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JP5730708B2 - Fuel cell - Google Patents

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JP5730708B2
JP5730708B2 JP2011173198A JP2011173198A JP5730708B2 JP 5730708 B2 JP5730708 B2 JP 5730708B2 JP 2011173198 A JP2011173198 A JP 2011173198A JP 2011173198 A JP2011173198 A JP 2011173198A JP 5730708 B2 JP5730708 B2 JP 5730708B2
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裕樹 岡部
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Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池の内部構造に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to an internal structure of a fuel cell.

燃料電池は、電解質膜がカソード及びアノードの両電極間に挟持された構造を有しており、カソードに空気等の酸素を含むカソードガスが接触する一方、アノードに水素を含むアノードガスが接触することにより、両電極で電気化学反応が生じ、その結果、両電極間に電圧が生起されるように構成されている。   The fuel cell has a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between both electrodes of a cathode and an anode, and a cathode gas containing oxygen such as air contacts the cathode, while an anode gas containing hydrogen contacts the anode. Thus, an electrochemical reaction occurs between both electrodes, and as a result, a voltage is generated between both electrodes.

かかる燃料電池の構造としては、種々のものが提案されており、例えば、特許文献1には、電極面における局所的な電流密度の集中や温度上昇を防止して長期間の安定運転を実現するべく、セパレータの一方の両端に燃料ガス出入口を交互に設け、且つ、セパレータの他方の両端(燃料ガス出入口が設けられていない両端)に空気出入口を交互に設けた構造を備える燃料電池が記載されている。   Various structures of such a fuel cell have been proposed. For example, Patent Document 1 prevents local current density concentration and temperature rise on the electrode surface to realize long-term stable operation. Therefore, a fuel cell having a structure in which a fuel gas inlet / outlet is alternately provided at one end of a separator and an air inlet / outlet is alternately provided at the other end of the separator (both ends not provided with a fuel gas inlet / outlet) is described. ing.

特開平7−249420号公報JP 7-249420 A

ところで、上述した電気化学反応が生じる際、燃料電池の両電極間においては、電解質膜を介して電荷移動が生じるので、発電を維持するには、電解質膜が湿潤している必要がある。そこで、一般に、カソード出口(カソードガスが流出する部位)にアノード入口(アノードガスが流入する部位)を配置し、且つ、アノード出口(アノードガスが流出する部位)にカソード入口(カソードガスが流入する部位)を配置し、カソード側で生じる水を、カソード出口(アノード入口)からアノード出口(カソード入口)へ運搬することにより、電解質膜の湿潤状態(すなわち、燃料電池における水バランス)を保持する方法が広く採用されている。   By the way, when the above-described electrochemical reaction occurs, charge transfer occurs between the electrodes of the fuel cell via the electrolyte membrane. Therefore, in order to maintain power generation, the electrolyte membrane needs to be wet. Therefore, in general, an anode inlet (portion where the anode gas flows) is arranged at the cathode outlet (portion where the cathode gas flows), and a cathode inlet (cathode gas flows) into the anode outlet (portion where the anode gas flows). And the water generated on the cathode side is transported from the cathode outlet (anode inlet) to the anode outlet (cathode inlet) to maintain the wet state of the electrolyte membrane (that is, the water balance in the fuel cell). Is widely adopted.

しかし、例えば、高温無加湿運転と呼ばれるような高温条件で燃料電池の運転を続けると、アノード入口からアノード出口へ運搬される水分が、カソード側に奪われ易くなったり、発電による燃料ガスの消費に伴ってアノード側の水分が奪われ易くなったりする傾向にある。そうすると、アノード出口への水分の供給が不十分となり、その近傍の電解質膜が局所的に乾燥してしまい、その結果、その部位で発電ができなくなって出力が低下するといった問題が起こり得る。これは、上記特許文献1に記載された燃料電池においても懸念される事象である。   However, for example, if the fuel cell operation is continued under a high temperature condition called high temperature non-humidification operation, moisture transported from the anode inlet to the anode outlet is easily taken to the cathode side, or fuel gas consumption due to power generation As a result, the moisture on the anode side tends to be easily taken away. Then, the supply of moisture to the anode outlet becomes insufficient, and the electrolyte membrane in the vicinity thereof is locally dried. As a result, there is a problem that power generation cannot be performed at that portion and the output is reduced. This is a phenomenon that is also a concern in the fuel cell described in Patent Document 1.

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、水分(反応生成水)をカソード側からアノード側へ迅速に且つ十分に運搬・供給することができ、これにより、高温運転時においても、電解質膜の湿潤状態を良好に維持して出力低下を抑止することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and moisture (reaction product water) can be quickly and sufficiently transported and supplied from the cathode side to the anode side, thereby enabling high-temperature operation. An object of the present invention is to provide a fuel cell that can maintain a wet state of an electrolyte membrane well and suppress a decrease in output.

上記課題を解決するために、本発明による燃料電池は、電解質膜の両面にカソード及びアノードが配置された膜電極接合体と、その膜電極接合体に対向して設けられたセパレータとを備え、セパレータが、所定の一辺に並設されたカソード入口及びカソード出口と、その所定の一辺に対して垂直な辺に設けられており且つカソード出口の近傍に配置されたアノード入口とを有しており、カソード入口及びカソード出口の近傍において、カソード出口からカソード入口に向かってアノードガスが流通するように構成されたアノードガス流路が形成されたものである。   In order to solve the above problems, a fuel cell according to the present invention includes a membrane electrode assembly in which a cathode and an anode are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane, and a separator provided to face the membrane electrode assembly, The separator has a cathode inlet and a cathode outlet arranged side by side on a predetermined side, and an anode inlet provided on a side perpendicular to the predetermined side and arranged in the vicinity of the cathode outlet. In the vicinity of the cathode inlet and the cathode outlet, an anode gas flow path configured to allow anode gas to flow from the cathode outlet toward the cathode inlet is formed.

このように構成された本発明による燃料電池においては、アノードガスが、カソード出口近傍のアノード入口からアノードガス流路を通してアノード出口に向かって流通することにより、カソード出口側に残留し易い水分(反応生成水)が、そのアノードガスとともにアノード出口すなわちカソード入口側に運搬される。このとき、カソード入口及びカソード出口がセパレータの所定の一辺に並設されているので、カソード入口及びカソード出口間の距離、つまり、アノードガスによる水分の運搬距離を効果的に短縮することができ、カソード出口側の水分が減少しないうちに、その水分をカソード入口側(アノード出口側)に供給することができる。   In the fuel cell according to the present invention configured as described above, the anode gas flows from the anode inlet in the vicinity of the cathode outlet toward the anode outlet through the anode gas flow path, so that moisture (reaction) that tends to remain on the cathode outlet side is obtained. Product water) is transported together with the anode gas to the anode outlet, that is, the cathode inlet side. At this time, since the cathode inlet and the cathode outlet are arranged side by side on the predetermined side of the separator, the distance between the cathode inlet and the cathode outlet, that is, the transport distance of moisture by the anode gas can be effectively shortened, Before the moisture on the cathode outlet side is reduced, the moisture can be supplied to the cathode inlet side (anode outlet side).

したがって、本発明によれば、水分(反応生成水)をカソード側からアノード側に迅速に運搬・供給することができ、これにより、たとえ高温運転時であっても、水分の減少を抑えて電解質膜の湿潤状態を良好に維持することが可能となり、その結果、燃料電池の出力低下を有効に防止することができる。また、水分が運搬される先のアノード出口とカソード入口が近接しているので、カソード入口付近の乾燥を防止することもできる。さらに、カソード出口から水分を迅速に奪うことができるので、カソード出口におけるフラッィングの発生を防止することも可能である。   Therefore, according to the present invention, moisture (reaction product water) can be rapidly transported and supplied from the cathode side to the anode side, thereby suppressing the decrease in moisture even during high temperature operation. It becomes possible to maintain the wet state of the membrane satisfactorily, and as a result, it is possible to effectively prevent a decrease in the output of the fuel cell. Further, since the anode outlet and the cathode inlet to which moisture is transported are close to each other, drying near the cathode inlet can be prevented. Furthermore, since moisture can be quickly taken away from the cathode outlet, it is possible to prevent the occurrence of flooding at the cathode outlet.

本発明による燃料電池の第1実施形態の構成の一部を模式的に示す部品分解図である。FIG. 2 is an exploded view schematically showing a part of the configuration of the first embodiment of the fuel cell according to the present invention. 図1に示す燃料電池のカソードセパレータの構造を概略的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a structure of a cathode separator of the fuel cell shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池のアノードセパレーの構造を概略的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a structure of an anode separator of the fuel cell shown in FIG. 1. 本発明による燃料電池内部における水分の分布(高温運転時)を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically distribution (at the time of high temperature operation) of the water inside the fuel cell by the present invention. 本発明による燃料電池の第2実施形態の構成の一部を模式的に示す部品分解図である。FIG. 5 is an exploded view schematically showing a part of the configuration of a second embodiment of the fuel cell according to the present invention. 従来構成の燃料電池内部における水分の分布(通常運転時)を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically distribution (at the time of normal operation) of the moisture inside the fuel cell of the conventional composition. 従来構成の燃料電池内部における水分の分布(高温運転時)を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically distribution (at the time of high temperature operation) of the moisture inside the fuel cell of the conventional composition.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
(第1実施形態)
図1は、本発明による燃料電池の好適な一実施形態の構成の一部を模式的に示す部品分解図(一点透視図法による)である。燃料電池スタック10は、固体高分子分離膜を備えた固体高分子型の燃料電池(PEMFC)であり、主として燃料電池自動車等に搭載されるものである。この燃料電池スタック10は、単位セル20を複数積層したスタック構造を有している(なお、図示においては一単位のみ示す)。また、単位セル20は、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置されたMEA21(膜電極接合体:Membrane Electrode Assembly)の外側に、ガス拡散層22がシールガスケット(図示せず)によって一体に形成された発電体23、及び、隣接する発電体23,23を隔離する例えばステンレス鋼やチタン等の導電性金属材料からなるカソードセパレータ26及びアノードセパレータ28から構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The positional relationship such as up, down, left, and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. Furthermore, the following embodiment is an illustration for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention only to the embodiment. Furthermore, the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
(First embodiment)
FIG. 1 is an exploded view (by a one-point perspective view) schematically showing a part of the configuration of a preferred embodiment of a fuel cell according to the present invention. The fuel cell stack 10 is a solid polymer fuel cell (PEMFC) provided with a solid polymer separation membrane, and is mainly mounted on a fuel cell vehicle or the like. The fuel cell stack 10 has a stack structure in which a plurality of unit cells 20 are stacked (only one unit is shown in the figure). In the unit cell 20, a gas diffusion layer 22 is integrally formed by a seal gasket (not shown) outside an MEA 21 (Membrane Electrode Assembly) in which an anode and a cathode are arranged with an electrolyte membrane interposed therebetween. And a cathode separator 26 and an anode separator 28 made of a conductive metal material such as stainless steel or titanium for isolating the adjacent power generation bodies 23, 23.

なお、隣接する発電体23,23を隔離するセパレータは、上記のカソードセパレータ26、中間プレート(図示せず;主として冷却水の流路となる)、及び、上記のアノードセパレータ28が積層された三層積層型のユニットをなしており、図示との整合をとるべく、ここでは、単位セル20を上述の如く定義した。また、カソードセパレータ26と発電体23との間には、カソードガスが流通するカソードガス流路30(後述)が画成され、アノードセパレータ28と発電体23との間には、アノードガスが流通するアノードガス流路40(後述)が画成されている。   The separator that separates the adjacent power generators 23 is a three-layer structure in which the cathode separator 26, the intermediate plate (not shown; mainly used as a cooling water flow path), and the anode separator 28 are stacked. In this example, the unit cell 20 is defined as described above in order to match the drawing. Further, a cathode gas flow path 30 (described later) through which the cathode gas flows is defined between the cathode separator 26 and the power generator 23, and the anode gas flows between the anode separator 28 and the power generator 23. An anode gas flow path 40 (described later) is defined.

ここで、図2及び図3は、それぞれ、図1に示す燃料電池スタック10のカソードセパレータ26及びアノードセパレータ28の構造を概略的に示す斜視図である。図1〜図3に示す如く、発電体23、カソードセパレータ26、及びアノードセパレータ28は、略同外形の矩形部材であり、カソードセパレータ26は、その中央部において図示鉛直方向に延在するリブRCを有する枠状をなしており、また、アノードセパレータ28は、その中央部において図示水平方向に延在するリブRAを有する枠状をなしている。   Here, FIGS. 2 and 3 are perspective views schematically showing the structures of the cathode separator 26 and the anode separator 28 of the fuel cell stack 10 shown in FIG. 1, respectively. As shown in FIGS. 1 to 3, the power generator 23, the cathode separator 26, and the anode separator 28 are rectangular members having substantially the same outer shape, and the cathode separator 26 is a rib RC that extends in the illustrated vertical direction at the center thereof. In addition, the anode separator 28 has a frame shape having a rib RA extending in the horizontal direction in the figure at the center thereof.

これらの発電体23、カソードセパレータ26、及びアノードセパレータ28の縁周部には、図1において白抜矢印で示すカソードガス流路30に連通するカソード入口31,31、及び、同カソード出口32,32、並びに、図1において実線矢印で示すアノードガス流路40に連通するアノード入口41,41、及び、同アノード出口42,42が設けられている。このように、カソード入口31,31は、空気等のカソードガスの供給口であるカソードガス入口マニホールドとして、また、カソード出口32,32は、カソードガスの排出口であるカソードガス出口マニホールドとして機能する。同様に、アノード入口41,41は、水素を含む燃料ガスであるアノードガスの供給口であるアノードガス入口マニホールドとして、また、アノード出口42,42は、アノードガスの排出口であるアノードガス出口マニホールドとして機能する。   In the peripheral portions of the power generator 23, the cathode separator 26, and the anode separator 28, cathode inlets 31 and 31 communicating with a cathode gas flow path 30 indicated by white arrows in FIG. 32, and anode inlets 41 and 41 and anode outlets 42 and 42 communicating with the anode gas flow path 40 indicated by a solid line arrow in FIG. As described above, the cathode inlets 31 and 31 function as a cathode gas inlet manifold that is a supply port of cathode gas such as air, and the cathode outlets 32 and 32 function as a cathode gas outlet manifold that is a discharge port of cathode gas. . Similarly, the anode inlets 41 and 41 are anode gas inlet manifolds that are anode gas supply ports that are fuel gas containing hydrogen, and the anode outlets 42 and 42 are anode gas outlet manifolds that are anode gas outlets. Function as.

すなわち、カソードセパレータ26及びアノードセパレータ28においては、所定の一辺(図示上辺及び下辺)にカソード入口31及びカソード出口32が並設されており、その所定の一辺に対して垂直な辺(図示右辺及び左辺)におけるカソード出口32の近傍(カソード出口32に近い角部)にアノード入口41が配置されている。また、アノードガス流路40は、カソード入口31及びカソード出口32の近傍において、カソード出口32からカソード入口31に向かってアノードガスが流通するように形成されている。   That is, in the cathode separator 26 and the anode separator 28, the cathode inlet 31 and the cathode outlet 32 are arranged in parallel on predetermined one side (the upper side and the lower side in the drawing), and the side perpendicular to the predetermined one side (the right side and the right side in the drawing). An anode inlet 41 is disposed in the vicinity of the cathode outlet 32 on the left side (the corner near the cathode outlet 32). The anode gas channel 40 is formed in the vicinity of the cathode inlet 31 and the cathode outlet 32 so that the anode gas flows from the cathode outlet 32 toward the cathode inlet 31.

このように構成された燃料電池スタック10によれば、アノードガスが、カソード出口32近傍のアノード入口41からアノードガス流路40を通してアノード出口42に向かって流通することにより、カソード出口32側に残留し易い水分(反応生成水)が、そのアノードガスとともにアノード出口42すなわちカソード入口31側に運搬される。このとき、カソード入口31及びカソード出口32がカソードセパレータ26及びアノードセパレータ28の所定の一辺に並設されているので、カソード入口31及びカソード出口32間の距離、つまり、アノードガスによる水分の運搬距離を効果的に短縮することができ、カソード出口32側の水分が減少しないうちに、その水分をカソード入口31側(アノード出口42側)に供給することができる。   According to the fuel cell stack 10 configured in this way, the anode gas flows from the anode inlet 41 in the vicinity of the cathode outlet 32 toward the anode outlet 42 through the anode gas flow path 40, thereby remaining on the cathode outlet 32 side. Moisture (reaction product water) that is easily generated is transported together with the anode gas to the anode outlet 42, that is, the cathode inlet 31 side. At this time, since the cathode inlet 31 and the cathode outlet 32 are arranged side by side on a predetermined side of the cathode separator 26 and the anode separator 28, the distance between the cathode inlet 31 and the cathode outlet 32, that is, the transport distance of moisture by the anode gas. Can be effectively shortened, and the moisture can be supplied to the cathode inlet 31 side (the anode outlet 42 side) before the moisture on the cathode outlet 32 side does not decrease.

これにより、水分(反応生成水)をカソード側からアノード側に迅速に運搬・供給することが可能となり、たとえ高温運転時であっても、水分の減少を抑えてMEA21の電解質膜の湿潤状態を良好に維持することができ、その結果、燃料電池スタック10の出力低下を有効に防止することができる。また、水分が運搬される先のアノード出口42とカソード入口31が近接しているので、カソード入口31付近の乾燥を防止することもできる。さらに、カソード出口32から水分を迅速に奪うことができるので、カソード出口32におけるフラッィングの発生を防止することもできる。   As a result, moisture (reaction product water) can be quickly transported and supplied from the cathode side to the anode side, and even during high-temperature operation, the reduction of moisture can be suppressed and the electrolyte membrane of MEA 21 can be kept wet. As a result, it is possible to effectively prevent a decrease in the output of the fuel cell stack 10. Further, since the anode outlet 42 to which moisture is transported and the cathode inlet 31 are close to each other, it is possible to prevent the vicinity of the cathode inlet 31 from being dried. Furthermore, since moisture can be quickly taken away from the cathode outlet 32, the occurrence of flooding at the cathode outlet 32 can be prevented.

ここで、図4は、本発明による燃料電池スタック10の内部における水分の分布(高温運転時)を模式的に示すグラフである。また、図6及び図7は、従来の構成を有する燃料電池の内部における水分の分布を模式的に示すグラフであり、それぞれ、通常運転時(非高温時)及び高温運転時における水分分布を示す。図示のグラフにおける横軸は、カソード出入口及びアノード出入口の相対的な位置を示し、縦軸は、相対湿度(%)を示す。また、太い実線は、カソード相対湿度分布LCを示し、破線は、アノード相対湿度分布LAを示す。   Here, FIG. 4 is a graph schematically showing the distribution of moisture (during high temperature operation) inside the fuel cell stack 10 according to the present invention. FIGS. 6 and 7 are graphs schematically showing the moisture distribution inside the fuel cell having the conventional structure, and show the moisture distribution during normal operation (non-high temperature) and during high-temperature operation, respectively. . The horizontal axis in the illustrated graph indicates the relative positions of the cathode inlet / outlet and the anode inlet / outlet, and the vertical axis indicates the relative humidity (%). A thick solid line indicates the cathode relative humidity distribution LC, and a broken line indicates the anode relative humidity distribution LA.

図6に示す如く、従来構成の燃料電池の通常運転時においては、カソードの相対湿度は、カソード出口側及びアノード入口側で高く、カソード入口側及びアノード出口側で低い傾向にあり、また、アノードの相対湿度は、カソード出口側及びアノード入口側で低く、カソード入口側及びアノード出口側で高い傾向にある。この場合、図示白抜き矢印で概念的に示すとおり、カソード出口側及びアノード入口側では、カソードからアノードへ水分が供給され、且つ、カソード入口側及びアノード出口側では、アノードからカソードへ水分が供給されて、全体的な水分バランス及び電解質膜の湿潤状態が保たれ得る。   As shown in FIG. 6, the relative humidity of the cathode tends to be high on the cathode outlet side and the anode inlet side and low on the cathode inlet side and the anode outlet side during the normal operation of the fuel cell of the conventional configuration. The relative humidity tends to be low on the cathode outlet side and anode inlet side and high on the cathode inlet side and anode outlet side. In this case, as conceptually indicated by the white arrows in the figure, moisture is supplied from the cathode to the anode on the cathode outlet side and the anode inlet side, and moisture is supplied from the anode to the cathode on the cathode inlet side and the anode outlet side. Thus, the overall moisture balance and the wet state of the electrolyte membrane can be maintained.

一方、図7に示す如く、従来構成の燃料電池の高温運転時においては、カソードの相対湿度は、カソード出口及びアノード入口で高く、カソード入口側及びアノード出口側へ向かって低下する傾向にあり、また、アノードの相対湿度は、カソード出口及びアノード入口で低く、ややカソード入口及びアノード出口寄りで一旦高くなるものの、カソード入口側及びアノード出口側へ向かって低下する傾向にある。この場合、図示白抜き矢印で概念的に示すとおり、カソード出口側及びアノード入口側では、カソードからアノードへ水分が供給されるとともに、カソード入口側及びアノード出口側では、アノードからカソードへ水分が奪われ、カソード入口及びアノード出口(図示二点鎖線で示す領域)では、電解質膜が乾燥し、その状態が改善され難い傾向にある。   On the other hand, as shown in FIG. 7, the relative humidity of the cathode is high at the cathode outlet and the anode inlet and tends to decrease toward the cathode inlet side and the anode outlet side during the high temperature operation of the fuel cell of the conventional configuration. Further, the relative humidity of the anode is low at the cathode outlet and the anode inlet, and slightly increases near the cathode inlet and the anode outlet, but tends to decrease toward the cathode inlet side and the anode outlet side. In this case, as conceptually indicated by the white arrows in the figure, moisture is supplied from the cathode to the anode on the cathode outlet side and the anode inlet side, and moisture is removed from the anode to the cathode on the cathode inlet side and the anode outlet side. However, at the cathode inlet and the anode outlet (the region indicated by the two-dot chain line in the drawing), the electrolyte membrane tends to dry and the state tends to be difficult to be improved.

これに対し、図4に示す如く、本発明による燃料電池スタック10の高温運転時においては、カソードの相対湿度は、カソード出口32及びアノード入口41で高く、カソード入口31側及びアノード出口42側へ向かって低下する傾向にあるものの、アノードの相対湿度は、カソード出口32及びアノード入口41で低く、ややカソード入口31及びアノード出口42寄りで一旦高くなり、さらに、カソード入口31側へ向かって低下していく傾向にある。しかし、上述したとおり、カソード入口31では、アノードガスによって水分が運搬・供給されることにより、相対湿度は高くなるので、図示白抜き矢印で概念的に示すとおり、カソード入口31(図示二点鎖線で示す領域)における乾燥状態の電解質膜に対し、アノードから水分が供給されて電解質膜の湿潤状態が好適に維持される。
(第2実施形態)
図5は、本発明による燃料電池の好適な他の一実施形態の構成の一部を模式的に示す部品分解図(一点透視図法による)である。燃料電池スタック110は、サーペンタイン形状のカソード流路を有する燃料電池であり、単位セル20に替えて、カソードセパレータ126及びアノードセパレータ128を備える単位セル120を備えること以外は、燃料電池スタック10と同様に構成されたものである。単位セル120の発電体23、カソードセパレータ126、及びアノードセパレータ128の縁周部には、カソードガス流路130に連通するカソード入口131、及び、同カソード出口132、並びに、アノードガス流路140に連通するアノード入口141、及び、同アノード出口142が設けられている。このように、燃料電池スタック110には、一組のカソード入口131及びカソード出口132、並びに、一組のアノード入口141及びアノード出口142が設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the fuel cell stack 10 according to the present invention is operated at a high temperature, the relative humidity of the cathode is high at the cathode outlet 32 and the anode inlet 41 and to the cathode inlet 31 side and the anode outlet 42 side. The relative humidity of the anode is low at the cathode outlet 32 and the anode inlet 41, slightly increases near the cathode inlet 31 and the anode outlet 42, and further decreases toward the cathode inlet 31 side. There is a tendency to go. However, as described above, the moisture at the cathode inlet 31 is transported and supplied by the anode gas, so that the relative humidity increases. Therefore, as conceptually indicated by the white arrow in the figure, the cathode inlet 31 (two-dot chain line in the figure). Water is supplied from the anode to the dried electrolyte membrane in the region indicated by (2), and the wet state of the electrolyte membrane is suitably maintained.
(Second Embodiment)
FIG. 5 is an exploded view (by a one-point perspective view) schematically showing a part of the configuration of another preferred embodiment of the fuel cell according to the present invention. The fuel cell stack 110 is a fuel cell having a serpentine-shaped cathode flow path, and is the same as the fuel cell stack 10 except that the unit cell 120 includes a cathode separator 126 and an anode separator 128 instead of the unit cell 20. It is composed of. In the peripheral portions of the power generator 23, the cathode separator 126, and the anode separator 128 of the unit cell 120, the cathode inlet 131 communicating with the cathode gas channel 130, the cathode outlet 132, and the anode gas channel 140 are connected. A communicating anode inlet 141 and anode outlet 142 are provided. Thus, the fuel cell stack 110 is provided with a set of cathode inlet 131 and cathode outlet 132 and a set of anode inlet 141 and anode outlet 142.

このように構成された燃料電池スタック110においても、先述した燃料電池スタック10と同様の作用効果が奏されるとともに、カソードセパレータ126、及びアノードセパレータ128の構造を簡略化することができる利点がある。   The fuel cell stack 110 configured in this manner also has the same effects as the fuel cell stack 10 described above, and has the advantage that the structure of the cathode separator 126 and the anode separator 128 can be simplified. .

なお、上述したとおり、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、カソードガス流路30,130及び/又はアノードガス流路40,140の形状は図示のものに限定されない。   In addition, as above-mentioned, this invention is not limited to said each embodiment, A various deformation | transformation is possible in the limit which does not change the summary. For example, the shapes of the cathode gas passages 30 and 130 and / or the anode gas passages 40 and 140 are not limited to those illustrated.

以上説明したとおり、本発明は、燃料電池の出力低下を有効に防止することができるので、燃料電池全般、燃料電池を備える機器、システム、設備等、及び、それらの製造に広く且つ有効に利用することができる   As described above, since the present invention can effectively prevent a decrease in the output of the fuel cell, it is widely and effectively used for the entire fuel cell, devices, systems, facilities, etc. equipped with the fuel cell, and their production. can do

10,110…燃料電池スタック、20,120…単位セル、21…MEA、22…ガス拡散層、23…発電体、26,126…カソードセパレータ、28,128…アノードセパレータ、30,130…カソードガス流路、40,140…アノードガス流路、RA,RC…リブ、31,131…カソード入口、32,132…カソード出口、41,141…アノード入口、42,142…アノード出口、LC…カソード相対湿度分布、LA…アノード相対湿度分布。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,110 ... Fuel cell stack, 20, 120 ... Unit cell, 21 ... MEA, 22 ... Gas diffusion layer, 23 ... Power generation body, 26, 126 ... Cathode separator, 28, 128 ... Anode separator, 30, 130 ... Cathode gas Channel, 40, 140 ... anode gas channel, RA, RC ... rib, 31, 131 ... cathode inlet, 32, 132 ... cathode outlet, 41, 141 ... anode inlet, 42, 142 ... anode outlet, LC ... cathode relative Humidity distribution, LA ... anode relative humidity distribution.

Claims (1)

電解質膜の両面にカソード及びアノードが配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体に対向して設けられた矩形のセパレータと、
を備え、
前記セパレータは、所定の一辺に沿って並設され、互いに隣り合うカソード入口及びカソード出口と、前記所定の一辺に対して垂直な辺のうちの一方の辺に沿って設けられており且つ前記セパレータの表面に沿って流れる流体が流通する開口を介在させずに前記カソード出口に隣り合うように配置されたアノード入口と、前記所定の一辺に対して垂直な辺のうちの他方の辺に沿って設けられており且つ前記カソード入口に隣り合うように配置されたアノード出口とを有しており、
前記カソード入口及び前記カソード出口の近傍において、前記カソード出口から前記カソード入口に向かってアノードガスが流通するアノードガス流路が形成されている、
燃料電池。
A membrane electrode assembly in which a cathode and an anode are disposed on both sides of the electrolyte membrane;
A rectangular separator provided facing the membrane electrode assembly;
With
The separator is arranged along a predetermined one side, the cathode inlet and a cathode outlet, and the separator is provided along one side of the vertical sides with respect to said predetermined side adjacent to each other An anode inlet disposed adjacent to the cathode outlet without an opening through which a fluid flowing along the surface of the anode flows, and along the other side of the sides perpendicular to the predetermined side And an anode outlet disposed adjacent to the cathode inlet,
In the vicinity of the cathode inlet and the cathode outlet, an anode gas flow path is formed through which anode gas flows from the cathode outlet toward the cathode inlet.
Fuel cell.
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