專利名稱：高分子電解質(zhì)型燃料電池及具備它的燃料電池堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子電解質(zhì)型燃料電池及具備它的燃料電池堆的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，作為清潔的能源人們關(guān)注燃料電池。作為燃料電池，例 如有高分子電解質(zhì)型燃料電池。高分子電解質(zhì)型燃料電池(下面，稱
為PEFC)具備膜-電極接合體，和以夾著該膜-電極接合體且分別與陽 極(anode)及陰極(cathode)接觸的陽極側(cè)分隔件及陰極側(cè)分隔件。 膜-電極接合體分別具備由氣體擴(kuò)散層和催化劑層構(gòu)成的陽極及陰極 (將它們稱為電極)。氣體擴(kuò)散層內(nèi)存在成為反應(yīng)氣體的流通路徑的細(xì) 孔。在陽極側(cè)分隔件的一個主面形成有燃料氣體通路。在陰極側(cè)分隔 件的一個主面形成有氧化劑氣體通路。從燃料氣體通路供向陽極的燃 料氣體(氫)被離子化(IT)，通過陽極的氣體擴(kuò)散層和催化劑層，借 助水的存在而通過高分子電解質(zhì)膜中，向陰極側(cè)移動。到達(dá)陰極側(cè)的 氫離子在陰極的催化劑層中通過下面的發(fā)電反應(yīng)，生成水。
陽極側(cè)H2—2H++2e'
陰極側(cè)(1/2) 02+2lf+2e-—H20
全反應(yīng)H2+ (1/2) 02—H20
所生成的水(生成水)以蒸汽或液體的狀態(tài)，流入陰極側(cè)分隔件 上形成的氧化劑氣體通路。另外，在陰極側(cè)生成的水的一部分向陽極 側(cè)移動(所謂的逆擴(kuò)散)。因此，隨著從氧化劑氣體通路和燃料氣體通 路的上游部轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠尾?，分別包含于氧化劑氣體和燃料氣體(將它 們稱為反應(yīng)氣體)中的水蒸氣分壓上升。由此，特別是在以高溫高加 濕(例如，將反應(yīng)氣體的露點設(shè)定為與燃料電池堆的內(nèi)的溫度相同) 的條件運(yùn)行燃料電池這樣的情況下，在氧化劑氣體通路和燃料氣體通 路的下游部的通路中充滿生成水，或在與氧化劑氣體通路和燃料氣體通路相對的氣體擴(kuò)散層的細(xì)孔內(nèi)充滿生成水，存在發(fā)生溢流液阻
(flooding)的問題。
作為抑制溢流液阻的發(fā)生的技術(shù)，例如公開有，從氧化劑氣體通 路的上游通路區(qū)域向下游通路區(qū)域，將氧化劑氣體通路的深度和寬度 的至少任一個逐漸縮小的燃料電池(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。采用這 種燃料電池時，氧化劑氣體通路的下游通路區(qū)域的氧化劑氣體的流速 變快，能夠排出氧化劑氣體通路內(nèi)充滿的生成水。
專利文獻(xiàn)l:日本特開平6-267564號公報
但是，在專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)中，在以高溫高加濕的條件運(yùn)行燃料 電池這樣的情況下，無法除去在氣體擴(kuò)散層的細(xì)孔內(nèi)充滿的生成水， 因此存在溢流液阻的抑制不充分這種問題。
另外，在專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu)中，在高溫低加濕(例如，令反應(yīng)氣 體的露點比燃料電池堆內(nèi)的溫度更低)的條件下運(yùn)行燃料電池時，因 為在反應(yīng)氣體通路的上游部不能充分地進(jìn)行上述反應(yīng)，所以不生成水， 高分子電解質(zhì)膜的與反應(yīng)氣體通路的上游部相對的部分干燥，存在膜 劣化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，提供一種在 以高溫高加濕的條件運(yùn)行高分子電解質(zhì)型燃料電池的情況下，能夠充 分地抑制溢流液阻的高分子電解質(zhì)型燃料電池及具備它的燃料電池 堆。另外，本發(fā)明的目的在于，提供一種在以高溫低加濕的條件運(yùn)行 高分子電解質(zhì)型燃料電池的情況下，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜的劣化 的高分子電解質(zhì)型燃料電池及具備它的燃料電池堆。
但是，已知，在燃料電池的運(yùn)行中，氣體擴(kuò)散電極(下面，稱為 電極)中的面對反應(yīng)氣體通路的部分的水分(液體和氣體的水)含有 量、和電極中的與形成在相鄰的反應(yīng)氣體通路間的肋(rib)部接觸的 部分的水分含有量相比較低。圖15是表示燃料電池運(yùn)行中的電極的水 分含有量的示意圖。
本發(fā)明者等為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，反復(fù)專心研究的結(jié)果 是發(fā)現(xiàn)下面的點。即發(fā)現(xiàn)，如圖15所示，存在于電極202中的與形成在相鄰的反應(yīng)氣體通路203間的肋部204接觸的部分202A內(nèi)的水，向 電極202中的面對反應(yīng)氣體通路203的部分202B側(cè)擴(kuò)散，電極202的 肋部204和反應(yīng)氣體通路203的邊界附近與電極202的部分202B的中 央部分相比，水分含有量增加。換言之，發(fā)現(xiàn)隨著遠(yuǎn)離電極202的與 肋部204接觸的部分202A，水分含有量減少。于是，本發(fā)明者等發(fā)現(xiàn) 通過采用下面記載的結(jié)構(gòu)，能夠非常有效地實現(xiàn)上述本發(fā)明的目的， 實現(xiàn)本發(fā)明。
艮P，本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池，具備膜-電極接合體， 其具有高分子電解質(zhì)膜和夾著該高分子電解質(zhì)膜的比周緣部更靠內(nèi)側(cè) 的部分的一對電極；導(dǎo)電性的第一分隔件，其為板狀，以與上述膜-電 極接合體接觸的方式設(shè)置，并且形成為在該導(dǎo)電性的第一分隔件的與 上述電極接觸的一個主面，槽狀的第一反應(yīng)氣體通路彎曲；導(dǎo)電性的 第二分隔件，其為板狀，以與上述膜-電極接合體接觸的方式設(shè)置，并 且形成為在該導(dǎo)電性的第二分隔件的與上述電極接觸的一個主面，槽 狀的第二反應(yīng)氣體通路彎曲，上述第一反應(yīng)氣體通路形成為在從上 述第一分隔件的厚度方向看時，至少在從其上游端最先與上述電極接 觸的部分和從上述第二反應(yīng)氣體通路的上游端最先與上述電極接觸的 部分之間(下面，稱為第一分隔件的最上游部)形成的通路的寬度小 于在該第一分隔件的最上游部以外形成的通路的寬度。
如上所述，電極中的面對第一反應(yīng)氣體通路的部分的水分含有量 比電極中的與肋部接觸的部分的水分含有量低，但在本發(fā)明中，第一 反應(yīng)氣體通路形成為在第一分隔件的最上游部形成的通路的寬度小 于在該最上游部以外形成的通路的寬度。因此，水分含有量少的電極 的與形成在第一分隔件的最上游部的通路面對的部分(下面，稱為電 極的最上游部分)小，特別是在以高溫低加濕的條件運(yùn)行本發(fā)明的高 分子電解質(zhì)型燃料電池的情況下，能夠抑制電極的最上游部分的干燥， 進(jìn)而能夠抑制高分子電解質(zhì)膜的與第一反應(yīng)氣體通路的最上游部面對 的部分的干燥，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜的劣化。
另一方面，第一反應(yīng)氣體通路的形成在第一分隔件的最上游部以 外的部分的通路，與在第一分隔件的最上游部形成的通路相比，通路 的寬度大，因此，電極的與第一反應(yīng)氣體通路的形成在第一分隔件的最上游部以外的部分的通路面對的部分(下面，稱為電極的下游部分) 的水分含有量變少。由此，特別是在以高溫高加濕的條件運(yùn)行本發(fā)明 的高分子電解質(zhì)型燃料電池的情況下，能夠抑制電極(準(zhǔn)確的說是構(gòu) 成電極的氣體擴(kuò)散層)的下游部分的溢流液阻。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第二反應(yīng)氣 體通路也可以形成為在從上述第二分隔件的厚度方向看時，至少在 從其上游端最先與上述電極接觸的部分和從上述第一反應(yīng)氣體的上游 端最先與上述電極接觸的部分之間(下面，稱為第二分隔件的最上游 部)形成的通路的寬度比在該第二分隔件的最上游部以外形成的通路 的寬度小。
由此，特別是在以高溫低加濕的條件運(yùn)行本發(fā)明的高分子電解質(zhì) 型燃料電池的情況下，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜的與第二反應(yīng)氣體通 路的形成在第二分隔件的最上游部的通路相對的部分的干燥，另外， 特別是在以高溫高加濕的條件運(yùn)行本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池 的情況下，能夠抑制電極下游部的溢流液阻。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第一反應(yīng)氣 體通路也可以形成為在從上述第一分隔件的厚度方向看時，至少從 其上游端最先與上述電極接觸的部分至與上述第二反應(yīng)氣體通路重疊 后最先分離的部分為止的通路(下面，稱為最上游部)的寬度比該通 路的最上游部以外的通路的寬度小。
如上所述，電極的與第一反應(yīng)氣體通路面對的部分的水分含有量 低于電極的與肋部接觸的部分的水分含有量，在本發(fā)明中，將第一反 應(yīng)氣體通路的最上游部的通路的寬度形成為小于該最上游部以外的通 路的寬度。因此，因為水分含有量少的電極的與第一反應(yīng)氣體通路的 最上游部面對的部分(以下，稱為電極的最上游部分)小，所以特別 是在以高溫低加濕的條件運(yùn)行本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的情 況下，能夠抑制電極的最上游部分的干燥，進(jìn)而能夠抑制高分子電解 質(zhì)膜的與第一反應(yīng)氣體通路的最上游部相對的部分的干燥，能夠抑制 高分子電解質(zhì)膜的劣化。
另一方面，因為在第一反應(yīng)氣體通路的最上游部以外的通路中， 與最上游部相比，通路的寬度被形成得較大，所以電極的與第一反應(yīng)氣體通路的最上游部以外的通路面對的部分(下面，稱為電極的下游 部分)的水分含有量變少。由此，特別是在以高溫高加濕的條件運(yùn)行 本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的情況下，能夠抑制電極(準(zhǔn)確的 說是構(gòu)成電極的氣體擴(kuò)散層)的下游部分的溢流液阻。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第二反應(yīng)氣 體通路也可以形成為在從上述第二分隔件的厚度方向看時，至少從 其上游端最先與上述電極接觸的部分至與上述第一反應(yīng)氣體通路重疊 后最先分離的部分為止的通路(下面，稱為最上游部)的寬度比該最 上游部以外的通路的寬度小。
由此，特別是在以高溫低加濕的條件運(yùn)行本發(fā)明的高分子電解質(zhì) 型燃料電池的情況下，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜的與第二反應(yīng)氣體通 路的最上游部相對的部分的干燥，另外，特別是在以高溫高加濕的條 件運(yùn)行本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的情況下，能夠抑制電極的 下游部的溢流液阻。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第一反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部的通路的深度也可以形成為比上述第一反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部以外的部分的通路的深度深。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第二反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部的通路的深度也可以形成為比上述第二反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部以外的部分的通路的深度深。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第一反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部的通路的截面積也可以形成為與上述第一反應(yīng) 氣體通路的上述最上游部以外的部分的通路的截面積大致一致。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第二反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部的通路的截面積也可以形成為與上述第二反應(yīng) 氣體通路的上述最上游部以外的部分的通路的截面積大致一致。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，在相鄰的上述第 一反應(yīng)氣體通路間形成的肋部中，通過上述最上游部形成的肋部的寬 度也可以形成為比其它肋部的寬度大。
當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時，在第一反應(yīng)氣體通路的最上游部以外的部分 中，因為第一分隔件的肋部和電極的接觸面積減小，所以通過發(fā)電反應(yīng)產(chǎn)生的熱難以傳遞給第一分隔件。由此，抑制向第一分隔件進(jìn)行的 散熱，第一反應(yīng)氣體通路的最上游部以外的部分的溫度變高。因此， 在第一反應(yīng)氣體通路的最上游部以外的部分雖然蓄積生成水，水蒸氣 分壓變高，但通過發(fā)電反應(yīng)產(chǎn)生的生成水難以結(jié)露，第一反應(yīng)氣體通 路的最上游部以外的部分當(dāng)然在與第一反應(yīng)氣體通路的最上游部以外 的部分面對的電極氣體擴(kuò)散層，也能夠抑制溢流液阻的發(fā)生。
另一方面，在第一反應(yīng)氣體通路的最上游部，因為參與電池反應(yīng) 的反應(yīng)氣體的量多，所以電流集中，在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中由于接觸電阻的 增大，所以會使電池電壓降低。但是，如本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃 料電池那樣，在第一反應(yīng)氣體通路的最上游部，通過增加肋部和電極 的接觸面積，使得接觸電阻減小，電池電壓的降低被降低。
另外，第一反應(yīng)氣體通路隨著從最上游部轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠?，也可以?每單位面積的肋部的面積逐漸變化(變小)。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，在相鄰的上述第 二反應(yīng)氣體通路間形成的肋部中，通過上述最上游部形成的肋部的寬 度也可以形成為比其它肋部的寬度大。
當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時，在第二反應(yīng)氣體通路的最上游部以外的部分， 因為第二分隔件的肋部和電極的接觸面積減小，所以通過發(fā)電反應(yīng)產(chǎn) 生的熱難以傳遞給第一分隔件。由此，抑制向第二分隔件進(jìn)行的散熱， 第二反應(yīng)氣體通路的最上游部以外的部分的溫度增高。因此，在第二 反應(yīng)氣體通路的最上游部以外的部分雖然蓄積生成水，水蒸氣分壓變 高，但通過發(fā)電反應(yīng)生成的生成水難以結(jié)露，第二反應(yīng)氣體通路的最 上游部以外的部分當(dāng)然在與第二反應(yīng)氣體通路的最上游部以外的部分 面對的電極的氣體擴(kuò)散層，也能夠抑制溢流液阻的產(chǎn)生。
另一方面，在第二反應(yīng)氣體通路的最上游部，因為參與電池反應(yīng) 的反應(yīng)氣體的量多，所以電流集中，在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中由于接觸電阻的 增大，可能會使電池電壓降低。但是，如本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃 料電池那樣，在第二反應(yīng)氣體通路的最上游部，通過增加肋部和電極 的接觸面積，使得接觸電阻減小，能夠抑制電池電壓的降低。
另外，第二反應(yīng)氣體通路隨著從最上游部轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠?，也可以?每單位面積的肋部的面積逐漸變化(變小)。另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，在上述第一分隔 件的另一主面和/或上述第二分隔件的另一主面形成有槽狀的冷卻流 體通路，在上述第一反應(yīng)氣體通路中流通的第一反應(yīng)氣體和在上述第 二反應(yīng)氣體通路中流通的第二反應(yīng)氣體的露點也可以低于在上述冷卻 流體通路中流通的冷卻流體的溫度。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，在上述第一分隔 件和上述第二分隔件分別以相互相對的方式設(shè)置有在厚度方向貫通的 第一反應(yīng)氣體供給歧管孔和第二反應(yīng)氣體供給歧管孔。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第一反應(yīng)氣 體通路和上述第二反應(yīng)氣體通路也可以按照成為平行流的方式形成。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第一反應(yīng)氣 體通路和/或上述第二反應(yīng)氣體通路也可以形成為蛇形。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第一反應(yīng)氣 體通路和/或上述第二反應(yīng)氣體通路也可以形成為渦形。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第一反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部的整個部分的通路的寬度也可以形成為小于該 第一反應(yīng)氣體通路的除上述最上游部以外的部分(下面，稱為剩余部) 的整個部分的通路的寬度。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第一反應(yīng)氣 體通路的上述剩余部的整個部分的通路的寬度也可以形成為一定。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第一反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部的整個部分的通路的寬度也可以形成為一定。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第二反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部的整個部分的通路的寬度也可以形成為小于該 第二反應(yīng)氣體通路的除上述最上游部以外的部分的整個部分的通路的 寬度。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第二反應(yīng)氣 體通路的上述剩余部的整個部分的通路的寬度也可以形成為一定。
另外，在本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池中，上述第二反應(yīng)氣 體通路的上述最上游部的整個部分的通路的寬度也可以形成為一定。
另外，本發(fā)明的燃料電池堆層疊并聯(lián)接有多個上述高分子電解質(zhì)型燃料電池。
本發(fā)明的上述目的、其它目的、特征和優(yōu)點根據(jù)參照附圖進(jìn)行的 以下的適宜的實施方式的詳細(xì)說明會變得明確。 發(fā)明的效果
因為本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池和燃料電池堆采用上述的 結(jié)構(gòu)，所以在以高溫高加濕的條件運(yùn)行的情況下，不僅能夠防止反應(yīng) 氣體通路充滿生成水，也能夠防止氣體擴(kuò)散層充滿生成水，起到了充 分抑制溢流液阻的發(fā)生的效果。另外，采用本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型 燃料電池和燃料電池堆，在以高溫低加濕的條件運(yùn)行的情況下，能夠 抑制高分子電解質(zhì)膜的干燥，由此，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜的劣化。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池的結(jié)構(gòu)的局部截面圖。
圖2是表示在圖1的燃料電池中使用的陰極側(cè)分隔件的兩側(cè)的主 面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有氧化劑氣體通路的主面的平面圖，(b) 是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。
圖3是表示在圖1的燃料電池中使用的陽極側(cè)分隔件的兩側(cè)的主 面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有燃料氣體通路的主面的平面圖，(b) 是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。
圖4是表示比較方式的燃料電池結(jié)構(gòu)的局部截面圖。
圖5是表示在圖4的燃料電池中使用的陰極側(cè)分隔件的兩側(cè)的主 面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有氧化劑氣體通路的主面的平面圖，(b) 是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。
圖6是表示每個燃料電池的部位的溫度分布的圖，(a)是第一實 施方式的燃料電池的截面中的每個部位的溫度分布，(b)是比較方式 的燃料電池的截面中的每個部位的溫度分布。
圖7是表示本發(fā)明第一變形例的燃料電池的結(jié)構(gòu)的局部截面圖。
圖8是表示在圖7的燃料電池中使用的陽極側(cè)分隔件的兩側(cè)的主 面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有燃料氣體通路的主面的平面圖，(b) 是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。圖9是表示本發(fā)明的第二變形例的燃料電池的結(jié)構(gòu)的局部截面圖。 圖IO是表示本發(fā)明的第二實施方式的燃料電池的結(jié)構(gòu)的局部截面圖。
圖11是表示在圖10的燃料電池中使用的陰極側(cè)分隔件的兩側(cè)的 主面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有氧化劑氣體通路的主面的平面圖， (b)是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。
圖12是表示本發(fā)明的第三實施方式的燃料電池的結(jié)構(gòu)的局部截面圖。
圖13是表示在圖12的燃料電池中使用的陰極側(cè)分隔件的兩側(cè)的 主面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有氧化劑氣體通路的主面的平面圖， (b)是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。
圖14是表示在本發(fā)明的第四實施方式的燃料電池中使用的陰極側(cè) 分隔件的兩側(cè)的主面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有氧化劑氣體通路 的主面的平面圖，(b)是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。
圖15是表示燃料電池運(yùn)行中的電極的水分含有量的示意圖。
圖16是示意地表示本發(fā)明的第五實施方式的燃料電池堆的概略結(jié) 構(gòu)的立體圖。
圖17是示意地表示圖16所示的燃料電池堆中的燃料電池的概略 結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖18是表示圖17所示的燃料電池的陽極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的 示意圖。
圖19是表示圖17所示的燃料電池的陰極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的 示意圖。
圖20是表示圖17所示的燃料電池的陽極側(cè)分隔件和陰極側(cè)分隔 件的構(gòu)造的示意圖。
圖21是示意地表示本發(fā)明的第六實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分 隔件的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖22是示意地表示本發(fā)明的第七實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分 隔件的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖23是示意地表示本發(fā)明的第八實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分 隔件的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。圖24是示意地表示本發(fā)明的第九實施方式的燃料電池的概略結(jié)構(gòu)
的截面圖。
圖25是表示圖24所示的燃料電池的陽極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的 示意圖。
圖26是示意地表示本發(fā)明的第十實施方式的燃料電池的概略結(jié)構(gòu) 的截面圖。
圖27是示意地表示本發(fā)明的第十一實施方式的燃料電池的概略結(jié) 構(gòu)的截面圖。
圖28是表示本發(fā)明的第十二實施方式的燃料電池的陽極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖29是表示本發(fā)明的第十二實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖30是表示本發(fā)明的第十三實施方式的燃料電池的陽極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖31是表示本發(fā)明的第十三實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖32是表示本發(fā)明的第十四實施方式的燃料電池的陽極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖33是表示本發(fā)明的第十四實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖34是表示本發(fā)明的第十五實施方式的燃料電池的陽極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖35是表示本發(fā)明的第十五實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
符號說明
1高分子電解質(zhì)膜 2陽極側(cè)催化劑層 3陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層 4陽極(氣體擴(kuò)散電極) 4A部分 4B部分4C最上游部(分隔件的最上游部)
6陰極側(cè)催化劑層
7陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層
8陰極(氣體擴(kuò)散電極)
8A部分
8B部分
8C最上游部(分隔件的最上游部)
10 膜-電極接合體(電解質(zhì)層-電極接合體)
20陽極側(cè)分隔件(第二分隔件)
21燃料氣體供給歧管孔
22燃料氣體排出歧管孔
23氧化劑氣體供給歧管孔
24氧化劑氣體排出歧管孔
25冷卻流體供給歧管孔
26冷卻流體排出歧管孔
27燃料氣體通路(第二反應(yīng)氣體通路)
27A (燃料氣體通路的)上游部
27B (燃料氣體通路的)下游部
27C最上游部
27D下游部(剩余部)
27E部分
28、 38冷卻流體通路
29、 39肋部
29A (燃料氣體通路的上游部的)肋部 29B(燃料氣體通路的下游部的)肋部
30 陰極側(cè)分隔件(第一分隔件)
31 燃料氣體供給歧管孔(第二反應(yīng)氣體供給歧管孔)
32 燃料氣體排出歧管孔
33 氧化劑氣體供給歧管孔(第一反應(yīng)氣體供給歧管孔)
34 氧化劑氣體排出歧管孔
35 冷卻流體供給歧管孔36 冷卻流體排出歧管孔
37 氧化劑氣體通路(第一反應(yīng)氣體通路) 37A(氧化劑氣體通路的)上游部
37B(氧化劑氣體通路的)下游部
37C最上游部
37D下游部(剩余部)
37E部分
39A (氧化劑氣體通路的上游部的)肋部 39B (氧化劑氣體通路的下游部的)肋部 40、 41 密封墊
51 合流部
52 突起
61 燃料電池堆
62 電池層疊體
63 第一端板
64 第二端板 71 中心軸
100、 101 燃料電池
127A往復(fù)部
127B反轉(zhuǎn)部
131燃料氣體供給歧管
132燃料氣體排出歧管
133氧化劑氣體供給歧管
134氧化劑氣體排出歧管
135冷卻流體供給歧管
136冷卻流體排出歧管
137A往復(fù)部
137B反轉(zhuǎn)部
137C 水平部
137D 垂直部
202 電極202A部分 202B 部分 203反應(yīng)氣體通路 204肋部
D！ 氧化劑氣體的整體的流向 D2、 D4冷卻流體的整體的流向 D3 燃料氣體的整體的流向
具體實施例方式
下面，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。另外，在全部的附圖 中，存在對相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的符號，省略重復(fù)的說明的情 況。
(第一實施方式)
圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的高分子電解質(zhì)型燃料電池(下 面稱為燃料電池)的結(jié)構(gòu)的局部截面圖。圖2是表示在圖1的燃料電 池中使用的陰極側(cè)分隔件的兩側(cè)主面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有 氧化劑氣體通路的主面的平面圖，(b)是表示形成有冷卻流體通路的 主面的平面圖。圖3是表示在圖1的燃料電池中使用的陽極側(cè)分隔件 的兩側(cè)主面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有燃料氣體通路的主面的平 面圖，(b)是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。其中，在圖1 中省略了冷卻流體通路的圖示。下面，參照圖1 圖3，對本實施方式 的燃料電池進(jìn)行說明。
如圖1所示，本實施方式的燃料電池100具備膜-電極接合體10、 以夾著該膜-電極接合體10的方式配置的陰極側(cè)分隔件30和陽極側(cè)分 隔件20、以及密封墊40、 41。
膜-電極接合體10包括高分子電解質(zhì)膜l、在該高分子電解質(zhì)膜 1的兩側(cè)設(shè)置的陽極側(cè)催化劑層2和陰極側(cè)催化劑層6、在陽極側(cè)催化 劑層2的與高分子電解質(zhì)膜1側(cè)的主面相反的一側(cè)的主面上設(shè)置的陽 極側(cè)擴(kuò)散層3、以及在陰極側(cè)催化劑層6的與高分子電解質(zhì)膜1側(cè)的主 面相反的一側(cè)的主面上設(shè)置的陰極側(cè)擴(kuò)散層7。
高分子電解質(zhì)膜1形成為矩形的膜片。高分子電解質(zhì)膜1具有質(zhì)子(proton)傳導(dǎo)性。高分子電解質(zhì)膜l優(yōu)選具有磺酸基、羧酸基、磷 酸基、和磺酸亞胺基作為陽離子交換基。從質(zhì)子傳導(dǎo)性的觀點出發(fā)， 高分子電解質(zhì)膜1更優(yōu)選具有磺酸基，特別優(yōu)選是包含全氟碳 (perfluorocarbon)共聚物作為成為構(gòu)成材料的高分子電解質(zhì)的膜，其 中，該全氟碳共聚物包含基于由CF2=CF —(OCF2CFX)m—Op-(CF2)n 一S03H表示的全氟乙烯基化合物(m表示0 3的整數(shù)，n表示l 12 的整數(shù)，p表示O或l, X表示氟原子或三氟甲基)的重復(fù)單元和基于 由CF2= CF2表示的四氟乙烯的重復(fù)單元。
陽極側(cè)催化劑層2和陰極側(cè)催化劑層6配置為與高分子電解質(zhì)膜1 的兩側(cè)的主面相對。陽極側(cè)催化劑層2和陰極側(cè)催化劑層6也可以構(gòu) 成為包含擔(dān)持電極催化劑的導(dǎo)電性碳粒子和具有陽離子(氫離子)傳 導(dǎo)性的高分子電解質(zhì)，進(jìn)一步，也可以構(gòu)成為包含聚四氟乙烯等防水 材料。具體地說，作為高分子電解質(zhì)，能夠使用作為高分子電解質(zhì)膜1 的構(gòu)成材料所記述的材料。另外，高分子電解質(zhì)既可以使用與上述高 分子電解質(zhì)膜l的構(gòu)成材料同種的材料，也可以使用不同種類的材料。 電極催化劑由金屬粒子(例如由貴金屬構(gòu)成的金屬粒子)構(gòu)成，擔(dān)持 在導(dǎo)電性碳粒子(粉末)上而被使用。該金屬粒子不作特別地限定， 能夠使用各種金屬，但從電極反應(yīng)活性的觀點來看，優(yōu)選選自由鉑、 金、銀、釕、銠、鈀、鋨、銥、鉻、鐵、鈦、錳、鈷、鎳、鉬、鎢、 鋁、硅、鋅和錫構(gòu)成的組中的至少一種。其中，優(yōu)選鉑以及鉑的合金， 由于鉑和釕的合金在陽極中催化劑的活性穩(wěn)定，因此特別優(yōu)選。
陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層3設(shè)置在陽極側(cè)催化劑層2的距離高分子電解 質(zhì)膜1較遠(yuǎn)的主面上。陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7設(shè)置在陰極側(cè)催化劑層6 的距離高分子電解質(zhì)膜1較遠(yuǎn)的主面上。陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層3和陰極 側(cè)氣體擴(kuò)散層7由碳紡布、碳無紡布、碳紙、碳粉末片等構(gòu)成。陽極 側(cè)催化劑層2和陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層3通過相互層疊而構(gòu)成平板狀的氣 體擴(kuò)散電極(陽極)4。另外，陰極側(cè)催化劑層6和陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層 7通過相互層疊而構(gòu)成平板狀的氣體擴(kuò)散電極(陰極)8。陽極4和陰 極8配置為夾著高分子電解質(zhì)膜1相對。
下面，參照圖2，對陰極側(cè)分隔件30的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
如圖2 (a)、 (b)所示，陰極側(cè)分隔件30形成為矩形的板狀。在陰極側(cè)分隔件30的周緣部形成有氧化劑氣體供給歧管(manifold)孔 33、氧化劑氣體排出歧管孔34、燃料氣體供給歧管孔31、燃料氣體排 出歧管孔32、冷卻流體供給歧管孔35、冷卻流體排出歧管孔36。如圖 2 (a)所示，在陰極側(cè)分隔件30的一個主面形成有用于將陰極8暴露 在氧化劑氣體中的槽狀的氧化劑氣體通路37。氧化劑氣體通路37形成 為連接氧化劑氣體供給歧管孔33和氧化劑氣體排出歧管孔34。氧化劑 氣體通路37形成為蛇形(serpentine)。
在此，將被陰極側(cè)分隔件30的氧化劑氣體通路37夾著的部分定 義為肋部39。該定義在后述的比較方式、各變形例和各實施方式中也 適用。另外，在本實施方式中，氧化劑氣體通路37在該方式中，由上 游部37A和下游部37B構(gòu)成，其中，該上游部37A包含與氧化劑氣體 供給歧管孔33連接的上游端，下游部37B是比上游部37A靠下游的 部分，包含與氧化劑氣體排出歧管孔34連接的下游端。
氧化劑氣體通路37具有相互平行地延伸的多個部分。即，氧化劑 氣體通路37由構(gòu)成上述的相互平行地延伸的多個部分的在橫向直線地 延伸的長的通路(主要部)、和在縱向直線地延伸的短的通路構(gòu)成。氧 化劑氣體通路37形成為，由其上游部37A形成的肋部39A的每單位 面積的面積比由下游部37B形成的肋部39B的每單位面積的面積大。 換言之，如圖1所示，由上游部37A形成的肋部39A的寬度Wl對 氧化劑氣體通路37的寬度X,的比率W"X,比由下游部37B形成的 肋部39B的寬度W2對氧化劑氣體通路37的寬度X2的比率W2/X2 大。另外，在本實施方式中，上游部37A的氧化劑氣體通路37的寬度 X,和下游部37B的氧化劑氣體通路37的寬度X2形成為大致相同。 另外，在本實施方式中，氧化劑氣體通路37的上游部37A和下游部 37B在氧化劑氣體通路37的整個通路長的約50°/。的位置被劃分。另外， 上游部37A和下游部37B也可以在氧化劑氣體通路37的整個通路長 的30% 70%的位置被劃分。在此，上游部37A和下游部37B的劃分 的位置根據(jù)陰極側(cè)分隔件30的熱傳導(dǎo)率、氧化劑氣體的流速、燃料電 池100的動作溫度、氧化劑氣體中的加濕的程度等決定。
如圖2 (b)所示，在陰極側(cè)分隔件30的另一個主面形成有槽狀的 冷卻流體通路38。冷卻流體通路38形成為連接冷卻流體供給歧管孔35和冷卻流體排出歧管孔36。冷卻流體通路38形成為蛇形。冷卻流 體通路38由在橫向直線地延伸的長的通路(主要部)、和在縱向直線 地延伸的短的通路構(gòu)成。冷卻流體通路38和在其背面形成的氧化劑氣 體通路37以各自的主要部彼此大致平行的方式形成。即，冷卻流體通 路38的主要部以相對于在背面形成的氧化劑氣體通路37的主要部大 致平行的方式形成。
另外，如圖2 (a)、 (b)所示，氧化劑氣體通路37和冷卻流體通 路38形成為在氧化劑氣體通路37內(nèi)流動的氧化劑氣體從上游側(cè)向 下游側(cè)流動的整體的流向D,和在形成于背面的冷卻流體通路38內(nèi)流 動的冷卻流體從上游側(cè)向下游側(cè)流動的整體的流向D2大致一致。換言 之，在氧化劑氣體通路37內(nèi)流動的氧化劑氣體從上游側(cè)向下游側(cè)流動 的整體的流向Di和在形成于背面的冷卻流體通路38內(nèi)流動的冷卻流 體從上游側(cè)向下游側(cè)流動的整體的流向D2是平行流動。
以上述方式構(gòu)成的陰極側(cè)分隔件30設(shè)置為形成有該氧化劑氣體 通路37的主面與陰極8接觸。
下面，對陽極側(cè)分隔件20的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
如圖3 (a)、 (b)所示，陽極側(cè)分隔件20形成為矩形的板狀。在 陽極側(cè)分隔件20的周緣部形成有氧化劑氣體供給歧管孔23、氧化劑氣 體排出歧管孔24、燃料氣體供給歧管孔21、燃料氣體排出歧管孔22、 冷卻流體供給歧管孔25、冷卻流體排出歧管孔26。如圖3 (a)所示， 在陽極側(cè)分隔件20的一個主面形成有用于將陽極4暴露在燃料氣體中 的槽狀的燃料氣體通路27。燃料氣體通路27以連接燃料氣體供給歧管 孔21和燃料氣體排出歧管孔22的方式形成。燃料氣體通路27形成為 蛇形。
在此，將陽極側(cè)分隔件20的由燃料氣體通路27夾著的部分定義 為肋部29。該定義在后述的比較方式、各變形例及各實施方式中也適 用。
燃料氣體通路27具有相互平行的延伸的多個部分。燃料氣體通路 27由在橫向直線地延伸的長的通路(主要部)、和在縱向直線地延伸的 短的通路構(gòu)成。燃料氣體通路27形成為在橫向直線地延伸的長的通 路彼此的間隔大致相同。換言之，由燃料氣體通路27相互夾著的肋部29的寬度在燃料氣體通路27的整個區(qū)域內(nèi)大致相同。
如圖3 (b)所示，在陽極側(cè)分隔件20的另一個主面形成有槽狀的 冷卻流體通路28。冷卻流體通路28以連接冷卻流體供給歧管孔25和 冷卻流體排出歧管孔26的方式形成。冷卻流體通路28形成為蛇形。 冷卻流體通路28由在橫向直線地延伸的長的通路(主要部)和在縱向 直線地延伸的短的通路構(gòu)成。
冷卻流體通路28和在其背面形成的燃料氣體通路27以各自的主 要部彼此大致平行的方式形成。即冷卻流體通路28的主要部以相對于 在背面形成的燃料氣體通路27的主要部大致平行的方式形成。
另外，如圖3 (a)、 (b)所示，燃料氣體通路27和冷卻流體通路 28形成為在燃料氣體通路27內(nèi)流動的燃料氣體從上游側(cè)向下游側(cè)流 動的整體的流向D3和在形成于背面的冷卻流體通路28內(nèi)流動的冷卻 流體從上游側(cè)流向下游側(cè)的整體的流向D4大致一致。換言之，在燃料 氣體通路27內(nèi)流動的燃料氣體從上游側(cè)流向下游側(cè)的整體的流向D3 和在形成于背面的冷卻流體通路28內(nèi)流動的冷卻流體從上游側(cè)流向下 游側(cè)的整體的流向D4是平行流。
以上述方式構(gòu)成的陽極側(cè)分隔件20設(shè)置為形成有該燃料氣體通路 27的主面與陽極4接觸。
密封墊40、 41形成為矩形的環(huán)狀。密封墊40以位于膜-電極接合 體10的四周，且位于陽極側(cè)分隔件20和膜-電極接合體10的高分子 電解質(zhì)膜1之間的方式配置。密封墊41以位于膜-電極接合體10的四 周，且位于陰極側(cè)分隔件30和膜-電極接合體10的高分子電解質(zhì)膜1 之間的方式配置。密封墊40、 41由氟橡膠、硅橡膠、天然橡膠、乙丙 (ethylene- propylene)橡膠(EPDM)、 丁基橡膠、氯化丁基橡膠、溴 化丁基橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯一醋酸乙烯橡 膠、丙烯橡膠、聚異丙烯聚合物、全氟碳、熱塑性合成橡膠(聚苯乙 烯類合成橡膠、聚烯烴類合成橡膠、聚酯類合成橡膠、聚酰胺類合成 橡膠等)、使用乳膠(異戊二烯橡膠、丁二烯橡膠等)的粘接劑、液狀 的粘接劑(使用聚丁二烯、聚異戊二烯、聚氯丁二烯、硅橡膠、氟橡 膠、丙烯睛-丁二烯橡膠等的粘接劑)等構(gòu)成。
下面，對以上述方式構(gòu)成的燃料電池100的動作進(jìn)行說明。在圖1 圖3中，在該燃料電池100中，向適當(dāng)?shù)剡B接燃料氣體供 給歧管孔21、 31而構(gòu)成的燃料氣體供給歧管(未圖示)供給燃料氣體。 該燃料氣體在各電池的燃料氣體通路27中流通。另一方面，向適當(dāng)?shù)?連接氧化劑氣體供給歧管孔23、 33而構(gòu)成的氧化劑氣體供給歧管(未 圖示)供給氧化劑氣體。該氧化劑氣體在各電池的氧化劑氣體通路37 中流通。另外，向適當(dāng)?shù)剡B接冷卻水供給歧管孔25、 35而構(gòu)成的冷卻 水供給歧管(未圖示)供給冷卻水。該冷卻水在各電池的冷卻流體通 路28、 38中流通。而且，在膜-電極接合體10的陽極和陰極中，燃料 氣體和氧化劑氣體進(jìn)行反應(yīng)而產(chǎn)生電和熱。該產(chǎn)生的電通過陽極側(cè)分 隔件20和陰極分隔件30向外部輸出。未反應(yīng)的(未消耗的)燃料氣 體通過適當(dāng)?shù)剡B接燃料氣體排出歧管孔22、 32而構(gòu)成的燃料氣體排出 歧管(未圖示)向外部排出。另外，未反應(yīng)的(未消耗的)氧化劑氣 體通過適當(dāng)?shù)剡B接氧化劑氣體排出歧管孔24、 34而構(gòu)成的燃料氣體排 出歧管(未圖示)向外部排出。另一方面，產(chǎn)生的熱由在冷卻流體通 路28、 38中流通的冷卻水回收?；厥樟嗽摕岬睦鋮s水通過適當(dāng)?shù)剡B接 冷卻水排出歧管孔26、 36而構(gòu)成的冷卻水排出歧管(未圖示)排除至 外部。
下面，為了明確本發(fā)明的作用效果、及其優(yōu)越性，與比較方式進(jìn) 行相比較而進(jìn)行詳細(xì)的說明。
圖4是表示比較方式的燃料電池的結(jié)構(gòu)的局部截面圖。圖5是表 示用于圖4的燃料電池的陰極側(cè)分隔件的兩側(cè)的主面的結(jié)構(gòu)的圖，(a) 是表示形成有陰極氣體通路的主面的平面圖，(b)是表示形成有冷卻 流體通路的主面的平面圖。其中，在圖4中省略了冷卻流體通路的圖 示。下面，參照圖4和圖5對比較方式進(jìn)行說明。
在比較方式的燃料電池101中，如圖4和圖5所示，將用于燃料 電池101的陰極側(cè)分隔件30的結(jié)構(gòu)變更為第一實施方式的燃料電池 100。
艮P，陰極側(cè)分隔件30的氧化劑氣體通路37形成為，在橫向直線 地延伸的通路(主要部)彼此的寬度大致相同。換言之，由氧化劑氣 體通路37彼此夾著的肋部39的寬度在氧化劑氣體通路37的整個區(qū)域 中大致相同。除此以外的結(jié)構(gòu)與第一實施方式的燃料電池100的結(jié)構(gòu)相同。
下面，對第一實施方式的燃料電池100和比較方式的燃料電池101 進(jìn)行比較并進(jìn)行研究。
圖6是表示燃料電池的每個部位的溫度分布的圖，(a)是表示第 一實施方式的燃料電池的截面中的每個部位的溫度分布，(b)是表示 比較方式的燃料電池的截面中的每個部位的溫度分布。在圖6(a)、 (b) 中，橫軸表示部位，縱軸表示溫度。參照圖6對第一實施方式的燃料 電池和比較方式的燃料電池進(jìn)行比較，明確本實施方式的燃料電池的 優(yōu)點。
如圖6 (a)所示，在第一實施方式的燃料電池100中，在氧化劑 氣體通路37的上游部37A，陰極側(cè)催化劑層6的陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7 一側(cè)的主面(陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的陰極催化劑層6 —側(cè)的主面)的 溫度是1\。陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的陰極側(cè)分隔件30 —側(cè)的主面(陰極 側(cè)分隔件30的陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7—側(cè)的主面)的溫度是T2。陰極側(cè) 分隔件30的與陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7側(cè)為相反側(cè)的主面的溫度是T3。即， 隨著從電池的中心(高分子電解質(zhì)膜1)沿厚度方向朝向陰極側(cè)催化劑 層6、陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7、陰極側(cè)分隔件30、和電池的外側(cè)，溫度降 低，并且溫度降低的傾斜度變大。
另一方面，在氧化劑氣體通路37的下游部37B,陰極側(cè)催化劑層 6的陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7 —側(cè)的主面(陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的陰極催化 劑層6—側(cè)的主面)的溫度是Ti。陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的陰極側(cè)分隔 件30 —側(cè)的主面(陰極側(cè)分隔件30的陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7 —側(cè)的主 面)的溫度是^和丁2之間的溫度(IV )。陰極側(cè)分隔件30的與陰極 側(cè)氣體擴(kuò)散層7側(cè)為相反側(cè)的主面的溫度是T3。 g卩，隨著從電池中心 (高分子電解質(zhì)膜l)沿電池厚度方向朝向陰極側(cè)催化劑層6、陰極側(cè) 氣體擴(kuò)散層7、陰極側(cè)分隔件30、和電池的外側(cè)，溫度變低，并且溫 度降低的傾斜度比上游部37A小。
另一方面，如圖6 (b)所示，在比較方式的燃料電池101中，陰 極側(cè)催化劑層6的陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7 —側(cè)的主面(陰極側(cè)氣體擴(kuò)散 層7的陰極催化劑層6—側(cè)的主面)的溫度是TV陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層 7的陰極側(cè)分隔件30 —側(cè)的主面(陰極側(cè)分隔件30的陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7—側(cè)的主面)的溫度是T2。陰極側(cè)分隔件30的與陰極側(cè)氣體擴(kuò)散 層7側(cè)為相反側(cè)的主面的溫度是T3。 gp，在比較方式的燃料電池101 中，在整個流域內(nèi)隨著從電池中心(高分子電解質(zhì)膜1)沿電池厚度方 向朝向陰極側(cè)催化劑層6、陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7、陰極側(cè)分隔件30和 電池的外側(cè)，溫度變低，并且溫度降低的傾斜度與第一實施方式的燃 料電池100的上游部37A同樣地變大。
總括上述的事項，在第一實施方式的燃料電池100中，下游部37B 的陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的溫度比比較方式的燃料電池101的整個流域
的溫度咼o
這樣，在本實施方式的燃料電池100中，因為通過氧化劑氣體通 路37的下游部37B形成的肋部39B和陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的接觸面積 比比較方式的小，所以從陰極側(cè)催化劑層6向陰極側(cè)分隔件30進(jìn)行的 熱轉(zhuǎn)移變少，與氧化劑氣體通路37的下游部37B對應(yīng)的陰極側(cè)氣體擴(kuò) 散層7的溫度變高。由此，通過發(fā)電反應(yīng)生成的生成水難以結(jié)露，氧 化劑氣體通路37當(dāng)然即使在陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7內(nèi)也抑制溢流液阻的 發(fā)生。
另一方面，在氧化劑氣體通路37的上游部37A，參與電池反應(yīng)的 反應(yīng)氣體的量多，因此電流集中，可能因接觸電阻的增大而電池電壓 下降。但是，通過如本實施方式燃料電池100那樣，在氧化劑氣體通 路37的上游部37A增大肋部39A和陰極8的接觸面積，減小接觸電 阻，抑制電池電壓的下降。
另外，在本實施方式的燃料電池100中，冷卻流體通路28、 38、 燃料氣體通路27和氧化劑氣體通路37形成為各自的主要部之間相互 大致平行。進(jìn)一步，在本實施方式的燃料電池100中，形成冷卻流體 通路38、 28、氧化劑氣體通路37和燃料氣體通路27，使得冷卻流體 與氧化劑氣體、燃料氣體成為平行流。因此，在發(fā)電集中的氧化劑氣 體通路37的上游部37A，因為未進(jìn)行熱回收的溫度低的冷卻流體在形 成于其背面的冷卻流體通路38中流通，所以冷卻效率提高。另一方面， 在氧化劑氣體通路37的下游部37B，因為進(jìn)行熱回收而溫度變高的冷 卻流體在形成于其背面的冷卻流體通路38中流通，所以溫度上升。由 此，在氧化劑氣體通路37的下游部37B，生成水更難以結(jié)露，能夠進(jìn)一步抑制溢流液阻的發(fā)生。
另外，在本發(fā)明的燃料電池100中的陰極側(cè)分隔件30內(nèi)，由于氧 化劑氣體通路37的通路長變長，所以通路內(nèi)的通路阻力變大，如果在 上游部37A和下游部37B將通路槽的結(jié)構(gòu)設(shè)定為相同，則壓力損失增 加流量減少。因此，優(yōu)選較深地形成氧化劑氣體通路37的下游部37B 的通路槽，或以多個通路槽構(gòu)成該下游部37B的通路槽，使得即使在 上游部37A和下流部37B改變肋部的比例，壓力損失也不變化。 (第一變形例)
圖7是表示第一實施方式的燃料電池的第一變形例的局部截面圖。 圖8是表示用于圖7的燃料電池的陽極側(cè)分隔件的兩側(cè)的主面的結(jié)構(gòu) 的圖，(a)是表示形成有燃料氣體通路的主面的平面圖，(b)是表示 形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。另外，在圖7中省略了冷卻流 體通路的圖示。下面，參照圖7和圖8對變形例的燃料電池進(jìn)行說明。
在本變形例的燃料電池100中，陽極側(cè)分隔件20的結(jié)構(gòu)與第一實 施方式的燃料電池不同。即，如圖7和圖8所示，在本變形例中，燃 料氣體通路27在該方式中由上游部27A和下游部27B構(gòu)成，其中， 該上游部27A包含與燃料氣體供給歧管孔21連接的上游端，該下游部 27B是位于上游部27A的下游的部分，且包含與燃料氣體排出歧管孔 22連接的下游端。
燃料氣體通路27具有相互平行地延伸的多個部分。S卩，燃料氣體 通路27由構(gòu)成上述的相互平行地延伸的多個部分的在橫向直線地延伸 的長通路(主要部)、和在縱向直線地延伸的短通路構(gòu)成。在燃料氣體 通路27中，通過其上游部27A形成的肋部29A的每單位面積的面積 比通過下游部27B形成的肋部29B的每單位面積的面積大。換言之， 如圖7所示，由上游部27A形成的肋部29A的寬度Wl對燃料氣體 通路27的寬度Y,的比率W,/Y,比由下游部27B形成的肋部29B的 寬度W2對燃料氣體通路27的寬度Y2的比率\￥2/￥2大。另外， 在本實施方式中，上游部27A的燃料氣體通路27的寬度Yi和下游 部27B的燃料氣體通路27的寬度Y2形成為大致相同。另外，在本實 施方式中，上游部27A和下游部27B在燃料氣體通路27的整個通路 長的約50%的位置被劃分。另外，上游部27A和下游部27B也可以在燃料氣體通路27的整個通路長的約30% 70%的位置被劃分。在此， 上游部27A和下游部27B的劃分的位置根據(jù)陽極側(cè)分隔件20的熱傳 導(dǎo)率、燃料氣體的流速、燃料電池100的動作溫度、燃料氣體中的加 濕的程度等確定。除此以外的結(jié)構(gòu)，與第一實施方式的燃料電池100 相同。
如果采用這種結(jié)構(gòu)，則在第一實施方式的燃料電池100中，在燃 料氣體通路27也能夠得到與氧化劑氣體通路37同樣的效果。
另外，因為由燃料氣體通路27的下游部27B形成的肋部29B和陽 極側(cè)氣體擴(kuò)散層3的接觸面積比比較方式的小，所以從陽極側(cè)催化劑 層2向陽極側(cè)分隔件20進(jìn)行的熱傳遞變少，與燃料氣體通路27的下 游部27B對應(yīng)的陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層3的溫度變高。由此，通過發(fā)電反 應(yīng)生成的生成水(從陰極8側(cè)向陽極4側(cè)擴(kuò)散來的生成水)難以結(jié)露， 燃料氣體通路27當(dāng)然即使在陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層3中也能夠抑制溢流液 阻的發(fā)生。
另一方面，在氧化劑氣體通路37和燃料氣體通路27的上游部37A、 27A中，參與電池反應(yīng)的反應(yīng)氣體的量多，因此電流集中，由于接觸 電阻的增大，會使電池電壓下降。但是，如本變形例的燃料電池100 那樣，在氧化劑氣體通路37的上游部37A，增大肋部39A和陰極8的 接觸面積，并且在燃料氣體通路27的上游部27A，增大肋部29A和陽 極4的接觸面積，由此更降低接觸電阻，進(jìn)一步抑制電池電壓的降低。 (第二變形例)
圖9是表示第一實施方式的燃料電池的第二變形例的局部截面圖。 另外，在圖9中，省略冷卻流體通路的圖示。下面，參照圖9對本變 形例的燃料電池進(jìn)行說明。
在本變形例的燃料電池100中，使用圖5所示的分隔件作為陰極 側(cè)分隔件30，并且使用圖8所示的分隔件作為陽極側(cè)分隔件20。除此 以外的結(jié)構(gòu)與第一變形例的燃料電池相同。
如果采用這種結(jié)構(gòu)，則通過發(fā)電反應(yīng)而產(chǎn)生的生成水(從陰極8 側(cè)擴(kuò)散至陽極4側(cè)的生成水)難以結(jié)露，燃料氣體通路27當(dāng)然即使在 陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層3也能夠抑制溢流液阻的發(fā)生。 (第二實施方式)圖IO是表示本發(fā)明的第二實施方式的燃料電池的結(jié)構(gòu)的局部截面
圖。圖11是表示用于圖10的燃料電池的陰極側(cè)分隔件的兩側(cè)的主面 的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有氧化劑氣體通路的主面的平面圖，(b) 是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。另外，在圖10中省略了 冷卻流體通路的圖示。下面，參照圖10和圖11，對本實施方式的燃料 電池進(jìn)行說明。
在本實施方式的燃料電池100中，用于燃料電池100的陰極側(cè)分 隔件30的結(jié)構(gòu)與第一實施方式的結(jié)構(gòu)不同。即，如圖10所示，在構(gòu) 成本實施方式的燃料電池100的陰極側(cè)分隔件30內(nèi)，氧化劑氣體通路 37的下游部37B的通路槽以其寬度從底部朝向開口變大的方式側(cè)壁形 成為梯形(taper)。因此，如圖11所示，氧化劑氣體通路37形成為 由其上游部37A形成的肋部39A的每單位面積的面積比由下游部37B 形成的肋部39B的每單位面積的面積大。換言之，如圖10所示，由上 游部37A形成的肋部39A的寬度W3對氧化劑氣體通路37的寬度 X3的比率W3/X3比由下游部37B形成的肋部39B的寬度W4對氧化 劑氣體通路37的開口的寬度X4的比率WVX4大。除此以外的結(jié)構(gòu)與 在第 一 實施方式的燃料電池中使用的陰極側(cè)分隔件相同。
采用這種結(jié)構(gòu)，由氧化劑氣體通路37的下游部37B形成的肋部 39B和陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的接觸面積也比比較方式的接觸面積小。 因此，能夠得到與第一實施方式的燃料電池同樣的效果。
另外，因為通過梯形狀地形成氧化劑氣體通路37的下游部37B的 側(cè)壁而增大其開口的寬度，所以氧化劑氣體通路37的通路槽的截面積 沒有變得太大(參照圖10)，在氧化劑氣體通路37中流通的氧化劑氣 體的流速幾乎不降低。由此，還能夠抑制由流速的降低而引起的溢流 液阻。
(第三實施方式)
圖12是表示本發(fā)明的第三實施方式的燃料電池的結(jié)構(gòu)的局部截面 圖。圖13是表示用于圖12的燃料電池的陰極側(cè)分隔件的兩側(cè)的主面 的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有氧化劑氣體通路的主面的平面圖，(b) 是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。另外，在圖12中省略了 冷卻流體通路的圖示。下面，參照圖12和圖13，對本實施方式的燃料電池進(jìn)行說明。
在本實施方式的燃料電池100中，用于燃料電池100的陰極側(cè)分 隔件30的結(jié)構(gòu)與第一實施方式的結(jié)構(gòu)不同。g卩，如圖12所示，在構(gòu) 成本實施方式的燃料電池100的陰極側(cè)分隔件30內(nèi)，氧化劑氣體通路 37的下游部37B的通路槽形成為，其側(cè)壁的開口側(cè)的端部的角部直線 地形成倒角(切削)。于是，如圖13所示，氧化劑氣體通路37形成為 由其上游部37A形成的肋部39A的每單位面積的面積比由下游部37B 形成的肋部39B的每單位面積的面積大。換言之，如圖12所示，由上 游部37A形成的肋部39A的寬度W5對氧化劑氣體通路37的寬度 Xs的比率W5/X5比由下游部37B形成的肋部39B的寬度\￥6對氧化 劑氣體通路37的開口的寬度X6的比率W6/X6大。除此以外的結(jié)構(gòu)與 在第一實施方式的燃料電池中使用的陰極側(cè)分隔件相同。
采用這種結(jié)構(gòu)，由氧化劑氣體通路37的下游部37B形成的肋部 39B和陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的接觸面積比比較方式的接觸面積小。因 此，能夠得到與第一實施方式的燃料電池同樣的效果。
另外，通過對氧化劑氣體通路37的下游部37B的側(cè)壁的開口側(cè)的 角部被形成倒角，擴(kuò)大了該下游部37B的開口的寬度，因此，氧化劑 氣體通路37的通路槽的截面積未太擴(kuò)大(參照圖12)，在氧化劑氣體 通路37中流通的氧化劑氣體的流速幾乎不降低。由此，能夠抑制因流 速降低而發(fā)生溢流液阻。 (第四實施方式)
圖14是表示用于本發(fā)明的第四實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔 件的兩側(cè)的主面的結(jié)構(gòu)的圖，(a)是表示形成有氧化劑氣體通路的主 面的平面圖，(b)是表示形成有冷卻流體通路的主面的平面圖。下面， 參照圖14，對本實施方式的燃料電池進(jìn)行說明。
在本實施方式的燃料電池中，用于燃料電池的陰極側(cè)分隔件30的 結(jié)構(gòu)與第一實施方式的結(jié)構(gòu)不同。g卩，如圖14所示，在本實施方式的
燃料電池中，在陰極側(cè)分隔件30形成的氧化劑氣體通路37由多個通 路槽構(gòu)成。在此，通路槽是3條。各個通路槽以連接氧化劑氣體供給 歧管孔33和氧化劑氣體排出歧管孔34的方式形成。而且，在氧化劑 氣體通路37的中途形成有使各通路槽合流的合流部51。合流部51形成于氧化劑氣體通路37的上游部37A和下游部37B的連接部分。另 外，在本實施方式中，氧化劑氣體通路37的上游部37A和下游部37B 在氧化劑氣體通路37的整個通路長的約30%的位置被劃分。另外，上 游部37A和下游部37B也可以在氧化劑氣體通路37的整個通路長的 30% 70%的位置被劃分。另外，從合流部51起，也可以減少下游部 的通路條數(shù)的數(shù)量。合流部51由大致三角形狀的凹部和在該凹部內(nèi)形 成的多個(在實施方式中是6個)柱狀的突起52構(gòu)成。除此以外的結(jié) 構(gòu)與在第一實施方式的燃料電池中使用的陰極側(cè)分隔件相同。
采用這種結(jié)構(gòu)，也能夠?qū)崿F(xiàn)與第一實施方式的燃料電池同樣的效 果。另外，在合流部51中只是突起52和陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7進(jìn)行接 觸，陰極側(cè)分隔件30和陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的接觸面積減小。由此， 不僅能夠防止氧化劑氣體通路37的下游部37B的溫度降低，而且也能 夠防止合流部51的溫度降低。
進(jìn)一步，當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時，在合流部51中氧化劑氣體被充分地 混合后，氧化劑氣體從氧化劑氣體通路37的上游部37A向下游部37B 流通。
另外，當(dāng)然也可以與第二實施方式 第四實施方式中任一方式的 氧化劑氣體通路37同樣地構(gòu)成第一實施方式的第一變形例和第二變形 例的燃料氣體通路27。另外，當(dāng)然也可以與第二實施方式 第四實施 方式中任一方式的氧化劑氣體通路37同樣地構(gòu)成第一實施方式的燃料 氣體通路27、第二實施方式 第四實施方式的燃料氣體通路27。
另外，在上述的實施方式中，氧化劑氣體通路37和燃料氣體通路 27形成為蛇形，或者還形成為具有合流部51，但氧化劑氣體通路37 和燃料氣體通路27的形狀不限定于此，也可以是在自身的不同的部位 間夾著并形成肋部39、 29的結(jié)構(gòu)。例如，可以由多個并行的通路槽構(gòu) 成氧化劑氣體通路37和燃料氣體通路27，或也可以按照以多個并行的 支通路槽連接一對主通路槽之間的方式構(gòu)成。
另外，在上述的各實施方式和各變形例中，氧化劑氣體通路37或 燃料氣體通路27由上游部37A、 27A和下游部37B、 27B兩個部分構(gòu) 成。但是，氧化劑氣體通路37和燃料氣體通路27也可以具有為上游 部37A、 27A的每單位面積的肋部39A、 29A的面積和下游部37B、 27B的每單位面積的肋部39B、 29B的面積的中間的面積比率的中游部。另 外，隨著從上游部37A、 27A成為下游部37B、 27B，也可以使每單位 面積的肋部39、 29的面積逐漸變化(變小)。
(第五實施方式)
(燃料電池堆的結(jié)構(gòu))
圖16是示意地表示本發(fā)明的第五實施方式的燃料電池堆的概略結(jié) 構(gòu)的立體圖。其中，在圖16中，將燃料電池堆的上下方向作為圖中的 上下方向表示。
如圖16所示，本發(fā)明的第五實施方式的燃料電池堆61具有將
具有板狀的整體形狀的高分子電解質(zhì)型燃料電池(下面簡單地稱為燃
料電池)100在其厚度方向?qū)盈B而成的電池層疊體62;在電池層疊體 62的兩端配置的第一和第二端板63、 64;以及在燃料電池100的層疊 方向?qū)㈦姵貙盈B體62和第一、第二端板63、 64聯(lián)接的未圖示的聯(lián)接 件。另外，在第一、第二端板63、 64上分別設(shè)置有集電板和絕緣板， 但省略了圖示。另外，板狀的燃料電池100在鉛直面平行地延伸，燃 料電池100的層疊方向為水平方向。
在電池層疊體62的一個側(cè)部(圖面左側(cè)的側(cè)部下面稱為第一側(cè) 部)的上部，以在該電池層疊體62的燃料電池100的層疊方向貫通的 方式設(shè)置有氧化劑氣體供給歧管孔133，在其下部設(shè)置有冷卻流體排出 歧管136。另外，在電池層疊體62的第一側(cè)部的設(shè)置有氧化劑氣體供 給歧管133的上部的內(nèi)側(cè)，以在該電池層疊體62的燃料電池100的層 疊方向貫通的方式設(shè)置有冷卻流體供給歧管135，同樣地，在設(shè)置有冷 卻流體排出歧管136的下部的內(nèi)側(cè)，以在該電池層疊體62的燃料電池 100的層疊方向貫通的方式設(shè)置有燃料氣體排出歧管132。進(jìn)一步，在 電池層疊體62的另一側(cè)部(圖面右側(cè)的側(cè)部下面稱為第二側(cè)部)的 上部，以在該電池層疊體62的燃料電池100的層疊方向貫通的方式設(shè) 置有燃料氣體供給歧管131，在其下部以在該電池層疊體62的燃料電 池100的層疊方向貫通的方式設(shè)置有氧化劑氣體排出歧管134。
而且，對各歧管設(shè)置有適當(dāng)?shù)呐涔?。由此，通過適當(dāng)?shù)呐涔芟蛉?料電池堆61供給燃料氣體、氧化劑氣體和冷卻流體，并排出。 (高分子電解質(zhì)型燃料電池的結(jié)構(gòu))下面，參照圖17，對本發(fā)明的第五實施方式的高分子電解質(zhì)型燃 料電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖17是示意地表示圖16所示的燃料電池堆61中的燃料電池100 的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。而且，在圖17中，省略了一部分。
如圖17所示，第五實施方式的高分子電解質(zhì)型燃料電池100具備 MEA (Membrane —Electrode— Assembly:膜-電極接合體)10、密封 墊40、 41、陽極側(cè)分隔件(第二分隔件)20、和陰極側(cè)分隔件(第一 分隔件)30。
MEA10具有有選擇地輸送氫離子的高分子電解質(zhì)膜(例如，美國 杜邦公司(株)制的Nafion (商品名))1、陽極4、和陰極8。
高分子電解質(zhì)膜l具有大致四邊形的形狀(在此，為矩形)。在高 分子電解質(zhì)膜l的兩面上，將陽極4和陰極8(將它們稱為(氣體擴(kuò)散) 電極)分別設(shè)置在比高分子電解質(zhì)膜1的周緣部更靠內(nèi)側(cè)的位置。另 外，在高分子電解質(zhì)膜1的周緣部以在厚度方向貫通的方式設(shè)置有后 述的燃料氣體供給用歧管孔等各歧管孔(未圖示)。
陽極4具有陽極側(cè)催化劑層2，其設(shè)置在高分子電解質(zhì)膜1的一 個主面上，由擔(dān)持有電極催化劑(例如，鉑等貴金屬)的導(dǎo)電性碳粒 子、和具有氫離子傳導(dǎo)性的高分子電解質(zhì)的混合物構(gòu)成；以及陽極側(cè) 氣體擴(kuò)散層3，其設(shè)置在陽極側(cè)催化劑層2的主面上，兼具氣體通氣性 和導(dǎo)電性。同樣地，陰極8具有陰極側(cè)催化劑層6，其設(shè)置在高分子 電解質(zhì)膜1的另一個主面上，由擔(dān)持有電極催化劑(例如，鉑等貴金 屬)的導(dǎo)電性碳粒子、和具有氫離子傳導(dǎo)性的高分子電解質(zhì)的混合物 構(gòu)成；以及陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7，其設(shè)置在陰極側(cè)催化劑層6的主面上， 兼具氣體通氣性和導(dǎo)電性。
另外，陽極側(cè)催化劑層2和陰極側(cè)催化劑層6能夠使用包含導(dǎo)電 性碳粒子、高分子電解質(zhì)、和分散劑的催化劑層形成用墨液，利用在 該領(lǐng)域中公知的方法形成，其中，該導(dǎo)電性碳粒子擔(dān)持有由貴金屬構(gòu) 成的電極催化劑。另外，構(gòu)成陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層3和陰極側(cè)氣體擴(kuò)散 層7的材料不作特別地限定，能夠使用在該領(lǐng)域中公知的材料，例如 能夠使用碳布(carbon cloth)和碳紙(carbon p叩er)等導(dǎo)電性多孔質(zhì) 基材。另外，對于該導(dǎo)電性多孔質(zhì)基材，也可以利用現(xiàn)有的公知的方法實施防水處理。
另外，在MEA10的陽極4和陰極8的四周，夾著高分子電解質(zhì)膜1設(shè)置有一對環(huán)狀且大致矩形的氟橡膠制的密封墊40、 41。由此，抑制燃料氣體、空氣或氧化劑氣體向電池外滲漏，另外，抑制在燃料電池100內(nèi)這些氣體相互混合。另外，在密封墊40、 41的周緣部，以在厚度方向貫通的方式設(shè)置有后述的燃料氣體供給用歧管孔等各歧管孔(未圖示)。
另外，以夾著MEA10和密封墊40、 41的方式設(shè)置有具有導(dǎo)電性的板狀的陽極側(cè)分隔件20和陰極側(cè)分隔件30。由此，MEA10被機(jī)械地固定，當(dāng)在燃料電池100的厚度方向?qū)盈B有多個燃料電池100時，MEA10被電連接。其中，這些分隔件20、 30能夠使用熱傳導(dǎo)性和導(dǎo)電性優(yōu)異的金屬、石墨或混合石墨和樹脂制成的材料，例如能夠使用通過注射模塑成形制作碳粉末和粘合劑(溶劑)的混合物而形成的材料，或在鈦、不銹鋼制的板的表面進(jìn)行鍍金而制作的材料。
在陽極側(cè)分隔件20的與陽極4接觸的一個主面(下面稱為內(nèi)表面)上設(shè)置有用于燃料氣體流通的槽狀的燃料氣體通路(第二反應(yīng)氣體通路)27，另外，在另一個主面(下面稱為外表面)上設(shè)置有用于冷卻流體流通的槽狀的冷卻流體通路28。同樣地，在陰極側(cè)分隔件30的與陰極8接觸的一個主面(下面稱為內(nèi)表面)上，設(shè)置有用于氧化劑氣體流通的槽狀的氧化劑氣體通路(第一反應(yīng)氣體通路)37，另外，在另一個主面(下面稱為外表面)上設(shè)置有用于冷卻流體流通的槽狀的冷卻流體通路38。
由此，分別向陽極4和陰極8供給燃料氣體和氧化劑氣體，這些氣體進(jìn)行反應(yīng)而產(chǎn)生電和熱。另外，通過使冷卻水等冷卻流體在冷卻流體通路28、 38中流通，進(jìn)行產(chǎn)生的熱的回收。
另夕卜，可以將這樣構(gòu)成的燃料電池100作為單體電池(cell)使用，也可以層疊多個燃料電池100作為燃料電池堆61使用。另外，在層疊燃料電池100的情況下，也可以采用每2 3個單體電池設(shè)置冷卻流體通路28、 38的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，在單體電池間未設(shè)置冷卻流體通路28、38的情況下，也可以將被兩個MEA10夾著的分隔件用作一面設(shè)置有燃料氣體通路27、另一面設(shè)置有氧化劑氣體通路37的兼作陽極側(cè)分隔件20和陰極側(cè)分隔件30的分隔件。另外，在此，令第一分隔件為陰極側(cè)分隔件30，令第二分隔件為陽極側(cè)分隔件20，另外，令第一反應(yīng)氣體通路為氧化劑氣體通路37，令第二反應(yīng)氣體通路為燃料氣體通路27，但不限定于此，也可以令第一分隔件為陽極側(cè)分隔件20，令第二分隔件為陰極側(cè)分隔件30，另外，令第一反應(yīng)氣體通路為燃料氣體通路27，令第二反應(yīng)氣體通路為氧化劑氣體通路37。(分隔件的結(jié)構(gòu))
下面，參照圖17 圖19，對陽極側(cè)分隔件20和陰極側(cè)分隔件30進(jìn)行詳細(xì)的說明。
圖18是表示圖17所示的燃料電池100的陽極側(cè)分隔件20的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，圖19是表示圖17所示的燃料電池100的陰極側(cè)分隔件30的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，在圖18和圖19中，將陽極側(cè)分隔件20和陰極側(cè)分隔件30的上下方向作為圖的上下方向表示。
首先，參照圖17和圖18，對陽極側(cè)分隔件20的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的說明。
如圖18所示，陽極側(cè)分隔件20為板狀，形成為大致四邊形(在此為矩形)，在其周緣部，燃料氣體供給用歧管孔31等各歧管孔以在厚度方向貫通的方式設(shè)置。具體地說，在陽極側(cè)分隔件20的一側(cè)部(下面稱為第一側(cè)部)的上部，設(shè)置有氧化劑氣體供給歧管孔(第一反應(yīng)氣體供給歧管孔)33，在其下部設(shè)置有冷卻流體排出歧管孔36。另外，在第一側(cè)部的設(shè)置有氧化劑氣體供給歧管孔33的上部的內(nèi)側(cè)，設(shè)置有冷卻流體供給歧管孔35，同樣地，在設(shè)置有冷卻流體排出歧管孔36的下部的內(nèi)側(cè)，設(shè)置有燃料氣體排出歧管孔32。進(jìn)一步，在陽極側(cè)分隔件20的另一側(cè)部(下面稱為第二側(cè)部)的上部，設(shè)置有燃料氣體供給歧管孔(第二反應(yīng)氣體供給歧管孔)31，在其下部設(shè)置有氧化劑氣體排出歧管孔34。
另外，燃料氣體供給歧管孔31和氧化劑氣體供給歧管孔33以夾著陽極側(cè)分隔件20的中央部相互相對的方式設(shè)置。在此，所謂陽極側(cè)分隔件20的中央部，是指相對于陽極側(cè)分隔件20的外周的中央部分。
而且，如圖18所示，在陽極側(cè)分隔件20的內(nèi)面，槽狀的燃料氣體通路27以連結(jié)燃料氣體供給歧管孔31和燃料氣體排出歧管孔32的方式形成為蛇形。在此，燃料氣體通路27由一個槽構(gòu)成，該槽實質(zhì)上由往復(fù)部127A和反轉(zhuǎn)部127B構(gòu)成。
具體地說，構(gòu)成燃料氣體通路27的槽從燃料氣體供給歧管31向第一側(cè)部在水平方向上延伸某距離，然后從此向下方延伸某距離。然后，從其到達(dá)點向第二側(cè)部在水平方向上延伸某距離，之后從這向下方延伸某距離。而且，反復(fù)進(jìn)行上述延伸圖案12次，然后向第一側(cè)部在水平方向上延伸某距離，從其達(dá)到點向下方延伸直至到達(dá)燃料氣體排出歧管孔32。這樣，在燃料氣體通路27的水平方向延伸的部分構(gòu)成往復(fù)部127A，向下方延伸的部分構(gòu)成反轉(zhuǎn)部127B。
另夕卜，如圖17和圖18所示，構(gòu)成燃料氣體通路27的槽和槽之間的部分形成與陽極4抵接的肋部29。
接著，參照圖17和圖19，對陰極側(cè)分隔件30的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的說明。
如圖19所示，陰極側(cè)分隔件30為板狀，形成為大致四邊形(在此為矩形)，在其周緣部，燃料氣體供給用歧管孔31等各歧管孔以在厚度方向貫通的方式設(shè)置。其中，各歧管孔的配置與陽極側(cè)分隔件20相同，因此省略其詳細(xì)的說明。
而且，如圖19所示，在陰極側(cè)分隔件30的內(nèi)面，槽狀的氧化劑氣體通路37以連結(jié)氧化劑氣體供給歧管孔33和氧化劑氣體排出歧管孔34的方式形成為蛇形。氧化劑氣體通路37和燃料氣體通路27構(gòu)成為所謂的平行流。在此，參照圖20，對平行流進(jìn)行說明。
圖20是表示圖17所示的燃料電池100的陽極側(cè)分隔件20和陰極側(cè)分隔件30的結(jié)構(gòu)的示意圖。其中，在圖20中，陽極側(cè)分隔件20和陰極側(cè)分隔件30從燃料電池100的厚度方向看以透視的方式描繪。另外，按照分別以一條線代表陽極側(cè)分隔件20的燃料氣體通路27的槽和陰極側(cè)分隔件30的氧化劑氣體通路37的槽的方式表示，將各分隔件20、 30的上下方向作為圖的上下方向表示，進(jìn)一步，在圖20中，為了容易地看到燃料氣體通路27和氧化劑氣體通路37的各自的通路，在上下方向上相互錯開位置表示。
如圖20所示，燃料氣體通路27和氧化劑氣體通路37在一部分具有氧化劑氣體和燃料氣體按照相互相對的方式流動的部分，但從燃料電池100的厚度方向看，在宏觀上(整體上)氧化劑氣體和燃料氣體從上游流向下游的整體的流動的方向相互一致，將這種方式稱為平行流。
另外，如圖19所示，氧化劑氣體通路37由一個槽構(gòu)成，該槽實質(zhì)上由往復(fù)部137C和反轉(zhuǎn)部137B構(gòu)成。具體地說，構(gòu)成氧化劑氣體通路37的槽從氧化劑氣體供給歧管孔33向第二側(cè)部在水平方向上延伸某距離，并從這向下方延伸某距離。然后，從其到達(dá)點向第一側(cè)部在水平方向上延伸某距離，并從這向下方延伸某距離。然后，反復(fù)進(jìn)行上述延伸圖案13次，從這向第二側(cè)部在水平方向上延伸某距離，并從其到達(dá)點向下方延伸而到達(dá)氧化劑氣體排出歧管孔34。這樣，氧化劑氣體通路37的在水平方向上延伸的部分構(gòu)成往復(fù)部137C，向下方延伸的部分構(gòu)成反轉(zhuǎn)部137B。另外，構(gòu)成氧化劑氣體通路37的槽和槽之間的部分形成與陰極8抵接的肋部39。
進(jìn)一步，如圖17、圖19和圖20所示，氧化劑氣體通路37具有最上游部37C和下游部37D。最上游部37C在從陰極側(cè)分隔件30的厚度方向看時，由形成在部分37E和部分27E之間的陰極側(cè)分隔件30的最上游部30E上的通路構(gòu)成，其中，部分37E是從氧化劑氣體通路37的上游端最先與陰極8接觸的部分，部分27E是從燃料氣體通路27的上游端最先與陽極4接觸的部分。換言之，最上游部37C是指從氧化劑氣體通路37的部分37E起最先與燃料氣體通路27重疊后分離的部分為止的部分，在此是從氧化劑氣體通路37的部分37E起向第二側(cè)部沿水平方向延伸而到達(dá)的點為止的部分(即，從氧化劑氣體通路37的部分37E至第1個往復(fù)部137A的下游端的部分)。另外，下游部37D是指氧化劑氣體通路37的最上游部37C的下游側(cè)的部分。
而且，最上游部37C的整個部分的通路的寬度和下游部37D的整個部分的通路的寬度分別形成為一定，最上游部37C的通路的寬度形成為比下游部37D的通路的寬度小。另外，最上游部37C的通路的深度形成為比下游部37D的通路的深度深，相對于構(gòu)成最上游部37C的槽的氧化劑氣體的流動，垂直方向的截面積(下面簡單地稱為通路的截面積)以與下游部37D的通路的截面積大致一致的方式形成。由此，氧化劑氣體通路37的最上游部37C和下游部37D的壓力損失相同，在最上游部37C和下游部37D流通的氧化劑氣體的流量實質(zhì)上相同。
其中，在此，雖然令從氧化劑氣體通路37的上游端至部分37E為止的部分的通路的寬度與最上游部37C的通路的寬度相同，但不限定于此，也可以使之與下游部37D的通路的寬度相同，另外，最上游部37C和下游部37D的通路的寬度也可以不同。
下面，參照圖17 圖20，對第五實施方式的高分子電解質(zhì)型燃料電池100的作用效果進(jìn)行說明。
(高分子電解質(zhì)型燃料電池的作用效果)如上所述，陰極8的與氧化劑氣體通路37面對的部分的水分含有量低于陰極8的與肋部39接觸的部分的水分含有量，特別是在以高溫低加濕的條件運(yùn)行燃料電池100的情況下，陰極8的與氧化劑氣體通路37的最上游部37C面對的部分8A中的水分含有量少。因此，高分子電解質(zhì)膜1的與氧化劑氣體通路37的最上游部37C相對的部分(下面，稱為高分子電解質(zhì)膜1的最上游部分)易干燥，會使高分子電解質(zhì)膜1劣化。
因此，在第五實施方式的燃料電池100中，通過將氧化劑氣體通路37的最上游部37C的通路的寬度形成為比下游部37D的通路的寬度窄，使得水分含有量少的陰極8的部分8A小。因此，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜1的最上游部分的干燥，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜1的劣化。
另一方面，在氧化劑氣體通路37的下游部37D，因為與最上游部37C相比，通路的寬度形成為較大，所以陰極8的與下游部37D面對的部分水分的含有量減少。由此，特別是在以高溫高加濕的條件運(yùn)行第五實施方式的燃料電池100的情況下，能夠抑制陰極8的與下游部37D的面對的部分的溢流液阻。
另外，在第五實施方式的燃料電池100中，因為氧化劑氣體通路37的最上游部37C的通路的截面積形成為與下游部37D的通路的截面積大致一致，所以氧化劑氣體通路37的最上游部37C和下游部37D的壓力損失相同。因此，能夠使在氧化劑氣體通路37的最上游部37C和下游部37D中流通的氧化劑氣體的流量實質(zhì)上相同。(第六實施方式)圖21是示意地表示本發(fā)明的第六實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。另外，在圖21中省略了一部分。
如圖21所示，本發(fā)明的第六實施方式的燃料電池和第五實施方式的燃料電池100的基本的結(jié)構(gòu)相同，但在陰極側(cè)分隔件30形成的氧化劑氣體通路37的結(jié)構(gòu)如下所述有所不同。
艮口，在第六實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔件30上形成的氧化劑氣體通路37的下游部37D構(gòu)成為相對于氧化劑氣體的流動，垂直方向的截面形成為大致梯形，其開口面積比最上游部37C的開口面積大。由此，不用使最上游部37C的通路的深度大于下游部37D的通路的深度，能夠使最上游部37C的通路的截面積和下游部37D的通路的截面積實質(zhì)上相同。另外，所謂使最上游部37C的通路的截面積和下游部37D的通路的截面積實質(zhì)上相同，意味著在最上游部37C中流通的氧化劑氣體的壓力損失和在下游部37D中流通的氧化劑氣體的壓力損失實質(zhì)上相同。
這樣構(gòu)成的第六實施方式的燃料電池也能夠起到與第五實施方式的燃料電池100同樣的作用效果。(第七實施方式)
圖22是示意地表示本發(fā)明的第七實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。另外，在圖22中省略了一部分。
如圖22所示，本發(fā)明的第七實施方式的燃料電池和第五實施方式的燃料電池100的基本結(jié)構(gòu)相同，但在陰極側(cè)分隔件30形成的氧化劑氣體通路37的結(jié)構(gòu)如下所述有所不同。
艮P，構(gòu)成第七實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔件30上所形成的氧化劑氣體通路37的下游部37D的槽的周面以向外側(cè)擴(kuò)大的方式形成為臺階狀，其開口面積比最上游部37C的開口面積大。換言之，由下游部37D形成的肋部39的緣部被形成倒角。
由此，不用使最上游部37C的通路的深度大于下游部37D的通路的深度，就能夠使最上游部37C的通路的截面積和下游部37D的通路的截面積實質(zhì)上相同。
在這樣構(gòu)成的第七實施方式的燃料電池中，也起到與第五方式的燃料電池100同樣的作用效果。(第八實施方式)
圖23是示意地表示本發(fā)明的第八實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分 隔件的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。另外，在圖23中省略了一部分。
如圖23所示，本發(fā)明的第八實施方式的燃料電池和第五實施方式 的燃料電池100的基本結(jié)構(gòu)相同，但在陰極側(cè)分隔件30形成的氧化劑 氣體通路37的結(jié)構(gòu)如下所述有所不同。
艮口，構(gòu)成在第八實施方式的燃料電池的陰極側(cè)分隔件30上所形成 的氧化劑通路37的最上游部37C的槽的周面以其開口部分向內(nèi)側(cè)凹陷 的方式形成為臺階狀，最上游部37C的開口面積比下游部37D的開口 面積大。由此，不用使最上游部37C的通路的深度大于下游部37D的 通路的深度，就能夠使最上游部37C的通路的截面積和下游部37D的 通路的截面積實質(zhì)上相同。
在這樣構(gòu)成的第八實施方式的燃料電池中，也起到與第五方式的 燃料電池100同樣的作用效果。 (第九實施方式)
圖24是示意地表示本發(fā)明的第九實施方式的燃料電池的概略結(jié)構(gòu) 的截面圖。另外，圖25是表示圖24所示的燃料電池的陽極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，在圖24中省略了一部分，在圖25中將 陽極側(cè)分隔件的上下方向作為圖的上下方向表示。
如圖24和圖25所示，第九實施方式的燃料電池100和第五實施 方式的燃料電池100的基本的結(jié)構(gòu)相同，但在以下方面不同在陰極 側(cè)分隔件30形成的氧化劑氣體通路37的最上游部37C的通路的寬度 和下游部37D通路的寬度形成為大致一致，另外，最上游部37C的通 路的深度和下游部37D的通路的深度形成為大致一致，另外，在陽極 側(cè)分隔件20形成的燃料氣體通路27的結(jié)構(gòu)有所不同。
具體地說，如圖25所示，燃料氣體通路27具有最上游部27C和 下游部27D。最上游部27C在從陽極側(cè)分隔件20的厚度方向看時，由 形成在部分27E和部分37E之間的陽極側(cè)分隔件20的最上游部20E(參 照圖20)上的通路構(gòu)成，其中，部分27E是從燃料氣體通路27的上游 端最先與陽極4接觸的部分，部分37E是從氧化劑氣體通路37的上游 端最先與陰極8接觸的部分。換言之，最上游部27C是指從燃料氣體通路27的部分27E起最先與氧化劑氣體通路37重疊后分離的部分， 在此是從燃料氣體通路27的上游端起向第二側(cè)部沿水平方向延伸而到 達(dá)的部分(即，從燃料氣體通路27的部分27E至第1個往復(fù)部127A 的下游端的部分)。另外，下游部(剩余部)27D是指燃料氣體通路27 的最上游部27C的下游側(cè)的部分。
而且，最上游部27C的整個部分的通路的寬度和下游部27D的整 個部分的通路的寬度分別形成為一定，最上游部27C的通路的寬度形 成為比下游部27D的通路的寬度小。另外，最上游部27C的通路的深 度形成為比下游部27D的通路的深度深，相對于構(gòu)成最上游部27C的 槽的燃料氣體的流動，垂直方向的截面積(下面簡單地稱為通路的截 面積)形成為與下游部27D的通路的截面積大致一致。由此，燃料氣 體通路27的最上游部27C和下游部27D的壓力損失相同，在最上游 部27C和下游部27D中流通的燃料氣體的流量實質(zhì)上相同。
在這樣構(gòu)成的第九實施方式的燃料電池100中，將燃料氣體通路 27中的最上游部27C的通路的寬度形成為比下游部27D的通路的寬度 窄，從而使得水分含有量少的陽極4的部分4A小。因此，能夠抑制高 分子電解質(zhì)膜1的與燃料氣體通路27的最上游部27C相對的部分的干 燥，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜1的劣化。
另一方面，在燃料氣體通路27的下游部27D，與最上游部27C相 比，由于通路的寬度以變大的方式形成，因此與陽極4的下游部27D 面對的部分的水分含有量減少。由此，特別是在以高溫高加濕的條件 運(yùn)行第九實施方式的燃料電池100的情況下，能夠抑制與陽極4的下 游部27D面對的部分的溢流液阻。
另外，在第九實施方式的燃料電池100中，由于燃料氣體通路27 的最上游部27C的通路的截面積形成為與下游部27D的通路的截面積 大致一致，因此，燃料氣體通路27的最上游部27C和下游部27D的 壓力損失相同。因此，能夠使在燃料氣體通路27的最上游部27C和下 游部27D中流通的燃料氣體的流量實質(zhì)上相同。
另外，也可以將燃料氣體通路27的形狀形成為與第六實施方式 第八實施方式所示的氧化劑氣體通路37同樣的形狀。 (第十實施方式)圖26是示意地表示本發(fā)明的第十實施方式的燃料電池的概略結(jié)構(gòu)
的截面圖。另外，在圖26中省略了一部分。
如圖26所示，本發(fā)明的第十實施方式的燃料電池100和第五實施 方式的燃料電池100的基本結(jié)構(gòu)相同，但在陽極側(cè)分隔件20形成的燃 料氣體通路27構(gòu)成為與在第九實施方式的燃料電池100的陽極側(cè)分隔 件20形成的燃料氣體通路27相同這點不同。
在這樣構(gòu)成的本發(fā)明的第十實施方式的燃料電池100中，發(fā)揮與 第五實施方式的燃料電池100同樣的作用效果，且發(fā)揮與第九實施方 式的燃料電池100同樣的作用效果。 (第十一實施方式)
圖27是示意地表示本發(fā)明的第十一實施方式的燃料電池的概略結(jié) 構(gòu)的截面圖。另外，圖27中省略了一部分。
如圖27所示，本發(fā)明的第十一實施方式的燃料電池IOO與第十實 施方式的燃料電池100的基本結(jié)構(gòu)相同，但由氧化劑氣體通路37形成 的肋部37和由燃料氣體通路27形成的肋部27如下所述有所不同。
艮P，在構(gòu)成氧化劑氣體通路37的最上游部37C的槽和構(gòu)成下游部 37D的槽之間形成的肋部39A的寬度比僅由構(gòu)成下游部37D的槽形成 的肋部39B的寬度大。另外，同樣，在構(gòu)成燃料氣體通路27的最上游 部27C和構(gòu)成下游部27D的槽之間形成的肋部29A的寬度比僅由構(gòu)成 下游部27D的槽形成的肋部29B的寬度大。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明的第十一實施方式的燃料電池100發(fā)揮與第十 實施方式的燃料電池100同樣的作用效果。
進(jìn)一步，在第十一實施方式的燃料電池100中，因為陰極側(cè)分隔 件30的肋部39B和陰極8 (準(zhǔn)確地說是陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7)的接觸 面積比肋部39A和陰極8的接觸面積小，所以從陰極8 (準(zhǔn)確地說是 陰極側(cè)催化劑層6 (參照圖6))向陰極側(cè)分隔件30進(jìn)行的熱的移動變 少，與氧化劑氣體通路37的下游部37D相對的陰極側(cè)氣體擴(kuò)散層7的 溫度變高。因此，通過發(fā)電反應(yīng)產(chǎn)生的生成水難以結(jié)露，能夠抑制在 氧化劑氣體通路37的下游部37D發(fā)生溢流液阻，另外，在陰極側(cè)氣體 擴(kuò)散層7也抑制溢流液阻的發(fā)生。同樣地，陽極側(cè)分隔件20的肋部29B 和陽極4 (準(zhǔn)確地說是陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層3)的接觸面積比肋部29A和陽極4的接觸面積小，因此，抑制在燃料氣體通路27的下游部27D發(fā) 生溢流液阻，另外，在陽極側(cè)氣體擴(kuò)散層3中也抑制溢流液阻的發(fā)生。
另一方面，在氧化劑氣體通路37的最上游部37C，通過增大肋部 39A和陰極8的接觸面積，使接觸電阻減小，抑制電池電壓的降低。 同樣地，在燃料氣體通路27的最上游部27C，通過增大肋部29A和陽 極4的接觸面積，使接觸電阻減小，抑制電池電壓的降低。
另外，在本實施方式中，將肋部29A和肋部39A形成為其寬度均 比肋部29B和肋部39B大，但不限定于此，也可以只將肋部29A的寬 度構(gòu)成為比其它肋部的寬度大，另外，也可以只將肋部39A的寬度構(gòu) 成為比其它肋部的寬度大。 (第十二實施方式)
圖28是表示本發(fā)明的第十二實施方式的燃料電池的陽極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，圖29是表示本發(fā)明的第十二實施方式的 燃料電池的陰極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，在圖28和圖29 中，將陽極側(cè)分隔件和陰極側(cè)分隔件的上下方向作為圖的上下方向表 示。
如圖28和圖29所示，本發(fā)明的第十二實施方式的燃料電池和第 十實施方式的燃料電池100的基本結(jié)構(gòu)相同，但分別設(shè)置在陽極側(cè)分 隔件20和陰極側(cè)分隔件30上的燃料氣體通路27和氧化劑氣體通路37 形成為渦形這點不同。另外，在下面的說明中，因為燃料氣體通路27 與氧化劑氣體通路37同樣地構(gòu)成，所以對氧化劑氣體通路37進(jìn)行說 明。
具體地說，如圖29所示，氧化劑氣體通路37實質(zhì)上由按照沿水 平方向延伸的方式形成的水平部137C和安裝沿上下方向延伸的方式 形成的垂直部137B構(gòu)成，以從陰極側(cè)分隔件30的周緣部向中央部收 斂的方式順時針地形成有通路，以在陰極側(cè)分隔件30的中央部返回、 且向陰極側(cè)分隔件30的周緣部發(fā)散的方式逆時針地形成有通路。
而且，氧化劑氣體通路37的最上游部37C在此由部分37E和向第 二側(cè)部沿水平方向延伸而到達(dá)的點的部分之間(換言之，最上游部37C 是從氧化劑氣體通路37的部分37E至第一個水平部137C的下游端為 止的部分)的通路構(gòu)成，其中，該部分37E是從氧化劑氣體通路37的上游端起最先與陰極8接觸的部分。另外，氧化劑氣體通路37的最上 游部37C的整個部分的通路的寬度和下游部37D的整個部分的通路的 寬度分別形成為一定，最上游部37C的通路的寬度形成為比下游部37D 的通路的寬度小。
在這樣構(gòu)成的本發(fā)明的第十二實施方式的燃料電池中，也發(fā)揮與 第十實施方式的燃料電池100同樣的作用效果。
另外，在本實施方式中，燃料氣體通路27和氧化劑氣體通路37 的通路均形成為渦形，但不限定于此，既可以僅將燃料氣體通路27形 成為渦形，也可以僅將氧化劑氣體通路37形成為渦形。 (第十三實施方式)
圖30是表示本發(fā)明的第十三實施方式的燃料電池的陽極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，圖31是表示本發(fā)明的第十三實施方式的 燃料電池的陰極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖30和圖31中， 將陽極分隔件和陰極側(cè)分隔件的上下方向作為圖的上下方向表示。
本發(fā)明的第十三實施方式的燃料電池和第十實施方式的燃料電池 IOO的基本結(jié)構(gòu)相同，但如圖30和圖31所示，燃料氣體通路27和氧 化劑氣體通路37由多個槽(在此燃料氣體通路27是兩個槽，氧化劑 氣體通路是三個槽)構(gòu)成的點不同。另外，燃料氣體通路27的最上游 部27C由部分27E和向第一側(cè)部沿水平方向延伸而到達(dá)的點的部分之 間(換言之，從燃料氣體通路27的部分27E至第一個往復(fù)部127A的 下游端為止的部分)的通路構(gòu)成，其中，該部分27E是從燃料氣體通 路27的上游端起首先與陽極4接觸的部分，氧化劑氣體通路37的最 上游部37C由部分37E和向第二側(cè)部沿水平方向延伸而到達(dá)的點的部 分之間(換言之，從氧化劑氣體通路37的部分37E至第一個往復(fù)部 137A的下游端為止的部分)的通路構(gòu)成，其中，該部分37E是從氧化 劑氣體通路37的上游端起最先與陰極8接觸的部分，以上的方面與第 十實施方式的燃料電池100不同。
這樣構(gòu)成的第十三實施方式的燃料電池也能夠?qū)崿F(xiàn)與第十實施方 式的燃料電池100同樣的作用效果。 (第十四實施方式)
圖32是表示本發(fā)明的第十四實施方式的燃料電池的陽極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，圖33是表示本發(fā)明的第十四實施方式的 燃料電池的陰極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，在圖32和圖33 中，將陽極側(cè)分隔件和陰極側(cè)分隔件的上下方向作為圖的上下方向表 示。
本發(fā)明的第十四實施方式的燃料電池和第十三實施方式的燃料電 池的基本結(jié)構(gòu)相同，但如圖32和圖33所示，燃料氣體通路27和氧化 劑氣體通路37分別形成為渦形這點不同。另外，燃料氣體通路27和 氧化劑氣體通路37的最上游部27C、 37C分別由從燃料氣體通路27 和氧化劑氣體通路37的上游端向第二側(cè)部沿水平方向延伸而到達(dá)的部 分(換言之，最上游部27C、 37C是從燃料氣體通路27和氧化劑氣體 通路37的上游端至第一個水平部的下游端為止的部分)構(gòu)成這點不同。
這樣構(gòu)成的本發(fā)明的第十四實施方式的燃料電池也能夠發(fā)揮與第 十三實施方式的燃料電池同樣的作用效果。 (第十五實施方式)
圖34是表示本發(fā)明的第十五實施方式的燃料電池的陽極側(cè)分隔件 的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，圖35是表示本發(fā)明的第十五實施方式的 燃料電池的陰極側(cè)分隔件的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。另外，在圖34和圖35 中，將陽極側(cè)分隔件和陰極側(cè)分隔件的上下方向作為圖的上下方向表 示。另外，在圖34中僅圖示燃料氣體供給歧管孔31和燃料氣體排出 歧管孔32，省略對其它歧管孔的圖示。在圖35中僅圖示氧化劑氣體供 給歧管孔33和氧化劑氣體排出歧管孔34，省略對其它歧管孔的圖示。
本發(fā)明的第十五實施方式的燃料電池和第十四實施方式的燃料電 池的基本結(jié)構(gòu)相同，但如圖32和圖33所示，陽極側(cè)分隔件20和陰極 側(cè)隔析30分別形成為圓板狀這點不同。另外，燃料氣體供給歧管孔31 和燃料氣體排出歧管孔32以夾著陽極側(cè)分隔件20的中心部(中心軸 71)相對的方式設(shè)置，同樣地，氧化劑氣體供給歧管孔32和氧化劑氣 體排出歧管孔33以夾著陰極側(cè)分隔件30的中心部(中心軸71)相對 的方式設(shè)置，以上方面不同。
另外，第十五實施方式的燃料電池的燃料氣體通路27，按照從其 上游端向陽極側(cè)分隔件20的中心部收斂的方式、且以順時針地描繪弧 的方式形成有通路，并且在陽極側(cè)分隔件20的中央部折回，按照向陽極側(cè)分隔件20的周緣部發(fā)散的方式、且以逆時針地描繪弧的方式形成 有通路。同樣地，氧化劑氣體通路37，按照從其上游端向陰極側(cè)分隔 件30的中心部收斂的方式、且以順時針地描繪弧的方式形成有通路， 并且在陰極側(cè)分隔件30的中央部折回，按照向陰極側(cè)分隔件30的周 緣部發(fā)散的方式、且以逆時針地描繪弧的方式形成有通路。
進(jìn)一步，第十五實施方式的燃料電池的燃料氣體通路27的最上游 部27C由從其上游端最先與陽極4接觸的27E和從其上游端繞半圈到 達(dá)的部分之間的通路構(gòu)成，另外，氧化劑氣體通路37的最上游部37C 由從其上游端最先與陰極8接觸的37E和從其上游端繞半圈到達(dá)的部 分之間的通路構(gòu)成，以上的方面與第十四實施方式的燃料電池不同。
這樣構(gòu)成的第十五實施方式的燃料電池也能夠發(fā)揮與第十四實施 方式的燃料電池同樣的作用效果。
另外，在上述的實施方式中，作為燃料電池堆，采用各歧管孔設(shè) 置在分隔件中的所謂的內(nèi)部歧管方式，但不限定于此，作為燃料電池 堆，也可以采用外部歧管方式。
另外，在上述實施方式中，將燃料氣體供給歧管孔31和氧化劑氣 體供給歧管孔33以相互相對的方式設(shè)置，但不限定于此，也可設(shè)置為 相互靠近。
進(jìn)一步，在上述實施方式中，將燃料氣體通路27和氧化劑氣體通 路37的最上游部27C、 37C的整個部分的通路的寬度和下游部27D、 37D的整個部分的通路的寬度分別形成為一定，但不限定于此，在能 夠獲得本發(fā)明的作用效果的范圍內(nèi)，最上游部27C、 37C的一部分和/ 或下游部27D、 37D的一部分通路的寬度也可以不同，另外，最上游 部27C、 37C的一部分通路的寬度也可以形成為比下游部27D、 37D的 通路的寬度大，另外，下游部27D、 37D的一部分的通路的寬度也可 以形成為比最上游部27C、 37C的通路的寬度小。
根據(jù)上述說明，對于本行業(yè)的從業(yè)者而言，很明顯能夠想到本發(fā) 明的多種改良及其他的實施方式。因此，上述說明應(yīng)該只作為例示解 釋，是以向本行業(yè)的從業(yè)者說明實施本發(fā)明的最佳的方式為目的而提 供的。在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，能夠在實質(zhì)上變更其詳細(xì)的 結(jié)構(gòu)和/或功能。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池和燃料電池堆作為能夠充分地 抑制溢流液阻的高分子電解質(zhì)型燃料電池和燃料電池堆是有用的。另 外，本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池和燃料電池堆在高溫低加濕的 條件下進(jìn)行運(yùn)行時，能夠抑制高分子電解質(zhì)膜的干燥，由此，作為能 夠抑制高分子電解質(zhì)膜的劣化的高分子電解質(zhì)型燃料電池和燃料電池 堆是有用的。
權(quán)利要求
1.一種高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于，具備膜-電極接合體，其具有高分子電解質(zhì)膜和夾著該高分子電解質(zhì)膜的比周緣部更靠內(nèi)側(cè)的部分的一對電極；導(dǎo)電性的第一分隔件，其為板狀，以與所述膜-電極接合體接觸的方式設(shè)置，并且形成為在該導(dǎo)電性的第一分隔件的與所述電極接觸的一個主面槽狀的第一反應(yīng)氣體通路彎曲；導(dǎo)電性的第二分隔件，其為板狀，以與所述膜-電極接合體接觸的方式設(shè)置，并且形成為在該導(dǎo)電性的第二分隔件的與所述電極接觸的一個主面槽狀的第二反應(yīng)氣體通路彎曲，所述第一反應(yīng)氣體通路形成為在從所述第一分隔件的厚度方向看時，至少在從其上游端最先與所述電極接觸的部分、和從所述第二反應(yīng)氣體通路的上游端最先與所述電極接觸的部分之間(下面，稱為第一分隔件的最上游部)形成的通路的寬度小于在該第一分隔件的最上游部以外形成的通路的寬度。
2. 如權(quán)利要求1所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于 所述第二反應(yīng)氣體通路形成為在從所述第二分隔件的厚度方向 看時，至少在從其上游端最先與所述電極接觸的部分、和從所述第一 反應(yīng)氣體的上游端最先與所述電極接觸的部分之間(下面，稱為第二 分隔件的最上游部)形成的通路的寬度小于在該第二分隔件的最上游 部以外形成的通路的寬度。
3. 如權(quán)利要求l所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于 所述第一反應(yīng)氣體通路形成為在從所述第一分隔件的厚度方向看時，至少從其上游端最先與所述電極接觸的部分至從與所述第二反 應(yīng)氣體通路重疊的部分最先分離的部分為止的通路(下面，稱為最上 游部)的寬度小于該通路的最上游部以外的通路的寬度。
4. 如權(quán)利要求l所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于所述第二反應(yīng)氣體通路形成為在從所述第二分隔件的厚度方向 看時，至少從其上游端最先與所述電極接觸的部分至從與所述第一反 應(yīng)氣體通路重疊的部分最先分離的部分為止的通路(下面，稱為最上 游部)的寬度小于該最上游部以外的通路的寬度。
5. 如權(quán)利要求1所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于 所述第一反應(yīng)氣體通路的所述最上游部的通路的深度形成為比所述第一反應(yīng)氣體通路的所述最上游部以外的通路的深度深。
6. 如權(quán)利要求2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于 所述第二反應(yīng)氣體通路的所述最上游部的通路的深度形成為比所述第二反應(yīng)氣體通路的所述最上游部以外的通路的深度深。
7. 如權(quán)利要求l所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于 所述第一反應(yīng)氣體通路的所述最上游部的通路的截面積形成為與所述第一反應(yīng)氣體通路的所述最上游部以外的通路的截面積大致一 致。
8. 如權(quán)利要求2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于 所述第二反應(yīng)氣體通路的所述最上游部的通路的截面積形成為與所述第二反應(yīng)氣體通路的所述最上游部以外的通路的截面積大致一 致。
9. 如權(quán)利要求1所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于 在相鄰的所述第一反應(yīng)氣體通路間形成的肋部中，通過所述最上游部形成的肋部的寬度形成為比其它肋部的寬度大。
10. 如權(quán)利要求2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于: 在相鄰的所述第二反應(yīng)氣體通路間形成的肋部中，通過所述最上游部形成的肋部的寬度形成為比其它肋部的寬度大。
11. 如權(quán)利要求1或2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于在所述第一分隔件的另一主面和/或所述第二分隔件的另一主面形 成有槽狀的冷卻流體通路，在所述第一反應(yīng)氣體通路中流通的第一反應(yīng)氣體和在所述第二反 應(yīng)氣體通路中流通的第二反應(yīng)氣體的露點低于在所述冷卻流體通路中 流通的冷卻流體的溫度。
12. 如權(quán)利要求1或2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征 在于-在所述第一分隔件和所述第二分隔件，分別以相互相對的方式設(shè) 置有在厚度方向貫通的第一反應(yīng)氣體供給歧管孔和第二反應(yīng)氣體供給 歧管孔。
13. 如權(quán)利要求1或2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于所述第一反應(yīng)氣體通路和所述第二反應(yīng)氣體通路按照成為平行流 的方式形成。
14. 如權(quán)利要求1或2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于所述第一反應(yīng)氣體通路和/或所述第二反應(yīng)氣體通路形成為蛇形。
15. 如權(quán)利要求1或2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于所述第一反應(yīng)氣體通路和/或所述第二反應(yīng)氣體通路形成為渦形。
16. 如權(quán)利要求3所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于: 所述第一反應(yīng)氣體通路的所述最上游部的整個部分的通路的寬度形成為小于該第一反應(yīng)氣體通路的除所述最上游部以外的部分(下面, 稱為剩余部)的整個部分的通路的寬度。
17.如權(quán)利要求16所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于:所述第一反應(yīng)氣體通路的所述剩余部的整個部分的通路的寬度形 成為一定。
18. 如權(quán)利要求16所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于: 所述第一反應(yīng)氣體通路的所述最上游部的整個部分的通路的寬度形成為一定。
19. 如權(quán)利要求4所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于: 所述第二反應(yīng)氣體通路的所述最上游部的整個部分的通路的寬度形成為小于該第二反應(yīng)氣體通路的除所述最上游部以外的部分的整個 部分的通路的寬度。
20. 如權(quán)利要求19所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于:所述第二反應(yīng)氣體通路的所述剩余部的整個部分的通路的寬度形成為一定。
21. 如權(quán)利要求19所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于: 所述第二反應(yīng)氣體通路的所述最上游部的整個部分的通路的寬度形成為一定。
22. —種燃料電池堆，其特征在于層疊并聯(lián)接有多個權(quán)利要求1所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高分子電解質(zhì)型燃料電池及具備它的燃料電池堆，該高分子電解質(zhì)型燃料電池具備膜-電極接合體(10)，其具有高分子電解質(zhì)膜(1)和夾著該高分子電解質(zhì)膜(1)的周緣部的更內(nèi)側(cè)的部分的一對電極(4、8)；導(dǎo)電性的第一分隔件(30)，其以與膜-電極接合體(10)接觸的方式設(shè)置，并形成為在一個主面上槽狀的第一反應(yīng)氣體通路(37)彎曲；導(dǎo)電性的第二分隔件(20)，其以與膜-電極接合體(10)接觸的方式設(shè)置，并形成為在一個主面上槽狀的第二反應(yīng)氣體通路(27)彎曲，第一反應(yīng)氣體通路(27)形成為至少在從其上游端最先與電極(8)接觸的部分、和從第二反應(yīng)氣體通路(27)的上游端最先與電極(4)接觸的部分之間(下面，稱為第一分隔件(30)的最上游部(8C))形成的通路的寬度比在該第一分隔件(30)的最上游部(8C)以外形成的通路的寬度小。
文檔編號H01M8/02GK101636867SQ20088000852
公開日2010年1月27日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者玄番美穗, 竹口伸介, 辻庸一郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社