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JP2017147094A - Fuel cell - Google Patents

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JP2017147094A
JP2017147094A JP2016027378A JP2016027378A JP2017147094A JP 2017147094 A JP2017147094 A JP 2017147094A JP 2016027378 A JP2016027378 A JP 2016027378A JP 2016027378 A JP2016027378 A JP 2016027378A JP 2017147094 A JP2017147094 A JP 2017147094A
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誠 安達
直樹 竹広
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直樹 竹広
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell which is improved in power generation performance without being limited in size.SOLUTION: A fuel cell comprises: a first supplying part which is cooled by an oxidant gas and provided with a first flow path for supplying the oxidant gas; a second supplying part provided with a second flow path for supplying a fuel gas; a first power-generation part provided on an upstream side of the first flow path so as to be located between the first supplying part and the second supplying part, and generating a power by the oxidant gas and the fuel gas; a second power-generation part provided on a downstream side of the first flow path so as to be located between the first supplying part and the second supplying part, and generating a power by the oxidant gas and the fuel gas; and an interruption part for interrupting liquid water. The first power-generation part includes a first electrolyte membrane having proton conductivity in a water-retaining condition. The second power-generation part includes a second electrolyte membrane having proton conductivity in a high-temperature condition of 80°C or higher. The interruption part separates at least a region on a side of the second supplying part from the first electrolyte membrane from a region on a side of the second supplying part from the second electrolyte membrane between the first and second supplying parts.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

ガソリン自動車とは異なる新しい自動車として、燃料電池を搭載した燃料電池自動車(FCV : Fuel Cell Vehicle)が注目されている。FCVに搭載された燃料電池は、燃料の水素と、空気中の酸素とを化学反応させることにより発電してモータを駆動する。   As a new vehicle different from a gasoline vehicle, a fuel cell vehicle (FCV) equipped with a fuel cell attracts attention. The fuel cell mounted on the FCV drives the motor by generating electricity by chemically reacting hydrogen of fuel and oxygen in the air.

燃料電池の冷却方式としては、冷却水を循環させる水冷式と、発電用に供給される空気を冷却に用いる空冷式(例えば特許文献1参照)とが知られている。空冷式の燃料電池には、冷却システムが水冷式の燃料電池より小規模になるというメリットがある。   As a cooling method of the fuel cell, a water cooling type in which cooling water is circulated and an air cooling type in which air supplied for power generation is used for cooling (for example, see Patent Document 1) are known. Air-cooled fuel cells have the advantage that the cooling system is smaller than water-cooled fuel cells.

特開2013−256234号公報JP 2013-256234 A

しかし、空気の熱伝導率は冷却水の熱伝導率の約25分の1であるため、空冷式の燃料電池には、水冷式より冷却効率が低いという問題がある。このため、空冷式の燃料電池は、出力を増加させると、燃料電池セル内の温度が上昇し、空気の流路に沿った温度勾配が顕著となる。   However, since the thermal conductivity of air is about 1/25 of the thermal conductivity of cooling water, the air-cooled fuel cell has a problem that the cooling efficiency is lower than that of the water-cooled type. For this reason, when the output of the air-cooled fuel cell is increased, the temperature in the fuel cell rises and the temperature gradient along the air flow path becomes significant.

したがって、燃料電池セル内の高分子電解質膜は、流路の上流側では十分に冷却されても、流路の下流側では冷却が不十分となる。このため、高分子電解質膜は、局所的に温度が上昇し乾燥するので、プロトン伝導性を失い、燃料電池の発電性能が低下する。   Therefore, even if the polymer electrolyte membrane in the fuel cell is sufficiently cooled on the upstream side of the flow path, the cooling is insufficient on the downstream side of the flow path. For this reason, since the temperature of the polymer electrolyte membrane locally rises and dries, the polymer electrolyte membrane loses proton conductivity and the power generation performance of the fuel cell decreases.

これに対し、例えば、燃料電池セルの酸素の流路方向のサイズを縮小することで局所的な乾燥を改善し、さらに流路方向と直交する幅方向のサイズの拡張や燃料電池セルの積層数の増加により発電性能を確保することもできる。しかし、この場合、燃料電池の大きさが制限されるため、例えば、燃料電池を搭載するFCVなどの設計にも制限が生ずるという問題がある。なお、この問題は、FCVに搭載される燃料電池に限られず、他の用途の燃料電池についても存在する。   In contrast, for example, by reducing the size of the fuel cell in the flow direction of oxygen, local drying is improved, and further, the size in the width direction perpendicular to the flow direction is increased and the number of stacked fuel cells The power generation performance can be secured by increasing the power consumption. However, in this case, since the size of the fuel cell is limited, for example, there is a problem that the design of the FCV or the like on which the fuel cell is mounted is also limited. This problem is not limited to the fuel cell mounted on the FCV, but also exists for fuel cells for other uses.

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、大きさが制限されることなく、発電性能を向上させた燃料電池を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a fuel cell with improved power generation performance without being limited in size.

本明細書に記載の燃料電池は、酸化剤ガスの供給により冷却される燃料電池であって、前記酸化剤ガスを供給するための第1流路が設けられた第1供給部と、燃料ガスを供給するための第2流路が設けられた第2供給部と、前記第1供給部及び前記第2供給部に挟まれるように前記第1流路の上流側に設けられ、前記第1流路から供給された前記酸化剤ガスと前記第2流路から供給された前記燃料ガスの反応により発電する第1発電部と、前記第1供給部及び前記第2供給部に挟まれるように前記第1流路の下流側に設けられ、前記第1流路から供給された前記酸化剤ガスと前記第2流路から供給された前記燃料ガスの反応により発電する第2発電部と、前記第1発電部と前記第2発電部の発電により生じた液水の流れを遮断する遮断部とを備え、前記第1発電部は、含水状態においてプロトン伝導性を有する第1電解質膜を有し、前記第2発電部は、80℃以上の高温状態においてプロトン伝導性を有する第2電解質膜を有し、前記遮断部は、前記第1供給部と前記第2供給部の間において、少なくとも前記第1電解質膜から前記第2供給部側の領域を、前記第2電解質膜から前記第2供給部側の領域から隔てるように設けられている。   The fuel cell described in the present specification is a fuel cell that is cooled by supplying an oxidant gas, and includes a first supply unit provided with a first flow path for supplying the oxidant gas, and a fuel gas. A second supply section provided with a second flow path for supplying the first flow path, and an upstream side of the first flow path so as to be sandwiched between the first supply section and the second supply section. It is sandwiched between a first power generation unit that generates electric power by a reaction between the oxidant gas supplied from the flow channel and the fuel gas supplied from the second flow channel, and the first supply unit and the second supply unit. A second power generation unit that is provided on the downstream side of the first flow path and generates power by a reaction between the oxidant gas supplied from the first flow path and the fuel gas supplied from the second flow path; A blocking section for blocking the flow of liquid water generated by the power generation of the first power generation section and the second power generation section; The first power generation unit has a first electrolyte membrane having proton conductivity in a water-containing state, and the second power generation unit has a second electrolyte membrane having proton conductivity in a high temperature state of 80 ° C. or higher. The blocking unit includes at least a region on the second supply unit side from the first electrolyte membrane between the first supply unit and the second supply unit, and the second supply unit from the second electrolyte membrane. It is provided so as to be separated from the region on the side.

本発明によれば、大きさが制限されることなく、燃料電池の発電性能を向上できる。   According to the present invention, the power generation performance of a fuel cell can be improved without being limited in size.

空冷式の燃料電池システムの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of an air-cooling type fuel cell system. 膜電極接合体の配置の比較例を示す図である。It is a figure which shows the comparative example of arrangement | positioning of a membrane electrode assembly. カソード流路に沿った位置に対する温度分布及び発電量の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the temperature distribution with respect to the position along a cathode flow path, and the electric power generation amount. 膜電極接合体の配置の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of arrangement | positioning of a membrane electrode assembly. 電解質膜の温度変化に対するプロトン伝導度の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the proton conductivity with respect to the temperature change of an electrolyte membrane. 温度と空気の流路方向における位置の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the position in the flow path direction of temperature and air. 燃料電池の一例の斜視図である。It is a perspective view of an example of a fuel cell. 燃料電池の一例の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of an example of a fuel cell. 燃料電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a fuel cell. 燃料電池の他例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a fuel cell. 燃料電池の他例の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the other example of a fuel cell. 燃料電池の他例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a fuel cell.

図1は、空冷式の燃料電池システムの一例を示す構成図である。燃料電池9は、燃料ガスの一例である水素ガスと、酸化剤ガスの一例である空気とが供給される。燃料電池9は、供給される空気により冷却されるとともに、水素と空気内の酸素の化学反応により発電する。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an air-cooled fuel cell system. The fuel cell 9 is supplied with hydrogen gas, which is an example of fuel gas, and air, which is an example of oxidant gas. The fuel cell 9 is cooled by supplied air and generates power by a chemical reaction between hydrogen and oxygen in the air.

燃料電池9の発電により得られた電力は、電気ケーブルなどを介して負荷7に出力される。負荷7としては、例えば車両を駆動するモータが挙げられる。   The electric power obtained by the power generation of the fuel cell 9 is output to the load 7 via an electric cable or the like. An example of the load 7 is a motor that drives a vehicle.

燃料電池9は、発電に用いた水素ガス、及び発電により発生した水蒸気を含む酸素を、燃料電池9の外部に排出する。   The fuel cell 9 discharges hydrogen gas used for power generation and oxygen containing water vapor generated by power generation to the outside of the fuel cell 9.

燃料電池9は、複数の燃料電池セルが積層されて構成される。各燃料電池セルには、発電を行う膜電極接合体(MEA: Membrane Electrode Assembly)と、MEAのカソード側に供給される空気が流れるカソード流路とが備えられている。   The fuel cell 9 is configured by stacking a plurality of fuel cells. Each fuel cell is provided with a membrane electrode assembly (MEA) that generates power and a cathode flow path through which air supplied to the cathode side of the MEA flows.

図2には、MEAの配置の比較例が示されている。各燃料電池セルは、1つのMEA20が設けられている。   FIG. 2 shows a comparative example of the arrangement of MEAs. Each fuel cell is provided with one MEA 20.

MEA20には、アノード電極と、カソード電極と、アノード電極及びカソード電極に挟まれた電解質膜を有する。電解質膜としては、含水状態においてプロトン伝導性を有するもの(以下、「有水電解質膜」と表記)が用いられる。有水電解質膜としては、例えば、ナフィオン(登録商標)などのスルホン酸基を有するポリマー型電解質膜(ハーフルオロスルホン酸膜、炭化水素膜など)が挙げられる。   The MEA 20 includes an anode electrode, a cathode electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the anode electrode and the cathode electrode. As the electrolyte membrane, one having proton conductivity in a water-containing state (hereinafter referred to as “hydrated electrolyte membrane”) is used. Examples of the aqueous electrolyte membrane include polymer electrolyte membranes having a sulfonic acid group such as Nafion (registered trademark) (herfluorosulfonic acid membrane, hydrocarbon membrane, etc.).

また、カソード流路は、矢印の示す方向に沿って設けられる。矢印の根本はカソード流路の上流側となり、矢印の矢先はカソード流路の下流側となる。空気がカソード流路を上流側から下流側へと流れることにより、MEA20は、空気内の酸素が供給されるとともに冷却される。なお、符号Lは、MEA20の上流側の端部を0とした場合のカソード流路の方向における位置である。   Further, the cathode channel is provided along the direction indicated by the arrow. The root of the arrow is on the upstream side of the cathode flow path, and the arrow tip of the arrow is on the downstream side of the cathode flow path. As the air flows from the upstream side to the downstream side in the cathode flow path, the MEA 20 is cooled while being supplied with oxygen in the air. The symbol L is the position in the direction of the cathode flow path when the upstream end of the MEA 20 is set to zero.

空冷式の燃料電池は、出力を増加させると、燃料電池セル内の温度が上昇し、カソード流路に沿った温度勾配が顕著となる。   In the air-cooled fuel cell, when the output is increased, the temperature in the fuel cell rises and the temperature gradient along the cathode flow path becomes remarkable.

図3には、カソード流路に沿った位置Lに対する温度分布及び発電量の変化が示されている。図3において、発電量は、符号G3で示されるように、枠内のハッチングの濃さにより示されており、ハッチングが濃いほど、発電量が低いことを表す。   FIG. 3 shows changes in temperature distribution and power generation amount with respect to position L along the cathode flow path. In FIG. 3, the power generation amount is indicated by the hatching density in the frame, as indicated by reference numeral G <b> 3. The darker the hatching, the lower the power generation amount.

カソード流路を流れる空気は、冷媒として、MEA20から熱を奪うため、カソード流路の入口から出口に向かうほど温度が上昇する。このため、MEA20も、カソード流路の上流側の領域では温度が低いが、カソード流路の下流側の領域では温度が高くなる。   Since the air flowing through the cathode flow channel takes heat from the MEA 20 as a refrigerant, the temperature rises from the entrance to the exit of the cathode flow channel. For this reason, the temperature of the MEA 20 is also low in the region upstream of the cathode flow channel, but is high in the region downstream of the cathode flow channel.

MEA20内の有水電解質膜は、温度が上昇すると乾燥するため、プロトン伝導性を失う。このため、発電量は、カソード流路の下流側ほど低くなる。有水電解質膜のプロトン伝導性が失われないためには、その温度を、例えば80(℃)以下とすることが要求される。   Since the aqueous electrolyte membrane in the MEA 20 is dried when the temperature rises, it loses proton conductivity. For this reason, the power generation amount becomes lower toward the downstream side of the cathode channel. In order not to lose the proton conductivity of the aqueous electrolyte membrane, the temperature is required to be, for example, 80 (° C.) or less.

本例では、位置L>22(mm)の範囲において温度が80(℃)を超えるため、燃料電池セルのカソード流路方向のサイズが22(mm)未満に制限される。さらに、カソード流路方向のサイズの縮小により低下する発電量を補うためには、燃料電池セルの幅方向のサイズの拡張や燃料電池セルの積層数の増加が求められる。しかし、この場合、燃料電池9の大きさが制限されるため、例えば、燃料電池を搭載する車両などの設計にも制限が生ずる。   In this example, since the temperature exceeds 80 (° C.) in the range of position L> 22 (mm), the size of the fuel cell in the cathode flow path direction is limited to less than 22 (mm). Furthermore, in order to compensate for the amount of power generation that decreases due to the reduction in the size in the cathode flow path direction, it is required to increase the size in the width direction of the fuel cells and increase the number of stacked fuel cells. However, in this case, since the size of the fuel cell 9 is limited, for example, the design of a vehicle on which the fuel cell is mounted is also limited.

そこで、実施例の燃料電池9では、カソード流路の上流側には有水電解質膜を含むMEAが設けられ、カソード流路の下流側には、80℃以上の高温状態においてプロトン伝導性を有する電解質膜(以下、「無水電解質膜」と表記)が設けられている。   Therefore, in the fuel cell 9 of the embodiment, the MEA including the water-containing electrolyte membrane is provided on the upstream side of the cathode flow path, and has proton conductivity in the high temperature state of 80 ° C. or higher on the downstream side of the cathode flow path. An electrolyte membrane (hereinafter referred to as “anhydrous electrolyte membrane”) is provided.

図4には、MEAの配置の実施例が示されている。実施例では、1つの燃料電池9内に2種類のMEA21,22がカソード流路方向において隣り合うように設けられている。   FIG. 4 shows an example of an arrangement of MEAs. In the embodiment, two types of MEAs 21 and 22 are provided in one fuel cell 9 so as to be adjacent to each other in the cathode flow path direction.

MEA21,22は、電解質膜の種類が異なる。一方のMEA21は有水電解質膜を含み、他方のMEA22は無水電解質膜を含む。無水電解質膜としては、イオン液体含浸膜やPBI−リン酸膜などが挙げられる。有水電解質膜と無水電解質膜は、温度変化に対し、異なるプロトン伝導性を示す。   MEA 21 and 22 are different in the type of electrolyte membrane. One MEA 21 includes a water-containing electrolyte membrane, and the other MEA 22 includes an anhydrous electrolyte membrane. Examples of the anhydrous electrolyte membrane include an ionic liquid impregnated membrane and a PBI-phosphate membrane. The water-containing electrolyte membrane and the anhydrous electrolyte membrane show different proton conductivity with respect to temperature change.

図5には、電解質膜の温度変化に対するプロトン伝導度(S/cm)の変化の一例が示されている。図5において、符号G1のグラフは有水電解質膜のプロトン伝導度の温度特性を示し、符号G2のグラフは無水電解質膜のプロトン伝導度の温度特性を示す。符号G1のグラフと符号G2のグラフの交点pにおける温度は80(℃)である。   FIG. 5 shows an example of changes in proton conductivity (S / cm) with respect to changes in temperature of the electrolyte membrane. In FIG. 5, a graph indicated by a symbol G <b> 1 indicates the temperature characteristics of proton conductivity of the water-containing electrolyte membrane, and a graph indicated by a symbol G <b> 2 indicates the temperature characteristics of proton conductivity of the anhydrous electrolyte membrane. The temperature at the intersection point p between the graph of the symbol G1 and the graph of the symbol G2 is 80 (° C.).

有水電解質膜は、温度が80(℃)未満である場合、高いプロトン伝導度を示すが、温度が80(℃)以上である場合、高温により乾燥して水分が失われるため、プロトン伝導度が低下する。すなわち、有水電解質膜は、含水状態において高いプロトン伝導性を有する。   The water-containing electrolyte membrane exhibits high proton conductivity when the temperature is lower than 80 (° C.), but when the temperature is 80 (° C.) or higher, the water is lost due to drying at a high temperature. Decreases. That is, the hydrated electrolyte membrane has high proton conductivity in a water-containing state.

一方、無水電解質膜は、温度が上昇するのに従いプロトン伝導度が上昇するため、温度が80(℃)未満である場合、低いプロトン伝導度を示すが、温度が80(℃)以上である場合、高いプロトン伝導度を示す。すなわち、無水電解質膜は、80℃以上の高温状態において高いプロトン伝導性を有する。   On the other hand, the anhydrous electrolyte membrane increases in proton conductivity as the temperature rises. Therefore, when the temperature is less than 80 (° C.), it exhibits low proton conductivity, but when the temperature is 80 (° C.) or more. Show high proton conductivity. That is, the anhydrous electrolyte membrane has high proton conductivity at a high temperature of 80 ° C. or higher.

このように、有水電解質膜は低温域で高いプロトン伝導度を示し、無水電解質膜は高温域で高いプロトン伝導度を示す。このため、実施例では、その真逆のプロトン伝導度の特性を利用し、図4に示されるように、有水電解質膜を含むMEA21がカソード流路の上流側の領域A1に配置され、無水電解質膜を含むMEA22がカソード流路の下流側の領域A2に配置される。   Thus, the water-containing electrolyte membrane shows high proton conductivity at a low temperature range, and the anhydrous electrolyte membrane shows high proton conductivity at a high temperature range. For this reason, in the embodiment, by utilizing the characteristic of the proton conductivity opposite to that, the MEA 21 including the aqueous electrolyte membrane is disposed in the region A1 on the upstream side of the cathode flow path as shown in FIG. The MEA 22 including the electrolyte membrane is disposed in a region A2 on the downstream side of the cathode channel.

図6には、温度と空気の流路方向における位置Lの関係の一例が示されている。MEA21が配置される領域A1の温度は、80(℃)未満であり、MEA22が配置される領域A2の温度は、80(℃)以上である。このため、MEA21は、低温の領域A1においてプロトン伝導性を発揮し、MEA22は、高温の領域A2においてプロトン伝導性を発揮する。したがって、実施例の燃料電池9は、図2に示された比較例より発電量を増加させることができる。   FIG. 6 shows an example of the relationship between the temperature and the position L in the air flow path direction. The temperature of the region A1 where the MEA 21 is disposed is less than 80 (° C.), and the temperature of the region A2 where the MEA 22 is disposed is 80 (° C.) or more. For this reason, the MEA 21 exhibits proton conductivity in the low temperature region A1, and the MEA 22 exhibits proton conductivity in the high temperature region A2. Therefore, the fuel cell 9 of the embodiment can increase the amount of power generation as compared with the comparative example shown in FIG.

ただし、無水電解質膜は、液水の存在する環境では電解質が流出しやすいため、燃料電池9は、有水電解質膜のMEA21での発電で生じた液水が、無水電解質膜のMEA22に流入することを防止するための構造を有する。以下に燃料電池9の構成を説明する。   However, in the anhydrous electrolyte membrane, the electrolyte easily flows out in an environment where liquid water is present. Therefore, in the fuel cell 9, the liquid water generated by the power generation in the MEA 21 of the hydrated electrolyte membrane flows into the MEA 22 of the anhydrous electrolyte membrane. It has a structure for preventing this. The configuration of the fuel cell 9 will be described below.

図7は燃料電池9の一例の斜視図であり、図8はその分解斜視図である。なお、図7及び図8において、紙面の右方向をx軸の正方向とし、紙面の斜め奥方向をy軸の正方向とし、紙面の上方向をz軸の正方向とする。これにより、x軸方向は燃料電池9の幅方向に該当し、y軸方向は燃料電池9の奥行方向に該当し、z軸方向は燃料電池セル5の積層方向に該当する。なお、この座標系の定義は、以降の図面においても同様とする。   FIG. 7 is a perspective view of an example of the fuel cell 9, and FIG. 8 is an exploded perspective view thereof. 7 and 8, the right direction on the paper surface is the positive direction of the x axis, the oblique back direction of the paper surface is the positive direction of the y axis, and the upward direction of the paper surface is the positive direction of the z axis. Thus, the x-axis direction corresponds to the width direction of the fuel cell 9, the y-axis direction corresponds to the depth direction of the fuel cell 9, and the z-axis direction corresponds to the stacking direction of the fuel cells 5. The definition of the coordinate system is the same in the following drawings.

燃料電池9は、酸化剤ガスである空気と、燃料ガスである水素ガスの供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池であり、複数の燃料電池セル5が積層された積層体構造を有する。燃料電池セル5は、カソード側セパレータ12、MEGA(Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly)収容フレーム2、及びアノード側セパレータ3を含む。MEGA収容フレーム2は、ガス拡散層(GDL: Gas Diffusion Layer)41〜44及びMEA21,22(つまりMEGA)を収容し、板状部材であるカソード側セパレータ12及びアノード側セパレータ3の間に挟まれている。   The fuel cell 9 is a polymer electrolyte fuel cell that generates electric power by receiving supply of air as an oxidant gas and hydrogen gas as a fuel gas, and has a stacked structure in which a plurality of fuel cells 5 are stacked. . The fuel cell 5 includes a cathode side separator 12, a MEGA (Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly) housing frame 2, and an anode side separator 3. The MEGA housing frame 2 houses gas diffusion layers (GDL) 41 to 44 and MEAs 21 and 22 (that is, MEGA), and is sandwiched between the cathode-side separator 12 and the anode-side separator 3 that are plate-like members. ing.

カソード側セパレータ12は、カーボンまたはステンレスなどの導電性材料から形成され、例えばプレス金型による曲げ加工よって形成された厚み方向(z軸方向)の凸凹形状を有する。カソード側セパレータ12は、第1供給部の一例であり、厚み方向の凸凹形状により形成された複数の並列なカソード流路120,121が設けられている。各カソード流路120,121は、MEA21,22に空気(酸素)を供給するための第1流路の一例であり、カソード側セパレータ12の両面に、y軸方向に沿って互いに平行に設けられている。   The cathode-side separator 12 is formed of a conductive material such as carbon or stainless steel, and has an uneven shape in the thickness direction (z-axis direction) formed by, for example, bending with a press die. The cathode-side separator 12 is an example of a first supply unit, and is provided with a plurality of parallel cathode channels 120 and 121 that are formed in an uneven shape in the thickness direction. Each of the cathode channels 120 and 121 is an example of a first channel for supplying air (oxygen) to the MEAs 21 and 22, and is provided on both surfaces of the cathode separator 12 in parallel with each other along the y-axis direction. ing.

カソード側セパレータ12の一方の面はMEGA収容フレーム2の1つの面に対向し、カソード側セパレータ12の他方の面はアノード側セパレータ3の1つの面に対向する。MEGA収容フレーム2の対向面に設けられたカソード流路120は、矢印で示されるように、供給された空気をMEA21,22に導くとともに、MEA21,22により発電に用いられた空気を、発電により発生した水蒸気とともに排出する。また、このカソード流路120、及びアノード側セパレータ3の対向面に設けられたカソード流路121は、空気を空気供給口から空気排出口に通すことにより燃料電池9全体を冷却する。   One surface of the cathode-side separator 12 faces one surface of the MEGA housing frame 2, and the other surface of the cathode-side separator 12 faces one surface of the anode-side separator 3. The cathode channel 120 provided on the opposing surface of the MEGA housing frame 2 guides the supplied air to the MEAs 21 and 22, as indicated by arrows, and converts the air used for power generation by the MEAs 21 and 22 by power generation. It is discharged together with the generated water vapor. Further, the cathode channel 120 and the cathode channel 121 provided on the facing surface of the anode-side separator 3 cool the entire fuel cell 9 by passing air from the air supply port to the air discharge port.

x軸方向において、カソード側セパレータ12の両端には絶縁シール部10,11が設けられている。絶縁シール部10,11はガスシール性のある絶縁部材である。絶縁シール部10,11は、カソード側セパレータ12を燃料電池9の外部に対して絶縁するとともに気密性を確保する。   Insulating seal portions 10 and 11 are provided at both ends of the cathode separator 12 in the x-axis direction. The insulating seal portions 10 and 11 are gas sealing insulating members. The insulating seal portions 10 and 11 insulate the cathode separator 12 from the outside of the fuel cell 9 and ensure airtightness.

一端の絶縁シール部10には、燃料電池セル5の積層方向に貫通する貫通孔100が設けられている。貫通孔100は、矩形状の開口面を有し、燃料電池9に水素ガスを供給する供給マニホールド90の一部として機能する。他端の絶縁シール部11には、燃料電池セル5の積層方向に貫通する貫通孔101a、101bが設けられている。貫通孔101a,101bは、y軸方向において互いに隣接して設けられ、燃料電池9から、発電に使用された水素ガスを排出する排出マニホールド91a,91bの一部としてそれぞれ機能する。   The insulating seal portion 10 at one end is provided with a through hole 100 penetrating in the stacking direction of the fuel cells 5. The through hole 100 has a rectangular opening surface and functions as a part of a supply manifold 90 that supplies hydrogen gas to the fuel cell 9. The insulating seal portion 11 at the other end is provided with through holes 101 a and 101 b that penetrate in the stacking direction of the fuel cells 5. The through holes 101a and 101b are provided adjacent to each other in the y-axis direction, and function as part of discharge manifolds 91a and 91b for discharging the hydrogen gas used for power generation from the fuel cell 9, respectively.

MEGA収容フレーム2は、y軸方向の両端部に形成された一対の貫通孔200,201a,201bと、GDL41,43及びMEA21を収容する収容孔241と、GDL42,44及びMEA22を収容する収容孔242とを有する。   The MEGA housing frame 2 has a pair of through-holes 200, 201a, 201b formed at both ends in the y-axis direction, a housing hole 241 that houses the GDLs 41, 43, and the MEA 21, and a housing hole that houses the GDLs 42, 44, and the MEA 22. 242.

収容孔241,242は、y方向に並んで設けられた矩形状の貫通孔であり、x軸方向に延びる隔壁213を介し互いに隔てられている。なお、図8において、MEA21,22は収容孔241,242にそれぞれ収容された状態が示されている。   The accommodation holes 241 and 242 are rectangular through holes provided side by side in the y direction, and are separated from each other via a partition wall 213 extending in the x axis direction. In FIG. 8, the MEAs 21 and 22 are shown housed in the housing holes 241 and 242, respectively.

GDL41は、収容孔241内のMEA21のカソード電極の上に積層され、収容孔241内においてMEA21とカソード側セパレータ12の間に挟まれている。GDL42は、収容孔242内のMEA22のカソード電極の上に積層され、収容孔242内においてMEA22とカソード側セパレータ12の間に挟まれている。   The GDL 41 is stacked on the cathode electrode of the MEA 21 in the accommodation hole 241, and is sandwiched between the MEA 21 and the cathode-side separator 12 in the accommodation hole 241. The GDL 42 is stacked on the cathode electrode of the MEA 22 in the accommodation hole 242, and is sandwiched between the MEA 22 and the cathode-side separator 12 in the accommodation hole 242.

また、GDL43は、収容孔241内のMEA21のアノード電極の下に積層され、収容孔241内においてMEA21とアノード側セパレータ3の間に挟まれている。GDL44は、収容孔242内のMEA22のアノード電極の下に積層され、収容孔242内においてMEA22とアノード側セパレータ3の間に挟まれている。   The GDL 43 is stacked under the anode electrode of the MEA 21 in the accommodation hole 241, and is sandwiched between the MEA 21 and the anode side separator 3 in the accommodation hole 241. The GDL 44 is stacked under the anode electrode of the MEA 22 in the accommodation hole 242 and is sandwiched between the MEA 22 and the anode side separator 3 in the accommodation hole 242.

貫通孔200は、矩形状の開口面を有し、燃料電池9に水素ガスを供給する供給マニホールド90の一部として機能し、貫通孔201a,201bは、y軸方向において互いに隣接して設けられ、燃料電池9から、発電に使用された水素ガスを排出する排出マニホールド91a,91bの一部としてそれぞれ機能する。   The through hole 200 has a rectangular opening surface and functions as a part of a supply manifold 90 that supplies hydrogen gas to the fuel cell 9, and the through holes 201a and 201b are provided adjacent to each other in the y-axis direction. The fuel cell 9 functions as a part of discharge manifolds 91a and 91b for discharging hydrogen gas used for power generation.

MEGA収容フレーム2は、例えば樹脂により形成され、異なる発電特性のために並列接続の形態で配置されたMEA21,22を、他の構成に対してシールするとともに一体化して収容孔241,242に収容する。このため、MEA21,22の間において、互いの締結やシールのための部材が共有化されるので、燃料電池9が小型化される。   The MEGA housing frame 2 is formed of resin, for example, and the MEAs 21 and 22 arranged in parallel connection for different power generation characteristics are sealed with respect to other configurations and integrated into the housing holes 241 and 242. To do. For this reason, since the members for mutual fastening and sealing are shared between the MEAs 21 and 22, the fuel cell 9 is downsized.

アノード側セパレータ3は、第2供給部の一例であり、カーボンまたはステンレスなどの導電性材料から形成され、x軸方向の両端に設けられた貫通孔30,31a,31bと、MEA21,22に対向する面に形成されたアノード流路32とを有する。アノード流路32は、MEA21,22に水素ガスを供給するための第2流路の一例であり、貫通孔30と貫通孔31aの間及び貫通孔30と貫通孔31bの間をそれぞれ接続する。   The anode separator 3 is an example of a second supply unit, and is formed of a conductive material such as carbon or stainless steel, and faces the through holes 30, 31a, 31b provided at both ends in the x-axis direction and the MEAs 21, 22. And an anode channel 32 formed on the surface to be formed. The anode flow path 32 is an example of a second flow path for supplying hydrogen gas to the MEAs 21 and 22, and connects between the through hole 30 and the through hole 31a and between the through hole 30 and the through hole 31b.

アノード流路32は、例えばプレス加工などで形成された溝であり、一例として、入口側の貫通孔30から出口側の貫通孔31a,31bへ向かうように複数本設けられている。アノード流路32は、貫通孔30から供給された水素ガスをMEA21,22に導くとともに、MEA21,22により発電に用いられた水素ガス及び発電で生じた液水を貫通孔31a,31bへとそれぞれ導く。   The anode flow path 32 is a groove formed by, for example, pressing, and as an example, a plurality of anode flow paths 32 are provided so as to go from the through hole 30 on the inlet side to the through holes 31a and 31b on the outlet side. The anode flow path 32 guides the hydrogen gas supplied from the through hole 30 to the MEAs 21 and 22, and the hydrogen gas used for power generation by the MEAs 21 and 22 and liquid water generated by the power generation to the through holes 31a and 31b, respectively. Lead.

一端の貫通孔30は、矩形状の開口面を有し、MEGA収容フレーム2の貫通孔200及び絶縁シール部10の貫通孔100と重なり合う。これにより、積層された全燃料電池セル5分の貫通孔30,100,200は、図7に示されるように、燃料電池9外から水素ガスを供給する供給マニホールド90を構成する。   The through hole 30 at one end has a rectangular opening surface and overlaps the through hole 200 of the MEGA housing frame 2 and the through hole 100 of the insulating seal portion 10. Thereby, the stacked through holes 30, 100, 200 for all the fuel cells 5 constitute a supply manifold 90 for supplying hydrogen gas from the outside of the fuel cell 9, as shown in FIG.

また、他端の貫通孔31a,31bは、矩形状の開口面を有し、y軸方向において互いに隣接して設けられている。貫通孔31aは、MEGA収容フレーム2の貫通孔201a及び絶縁シール部11の貫通孔101aと重なり合う。このため、貫通孔31a,101a,201aは、図1に示されるように、燃料電池セル5の積層数分だけ積層されることにより、水素ガスを燃料電池9外へ排出する排出マニホールド91aを構成する。   The through holes 31a and 31b at the other end have a rectangular opening and are provided adjacent to each other in the y-axis direction. The through hole 31 a overlaps with the through hole 201 a of the MEGA housing frame 2 and the through hole 101 a of the insulating seal portion 11. Therefore, as shown in FIG. 1, the through holes 31 a, 101 a, and 201 a are stacked by the number of stacked fuel cells 5 to form a discharge manifold 91 a that discharges hydrogen gas to the outside of the fuel cell 9. To do.

また、貫通孔31bは、MEGA収容フレーム2の貫通孔201b及び絶縁シール部11の貫通孔101bと重なり合う。このため、貫通孔31b,101b,201bは、図7に示されるように、燃料電池セル5の積層数分だけ積層されることにより、水素ガスを燃料電池9外へ排出する排出マニホールド91bを構成する。   The through hole 31 b overlaps the through hole 201 b of the MEGA housing frame 2 and the through hole 101 b of the insulating seal portion 11. Therefore, as shown in FIG. 7, the through holes 31 b, 101 b, and 201 b constitute the discharge manifold 91 b that discharges hydrogen gas to the outside of the fuel cell 9 by being stacked by the number of stacked fuel cells 5. To do.

供給マニホールド90及び排出マニホールド91a,91bは、燃料電池セル5の積層方向に沿って設けられた貫通孔である。水素ガスは、燃料電池9の下部の水素供給口92から供給マニホールド90に導入され、符号D1で示されるように流通する。なお、水素供給口92は、例えば燃料電池9の積層体の最下層の貫通孔100に相当する。   The supply manifold 90 and the discharge manifolds 91 a and 91 b are through holes provided along the stacking direction of the fuel cells 5. Hydrogen gas is introduced into the supply manifold 90 from the hydrogen supply port 92 at the bottom of the fuel cell 9, and flows as indicated by reference numeral D1. The hydrogen supply port 92 corresponds to, for example, the lowermost through hole 100 of the stack of fuel cells 9.

供給マニホールド90に導入された水素ガスの一部は、積層体内の各アノード側セパレータ3に導入され、アノード流路32を通り排出マニホールド91a,91bへと排出され、符号D2で示されるように燃料電池9の下部の水素排出口93a,93bから外部へ排気される。なお、水素排出口93a,93bは、例えば燃料電池9の積層体の最下層の貫通孔101a,101bにそれぞれ相当する。   A part of the hydrogen gas introduced into the supply manifold 90 is introduced into each anode-side separator 3 in the stack, is discharged to the discharge manifolds 91a and 91b through the anode flow path 32, and is shown in FIG. The hydrogen is discharged to the outside through the hydrogen discharge ports 93a and 93b at the bottom of the battery 9. The hydrogen discharge ports 93a and 93b correspond to the lowermost through holes 101a and 101b of the stacked body of the fuel cell 9, for example.

また、水素ガスと酸素の化学反応により生成された液水の一部も、アノード流路32を通り排出マニホールド91a,91bへと排出される。より具体的には、MEA21で生成された液水は排出マニホールド91aから排出され、MEA22で生成された液水は排出マニホールド91bから排出される。   A part of the liquid water generated by the chemical reaction between hydrogen gas and oxygen is also discharged to the discharge manifolds 91a and 91b through the anode channel 32. More specifically, the liquid water generated by the MEA 21 is discharged from the discharge manifold 91a, and the liquid water generated by the MEA 22 is discharged from the discharge manifold 91b.

このように、MEA21,22の排出マニホールド91a,91bは分離されているため、MEA21,22の一方から他方への液水の流れ込みが防止される。したがって、MEA22の無水電解質膜に液水が流入し、電解質が溶出することによる発電性能の低下が防止される。なお、供給マニホールド90も、排出マニホールド91a,91bと同様に、MEA21,22ごとに設けられてもよい。   In this way, since the discharge manifolds 91a and 91b of the MEAs 21 and 22 are separated, the liquid water is prevented from flowing from one of the MEAs 21 and 22 to the other. Therefore, a decrease in power generation performance due to the flow of liquid water into the anhydrous electrolyte membrane of the MEA 22 and elution of the electrolyte is prevented. The supply manifold 90 may also be provided for each MEA 21 and 22, similarly to the discharge manifolds 91a and 91b.

次に、MEGA収容フレーム2の収容孔241,242内の構成について述べる。上述したように、一方のMEA21は有水電解質膜を含み、他方のMEA22は無水電解質膜を含むため、収容孔241,242内には、MEA21,22の間において、その発電により生じた液水の流れを遮断するための構成が備えられる。   Next, the structure in the accommodation holes 241 and 242 of the MEGA accommodation frame 2 will be described. As described above, since one MEA 21 includes a water-containing electrolyte membrane and the other MEA 22 includes an anhydrous electrolyte membrane, liquid water generated by power generation between the MEAs 21 and 22 is contained in the accommodation holes 241 and 242. The structure for interrupting the flow of is provided.

図9は、図8のLy−Ly線に沿った燃料電池9の断面図である。より具体的には、図9には、MEA21,22を互いに隔てる隔壁213の近傍の断面が示されている。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the fuel cell 9 taken along line Ly-Ly in FIG. More specifically, FIG. 9 shows a cross section in the vicinity of the partition wall 213 that separates the MEAs 21 and 22 from each other.

隔壁213は、略T字状の断面を有しており、収容孔241,242を互いに隔てる。一方の収容孔241内には、GDL43、MEA21、及びGDL41が、この順に積層されており、他方の収容孔242内には、GDL44、MEA22、及びGDL42が、この順に積層されている。   The partition wall 213 has a substantially T-shaped cross section and separates the receiving holes 241 and 242 from each other. GDL43, MEA21, and GDL41 are laminated in this order in one accommodation hole 241, and GDL44, MEA22, and GDL42 are laminated in this order in the other accommodation hole 242.

MEA21は、有水電解質膜210、カソード電極211、及びアノード電極212を有する。有水電解質膜210は、アノード電極212及びカソード電極211の間に挟まれている。有水電解質膜210は、上述したように、含水状態において高いプロトン伝導性を有するものである。   The MEA 21 includes a water-containing electrolyte membrane 210, a cathode electrode 211, and an anode electrode 212. The hydrated electrolyte membrane 210 is sandwiched between the anode electrode 212 and the cathode electrode 211. As described above, the water-containing electrolyte membrane 210 has high proton conductivity in a water-containing state.

アノード電極212及びカソード電極211は、それぞれ、触媒電極層であり、触媒担持導電性粒子により構成された、ガス拡散性を有する多孔質層として形成されている。例えば、アノード電極212及びカソード電極211は、白金担持カーボンの分散溶液である触媒インクの乾燥塗膜として形成される。   Each of the anode electrode 212 and the cathode electrode 211 is a catalyst electrode layer, and is formed as a porous layer having gas diffusibility and composed of catalyst-carrying conductive particles. For example, the anode electrode 212 and the cathode electrode 211 are formed as a dry coating film of catalyst ink that is a dispersion solution of platinum-supporting carbon.

MEA21は、第1発電部の一例であり、カソード流路120から供給された空気中の酸素とアノード流路32から供給された水素ガスの反応により発電する。MEA21は、カソード側セパレータ12及びアノード側セパレータ3に挟まれるようにカソード流路120の上流側に設けられている。ここで、カソード流路120の方向はy軸方向に一致し、y軸の負方向がカソード流路120の上流側に該当し、y軸の正方向がカソード流路120の下流側に該当する。このため、MEA21は、図4〜図6を参照して述べたように、低温域において有水電解質膜210を含水状態に維持することができる。なお、符号Xは、Lx−Lx線に沿ったカソード流路120の断面を示す。   The MEA 21 is an example of a first power generation unit, and generates power by a reaction between oxygen in the air supplied from the cathode channel 120 and hydrogen gas supplied from the anode channel 32. The MEA 21 is provided on the upstream side of the cathode channel 120 so as to be sandwiched between the cathode side separator 12 and the anode side separator 3. Here, the direction of the cathode channel 120 coincides with the y-axis direction, the negative direction of the y-axis corresponds to the upstream side of the cathode channel 120, and the positive direction of the y-axis corresponds to the downstream side of the cathode channel 120. . For this reason, as described with reference to FIGS. 4 to 6, the MEA 21 can maintain the hydrated electrolyte membrane 210 in a water-containing state in a low temperature range. Note that the symbol X indicates a cross section of the cathode channel 120 along the line Lx-Lx.

MEA21は、収容孔241内において、GDL41,43の間に挟まれている。なお、MEA21とGDL41,43の間には、不図示のMPL(Micro Porous Layer)が設けられている。   The MEA 21 is sandwiched between the GDLs 41 and 43 in the accommodation hole 241. An MPL (Micro Porous Layer) (not shown) is provided between the MEA 21 and the GDLs 41 and 43.

GDL41,43は、カソード電極211及びアノード電極212の表面に酸素及び水素ガスをそれぞれ行きわたらせる機能と、カソード側セパレータ12及びアノード側セパレータ3との間の導電経路としての機能とを有する。GDL41,43は、炭素繊維などの繊維基材や、いわゆるエキスパンドメタルなどの金属板を加工した流路部材、発泡金属などの多孔質部材により構成される。MEA21及びGDL41,43はMEGAを構成する。   The GDLs 41 and 43 have a function of allowing oxygen and hydrogen gas to reach the surfaces of the cathode electrode 211 and the anode electrode 212, respectively, and a function as a conductive path between the cathode side separator 12 and the anode side separator 3. The GDLs 41 and 43 are made of a fiber base material such as carbon fiber, a flow path member obtained by processing a metal plate such as so-called expanded metal, or a porous member such as foam metal. The MEA 21 and the GDLs 41 and 43 constitute a MEGA.

また、MEA22は、無水電解質膜220、カソード電極221、及びアノード電極222を有する。無水電解質膜220は、アノード電極222及びカソード電極221の間に挟まれている。無水電解質膜220は、上述したように、高温状態において高いプロトン伝導性を有するものである。なお、アノード電極222及びカソード電極221は、上記のアノード電極212及びカソード電極211と同様の構成を有する。   The MEA 22 includes an anhydrous electrolyte membrane 220, a cathode electrode 221, and an anode electrode 222. The anhydrous electrolyte membrane 220 is sandwiched between the anode electrode 222 and the cathode electrode 221. As described above, the anhydrous electrolyte membrane 220 has high proton conductivity in a high temperature state. Note that the anode electrode 222 and the cathode electrode 221 have the same configuration as the anode electrode 212 and the cathode electrode 211 described above.

MEA22は、第2発電部の一例であり、カソード流路120から供給された空気中の酸素とアノード流路32から供給された水素ガスの反応により発電する。MEA22は、カソード側セパレータ12及びアノード側セパレータ3に挟まれるようにカソード流路120の下流側に設けられている。このため、MEA22は、図4〜図6を参照して述べたように、高温域において無水電解質膜220を無水状態に維持することができる。   The MEA 22 is an example of a second power generation unit, and generates power by a reaction between oxygen in the air supplied from the cathode channel 120 and hydrogen gas supplied from the anode channel 32. The MEA 22 is provided on the downstream side of the cathode channel 120 so as to be sandwiched between the cathode side separator 12 and the anode side separator 3. For this reason, the MEA 22 can maintain the anhydrous electrolyte membrane 220 in an anhydrous state in a high temperature region as described with reference to FIGS.

MEA22は、収容孔242内において、GDL42,44間に挟まれている。なお、MEA22とGDL42,44の間には、不図示のMPLが設けられている。GDL42,44は、上記のGDL41,43と同様の機能及び構成を有する。MEA22及びGDL42,44はMEGAを構成する。   The MEA 22 is sandwiched between the GDLs 42 and 44 in the accommodation hole 242. An MPL (not shown) is provided between the MEA 22 and the GDLs 42 and 44. The GDLs 42 and 44 have the same functions and configurations as the GDLs 41 and 43 described above. The MEA 22 and the GDLs 42 and 44 constitute a MEGA.

MEA21,22は、上述したように、カソード流路120の方向における適切な位置に設けられているため、図2の比較例より高い発電性能が得られる。しかし、一方のMEA21の有水電解質膜210は、プロトン伝導性の発揮のために液水を必要とし、他方のMEA22の無水電解質膜220は、電解質の溶出を抑制するために液水のない乾燥した状態を必要とする。   Since the MEAs 21 and 22 are provided at appropriate positions in the direction of the cathode channel 120 as described above, higher power generation performance than the comparative example of FIG. 2 can be obtained. However, the water-containing electrolyte membrane 210 of one MEA 21 requires liquid water to exhibit proton conductivity, and the anhydrous electrolyte membrane 220 of the other MEA 22 is dry without liquid water to suppress electrolyte elution. Need a state.

そこで、MEGA収容フレーム2の隔壁213は、MEA21とMEA22の発電により生じた液水の流れを遮断する遮断部として機能する。隔壁213の下部は、接着剤51によりアノード流路32の上板部32aに接着されており、隔壁213の上部の幅広の部分は、接着剤52,53によりMEA21,22の上面にそれぞれ接着されている。このため、接着剤51〜53及び上板部32aは、遮断部の一部として、隔壁213とともに液水の流れを遮断する。   Therefore, the partition wall 213 of the MEGA housing frame 2 functions as a blocking unit that blocks the flow of liquid water generated by the power generation of the MEA 21 and the MEA 22. The lower part of the partition wall 213 is bonded to the upper plate portion 32a of the anode flow path 32 by an adhesive 51, and the wide part of the upper part of the partition wall 213 is bonded to the upper surfaces of the MEAs 21 and 22 by adhesives 52 and 53, respectively. ing. For this reason, the adhesives 51 to 53 and the upper plate part 32a block the flow of liquid water together with the partition wall 213 as a part of the blocking part.

このように、隔壁213は、カソード側セパレータ12とアノード側セパレータ3の間において、MEA21及びGDL41,43を、MEA22及びGDL42,44から隔てるように設けられている。このため、MEA21及びGDL41,43とMEA22及びGDL42,44の間で液水の流れが遮断され、一方のMEA21の発電で生じた液水が他方のMEA22の無水電解質膜220に流れ込むことが防止される。   Thus, the partition wall 213 is provided between the cathode side separator 12 and the anode side separator 3 so as to separate the MEA 21 and the GDLs 41 and 43 from the MEA 22 and the GDLs 42 and 44. Therefore, the flow of liquid water is blocked between the MEA 21 and GDL 41, 43 and the MEA 22 and GDL 42, 44, and the liquid water generated by the power generation of one MEA 21 is prevented from flowing into the anhydrous electrolyte membrane 220 of the other MEA 22. The

したがって、MEA21の有水電解質膜210は含水状態が維持され、MEA22の無水電解質膜220は、高温域において無水状態が維持されるため、図2の比較例より高い発電性能が得られる。   Therefore, the water-containing electrolyte membrane 210 of the MEA 21 is maintained in a water-containing state, and the anhydrous electrolyte membrane 220 of the MEA 22 is maintained in an anhydrous state in a high temperature range, so that higher power generation performance than the comparative example of FIG. 2 is obtained.

また、本例において、有水電解質膜210の厚みTa1は、無水電解質膜220の厚みTa2より薄い(つまり、Ta1<Ta2)。例えば、有水電解質膜210の厚みTa1は約10(μm)であるのに対し、無水電解質膜220の厚みTa2は約50(μm)である。   In this example, the thickness Ta1 of the water-containing electrolyte membrane 210 is smaller than the thickness Ta2 of the anhydrous electrolyte membrane 220 (that is, Ta1 <Ta2). For example, the thickness Ta1 of the water-containing electrolyte membrane 210 is about 10 (μm), whereas the thickness Ta2 of the anhydrous electrolyte membrane 220 is about 50 (μm).

このため、本例では、MEA21,22のアノード側のGDL43,44の厚みTb1,Tb2を異ならせることにより、有水電解質膜210と無水電解質膜220の厚みの差分(Ta1−Ta2)が補償されている。なお、カソード電極211,221及びアノード電極212,222の厚みは同一であり、カソード側のGDL41,42の厚さは同一であると仮定する。   For this reason, in this example, by making the thicknesses Tb1 and Tb2 of the GDLs 43 and 44 on the anode side of the MEAs 21 and 22 different, the difference in thickness (Ta1-Ta2) between the water-containing electrolyte membrane 210 and the anhydrous electrolyte membrane 220 is compensated. ing. It is assumed that the cathode electrodes 211 and 221 and the anode electrodes 212 and 222 have the same thickness, and the cathode-side GDLs 41 and 42 have the same thickness.

GDL43の厚みTb1は、GDL44の厚みTb2より大きい(つまり、Tb1>Tb2)。GDL43,44の厚みTb1,Tb2の差分(Tb1−Tb2)は、有水電解質膜210と無水電解質膜220の厚みの差分(Ta1−Ta2)に基づき決定される。   The thickness Tb1 of the GDL 43 is larger than the thickness Tb2 of the GDL 44 (that is, Tb1> Tb2). The difference (Tb1−Tb2) between the thicknesses Tb1 and Tb2 of the GDLs 43 and 44 is determined based on the difference between the thicknesses of the water-containing electrolyte membrane 210 and the anhydrous electrolyte membrane 220 (Ta1−Ta2).

このため、カソード流路120及びアノード流路32の深さ(溝の凸部の高さ)を均一としても、MEA21,22及びGDL41〜44を、カソード側セパレータ12とアノード側セパレータ3の間に安定に挟み込むことが可能となる。   For this reason, even if the depth of the cathode channel 120 and the anode channel 32 (height of the convex portion of the groove) is made uniform, the MEAs 21 and 22 and the GDLs 41 to 44 are placed between the cathode side separator 12 and the anode side separator 3. It becomes possible to pinch stably.

図9に示された構成は次のような手順で製造される。まず、各MEA21,22にGDL41〜44を積層し、各MEA21,22のカソード側の端部を接着剤52,53により隔壁213に接着する。次に、隔壁213の下部を、接着剤51によりアノード側セパレータ3に接着し、GDL41,42の上部にカソード側セパレータ12を重ねる。なお、隔壁213とGDL41〜44の間には、接着剤51〜53が流れ込むための隙間Sが設けられている。   The configuration shown in FIG. 9 is manufactured by the following procedure. First, GDLs 41 to 44 are laminated on each MEA 21, 22, and the cathode side end of each MEA 21, 22 is bonded to the partition wall 213 with adhesives 52, 53. Next, the lower part of the partition wall 213 is bonded to the anode side separator 3 with the adhesive 51, and the cathode side separator 12 is overlaid on the upper parts of the GDLs 41 and 42. In addition, the clearance gap S for the adhesives 51-53 to flow in is provided between the partition 213 and GDL41-44.

本例では、GDL43,44の厚みTb1,Tb2により有水電解質膜210と無水電解質膜220の厚みの差分を補償したが、これに限定されず、MPLの厚みまたはMPLとGDLの厚みの合計により補償してもよい。さらに、以下の例のように、アノード流路32の高さにより有水電解質膜210と無水電解質膜220の厚みTa1,Ta2の差分を補償することもできる。   In this example, the difference in thickness between the water-containing electrolyte membrane 210 and the anhydrous electrolyte membrane 220 is compensated by the thicknesses Tb1 and Tb2 of the GDLs 43 and 44. However, the present invention is not limited to this, and the MPL thickness or the total thickness of the MPL and GDL You may compensate. Furthermore, as in the following example, the difference between the thicknesses Ta1 and Ta2 of the water-containing electrolyte membrane 210 and the anhydrous electrolyte membrane 220 can be compensated by the height of the anode channel 32.

図10は、燃料電池9の他例を示す断面図である。図10において、図9と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of the fuel cell 9. In FIG. 10, the same reference numerals are given to configurations common to FIG. 9, and description thereof is omitted.

本例では、アノード側のGDL43,44の厚さTb3は同一であると仮定する。このため、MEA21側のアノード流路32の深さTc1とMEA22側のアノード流路32の深さTc2を異ならせることにより、有水電解質膜210と無水電解質膜220の厚みの差分(Ta1−Ta2)が補償されている。   In this example, it is assumed that the thicknesses Tb3 of the anode-side GDLs 43 and 44 are the same. Therefore, by making the depth Tc1 of the anode flow path 32 on the MEA 21 side different from the depth Tc2 of the anode flow path 32 on the MEA 22 side, the difference in thickness between the aqueous electrolyte membrane 210 and the anhydrous electrolyte membrane 220 (Ta1-Ta2). ) Is compensated.

MEA21側のアノード流路32の深さTc1は、アノード流路32の深さTc2より深い(つまり、Tc1>Tc2)。MEA21,22側の各アノード流路32の深さTc1,Tc2の差分(Tc1−Tc2)は、有水電解質膜210と無水電解質膜220の厚みの差分(Ta1−Ta2)に基づき決定される。   The depth Tc1 of the anode channel 32 on the MEA 21 side is deeper than the depth Tc2 of the anode channel 32 (that is, Tc1> Tc2). The difference (Tc1-Tc2) between the depths Tc1, Tc2 of the anode channels 32 on the MEA 21, 22 side is determined based on the difference in thickness (Ta1-Ta2) between the water-containing electrolyte membrane 210 and the anhydrous electrolyte membrane 220.

このため、アノード側のGDL43,44の厚さTb3は同一としても、MEA21及びGDL41,43とMEA22及びGDL42,44を、カソード側セパレータ12とアノード側セパレータ3の間に安定に挟み込むことが可能となる。   For this reason, even if the thickness Tb3 of the anode-side GDLs 43 and 44 is the same, the MEA 21 and GDL 41 and 43 and the MEA 22 and GDL 42 and 44 can be stably sandwiched between the cathode-side separator 12 and the anode-side separator 3. Become.

上述した実施例において、MEA21,22のカソード側のGDL41,42はMEGA収容フレーム2の隔壁213により分離されているが、これに限定されない。カソード側のGDL41,42とMEA21,22の境界部分は、アノード側のGDL43,44とMEA21,22の境界部分と比較すると高温であるため、カソード側では発電で生じた液水が失われやすい。また、カソード流路120の空気の流量は、アノード流路32の水素ガスの流量より多いため、やはり、カソード側では発電で生じた液水が失われやすい。   In the embodiment described above, the GDLs 41 and 42 on the cathode side of the MEAs 21 and 22 are separated by the partition wall 213 of the MEGA housing frame 2, but are not limited thereto. Since the boundary portion between the GDLs 41 and 42 on the cathode side and the MEAs 21 and 22 is hotter than the boundary portion between the GDLs 43 and 44 on the anode side and the MEAs 21 and 22, liquid water generated by power generation tends to be lost on the cathode side. Further, since the flow rate of air in the cathode flow channel 120 is larger than the flow rate of hydrogen gas in the anode flow channel 32, liquid water generated by power generation is easily lost on the cathode side.

したがって、以下の例のように、カソード側のGDL41,42を分離せずに、共通のGDLとした構成を用いることもできる。   Accordingly, as in the following example, a configuration in which the GDLs 41 and 42 on the cathode side are not separated but a common GDL can be used.

図11は、燃料電池9の他例の分解斜視図である。図11において、図8と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 11 is an exploded perspective view of another example of the fuel cell 9. In FIG. 11, the same reference numerals are given to components common to FIG. 8, and the description thereof is omitted.

本例において、カソード側のGDL45は、MEA21,22の間で共通である。つまり、GDL45は、MEA21,22の両方に積層される。GDL45は、MEA21,22とともにMEGA収容フレーム2aに収容される。   In this example, the cathode side GDL 45 is common between the MEAs 21 and 22. That is, the GDL 45 is stacked on both the MEAs 21 and 22. The GDL 45 is housed in the MEGA housing frame 2a together with the MEAs 21 and 22.

MEGA収容フレーム2aは、y軸方向の両端部に形成された一対の貫通孔200,201a,201bと、GDL43を収容する収容孔241aと、GDL44を収容する収容孔242aとを有する。   The MEGA housing frame 2a has a pair of through holes 200, 201a, 201b formed at both ends in the y-axis direction, a housing hole 241a that houses the GDL 43, and a housing hole 242a that houses the GDL 44.

収容孔241a,242aは、y方向に並んで設けられた矩形状の貫通孔であり、x軸方向に延びる隔壁213aを介し互いに隔てられている。なお、図11において、GDL43,44は収容孔241a,242aにそれぞれ収容された状態が示されている。   The housing holes 241a and 242a are rectangular through holes provided side by side in the y direction, and are separated from each other via a partition wall 213a extending in the x axis direction. In FIG. 11, the GDLs 43 and 44 are shown accommodated in the accommodation holes 241a and 242a, respectively.

本例の隔壁213aの高さ(Z軸方向の長さ)は、図8の例の隔壁213より低いため、収容孔241a,242a及び隔壁213aの上部には、収容孔241a,242aを合わせた広さ程度のスペース243が存在する。GDL45及びMEA21,22は、このスペース243に積層された状態で収容される。以下に、MEGA収容フレーム2aの収容孔241a,242a及びスペース243内の構成について述べる。   Since the height (the length in the Z-axis direction) of the partition wall 213a in this example is lower than the partition wall 213 in the example of FIG. 8, the accommodation holes 241a and 242a are combined with the accommodation holes 241a and 242a and the upper part of the partition wall 213a. There is a space 243 that is about the size. The GDL 45 and the MEAs 21 and 22 are accommodated while being stacked in the space 243. Below, the structure in the accommodation holes 241a and 242a of the MEGA accommodation frame 2a and the space 243 will be described.

図12は、図11のLy’−Ly’線に沿った燃料電池9の断面図である。より具体的には、図12には、MEA21,22を互いに隔てる隔壁213aの近傍の断面が示されている。なお、図12において、図9と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 12 is a cross-sectional view of the fuel cell 9 taken along the line Ly′-Ly ′ of FIG. More specifically, FIG. 12 shows a cross section in the vicinity of the partition wall 213a separating the MEAs 21 and 22 from each other. In FIG. 12, the same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

隔壁213aは、矩形状の断面を有しており、収容孔241a,242aを互いに隔てる。一方の収容孔241a内にはGDL43が収容されており、他方の収容孔242a内にはGDL44が収容されている。また、収容孔241a,242a及び隔壁213aの上部のスペース243にはGDL45及びMEA21,22が収容されている。   The partition wall 213a has a rectangular cross section and separates the receiving holes 241a and 242a from each other. The GDL 43 is accommodated in one accommodation hole 241a, and the GDL 44 is accommodated in the other accommodation hole 242a. Further, the GDL 45 and the MEAs 21 and 22 are accommodated in the space 243 above the accommodation holes 241a and 242a and the partition wall 213a.

GDL45は、MEA21,22の上部に積層されている。このため、MEA21はGDL45,43の間に挟まれており、MEA22はGDL45,44の間に挟まれている。GDL45は、上記のGDL41,42と同様の機能及び構成を有する。MEA21及びGDL45,43とMEA22及びGDL45,44は、それぞれ、MEGAを構成する。   The GDL 45 is stacked on top of the MEAs 21 and 22. For this reason, the MEA 21 is sandwiched between the GDLs 45 and 43, and the MEA 22 is sandwiched between the GDLs 45 and 44. The GDL 45 has the same function and configuration as the GDLs 41 and 42 described above. MEA 21 and GDL 45, 43 and MEA 22 and GDL 45, 44 constitute MEGA, respectively.

MEGA収容フレーム2aの隔壁213aは、MEA21とMEA22の発電により生じた液水の流れを遮断する遮断部の一部として機能する。隔壁213aの底部は、接着剤55によりアノード流路32の上板部32aに接着されており、隔壁213aの上部は、接着剤54によりMEA21,22の各端部及びGDL45の下部に接着されている。このため、接着剤54,55及び上板部32aは、隔壁213aとともに液水の流れを遮断する、遮断部を構成する。   The partition wall 213a of the MEGA housing frame 2a functions as a part of a blocking unit that blocks the flow of liquid water generated by the power generation of the MEA 21 and the MEA 22. The bottom part of the partition wall 213a is bonded to the upper plate part 32a of the anode flow path 32 by an adhesive 55, and the upper part of the partition wall 213a is bonded to each end of the MEAs 21 and 22 and the lower part of the GDL 45 by an adhesive 54. Yes. Therefore, the adhesives 54 and 55 and the upper plate portion 32a constitute a blocking portion that blocks the flow of liquid water together with the partition wall 213a.

このように、隔壁213a及び接着剤54は、カソード側セパレータ12とアノード側セパレータ3の間において、MEA21及びGDL43を、MEA22及びGDL44から隔てるように設けられている。このため、MEA21及びGDL43とMEA22及びGDL44の間で液水の流れが遮断され、一方のMEA21の発電で生じた液水が他方のMEA22の無水電解質膜220に流れ込むことが防止される。   Thus, the partition 213a and the adhesive 54 are provided between the cathode separator 12 and the anode separator 3 so as to separate the MEA 21 and GDL 43 from the MEA 22 and GDL 44. For this reason, the flow of liquid water is blocked between the MEA 21 and GDL 43 and the MEA 22 and GDL 44, and the liquid water generated by the power generation of one MEA 21 is prevented from flowing into the anhydrous electrolyte membrane 220 of the other MEA 22.

したがって、MEA21の有水電解質膜210は含水状態が維持され、MEA22の無水電解質膜220は、高温域において無水状態が維持されるため、図2の比較例より高い発電性能が得られる。   Therefore, the water-containing electrolyte membrane 210 of the MEA 21 is maintained in a water-containing state, and the anhydrous electrolyte membrane 220 of the MEA 22 is maintained in an anhydrous state in a high temperature range, so that higher power generation performance than the comparative example of FIG. 2 is obtained.

また、本例では、図9の例と同様に、MEA21,22のアノード側のGDL43,44の厚みTb1,Tb2を異ならせることにより、有水電解質膜210と無水電解質膜220の厚みの差分(Ta1−Ta2)が補償されている。このため、カソード流路120及びアノード流路32の深さ(溝の凸部の高さ)を均一としても、MEA21,22及びGDL43〜45を、カソード側セパレータ12とアノード側セパレータ3の間に安定に挟み込むことが可能となる。なお、本例では、図10の例と同様に、アノード流路32の高さにより有水電解質膜210と無水電解質膜220の厚みTa1,Ta2の差分を補償することも可能であり、また、MPLの厚みやMPLとGDLの厚みの合計による補償も可能である。   Further, in this example, as in the example of FIG. 9, the thickness difference Tb1 and Tb2 of the GDLs 43 and 44 on the anode side of the MEAs 21 and 22 is made different, whereby the difference in thickness between the water-containing electrolyte membrane 210 and the anhydrous electrolyte membrane 220 ( Ta1-Ta2) is compensated. For this reason, even if the depth of the cathode channel 120 and the anode channel 32 (height of the convex portion of the groove) is made uniform, the MEAs 21 and 22 and the GDLs 43 to 45 are placed between the cathode side separator 12 and the anode side separator 3. It becomes possible to pinch stably. In this example, as in the example of FIG. 10, it is possible to compensate for the difference between the thicknesses Ta1 and Ta2 of the water-containing electrolyte membrane 210 and the anhydrous electrolyte membrane 220 by the height of the anode channel 32, Compensation by the thickness of MPL or the total thickness of MPL and GDL is also possible.

さらに、本例では、図9の例と比較すると、MEA21,22の間において、カソード側のGDL45が共通であるため、部品数が削減されて、製造コストが低減される。   Furthermore, in this example, compared with the example of FIG. 9, since the GDL 45 on the cathode side is common between the MEAs 21 and 22, the number of parts is reduced, and the manufacturing cost is reduced.

図12に示された構成は次のような手順で製造される。まず、各MEA21,22にGDL43〜45を積層し、各MEA21,22のアノード側の端部を接着剤54により隔壁213aに接着する。次に、隔壁213aの下部を、接着剤55によりアノード側セパレータ3に接着し、GDL45の上部にカソード側セパレータ12を重ねる。なお、隔壁213aとGDL43,44の間には、接着剤54,55が流れ込むための隙間Sが設けられている。   The configuration shown in FIG. 12 is manufactured by the following procedure. First, GDLs 43 to 45 are stacked on each MEA 21, 22, and the anode side end of each MEA 21, 22 is bonded to the partition wall 213 a with an adhesive 54. Next, the lower part of the partition wall 213a is bonded to the anode side separator 3 with the adhesive 55, and the cathode side separator 12 is overlaid on the upper part of the GDL 45. A gap S for allowing the adhesives 54 and 55 to flow in is provided between the partition wall 213a and the GDLs 43 and 44.

これまで述べたように、実施例の燃料電池9は、空気の供給により冷却され、カソード側セパレータ12、アノード側セパレータ3、MEA21,22、及び隔壁213,213aを備える。カソード側セパレータ12は、空気を供給するためのカソード流路120が設けられ、アノード側セパレータ3は、水素ガスを供給するためのアノード流路32が設けられている。   As described above, the fuel cell 9 according to the embodiment is cooled by supplying air, and includes the cathode separator 12, the anode separator 3, the MEAs 21 and 22, and the partition walls 213 and 213a. The cathode side separator 12 is provided with a cathode channel 120 for supplying air, and the anode side separator 3 is provided with an anode channel 32 for supplying hydrogen gas.

MEA21は、カソード側セパレータ12及びアノード側セパレータ3に挟まれるようにカソード流路120の上流側に設けられ、カソード流路120から供給された空気とアノード流路32から供給された水素ガスの反応により発電する。また、MEA22は、カソード側セパレータ12及びアノード側セパレータ3に挟まれるようにカソード流路120の下流側に設けられ、カソード流路120から供給された空気とアノード流路32から供給された水素ガスの反応により発電する。また、隔壁213,213aは、MEA21,22の発電により生じた液水の流れを遮断する。   The MEA 21 is provided on the upstream side of the cathode channel 120 so as to be sandwiched between the cathode side separator 12 and the anode side separator 3, and the reaction between the air supplied from the cathode channel 120 and the hydrogen gas supplied from the anode channel 32. To generate electricity. The MEA 22 is provided on the downstream side of the cathode channel 120 so as to be sandwiched between the cathode side separator 12 and the anode side separator 3, and the air supplied from the cathode channel 120 and the hydrogen gas supplied from the anode channel 32. Power is generated by the reaction of Further, the partition walls 213 and 213a block the flow of liquid water generated by the power generation of the MEAs 21 and 22.

MEA21は、含水状態においてプロトン伝導性を有する有水電解質膜210を有し、MEA22は、80℃以上の高温状態においてプロトン伝導性を有する無水電解質膜220を有する。隔壁213,213aは、カソード側セパレータ12及びアノード側セパレータ3の間において、少なくとも有水電解質膜210からアノード側セパレータ3側の領域を、無水電解質膜220からアノード側セパレータ3側の領域から隔てるように設けられている。   The MEA 21 has a water-containing electrolyte membrane 210 having proton conductivity in a water-containing state, and the MEA 22 has an anhydrous electrolyte membrane 220 having proton conductivity in a high-temperature state of 80 ° C. or higher. The partition walls 213 and 213a separate at least the region on the anode side separator 3 side from the aqueous electrolyte membrane 210 from the region on the anode side separator 3 side from the anhydrous electrolyte membrane 220 between the cathode side separator 12 and the anode side separator 3. Is provided.

上記の構成によると、図4に示されるように、有水電解質膜210を含むMEA21がカソード流路120の上流側の領域A1に配置され、無水電解質膜220を含むMEA22がカソード流路120の下流側の領域A2に配置される。このため、MEA21は、低温域において有水電解質膜210を含水状態に維持することができるので、有水電解質膜210はプロトン伝導性を発揮できる。また、MEA22は、高温域において無水電解質膜220を無水状態に維持することができるので、無水電解質膜220はプロトン伝導性を発揮できる。   According to the above configuration, as shown in FIG. 4, the MEA 21 including the water-containing electrolyte membrane 210 is disposed in the region A1 upstream of the cathode flow channel 120, and the MEA 22 including the anhydrous electrolyte membrane 220 is disposed in the cathode flow channel 120. It arrange | positions in area | region A2 of a downstream side. For this reason, since the MEA 21 can maintain the water-containing electrolyte membrane 210 in a water-containing state in a low temperature region, the water-containing electrolyte membrane 210 can exhibit proton conductivity. Further, since the MEA 22 can maintain the anhydrous electrolyte membrane 220 in an anhydrous state in a high temperature region, the anhydrous electrolyte membrane 220 can exhibit proton conductivity.

また、隔壁213,213aは、カソード側セパレータ12及びアノード側セパレータ3の間において、少なくとも有水電解質膜210からアノード側セパレータ3側の領域を、無水電解質膜220からアノード側セパレータ3側の領域から隔てるように設けられている。このため、MEA21及びGDL43とMEA22及びGDL44の間で液水の流れが遮断され、一方のMEA21の発電で生じた液水が他方のMEA22の無水電解質膜220に流れ込むことが防止される。これにより、無水電解質膜220の電解質の溶出が抑制される。   In addition, the partition walls 213 and 213a are located between the cathode separator 12 and the anode separator 3 at least in the region from the hydrated electrolyte membrane 210 to the anode separator 3, and from the region from the anhydrous electrolyte membrane 220 to the anode separator 3 side. It is provided so as to be separated. For this reason, the flow of liquid water is blocked between the MEA 21 and GDL 43 and the MEA 22 and GDL 44, and the liquid water generated by the power generation of one MEA 21 is prevented from flowing into the anhydrous electrolyte membrane 220 of the other MEA 22. Thereby, the elution of the electrolyte of the anhydrous electrolyte membrane 220 is suppressed.

したがって、MEA21の有水電解質膜210は含水状態が維持され、MEA22の無水電解質膜220は無水状態が維持されるため、図2の比較例より高い発電性能が得られる。よって、実施例の燃料電池9は、大きさが制限されることなく、発電性能を向上することができる。   Therefore, the water-containing electrolyte membrane 210 of the MEA 21 is maintained in a water-containing state, and the anhydrous electrolyte membrane 220 of the MEA 22 is maintained in an anhydrous state, so that higher power generation performance than the comparative example of FIG. 2 is obtained. Therefore, the fuel cell 9 of the embodiment can improve the power generation performance without being limited in size.

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに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変形実施可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

9 燃料電池
2,2a MEGA収容フレーム
3 アノード側セパレータ(第2供給部)
12 カソード側セパレータ(第1供給部)
21,22 MEA(第1及び第2発電部)
32 アノード流路(第2流路)
41〜45 GDL
120 カソード流路(第1流路)
210 有水電解質膜(第1電解質膜)
220 無水電解質膜(第2電解質膜)
213,213a 隔壁(遮断部)
9 Fuel cell 2, 2a MEGA housing frame 3 Anode separator (second supply unit)
12 Cathode side separator (1st supply part)
21, 22 MEA (first and second power generation units)
32 Anode channel (second channel)
41-45 GDL
120 cathode channel (first channel)
210 Aqueous electrolyte membrane (first electrolyte membrane)
220 Anhydrous electrolyte membrane (second electrolyte membrane)
213, 213a Bulkhead (blocking part)

Claims (1)

酸化剤ガスの供給により冷却される燃料電池であって、
前記酸化剤ガスを供給するための第1流路が設けられた第1供給部と、
燃料ガスを供給するための第2流路が設けられた第2供給部と、
前記第1供給部及び前記第2供給部に挟まれるように前記第1流路の上流側に設けられ、前記第1流路から供給された前記酸化剤ガスと前記第2流路から供給された前記燃料ガスの反応により発電する第1発電部と、
前記第1供給部及び前記第2供給部に挟まれるように前記第1流路の下流側に設けられ、前記第1流路から供給された前記酸化剤ガスと前記第2流路から供給された前記燃料ガスの反応により発電する第2発電部と、
前記第1発電部と前記第2発電部の発電により生じた液水の流れを遮断する遮断部とを備え、
前記第1発電部は、含水状態においてプロトン伝導性を有する第1電解質膜を有し、
前記第2発電部は、80℃以上の高温状態においてプロトン伝導性を有する第2電解質膜を有し、
前記遮断部は、前記第1供給部と前記第2供給部の間において、少なくとも前記第1電解質膜から前記第2供給部側の領域を、前記第2電解質膜から前記第2供給部側の領域から隔てるように設けられている燃料電池。
A fuel cell cooled by the supply of an oxidant gas,
A first supply unit provided with a first flow path for supplying the oxidant gas;
A second supply section provided with a second flow path for supplying fuel gas;
Provided on the upstream side of the first flow path so as to be sandwiched between the first supply section and the second supply section, and supplied from the oxidant gas supplied from the first flow path and the second flow path. A first power generation unit that generates power by reaction of the fuel gas;
Provided on the downstream side of the first flow path so as to be sandwiched between the first supply section and the second supply section, and supplied from the oxidant gas supplied from the first flow path and the second flow path. A second power generation unit that generates power by reaction of the fuel gas;
A blocking unit that blocks the flow of liquid water generated by the power generation of the first power generation unit and the second power generation unit;
The first power generation unit includes a first electrolyte membrane having proton conductivity in a water-containing state,
The second power generation unit includes a second electrolyte membrane having proton conductivity in a high temperature state of 80 ° C. or higher,
The blocking section is located between the first supply section and the second supply section, at least from the first electrolyte membrane to the second supply section side, and from the second electrolyte membrane to the second supply section side. A fuel cell provided so as to be separated from the region.
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