が相対的に向上さ
れたカーボン基板の素地が露出してなる親水性領域Ｈｐ
ｙとの２つの領域が帯状にチャネル２５１壁面には形成
されることとなる。溌水性領域Ｈｐｈのチャネル２５１
の壁面に対する面積は、特に限定されないが、ガスの通
路が十分に確保されるためにはチャネル２５１の壁面断
面の１／３〜２／３の面に形成することが望ましい。
【００２６】また、ガス通路の確保のためにはチャネル
２５１の入口側から出口側の全域に及んで溌水処理を施
すことが望ましいが、少なくとも特に水が滞留しやすい
チャネル終端に対して処理されてあれば同効果を奏す
る。溌水性領域Ｈｐｈの形成面積は、スリットＳの面積
を設定することによって簡単に変更することができる
し、同じスリット基板Ｉを用いてスリット基板Ｉをカー
ボン基板に対して適宜相対的にスライドさせて所定の面
積になるように形成することもできる。
２５１の入口側から出口側の全域に及んで溌水処理を施
すことが望ましいが、少なくとも特に水が滞留しやすい
チャネル終端に対して処理されてあれば同効果を奏す
る。溌水性領域Ｈｐｈの形成面積は、スリットＳの面積
を設定することによって簡単に変更することができる
し、同じスリット基板Ｉを用いてスリット基板Ｉをカー
ボン基板に対して適宜相対的にスライドさせて所定の面
積になるように形成することもできる。
【００２７】また、親水性塗料を噴霧することによって
親水性領域を形成する場合にも同様にして形成すること
ができる。このように親水性の塗料を付着させれば、チ
ャネル２５１壁面には親水性が向上された領域が形成さ
れ、それによって処理を施さない相対的に溌水性が高い
領域が形成されることとなる。上記方法は、チャネルの
壁面の一部分を親水処理或は溌水処理して相対的に溌水
性の高い領域を形成することによって、親水性領域と溌
水性領域とを確保したがこれに限らず、親水性及び溌水
性の両方の形成材料を用いて２つの領域を形成しても良
い。
親水性領域を形成する場合にも同様にして形成すること
ができる。このように親水性の塗料を付着させれば、チ
ャネル２５１壁面には親水性が向上された領域が形成さ
れ、それによって処理を施さない相対的に溌水性が高い
領域が形成されることとなる。上記方法は、チャネルの
壁面の一部分を親水処理或は溌水処理して相対的に溌水
性の高い領域を形成することによって、親水性領域と溌
水性領域とを確保したがこれに限らず、親水性及び溌水
性の両方の形成材料を用いて２つの領域を形成しても良
い。
【００２８】［燃料電池の運転動作についての説明］図
４は、固体高分子型燃料電池１を運転する様子を示す図
である。図５は、図１のＸ−Ｘ線断面図であり、図６
は、図１のＹ−Ｙ線断面図である。図４〜６において、
水の流れを白抜き矢印で示し、水素の流れを細実線矢印
で示し、気液混合物の流れを太実線矢印で示している。
また、空気の流れを破線矢印で示している。
４は、固体高分子型燃料電池１を運転する様子を示す図
である。図５は、図１のＸ−Ｘ線断面図であり、図６
は、図１のＹ−Ｙ線断面図である。図４〜６において、
水の流れを白抜き矢印で示し、水素の流れを細実線矢印
で示し、気液混合物の流れを太実線矢印で示している。
また、空気の流れを破線矢印で示している。
【００２９】水素は水素ボンベ２から固体高分子型燃料
電池１の水素供給用のマニホールド孔２１１ａ，２１１
ｂに供給され（図４参照）、各セパレータのマニホール
ド溝２１７に分配される。そして、各マニホールド溝２
１７から更に入口チャネル２６１に分配され、チャネル
２５１に向かって下方へ流れる（図６参照）。一方、水
は、ポンプ３を駆動させることによって、気液分離タン
ク４から熱交換器５を経由して固体高分子型燃料電池１
の水供給用のマニホールド孔２１２ａ，２１２ｂに供給
され（図４参照）、各セパレータのマニホールド溝２１
８に分配される。そして、各マニホールド溝２１８から
更に細孔２８１を通って入口チャネル２６１に分配さ
れ、各入口チャネル２６１内で上記の水素と混合されて
気液混合物が生成される（図５，６参照）。
電池１の水素供給用のマニホールド孔２１１ａ，２１１
ｂに供給され（図４参照）、各セパレータのマニホール
ド溝２１７に分配される。そして、各マニホールド溝２
１７から更に入口チャネル２６１に分配され、チャネル
２５１に向かって下方へ流れる（図６参照）。一方、水
は、ポンプ３を駆動させることによって、気液分離タン
ク４から熱交換器５を経由して固体高分子型燃料電池１
の水供給用のマニホールド孔２１２ａ，２１２ｂに供給
され（図４参照）、各セパレータのマニホールド溝２１
８に分配される。そして、各マニホールド溝２１８から
更に細孔２８１を通って入口チャネル２６１に分配さ
れ、各入口チャネル２６１内で上記の水素と混合されて
気液混合物が生成される（図５，６参照）。
【００３０】入口チャネル２６１内で生成された気液混
合物は、チャネル２５１を通過しながら、アノード１３
に水素を供給すると共に固体高分子膜１１を加湿し、チ
ャネル２７１を通ってマニホールド孔２１３から固体高
分子型燃料電池１の外に排出される（図４，６参照）。
また、この気液混合物は、固体高分子型燃料電池１を冷
却する冷媒としての働きもなす。
合物は、チャネル２５１を通過しながら、アノード１３
に水素を供給すると共に固体高分子膜１１を加湿し、チ
ャネル２７１を通ってマニホールド孔２１３から固体高
分子型燃料電池１の外に排出される（図４，６参照）。
また、この気液混合物は、固体高分子型燃料電池１を冷
却する冷媒としての働きもなす。
【００３１】図７は、図１におけるＺ−Ｚ線断面要部拡
大図であり、チャネル２５１内の気液混合物の流れる状
態を示す模式図である。このようにしてチャネル２５１
を流れる気液混合物は、図７に示すように実際には気水
分離流を形成している。即ち、上記溌水性領域Ｈｐｈは
気液混合物中の水を弾いて親水性領域Ｈｐｙに水は引き
寄せられるので、溌水性領域Ｈｐｈ近傍ではガス（水素
ガスと水蒸気）が流れ、一方親水性領域Ｈｐｙ近傍では
水が流れる。
大図であり、チャネル２５１内の気液混合物の流れる状
態を示す模式図である。このようにしてチャネル２５１
を流れる気液混合物は、図７に示すように実際には気水
分離流を形成している。即ち、上記溌水性領域Ｈｐｈは
気液混合物中の水を弾いて親水性領域Ｈｐｙに水は引き
寄せられるので、溌水性領域Ｈｐｈ近傍ではガス（水素
ガスと水蒸気）が流れ、一方親水性領域Ｈｐｙ近傍では
水が流れる。
【００３２】従って、チャネル２５１途中で水が滞留す
ることによってチャネルが閉塞し、ガスの流れが阻害さ
れることがない。親水性材料を配設することによって親
水性領域Ｈｐｙを形成する場合には、親水性が高く吸水
性を有するものを用いれば、当該親水性領域Ｈｐｙには
水が保持され保水層が形成される。このように保水層が
形成されれば、この保水層から気化する水蒸気で固体高
分子膜を確実に保湿すると共に冷却効果をも奏する。従
って、チャネル基板を作製するのに基板自体に水が保持
され易い多孔性カーボンのような基板を用いて切削加工
する必要がなく、膨張カーボンのような材料を圧縮成形
して基板を安価に作製することができるといった効果が
ある。
ることによってチャネルが閉塞し、ガスの流れが阻害さ
れることがない。親水性材料を配設することによって親
水性領域Ｈｐｙを形成する場合には、親水性が高く吸水
性を有するものを用いれば、当該親水性領域Ｈｐｙには
水が保持され保水層が形成される。このように保水層が
形成されれば、この保水層から気化する水蒸気で固体高
分子膜を確実に保湿すると共に冷却効果をも奏する。従
って、チャネル基板を作製するのに基板自体に水が保持
され易い多孔性カーボンのような基板を用いて切削加工
する必要がなく、膨張カーボンのような材料を圧縮成形
して基板を安価に作製することができるといった効果が
ある。
【００３３】なお、このように保水層を形成しようとす
る場合には、固体高分子膜を幅広く加湿することができ
る点を考慮すれば吸水性材料はチャネルの底面に配設す
る方が望ましいと思われる。固体高分子型燃料電池１に
供給する水量の調整は、水圧計（図４中にＰで示してい
る）で孔基板２８にかかる水圧を計りながら、所定の水
圧となるようにポンプ３の出力をコントロールすること
によって行う。
る場合には、固体高分子膜を幅広く加湿することができ
る点を考慮すれば吸水性材料はチャネルの底面に配設す
る方が望ましいと思われる。固体高分子型燃料電池１に
供給する水量の調整は、水圧計（図４中にＰで示してい
る）で孔基板２８にかかる水圧を計りながら、所定の水
圧となるようにポンプ３の出力をコントロールすること
によって行う。
【００３４】供給する水量としては、固体高分子型燃料
電池１を所定の運転温度（８０℃程度）に保つ冷却力を
得るだけの水量は必要であるが、アノード１３に対する
水素の供給を円滑に行うためにできるだけ少ない水量に
設定することが望ましい。図４に戻って固体高分子型燃
料電池１から排出された気液混合物は、気液分離タンク
４に流れ込み未反応水素と水とに分離されて、分離され
た水は再利用され、未反応水素は燃焼器（不図示）で燃
焼処理される。
電池１を所定の運転温度（８０℃程度）に保つ冷却力を
得るだけの水量は必要であるが、アノード１３に対する
水素の供給を円滑に行うためにできるだけ少ない水量に
設定することが望ましい。図４に戻って固体高分子型燃
料電池１から排出された気液混合物は、気液分離タンク
４に流れ込み未反応水素と水とに分離されて、分離され
た水は再利用され、未反応水素は燃焼器（不図示）で燃
焼処理される。
【００３５】なお、気液分離タンク４で分離された未反
応水素を固体高分子型燃料電池１のアノード側に送る配
管を設けて、未反応水素を再利用するようにすることも
可能である。空気は、ファン（不図示）から空気供給マ
ニホールド（不図示）を経由して固体高分子型燃料電池
１に送り込まれる。そして、チャネル２４１を通過しな
がらカソード１２に酸素を供給し、固体高分子型燃料電
池１から排出される。
応水素を固体高分子型燃料電池１のアノード側に送る配
管を設けて、未反応水素を再利用するようにすることも
可能である。空気は、ファン（不図示）から空気供給マ
ニホールド（不図示）を経由して固体高分子型燃料電池
１に送り込まれる。そして、チャネル２４１を通過しな
がらカソード１２に酸素を供給し、固体高分子型燃料電
池１から排出される。
【００３６】以上説明したように、本固体高分子型燃料
電池１では気液混合物が流通するアノード側のチャネル
２５１内におけるガスの流れが確保されるので、水素ガ
スは電極に安定して供給されることとなり、運転初期の
電池電圧を経時的に維持することができる。 〔実施の形態２〕本実施の形態は、チャネル基板２５の
溌水処理方法を異にする以外は上記実施の形態の固体高
分子型燃料電池１と同様の構成であるので差分のみを説
明する。
電池１では気液混合物が流通するアノード側のチャネル
２５１内におけるガスの流れが確保されるので、水素ガ
スは電極に安定して供給されることとなり、運転初期の
電池電圧を経時的に維持することができる。 〔実施の形態２〕本実施の形態は、チャネル基板２５の
溌水処理方法を異にする以外は上記実施の形態の固体高
分子型燃料電池１と同様の構成であるので差分のみを説
明する。
【００３７】ここでは、チャネル２５１の形成壁面全面
を入口側から出口側にかけて溌水性が連続的に大きくな
るように処理されている。溌水性が高い出口側では気液
混合物中の水が弾かれて水滴状になり、基板との接触抵
抗が小さくなるので、チャネル外にスムーズに排出され
ることとなり、チャネル２５１内に水が滞留することに
よってチャネルが閉塞されるといった問題は解消され、
実施の形態１と同様に安定した発電が可能となる。
を入口側から出口側にかけて溌水性が連続的に大きくな
るように処理されている。溌水性が高い出口側では気液
混合物中の水が弾かれて水滴状になり、基板との接触抵
抗が小さくなるので、チャネル外にスムーズに排出され
ることとなり、チャネル２５１内に水が滞留することに
よってチャネルが閉塞されるといった問題は解消され、
実施の形態１と同様に安定した発電が可能となる。
【００３８】この水を排出する効果は、チャネル２５１
の出口側端部だけを溌水処理してその部分の溌水性を高
めてもある程度得られるが、この場合には溌水性の低い
部分と溌水性の高い部分の境界線にあたる不連続部分に
水が滞留する可能性がある。一方、上記のように連続的
に溌水性を変化させればそのような不連続部分での水の
滞留が生じることなく水はスムーズに流れ排出されるこ
ととなる。
の出口側端部だけを溌水処理してその部分の溌水性を高
めてもある程度得られるが、この場合には溌水性の低い
部分と溌水性の高い部分の境界線にあたる不連続部分に
水が滞留する可能性がある。一方、上記のように連続的
に溌水性を変化させればそのような不連続部分での水の
滞留が生じることなく水はスムーズに流れ排出されるこ
ととなる。
【００３９】溌水処理は、上記溌水性塗料を噴霧させる
ノズルをチャネル基板表面に沿って気液混合物流れ方向
に直交する方向にライン状にチャネル入口側から出口側
に向けて走査しながら上記塗料を噴霧することで行う。
このノズルを走査する速度を出口側に向かうに従って遅
くなるようにコントロールすることにより出口側に向け
て次第に噴霧時間を長くして、噴霧量を増やせば溌水性
をチャネル出口側に向けて次第に高くすることができ
る。
ノズルをチャネル基板表面に沿って気液混合物流れ方向
に直交する方向にライン状にチャネル入口側から出口側
に向けて走査しながら上記塗料を噴霧することで行う。
このノズルを走査する速度を出口側に向かうに従って遅
くなるようにコントロールすることにより出口側に向け
て次第に噴霧時間を長くして、噴霧量を増やせば溌水性
をチャネル出口側に向けて次第に高くすることができ
る。
【００４０】更に、チャネル２５１の入口側の基板壁面
に親水性を確保すれば（例えば、溌水性塗料を噴霧する
ことなくカーボン基板の親水性を確保しておく）、入口
チャネル２６１からの気液混合物中の水が、チャネル２
５１の入口部分で滞留することによるチャネルの閉塞が
防止され、上述したように電池の運転性能の向上に寄与
する。
に親水性を確保すれば（例えば、溌水性塗料を噴霧する
ことなくカーボン基板の親水性を確保しておく）、入口
チャネル２６１からの気液混合物中の水が、チャネル２
５１の入口部分で滞留することによるチャネルの閉塞が
防止され、上述したように電池の運転性能の向上に寄与
する。
【００４１】次に、上記排水効果について例示的に説明
する。チャネル基板２５を種々の条件で上記溌水処理し
た場合のチャネル２５１の閉塞状況を観察した。溌水処
理の条件は、チャネル基板に対する水の接触角で規定
し、チャネル２５１の入口側と出口側の接触角が表１に
示す値となるように溌水処理した。
する。チャネル基板２５を種々の条件で上記溌水処理し
た場合のチャネル２５１の閉塞状況を観察した。溌水処
理の条件は、チャネル基板に対する水の接触角で規定
し、チャネル２５１の入口側と出口側の接触角が表１に
示す値となるように溌水処理した。
【００４２】
【表１】 こうして作製したチャネル基板にチャネル１本当たり１
０ｍＬ／ｍｉｎの窒素ガスと０．１ｍＬ／ｍｉｎの水を
混合して供給し、チャネル内の水の流れる状況を観察し
た。この結果を上記表１に併記した。なお、表１の接触
角が２０°というのは、カーボン基板自体の値であっ
て、これに溌水処理を施すことにより溌水性が向上し、
水の接触角はこれよりも大きくなる。
０ｍＬ／ｍｉｎの窒素ガスと０．１ｍＬ／ｍｉｎの水を
混合して供給し、チャネル内の水の流れる状況を観察し
た。この結果を上記表１に併記した。なお、表１の接触
角が２０°というのは、カーボン基板自体の値であっ
て、これに溌水処理を施すことにより溌水性が向上し、
水の接触角はこれよりも大きくなる。
【００４３】この結果からも明らかなようにチャネル出
口側の水の接触角は、９０°よりも小さくなると出口付
近で水が滞留してチャネルが閉塞されてしまうので、出
口側では水の接触角は９０°以上に設定することが望ま
しいことが分かる。一方、チャネル出口側の溌水性が高
く水捌けに優れていても、チャネル入口側の水の接触角
が６０°を越えると入口側に水が滞留してしまうため、
６０°以下に設定することが望ましいと言える。
口側の水の接触角は、９０°よりも小さくなると出口付
近で水が滞留してチャネルが閉塞されてしまうので、出
口側では水の接触角は９０°以上に設定することが望ま
しいことが分かる。一方、チャネル出口側の溌水性が高
く水捌けに優れていても、チャネル入口側の水の接触角
が６０°を越えると入口側に水が滞留してしまうため、
６０°以下に設定することが望ましいと言える。
【００４４】なお、チャネル出口側の水の接触角が９０
°の場合にはチャネルを完全に閉塞するには到らないま
でも断続的（まれに）にチャネルの閉塞が観察され、チ
ャネル入口側の水の接触角が６０°の場合にも断続的に
チャネルの閉塞が観察されたので、チャネルが閉塞する
可能性を極力低減させるには、チャネル出口側の水の接
触角は１２０°以上、チャネル出口側の水の接触角は４
０°以下に設定することがより望ましいことも表１の結
果は示している。
°の場合にはチャネルを完全に閉塞するには到らないま
でも断続的（まれに）にチャネルの閉塞が観察され、チ
ャネル入口側の水の接触角が６０°の場合にも断続的に
チャネルの閉塞が観察されたので、チャネルが閉塞する
可能性を極力低減させるには、チャネル出口側の水の接
触角は１２０°以上、チャネル出口側の水の接触角は４
０°以下に設定することがより望ましいことも表１の結
果は示している。
【００４５】〔実施の形態３〕図８は、本実施の形態に
係る固体高分子型燃料電池の要部分解斜視図である。セ
ル１０を形成する固体高分子膜１１の上部には、積層時
に水及び気液混合物の供給マニホールドを形成する水供
給口３０１及び気液混合物供給口３０２が開設され、下
部には、積層時に気液混合物の排出マニホールドを形成
する気液混合物排出口３０３が開設されている。また、
左上方側部及び右下側部には、空気の供給、排出マニホ
ールドを形成する空気供給口（不図示）及び空気排出口
３０４がそれぞれ開設されている。
係る固体高分子型燃料電池の要部分解斜視図である。セ
ル１０を形成する固体高分子膜１１の上部には、積層時
に水及び気液混合物の供給マニホールドを形成する水供
給口３０１及び気液混合物供給口３０２が開設され、下
部には、積層時に気液混合物の排出マニホールドを形成
する気液混合物排出口３０３が開設されている。また、
左上方側部及び右下側部には、空気の供給、排出マニホ
ールドを形成する空気供給口（不図示）及び空気排出口
３０４がそれぞれ開設されている。
【００４６】一方、セパレータ板３０５は、表裏両面に
形成された凹部３０６ａを有するセパレータ本体３０６
と、当該凹部３０６ａの底板の上に載置されたアノード
側チャネル基板３０７及びカソード側チャネル基板（背
面側にあって見えない。）とから構成されている。セパ
レータ本体３０６の上部には、積層時に水及び気液混合
物の供給マニホールドを形成する水供給口３０８及び気
液混合物供給口３０９が開設され、その下方の表面には
気液混合物をアノード側チャネルに案内する通路Ｔが確
保されている。
形成された凹部３０６ａを有するセパレータ本体３０６
と、当該凹部３０６ａの底板の上に載置されたアノード
側チャネル基板３０７及びカソード側チャネル基板（背
面側にあって見えない。）とから構成されている。セパ
レータ本体３０６の上部には、積層時に水及び気液混合
物の供給マニホールドを形成する水供給口３０８及び気
液混合物供給口３０９が開設され、その下方の表面には
気液混合物をアノード側チャネルに案内する通路Ｔが確
保されている。
【００４７】そしてセパレータ本体３０６の下部には、
積層時には排出マニホールドを形成する気液混合物排出
口３１０が開設されている。また、左上方側部及び右下
方側部には、空気の供給、排出マニホールドを形成する
空気供給口３１１及び空気排出口３１２がそれぞれ開設
されている。そして、本実施の形態における固体高分子
型燃料電池は、上記セル１０とセパレータ板３０５とが
交互に所定数積層され気液混合物供給マニホールド内
に、水中に水素を吹き込むことにより気液混合物を生成
するバブラ３１３が挿入された構成をしている。
積層時には排出マニホールドを形成する気液混合物排出
口３１０が開設されている。また、左上方側部及び右下
方側部には、空気の供給、排出マニホールドを形成する
空気供給口３１１及び空気排出口３１２がそれぞれ開設
されている。そして、本実施の形態における固体高分子
型燃料電池は、上記セル１０とセパレータ板３０５とが
交互に所定数積層され気液混合物供給マニホールド内
に、水中に水素を吹き込むことにより気液混合物を生成
するバブラ３１３が挿入された構成をしている。
【００４８】当該バブラー３１３は、例えばメッシュ径
５μｍの焼結金属からなり中心軸に沿って水素の流路と
なる中空部３１４が形成された円柱状の多孔性部材３１
５の両端に一対の蓋部３１６ａ，３１６ｂを設けて構成
されている。そして、一方の蓋部３１６ａには、水素供
給管３１７を通じて、中空部３１４に水素を送り込むこ
とができるようになっている（なお、上記各構成の詳細
については、特願平７−２９６４１４を参照）。
５μｍの焼結金属からなり中心軸に沿って水素の流路と
なる中空部３１４が形成された円柱状の多孔性部材３１
５の両端に一対の蓋部３１６ａ，３１６ｂを設けて構成
されている。そして、一方の蓋部３１６ａには、水素供
給管３１７を通じて、中空部３１４に水素を送り込むこ
とができるようになっている（なお、上記各構成の詳細
については、特願平７−２９６４１４を参照）。
【００４９】次に、アノード側チャネル基板３０７の形
状について詳細に説明する。このアノード側チャネル基
板３０７は、チャネル出口側に水を凝集させる工夫が凝
らされており、これによりチャネルの閉塞を回避する。
つまり、図８に示すように、当該アノード側チャネル基
板３０７は、リブ３０７ａの終端部分が下流側に斜めに
切り欠かれて次第にリブの幅が細くなるようにテーパ状
に成形されている。
状について詳細に説明する。このアノード側チャネル基
板３０７は、チャネル出口側に水を凝集させる工夫が凝
らされており、これによりチャネルの閉塞を回避する。
つまり、図８に示すように、当該アノード側チャネル基
板３０７は、リブ３０７ａの終端部分が下流側に斜めに
切り欠かれて次第にリブの幅が細くなるようにテーパ状
に成形されている。
【００５０】このようなチャネル形状に基づきチャネル
終端部の水は、表面張力によってリブ３０７ａの側壁面
に沿って誘導されチャネル３０７ｂの終端で凝集され
る。そして、凝集した水滴が成長してその水滴にかかる
重力が表面張力に打ち勝てば適宜チャネル内から排出さ
れることとなる。従って、チャネルの中央部分にはガス
の通路が確保されることとなる。
終端部の水は、表面張力によってリブ３０７ａの側壁面
に沿って誘導されチャネル３０７ｂの終端で凝集され
る。そして、凝集した水滴が成長してその水滴にかかる
重力が表面張力に打ち勝てば適宜チャネル内から排出さ
れることとなる。従って、チャネルの中央部分にはガス
の通路が確保されることとなる。
【００５１】なお、このようにチャネル終端部で水を凝
集させるようなチャネル形状としてはこれに限らず、以
下の種々の形状を挙げることができる。チャネル基板の
出口部分の拡大斜視図である図９、図１０を参照しなが
ら説明する。 図９に示すように、チャネル３０７ｂの終端部でチ
ャネルの底面の中央部分が上流側に陥没するように切り
欠かれた形状に基板を成形しても良い。
集させるようなチャネル形状としてはこれに限らず、以
下の種々の形状を挙げることができる。チャネル基板の
出口部分の拡大斜視図である図９、図１０を参照しなが
ら説明する。 図９に示すように、チャネル３０７ｂの終端部でチ
ャネルの底面の中央部分が上流側に陥没するように切り
欠かれた形状に基板を成形しても良い。
【００５２】このような形状とすることによってチャネ
ル終端部の水は、表面張力によってチャネルのリブ３０
７ａ側壁に沿って誘導され、その先端部分で水は凝集さ
れてチャネル外に排出される。 図１０に示すように、当該チャネル基板３０７で
は、リブ３０７ａの終端部が下流側で、次第に低くなる
ようにテーパ状に切り欠かれて成形されている。
ル終端部の水は、表面張力によってチャネルのリブ３０
７ａ側壁に沿って誘導され、その先端部分で水は凝集さ
れてチャネル外に排出される。 図１０に示すように、当該チャネル基板３０７で
は、リブ３０７ａの終端部が下流側で、次第に低くなる
ようにテーパ状に切り欠かれて成形されている。
【００５３】これによって、表面張力によりリブ３０７
ａ側壁面に沿ってチャネル３０７ｂ流れてくる水はチャ
ネル３０７ｂの終端付近では、リブの端部における鋭部
３０７ｃで凝集しチャネル外部に排出される。なお、本
実施の形態において、上記実施の形態１或は実施の形態
２を組み合わせチャネル内面を上記のように溌水処理或
は親水処理すれば、一層チャネルの閉塞を回避する効果
は顕著なものとなる。
ａ側壁面に沿ってチャネル３０７ｂ流れてくる水はチャ
ネル３０７ｂの終端付近では、リブの端部における鋭部
３０７ｃで凝集しチャネル外部に排出される。なお、本
実施の形態において、上記実施の形態１或は実施の形態
２を組み合わせチャネル内面を上記のように溌水処理或
は親水処理すれば、一層チャネルの閉塞を回避する効果
は顕著なものとなる。
【００５４】〔実施の形態４〕本実施の形態の固体高分
子型燃料電池は、アノード側チャネルの出口側の水の滞
留を防止する形態を異にする以外、その他の構成は上記
実施の形態３と同様であるので差分のみを説明する。図
１１は、チャネル基板の出口部分の拡大斜視図（矢印Ｕ
矢視正面図を二重線枠内に含む。）である。
子型燃料電池は、アノード側チャネルの出口側の水の滞
留を防止する形態を異にする以外、その他の構成は上記
実施の形態３と同様であるので差分のみを説明する。図
１１は、チャネル基板の出口部分の拡大斜視図（矢印Ｕ
矢視正面図を二重線枠内に含む。）である。
【００５５】図１１に示すように、本固体高分子型燃料
電池のアノード側のチャネル基板３０７では、チャネル
３０７ｂの終端部に、先端側が次第に肉薄となるテーパ
状の水導出板３０７ｄが取着されている。なお、本実施
の形態では当該水導出板３０７ｄにはチャネル基板３０
７と同じ材質のものを用いる。このように水導出板３０
７ｄを取着することにより、水の表面張力によって基板
表面に密着した状態で流れてくる水は、水導出板３０７
ｄの面に沿って誘導されてチャネル３０７ｂ外に排出さ
れることとなる。従って、水滞留によってガスの流通は
阻害されることなく、電池性能を安定して発揮すること
ができる。
電池のアノード側のチャネル基板３０７では、チャネル
３０７ｂの終端部に、先端側が次第に肉薄となるテーパ
状の水導出板３０７ｄが取着されている。なお、本実施
の形態では当該水導出板３０７ｄにはチャネル基板３０
７と同じ材質のものを用いる。このように水導出板３０
７ｄを取着することにより、水の表面張力によって基板
表面に密着した状態で流れてくる水は、水導出板３０７
ｄの面に沿って誘導されてチャネル３０７ｂ外に排出さ
れることとなる。従って、水滞留によってガスの流通は
阻害されることなく、電池性能を安定して発揮すること
ができる。
【００５６】なお、本実施の形態において、上記実施の
形態１或は実施の形態２を組み合わせチャネル内面を上
記のように溌水処理或は親水処理すれば、一層チャネル
の閉塞を回避する効果は顕著なものとなる。 〔実施の形態５〕本実施の形態に係る固体高分子型燃料
電池は、チャネル基板３０７の入口側の形状を異にする
以外前記実施の形態３と同様であるので差分のみを説明
する。
形態１或は実施の形態２を組み合わせチャネル内面を上
記のように溌水処理或は親水処理すれば、一層チャネル
の閉塞を回避する効果は顕著なものとなる。 〔実施の形態５〕本実施の形態に係る固体高分子型燃料
電池は、チャネル基板３０７の入口側の形状を異にする
以外前記実施の形態３と同様であるので差分のみを説明
する。
【００５７】当該チャネル基板３０７は、チャネル内に
水が入りやすいように入口部分の形状を工夫している。
具体的には以下の形態を挙げることができる。チャネル
基板の入口部分の拡大斜視図である図１２〜図１５を参
照しながら説明する。なお、図１４においては、矢印Ｗ
方向矢視正面図を二重線枠内に含む。
水が入りやすいように入口部分の形状を工夫している。
具体的には以下の形態を挙げることができる。チャネル
基板の入口部分の拡大斜視図である図１２〜図１５を参
照しながら説明する。なお、図１４においては、矢印Ｗ
方向矢視正面図を二重線枠内に含む。
【００５８】 図１２に示すように当該チャネル基板
３０７の入口部分は、気液混合物流れ方向上流側に向け
て断面が次第に拡大するように成形され、チャネル側壁
にはスロープＳＬが設けられている。これによって、チ
ャネル入口部分で水はこのスロープＳＬに沿って誘導さ
れチャネル内にスムーズに流入するので、入口付近への
水の滞留を防止することができる。
３０７の入口部分は、気液混合物流れ方向上流側に向け
て断面が次第に拡大するように成形され、チャネル側壁
にはスロープＳＬが設けられている。これによって、チ
ャネル入口部分で水はこのスロープＳＬに沿って誘導さ
れチャネル内にスムーズに流入するので、入口付近への
水の滞留を防止することができる。
【００５９】 図１３に示すように、当該チャネル基
板は、チャネルの入口側の先端部分が気液混合物流れ方
向下流方向に向け陥没した溝部３０７ｅをなすように切
り欠かれるとともに、リブ３０７ａの先端部分が上流方
向に向けて次第に幅狭（細く）になるテーパ状に成形さ
れている。これにより水は、上記テーパ部分の傾斜した
面に沿ってチャネル内に誘導されるのに加え、溝部３０
７ｅを形成する面に沿って誘導されて水は溝部３０７ｅ
の谷間で凝集され、当該凝集水がチャネル内に導入され
ることとなる。
板は、チャネルの入口側の先端部分が気液混合物流れ方
向下流方向に向け陥没した溝部３０７ｅをなすように切
り欠かれるとともに、リブ３０７ａの先端部分が上流方
向に向けて次第に幅狭（細く）になるテーパ状に成形さ
れている。これにより水は、上記テーパ部分の傾斜した
面に沿ってチャネル内に誘導されるのに加え、溝部３０
７ｅを形成する面に沿って誘導されて水は溝部３０７ｅ
の谷間で凝集され、当該凝集水がチャネル内に導入され
ることとなる。
【００６０】 図１４に示すように、チャネル基板上
流部には、気液混合物流れ方向上流側に向けて肉薄とな
るようにテーパ状に成形された水導入板３０７ｆが取着
されている。これによって当該水導入板３０７ｆのスロ
ープ部分に沿って水がチャネル内に誘導されるようにな
っている。
流部には、気液混合物流れ方向上流側に向けて肉薄とな
るようにテーパ状に成形された水導入板３０７ｆが取着
されている。これによって当該水導入板３０７ｆのスロ
ープ部分に沿って水がチャネル内に誘導されるようにな
っている。
【００６１】 図１５に示すように、チャネル上流部
にはガイド平板３０７ｇがリブ３０７ａに平行となるよ
うにチャネル底面に立設されている。この構成によれば
水の表面張力によってガイド平板３０７ｇの面に沿って
水がチャネル内に誘導されることとなり、チャネル入口
部での水滞留を防止する。なお、本実施の形態におい
て、上記実施の形態１或は実施の形態２を組み合わせチ
ャネル内面を上記のように溌水処理或は親水処理すれ
ば、一層チャネルの閉塞を回避する効果は顕著なものと
なる。
にはガイド平板３０７ｇがリブ３０７ａに平行となるよ
うにチャネル底面に立設されている。この構成によれば
水の表面張力によってガイド平板３０７ｇの面に沿って
水がチャネル内に誘導されることとなり、チャネル入口
部での水滞留を防止する。なお、本実施の形態におい
て、上記実施の形態１或は実施の形態２を組み合わせチ
ャネル内面を上記のように溌水処理或は親水処理すれ
ば、一層チャネルの閉塞を回避する効果は顕著なものと
なる。
【００６２】また、上記実施の形態３或は実施の形態４
と組み合わせれば、チャネル入口側だけでなくチャネル
出口側でのチャネルの閉塞をも回避することができるの
でより望ましい。更に、実施の形態１或は実施の形態２
と組み合わせれば、一層、信頼性が増す。 〔変形例〕本発明は、以上の実施の形態に限定されない
のは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
において種々の形態で実施可能であり、以下の変形例が
考えられる。
と組み合わせれば、チャネル入口側だけでなくチャネル
出口側でのチャネルの閉塞をも回避することができるの
でより望ましい。更に、実施の形態１或は実施の形態２
と組み合わせれば、一層、信頼性が増す。 〔変形例〕本発明は、以上の実施の形態に限定されない
のは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
において種々の形態で実施可能であり、以下の変形例が
考えられる。
【００６３】即ち、 （１） 上記各実施の形態では、アノード側のチャネル
基板に限り溌水処理したり、排水を促進するために形状
を工夫したがこれに限定されないのは言うまでもなくカ
ソード側のチャネル基板に対しても同様に適応すること
ができる。この場合には、カソードで電気化学的反応に
伴って生成される反応生成水がカソード側のチャネルに
滞留することによる空気（酸化剤）の流れが阻害される
のを防止するといった効果を奏する。
基板に限り溌水処理したり、排水を促進するために形状
を工夫したがこれに限定されないのは言うまでもなくカ
ソード側のチャネル基板に対しても同様に適応すること
ができる。この場合には、カソードで電気化学的反応に
伴って生成される反応生成水がカソード側のチャネルに
滞留することによる空気（酸化剤）の流れが阻害される
のを防止するといった効果を奏する。
【００６４】（２） 上記各実施の形態では、気液混合
物を電池に供給しこれで電池冷却や固体高分子膜を加湿
する方式の場合について説明したがこれに限らず、水中
に水素ガスをバブリングするなどの従前の方法で水素ガ
スを加湿して供給する場合であっても、水が滞留するこ
とによるチャネルの閉塞といった問題は発生するであろ
うから、この問題に対しても対処できるのは言うまでも
ない。
物を電池に供給しこれで電池冷却や固体高分子膜を加湿
する方式の場合について説明したがこれに限らず、水中
に水素ガスをバブリングするなどの従前の方法で水素ガ
スを加湿して供給する場合であっても、水が滞留するこ
とによるチャネルの閉塞といった問題は発生するであろ
うから、この問題に対しても対処できるのは言うまでも
ない。
【００６５】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明の固体高
分子型燃料電池は、固体高分子膜にカソード及びアノー
ドを配したセルと、加湿された燃料ガスが供給される前
記アノードに対向してアノード側チャネルが形成された
第１のプレートと、前記カソードに対向して設けられた
カソード側チャネルが形成された第２のプレートとから
なり、前記アノード側チャネルの壁面は、少なくともチ
ャネル終端部に溌水性領域と親水性領域とが形成されて
いるので、ガスの通路が溌水性領域近傍に確実に確保さ
れ、電池性能を経時的にも維持することができ、安定し
た電圧を得ることができる。
分子型燃料電池は、固体高分子膜にカソード及びアノー
ドを配したセルと、加湿された燃料ガスが供給される前
記アノードに対向してアノード側チャネルが形成された
第１のプレートと、前記カソードに対向して設けられた
カソード側チャネルが形成された第２のプレートとから
なり、前記アノード側チャネルの壁面は、少なくともチ
ャネル終端部に溌水性領域と親水性領域とが形成されて
いるので、ガスの通路が溌水性領域近傍に確実に確保さ
れ、電池性能を経時的にも維持することができ、安定し
た電圧を得ることができる。
【００６６】ここで前記親水性領域を吸水性素材で形成
すれば、当該親水性領域は水を保持することで保水層と
なり、固体高分子膜の湿潤や電池冷却がこの保水層の水
を用いて確実になされる。従って、従前、基板自体に保
水性の高い効果な材質のものを用いることで保水層を形
成していたが、このように吸水性素材を配すれば、より
安価に保水層を形成することができる。
すれば、当該親水性領域は水を保持することで保水層と
なり、固体高分子膜の湿潤や電池冷却がこの保水層の水
を用いて確実になされる。従って、従前、基板自体に保
水性の高い効果な材質のものを用いることで保水層を形
成していたが、このように吸水性素材を配すれば、より
安価に保水層を形成することができる。
【００６７】この吸水性素材には、シリカとアクリル樹
脂とメラミン樹脂との混合物を主成分とした塗料、又
は、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、レー
ヨン、レーヨン／ポリエチレンテレフタレート、ナイロ
ン／ポリエチレンテレフタレート、レーヨン／ポリクラ
ールの何れかを主成分とする上記織布、不織布又はフェ
ルトを用いることができる。
脂とメラミン樹脂との混合物を主成分とした塗料、又
は、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、レー
ヨン、レーヨン／ポリエチレンテレフタレート、ナイロ
ン／ポリエチレンテレフタレート、レーヨン／ポリクラ
ールの何れかを主成分とする上記織布、不織布又はフェ
ルトを用いることができる。
【００６８】ここで、前記アノード側チャネルのチャネ
ル壁面をチャネル終端部からガスの流れ方向上流側に向
けて溌水性が次第に低下するように溌水処理すれば、チ
ャネル終端での水捌けの向上を図ることができる。この
場合、アノード側チャネルの出口側の壁面において水の
接触角を９０°以上に設定すれば、チャネル出口側での
閉塞を回避するのに好適である。
ル壁面をチャネル終端部からガスの流れ方向上流側に向
けて溌水性が次第に低下するように溌水処理すれば、チ
ャネル終端での水捌けの向上を図ることができる。この
場合、アノード側チャネルの出口側の壁面において水の
接触角を９０°以上に設定すれば、チャネル出口側での
閉塞を回避するのに好適である。
【００６９】また、アノード側チャネルの入口側の壁面
において水の接触角を６０°以下に設定すれば、チャネ
ル入口側でのチャネル閉塞を回避するのに好適である。
また、本発明の固体高分子型燃料電池は、アノード側チ
ャネルの出口側の端部には、水が滞留しチャネルを閉塞
するのを回避するように水を誘導する誘導面が設けられ
ている。これによれば、ガスの流れが阻害されることな
く、安定した発電が可能となる。
において水の接触角を６０°以下に設定すれば、チャネ
ル入口側でのチャネル閉塞を回避するのに好適である。
また、本発明の固体高分子型燃料電池は、アノード側チ
ャネルの出口側の端部には、水が滞留しチャネルを閉塞
するのを回避するように水を誘導する誘導面が設けられ
ている。これによれば、ガスの流れが阻害されることな
く、安定した発電が可能となる。
【００７０】ここでチャネルを閉塞するのを回避する方
向に水を誘導する形態としては、水を凝集する形態と、
水をチャネル空間から離間する方向に誘導する形態が合
理的な形態として挙げられる。また、本発明の固体高分
子型燃料電池は、前記アノード側チャネルのチャネル入
口側の端部には、面にそって水をチャネル内に誘導する
誘導面が配されているので、チャネル入口部分に水が滞
留することによるガス欠状態を回避することができ安定
した発電が可能になる。
向に水を誘導する形態としては、水を凝集する形態と、
水をチャネル空間から離間する方向に誘導する形態が合
理的な形態として挙げられる。また、本発明の固体高分
子型燃料電池は、前記アノード側チャネルのチャネル入
口側の端部には、面にそって水をチャネル内に誘導する
誘導面が配されているので、チャネル入口部分に水が滞
留することによるガス欠状態を回避することができ安定
した発電が可能になる。
【図１】一の実施の形態に係る固体高分子型燃料電池の
分解斜視図である。
分解斜視図である。
【図２】上記固体高分子型燃料電池の要部組立図であ
る。
る。
【図３】上記固体高分子型燃料電池のチャネル基板の溌
水処理の様子を表した模式図である。
水処理の様子を表した模式図である。
【図４】上記固体高分子型燃料電池の運転の様子を表す
斜視図である。
斜視図である。
【図５】上記図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図６】上記図１におけるＹ−Ｙ線断面図である。
【図７】上記図１におけるＺ−Ｚ線断面図である。
【図８】別な実施の形態に係る固体高分子型燃料電池の
分解斜視図である。
分解斜視図である。
【図９】上記固体高分子型燃料電池のアノード側チャネ
ル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
ル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
【図１０】上記固体高分子型燃料電池のアノード側チャ
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
【図１１】上記固体高分子型燃料電池のアノード側チャ
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
【図１２】上記固体高分子型燃料電池のアノード側チャ
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
【図１３】上記固体高分子型燃料電池のアノード側チャ
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
【図１４】上記固体高分子型燃料電池のアノード側チャ
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
【図１５】上記固体高分子型燃料電池のアノード側チャ
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
ネル基板のチャネル形状を表す要部拡大図である。
１ 固体高分子型燃料電池 １０ セル １１ 固体高分子膜 １２ カソード １３ アノード ２０ 複合セパレータ ２１ セパレータ枠体 ２２ 隔壁 ２３ 仕切板 ２４ カソード側チャネル基板 ２５ アノード側チャネル基板 ２６ 入口チャネル基板 ２７ 出口チャネル基板 ２８ 孔基板 ２５１ チャネル ２５２ リブ Ｈｐｙ 親水性領域 Ｈｐｈ 溌水性領域 Ｓ スリット Ｉ スリット基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 幸徳 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 吉本 保則 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 安尾 耕司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 宮井 恵吾 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 濱田 陽 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 三宅 泰夫 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 固体高分子膜にカソード及びアノードを
配したセルと、加湿された燃料ガスが供給される前記ア
ノードに対向してアノード側チャネルが形成された第１
のプレートと、前記カソードに対向して設けられたカソ
ード側チャネルが形成された第２のプレートとからな
り、 前記アノード側チャネルの壁面には、少なくともチャネ
ル終端部に溌水性領域と親水性領域とが形成されている
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 【請求項２】 前記溌水性領域と親水性領域とは、ガス
の流通方向に沿って帯状に形成されていることを特徴と
する請求項１記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項３】 前記親水性領域は、アノード側チャネル
の壁面に吸水性素材が配設されて形成されていることを
特徴とする請求項１若しくは２記載の固体高分子型燃料
電池。 - 【請求項４】 前記吸水性材は、シリカとアクリル樹脂
とメラミン樹脂との混合物を主成分とした塗料、又は、
ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、レーヨ
ン、レーヨン／ポリエチレンテレフタレート、ナイロン
／ポリエチレンテレフタレート、レーヨン／ポリクラー
ルの何れかを主成分とする織布、不織布又はフェルトで
あることを特徴とする請求項３記載の固体高分子型燃料
電池。 - 【請求項５】 固体高分子膜にカソード及びアノードを
配したセルと、加湿された燃料ガスが供給される前記ア
ノードに対向してアノード側チャネルが形成された第１
のプレートと、前記カソードに対向して設けられたカソ
ード側チャネルが形成された第２のプレートとからな
り、 前記アノード側チャネルの壁面は、チャネル終端部から
ガスの流れ方向上流側に向けて溌水性が次第に低下する
ように溌水処理されていることを特徴とする固体高分子
型燃料電池。 - 【請求項６】 前記アノード側チャネルの出口側の壁面
は、水の接触角が９０°以上であることを特徴とする請
求項５記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項７】 前記アノード側チャネルの入口側の壁面
は、水の接触角が６０°以下であることを特徴とする請
求項５若しくは６の何れかに固体高分子型燃料電池。 - 【請求項８】 固体高分子膜にカソード及びアノードを
配したセルと、加湿された燃料ガスが供給される前記ア
ノードに対向してアノード側チャネルが形成された第１
のプレートと、前記カソードに対向して設けられたカソ
ード側チャネルが形成された第２のプレートとからな
り、 前記アノード側チャネルの出口側の端部には、水が滞留
しチャネルを閉塞するのを回避するように水を誘導する
誘導面が設けられていることを特徴とする固体高分子型
燃料電池。 - 【請求項９】 前記誘導面は、アノード側チャネルの壁
面の出口側終端部がチャネルの断面積が広がるように傾
斜して形成された傾斜面であることを特徴とする請求項
８記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項１０】 前記誘導面は、水を凝集させることに
よってチャネルの閉塞を回避することを特徴とする請求
項８記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項１１】 前記誘導面は、水をチャネル空間から
離れる方向に誘導することを特徴とする請求項８記載の
固体高分子型燃料電池。 - 【請求項１２】 固体高分子膜にカソード及びアノード
を配したセルと、加湿された燃料ガスが供給される前記
アノードに対向してアノード側チャネルが形成された第
１のプレートと、前記カソードに対向して設けられたカ
ソード側チャネルが形成された第２のプレートとからな
り、 前記アノード側チャネルのチャネル入口側の端部には、
面にそって水をチャネル内に誘導する誘導面が設けられ
ていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9257331A JPH1197041A (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 固体高分子型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9257331A JPH1197041A (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 固体高分子型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1197041A true JPH1197041A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17304885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9257331A Pending JPH1197041A (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 固体高分子型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1197041A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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