JP2006120441A

JP2006120441A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2006120441A
Application number: JP2004306790A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Tsutsumi; 泰行堤; Susumu Yamashita; 進山下; Naoya Ogawa; 直也小川
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2006-05-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell for obtaining continuously improved power generation performance, without supplying water from the outside. <P>SOLUTION: The fuel cell 1, comprising a cell 2, having an anode-side electrode 6 and a cathode-side electrode 7 arranged facing each other and a separator 4 having a fuel supply groove 11 for supplying fuel to the anode side electrode 6, has a reflux means 5 for making the water generated from the cathode-side electrode 7 circulate to the anode-side electrode 6 and water storage sections 24, 25 for storing water that is circulated by the reflux means 5 and supplies the stored water to the anode side electrode 6. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池セルがセパレータによって挟持されて構成される燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell in which a fuel cell is sandwiched between separators.

近年、環境問題やエネルギー問題の高まりに伴って、種々の燃料電池が使用されてきている。これら燃料電池の中には、アノード側電極とカソード側電極とによって電解質膜が挟まれて構成されるセルと、このセルを挟持するセパレータとを備えたものが周知となっている（例えば、特許文献１参照。）。そして、アノード側電極に例えば水素を有する燃料ガスを供給し、カソード側電極に酸素を有する酸化剤を供給することによって、電気化学的な反応により発電が行われるようになっている。 In recent years, various fuel cells have been used with increasing environmental problems and energy problems. Among these fuel cells, those having a cell constituted by sandwiching an electrolyte membrane between an anode side electrode and a cathode side electrode and a separator sandwiching the cell are well known (for example, patents). Reference 1). Then, for example, by supplying a fuel gas containing hydrogen to the anode side electrode and supplying an oxidant containing oxygen to the cathode side electrode, power generation is performed by an electrochemical reaction.

この種の燃料電池は、電解質膜や上記両電極を湿潤状態に維持するための水分や、燃料ガスとの反応に必要な反応水をアノード側電極に供給する必要がある。
そこで、燃料ガスを加湿して過飽和水ガスとしてから、この燃料ガスをセパレータに設けられた供給路を介してアノード側電極に供給するものが知られている。
特表２００２−５０５５１１号公報 In this type of fuel cell, it is necessary to supply moisture for maintaining the electrolyte membrane and the two electrodes in a wet state, and reaction water necessary for reaction with the fuel gas to the anode side electrode.
Therefore, there is known a technique in which fuel gas is humidified to form a supersaturated water gas, and then this fuel gas is supplied to the anode side electrode via a supply path provided in the separator.
Special Table 2002-505511

しかしながら、上記のような構成によると、アノード側電極などに水を供給するための装置が必要となり、燃料電池自体が複雑化、大型化してしまうという問題がある。 However, according to the above configuration, a device for supplying water to the anode-side electrode or the like is required, and there is a problem that the fuel cell itself becomes complicated and large.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、外部から水を供給することなく、常に良好な発電性能が得られる燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell that can always obtain good power generation performance without supplying water from the outside.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、互いに対向して配置されたアノード側電極およびカソード側電極を有するセルと、前記アノード側電極に燃料を供給するための燃料供給溝を有するセパレータとを備える燃料電池において、前記カソード側電極において生成された水を前記アノード側電極に向けて環流する環流手段を備え、この環流手段により環流された水を貯蔵し、この貯蔵した水を前記アノード側電極に供給する水貯蔵部が設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
The invention according to claim 1 is a fuel cell comprising: a cell having an anode side electrode and a cathode side electrode arranged opposite to each other; and a separator having a fuel supply groove for supplying fuel to the anode side electrode. Water that circulates the water generated in the cathode side electrode toward the anode side electrode, stores the water circulated by the circulation means, and supplies the stored water to the anode side electrode. A storage unit is provided.

この発明に係る燃料電池においては、カソード側電極において生成された水が、環流手段により環流され、この環流された水が水貯蔵部に貯蔵される。そして、この水貯蔵部からアノード側電極に水が供給される。
これにより、カソード側電極において生成された水を、アノード側電極の反応水として利用することができるだけでなく、その水によってアノード側電極の湿潤状態を維持することができる。 In the fuel cell according to the present invention, the water generated in the cathode side electrode is circulated by the circulation means, and the circulated water is stored in the water storage unit. Then, water is supplied from the water storage unit to the anode side electrode.
Thereby, not only can the water generated in the cathode side electrode be used as reaction water for the anode side electrode, but the wet state of the anode side electrode can be maintained by the water.

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記セパレータが複数の孔を有する多孔材質からなり、前記水貯蔵部が前記孔により構成されていることを特徴とする。
この発明に係る燃料電池においては、環流手段により環流された水が多孔材質からなるセパレータの複数の孔に貯蔵され、その複数の孔からアノード側電極に水が供給される。
これにより、部品点数を増やすことなく簡易な構成によって、環流された水を確実に貯蔵、供給することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell according to the first aspect, the separator is made of a porous material having a plurality of holes, and the water storage portion is constituted by the holes.
In the fuel cell according to the present invention, the water recirculated by the recirculation means is stored in the plurality of holes of the separator made of a porous material, and water is supplied from the plurality of holes to the anode side electrode.
Thereby, the circulated water can be reliably stored and supplied with a simple configuration without increasing the number of parts.

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、前記環流手段が、前記カソード側電極と前記アノード側電極との間に設けられた電解質膜を備え、この電解質膜が、前記カソード側電極および前記アノード側電極の水圧が等しくなるように、前記カソード側電極と前記アノード側電極との間において毛細管現象を利用して水を移動させることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell according to the first or second aspect, the circulating means includes an electrolyte membrane provided between the cathode side electrode and the anode side electrode. The membrane moves water using capillary action between the cathode side electrode and the anode side electrode so that the water pressures of the cathode side electrode and the anode side electrode are equal.

この発明に係る燃料電池においては、燃料電池の運転時にはカソード側電極において水が生成されるため、アノード側電極に対してカソード側電極の水圧が高くなる。そのため、電解質膜の毛細管現象により、両電極の圧力差が無くなるまで、カソード側電極の水が電解質膜を介してアノード側電極に向けて移動する。そして、水貯蔵部に水が所定の量貯蔵されていないときには、カソード側電極から環流してきた水が水貯蔵部に送られそこで貯蔵される。
これにより、自然現象を利用した簡易な構成によって、カソード側電極において生成された水を確実に環流させることができ、アノード側電極や電解質膜の湿潤状態を維持することができる。 In the fuel cell according to the present invention, since water is generated at the cathode side electrode during operation of the fuel cell, the water pressure at the cathode side electrode is higher than that at the anode side electrode. Therefore, due to the capillary phenomenon of the electrolyte membrane, the water on the cathode side electrode moves toward the anode side electrode through the electrolyte membrane until the pressure difference between the two electrodes disappears. When a predetermined amount of water is not stored in the water storage unit, the water circulating from the cathode side electrode is sent to the water storage unit and stored there.
Thereby, the water produced | generated in the cathode side electrode can be reliably circulated by the simple structure using a natural phenomenon, and the wet state of an anode side electrode or an electrolyte membrane can be maintained.

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の燃料電池において、前記カソード側電極を大気に開放することにより、カソード反応において必要な酸素を大気中から取り込むことができるように構成されており、前記カソード側電極を大気に開放または遮断するためのシャッターを備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell according to any one of the first to third aspects, oxygen necessary for the cathode reaction is taken from the atmosphere by opening the cathode side electrode to the atmosphere. And a shutter for opening or blocking the cathode side electrode to the atmosphere.

この発明に係る燃料電池においては、運転時にはシャッターが開けられてカソード側電極が大気に開放される。そしてカソード側電極に大気中の酸素が取り込まれる。一方、運転停止時にはシャッターが閉められてカソード側電極が覆われる。そのため、運転停止時においてカソード側電極が大気から遮断される。
ここで、カソード側電極が大気に開放された状態で運転を停止すると、運転停止時には水が生成されないため、カソード側電極から水分が蒸発してしまい、カソード側電極やアノード側電極などが乾燥してしまう。そして、それらの乾燥によって適正な電池特性が得られなくなってしまう。
本発明においては、シャッターを閉じることにより、カソード側電極が大気から遮断されるため、運転停止時にカソード側電極から水分が蒸発して大気に発散するのが防止される。そのため、両電極や電解質膜の湿潤状態を確実に維持することができるだけでなく、水の利用効率を向上させることができる。 In the fuel cell according to the present invention, during operation, the shutter is opened and the cathode electrode is opened to the atmosphere. Then, oxygen in the atmosphere is taken into the cathode side electrode. On the other hand, when the operation is stopped, the shutter is closed to cover the cathode side electrode. Therefore, the cathode side electrode is cut off from the atmosphere when the operation is stopped.
Here, if the operation is stopped with the cathode side electrode open to the atmosphere, water is not generated at the time of the operation stop, so water is evaporated from the cathode side electrode, and the cathode side electrode, the anode side electrode, etc. are dried. End up. And the appropriate battery characteristic will no longer be acquired by those drying.
In the present invention, the cathode side electrode is cut off from the atmosphere by closing the shutter, so that it is possible to prevent water from evaporating from the cathode side electrode and escaping to the atmosphere when the operation is stopped. Therefore, not only can the wet state of both electrodes and the electrolyte membrane be reliably maintained, but also the water utilization efficiency can be improved.

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の燃料電池において、前記シャッターが、引き戸式またはカーテン式であることを特徴とする。
この発明に係る燃料電池においては、引き戸式またはカーテン式のシャッターによって、カソード側電極が大気に開放され、または大気から遮断される。
これにより、両電極や電解質膜の乾燥を容易かつ確実に防止することができる。 The invention according to claim 5 is the fuel cell according to claim 4, wherein the shutter is of a sliding door type or a curtain type.
In the fuel cell according to the present invention, the cathode electrode is opened to the atmosphere or blocked from the atmosphere by the sliding door type or curtain type shutter.
Thereby, drying of both electrodes and electrolyte membrane can be prevented easily and reliably.

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の燃料電池において、前記アノード側電極において生成されたガスを排出する排出路と、この排出路に設けられた開閉弁とを備えることを特徴とする。
この発明に係る燃料電池においては、運転時には、アノード側電極において生成されたガスが排出路を介して排出され、運転停止時には、開閉弁を閉じることによりアノード側電極が大気から遮断される。
これにより、運転停止時において、アノード側電極から水分が発散するのを防止することができ、両電極や電解質膜などが乾燥するのをより効果的に防止することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fuel cell according to any one of the first to fifth aspects, a discharge path for discharging the gas generated in the anode side electrode, and the discharge path are provided. And an on-off valve.
In the fuel cell according to the present invention, during operation, the gas generated in the anode side electrode is discharged through the discharge path, and when the operation is stopped, the anode side electrode is shut off from the atmosphere by closing the on-off valve.
Thereby, when the operation is stopped, it is possible to prevent moisture from being diffused from the anode side electrode, and it is possible to more effectively prevent the both electrodes and the electrolyte membrane from being dried.

請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の燃料電池において、前記燃料が、ジメチルエーテルであることを特徴とする。
この発明に係る燃料電池においては、アノード側電極にジメチルエーテルが供給される。
ここで、燃料電池に使用される燃料の一つであるメタノールは毒性を有するため取り扱いが困難であり、また、メタノールを使用すると、クロスオーバー現象により燃料の利用効率が低下してしまう。
本発明においては、燃料としてジメチルエーテルを使用することにより、燃料の取り扱いを容易にし、利用効率を向上させることができる。 The invention according to claim 7 is the fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel is dimethyl ether.
In the fuel cell according to the present invention, dimethyl ether is supplied to the anode side electrode.
Here, methanol, which is one of the fuels used in the fuel cell, is toxic and difficult to handle, and when methanol is used, the fuel utilization efficiency decreases due to the crossover phenomenon.
In the present invention, by using dimethyl ether as the fuel, the handling of the fuel can be facilitated and the utilization efficiency can be improved.

本発明によれば、水を供給するための装置を設ける必要がなく、小型化を容易にすることができるとともに、アノード側電極や電解質膜などの湿潤状態を維持し、常に良好な発電性能を得ることができる。 According to the present invention, it is not necessary to provide a device for supplying water, and it is possible to easily reduce the size and maintain the wet state of the anode side electrode, the electrolyte membrane, etc., and always have good power generation performance. Obtainable.

（実施例１）
以下、本発明の実施例における燃料電池について、図面を参照して説明する。
この燃料電池１は、例えばジメチルエーテルを燃料とするものであり、図１に示すように、発電を行うための単位セル（セル）２を備えている。そして、燃料電池１はこの単位セル２がセパレータ４により挟持されて構成されている。この燃料電池１は、単位セル２が１個から構成されるものであってもよいが、通常、充分な出力を得るために、単位セル２を重ねてそれらが一つのパッケージとして使用される。このパッケージが符号３に示すスタックと呼ばれるものである。 Example 1
Hereinafter, the fuel cell in the Example of this invention is demonstrated with reference to drawings.
The fuel cell 1 uses, for example, dimethyl ether as a fuel, and includes a unit cell (cell) 2 for generating power as shown in FIG. The fuel cell 1 is configured by sandwiching the unit cell 2 with a separator 4. The fuel cell 1 may be composed of a single unit cell 2, but in order to obtain a sufficient output, the unit cells 2 are usually stacked and used as a single package. This package is called a stack indicated by reference numeral 3.

単位セル２は、互いに対向して配置されたカソード側電極部７およびアノード側電極部６を備えている。カソード側電極部７は、図２に示すように、電気化学的反応を起こさせるためのカソード側触媒層９を備えている。
カソード側触媒層９は、後述する電解質膜５の一面に連接されており、カーボンペーパーやカーボンクロスなどからなる電極基質の片方の面に、電極触媒が付着されて構成されている。このカソード側触媒層９の厚さは、５〜２０μｍの範囲にあることが好ましい。
そして、カソード側触媒層９に、多孔質カーボンペーパーなどから構成される拡散層１０が連接されている。拡散層１０は、カーボンペーパーやカーボン布などからなり、取り込み面１０ａから酸素を取り込み、それら酸素を拡散させてカソード側触媒層９の全体に酸素を行き渡らせるようになっている。 The unit cell 2 includes a cathode side electrode portion 7 and an anode side electrode portion 6 that are arranged to face each other. As shown in FIG. 2, the cathode side electrode portion 7 includes a cathode side catalyst layer 9 for causing an electrochemical reaction.
The cathode side catalyst layer 9 is connected to one surface of an electrolyte membrane 5 described later, and is configured such that an electrode catalyst is attached to one surface of an electrode substrate made of carbon paper, carbon cloth, or the like. The cathode side catalyst layer 9 preferably has a thickness in the range of 5 to 20 μm.
A diffusion layer 10 made of porous carbon paper or the like is connected to the cathode side catalyst layer 9. The diffusion layer 10 is made of carbon paper, carbon cloth, or the like, takes in oxygen from the take-in surface 10a, diffuses the oxygen, and spreads oxygen throughout the cathode side catalyst layer 9.

この拡散層１０には、図１に示すように、セパレータ４が連接されている。そのため、拡散層１０は、前記セパレータ４によって覆われて、大気から遮断されることにより、ほぼ密閉された状態になっている。
また、アノード側電極部６は、電解質膜５の他面に連接されたアノード側触媒層８を備えている。
このアノード側触媒層８はカソード側触媒層９と同様の構成となっている。そしてアノード側触媒層８に、セパレータ４が連接されている。 As shown in FIG. 1, the separator 4 is connected to the diffusion layer 10. Therefore, the diffusion layer 10 is almost sealed by being covered with the separator 4 and shielded from the atmosphere.
The anode side electrode portion 6 includes an anode side catalyst layer 8 connected to the other surface of the electrolyte membrane 5.
The anode side catalyst layer 8 has the same configuration as the cathode side catalyst layer 9. The separator 4 is connected to the anode catalyst layer 8.

セパレータ４には、アノード側電極部６に燃料を供給するための燃料供給溝１１が設けられており、図３に示すように、燃料タンク２９により送られた燃料が燃料供給溝１１を通ってアノード側触媒層８に供給されるようになっている。この燃料供給溝１１には、排出管路（排出路）１２が設けられており、アノード側触媒層８において生成された二酸化炭素を排出するようになっている。また、セパレータ４には図１に示す空気供給溝１４が形成されており、不図示の空気ブロアから空気供給溝１４を介してカソード側触媒層９に空気が供給されるようになっている。 The separator 4 is provided with a fuel supply groove 11 for supplying fuel to the anode side electrode portion 6, and the fuel sent by the fuel tank 29 passes through the fuel supply groove 11 as shown in FIG. 3. The anode side catalyst layer 8 is supplied. The fuel supply groove 11 is provided with a discharge pipe (discharge path) 12 for discharging carbon dioxide produced in the anode side catalyst layer 8. Further, the separator 4 is formed with an air supply groove 14 shown in FIG. 1, and air is supplied to the cathode side catalyst layer 9 from an air blower (not shown) through the air supply groove 14.

そして、上述したように、アノード側電極部６とカソード側電極部７との間にはイオン導電性を有する電解質膜５が設けられている。この電解質膜５としては、例えば、パーフルオロスルホン酸、スルホン化ポリイミド、スルホン化芳香族ポリエーテルケトン、スルホン化ポリアリーレン、酸性基含有ポリベンズイミダゾール、スルホン化ポリフェニール、リン酸ドープ高分子材などが用いられる。 As described above, the electrolyte membrane 5 having ionic conductivity is provided between the anode side electrode portion 6 and the cathode side electrode portion 7. Examples of the electrolyte membrane 5 include perfluorosulfonic acid, sulfonated polyimide, sulfonated aromatic polyether ketone, sulfonated polyarylene, acidic group-containing polybenzimidazole, sulfonated polyphenyl, and phosphate-doped polymer material. Is used.

本実施例における電解質膜５は、毛細管現象を利用してアノード側電極部６とカソード側電極部９との間で水を移動させることができるようになっている。すなわち、カソード側電極部９において水が生成され、アノード側電極部６の水が相対的に少なくなると、アノード側電極部６とカソード側電極部７との間の圧力差が無くなるように、カソード側電極部７から電解質膜を介してアノード側電極部６に水が移動するようになっている。すなわち、電解質膜５は環流手段として機能するものである。 The electrolyte membrane 5 in the present embodiment can move water between the anode side electrode portion 6 and the cathode side electrode portion 9 by utilizing capillary action. That is, when water is generated in the cathode side electrode portion 9 and the water in the anode side electrode portion 6 becomes relatively small, the pressure difference between the anode side electrode portion 6 and the cathode side electrode portion 7 is eliminated. Water moves from the side electrode portion 7 to the anode side electrode portion 6 through the electrolyte membrane. That is, the electrolyte membrane 5 functions as a circulating means.

また、本実施例におけるセパレータ４は、カーボン材料からなる多孔材質からなり、複数の孔２５を備えている。そして、これら複数の孔２５により、カソード側電極部７から環流された水が貯蔵されるようになっている。すなわち、複数の孔２５は水貯蔵層（水貯蔵部）２４を構成するものである。さらに、セパレータ４は、ポリテロラフルオロエチレン分散液などが塗布され、これらが加熱処理されて適度の撥水性を有した状態になっている。ここで云う適度の撥水性とは、前記多孔質体は吸水性を有するが、水を吸収しない空隙を全空隙の30%程度残すような性質をいう。このような撥水性はポリテトラフルオロエチレンの量と加熱処理温度を調整することで付与することができる。このような撥水性により、水貯蔵層２４に蓄えられた水が多孔質体の全空隙を埋めるのを防止することができ、そのため供給された燃料がアノード側触媒層８に拡散しにくくなるという弊害を防止することができる。 Further, the separator 4 in the present embodiment is made of a porous material made of a carbon material and has a plurality of holes 25. The plurality of holes 25 store water circulated from the cathode side electrode portion 7. That is, the plurality of holes 25 constitute the water storage layer (water storage unit) 24. Further, the separator 4 is coated with a polyterolafluoroethylene dispersion and the like, and is heat-treated to have a suitable water repellency. The term “appropriate water repellency” as used herein refers to the property that the porous body has water absorption but leaves about 30% of the voids that do not absorb water. Such water repellency can be imparted by adjusting the amount of polytetrafluoroethylene and the heat treatment temperature. Such water repellency can prevent the water stored in the water storage layer 24 from filling the entire voids of the porous body, and thus the supplied fuel is less likely to diffuse into the anode catalyst layer 8. It is possible to prevent harmful effects.

なお、アノード側電極部６の構成は、上記のものに限らず、例えば図４に示すように、水貯蔵層２４を有するセパレータ４に接触させてアノード側拡散層２７を設けるような構成にしてもよい。これにより、供給された水および燃料を拡散させてアノード側触媒層８全体にそれら水および燃料を行き渡らせることができる。 The configuration of the anode side electrode section 6 is not limited to the above, and for example, as shown in FIG. 4, the anode side diffusion layer 27 is provided in contact with the separator 4 having the water storage layer 24. Also good. Thereby, the supplied water and fuel can be diffused, and the water and fuel can be spread throughout the anode side catalyst layer 8.

また、本実施例における燃料電池１は、図３に示すように、排出管路１２に、この排出管路１２を開放または閉鎖する開閉弁３０を備えている。そして、燃料電池１の運転時には、開閉弁３０を開状態とすることにより、アノード反応によって生成された二酸化炭素が排出されるようになっている。反対に、運転停止時には、開閉弁３０を閉状態とすることにより、アノード側電極部６を大気から遮断するようになっている。 In addition, as shown in FIG. 3, the fuel cell 1 according to the present embodiment includes an opening / closing valve 30 that opens or closes the discharge pipe 12 in the discharge pipe 12. When the fuel cell 1 is in operation, the on-off valve 30 is opened to discharge carbon dioxide generated by the anode reaction. On the contrary, when the operation is stopped, the anode-side electrode unit 6 is blocked from the atmosphere by closing the on-off valve 30.

次に、このように構成された本実施例における燃料電池１の作用について説明する。
まず、燃料電池１を運転する前に、開閉弁３０を開状態にする。そしてアノード側電極部６に、燃料タンク２９から燃料供給溝１１を介して燃料ガスを供給するとともに、空気ブロアを駆動してカソード側電極部７に空気供給溝１４を介して空気を供給する。すると、アノード側触媒層８において、燃料ガスであるジメチルエーテルが水と反応することにより、二酸化炭素とイオン化された水素（水素イオン）と電子とが生成される（ＣＨ₃ＯＣＨ＋３Ｈ₂Ｏ → ２ＣＯ₂＋１２Ｈ⁺＋１２ｅ^-）。これをアノード反応という。 Next, the operation of the fuel cell 1 in this embodiment configured as described above will be described.
First, before the fuel cell 1 is operated, the on-off valve 30 is opened. The fuel gas is supplied from the fuel tank 29 to the anode side electrode portion 6 through the fuel supply groove 11, and the air blower is driven to supply air to the cathode side electrode portion 7 through the air supply groove 14. Then, in the anode side catalyst layer 8, dimethyl ether, which is a fuel gas, reacts with water to generate carbon dioxide, ionized hydrogen (hydrogen ions), and electrons (CH ₃ OCH + 3H ₂ O → 2CO ₂ + 12H). ⁺ + 12e ⁻ ). This is called an anodic reaction.

これら生成物質のうち、電子は、外部回路を通ってカソード側触媒層９に電流として流れる。水素イオンは、電解質膜５を通ってカソード側触媒層９に移動する。また、二酸化炭素は排出管路１２を通って排出される。
そして、空気ブロアから空気供給溝１４を介して供給された空気中の酸素が拡散層１０の取り込み面１０ａから取り込まれ、カソード側触媒層９の全体に酸素が送られる。そして、カソード側触媒層９において、これら酸素と水素イオンと電子とが反応して水が生成される（３Ｏ₂＋１２Ｈ⁺＋１２ｅ^-→６Ｈ₂Ｏ）。これをカソード反応という。この水は、後述するようにアノード側電極部６に向けて環流されることにより、燃料ガスの反応に使用されるとともに、アノード側触媒層８、カソード側触媒層９および電解質膜５を保湿する。
このようにして、外部回路に流れた電子により生じた電流が直流電流として利用される。 Among these generated substances, electrons flow as an electric current through the external circuit to the cathode side catalyst layer 9. Hydrogen ions move to the cathode catalyst layer 9 through the electrolyte membrane 5. Carbon dioxide is discharged through the discharge pipe 12.
Then, oxygen in the air supplied from the air blower through the air supply groove 14 is taken in from the take-in surface 10 a of the diffusion layer 10, and oxygen is sent to the entire cathode side catalyst layer 9. In the cathode side catalyst layer 9, these oxygen, hydrogen ions, and electrons react to generate water (3O ₂ + 12H ⁺ + 12e ⁻ → 6H ₂ O). This is called a cathodic reaction. As will be described later, this water is circulated toward the anode-side electrode portion 6 to be used for the reaction of the fuel gas and to keep the anode-side catalyst layer 8, the cathode-side catalyst layer 9, and the electrolyte membrane 5 moisturized. .
In this way, the current generated by the electrons flowing in the external circuit is used as a direct current.

ここで、従来はアノード側電極部６に水を供給するための装置を別個に設ける必要があったが、本実施例における燃料電池１においては、以下のような作用により、水供給装置が不要となる。
運転時においては、カソード側触媒層９において水が生成されるため、カソード側触媒層９の水圧がアノード側触媒層８に対して高くなる。すると、電解質膜５の毛細管現象により、カソード側触媒層９からアノード側触媒層８に向けて電解質膜５を介して水が移動する。このとき、セパレータ４の水貯蔵層２４に所定の量の水が貯蔵されていない場合は、水貯蔵層２４に水が送られて貯蔵される。この水貯蔵層２４に所定の量の水が貯蔵され、かつアノード側触媒層８とカソード側触媒層９との間の圧力差が無くなって水圧バランスが平衡状態になると、水の移動が止まる。そして、水貯蔵層２４に貯蔵された水が、アノード側触媒層８に供給される。
そして、運転が停止されると、開閉弁３０を閉じることにより、アノード側触媒層８が大気から遮断された状態になる。そのため、アノード側触媒層８から水分が蒸発するのが防止される。 Here, conventionally, it has been necessary to separately provide a device for supplying water to the anode-side electrode portion 6, but in the fuel cell 1 in the present embodiment, a water supply device is unnecessary due to the following actions. It becomes.
During operation, since water is generated in the cathode side catalyst layer 9, the water pressure of the cathode side catalyst layer 9 is higher than that of the anode side catalyst layer 8. Then, due to the capillary phenomenon of the electrolyte membrane 5, water moves from the cathode side catalyst layer 9 toward the anode side catalyst layer 8 through the electrolyte membrane 5. At this time, if a predetermined amount of water is not stored in the water storage layer 24 of the separator 4, the water is sent to the water storage layer 24 and stored. When a predetermined amount of water is stored in the water storage layer 24 and the pressure difference between the anode side catalyst layer 8 and the cathode side catalyst layer 9 is eliminated and the water pressure balance is in an equilibrium state, the movement of water stops. Then, the water stored in the water storage layer 24 is supplied to the anode side catalyst layer 8.
When the operation is stopped, the anode-side catalyst layer 8 is cut off from the atmosphere by closing the on-off valve 30. Therefore, it is possible to prevent moisture from evaporating from the anode side catalyst layer 8.

以上より、本実施例における燃料電池１においては、カソード側触媒層９において生成された水を、アノード側触媒層８の反応水として利用することができるだけでなく、環流された水が水貯蔵層２４に一旦貯蔵され、この水貯蔵層２４からアノード側触媒層８に水を供給することができる。そのため、アノード側触媒層８に必要な量の水を均一に供給することができるため、水の利用効率を向上させることができる。
また、カソード側触媒層９から環流される水や、水貯蔵層２４から供給される水によってアノード側電極部６、カソード側電極部７および電解質膜５の湿潤状態を維持することができる。そのため、外部から水を供給するための装置を設けることなく、常に良好な発電性能を得ることができる。
また、水を供給するための装置が不要となることから、燃料電池１全体の小型化を容易に図ることができる。
また、セパレータ４に水貯蔵層２４が設けられているため、水貯蔵のための部品を別個に設ける必要がなく、構成を簡易にすることができる。 As described above, in the fuel cell 1 according to the present embodiment, not only the water generated in the cathode side catalyst layer 9 can be used as the reaction water of the anode side catalyst layer 8, but also the circulated water is used as the water storage layer. 24, the water can be supplied to the anode catalyst layer 8 from the water storage layer 24. Therefore, since the required amount of water can be uniformly supplied to the anode side catalyst layer 8, the water use efficiency can be improved.
Further, the wet state of the anode side electrode part 6, the cathode side electrode part 7 and the electrolyte membrane 5 can be maintained by the water recirculated from the cathode side catalyst layer 9 or the water supplied from the water storage layer 24. Therefore, it is possible to always obtain good power generation performance without providing a device for supplying water from the outside.
In addition, since no device for supplying water is required, the entire fuel cell 1 can be easily downsized.
Moreover, since the water storage layer 24 is provided in the separator 4, it is not necessary to provide the components for water storage separately, and a structure can be simplified.

さらに、電解質膜５の毛細管現象を利用して、アノード側電極部６とカソード側電極部７との間の水の移動を調整しているため、水量の検出や制御などの装置を不要とし、自然現象を利用した簡易な構成によって、湿潤状態を確実に維持することができる。
さらに、開閉弁３０を設けることにより、運転停止時において、アノード側電極部６とセパレータ４の孔２５から水分が発散するのを防止することができるため、アノード側触媒層８や電解質膜５などの乾燥を防止することができる。
また、燃料ガスとしてジメチルエーテルを使用していることから、メタノールと比較して、取り扱いを容易にすることができ、さらに、燃料ガスの利用効率を向上させることができる。 Furthermore, since the movement of water between the anode-side electrode portion 6 and the cathode-side electrode portion 7 is adjusted using the capillary phenomenon of the electrolyte membrane 5, an apparatus for detecting or controlling the amount of water is not necessary, With a simple configuration utilizing a natural phenomenon, a wet state can be reliably maintained.
Furthermore, since the on-off valve 30 is provided, it is possible to prevent moisture from being emitted from the anode-side electrode portion 6 and the hole 25 of the separator 4 when the operation is stopped, so that the anode-side catalyst layer 8, the electrolyte membrane 5, etc. Can be prevented from drying.
In addition, since dimethyl ether is used as the fuel gas, it can be handled more easily than methanol, and the utilization efficiency of the fuel gas can be improved.

（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図５は、本発明の第２の実施例を示したものである。
図５において、図１から図４に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施例と上記第１の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。 (Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
In FIG. 5, the same components as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
This embodiment and the first embodiment have the same basic configuration, and differ in the following points.

本実施例における燃料電池１は、上記第１の実施例における単位セル２のセパレータ４同士を連接するとともに、拡散層１０の取り込み面１０ａを大気に開放した構成とするものである。すなわち、この燃料電池１は、空気ブロアなどによりカソード側触媒層９に酸素を供給することなく、大気中から必要な酸素を取り込むようにした自己吸気式のものである。そのため、取り込み面１０ａから大気中の酸素が取り込まれ、この取り込まれた酸素をカソード側触媒層９に供給することによりカソード側触媒層９においてカソード反応が行なわれる。 The fuel cell 1 in the present embodiment has a configuration in which the separators 4 of the unit cells 2 in the first embodiment are connected to each other and the intake surface 10a of the diffusion layer 10 is opened to the atmosphere. That is, the fuel cell 1 is a self-intake type that takes in necessary oxygen from the atmosphere without supplying oxygen to the cathode side catalyst layer 9 by an air blower or the like. Therefore, oxygen in the atmosphere is taken in from the taking-in surface 10 a, and the cathode reaction is performed in the cathode-side catalyst layer 9 by supplying this taken-in oxygen to the cathode-side catalyst layer 9.

ここで、燃料電池１の運転時には、上記と同様の作用により、カソード側触媒層９において生成された水が環流される。しかし、運転を停止すると、カソード側触媒層９において水が生成されなくなり、さらに取り込み面１０ａが大気に開放されていることから、カソード側電極部７の水分が蒸発してしまい、アノード側電極部６、カソード側電極部７および電解質膜５が乾燥してしまうおそれがある。しかし、本実施例における燃料電池１においては、以下のようにして、湿潤状態が維持される。 Here, during the operation of the fuel cell 1, the water generated in the cathode side catalyst layer 9 is circulated by the same action as described above. However, when the operation is stopped, water is not generated in the cathode side catalyst layer 9, and the intake surface 10a is open to the atmosphere, so that moisture in the cathode side electrode part 7 evaporates, and the anode side electrode part. 6, The cathode side electrode part 7 and the electrolyte membrane 5 may be dried. However, in the fuel cell 1 in the present embodiment, the wet state is maintained as follows.

すなわち、運転を停止すると、カソード側触媒層９において水が生成されなくなるため、例えばカソード側触媒層９において蒸発などにより水分が減少すると、水圧バランスが崩れ、アノード側触媒層８の水圧がカソード側触媒層９に対して高くなる。すると、アノード側触媒層８からカソード側触媒層９に向けて電解質膜５を介して水が移動するとともに、水貯蔵層２４に貯蔵された水がアノード側触媒層８に供給される。そして、上記と同様に、アノード側触媒層８とカソード側触媒層９との間の水圧バランスが平衡状態になると、水の移動が止まる。
そのため、アノード側触媒層８や電解質膜５が保湿される。 That is, when the operation is stopped, water is not generated in the cathode side catalyst layer 9. For example, when water is reduced by evaporation or the like in the cathode side catalyst layer 9, the water pressure balance is lost, and the water pressure in the anode side catalyst layer 8 is changed to the cathode side. It becomes higher than the catalyst layer 9. Then, water moves from the anode side catalyst layer 8 toward the cathode side catalyst layer 9 via the electrolyte membrane 5, and water stored in the water storage layer 24 is supplied to the anode side catalyst layer 8. Similarly to the above, when the water pressure balance between the anode side catalyst layer 8 and the cathode side catalyst layer 9 becomes an equilibrium state, the movement of water stops.
Therefore, the anode side catalyst layer 8 and the electrolyte membrane 5 are moisturized.

以上より、上記と同様の効果を奏することができるだけでなく、カソード反応に必要な空気を供給するための装置が不要になるため、燃料電池１全体の構成をさらに簡易にし、小型化を容易にすることができる。
また、カソード側電極部７を大気に開放するため、運転停止時に水分が蒸発してしまうが、水貯蔵層２４により水が供給されるため、アノード側触媒層８や電解質膜５の乾燥が防止され、良好な電池性能を維持することができる。
なお、本実施例においては、単位セル２を２つ重ねた構成としているが、単位セル２を単独で構成するようにしてもよい。 From the above, not only can the same effect as described above be achieved, but also an apparatus for supplying air necessary for the cathode reaction is not required, thereby further simplifying the configuration of the entire fuel cell 1 and facilitating miniaturization. can do.
Further, since the cathode side electrode portion 7 is opened to the atmosphere, the water is evaporated when the operation is stopped. However, since the water is supplied by the water storage layer 24, the anode side catalyst layer 8 and the electrolyte membrane 5 are prevented from being dried. And good battery performance can be maintained.
In the present embodiment, two unit cells 2 are stacked, but the unit cell 2 may be configured independently.

（実施例３）
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
図６および図７は、本発明の第３の実施例を示したものである。
この実施例と上記第２の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。
すなわち、本実施例における燃料電池１は、拡散層１０の取り込み面１０ａを覆うシャッター１５を備えている。シャッター１５は、ガス透過性の低い材料からなるシャッター幕１７を備えている。その材料には、例えばポリエチレン、ポリエステル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、PVA、ポリアクリルニトリル、ポリスチレン、ナイロン、ビニロン、サランなどのプラスチックフィルムや、アルミニウムなどの金属箔、あるいはプラスチックフイルムと金属フイルムとの貼り合わせ材料などが用いられる。シャッター幕１７の外面には、シャッター幕１７を開閉操作するためのレバー１８が取り付けられており、そのシャッター幕１７の開閉方向に直交する方向の両端部には、その開閉動作を案内するためのガイド部２０が設けられている。 (Example 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
6 and 7 show a third embodiment of the present invention.
This embodiment and the second embodiment have the same basic configuration and are different in the following points.
That is, the fuel cell 1 in this embodiment includes a shutter 15 that covers the intake surface 10 a of the diffusion layer 10. The shutter 15 includes a shutter curtain 17 made of a material having low gas permeability. The materials include, for example, polyethylene, polyester, ethylene / vinyl acetate copolymer, PVA, polyacrylonitrile, polystyrene, nylon, vinylon, saran, etc., metal foil such as aluminum, or plastic film and metal film. These bonding materials are used. A lever 18 for opening and closing the shutter curtain 17 is attached to the outer surface of the shutter curtain 17, and both ends in a direction perpendicular to the opening and closing direction of the shutter curtain 17 are used to guide the opening and closing operation. A guide part 20 is provided.

また、単位セル２の一端部１９には、シャッター幕１７を巻き取って収容するバネ式の巻き取り部１６が設けられており、不図示のバネによりシャッター幕１７は巻き取り部１６によって巻き取られる方向に常に付勢された状態になっている。そのため、シャッター幕１７は自由状態においては、常に巻き取り部１６内に巻き取られて収容されるようになっている。さらに、単位セル２の他端部２２には留め金２１が設けられており、シャッター幕１７を巻き取り部１６から引き出した状態で、留め金２１をレバー１８に掛けることにより、シャッター幕１７が引き出されたままロックされるようになっている。 Further, a spring-type winding unit 16 that winds and houses the shutter curtain 17 is provided at one end 19 of the unit cell 2, and the shutter curtain 17 is wound up by the winding unit 16 by a spring (not shown). It is always energized in the direction that is being pushed. Therefore, the shutter curtain 17 is always wound and accommodated in the winding portion 16 in the free state. Further, a clasp 21 is provided at the other end portion 22 of the unit cell 2. When the shutter curtain 17 is pulled out from the winding unit 16 and the clasp 21 is hooked on the lever 18, the shutter curtain 17 is provided. It is locked while being pulled out.

このような構成のもと、運転時にはシャッター１５を開けて、取り込み面１０ａを大気に開放する。これにより、取り込み面１０ａから大気中の酸素が取り込まれる。一方、運転を停止したときは、レバー１８を操作して、巻き取り部１６からシャッター幕１７を引き出す。そして、レバー１８を単位セル２の他端部２２まで移動させ、このレバー１８に留め金２１を掛ける。これにより、シャッター幕１７が拡散層１０を覆った状態でロックされる。つまり、拡散層１０の取り込み面１０ａがシャッター１５により、大気から遮断された状態になる。 Under such a configuration, during operation, the shutter 15 is opened to open the intake surface 10a to the atmosphere. Thereby, oxygen in the atmosphere is taken in from the taking-in surface 10a. On the other hand, when the operation is stopped, the lever 18 is operated to pull out the shutter curtain 17 from the winding unit 16. Then, the lever 18 is moved to the other end 22 of the unit cell 2, and the clasp 21 is hung on the lever 18. Thereby, the shutter curtain 17 is locked in a state of covering the diffusion layer 10. That is, the capturing surface 10 a of the diffusion layer 10 is blocked from the atmosphere by the shutter 15.

以上より、上記第２の実施例と同様の効果を奏することができるだけでなく、運転停止時において、アノード側電極部６や電解質膜５から水分が蒸発し大気に発散するのが防止される。そのため、アノード側電極部６や電解質膜５の乾燥を効果的に防止することができる。 From the above, not only the same effects as in the second embodiment can be obtained, but also water can be prevented from evaporating from the anode side electrode portion 6 and the electrolyte membrane 5 and being diffused to the atmosphere when the operation is stopped. Therefore, drying of the anode side electrode part 6 and the electrolyte membrane 5 can be effectively prevented.

（実施例４）
次に、本発明の第４の実施例について説明する。
図８から図１０は、本発明の第４の実施例を示したものである。
この実施例と上記第３の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。
すなわち、本実施例においては、単位セル２の他端部２２にも他の巻き取り部３１が設けられており、シャッター幕１７の開閉方向の両端が両巻き取り部１６，３１にそれぞれ連結されて構成されている。そして、巻き取り部１６には、図９に示すように、開放モータ３２が設けられており、他の巻き取り部３１には遮断モータ３３が設けられている。そして、両モータ３２，３３のいずれか一方を選択的に駆動することにより、シャッター幕１７がいずれかの巻き取り部１６，３１に巻き取られるようになっている。また、シャッター幕１７には、図１０に示すように、拡散層１０の取り込み面１０ａを開放するための開口部３４が形成されている。 Example 4
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
8 to 10 show a fourth embodiment of the present invention.
This embodiment and the third embodiment have the same basic configuration and are different in the following points.
In other words, in this embodiment, another winding portion 31 is provided at the other end portion 22 of the unit cell 2, and both ends in the opening / closing direction of the shutter curtain 17 are connected to both winding portions 16 and 31, respectively. Configured. As shown in FIG. 9, the winding unit 16 is provided with an opening motor 32, and the other winding unit 31 is provided with a blocking motor 33. The shutter curtain 17 is wound around one of the winding sections 16 and 31 by selectively driving one of the motors 32 and 33. Further, as shown in FIG. 10, the shutter curtain 17 is formed with an opening 34 for opening the intake surface 10 a of the diffusion layer 10.

このような構成のもと、燃料電池１の運転時には開放モータ３２を駆動して、巻き取り部１６にシャッター幕１７を巻き取らせる。すると、シャッター幕１７の開口部３４が他の巻き取り部３１から現れ、その開口部３４が取り込み面１０ａに一致する位置に配される。これにより、取り込み面１０ａが露出し大気に開放される。一方、運転停止時には遮断モータ３３を駆動する。すると、図９に示すように、シャッター幕１７が他の巻き取り部３１に巻き取られ、開口部３４も他の巻き取り部３１内に配される。そのため、取り込み面１０ａはシャッター幕１７により覆われて、大気から遮断される。 Under such a configuration, when the fuel cell 1 is operated, the opening motor 32 is driven to wind the shutter curtain 17 on the winding unit 16. Then, the opening 34 of the shutter curtain 17 appears from the other winding part 31, and the opening 34 is arranged at a position that coincides with the take-in surface 10a. As a result, the intake surface 10a is exposed and released to the atmosphere. On the other hand, when the operation is stopped, the cutoff motor 33 is driven. Then, as shown in FIG. 9, the shutter curtain 17 is wound around the other winding part 31, and the opening 34 is also arranged in the other winding part 31. Therefore, the capturing surface 10a is covered with the shutter curtain 17 and is cut off from the atmosphere.

以上より、上記第３の実施例と同様の効果を奏することができるだけでなく、開放モータ３２および遮断モータ３３の駆動により、シャッター幕１７の開閉動作を容易に行うことができる。 From the above, not only the same effects as in the third embodiment can be obtained, but also the opening and closing operation of the shutter curtain 17 can be easily performed by driving the opening motor 32 and the cutoff motor 33.

（実施例５）
次に、本発明の第５の実施例について説明する。
図１１から図１３は、本発明の第５の実施例を示したものである。
本実施例においては、シャッター１５が引き戸式として構成されるものである。すなわち、拡散層１０の取り込み面１０ａを大気から遮断するための遮蔽板３７を備えており、この遮蔽板３７の開閉方向に直交する方向の両端がガイド部２０に形成された上溝３８および下溝３９に嵌合された状態になっている。 (Example 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
11 to 13 show a fifth embodiment of the present invention.
In this embodiment, the shutter 15 is configured as a sliding door type. That is, a shielding plate 37 for shielding the intake surface 10a of the diffusion layer 10 from the atmosphere is provided, and an upper groove 38 and a lower groove 39 formed in the guide portion 20 at both ends in a direction orthogonal to the opening / closing direction of the shielding plate 37. It is in the state fitted in.

このような構成のもと、燃料電池１の運転時には遮蔽板３７をガイド部２０に沿ってスライドさせ、巻き取り面１０ａを露出させる。これにより巻き取り面１０ａが大気に開放される。一方、運転停止時には巻き取り面１０ａが覆われる位置まで、遮蔽板３７をガイド部２０に沿ってスライドさせる。これにより、取り込み面１０ａが大気から遮断される。
以上より、上記第４の実施例と同様の効果を奏することができる。 Under such a configuration, during operation of the fuel cell 1, the shielding plate 37 is slid along the guide portion 20 to expose the winding surface 10a. As a result, the winding surface 10a is opened to the atmosphere. On the other hand, when the operation is stopped, the shielding plate 37 is slid along the guide portion 20 to a position where the winding surface 10a is covered. Thereby, the intake surface 10a is shielded from the atmosphere.
As described above, the same effects as in the fourth embodiment can be obtained.

（実施例６）
次に、本発明の第６の実施例について説明する。
図１４は、本発明の第６の実施例を示したものである。
本実施例においては、シャッター１５がカーテン式として構成されるものである。すなわち、拡散層１０の取り込み面１０ａを大気から遮断するためのカーテン幕４１を備えており、ガイド部２０に設けられた上レール４２に、不図示の取り付け具を介して、カーテン幕４１が吊り下げられた状態になっている。 (Example 6)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 14 shows a sixth embodiment of the present invention.
In this embodiment, the shutter 15 is configured as a curtain type. In other words, the curtain curtain 41 is provided for blocking the intake surface 10a of the diffusion layer 10 from the atmosphere, and the curtain curtain 41 is suspended from the upper rail 42 provided on the guide portion 20 via a fixture (not shown). It is in a lowered state.

このような構成のもと、燃料電池１の運転時にはカーテン幕４１をスライドさせ、巻き取り面１０ａを露出させる。これにより巻き取り面１０ａが大気に開放される。一方、運転停止時には巻き取り面１０ａが覆われる位置まで、カーテン幕４１をスライドさせる。これにより、取り込み面１０ａは大気から遮断される。
以上より、上記第５の実施例と同様の効果を奏することができる。 Under such a configuration, when the fuel cell 1 is operated, the curtain curtain 41 is slid to expose the winding surface 10a. As a result, the winding surface 10a is opened to the atmosphere. On the other hand, when the operation is stopped, the curtain curtain 41 is slid to a position where the winding surface 10a is covered. Thereby, the intake surface 10a is shielded from the atmosphere.
As described above, the same effects as in the fifth embodiment can be obtained.

なお、上記第１の実施例においては、環流手段として電解質膜５の毛細管現象を利用したが、これに限ることはなく、カソード側触媒層９に環流路を設け、この環流路を介して水貯蔵層２４に環流させるようにしてもよい。このとき、環流路により環流した水を水貯蔵層２４に直接環流させてもよいし、また燃料と混ぜてからこれら燃料と水とをともに送り込むようにしてもよい。
なお、上記第３から第６の実施例においては、カソード側電極部７にシャッター１５を設けるとしたが、これは設置しなくてもよい。ただし、シャッター１５を設けたほうが乾燥防止の点で、効果的であるのは上述した通りである。
また、排出管路１２に開閉弁３０を設けるとしたが、これは設置しなくてもよい。ただし、開閉弁３０を設けたほうが乾燥防止の点で効果的であるのは言うまでもない。
さらに、燃料ガスをジメチルエーテルとしたが、これに限ることはなく、水素やメタノールなどであってもよい。但し、ジメチルエーテルとした方がメタノールに対してメリットがあるのは上述した通りである。
なお、本発明の技術範囲は上記の第１から第６の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。 In the first embodiment, the capillary action of the electrolyte membrane 5 is used as the reflux means. However, the present invention is not limited to this, and the cathode-side catalyst layer 9 is provided with an annular flow path. The storage layer 24 may be refluxed. At this time, the water recirculated by the recirculation channel may be directly recirculated to the water storage layer 24, or the fuel and water may be fed together after mixing with the fuel.
In the third to sixth embodiments, the shutter 15 is provided on the cathode side electrode portion 7, but this may not be provided. However, as described above, the provision of the shutter 15 is more effective in preventing drying.
Further, although the on-off valve 30 is provided in the discharge pipe 12, it may not be installed. However, it goes without saying that the on / off valve 30 is more effective in preventing drying.
Further, although the fuel gas is dimethyl ether, it is not limited to this and may be hydrogen, methanol or the like. However, as described above, dimethyl ether has advantages over methanol.
The technical scope of the present invention is not limited to the first to sixth embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明に係る燃料電池の第１の実施例を示す分解斜視図である。1 is an exploded perspective view showing a first embodiment of a fuel cell according to the present invention. 図１の単位セルの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the unit cell of FIG. 図１の単位セルに燃料タンクが連結された様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the fuel tank was connected with the unit cell of FIG. 同実施例における単位セルの変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the unit cell in the Example. 本発明に係る燃料電池の第２の実施例の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the 2nd Example of the fuel cell which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池の第３の実施例の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the 3rd Example of the fuel cell which concerns on this invention. 図６のシャッターを示す正面図である。It is a front view which shows the shutter of FIG. 本発明に係る燃料電池の第４の実施例の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the 4th Example of the fuel cell which concerns on this invention. 図８のシャッターを示す図であって、カソード側電極部を大気から遮断した様子を示す正面図である。It is a figure which shows the shutter of FIG. 8, Comprising: It is a front view which shows a mode that the cathode side electrode part was interrupted | blocked from air | atmosphere. 図８のシャッターを示す図であって、カソード側電極部を大気に開放した様子を示す正面図である。It is a figure which shows the shutter of FIG. 8, Comprising: It is a front view which shows a mode that the cathode side electrode part was open | released to air | atmosphere. 本発明に係る燃料電池の第５の実施例の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the 5th Example of the fuel cell which concerns on this invention. 図１１のシャッターを示す図であって、カソード側電極部を大気から遮断した様子を示す正面図である。It is a figure which shows the shutter of FIG. 11, Comprising: It is a front view which shows a mode that the cathode side electrode part was interrupted | blocked from air | atmosphere. 図１１の単位セルを側面から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the unit cell of FIG. 11 from the side surface. 本発明に係る燃料電池の第６の実施例の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the 6th Example of the fuel cell which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１燃料電池
２単位セル（セル）
４セパレータ
５電解質膜（環流手段）
６アノード側電極部
７カソード側電極部
１１燃料供給溝
１２排出管路（排出路）
１５シャッター
２４水貯蔵層（水貯蔵部）
２５孔（水貯蔵部）
３０開閉弁
1 Fuel cell 2 Unit cell (cell)
4 Separator 5 Electrolyte membrane (circulation means)
6 Anode side electrode part 7 Cathode side electrode part 11 Fuel supply groove 12 Discharge pipe (discharge path)
15 Shutter 24 Water storage layer (Water storage part)
25 holes (water storage)
30 On-off valve

Claims

互いに対向して配置されたアノード側電極およびカソード側電極を有するセルと、前記アノード側電極に燃料を供給するための燃料供給溝を有するセパレータとを備える燃料電池において、
前記カソード側電極において生成された水を前記アノード側電極に向けて環流する環流手段を備え、
この環流手段により環流された水を貯蔵し、この貯蔵した水を前記アノード側電極に供給する水貯蔵部が設けられていることを特徴とする燃料電池。 In a fuel cell comprising a cell having an anode side electrode and a cathode side electrode arranged to face each other, and a separator having a fuel supply groove for supplying fuel to the anode side electrode,
A circulation means for circulating water generated in the cathode side electrode toward the anode side electrode;
A fuel cell comprising a water storage unit for storing water recirculated by the recirculation means and supplying the stored water to the anode side electrode.

前記セパレータが複数の孔を有する多孔材質からなり、前記水貯蔵部が前記孔により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the separator is made of a porous material having a plurality of holes, and the water storage portion is constituted by the holes.

前記環流手段が、前記カソード側電極と前記アノード側電極との間に設けられた電解質膜を備え、
この電解質膜が、前記カソード側電極および前記アノード側電極の水圧が等しくなるように、前記カソード側電極と前記アノード側電極との間において毛細管現象を利用して水を移動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。 The reflux means includes an electrolyte membrane provided between the cathode side electrode and the anode side electrode,
The electrolyte membrane moves water using capillary action between the cathode side electrode and the anode side electrode so that the water pressures of the cathode side electrode and the anode side electrode are equal. The fuel cell according to claim 1 or 2.

前記カソード側電極を大気に開放することにより、カソード反応において必要な酸素を大気中から取り込むことができるように構成されており、
前記カソード側電極を大気に開放または遮断するためのシャッターを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の燃料電池。 By opening the cathode side electrode to the atmosphere, it is configured to be able to take in oxygen necessary for the cathode reaction from the atmosphere,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, further comprising a shutter for opening or blocking the cathode side electrode to the atmosphere.

前記シャッターが、引き戸式またはカーテン式であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 4, wherein the shutter is of a sliding door type or a curtain type.

前記アノード側電極において生成されたガスを排出する排出路と、この排出路に設けられた開閉弁とを備えることを特徴とする請求項１から請求項５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 5, further comprising: a discharge path for discharging the gas generated in the anode side electrode; and an on-off valve provided in the discharge path. .

前記燃料が、ジメチルエーテルであることを特徴とする請求項１から請求項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 the fuel is dimethyl ether.