(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成した固体高分子電解質の内外にそれぞれガス流路を形成する電極を設け、その酸素供給側のガス流路断面を水素供給側より大きく形成したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
固体高分子電解質の内周に、外周に酸素供給用のガス流路が形成された筒状の正極側内部電極を設け、固体高分子電解質の外周に、内周に水素供給用のガス流路が形成された筒状の負極側外部電極を設け、上記正極側内部電極の中心に酸素供給用のガス流路で生成した水を排水する通路を形成した請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
通路に排水管が接続され、その排水管に、酸素供給用のガス流路の水分濃度を制御する除湿器が接続された請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
固体高分子電解質の内周に、外周に水素供給用のガス流路が形成された筒状の負極側内部電極を設け、固体高分子電解質の外周に、内周に酸素供給用のガス流路が形成された２重の筒状体からなる正極側外部電極を設けた請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
正極側外部電極のガス流路に排水管を接続し、その排水管に、酸素供給用のガス流路の水分濃度を制御する除湿器が接続された請求項４記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
従来の燃料電池は、例えば、固体高分子電解質を用いたものは、図７に示すように、固体電解質１００を挟んで、触媒１０１，１０２、水素極（負極）１０３，防水膜１０５が設けられた空気極（正極）１０４で構成されている。水素極１０３では外部から供給された水素ガスが、水素極１０３内を通過させて反応帯域近くに達し、触媒１０１に吸収されて活性な水素になる。
【０００３】
この水素原子は、次式のように電解質中の水酸イオンと反応して水となり、その際、電子を空気極１０４に送る。
【０００４】
Ｈ2 ＋  ２ＯＨ-   → ２Ｈ2 Ｏ  ＋  ２ｅ-
一方、空気極１０４では、触媒の存在の下で、空気極１０４から２個の電子を受け取り、外部から供給された酸素分子が、電解質１００からの水と反応して、水酸イオンを生成する。
【０００５】
１／２Ｏ2 ＋  Ｈ2 Ｏ  →  ２ＯＨ-
この空気極で生成した水酸イオンは、電解質１００中を移動してきた水素イオンと反応して水を生成し、全体の回路を形成する。
【０００６】
従って、電池全体の反応は、
Ｈ2 ＋  １／２Ｏ2   → ２Ｈ2 Ｏ
となり、燃料ガス中の水素と空気中の酸素が反応し水が生成する反応となる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さて、実際の燃料電池セルは、図８のように電解質１００を、空気供給プレート１０６と水素供給プレート１０７で挟んで構成され、空気供給プレート１０６に、酸素供給管１０８と排水管１０９が接続され、水素供給プレート１０７に水素供給管１１０と排ガス管（図示せず）が接続される。
【０００８】
図９は、図８のＦ−Ｆ線断面図を示したもので、空気供給プレート１０６と水素供給プレート１０７で、電解質１００を負極側触媒付き電極シート１１１と正極側触媒電極シート（防水シート付き）１１２を介して挟み、水素ガスや、酸素ガスを配管し供給する構造をとる。多くの場合、空気供給プレート１０６と水素供給プレート１０７にガス流路１１３，１１４を形成し、さらに電極シート１１１，１１２に溝１１５，１１６を設けている。
【０００９】
実用上は多数の積層構造をとるため、電極間にセパレータなどで絶縁分離している。従って、セルを組み立てるには、ガス漏れに対する配慮を各セル周囲全部に対して施す必要があり、またこの板状のものに配管を設け、原料ガスを供給してやる必要がある。
【００１０】
また、電解質のイオンの移動効率に関して電解質の水分濃度のコントロールが重要である。
【００１１】
図８，９に示すような従来の燃料電池セルではガス流路が狭く長くなり、ガスの流れの抵抗が大きくなったり、水分が凝縮して水滴ができ、排水がうまくできず、酸化ガスが到達しないところや、水分濃度分布のばらつきを生じていた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排水が良好に行える燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、筒状に形成した固体高分子電解質の内外にそれぞれガス流路を形成する電極を設け、その酸素供給側のガス流路断面を水素供給側より大きく形成した燃料電池である。
【００１４】
請求項２の発明は、固体高分子電解質の内周に、外周に酸素供給用のガス流路が形成された筒状の正極側内部電極を設け、固体高分子電解質の外周に、内周に水素供給用のガス流路が形成された筒状の負極側外部電極を設け、上記正極側内部電極の中心に酸素供給用のガス流路で生成した水を排水する通路を形成した請求項１記載の燃料電池である。
【００１５】
請求項３の発明は、通路に排水管が接続され、その排水管に、酸素供給用のガス流路の水分濃度を制御する除湿器が接続された請求項２記載の燃料電池である。
【００１６】
請求項４の発明は、固体高分子電解質の内周に、外周に水素供給用のガス流路が形成された筒状の負極側内部電極を設け、固体高分子電解質の外周に、内周に酸素供給用のガス流路が形成された２重の筒状体からなる正極側外部電極を設けた請求項１記載の燃料電池である。
【００１７】
請求項５の発明は、正極側外部電極のガス流路に排水管を接続し、その排水管に、酸素供給用のガス流路の水分濃度を制御する除湿器が接続された請求項４記載の燃料電池である。
【発明の実施の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１〜３は、本発明の燃料電池の一実施の形態を示したもので、図１は、燃料電池の概略全体図、図２は、図１のＢ−Ｂ線断面図、図３は図１のＣ−Ｃ線断面図を示す。
【００２０】
先ず燃料電池セル２８は、円柱型に形成され、円筒状に形成した固体高分子電解質３０を挟んで、筒状の正極側内部電極３２と筒状の負極側外部電極３４とが設けられて構成される。この正極側内部電極３２の外周には、固体高分子電解質３０に酸素を供給すべく溝状のガス流路３１が形成され、負極側外部電極３４の内周には、固体高分子電解質３０に水素を供給すべく溝状のガス流路３３が形成される。この正極側内部電極３２の中心側には、ガス流路３１とつながり、酸素の供給と生成水を排出するための通路３５が形成される。なお、触媒層、防水層は図では省略しているが設けられている。
【００２１】
また、正極側内部電極３２と負極側外部電極３４は、通電性があり、気密性が保たれ、燃料電池としての環境下で腐食されなければ、特に材料に拠らない。
【００２２】
図１に示すように、水素ガス源４０には供給配管４１が接続され、その供給配管４１が、負極側外部電極３４のガス流路３３とつながるガス通路４３に接続され、他方、酸素ガス源４４には、ガス配管４５が接続され、その配管４５が通路３５に接続され、その通路３５の下部に排水管４６が接続され、その排水管４６に圧力調整弁と冷却器などからなる除湿器４７が接続され、その除湿器４７で除去された水が排水孔４８より排水されるようになっている。
【００２３】
なお、４９は電流電圧計である。
【００２４】
この実施の形態においては、水素ガス源４０と酸素ガス源４４からの燃料ガスの供給は、ガス流路３３，３１に供給して軸方向に流すだけなので配管が容易となる。
【００２５】
また、ガス流路３１と通路３５は、相互につながり、酸化ガスの流路断面が水素のガス流路３３より実質的に大きく形成され、正極側ガス流路３１で生成した水はそのガス流路３１から通路３５に排出され、排水管４６を通して良好に排水できる。
【００２６】
この際、除湿器４７で、排水孔４８に排水する排水量を調整することで、ガス流路３１内での水分濃度を自在に調整できると共にそのガス流路３１内で水分が凝集して排水が不良になることもない。
【００２７】
この燃料電池の運転は、１例として、水素を２気圧、酸素は１気圧とした。又酸素源として空気を用いた場合、圧力を５気圧にした。
【００２８】
このように作製した燃料電池セルに上述の燃料ガスを供給して運転したところ、０．８Ｖの起電力が発生した。
【００２９】
図４〜図６は、本発明の他の実施の形態を示したもので、図４は、燃料電池の概略全体図、図５は、図４のＤ−Ｄ線断面図、図６は図４のＥ−Ｅ線断面図を示す。
【００３０】
先ず燃料電池セル５２は、円柱型に形成され、固体電解質５０を挟んで、水素のガス流路５３が形成された負極側内部電極５４と、酸素の第１ガス流路５５が形成された正極側外部第１電極５６が設けられ、その外側に第２ガス流路５７が形成された正極側外部第２電極５８が設けられて構成され、その第１ガス流路５５と第２ガス流路５７とが適宜箇所でつながって形成される。なお、触媒層、防水層は図では省略しているが設けられている。
【００３１】
図４に示すように、酸素ガス源６０には供給配管６１が接続され、その供給配管６１が、正極側第１外部電極５６と第２外部電極５８のガス流路５５，５７とつながるガス通路６３に接続され、他方、水素ガス源６４には、ガス配管６５が接続され、その配管６５が負極側内部電極５４のガス流路５３に接続される。
【００３２】
また燃料電池セル５２の下部の排水管６６は、第１ガス流路５５と第２ガス流路５７と接続され、その排水管６６に圧力調整弁と冷却器などからなる除湿器６７が接続され、その除湿器６７で除去された水が排水孔６８より排水されるようになっている。
【００３３】
なお、６９は電流電圧計である。
【００３４】
この実施の形態においては、図１〜３の形態と逆に、水素ガス源６４のガスを中心側に、酸素ガス源６０からの酸素を外側に流し、その酸素のガス流路５５，５７を２段にし形成して流すことで、良好に排水できる。この際、除湿器６７で、排水孔６８に排水する排水量を調整することで、ガス流路５５，５７内での水分濃度を自在に調整できると共にそのガス流路５５，５７内で水分が凝集して排水が不良になることもない。
【００３５】
このように円柱型の燃料電池とすることで、複数セルに対して各ガス流路への配管が容易となる。また燃料電池セルは、縦でも横でも、生成される水の排水を考慮すればどちらでも構わない。また円柱型のセルの太さは、原理的には起電力に依存しないので、自由に設計できる。
【発明の効果】
【００３６】
以上要するに本発明によれば、酸素のガス流路を２段などに形成して広く形成することで、排水を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態の燃料電池の概略全体図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図１のＣ−Ｃ線断面図を示す。
【図４】本発明の他の実施の形態の燃料電池の概略全体図である。
【図５】図４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図６】図４のＥ−Ｅ線断面図である。
【図７】燃料電池セルの基本構造を示す図である。
【図８】従来の燃料電池セルを示す概略斜視図である。
【図９】図８のＦ−Ｆ線断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
３０  固体高分子電解質
３１ 正極側ガス流路
３２ 正極側内部電極
３３ 負極側ガス流路
３４ 負極側外部電極
３５ 通路
【図１】
0003630113.tif 000002
【図２】
0003630113.tif 000003
【図３】
0003630113.tif 000004
【図４】
0003630113.tif 000005
【図５】
0003630113.tif 000006
【図６】
0003630113.tif 000007
【図７】
0003630113.tif 000008
【図８】
0003630113.tif 000009
【図９】
0003630113.tif 000010