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JP2009218190A - Fuel cell - Google Patents

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JP2009218190A
JP2009218190A JP2008063703A JP2008063703A JP2009218190A JP 2009218190 A JP2009218190 A JP 2009218190A JP 2008063703 A JP2008063703 A JP 2008063703A JP 2008063703 A JP2008063703 A JP 2008063703A JP 2009218190 A JP2009218190 A JP 2009218190A
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JP
Japan
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cathode
fuel cell
anode
disposed
porous body
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008063703A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Tejima
剛 手嶋
Kazunari Mogi
一成 茂木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

【課題】燃料電池における発電効率の低下を抑制する技術を提供する。
【解決手段】
燃料電池であって、電解質膜の両面に電極が配置されて成る発電体と、発電体の少なくとも一方の面に配置される、多孔体から成るガス流路形成部材と、ガス流路形成部材の発電体が配置される面と反対側の面に配置されるセパレータと、を備え、ガス流路形成部材は、第1の部材と、発電体側に配置され、第1の部材よりも親水性の高い第2の部材と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図3
A technique for suppressing a decrease in power generation efficiency in a fuel cell is provided.
[Solution]
A fuel cell comprising: a power generation body in which electrodes are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane; a gas flow path forming member made of a porous body disposed on at least one surface of the power generation body; A separator disposed on a surface opposite to a surface on which the power generation body is disposed, and the gas flow path forming member is disposed on the first member and the power generation body side and is more hydrophilic than the first member. A high second member.
[Selection] Figure 3

Description

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

燃料電池では、発電時に水素と酸素の電気化学反応により、水が生成される(以下、生成される水を「生成水」ともいう)。このような生成水が電解質膜付近に滞留すると(いわゆる、フラッディング)、反応ガスの供給が滞り、燃料電池性能が低下する場合もある。   In a fuel cell, water is generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen during power generation (hereinafter, the generated water is also referred to as “generated water”). When such generated water stays in the vicinity of the electrolyte membrane (so-called flooding), the supply of the reaction gas is delayed and the fuel cell performance may be deteriorated.

ところで、燃料電池の中には、電解質膜の両面に電極を配置して成る発電体と、発電体の両面に配置されるガス拡散層と、発電体に反応ガスを供給するための多孔体流路形成部材と、アノードガスとカソードガスを分離すると共に、各電極で発電された電気を集電するセパレータと、を備えるものがある(例えば、特許文献1、2参照)。   By the way, in a fuel cell, a power generation body in which electrodes are disposed on both surfaces of an electrolyte membrane, a gas diffusion layer disposed on both surfaces of the power generation body, and a porous body flow for supplying reaction gas to the power generation body Some include a path forming member and a separator that separates the anode gas and the cathode gas and collects electricity generated by each electrode (for example, see Patent Documents 1 and 2).

このような燃料電池において、多孔体流路形成部材のセパレータと当接する面に、親水性を有する親水部を設けて、電解質膜付近に滞留する生成水を、多孔体流路形成部材に移動させて、反応ガスの流れによって生成水を排出させることによって、フラッディングを抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献3参照)。   In such a fuel cell, a hydrophilic portion having a hydrophilic property is provided on the surface of the porous channel forming member that contacts the separator, and the generated water staying in the vicinity of the electrolyte membrane is moved to the porous channel forming member. Thus, a technique for suppressing flooding by discharging generated water by the flow of a reactive gas has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

特開2005−310633号公報JP 2005-310633 A 特開2007−87768号公報JP 2007-87768 A 特開2006−134582号公報JP 2006-134582 A

上記したように、反応ガスの流れによって、生成水が燃料電池外へ排出される。反応ガスの入口付近(反応ガスの流れの上流)は、乾燥した反応ガスが導入されるため、発電体で生成される生成水が排出され易い。一方、反応ガスの出口付近(反応ガスの流れの下流)では、反応ガスの流速が遅くなるため、生成水が排出されにくい。このように、生成水の排出状況は、発電体の面方向に一律ではない。そのため、上記した特許文献3に記載の燃料電池のように、多孔体流路形成部材のセパレータと当接する側全体に、親水層を設けると、発電体で生成される生成水の排水が促進されて、反応ガスの入口付近では、電解質膜が乾燥して、発電効率が低下するおそれがある。   As described above, the produced water is discharged out of the fuel cell by the flow of the reaction gas. Since the dry reaction gas is introduced near the inlet of the reaction gas (upstream of the flow of the reaction gas), the generated water generated by the power generator is easily discharged. On the other hand, in the vicinity of the outlet of the reactive gas (downstream of the reactive gas flow), the flow rate of the reactive gas becomes slow, so that the generated water is difficult to be discharged. Thus, the discharge state of generated water is not uniform in the surface direction of the power generator. Therefore, as in the fuel cell described in Patent Document 3 described above, if a hydrophilic layer is provided on the entire surface of the porous body flow passage forming member that contacts the separator, drainage of generated water generated by the power generation body is promoted. Thus, in the vicinity of the reaction gas inlet, the electrolyte membrane may be dried and the power generation efficiency may be reduced.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり燃料電池における発電効率の低下を抑制する技術を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the technique which suppresses the fall of the power generation efficiency in a fuel cell.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1] 燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極が配置されて成る発電体と、
前記発電体の少なくとも一方の面に配置される、多孔体から成るガス流路形成部材と、
前記ガス流路形成部材の前記発電体が配置される面と反対側の面に配置されるセパレータと、
を備え、
前記ガス流路形成部材は、
第1の部材と、
前記発電体側に配置され、前記第1の部材よりも親水性の高い第2の部材と、
を備えることを特徴とする。
Application Example 1 A fuel cell,
A power generator in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane;
A gas flow path forming member made of a porous material, disposed on at least one surface of the power generator;
A separator disposed on a surface opposite to a surface on which the power generation body of the gas flow path forming member is disposed;
With
The gas flow path forming member is:
A first member;
A second member disposed on the power generation body side and having a higher hydrophilicity than the first member;
It is characterized by providing.

適用例1の燃料電池によれば、ガス流路形成部材は、発電体側に親水性の高い第2の部材を備えるため、発電体内に存在する水が、第2の部材に引き寄せられるものの、ガス流路形成部材内を、セパレータ側に向かって移動する水が少なくなる。そのため、ガス流路形成部材内を流れる反応ガスによって、水が排出され難くなる。したがって、電解質膜の乾燥が抑制され、発電効率の低下が抑制できる。   According to the fuel cell of Application Example 1, since the gas flow path forming member includes the second member having high hydrophilicity on the power generation body side, water present in the power generation body is attracted to the second member. Less water moves in the flow path forming member toward the separator side. Therefore, it becomes difficult for water to be discharged by the reaction gas flowing in the gas flow path forming member. Therefore, drying of the electrolyte membrane is suppressed, and a decrease in power generation efficiency can be suppressed.

[適用例2] 適用例1に記載の燃料電池であって、
前記第2の部材は、前記ガス流路形成部材内を流通するガスの流れの上流側に配置されることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 2] The fuel cell according to Application Example 1,
The fuel cell according to claim 1, wherein the second member is disposed upstream of a flow of gas flowing through the gas flow path forming member.

一般に、電解質膜の面内において、ガスの流れの上流側は、下流側に比べて乾燥しやすいが、このようにすると、ガスの流れの上流側における、電解質膜の乾燥を抑制することができる。したがって、発電効率の低下が抑制できる。   In general, in the plane of the electrolyte membrane, the upstream side of the gas flow is easier to dry than the downstream side, but in this way, drying of the electrolyte membrane on the upstream side of the gas flow can be suppressed. . Therefore, a decrease in power generation efficiency can be suppressed.

[適用例3] 適用例2に記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部材は、
前記セパレータ側に配置され、前記第1の部材よりも親水性の高い第3の部材をさらに備え、
前記第3の部材は、前記ガス流路形成部材内を流通するガスの流れの下流側に配置されることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 3] The fuel cell according to Application Example 2,
The gas flow path forming member is:
A third member disposed on the separator side and having a higher hydrophilicity than the first member;
The fuel cell according to claim 1, wherein the third member is disposed on a downstream side of a flow of gas flowing through the gas flow path forming member.

適用例3の燃料電池では、ガス流路形成部材は、発電体側のガスの流れの上流域に親水性の高い第2の部材を備え、セパレータ側のガスの流れの下流側に親水性の高い第3の部材を備える。ガス流路形成部材が、セパレータ側に親水性の高い第3の部材を備えると、発電体内に存在する水が、第3の部材に引き寄せられて、セパレータに向かって移動する。そうすると、ガス流路形成部材内を水が移動する際に、ガス流路形成部材内を流通する反応ガスにより、水が排出される。したがって、ガスの流れの下流域では、排水性が良くなり、フラッディングを抑制することができる。そのため、上記したように、ガスの流れの上流域では、電解質膜の乾燥を抑制すると共に、ガスの流れの下流域では、フラッディングを抑制することができるため、総合的に、発電効率の低下を抑制することができる。   In the fuel cell of Application Example 3, the gas flow path forming member includes the second member having high hydrophilicity in the upstream region of the gas flow on the power generator side, and has high hydrophilicity on the downstream side of the gas flow on the separator side. A third member is provided. When the gas flow path forming member includes the third member having high hydrophilicity on the separator side, the water present in the power generation body is attracted to the third member and moves toward the separator. Then, when the water moves through the gas flow path forming member, the water is discharged by the reaction gas flowing through the gas flow path forming member. Therefore, in the downstream area of the gas flow, drainage is improved and flooding can be suppressed. Therefore, as described above, drying of the electrolyte membrane can be suppressed in the upstream region of the gas flow, and flooding can be suppressed in the downstream region of the gas flow. Can be suppressed.

[適用例4] 適用例2または3に記載の燃料電池において、
前記第2の部材と、前記第3の部材とは、前記ガス流路形成部材の積層面に垂直な方向から見た場合に、一部が重なるように配置されていることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 4] In the fuel cell according to Application Example 2 or 3,
The fuel is characterized in that the second member and the third member are disposed so as to partially overlap each other when viewed from a direction perpendicular to the laminated surface of the gas flow path forming member. battery.

このようにすると、ガス流路形成部材の積層面に垂直な方向から見た場合に、第2の部材と、第3の部材との一部が重なるように配置されている部分では、発電体内に存在する水が、第2の部材に引き寄せられ、さらに第3の部材に引き寄せられる。そのため、発電体内に存在する水が、セパレータに向かって移動しやすくなり、排水性が向上される。   In this case, when viewed from the direction perpendicular to the stacking surface of the gas flow path forming member, the portion where the second member and the third member are arranged so as to partially overlap each other, The water present in the water is drawn to the second member and further drawn to the third member. Therefore, the water present in the power generation body is easily moved toward the separator, and the drainage is improved.

[適用例5] 適用例1ないし4のいずれか1つに記載の燃料電池において、
前記ガス流路形成部材は、エキスパンドメタルより成ることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 5] In the fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 4,
The fuel cell according to claim 1, wherein the gas flow path forming member is made of expanded metal.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、その燃料電池を備える燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した移動体等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms. For example, the present invention can be realized in the form of a fuel cell, a fuel cell system including the fuel cell, a moving body equipped with the fuel cell system, and the like. .

A.第1の実施例:
A1.実施例の構成:
図1は、本発明の第1の実施例としての燃料電池100の断面構成を概略的に示す断面図である。図1では、後述する図5におけるA−A切断面を示している。燃料電池100は、水素と空気とを用いて発電を行う固体高分子型の燃料電池である。
A. First embodiment:
A1. Example configuration:
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of a fuel cell 100 as a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the AA cut surface in FIG. 5 mentioned later is shown. The fuel cell 100 is a solid polymer fuel cell that generates power using hydrogen and air.

燃料電池100は、図1に示すように、シール部材一体型MEA(Membrane‐Electrode Assembly:膜電極接合体)200の両面に、アノード側多孔体410と、カソード側多孔体430と、がそれぞれ配置され、その両面にセパレータ300が配置されるように積層された構成を成している。図1では、複数のシール部材一体型MEA200、アノード側多孔体410、カソード側多孔体430、およびセパレータ300が積層された部分の一部を抜き出して示しており、他は図示を省略している。以下、アノード側多孔体410と、カソード側多孔体430とをまとめて、多孔体410、430とも呼ぶ。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 100 includes an anode-side porous body 410 and a cathode-side porous body 430 disposed on both sides of a seal member-integrated MEA (Membrane-Electrode Assembly) 200, respectively. The separators 300 are stacked so that the separators 300 are disposed on both sides thereof. In FIG. 1, a part of a portion where a plurality of seal member integrated MEAs 200, an anode-side porous body 410, a cathode-side porous body 430, and a separator 300 are stacked is shown, and the others are not shown. . Hereinafter, the anode side porous body 410 and the cathode side porous body 430 are collectively referred to as porous bodies 410 and 430.

本実施例におけるアノード側多孔体410、カソード側多孔体430が、請求項におけるガス流路形成部材に相当する。   The anode side porous body 410 and the cathode side porous body 430 in this embodiment correspond to the gas flow path forming member in the claims.

燃料電池100は、上記した各構成部品が複数積層されて成り、全体としては、図1に示すように、発電に用いられるカソードガスとしての空気を供給するカソードガス供給マニホールド106と、カソード排ガスを排出するカソード排ガス排出マニホールド108と、を備えている。また、同様に、発電に用いられるアノードガスとしての水素を供給するアノードガス供給マニホールド(図示しない)と、アノード排ガスを排出するアノード排ガス排出マニホールド(図示しない)、を備えている。   The fuel cell 100 is formed by laminating a plurality of the above-described components, and as a whole, as shown in FIG. 1, a cathode gas supply manifold 106 for supplying air as cathode gas used for power generation, and cathode exhaust gas. A cathode exhaust gas discharge manifold 108 for discharging. Similarly, an anode gas supply manifold (not shown) for supplying hydrogen as an anode gas used for power generation and an anode exhaust gas discharge manifold (not shown) for discharging anode exhaust gas are provided.

燃料電池100に供給された空気は、カソードガス供給マニホールドを通って、セパレータ300のカソードガス供給口336hを介してカソード側多孔体430に流入し、カソード側多孔体430内を流通しつつ、MEA210に供給されて電極反応に利用される。電極反応に利用されなかった空気を含むカソード排ガスは、セパレータ300のカソード排ガス排出口338hを介してカソード排ガス排出マニホールド108に排出され、カソード排ガス排出マニホールド108を通って燃料電池100外へ排出される。同様に、燃料電池100に供給されたアノードガスとしての水素も、燃料電池100内を流通して電極反応に利用され、電極反応に利用されなかった水素を含むアノード排ガスは、燃料電池100外へ排出される。また、セパレータ300には、冷却水流路110pが形成され、セパレータ内部を冷却水が流通することにより、燃料電池100の電極反応に伴って生成される熱を取り除き、燃料電池100の内部温度を所定の範囲内に保っている。   The air supplied to the fuel cell 100 passes through the cathode gas supply manifold, flows into the cathode side porous body 430 through the cathode gas supply port 336h of the separator 300, and flows through the cathode side porous body 430 while flowing through the MEA 210. To be used for electrode reaction. Cathode exhaust gas containing air that has not been used for the electrode reaction is discharged to the cathode exhaust gas discharge manifold 108 via the cathode exhaust gas discharge port 338h of the separator 300, and is discharged outside the fuel cell 100 through the cathode exhaust gas discharge manifold 108. . Similarly, the hydrogen as the anode gas supplied to the fuel cell 100 is also used for the electrode reaction through the fuel cell 100, and the anode exhaust gas containing hydrogen not used for the electrode reaction is discharged to the outside of the fuel cell 100. Discharged. Further, the separator 300 is formed with a cooling water flow path 110p, and the cooling water flows through the separator, thereby removing heat generated by the electrode reaction of the fuel cell 100 and setting the internal temperature of the fuel cell 100 to a predetermined value. Is kept within the range.

A1−1.シール部材一体型MEAの構成:
図2は、シール部材一体型MEA200の平面構成を示す平面図である。図1に示すように、シール部材一体型MEA200は、外形が略長方形状のMEA210の外周に、枠状のシール部材220が、MEA210と一体的に形成されて成る。図3は、図1におけるX1部を拡大して示す拡大断面図である。図3に示すように、MEA210は、電解質膜212の一方の面にアノード214、アノード側拡散層216の順に積層され、他方の面にカソード215、カソード側拡散層217の順に積層されて成る。本実施例におけるMEA210が、請求項における発電体に相当する。
A1-1. Structure of seal member integrated MEA:
FIG. 2 is a plan view showing a planar configuration of the seal member integrated MEA 200. As shown in FIG. 1, the seal member integrated MEA 200 is configured such that a frame-shaped seal member 220 is integrally formed with the MEA 210 on the outer periphery of a MEA 210 whose outer shape is substantially rectangular. 3 is an enlarged cross-sectional view showing an X1 portion in FIG. As shown in FIG. 3, the MEA 210 is formed by laminating the anode 214 and the anode side diffusion layer 216 in this order on one surface of the electrolyte membrane 212 and laminating the cathode 215 and the cathode side diffusion layer 217 in this order on the other surface. The MEA 210 in this embodiment corresponds to the power generator in the claims.

本実施例において、電解質膜212としては、フッ素系樹脂により形成された高分子電解質膜を、用いている。アノード214およびカソード215としては、触媒として白金および白金合金を担持したカーボン担体より形成された電極を、用いている。そして、アノード側拡散層216およびカソード側拡散層217としては、撥水加工が施されたカーボンフェルトを用いている。例えば、カーボンとテフロン(登録商標)を混合させた混合液を、カーボンフェルトに含浸させることにより、撥水加工を施すことができる。なお、アノード側拡散層216のアノード214と接触する接触面、カソード側拡散層217のカソード215と接触する接触面のみに、撥水加工を施しても良いし、アノード側拡散層216、カソード側拡散層217の全体に撥水加工を施しても良い。また、本実施例では、排水性を高めるために、アノード側拡散層216、217に撥水加工を施しているが、撥水加工が施されていない構成にしてもよい。   In the present embodiment, as the electrolyte membrane 212, a polymer electrolyte membrane formed of a fluorine resin is used. As the anode 214 and the cathode 215, an electrode formed from a carbon carrier carrying platinum and a platinum alloy as a catalyst is used. As the anode side diffusion layer 216 and the cathode side diffusion layer 217, carbon felt subjected to water repellent processing is used. For example, water repellent processing can be performed by impregnating carbon felt with a mixed solution obtained by mixing carbon and Teflon (registered trademark). Note that only the contact surface of the anode side diffusion layer 216 in contact with the anode 214 and the contact surface of the cathode side diffusion layer 217 in contact with the cathode 215 may be subjected to water repellent processing, or the anode side diffusion layer 216 and the cathode side The entire diffusion layer 217 may be water-repellent. In this embodiment, the anode-side diffusion layers 216 and 217 are subjected to water repellent processing in order to enhance drainage, but a configuration in which water repellent processing is not performed may be employed.

シール部材220は、シリコーンゴムを用いて射出成型により形成されている。シール部材220を成形する際には、シリコーンゴムを、アノード214、カソード215、アノード側拡散層216、およびカソード側拡散層217それぞれの内部の空隙に含浸させ、いわゆるアンカー効果によりシール部材220と、MEA210とを結合している。   The seal member 220 is formed by injection molding using silicone rubber. When molding the seal member 220, silicone rubber is impregnated in the voids inside the anode 214, cathode 215, anode side diffusion layer 216, and cathode side diffusion layer 217, and the sealing member 220 and The MEA 210 is coupled.

図2に示すように、シール部材220には、カソードガス供給用貫通孔106s、カソード排ガス排出用貫通孔108sが、それぞれ3つずつ、アノードガス供給用貫通孔102s、アノード排ガス排出用貫通孔104s、冷却水供給用貫通孔110s、冷却水排出用貫通孔112sが、それぞれ1つずつ、形成されている。そして、反応ガスの漏洩を防止するためのシールラインSLが形成されている。   As shown in FIG. 2, the seal member 220 has three cathode gas supply through holes 106s and three cathode exhaust gas discharge through holes 108s, respectively, three anode gas supply through holes 102s and one anode exhaust gas discharge through hole 104s. The cooling water supply through hole 110s and the cooling water discharge through hole 112s are formed one by one. And the seal line SL for preventing the leakage of the reaction gas is formed.

A1―2.アノード側多孔体およびカソード側多孔体の構成:
図4は、カソード側多孔体430の概略構成を示す説明図である。図4(a)は、カソード側多孔体430のカソード側拡散層217と当接する面の構成を示す平面図、図4(b)は、カソード側多孔体430のセパレータ300と当接する面の構成を示す平面図、図4(c)は、(b)におけるA−A切断面を拡大して示す拡大断面図である。図5は、シール部材一体型MEA200上にカソード側多孔体430が積層された状態を示す平面図である。図5では、後述する第2の部材432と第3の部材434の配置される領域を説明するためのハッチングが、カソード側多孔体430に付されている。カソード側多孔体430は、図4(c)に示すように、第1の部材431と、第1の部材431よりも親水性の高い、第2の部材432と、第1の部材431よりも親水性の高い、第3の部材434と、を備える。そして、図4、5に示すように、外形は、シール部材一体型MEA200のシール部材220の内枠と略一致する、平面略長方形状を成す。本実施例において、カソード側多孔体430としてエキスパンドメタルを用いている。
A1-2. Composition of anode side porous body and cathode side porous body:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the cathode side porous body 430. 4A is a plan view showing the configuration of the surface of the cathode-side porous body 430 that contacts the cathode-side diffusion layer 217, and FIG. 4B shows the configuration of the surface of the cathode-side porous body 430 that contacts the separator 300. FIG. 4C is an enlarged cross-sectional view showing an AA cut surface in FIG. FIG. 5 is a plan view showing a state where the cathode-side porous body 430 is laminated on the seal member-integrated MEA 200. In FIG. 5, hatching for explaining a region where a second member 432 and a third member 434 described later are disposed is attached to the cathode-side porous body 430. As shown in FIG. 4C, the cathode-side porous body 430 includes a first member 431, a second member 432 having higher hydrophilicity than the first member 431, and the first member 431. A third member 434 having high hydrophilicity. As shown in FIGS. 4 and 5, the outer shape is a substantially rectangular shape that is substantially coincident with the inner frame of the seal member 220 of the seal member integrated MEA 200. In this embodiment, an expanded metal is used as the cathode side porous body 430.

図4(a)に示すように、カソード側多孔体430は、カソード側拡散層217と当接する面には、その一部に、第2の部材432を備えている。そして、図4(b)に示すように、カソード側多孔体430は、セパレータ300と当接する面には、その一部に、第3の部材434を備えている。以下、第2の部材432と第3の部材434とを合わせて、部材432、434とも呼ぶ。   As shown in FIG. 4A, the cathode-side porous body 430 includes a second member 432 on a part of the surface in contact with the cathode-side diffusion layer 217. As shown in FIG. 4B, the cathode-side porous body 430 includes a third member 434 at a part of the surface in contact with the separator 300. Hereinafter, the second member 432 and the third member 434 are collectively referred to as members 432 and 434.

図4(a)に示すように、第2の部材432は、平面的には、アノードガスとしての空気の流れ(図中、空気の流れを矢印で示す。)の上流から中流の領域、すなわち、図5に示す(領域A+領域B)の領域に配置されている。一方、第3の部材434は、空気の流れの中流から下流の領域、すなわち、図5に示す(領域B+領域C)の領域に配置されている。上記したように、第2の部材432は、カソード側拡散層217と当接する面に、第3の部材434は、セパレータ300と当接する面に、それぞれ、配置されており、図4(c)に示すように、領域Bは、第1の部材431と、第2の部材432と、第3の部材434とを備える。図5では、第1の部材431と、第2の部材432と、を備える領域Aと、第1の部材431と、第3の部材434と、を備える領域Cを、斜線ハッチングを付して示し、第1の部材431と、第2の部材432と、第3の部材434とを備える領域Bを、クロスハッチングを付して示している。   As shown in FIG. 4 (a), the second member 432 has a planar area from the upstream of the flow of air as the anode gas (in the figure, the air flow is indicated by an arrow), that is, These are arranged in the region (region A + region B) shown in FIG. On the other hand, the third member 434 is arranged in a region downstream from the midstream of the air flow, that is, a region (region B + region C) shown in FIG. As described above, the second member 432 is disposed on the surface in contact with the cathode-side diffusion layer 217, and the third member 434 is disposed on the surface in contact with the separator 300. FIG. As shown in FIG. 5, the region B includes a first member 431, a second member 432, and a third member 434. In FIG. 5, a region A including the first member 431 and the second member 432, and a region C including the first member 431 and the third member 434 are hatched. A region B including the first member 431, the second member 432, and the third member 434 is shown with cross-hatching.

本実施例において、エキスパンドメタルの表面をサンドブラストで粗して、親水性を向上させることにより、第2の部材432、第3の部材434を形成し、親水性を向上させる処理を施していない部分が第1の部材431となっている。その他、酸化チタンや、親水性塗料を塗布することによって、親水性を付与する等、周知の方法で、第2の部材432、第3の部材434を形成することができる。また、第1の部材431、第2の部材432、第3の部材434をそれぞれ、別個の部材として形成し、それらを、図4のように配置して、カソード側多孔体430を構成してもよい。   In this embodiment, the surface of the expanded metal is roughened by sandblasting to improve the hydrophilicity, thereby forming the second member 432 and the third member 434, and the portion not subjected to the treatment for improving the hydrophilicity. Is the first member 431. In addition, the second member 432 and the third member 434 can be formed by a known method such as imparting hydrophilicity by applying titanium oxide or a hydrophilic paint. Further, the first member 431, the second member 432, and the third member 434 are formed as separate members, respectively, and arranged as shown in FIG. Also good.

アノード側多孔体410は、図3に示すように、カソード側多孔体430と、MEA210を挟んで対称となるような構成を成す。すなわち、アノード側多孔体410は、第1の部材411と、第1の部材411よりも親水性の高い、第2の部材412と、第1の部材411よりも親水性の高い、第3の部材414と、を備える。アノード側多孔体410は、アノード側拡散層216側には、第2の部材412が配置され、セパレータ300側には、第3の部材414が配置されている。そして、第2の部材412は、カソード側多孔体430の第2の部材432と同様に、水素の流れの上流側に配置され、第3の部材414は、カソード側多孔体430の第3の部材434と同様に、水素の流れの下流側に配置されている。   As shown in FIG. 3, the anode-side porous body 410 is configured to be symmetrical with the cathode-side porous body 430 with the MEA 210 interposed therebetween. That is, the anode-side porous body 410 includes a first member 411, a second member 412 having a higher hydrophilicity than the first member 411, and a third member 411 having a higher hydrophilicity than the first member 411. A member 414. In the anode-side porous body 410, the second member 412 is disposed on the anode-side diffusion layer 216 side, and the third member 414 is disposed on the separator 300 side. Similarly to the second member 432 of the cathode-side porous body 430, the second member 412 is disposed on the upstream side of the hydrogen flow, and the third member 414 includes the third member 414 of the cathode-side porous body 430. Similar to member 434, it is located downstream of the hydrogen flow.

本実施例における第1の部材411、第1の部材431が、請求項における第1の部材に、第2の部材432および第2の部材412が、請求項における第2の部材に、第3の部材434および第3の部材414が、請求項における第3の部材に、それぞれ相当する。また、カソード側多孔体430のセパレータ300と当接する面、またはカソード側拡散層217と当接する面が、請求項における積層面に相当する。   In this embodiment, the first member 411 and the first member 431 are the first member in the claims, the second member 432 and the second member 412 are the second members in the claims, and the third member is the third member. The member 434 and the third member 414 correspond to the third member in the claims. Further, the surface in contact with the separator 300 of the cathode-side porous body 430 or the surface in contact with the cathode-side diffusion layer 217 corresponds to the laminated surface in the claims.

A1−3.セパレータの構成:
セパレータ300は、図3に示すように、カソード側多孔体430と当接するカソード対向プレート330と、アノード側多孔体410と当接するアノード対向プレート310と、カソード対向プレート330およびアノード対向プレート310に狭持された中間プレート320と、が積層された3層構造を有している。
A1-3. Separator configuration:
As shown in FIG. 3, the separator 300 is narrow in the cathode facing plate 330 that contacts the cathode side porous body 430, the anode facing plate 310 that contacts the anode side porous body 410, and the cathode facing plate 330 and the anode facing plate 310. It has a three-layer structure in which the held intermediate plate 320 is laminated.

セパレータ300を構成する3枚のプレート(アノード対向プレート310、カソード対向プレート330、中間プレート320)は、略長方形を成すステンレス鋼製の薄板であり、金属接合や樹脂接合することによって作製される。ステンレス鋼の代わりに、チタンやアルミニウム等、他の金属を用いるものとしてもよい。なお、これらの各プレートは、後述するように、冷却水に晒されるので、耐食性の高い金属を用いることが好ましい。   Three plates (an anode facing plate 310, a cathode facing plate 330, and an intermediate plate 320) constituting the separator 300 are thin plates made of stainless steel having a substantially rectangular shape, and are manufactured by metal bonding or resin bonding. Instead of stainless steel, other metals such as titanium and aluminum may be used. Since each of these plates is exposed to cooling water as will be described later, it is preferable to use a metal having high corrosion resistance.

図6は、アノード対向プレート310の平面構成を概略的に示す平面図である。図示するように、アノード対向プレート310の周縁部には、上記したアノードガス供給用貫通孔102、アノード排ガス排出用貫通孔104、カソードガス供給用貫通孔106、カソード排ガス排出用貫通孔108、冷却水用貫通孔110、112を構成する、アノードガス供給用貫通孔102a、アノード排ガス排出用貫通孔104a、カソードガス供給用貫通孔106a、カソード排ガス排出用貫通孔108a、冷却水用貫通孔110a、112aが形成されている。   FIG. 6 is a plan view schematically showing a planar configuration of the anode facing plate 310. As shown in the drawing, the anode gas supply through hole 102, the anode exhaust gas discharge through hole 104, the cathode gas supply through hole 106, the cathode exhaust gas discharge through hole 108, An anode gas supply through hole 102a, an anode exhaust gas discharge through hole 104a, a cathode gas supply through hole 106a, a cathode exhaust gas discharge through hole 108a, a cooling water through hole 110a, which constitute the water through holes 110 and 112, 112a is formed.

また、複数のアノードガス供給口312h、アノード排ガス排出口314hが、アノード対向プレート310の長辺に沿って、カソードガス供給用貫通孔106a、カソード排ガス排出用貫通孔108aよりも内側に形成されている。図に矢印で示すように、アノードガス供給口312hから、アノード側多孔体410にアノードガスとしての水素が供給され、アノード排ガス排出口314hから、アノード排ガスが排出される。   A plurality of anode gas supply ports 312h and anode exhaust gas discharge ports 314h are formed along the long sides of the anode facing plate 310 and inside the cathode gas supply through-hole 106a and cathode exhaust gas discharge through-hole 108a. Yes. As shown by the arrows in the figure, hydrogen as anode gas is supplied from the anode gas supply port 312h to the anode-side porous body 410, and anode exhaust gas is discharged from the anode exhaust gas discharge port 314h.

図7は、中間プレート320の平面構成を概略的に示す平面図である。図示するように、中間プレート320には、上記したアノード対向プレート310に形成されている貫通孔と同様の、アノードガス供給用貫通孔102m、アノード排ガス排出用貫通孔104m、カソードガス供給用貫通孔106m、カソード排ガス排出用貫通孔108mが形成されている。   FIG. 7 is a plan view schematically showing a planar configuration of the intermediate plate 320. As shown in the figure, the intermediate plate 320 has an anode gas supply through hole 102m, an anode exhaust gas discharge through hole 104m, and a cathode gas supply through hole similar to the through holes formed in the anode facing plate 310 described above. 106 m and a cathode exhaust gas discharge through-hole 108 m are formed.

さらに、アノードガス供給用貫通孔102mから複数のアノードガス供給口312hに水素が流れるように、アノードガス供給用貫通孔102mと複数のアノードガス供給口312hとを接続するアノードガス供給用接続部102j、が形成されている。同様に、アノード排ガス排出用貫通孔104mと複数のアノード排ガス排出口314hとを接続するアノード排ガス排出用接続部104jが、形成されている。   Further, the anode gas supply connecting portion 102j that connects the anode gas supply through hole 102m and the plurality of anode gas supply ports 312h so that hydrogen flows from the anode gas supply through hole 102m to the plurality of anode gas supply ports 312h. , Is formed. Similarly, an anode exhaust gas discharge connection portion 104j that connects the anode exhaust gas discharge through hole 104m and the plurality of anode exhaust gas discharge ports 314h is formed.

また、3つのカソードガス供給用貫通孔106mから、後述する複数のカソードガス供給口336hに空気が流れるように、カソードガス供給用貫通孔106mと複数のカソードガス供給口336hとを接続するカソードガス供給用接続部106j、が形成されている。同様に、後述する複数のカソード排ガス排出口248hから、3つのカソード排ガス排出用貫通孔108mにカソード排ガスが流れるように、複数のカソード排ガス排出口248hとカソード排ガス排出用貫通孔108mとを接続するカソード排ガス排出用接続部108j、が形成されている。   The cathode gas that connects the cathode gas supply through-hole 106m and the plurality of cathode gas supply ports 336h so that air flows from the three cathode gas supply through-holes 106m to a plurality of cathode gas supply ports 336h described later. A supply connection portion 106j is formed. Similarly, the plurality of cathode exhaust gas discharge ports 248h and the cathode exhaust gas discharge through holes 108m are connected so that the cathode exhaust gas flows from the plurality of cathode exhaust gas discharge ports 248h described later to the three cathode exhaust gas discharge through holes 108m. A cathode exhaust gas discharge connecting portion 108j is formed.

また、発電によって燃料電池100の温度が上昇するのを抑制するために、MEA400全体を冷却するように、セパレータ300内に冷却水を流す、冷却水流路110pが、形成されている。   Further, in order to prevent the temperature of the fuel cell 100 from rising due to power generation, a cooling water flow path 110p is formed in which the cooling water flows through the separator 300 so as to cool the entire MEA 400.

図8は、カソード対向プレート330の平面構成を概略的に示す平面図である。図示するように、カソード対向プレート330には、上記したアノード対向プレート310に形成されている貫通孔と同様の、アノードガス供給用貫通孔102c、アノード排ガス排出用貫通孔104c、カソードガス供給用貫通孔106c、カソード排ガス排出用貫通孔108c、冷却水用貫通孔110c、112cが形成されている。   FIG. 8 is a plan view schematically showing a planar configuration of the cathode facing plate 330. As illustrated, the cathode facing plate 330 has an anode gas supply through hole 102c, an anode exhaust gas discharge through hole 104c, and a cathode gas supply through, similar to the through holes formed in the anode facing plate 310 described above. A hole 106c, a cathode exhaust gas discharge through hole 108c, and cooling water through holes 110c and 112c are formed.

さらに、複数のカソードガス供給口336h、カソード排ガス排出口248hが、カソード対向プレート330の上下辺に沿って、カソードガス供給用貫通孔106c、カソード排ガス排出用貫通孔108cよりも内側に形成されている。図に矢印で示すように、カソードガス供給口336hから、カソード側多孔体430にカソードガスとしての空気が供給され、カソード排ガスが、カソード排ガス排出口248hを介して排出される。   Further, a plurality of cathode gas supply ports 336 h and cathode exhaust gas discharge ports 248 h are formed inside the cathode gas supply through hole 106 c and the cathode exhaust gas discharge through hole 108 c along the upper and lower sides of the cathode facing plate 330. Yes. As shown by the arrows in the figure, air as cathode gas is supplied from the cathode gas supply port 336h to the cathode side porous body 430, and the cathode exhaust gas is discharged through the cathode exhaust gas discharge port 248h.

図9は、セパレータ300の平面構成を概略的に示す平面図である。セパレータ300は、先に説明したように、アノード対向プレート310と、中間プレート320と、カソード対向プレート330とを接合することによって形成されている。ここでは、アノード対向プレート310側から見た様子を示している。図から分かるように、アノード対向プレート310と、中間プレート320と、カソード対向プレート330を積層した際に、各貫通孔が重なって、セパレータ300を貫通する各貫通孔が形成される。   FIG. 9 is a plan view schematically showing a planar configuration of the separator 300. As described above, the separator 300 is formed by joining the anode facing plate 310, the intermediate plate 320, and the cathode facing plate 330. Here, a state seen from the anode facing plate 310 side is shown. As can be seen from the drawing, when the anode facing plate 310, the intermediate plate 320, and the cathode facing plate 330 are stacked, the through holes overlap to form the through holes that penetrate the separator 300.

また、アノード対向プレート310、中間プレート320、カソード対向プレート330を重ねることによって、図示するように、アノードガス供給用貫通孔102と、アノードガス供給用接続部102jと、アノードガス供給口312hとが繋がって、アノードガス(水素)の供給路が形成される。同様に、アノード排ガスの排出路、カソードガス(空気)の供給路、カソード排ガスの排出路が形成される。   Further, by stacking the anode facing plate 310, the intermediate plate 320, and the cathode facing plate 330, as shown in the figure, an anode gas supply through hole 102, an anode gas supply connection portion 102j, and an anode gas supply port 312h are formed. Together, an anode gas (hydrogen) supply path is formed. Similarly, an anode exhaust gas discharge path, a cathode gas (air) supply path, and a cathode exhaust gas discharge path are formed.

A2.実施例の効果:
図10は、カソード側の水の流れを説明するための説明図である。図10では、図3におけるX2部を拡大して示している。図中の矢印は、電解質膜212およびカソード215から排出される水の流れを示している。この水には、カソード215で生成される生成水の他、空気中に含まれる水等も含む。上記したように、カソード側多孔体430は、領域Aでは、カソード側拡散層217と当接する面に、第1の部材431よりも親水性の高い第2の部材432を備える。そのため、カソード215および電解質膜212中の水は、図中矢印で示すように、第2の部材432の親水性により、カソード側多孔体430の方へ移動する。
A2. Effects of the embodiment:
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the flow of water on the cathode side. 10, the X2 part in FIG. 3 is shown enlarged. The arrows in the figure indicate the flow of water discharged from the electrolyte membrane 212 and the cathode 215. This water includes water contained in the air in addition to the generated water generated at the cathode 215. As described above, in the region A, the cathode-side porous body 430 includes the second member 432 having higher hydrophilicity than the first member 431 on the surface in contact with the cathode-side diffusion layer 217. Therefore, the water in the cathode 215 and the electrolyte membrane 212 moves toward the cathode-side porous body 430 due to the hydrophilicity of the second member 432 as indicated by arrows in the figure.

しかしながら、領域Aでは、セパレータ300側に、第3の部材434を備えていないため、水は、さらに、セパレータ300の方に向かっては、移動しにくい。そうすると、領域Aでは、第1の部材431内にあまり水が存在しないため、カソード側多孔体430内を流通する空気によって、水が排出されにくくなり、水の排出が抑制される。従来、空気の流れの上流では、乾燥した空気が供給されると、水が排出され易く、電解質膜212が乾燥して、発電効率が低下するおそれがあったが、本実施例の燃料電池100によれば、空気の流れの上流(領域Aに相当する)では、水の排出が抑制されるため、電解質膜212の乾燥を抑制することができ、発電効率の低下を抑制することができる。   However, in the region A, since the third member 434 is not provided on the separator 300 side, the water is less likely to move toward the separator 300. Then, in the region A, since there is not much water in the first member 431, the air that flows through the cathode-side porous body 430 is difficult to discharge, and the discharge of water is suppressed. Conventionally, when dry air is supplied upstream of the air flow, water tends to be discharged, and the electrolyte membrane 212 may be dried to reduce power generation efficiency. According to the above, since the discharge of water is suppressed upstream of the air flow (corresponding to the region A), it is possible to suppress the drying of the electrolyte membrane 212 and to suppress the decrease in power generation efficiency.

また、従来、空気の流れの下流では、空気の流速が上流に比べて遅く、水が排出され難いため、フラッディングが生じやすく、結果として、発電効率が低下するという問題があった。本実施例では、カソード側多孔体430は、空気の流れの下流に相当する領域Cでは、セパレータ300と当接する面に、第1の部材431よりも親水性の高い第3の部材434が配置されている。そのため、カソード215および電解質膜212中の水は、図中矢印で示すように、第3の部材434の親水性により、セパレータ300の方へ向かって移動する。そして、カソード側多孔体430内を移動する際に、カソード側多孔体430内を流れる空気と共に、燃料電池100外へ排出される。したがって、空気の流れの下流(領域Cに相当する)では、排水性が促進されるため、フラッディングを抑制することができ、発電効率の低下を抑制することができる。   Conventionally, downstream of the air flow, the air flow rate is slower than that of the upstream, and it is difficult for water to be discharged. Therefore, flooding is likely to occur, and as a result, power generation efficiency is reduced. In the present embodiment, the cathode-side porous body 430 has a third member 434 that is more hydrophilic than the first member 431 on the surface that contacts the separator 300 in the region C corresponding to the downstream of the air flow. Has been. Therefore, the water in the cathode 215 and the electrolyte membrane 212 moves toward the separator 300 due to the hydrophilicity of the third member 434 as indicated by arrows in the figure. Then, when moving in the cathode side porous body 430, it is discharged out of the fuel cell 100 together with the air flowing in the cathode side porous body 430. Therefore, since the drainage is promoted downstream of the air flow (corresponding to the region C), flooding can be suppressed and a decrease in power generation efficiency can be suppressed.

さらに、カソード側多孔体430は、領域Bでは、カソード側拡散層217側に、第2の部材432、セパレータ300側に、第3の部材434を備えている。空気の流れの中流域(領域B)では、下流域に比べて、MEA210の含水量が少なくなり易い。そのような場合に、カソード側拡散層217側にも親水性の高い第2の部材432が設けられていると、水が、第2の部材432に引き寄せられ、さらに、第2の部材432から第3の部材434へと引き寄せられる。そのため、排水性が向上し、フラッディングを抑制することができ、発電効率の低下を抑制することができる。   Further, in the region B, the cathode-side porous body 430 includes a second member 432 on the cathode-side diffusion layer 217 side and a third member 434 on the separator 300 side. In the midstream region (region B) of the air flow, the water content of the MEA 210 tends to be smaller than that in the downstream region. In such a case, when the highly hydrophilic second member 432 is provided also on the cathode side diffusion layer 217 side, water is attracted to the second member 432, and further, from the second member 432. It is attracted to the third member 434. Therefore, drainage is improved, flooding can be suppressed, and reduction in power generation efficiency can be suppressed.

なお、アノード側においても、カソード側と同様に、排水性が調節され、発電効率の低下を抑制することができる。   In addition, also on the anode side, the drainage property is adjusted similarly to the cathode side, and a decrease in power generation efficiency can be suppressed.

以上説明したように、本実施例の燃料電池100によれば、反応ガス(空気、水素)の流れに沿って、段階的に排水性を調節することによって、MEA210の含水量の、面内のばらつきを低減し、発電効率の低下を抑制することができる。   As described above, according to the fuel cell 100 of the present embodiment, the water content of the MEA 210 is adjusted in-plane by adjusting the drainage performance stepwise along the flow of the reaction gas (air, hydrogen). Variations can be reduced and a decrease in power generation efficiency can be suppressed.

B.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
B. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

(1)上記実施例において、カソード側多孔体430は、カソード側拡散層217と当接する面に、第2の部材432、セパレータ300と当接する面に、第3の部材434を備えているが、カソード側多孔体430は、第3の部材を備えないようにしてもよい。このようにしても、電解質膜212の乾燥を抑制して、発電効率の低下を抑制することができる。   (1) In the above embodiment, the cathode-side porous body 430 includes the second member 432 on the surface in contact with the cathode-side diffusion layer 217 and the third member 434 on the surface in contact with the separator 300. The cathode side porous body 430 may not include the third member. Even if it does in this way, the drying of the electrolyte membrane 212 can be suppressed and the fall of electric power generation efficiency can be suppressed.

(2)上記実施例において、第2の部材432と第3の部材434とは、カソード側多孔体430の積層面に垂直な方向から見て、領域Bで重なるように配置されているが、第2の部材432と第3の部材434の配置は、上記した実施例に限定されない。図11は、変形例のカソード側多孔体の断面構成を概略的に示す断面図である。例えば、図11(a)に示すように、第2の部材432と第3の部材434とが、重ならず、隣り合うように形成されてもよい。また、図11(b)に示すように、領域Aを小さくしてもよい。このように、第2の部材432と第3の部材434の配置や、大きさ(面積)は、例えば、MEA210の含水量の面内分布に応じて、定めるようにしてもよい。   (2) In the above embodiment, the second member 432 and the third member 434 are arranged so as to overlap in the region B when viewed from the direction perpendicular to the stacked surface of the cathode-side porous body 430. The arrangement of the second member 432 and the third member 434 is not limited to the above-described embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of a cathode-side porous body according to a modification. For example, as shown in FIG. 11A, the second member 432 and the third member 434 may be formed adjacent to each other without overlapping. Further, as shown in FIG. 11B, the area A may be made smaller. Thus, the arrangement and size (area) of the second member 432 and the third member 434 may be determined according to, for example, the in-plane distribution of the water content of the MEA 210.

(3)上記実施例において、拡散層216、217として、カーボンフェルトを用いているが、カーボンフェルトの代わりに、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス等を用いてもよい。また、多孔体として、エキスパンドメタルを用いているが、スラリー発泡法や発泡焼結法等の公知の方法で作成された発泡金属を用いてもよい。   (3) In the above embodiment, carbon felt is used as the diffusion layers 216 and 217, but carbon paper, carbon cloth, etc. may be used instead of carbon felt. Moreover, although the expanded metal is used as a porous body, you may use the foam metal produced by well-known methods, such as a slurry foaming method and a foam sintering method.

(4)上記第1の実施例の燃料電池100では、MEA210の両面に、アノード側多孔体410と、カソード側多孔体430と、をそれぞれ配置しているが、このような構成に限定されない。例えば、MEA210のカソード側にのみカソード側多孔体430を配置して、アノード側には、従来の多孔体を配置するようにしてもよい。このようにしても、MEA210(発電体)の含水量が調節されるため、発電効率の低下を抑制することができる。   (4) In the fuel cell 100 of the first embodiment, the anode side porous body 410 and the cathode side porous body 430 are respectively disposed on both surfaces of the MEA 210. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, the cathode-side porous body 430 may be disposed only on the cathode side of the MEA 210, and the conventional porous body may be disposed on the anode side. Even if it does in this way, since the moisture content of MEA210 (electric power generation body) is adjusted, the fall of electric power generation efficiency can be suppressed.

また、スタック構造を有する燃料電池の場合、積層方向の端部寄りに、水が溜まりやすい傾向がある。したがって、積層方向の端部寄りのセルモジュール(シール部材一体型MEA200をセパレータ300で挟持したもの)には、上記した実施例と同様の多孔体410、430を用い、中央寄りのセルモジュールには、従来の多孔体を用いるようにしてもよい。このようにしても、水が溜まり易い部分の排水性能を調節して、燃料電池スタック全体の発電効率の低下を抑制することができる。   Further, in the case of a fuel cell having a stack structure, water tends to accumulate near the end in the stacking direction. Therefore, for the cell module near the end in the stacking direction (the sealing member integrated MEA 200 is sandwiched between the separators 300), the porous bodies 410 and 430 similar to the above-described embodiment are used, and the cell module near the center is used. A conventional porous body may be used. Even in this case, it is possible to adjust the drainage performance of the portion where water easily collects, and to suppress the decrease in the power generation efficiency of the entire fuel cell stack.

(5)上記実施例では、MEA210として、アノード側、カソード側両方に拡散層216、217が配置されるものを示したが、拡散層がない構成にしてもよい。カソード側は、電極反応により水が生成されるため、拡散層217があると、その生成水を吸い上げて排出しやすくなるが、アノード側では水が生成されないため、そのような必要性が低い。そこで、例えば、アノード側には拡散層を配置しない構成にしてもよい。さらに、カソード側にも拡散層が配置されない構成にしてもよい。   (5) In the above embodiment, the MEA 210 is shown in which the diffusion layers 216 and 217 are arranged on both the anode side and the cathode side. However, the MEA 210 may be configured without the diffusion layer. Since water is generated by the electrode reaction on the cathode side, if the diffusion layer 217 is present, the generated water is easily sucked and discharged, but such necessity is low because water is not generated on the anode side. Therefore, for example, a configuration in which no diffusion layer is disposed on the anode side may be employed. Furthermore, a configuration in which a diffusion layer is not disposed on the cathode side may also be employed.

本発明の第1の実施例としての燃料電池100の断面構成を概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of a fuel cell 100 as a first embodiment of the present invention. シール部材一体型MEA200の平面構成を示す平面図である。It is a top view which shows the planar structure of seal member integrated MEA200. 図1におけるX1部を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the X1 part in FIG. カソード側多孔体430の概略構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a cathode-side porous body 430. シール部材一体型MEA200上にカソード側多孔体430が積層された状態を示す平面図である。4 is a plan view showing a state where a cathode-side porous body 430 is laminated on a seal member-integrated MEA 200. FIG. アノード対向プレート310の平面構成を概略的に示す平面図である。2 is a plan view schematically showing a planar configuration of an anode facing plate 310. FIG. 中間プレート320の平面構成を概略的に示す平面図である。3 is a plan view schematically showing a planar configuration of an intermediate plate 320. FIG. カソード対向プレート330の平面構成を概略的に示す平面図である。3 is a plan view schematically showing a planar configuration of a cathode facing plate 330. FIG. セパレータ300の平面構成を概略的に示す平面図である。3 is a plan view schematically showing a planar configuration of a separator 300. FIG. カソード側の水の流れを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the flow of the water by the side of a cathode. 変形例のカソード側多孔体の断面構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the cross-sectional structure of the cathode side porous body of a modification.

符号の説明Explanation of symbols

100…燃料電池
102a、102c、102m、102s…アノードガス供給用貫通孔
102j…アノードガス供給用接続部
104a、104c、104m、104s…アノード排ガス排出用貫通孔
104j…アノード排ガス排出用接続部
106…カソードガス供給マニホールド
106a、106c、106m、106s…カソードガス供給用貫通孔
106j…カソードガス供給用接続部
108…カソード排ガス排出マニホールド
108a、108c、108m、108s…カソード排ガス排出用貫通孔
108j…カソード排ガス排出用接続部
110a、110c…冷却水用貫通孔
110p…冷却水流路
110s…冷却水供給用貫通孔
112s…冷却水排出用貫通孔
200…シール部材一体型MEA
210…MEA
212…電解質膜
214…アノード
215…カソード
216…アノード側拡散層
217…カソード側拡散層
220…シール部材
300…セパレータ
310…アノード対向プレート
320…中間プレート
330…カソード対向プレート
312h…アノードガス供給口
314h…アノード排ガス排出口
336h…カソードガス供給口
338h…カソード排ガス排出口
400…MEA
410…アノード側多孔体
411、431…第1の部材
412、432…第2の部材
414、434…第3の部材
430…カソード側多孔体
SL…シールライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell 102a, 102c, 102m, 102s ... Through-hole for anode gas supply 102j ... Connection part for anode gas supply 104a, 104c, 104m, 104s ... Through-hole for anode exhaust gas discharge 104j ... Connection part for anode exhaust gas discharge 106 ... Cathode gas supply manifold 106a, 106c, 106m, 106s ... Cathode gas supply through hole 106j ... Cathode gas supply connection 108 ... Cathode exhaust gas discharge manifold 108a, 108c, 108m, 108s ... Cathode exhaust gas discharge through hole 108j ... Cathode exhaust gas Discharge connections 110a, 110c ... cooling water through holes 110p ... cooling water flow passages 110s ... cooling water supply through holes 112s ... cooling water discharge through holes 200 ... sealing member integrated MEA
210 ... MEA
212 ... Electrolyte membrane 214 ... Anode 215 ... Cathode 216 ... Anode side diffusion layer 217 ... Cathode side diffusion layer 220 ... Sealing member 300 ... Separator 310 ... Anode facing plate 320 ... Intermediate plate 330 ... Cathode facing plate 312h ... Anode gas supply port 314h ... Anode exhaust gas outlet 336h ... Cathode gas supply port 338h ... Cathode exhaust outlet 400 ... MEA
410: Anode-side porous body 411, 431 ... First member 412, 432 ... Second member 414, 434 ... Third member 430 ... Cathode-side porous body SL ... Seal line

Claims (5)

燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極が配置されて成る発電体と、
前記発電体の少なくとも一方の面に配置される、多孔体から成るガス流路形成部材と、
前記ガス流路形成部材の前記発電体が配置される面と反対側の面に配置されるセパレータと、
を備え、
前記ガス流路形成部材は、
第1の部材と、
前記発電体側に配置され、前記第1の部材よりも親水性の高い第2の部材と、
を備えることを特徴とする。
A fuel cell,
A power generator in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane;
A gas flow path forming member made of a porous material, disposed on at least one surface of the power generator;
A separator disposed on a surface opposite to a surface on which the power generation body of the gas flow path forming member is disposed;
With
The gas flow path forming member is:
A first member;
A second member disposed on the power generation body side and having a higher hydrophilicity than the first member;
It is characterized by providing.
請求項1に記載の燃料電池であって、
前記第2の部材は、前記ガス流路形成部材内を流通するガスの流れの上流側に配置されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1,
The fuel cell according to claim 1, wherein the second member is disposed upstream of a flow of gas flowing through the gas flow path forming member.
請求項2に記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部材は、
前記セパレータ側に配置され、前記第1の部材よりも親水性の高い第3の部材をさらに備え、
前記第3の部材は、前記ガス流路形成部材内を流通するガスの流れの下流側に配置されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 2, wherein
The gas flow path forming member is:
A third member disposed on the separator side and having a higher hydrophilicity than the first member;
The fuel cell according to claim 1, wherein the third member is disposed on a downstream side of a flow of gas flowing through the gas flow path forming member.
請求項2または3に記載の燃料電池において、
前記第2の部材と、前記第3の部材とは、前記ガス流路形成部材の積層面に垂直な方向から見た場合に、一部が重なるように配置されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 2 or 3,
The fuel is characterized in that the second member and the third member are disposed so as to partially overlap each other when viewed from a direction perpendicular to the laminated surface of the gas flow path forming member. battery.
請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料電池において、
前記ガス流路形成部材は、エキスパンドメタルより成ることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the gas flow path forming member is made of expanded metal.
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