JP2005158513A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell suppressing turbulence of gas distribution flow and at the same time conducting appropriate water management. <P>SOLUTION: The fuel cell is equipped with an MEA 5 constituted of an electrolyte membrane 2 and a pair of electrodes comprising a catalyst electrode 3 and a gas diffusion layer 4, a plurality of ribs 9 (14) coming in contact with the MEA 5, and an oxidant gas separator 6 (a fuel gas separator 7) having an oxidant gas passage 8 (a fuel gas passage 13) formed by using the rib 9 (14) as a partition. A narrow groove 12 (15) is installed on the contact surface of the ribs 9 (14) with the MEA 5 along the upstream side to the downstream side of the oxidant gas passage 8 (the fuel gas passage 13). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は燃料電池に関する。特に、固体高分子電解質膜を有する燃料電池において、適切な水マネージメントを行うための構成に関する。   The present invention relates to a fuel cell. In particular, the present invention relates to a configuration for performing appropriate water management in a fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane.

従来、高分子電解質膜と、高分子電解質膜を挟んで配置した空気極および燃料極と、空気極に酸化剤ガスを供給・排出し、燃料極に燃料ガスを供給・排出するガス流路溝が設けられ、燃料極と空気極を挟むように配置された一対のセパレータ板と、から構成した高分子電解質型燃料電池が知られている。このような燃料電池において、燃料極、空気極またはセパレータ板の少なくとも一カ所に、水除去用流路を配置している。例えば、水除去用流路をセパレータ板の表面に、ガス流路溝と平行して形成している（例えば、特許文献１、参照。）。
特開２００１−１１０４３２号公報 Conventionally, a polymer electrolyte membrane, an air electrode and a fuel electrode arranged with the polymer electrolyte membrane interposed therebetween, and a gas flow channel groove for supplying and discharging oxidant gas to the air electrode and supplying and discharging fuel gas to the fuel electrode There is known a polymer electrolyte fuel cell comprising a pair of separator plates provided so as to sandwich a fuel electrode and an air electrode. In such a fuel cell, a water removal flow path is disposed in at least one of the fuel electrode, the air electrode, and the separator plate. For example, a water removal channel is formed on the surface of the separator plate in parallel with the gas channel groove (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-110432 A

しかしながら、上記背景技術においては、ガス流路またはガス拡散層に隣接して構成される水除去流路が、さらに水マニホールドに接続されてセル外部と連通する構成となっている。そのため、ガス流路またはガス拡散層に存在するスの一部が水除去流路内に流れこみ、そのまま水マニホールドから排出されてしまう可能性がある。その結果、燃料電池内のガス配流が乱れて、セル性能や積層体としての性能が不安定となる可能性があるという問題があった。   However, in the background art described above, the water removal flow path configured adjacent to the gas flow path or the gas diffusion layer is further connected to the water manifold and communicates with the outside of the cell. Therefore, part of the soot existing in the gas flow path or the gas diffusion layer may flow into the water removal flow path and be discharged from the water manifold as it is. As a result, there is a problem that the gas distribution in the fuel cell is disturbed, and the cell performance and the performance as a laminate may become unstable.

そこで本発明は、上記問題を鑑みて、ガス配流の乱れを抑制しつつ、水マネージメントを適切化できる燃料電池を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of optimizing water management while suppressing disturbance of gas distribution.

本発明は、電解質膜と、触媒電極およびガス拡散層から成る一対の電極から構成した発電層と、前記発電層に接触する複数のリブ部と前記リブ部を隔壁として形成される反応ガス流路を有するガスセパレータと、を備える。さらに、前記リブ部の前記発電層との接触面に、前記反応ガス流路の上流側から下流側に沿った細溝を設ける。   The present invention relates to an electrolyte membrane, a power generation layer composed of a pair of electrodes consisting of a catalyst electrode and a gas diffusion layer, a plurality of rib portions in contact with the power generation layer, and a reaction gas flow path formed using the rib portions as partition walls. A gas separator. Furthermore, a narrow groove extending from the upstream side to the downstream side of the reaction gas flow path is provided on the contact surface of the rib portion with the power generation layer.

リブ部の発電層との接触面に設けた、反応ガス流路の上流側から下流側に沿った細溝により、発電層で生じた生成水や凝縮水を細溝内に除去することができ、また細溝内を、ウィッキング作用により水の濃度が低くなる領域に移動させることができる。これにより、水過剰となりやすい下流側の水を、水不足となりやすい上流側に移動させることができ、セル面内で水分布を適切化することができる。また、細溝を用いるため、水分が反応ガスの影響を受け難く、細溝中の水は細溝外に抜け難いため、ガス配流への影響を低減することができる。従って、水マネージメントやガス配流性に優れ、信頼性を向上した燃料電池を提供することができる。   Generated water and condensed water generated in the power generation layer can be removed into the narrow groove by a narrow groove extending from the upstream side to the downstream side of the reaction gas flow path provided on the contact surface of the rib portion with the power generation layer. Further, the inside of the narrow groove can be moved to a region where the water concentration is lowered by the wicking action. Thereby, the water on the downstream side that is likely to be excessive in water can be moved to the upstream side where the water is likely to be insufficient, and the water distribution can be optimized in the cell plane. Further, since the narrow grooves are used, the moisture is hardly affected by the reaction gas, and the water in the narrow grooves is difficult to escape out of the narrow grooves, so that the influence on the gas distribution can be reduced. Therefore, it is possible to provide a fuel cell that is excellent in water management and gas distribution and improved in reliability.

第１の実施形態について説明する。燃料電池を構成する単位セル１の断面の一部を図２に示す。燃料電池は、一つの単位セル１から構成しても良いし、複数の単位セル１を積層することにより形成したスタックにより構成してもよい。   A first embodiment will be described. A part of the cross section of the unit cell 1 constituting the fuel cell is shown in FIG. The fuel cell may be composed of one unit cell 1 or may be composed of a stack formed by stacking a plurality of unit cells 1.

電解質膜２を、触媒を有する一対の触媒電極３である燃料極３ａ、酸化剤極３ｃで狭持し、さらにその外側からガス拡散層４ａ、４ｃで狭持することにより構成した膜電極接合体（ＭＥＡ）５を、さらに酸化剤ガスセパレータ６、燃料ガスセパレータ７で狭持することにより単位セル１を構成する。   A membrane electrode assembly constituted by sandwiching the electrolyte membrane 2 between a fuel electrode 3a and an oxidizer electrode 3c, which are a pair of catalyst electrodes 3 having a catalyst, and further sandwiching them with gas diffusion layers 4a and 4c from the outside. (MEA) 5 is further sandwiched between an oxidant gas separator 6 and a fuel gas separator 7 to constitute a unit cell 1.

ＭＥＡ５と酸化剤ガスセパレータ６の間には、酸化剤ガス流路８を構成する。酸化剤ガス流路８の形状を図１に示す。   An oxidant gas flow path 8 is formed between the MEA 5 and the oxidant gas separator 6. The shape of the oxidant gas flow path 8 is shown in FIG.

酸化剤ガスセパレータ６のＭＥＡ５に対峙する面に、複数の並列した溝状の酸化剤ガス流路８を設ける。並列に設けた酸化剤ガス流路８間には、流路間の隔壁としてリブ部９が構成される。つまり、酸化剤ガスセパレータ６のＭＥＡ５に対峙する表面には、ＭＥＡ５に接触し、導電機能を有するリブ部９と、ＭＥＡ５に接触せずに、溝形状に形成された酸化剤ガス流路８と、が構成される。   A plurality of parallel groove-like oxidant gas flow paths 8 are provided on the surface of the oxidant gas separator 6 facing the MEA 5. Between the oxidant gas flow paths 8 provided in parallel, rib portions 9 are configured as partition walls between the flow paths. That is, on the surface of the oxidant gas separator 6 that faces the MEA 5, the rib portion 9 that is in contact with the MEA 5 and has a conductive function, and the oxidant gas flow path 8 that is formed in a groove shape without being in contact with the MEA 5 Is configured.

酸化剤ガス流路８の上流端を、燃料電池を積層方向に貫通する孔により構成した酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通させる。一方、酸化剤ガス流路８の下流端を、燃料電池を積層方向に貫通する孔により構成した酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通させる。   The upstream end of the oxidant gas flow path 8 is communicated with an oxidant gas inlet manifold 10 constituted by a hole penetrating the fuel cell in the stacking direction. On the other hand, the downstream end of the oxidant gas flow path 8 is communicated with an oxidant gas outlet manifold 11 constituted by a hole penetrating the fuel cell in the stacking direction.

また、リブ部９には、酸化剤ガス流路８の上流側から下流側に沿った細溝１２を構成する。ここでは、細溝１２を、酸化剤ガス流路８の入口近傍と出口近傍とを連通する溝により構成する。つまり、細溝１２を、一端が酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通し、もう一端が酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通するように構成する。   Further, the rib portion 9 includes a narrow groove 12 extending from the upstream side to the downstream side of the oxidant gas flow path 8. Here, the narrow groove 12 is constituted by a groove that connects the vicinity of the inlet and the vicinity of the outlet of the oxidant gas flow path 8. That is, the narrow groove 12 is configured such that one end communicates with the oxidant gas inlet manifold 10 and the other end communicates with the oxidant gas outlet manifold 11.

酸化剤極３ｃで生じた生成水、並びに、ガス拡散層４ｃ内に存在する凝縮水は、圧力差、濃度差、毛細管力により細溝１２内に移動して保持される。特に、酸化剤ガス流路８の下流領域近傍においては、凝縮水や生成水が多く存在するので、多くの水がＭＥＡ５内から細溝１２に移動する。一方、酸化剤ガス流路８の上流領域近傍においては、凝縮水の存在が少ないのに加え、ＭＥＡ５から酸化剤ガス流路８を流れる酸化剤ガスへの蒸発が激しいので、ＭＥＡ５から細溝１２への水の移動は抑制される。   The generated water generated in the oxidant electrode 3c and the condensed water present in the gas diffusion layer 4c are moved and held in the narrow groove 12 by pressure difference, concentration difference, and capillary force. In particular, in the vicinity of the downstream region of the oxidant gas flow path 8, there is a large amount of condensed water and produced water. On the other hand, in the vicinity of the upstream region of the oxidant gas flow path 8, the presence of condensed water is small, and the evaporation from the MEA 5 to the oxidant gas flowing through the oxidant gas flow path 8 is intense. The movement of water into the water is suppressed.

細溝１２内では、水の濃度差やウィッキング作用により、水が多く存在する領域から水が少ない領域へ移動する。ここでは、細溝１２を、酸化剤ガス流路８の上流部から下流部にかけて連続して構成したので、細溝１２内に溜まった水は、水過剰となりやすい下流領域から水不足となりやすい上流領域へ移動する。上流領域へ移動した水は、ＭＥＡ５内が乾燥している場合にＭＥＡ５に存在する酸化剤ガス内に蒸発して加湿に用いられる。   In the narrow groove 12, due to a difference in water concentration and a wicking action, the region moves from a region where water is present to a region where water is less. Here, since the narrow groove 12 is configured continuously from the upstream portion to the downstream portion of the oxidant gas flow path 8, the water accumulated in the narrow groove 12 is upstream from the downstream region where water is likely to be excessive to the upstream region. Move to. The water that has moved to the upstream region evaporates into the oxidant gas present in the MEA 5 and is used for humidification when the inside of the MEA 5 is dry.

一方、図２に示すように、ＭＥＡ５と燃料ガスセパレータ７との間には、燃料ガス流路１３を構成する。ここでは、燃料ガス流路１３を、燃料ガスセパレータ７のＭＥＡ５に対峙する面に構成した複数の並列した溝により構成する。並列する燃料ガス流路１３間には、流路間の隔壁としてリブ部１４が構成される。つまり、燃料ガスセパレータ７のＭＥＡ５に対峙する表面には、ＭＥＡ５に接触し、導電機能を有するリブ部１４と、ＭＥＡ５に接触しない燃料ガス流路１３が設けられる。なお、リブ部９の上流端、下流端は、それぞれ酸化剤ガス入口マニホールド１０、酸化剤ガス出口マニホールド１１に面するように構成する。   On the other hand, as shown in FIG. 2, a fuel gas flow path 13 is formed between the MEA 5 and the fuel gas separator 7. Here, the fuel gas flow path 13 is formed by a plurality of parallel grooves formed on the surface of the fuel gas separator 7 facing the MEA 5. A rib portion 14 is formed between the parallel fuel gas flow paths 13 as a partition between the flow paths. That is, the surface of the fuel gas separator 7 facing the MEA 5 is provided with the rib portion 14 that contacts the MEA 5 and has a conductive function, and the fuel gas passage 13 that does not contact the MEA 5. The upstream end and the downstream end of the rib portion 9 are configured to face the oxidizing gas inlet manifold 10 and the oxidizing gas outlet manifold 11, respectively.

さらにこのような燃料ガスセパレータ７のリブ部１４に、細溝１５を構成する。ここでは、燃料ガスセパレータ７を、酸化剤ガスセパレータ６と同様に構成する。つまり、細溝１５を、燃料ガス流路１３の上流側と下流側を連通するように構成する。このように構成することにより、燃料ガス流路１３の下流側に生じる凝縮水を細溝１５に回収し、上流側に移動させて、燃料ガスの加湿に用いる。   Further, a narrow groove 15 is formed in the rib portion 14 of such a fuel gas separator 7. Here, the fuel gas separator 7 is configured in the same manner as the oxidant gas separator 6. That is, the narrow groove 15 is configured to communicate the upstream side and the downstream side of the fuel gas flow path 13. With this configuration, the condensed water generated on the downstream side of the fuel gas passage 13 is collected in the narrow groove 15 and moved to the upstream side to be used for humidifying the fuel gas.

ここで、酸化剤ガス流路８および燃料ガス流路１３の断面積を固定して、それぞれの細溝１２、１５の断面積を変化させたときの燃料電池の発電試験結果を、図３に示す。図３は、２０セルスタックにおいて、１Ａ／ｃｍ２で発電した場合の平均セル電圧、最高セル電圧、最低セル電圧をそれぞれ示したものである。このときの酸化剤ガスの利用率（＝理論消費酸化剤ガス流路／実際供給酸化剤ガス流路：％）は５６％であった。   Here, the power generation test results of the fuel cell when the cross-sectional areas of the oxidant gas flow path 8 and the fuel gas flow path 13 are fixed and the cross-sectional areas of the narrow grooves 12 and 15 are changed are shown in FIG. Show. FIG. 3 shows an average cell voltage, a maximum cell voltage, and a minimum cell voltage when power is generated at 1 A / cm 2 in a 20 cell stack. At this time, the utilization ratio of the oxidant gas (= theoretical consumption oxidant gas flow path / actual supply oxidant gas flow path:%) was 56%.

流路断面積比（細溝／ガス流路）を、１／１、１／２、１／３、１／４、１／５、１／６、１／８、１／１０と変化させた。このとき、流路断面積比が１／５（０．２）以下の場合にセル電圧が安定した。反対に、流路断面積比が１／５より大きい場合には、細溝１２、１５の存在により反応ガスの配流に乱れが生じ、セル間に電圧差が生じて不安定となった。そこで、細溝１２、１５の断面積を、酸化剤ガス流路８、燃料ガス流路１３（以下、反応ガス流路８、１３）のそれぞれの断面積に対して、１／５以下となるように構成する。   The channel cross-sectional area ratio (thin groove / gas channel) was changed to 1/1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/8, 1/10. . At this time, the cell voltage was stabilized when the channel cross-sectional area ratio was 1/5 (0.2) or less. On the contrary, when the channel cross-sectional area ratio is larger than 1/5, the distribution of the reaction gas is disturbed due to the presence of the narrow grooves 12 and 15, and a voltage difference is generated between the cells, resulting in instability. Therefore, the cross-sectional areas of the narrow grooves 12 and 15 are 1/5 or less of the cross-sectional areas of the oxidant gas flow path 8 and the fuel gas flow path 13 (hereinafter referred to as the reaction gas flow paths 8 and 13). Configure as follows.

なお、ここでは酸化剤ガス流路８を蛇行形状に構成したがこの限りではない。例えば、ストレート形状や折り返し形状、インターディジデント（櫛型）形状等としてもよい。また、酸化剤ガスセパレータ６、燃料ガスセパレータ７の両方に細溝（１２、１５）を設けたがこの限りではない。例えば、酸化剤ガスセパレータ６のみに設けても良い。   Although the oxidant gas flow path 8 is formed in a meandering shape here, this is not restrictive. For example, it may be a straight shape, a folded shape, an interdigitated shape, or the like. Further, although the narrow grooves (12, 15) are provided in both the oxidant gas separator 6 and the fuel gas separator 7, this is not restrictive. For example, it may be provided only in the oxidant gas separator 6.

次に、本実施形態の効果について説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described.

電解質膜２と、触媒電極３およびガス拡散層４から成る一対の電極から構成したＭＥＡ５と、ＭＥＡ５に接触する複数のリブ部９、１４と、リブ部９、１４を隔壁として形成される反応ガス流路８、１３を有するガスセパレータ６、７と、を備える。さらに、リブ部９、１４のＭＥＡ５との接触面に、反応ガス流路８、１３の上流側から下流側に沿った細溝１２、１５を設ける。なお、細溝１２、１５は、どちらか一方のみとしてもよい。   MEA 5 composed of an electrolyte membrane 2, a pair of electrodes comprising a catalyst electrode 3 and a gas diffusion layer 4, a plurality of rib portions 9 and 14 in contact with the MEA 5, and a reaction gas formed with rib portions 9 and 14 as partition walls Gas separators 6 and 7 having flow paths 8 and 13. Furthermore, the narrow grooves 12 and 15 along the downstream side from the upstream side of the reaction gas flow paths 8 and 13 are provided on the contact surfaces of the rib portions 9 and 14 with the MEA 5. The narrow grooves 12 and 15 may be only one of them.

これにより、ガス拡散層４内部に存在する生成水や凝縮水が、圧力差、水の濃度差、毛細管力により細溝１２、１５内に除去される。これにより、ＭＥＡ５内に生成水や凝縮水が存在することにより、ガスの拡散性が低減されるのを抑制することができる。また、細溝１２、１５内を、水の濃度差、ウィッキング作用により、水が下流側から上流側に移動するので、セル面内の水分布を適正化することができる。特に、水過剰となりやすい下流側の水を、水不足となりやすい上流側へ移動させ、供給される反応ガスの加湿に用いることができるので、乾燥による発電効率の低下を抑制することができる。また、水の流路として細溝１２、１５を用いているため、細溝１２、１５内の水分が保持され易く、反応ガスの流れの影響を最小限に留めておくことができる。また、細溝１２、１５に水が保持され易いことから、反応ガスが細溝１２、１５を通って排出されるのを抑制することができ、ガス配流が乱れるのを抑制することができる。従って、水マネージメントやガス配流性に優れ耐久信頼性の向上した燃料電池を提供することができる。   Thereby, the generated water and condensed water existing in the gas diffusion layer 4 are removed in the narrow grooves 12 and 15 by the pressure difference, the water concentration difference, and the capillary force. Thereby, it can suppress that the diffusibility of gas is reduced by the presence of produced water and condensed water in the MEA 5. Further, since the water moves from the downstream side to the upstream side in the narrow grooves 12 and 15 due to the difference in water concentration and the wicking action, the water distribution in the cell plane can be optimized. In particular, since water on the downstream side, which tends to be excessive in water, can be moved to the upstream side where water is likely to be insufficient and can be used for humidifying the supplied reaction gas, reduction in power generation efficiency due to drying can be suppressed. Further, since the narrow grooves 12 and 15 are used as the water flow paths, moisture in the narrow grooves 12 and 15 can be easily retained, and the influence of the flow of the reaction gas can be kept to a minimum. Further, since water is easily held in the narrow grooves 12 and 15, the reaction gas can be prevented from being discharged through the narrow grooves 12 and 15, and the gas distribution can be prevented from being disturbed. Therefore, it is possible to provide a fuel cell that is excellent in water management and gas distribution and has improved durability and reliability.

また、細溝１２、１５を、反応ガス流路８、１３の上流端近傍から下流端近傍まで連続して構成する。これにより、水分の下流から上流への移動をより効果的に行うことができる。   The narrow grooves 12 and 15 are continuously formed from the vicinity of the upstream ends of the reaction gas flow paths 8 and 13 to the vicinity of the downstream ends. Thereby, the movement of moisture from the downstream to the upstream can be performed more effectively.

さらに、細溝１２、１５の断面積を、反応ガス流路８、１３の断面の１／５以下に構成する。これにより、ガス配流の乱れによるセル性能やスタック性能への悪影響を与えない状態を実現することができる。   Furthermore, the cross-sectional area of the narrow grooves 12 and 15 is configured to be 1/5 or less of the cross-section of the reaction gas channels 8 and 13. Thereby, the state which does not have a bad influence on cell performance or stack performance by disturbance of gas distribution is realizable.

次に、第２の実施形態について説明する。   Next, a second embodiment will be described.

酸化剤ガスセパレータ６の平面構成を図４に示す。酸化剤ガスセパレータ６の、上流領域における断面を図６に、下流領域における断面を図５に示す。なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、第１の実施形態と同様に、酸化剤ガスセパレータ６と同様とし、リブ部１４には細溝１５を構成する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   A planar configuration of the oxidant gas separator 6 is shown in FIG. A cross section in the upstream region of the oxidant gas separator 6 is shown in FIG. 6, and a cross section in the downstream region is shown in FIG. The configuration of the fuel gas separator 7 is the same as that of the oxidant gas separator 6 as in the first embodiment, and the narrow groove 15 is formed in the rib portion 14. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

図４に示すように、第１の実施形態と同様に、燃料電池を貫通する孔により構成した酸化剤ガス入口マニホールド１０と、酸化剤ガス出口マニホールド１１を備え、さらに、これらの間を連通する酸化剤ガス流路８を構成する。隣り合う酸化剤ガス流路８の間には、隔壁としてリブ部９が形成される。ここでは、リブ部９の上流端を酸化剤ガス入口マニホールド１０に面させず、下流端のみが酸化剤ガス出口マニホールド１１に面するように構成する。   As shown in FIG. 4, similarly to the first embodiment, an oxidant gas inlet manifold 10 constituted by holes penetrating the fuel cell and an oxidant gas outlet manifold 11 are provided, and these are communicated with each other. An oxidant gas flow path 8 is formed. A rib portion 9 is formed as a partition between the adjacent oxidant gas flow paths 8. Here, the upstream end of the rib portion 9 does not face the oxidant gas inlet manifold 10, and only the downstream end faces the oxidant gas outlet manifold 11.

リブ部９のＭＥＡ５に接触する面に、酸化剤ガス流路８に沿った細溝１２を構成する。細溝１２を、酸化剤ガス流路８の入口近傍から出口近傍にかけて連続して形成した溝により構成する。ただし、細溝１２の上流端を酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通させずに、行き止まりとなるように構成する。一方、下流端は、第１の実施形態と同様に、酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通するように構成する。このように、細溝１２の一端を行き止まりとすることにより、酸化剤ガスが細溝１２内に混入し、さらに酸化剤ガス入口マニホールド１０を介して外に排出されるのを防止することができる。   A narrow groove 12 along the oxidant gas flow path 8 is formed on the surface of the rib portion 9 that contacts the MEA 5. The narrow groove 12 is constituted by a groove formed continuously from the vicinity of the inlet of the oxidant gas flow path 8 to the vicinity of the outlet. However, the end of the narrow groove 12 is configured not to communicate with the oxidant gas inlet manifold 10 but to be a dead end. On the other hand, the downstream end is configured to communicate with the oxidant gas outlet manifold 11 as in the first embodiment. In this way, by setting one end of the narrow groove 12 as a dead end, it is possible to prevent the oxidant gas from entering the narrow groove 12 and further being discharged outside through the oxidant gas inlet manifold 10. .

また、本実施形態では、細溝１２内の水の移動を促進する水移動促進手段を備える。ここでは、酸化剤ガス流路８の上流領域に位置する細溝１２に、図６に示すように、親水性多孔質材１６を埋設する。親水性多孔質材１６としては、樹脂やカーボン系、酸化金属系等、様々な材料を用いることができる。一方、図５に示すように、酸化剤ガス流路８の下流領域に位置する細溝１２には親水性多孔質材１６を設けず、第１の実施形態と同様の構成とする。   Moreover, in this embodiment, the water movement promotion means which accelerates | stimulates the movement of the water in the narrow groove 12 is provided. Here, as shown in FIG. 6, a hydrophilic porous material 16 is embedded in the narrow groove 12 positioned in the upstream region of the oxidant gas flow path 8. As the hydrophilic porous material 16, various materials such as a resin, a carbon-based material, and a metal oxide-based material can be used. On the other hand, as shown in FIG. 5, the narrow groove 12 located in the downstream region of the oxidant gas flow path 8 is not provided with the hydrophilic porous material 16, and has the same configuration as that of the first embodiment.

なお、水の移動を促進させるための手段・構成は、この限りではない。例えば、細溝１２の断面積を、下流側に比較して上流側で小さくしてもよい。または、上流側における細溝１２の表面を、下流側に比較して大きな親水性を有するように構成してもよい。   The means / configuration for promoting the movement of water is not limited to this. For example, the cross-sectional area of the narrow groove 12 may be smaller on the upstream side than on the downstream side. Alternatively, the surface of the narrow groove 12 on the upstream side may be configured to have greater hydrophilicity than the downstream side.

また、燃料ガスセパレータ７の構成を、第１の実施形態と同様に酸化剤ガスセパレータ６と同様としているがこの限りではない。例えば、酸化剤ガスセパレータ６のみに細溝１２を設けても良い。   Further, the configuration of the fuel gas separator 7 is the same as that of the oxidant gas separator 6 as in the first embodiment, but is not limited thereto. For example, the narrow groove 12 may be provided only in the oxidant gas separator 6.

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを記載する。   Next, the effect of this embodiment will be described. Hereinafter, only effects different from those of the first embodiment will be described.

細溝１２、１５には、反応ガス流路８、１３の下流側から上流側への水の移動を促進するための水移動促進手段を備える。これにより、細溝１２、１５内の水の移動の動力として、蒸発により生じるセル面内の水の濃度差、ウィッキング作用に加えて、水移動促進手段により生じた動力を使用することができる。   The narrow grooves 12 and 15 are provided with water movement promoting means for promoting the movement of water from the downstream side to the upstream side of the reaction gas flow paths 8 and 13. As a result, in addition to the water concentration difference in the cell surface caused by evaporation and the wicking action, the power generated by the water movement promoting means can be used as the power for moving the water in the narrow grooves 12 and 15. .

ここでは、水移動促進手段として、反応ガス流路８、１３の上流側領域近傍の細溝１２、１５に、親水性多孔質材１６を備える。これにより、細溝１２、１５内の水が上流に向かって移動し易くなり、セル面内での水分布をより速やかに適切化することができる。また、上流領域に形成された細溝１２、１５に水が保持されやすくなるので、反応ガスの流れの影響を抑制することができ、上流領域における反応ガスの加湿に用いる水を確保することができる。   Here, a hydrophilic porous material 16 is provided in the narrow grooves 12 and 15 in the vicinity of the upstream region of the reaction gas flow paths 8 and 13 as water movement promoting means. Thereby, it becomes easy for the water in the narrow grooves 12 and 15 to move toward the upstream, and the water distribution in the cell surface can be optimized more quickly. Further, since water is easily retained in the narrow grooves 12 and 15 formed in the upstream region, the influence of the flow of the reaction gas can be suppressed, and water used for humidifying the reaction gas in the upstream region can be secured. it can.

なお、ここでは、親水性多孔質材１６を上流領域のみに設けたが、この限りではない。細溝１２の少なくとも一部に親水性多孔質材１６を設ければよい。例えば、細溝１２全体に親水性多孔質材１６を設けてもよい。細溝１２、１５に親水性多孔質材１６を設けて、細溝１２、１５に親水性を持たせることにより、ＭＥＡ５から細溝１２、１５内に水が移動しやすくなる。そのため、水過剰となりやすい下流領域で、フラッディングが生じるのを抑制することができる。また、細溝１２、１５内に水を保持し易くなるので、細溝１２、１５を通って反応ガスが排出されるのを抑制することができる。さらに、細溝１２、１５内の水の濃度の傾きが大きくなるので、下流側から上流側への水の移動を促進することができる。ただし、特に、下流領域においては、親水性多孔質材１６として、細溝１２、１５内を下流から上流に向けて水が速やかに移動するのに必要な空隙率を有するものを用いる。    Here, the hydrophilic porous material 16 is provided only in the upstream region, but this is not restrictive. The hydrophilic porous material 16 may be provided in at least a part of the narrow groove 12. For example, the hydrophilic porous material 16 may be provided on the entire narrow groove 12. By providing the porous porous material 16 in the fine grooves 12 and 15 and making the fine grooves 12 and 15 hydrophilic, water can easily move from the MEA 5 into the fine grooves 12 and 15. Therefore, it is possible to suppress flooding from occurring in the downstream region where water is likely to be excessive. Moreover, since it becomes easy to hold | maintain water in the narrow grooves 12 and 15, it can suppress that reactive gas is discharged | emitted through the narrow grooves 12 and 15. FIG. Furthermore, since the inclination of the concentration of water in the narrow grooves 12 and 15 is increased, the movement of water from the downstream side to the upstream side can be promoted. However, in particular, in the downstream region, a hydrophilic porous material 16 having a porosity required for water to move quickly from the downstream to the upstream in the narrow grooves 12 and 15 is used.

また、反応ガス流路８、１３に反応ガスを供給または排出するマニホールドを備え、細溝１２、１５の一端がマニホールドに連通し、もう一端がマニホールドに連通しない行き止まりとなるように構成する。ここでは、酸化剤ガス入口マニホールド１０、酸化剤ガス出口マニホールド１１を備え、細溝１２の一端が、酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通し、もう一端が、酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通しない行き止まりとなるように構成する。これにより、細溝１２内から水および反応ガスを排出し難い構成とすることができ、細溝１２を通って反応ガスが外部に排出されるのを抑制することができる。これにより、水の除去手段（細溝１２）を備えることで、ガス配流に与える影響を抑制することができる。また、反応ガスが細溝１２内の水に与える影響を抑制することができる。その結果、水マネージメントを適切化するために細溝１２、１５を構成した際に、ガスの配流性が低下するのを抑制することができる。   In addition, the reaction gas channels 8 and 13 are provided with a manifold for supplying or discharging the reaction gas, and one end of the narrow grooves 12 and 15 communicates with the manifold, and the other end does not communicate with the manifold. Here, an oxidant gas inlet manifold 10 and an oxidant gas outlet manifold 11 are provided. One end of the narrow groove 12 communicates with the oxidant gas outlet manifold 11 and the other end does not communicate with the oxidant gas inlet manifold 10. To be configured. Thereby, it can be set as the structure which is hard to discharge | emit water and a reactive gas from the inside of the fine groove 12, and it can suppress that a reactive gas is discharged | emitted outside through the fine groove 12. FIG. Thereby, the influence which it has on a gas distribution can be suppressed by providing the water removal means (thin groove 12). Further, the influence of the reaction gas on the water in the narrow groove 12 can be suppressed. As a result, when the narrow grooves 12 and 15 are configured in order to make water management appropriate, it is possible to suppress a decrease in gas flowability.

次に、第３の実施形態について説明する。   Next, a third embodiment will be described.

酸化剤ガスセパレータ６の平面構成を図７に示す。酸化剤ガスセパレータ６の、酸化剤ガス流路８の上流領域における断面を図９に、下流領域における断面を図８に示す。なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、第１の実施形態と同様に、酸化剤ガスセパレータ６と同様とし、リブ部１４には細溝１５を構成する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   A planar configuration of the oxidant gas separator 6 is shown in FIG. FIG. 9 shows a cross section in the upstream region of the oxidant gas flow path 8 of the oxidant gas separator 6, and FIG. 8 shows a cross section in the downstream region. The configuration of the fuel gas separator 7 is the same as that of the oxidant gas separator 6 as in the first embodiment, and the narrow groove 15 is formed in the rib portion 14. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

図７に示すように、第１の実施形態と同様に、燃料電池を貫通する孔により構成した酸化剤ガス入口マニホールド１０と、酸化剤ガス出口マニホールド１１を備え、さらに、これらの間を連通する酸化剤ガス流路８を構成する。酸化剤ガス流路８間には、隔壁としてリブ部９を構成する。ここでは、リブ部９を、上流端において酸化剤ガス入口マニホールド１０に面せず、また、下流端においても酸化剤ガス出口マニホールド１１に面さないように構成する。   As shown in FIG. 7, similarly to the first embodiment, an oxidant gas inlet manifold 10 constituted by holes penetrating the fuel cell and an oxidant gas outlet manifold 11 are provided, and these are communicated with each other. An oxidant gas flow path 8 is formed. A rib 9 is formed between the oxidant gas flow paths 8 as a partition wall. Here, the rib portion 9 is configured not to face the oxidant gas inlet manifold 10 at the upstream end and not to face the oxidant gas outlet manifold 11 at the downstream end.

また、リブ部９のＭＥＡ５に接触する面に、細溝１２を構成する。細溝１２を、酸化剤ガス流路８の上流端近傍から下流端近傍にかけて連続して形成された溝により構成する。ただし、細溝１２の上流端は酸化剤ガス入口マニホールド１０に連通せずに、行き止まりとなるように構成する。また、下流端についても酸化剤ガス出口マニホールド１１に連通せずに、行き止まりとなるように構成する。このように、細溝１２の上流端、下流端を行き止まりとすることにより、酸化剤ガスが細溝１２内に混入し、さらに酸化剤ガス入口マニホールド１０や酸化剤ガス出口マニホールド１１を介して、燃料電池から排出されるのを防止することができる。   Further, the narrow groove 12 is formed on the surface of the rib portion 9 that contacts the MEA 5. The narrow groove 12 is constituted by a groove formed continuously from the vicinity of the upstream end of the oxidant gas flow path 8 to the vicinity of the downstream end thereof. However, the upstream end of the narrow groove 12 is configured not to communicate with the oxidant gas inlet manifold 10 but to be a dead end. In addition, the downstream end is configured not to communicate with the oxidant gas outlet manifold 11 but to be a dead end. Thus, by making the upstream end and the downstream end of the narrow groove 12 dead ends, the oxidant gas is mixed into the narrow groove 12, and further, through the oxidant gas inlet manifold 10 and the oxidant gas outlet manifold 11, It is possible to prevent discharge from the fuel cell.

さらに、細溝１２を、下流側から上流側への水の移動を促進するような形状に構成する。ここでは、図８、図９に示すように、酸化剤ガス流路８の上流近傍に設けられる細溝１２ｕの幅が、下流近傍に設けられる細溝１２ｄの幅より小さくなるように構成する。つまり、上流領域における細溝１２ｕの断面が、下流領域における細溝１２ｄの断面より小さくなるように構成する。   Furthermore, the narrow groove 12 is configured in a shape that promotes the movement of water from the downstream side to the upstream side. Here, as shown in FIGS. 8 and 9, the width of the narrow groove 12 u provided in the vicinity of the upstream of the oxidant gas flow path 8 is configured to be smaller than the width of the narrow groove 12 d provided in the vicinity of the downstream. That is, the cross section of the narrow groove 12u in the upstream region is configured to be smaller than the cross section of the narrow groove 12d in the downstream region.

なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、酸化剤ガスセパレータ６と同様としたが、この限りではなく、酸化剤ガスセパレータ６のみに細溝１２を設けてもよい。   The configuration of the fuel gas separator 7 is the same as that of the oxidant gas separator 6, but is not limited to this, and the narrow groove 12 may be provided only in the oxidant gas separator 6.

次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.

反応ガス流路８、１３に反応ガスを供給または排出するマニホールドを備え、細溝１２、１５の両端が、マニホールドに連通しない行き止まりとなるように構成する。ここでは、酸化剤ガス入口マニホールド１０と、酸化剤ガス出口マニホールド１１を備え、細溝１２の両端がマニホールド１０、１１に連通しない行き止まりとなるように構成する。これにより、細溝１２を介して燃料電池の外部に反応ガスが排出されるのを防止することができるので、さらに細溝１２がガス配流に与える影響を抑制することができる。また、両端を行き止まりとすることで、細溝１２中の水移動をガス流が乱す影響も、更に緩和することができ、セル面内での水の濃度差を低減することができる。   The reaction gas channels 8 and 13 are provided with a manifold for supplying or discharging the reaction gas, and both ends of the narrow grooves 12 and 15 are configured not to communicate with the manifold. Here, the oxidant gas inlet manifold 10 and the oxidant gas outlet manifold 11 are provided so that both ends of the narrow groove 12 are dead ends that do not communicate with the manifolds 10 and 11. As a result, it is possible to prevent the reaction gas from being discharged to the outside of the fuel cell through the narrow groove 12, thereby further suppressing the influence of the narrow groove 12 on the gas distribution. Further, by making both ends dead, the influence of the gas flow disturbing the water movement in the narrow groove 12 can be further mitigated, and the difference in water concentration in the cell plane can be reduced.

また、細溝１２、１５を、酸化剤ガス流路８の下流側から上流側に向かう、細溝１２、１５内の水の移動を促進するような形状に構成する。ここでは、上流領域の細溝１２、１５の幅が、下流領域に比べて小さくなるように構成する。これにより、上流領域における細溝１２のウィッキング作用を向上することができるので、上流領域の水が不足している状態となった場合に、速やかに細溝１２内の水を上流側へ移動させることができる。また、上流領域で、細溝１２内の水が酸化剤ガスの流れの影響を受け難くなるので、上流領域の水保持性を向上することができる。   The narrow grooves 12 and 15 are configured to have a shape that promotes the movement of water in the narrow grooves 12 and 15 from the downstream side to the upstream side of the oxidant gas flow path 8. Here, the width of the narrow grooves 12 and 15 in the upstream region is configured to be smaller than that in the downstream region. Thereby, since the wicking action of the narrow groove 12 in the upstream region can be improved, when the water in the upstream region becomes insufficient, the water in the narrow groove 12 is quickly moved to the upstream side. Can be made. Further, since the water in the narrow groove 12 is hardly affected by the flow of the oxidant gas in the upstream region, the water retention property of the upstream region can be improved.

次に、第４の実施形態について説明する。   Next, a fourth embodiment will be described.

酸化剤ガスセパレータ６の平面構成を図１０に示す。また、酸化剤ガスセパレータ６の断面の一部を図１１に示す。なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、第１の実施形態と同様に酸化剤ガスセパレータ６と同様とし、リブ部１４には細溝１５を構成する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。   A planar configuration of the oxidant gas separator 6 is shown in FIG. A part of the cross section of the oxidant gas separator 6 is shown in FIG. The configuration of the fuel gas separator 7 is the same as that of the oxidant gas separator 6 as in the first embodiment, and a narrow groove 15 is formed in the rib portion 14. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

図１０に示すように、第３の実施形態と同様に、リブ部９の両端が、それぞれ酸化剤ガス入口マニホールド１０、酸化剤ガス出口マニホールド１１に面さないように構成する。また、リブ部９のＭＥＡ５に接触する面に構成した細溝１２の両端を、行き止まりに構成する。ここでは、細溝１２の表面に親水処置を施す。図１１に示すように、細溝１２を構成する溝表面全体に渡って親水処理を施す。親水処理としては、酸化金属系の処理など、様々な方法を用いることができる。   As shown in FIG. 10, similarly to the third embodiment, both ends of the rib portion 9 are configured not to face the oxidant gas inlet manifold 10 and the oxidant gas outlet manifold 11, respectively. Moreover, the both ends of the narrow groove 12 comprised in the surface which contacts MEA5 of the rib part 9 are comprised in a dead end. Here, a hydrophilic treatment is applied to the surface of the narrow groove 12. As shown in FIG. 11, a hydrophilic treatment is performed over the entire groove surface constituting the narrow groove 12. As the hydrophilic treatment, various methods such as metal oxide treatment can be used.

リブ部９に設けた細溝１２により、酸化剤極３ｃで生じた生成水、並びにガス拡散層４ｃで生じた凝縮水が、圧力差、水の濃度差、毛細管力により細溝１２に移動する。このとき、細溝１２の表面に親水処理を施すことにより、毛細管力を増大することができる。また、細溝１２の表面に親水処理を施すことにより、細溝１２内での水保持性を向上することができる。   The narrow groove 12 provided in the rib portion 9 causes the generated water generated in the oxidizer electrode 3c and the condensed water generated in the gas diffusion layer 4c to move to the narrow groove 12 due to pressure difference, water concentration difference, and capillary force. . At this time, the capillary force can be increased by applying a hydrophilic treatment to the surface of the narrow groove 12. In addition, water retention in the narrow groove 12 can be improved by applying a hydrophilic treatment to the surface of the narrow groove 12.

なお、ここでは細溝１２の表面全体に親水処理を施したが、この限りではなく、溝表面の一部のみに親水処理を施しても良い。また、細溝１２全体に親水処理を施しているが、この限りではない。例えば、上流領域においてのみ、細溝１２に親水処理を施しても良い。これにより、細溝１２内の下流側から上流側への水の移動を促進することができる。   Here, the entire surface of the fine groove 12 is subjected to the hydrophilic treatment, but this is not restrictive, and only a part of the groove surface may be subjected to the hydrophilic treatment. Moreover, although the hydrophilic process is given to the whole narrow groove 12, it is not this limitation. For example, the narrow groove 12 may be subjected to hydrophilic treatment only in the upstream region. Thereby, the movement of the water from the downstream in the narrow groove 12 to an upstream can be accelerated | stimulated.

次に、ガス拡散層４ｃの構成について説明する。ガス拡散層４ｃの、酸化剤ガスセパレータ６側から見た平面図を図１２に示す。   Next, the configuration of the gas diffusion layer 4c will be described. FIG. 12 shows a plan view of the gas diffusion layer 4c as viewed from the oxidant gas separator 6 side.

ガス拡散層４ｃを、酸化剤ガスセパレータ６の外形寸法とほぼ同じ大きさに構成する。ガス拡散層４ｃの外縁に沿った外周部全体、および、酸化剤ガス入口マニホールド１０、酸化剤ガス出口マニホールド１１を含む各マニホールドの周囲部には、ゴムや樹脂などのシール材を含浸した含浸部１７を構成する。含浸部１７により、ガス拡散層４ｃに供給された酸化剤ガスの周囲へのリークを防止する。   The gas diffusion layer 4 c is configured to have substantially the same size as the outer dimension of the oxidant gas separator 6. The entire outer periphery along the outer edge of the gas diffusion layer 4c and the periphery of each manifold including the oxidant gas inlet manifold 10 and the oxidant gas outlet manifold 11 are impregnated with a sealant such as rubber or resin. 17 is constituted. The impregnation part 17 prevents leakage of the oxidant gas supplied to the gas diffusion layer 4c to the periphery.

また、ガス拡散層４ｃのリブ部９に接触する部分に表面親水処理部１８を構成する。表面親水処理部１８は、ガス拡散層４ｃの表面のみに親水処理を施すことにより構成する。ここでは、ガス拡散層４ｃの積層面の一部であり、酸化剤ガスセパレータ６と重ね合わせた際に、酸化剤ガス流路８の上流領域に重なり、かつ、リブ部９と接触する部分に親水処理を施すことにより、表面親水処理部１８を構成する。このように、表面親水処理部１８を構成することにより、上流領域において、ガス拡散層４ｃから細溝１２へ水を移動し易くすることができると共に、細溝１２内に水を保持し易くすることができる。   Moreover, the surface hydrophilic process part 18 is comprised in the part which contacts the rib part 9 of the gas diffusion layer 4c. The surface hydrophilic treatment portion 18 is configured by performing a hydrophilic treatment only on the surface of the gas diffusion layer 4c. Here, it is a part of the laminated surface of the gas diffusion layer 4 c, and overlaps the upstream region of the oxidant gas flow path 8 when it is overlapped with the oxidant gas separator 6, and the portion that contacts the rib portion 9. By performing the hydrophilic treatment, the surface hydrophilic treatment portion 18 is configured. In this way, by configuring the surface hydrophilic treatment portion 18, it is possible to easily move water from the gas diffusion layer 4 c to the narrow groove 12 in the upstream region, and to easily retain water in the narrow groove 12. be able to.

なお、燃料ガスセパレータ７の構成は、酸化剤ガスセパレータ６と同様としたが、この限りではなく、酸化剤ガスセパレータ６のみに表面親水処理部１８を設けてもよい。   The configuration of the fuel gas separator 7 is the same as that of the oxidant gas separator 6, but is not limited thereto, and the surface hydrophilic treatment portion 18 may be provided only in the oxidant gas separator 6.

また、ここでは、上流領域においてガス拡散層４ｃが細溝１２に重なる領域に、表面親水処理部１８を構成したが、この限りではない。上流領域全体を表面親水処理部１８としても構わない。   Here, the surface hydrophilic treatment portion 18 is configured in the region where the gas diffusion layer 4c overlaps the narrow groove 12 in the upstream region, but this is not restrictive. The entire upstream region may be used as the surface hydrophilic treatment portion 18.

次に、本実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。   Next, this embodiment will be described. Only the effects different from those of the first embodiment will be described below.

細溝１２、１５の表面の少なくとも一部に親水処理を施す。これにより、ＭＥＡ５から細溝１２、１５内に水が移動し易くなる。その結果、下流側のフラッディングを抑制するとともに、細溝１２、１５内の水濃度の傾きを大きくすることができるので、下流側から上流側の水の移動を促進することができる。また、細溝１２中における水の保持力が強化されるので、ガス流に与える影響を抑制することができ、ガス配流の信頼性を向上することができる。   At least part of the surface of the narrow grooves 12 and 15 is subjected to a hydrophilic treatment. Thereby, water becomes easy to move from the MEA 5 into the narrow grooves 12 and 15. As a result, the flooding on the downstream side can be suppressed and the inclination of the water concentration in the narrow grooves 12 and 15 can be increased, so that the movement of water from the downstream side to the upstream side can be promoted. Moreover, since the water retention force in the narrow groove 12 is strengthened, the influence on the gas flow can be suppressed, and the reliability of the gas distribution can be improved.

また、ＭＥＡ５の外層であるガス拡散層４ｃ、４ａの、リブ部９、１４と重なり合う領域の少なくとも一部に、親水処理を施す。これにより、ＭＥＡ５内の水がリブ部９との接触面近傍に集中するので、細溝１２内に移動し易くなる。その結果、下流側のフラッディングを抑制することができる。   Further, at least a part of the region of the gas diffusion layer 4c, 4a that is the outer layer of the MEA 5 that overlaps the ribs 9, 14 is subjected to a hydrophilic treatment. As a result, the water in the MEA 5 is concentrated in the vicinity of the contact surface with the rib portion 9, so that the MEA 5 easily moves into the narrow groove 12. As a result, flooding on the downstream side can be suppressed.

特に、反応ガス流路８、１３の上流領域近傍において、ガス拡散層４ｃ、４ａの表面のうちリブ部９、１４に接触する部分に親水処理を施す。これにより、細溝１２内における下流側から上流側の水の移動を促進することができるとともに、上流領域における水保持性を向上することができる。その結果、水マネージメントを適切化するために細溝１２、１５を構成した際に、ガスの配流性が低下するのを抑制することができる。   In particular, in the vicinity of the upstream region of the reaction gas passages 8 and 13, hydrophilic treatment is performed on portions of the surfaces of the gas diffusion layers 4 c and 4 a that are in contact with the rib portions 9 and 14. Thereby, while being able to accelerate | stimulate the movement of the water from the downstream in the narrow groove 12, the water retention property in an upstream area | region can be improved. As a result, when the narrow grooves 12 and 15 are configured in order to make water management appropriate, it is possible to suppress a decrease in gas flowability.

なお、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更を為し得ることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the best mode for carrying out the invention, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.

本発明は、燃料電池に適用することができる。特に、燃料電池内の水マネージメントが必要となる、固体高分子型燃料電池に適用することができる。   The present invention can be applied to a fuel cell. In particular, the present invention can be applied to a polymer electrolyte fuel cell that requires water management in the fuel cell.

第１の実施形態に用いる酸化剤ガスセパレータの平面図である。It is a top view of the oxidant gas separator used for a 1st embodiment. 第１の実施形態に用いる単位セルの断面図である。It is sectional drawing of the unit cell used for 1st Embodiment. 細溝とガス流路の断面比に対する燃料電池の安定性を示す図である。It is a figure which shows the stability of the fuel cell with respect to the cross-sectional ratio of a narrow groove and a gas flow path. 第２の実施形態に用いる酸化剤ガスセパレータの平面図である。It is a top view of the oxidizing agent gas separator used for a 2nd embodiment. 第２の実施形態に用いる単位セルの下流領域における断面図である。It is sectional drawing in the downstream area | region of the unit cell used for 2nd Embodiment. 第２の実施形態に用いる単位セルの上流領域における断面図である。It is sectional drawing in the upstream area | region of the unit cell used for 2nd Embodiment. 第３の実施形態に用いる酸化剤ガスセパレータの平面図である。It is a top view of the oxidant gas separator used for a 3rd embodiment. 第３の実施形態に用いる単位セルの下流領域における断面図である。It is sectional drawing in the downstream area | region of the unit cell used for 3rd Embodiment. 第３の実施形態に用いる単位セルの上流領域における断面図である。It is sectional drawing in the upstream area | region of the unit cell used for 3rd Embodiment. 第４の実施形態に用いる酸化剤ガスセパレータの平面図である。It is a top view of the oxidizing agent gas separator used for a 4th embodiment. 第４の実施形態に用いる単位セルの断面図である。It is sectional drawing of the unit cell used for 4th Embodiment. 第４の実施形態に用いるガス拡散層の平面図である。It is a top view of the gas diffusion layer used for 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

２ 電解質膜
３ａ 燃料極（触媒電極）
３ｃ 酸化剤極（触媒電極）
４ ガス拡散層
５ 膜電極接合体（ＭＥＡ）（発電層）
６ 酸化剤ガスセパレータ
７ 燃料ガスセパレータ
８ 酸化剤ガス流路（反応ガス流路）
９、１４ リブ部
１０ 酸化剤ガス入口マニホールド
１１ 酸化剤ガス出口マニホールド
１２、１５ 細溝
１３ 燃料ガス流路（反応ガス流路）
１６ 親水性多孔質材
１８ 表面親水処理部 2 Electrolyte membrane 3a Fuel electrode (catalyst electrode)
3c Oxidant electrode (catalyst electrode)
4 Gas diffusion layer 5 Membrane electrode assembly (MEA) (Power generation layer)
6 Oxidant gas separator 7 Fuel gas separator 8 Oxidant gas channel (reactive gas channel)
9, 14 Rib portion 10 Oxidant gas inlet manifold 11 Oxidant gas outlet manifold 12, 15 Narrow groove 13 Fuel gas flow path (reactive gas flow path)
16 Hydrophilic porous material 18 Surface hydrophilic treatment part

Claims (8)

電解質膜と、触媒電極およびガス拡散層から成る一対の電極から構成した発電層と、
前記発電層に接触する複数のリブ部と、前記リブ部を隔壁として形成される反応ガス流路を有するガスセパレータと、を備え、
さらに、前記リブ部の前記発電層との接触面に、前記反応ガス流路の上流側から下流側に沿った細溝を設けることを特徴とする燃料電池。 A power generation layer composed of an electrolyte membrane and a pair of electrodes comprising a catalyst electrode and a gas diffusion layer;
A plurality of rib portions in contact with the power generation layer, and a gas separator having a reaction gas flow path formed using the rib portions as partition walls,
The fuel cell according to claim 1, further comprising: a narrow groove extending from the upstream side to the downstream side of the reactive gas flow channel on a contact surface of the rib portion with the power generation layer. 前記細溝には、前記反応ガス流路の下流側から上流側への水の移動を促進するための水移動促進手段を備える請求項１に記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the narrow groove is provided with a water movement promoting means for promoting the movement of water from the downstream side to the upstream side of the reaction gas channel. 前記反応ガス流路に反応ガスを供給または排出するマニホールドを備え、
前記細溝を、一端が前記マニホールドに連通し、もう一端が前記マニホールドに連通しない行き止まりとなるように構成する請求項１または２に記載の燃料電池。 A manifold for supplying or discharging reaction gas to the reaction gas flow path;
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the narrow groove is configured to have a dead end where one end communicates with the manifold and the other end does not communicate with the manifold. 前記反応ガス流路に反応ガスを供給または排出するマニホールドを備え、
前記細溝を、両端が前記マニホールドに連通しない行き止まりとなるように構成する請求項１または２に記載の燃料電池。 A manifold for supplying or discharging reaction gas to the reaction gas flow path;
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the narrow groove is configured such that both ends thereof are dead ends that do not communicate with the manifold. 前記細溝の少なくとも一部に親水性部材を設ける請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein a hydrophilic member is provided in at least a part of the narrow groove. 前記細溝の表面の少なくとも一部に親水処理を施す請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the surface of the narrow groove is subjected to a hydrophilic treatment. 前記発電層の外層であるガス拡散層表面の、前記リブ部と重なり合う領域の少なくとも一部に、親水処理を施す請求項１から６のいずれか一つに記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein a hydrophilic treatment is applied to at least a part of a region of the gas diffusion layer, which is an outer layer of the power generation layer, overlapping the rib portion. 前記細溝の断面積を、前記反応ガス流路の断面の１／５以下に構成する請求項１から７のいずれか一つに記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein a cross-sectional area of the narrow groove is configured to be 1/5 or less of a cross-section of the reaction gas channel.
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