(57)【要約】【課題】液水が、ガス通流部である多孔質部材内に滞留することを防止して、発電電圧を低下させない燃料電池の発電セル構造を提供する。【解決手段】燃料電池の発電セル構造であって、膜電極接合体１１に設けられ、ガスが通流可能な多孔質体で形成されたガス流路体１４と、ガス流路体１４に対して、少なくともガス通流方向の上流側と下流側とで当接し、ガス流路体１４よりも気孔率が低く親水性が高く、内部を液水が移動可能な多孔質の液水移動シート１５と、を備え、ガス流路体を流れたガスの触媒反応によって生成され下流方向に流れて下流側当接部分から液水移動シート１５に吸水された液水が、上流側当接部分からガス流路体１４に移動して、ガス流路体１４の上流側を流れるガスを湿潤する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の発電セル構造であって、
膜電極接合体に設けられ、ガスが通流可能な多孔質体で形成されたガス流路体と、
前記ガス流路体に対して、少なくともガス通流方向の上流側と下流側とで当接し、ガス流路体よりも気孔率が低く親水性が高く、内部を液水が移動可能な多孔質の液水移動シートと、
を備え、
前記ガス流路体を流れたガスの触媒反応によって生成され下流方向に流れて下流側当接部分から前記液水移動シートに吸水された液水が、上流側当接部分から前記ガス流路体に移動して、ガス流路体の上流側を流れるガスを湿潤する、
ことを特徴とする燃料電池の発電セル構造。
【請求項２】
前記ガス流路体は、
気孔率が大きくガスが流れやすいガス優先部と、
気孔率が小さく液水が流れやすい液水優先部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の発電セル構造。
【請求項３】
前記液水移動シートは、前記液水優先部に位置する部分よりも、前記ガス優先部に位置する部分の気孔率が小さい、
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池の発電セル構造。
【請求項４】
前記液水移動シートは、前記ガス流路体の下流側に当接する部分よりも、上流側に当接する部分の気孔率が大きい、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料電池の発電セル構造。
【請求項５】
前記液水移動シートは、カーボンフィラメントによって拠られた糸で布状に織られたカーボンクロスシートであり、カーボンクロスの太さを変えることで、気孔率の大小が設けられている、
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料電池の発電セル構造。
【請求項６】
前記液水移動シートは、気孔部分に親水性ポリマーが充填されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の燃料電池の発電セル構造。
【請求項７】
前記ガス流路体と前記液水移動シートとの間に配置され、片面がガス流路体に接面するとともに反対面の頂部が液水移動シートに接面し、底部と液水移動シートとの間の空間を未反応ガス通路にし、その頂部及び底部に孔が穿孔された波状体をさらに備え、
前記ガス流路体を流れたガスの触媒反応によって生成され、前記波状体の頂部の孔を介して前記液水移動シートに吸水された液水が、前記液水移動シート内を移動して、前記未反応ガス通路を流れる未反応ガスを湿潤する、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料電池の発電セル構造。
【請求項８】
前記液水移動シートの、前記ガス流路体の下流側に当接する部分よりも、上流側に当接する部分の温度が低くなるように、温度勾配を調整するシート温度調整部をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の燃料電池の発電セル構造。
【請求項９】
膜電極接合体に設けられ、ガスが通流可能な多孔質体で形成されたガス流路体と、
前記ガス流路体に対して、少なくともガス通流方向の上流側と下流側とで当接し、ガス流路体よりも気孔率が低く親水性が高く、内部を液水が移動可能な多孔質の液水移動シートと、
を備えた燃料電池の発電セルの湿潤調整方法において、
前記ガス流路体を流れたガスの触媒反応によって生成されかつ下流方向に流れて下流側当接部分から前記液水移動シートに吸水される液水を、上流側当接部分から前記ガス流路体に移動させることにより、ガス流路体の上流側を流れるガスを湿潤する、
ことを特徴とする燃料電池の発電セルの湿潤調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池の発電セル構造及び発電セルの湿潤調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガスを多孔質部材内に通流させる燃料電池の発電セルが提案されている(特許文献１参照)。
【特許文献１】特表２００７−５０７８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の燃料電池の発電セルでは、液水が、ガス通流部である多孔質部材内に滞留して、反応ガスの流れが阻害されて発電電圧が低下する、ということが本件発明者らによって知見された。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、液水が、ガス通流部である多孔質部材内に滞留することを防止して、発電電圧を低下させない燃料電池の発電セル構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、燃料電池の発電セル構造であって、膜電極接合体(１１)に設けられ、ガスが通流可能な多孔質体で形成されたガス流路体(１４)と、前記ガス流路体(１４)に対して、少なくともガス通流方向の上流側と下流側とで当接し、ガス流路体(１４)よりも気孔率が低く親水性が高く、内部を液水が移動可能な多孔質の液水移動シート(１５)と、を備え、前記ガス流路体を流れたガスの触媒反応によって生成され下流方向に流れて下流側当接部分から前記液水移動シート(１５)に吸水された液水が、上流側当接部分から前記ガス流路体(１４)に移動して、ガス流路体(１４)の上流側を流れるガスを湿潤する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ガス流路体を流れたガスの触媒反応によって生成され下流方向に流れて下流側当接部分から液水移動シートに液水が吸水される。したがって液水がガス流路体に滞留せず発電電圧の低下を防止できる。また液水移動シートに吸水された液水は、上流側当接部分からガス流路体に移動して、ガス流路体の上流側を流れるガスを湿潤する。したがって、電解質膜の乾燥を防止でき高い発電効率を維持できるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による燃料電池の外観を示す斜視図である。
【０００９】
燃料電池スタック１は、積層された複数の発電セル１０と、集電プレート２０と、絶縁プレート３０と、エンドプレート４０と、４個のナット５０とを備える。
【００１０】
発電セル１０は、燃料電池の単位セルである。各発電セル１０は、１ボルト(Ｖ)程度の起電圧を生じる。各発電セル１０の構成の詳細については後述する。
【００１１】
集電プレート２０は、積層された複数の発電セル１０の外側にそれぞれ配置される。集電プレート２０は、ガス不透過性の導電性部材、たとえば緻密質カーボンで形成される。集電プレート２０は、上辺の一部に出力端子２１を備える。燃料電池スタック１は、出力端子２１によって、各発電セル１０で生じた電子ｅ-を取り出して出力する。
【００１２】
絶縁プレート３０は、集電プレート２０の外側にそれぞれ配置される。絶縁プレート３０は、絶縁性の部材、たとえばゴムなどで形成される。
【００１３】
エンドプレート４０は、絶縁プレート３０の外側にそれぞれ配置される。エンドプレート４０は、剛性のある金属材料、たとえば鋼などで形成される。
【００１４】
一方のエンドプレート４０(図１では、左手前のエンドプレート４０)には、アノード供給口４１ａと、アノード排出口４１ｂと、カソード供給口４２ａと、カソード排出口４２ｂと、冷却水供給口４３ａと、冷却水排出口４３ｂとが設けられている。本実施形態では、カソード供給口４２ａ、冷却水供給口４３ａ及びアノード排出口４１ｂは図中右側に設けられている。またアノード供給口４１ａ、冷却水排出口４３ｂ及びカソード排出口４２ｂは図中左側に設けられている。
【００１５】
ナット５０は、エンドプレート４０の四隅付近にそれぞれ配置される。燃料電池スタック１は内部に貫通した孔(不図示)が形成されている。この貫通孔にはテンションロッド(不図示)が挿通される。テンションロッドは、剛性のある金属材料、たとえば鋼などで形成される。テンションロッドは、発電セル１０同士の電気短絡を防止するため、表面には絶縁処理されている。このテンションロッドの両端に上述したナット５０が螺合する。ナット５０とテンションロッドとが燃料電池スタック１を積層方向に締め付ける。
【００１６】
アノード供給口４１ａにアノードガスとしての水素を供給する方法としては、例えば水素ガスを水素貯蔵装置から直接供給する方法、又は水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法などがある。なお、水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリン等がある。また、カソード供給口４２ａに供給するカソードガスとしては、一般的に空気が利用される。
【００１７】
図２は、本発明による発電セルの第１実施形態の構造を示す分解図である。
【００１８】
発電セル１０は、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly；以下「ＭＥＡ」という)１１を、アノードセパレータ１２及びカソードセパレータ１３で挟持する構造である。
【００１９】
ＭＥＡ１１は、イオン交換膜からなる電解質膜１１１の両面に電極触媒層１１２が形成されている。この電極触媒層１１２の上に、ガス流路体１４が積層される。
【００２０】
ガス流路体１４は、発泡金属などで形成された電気伝導性の多孔質体である。この多孔質体は、骨格に二酸化ケイ素(SiO2)などの親水性材料が固定されて形成されている。カソード供給口４２ａから供給されたカソードガスは、この多孔体を流れてカソード電極触媒と反応し、カソード排出口４２ｂから排出される。そしてガス流路体１４の上に液水移動シート１５が重ねられる。
【００２１】
液水移動シート１５は、ガス流路体１４の気孔径よりも小径の気孔のカーボンクロスなどの電気伝導性の多孔質シートである。液水移動シート１５は、骨格に二酸化ケイ素(SiO2)などの親水性材料が固定されて形成されている。
【００２２】
アノードセパレータ１２及びカソードセパレータ１３は、さらにその上からＭＥＡ１１を挟持する。アノードセパレータ１２及びカソードセパレータ１３は、たとえばステンレス等の金属材料を基材とする導電体で形成される。
【００２３】
ＭＥＡ１１、アノードセパレータ１２及びカソードセパレータ１３には、それぞれ孔４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂが形成されており、これらが重ねられて、アノード供給口４１ａ、アノード排出口４１ｂ、カソード供給口４２ａ、カソード排出口４２ｂ、冷却水供給口４３ａ及び冷却水排出口４３ｂが形成される。
【００２４】
図３は、液水移動シートを示す図であり、図３(Ａ)は平面図、図３(Ｂ)は液水移動シートを構成する１本の糸の断面拡大図である。
【００２５】
液水移動シート１５は、図３(Ｂ)に示すように、直径数ミクロンのカーボンフィラメントによって拠られた糸が並べられ、それらの糸で図３(Ａ)に示すように布状に織られた電気伝導性のカーボンクロスシートである。このようなカーボンクロス製の液水移動シート１５においては、シートを構成する糸の内部空間が気孔に相当する。この液水移動シート１５の気孔が、ガス流路体１４の気孔径よりも小径である。気孔はフィラメント方向に沿った方向に揃っている。そのため配向性があり、液水は配向性(すなわち糸の繊維方向)に沿ってシート内を移動する。
【００２６】
図４は、本実施形態の効果を説明する図であり、カソードガスの流れ方向に平行な面で切断した断面図である。なおカソードガスは、図中左側から右側に流れる。
【００２７】
カソードガスがガス流路体１４を流れると、触媒反応によって液水が生じる。この液水は、カソードガスとともに下流方向に流れる。そして上述の構成、特に、液水移動シート１５が、ガス流路体１４の気孔径よりも小径の気孔のカーボンクロスなどの電気伝導性の多孔質シートで形成されているので、気孔径の差から表面張力差が生じる。そしてガス流路体１４に存在した液水が液水移動シート１５へ移動するのである(なお液水の移動方向を図４に網掛け矢印で示した)。
【００２８】
このように、ガス流路体１４に存在した液水が、ガス流路体１４の外に移動するので、ガス流路体１４の内部におけるカソードガスの通流を妨げないのである。
【００２９】
そして、液水移動シート１５へ移動した液水は、液水移動シート１５の気孔内を移動する。図４では、網掛け矢印で示したように、図中右側から左側に流れる。
【００３０】
なお本実施形態では、液水移動シート１５のカーボンフィラメントの繊維方向を、ガス流路体１４のガス流れ方向に合わせるようにしてある。なお以下ではガス流路体１４を流れるガスの流れ方向に基づいて上流／下流と表現する。
【００３１】
ガス流路体１４の上流では、ガスに含まれる液水は少ないが、下流では、生成した反応水が含まれるためガスに含まれる液水が多くなっている。
【００３２】
したがって、本実施形態のように、カーボンフィラメントの繊維方向を、ガス流路体１４のガス流れ方向に合わせることで、ガス流路体１４の下流の液水が、カーボンフィラメントの気孔内を通って上流側に移動し、セル内での液水分布の均一性が図られるのである。
【００３３】
ガス流路体１４は、多孔質体であり、液水移動シート１５に比べて気孔率が大きくガス通流性がよい。なお気孔率とは多孔質体全体における気孔(空間)の占める割合である。このためガスは液水移動シート１５ではなく、ガス流路体１４を優先的に流れる。一方、液水移動シート１５はガス流路体１４に比べて濡れ性(親水性)が高い。このため液水は液水移動シート１５に吸水される。これにより、ガス流路体１４を流れるガスは、ガス流路体１４の内部で液水を分離することとなる。分離された液水は、液水移動シート１５が親水加工されているので分散し(撥水加工だと水玉になり移動しにくい)、液水移動シート１５に触れることで表面張力差で吸い上げられる。なお液水移動シート１５の内部の液水は、乾燥部分(ガス上流側)に移動し、液水移動シート１５から、乾燥したガス流路体１４へ移動し、ガスの湿潤を図れる。
【００３４】
固体高分子膜(電解質膜)は乾燥していると膜抵抗が高くなって発電効率が低くなってしまう。ところが、本実施形態のように構成することで、セル内での液水分布の均一性が図られガス流路体１４の上流側が湿潤されるので、発電効率が低下してしまうことを防止できる。またガス流路体１４の上流側に向けて液水が蒸発するので、液水移動シート１５のカーボンフィラメントが下流側の液水を吸水しやすいのである。
【００３５】
セル流路内に凝縮した液水と気体が入り混じって存在するとき、濡れ性は液水のみに働く表面張力に起因するものである。これを駆動力として流路中の液水のみが親水性の高い部材である液水移動シート１５へと引き寄せられる。この結果、液水と気体の存在箇所が分離される。なお、この表面張力による液水の移動は親水性の大小が物体の接触角の大小関係で決まる。この差を大きくすれば移動速度が速まる。これによって、反応面とは反対側のいわば裏面に液水を移動させることができ、反応面付近の反応ガスの流通を促進できる。さらに、液水移動シート１５の内部では、液流通に配向性があるので、液水は配向性にしたがって移動する。本実施形態では、この方向を液水が過剰な部位から乾燥部位へ向けた。したがって、これらの機能により、セル流路内に存在する液水が気体の流通を妨げないので反応面付近でのガス流通を促進できる。また生成した液水は乾燥がちな部位へ移動するので、セル内の湿度の不均一性を改善できるのである。
【００３６】
（第２実施形態）
図５は、本発明による発電セルの第２実施形態の構造を示す分解図である。
【００３７】
本実施形態のガス流路体１４は、カソードガスの流れ方向に沿ってガスチャネル１４１が形成される。本実施形態では、６本のガスチャネル１４１が形成されている。またこのガスチャネル１４１に重なる波状プレート１６が設けられており、この波状プレート１６に液水移動シート１５が重なる。なおガス流路体１４のＭＥＡ１１に対向する面は略平らである。
【００３８】
波状プレート１６は、ガス流路体１４に重なる。波状プレート１６は、ガス流路体１４に対応した凹凸形状であり、ガス流路体１４に対して片面(図５では下面)の全面で接触する。このように構成することで、未反応のカソードガスが、波状プレート１６と液水移動シート１５とで形成された通路を流れるようにしてある。
【００３９】
図６は、ガス流路体に波状プレートが重なっている状態を示す拡大構造図である。
【００４０】
波状プレート１６の頂部１６１には、多数の孔１６１ａが穿孔されている。また波状プレート１６の底部１６２にも、多数の孔１６２ａが穿孔されている。波状プレート１６の一端(図６では左端)には、カソードガス行き止まり部１６３が設けられている。一端(図６では右端)から供給された未反応のカソードガスは、孔１６２ａを介してガス流路体１４に流れる。このように底部１６２と液水移動シート１５とで形成された流路が未反応カソードガス流路１６４になる。
【００４１】
図７は、ガス流路体に波状プレートを重ね、さらに液水移動シートを重ねた状態を示す拡大構造図である。
【００４２】
液水移動シート１５は、液水の移動方向(配向方向)がカソードガスの流れ方向に一致するようになっている。
【００４３】
図８は、第２実施形態の効果を説明する図であり、カソードガスの流れ方向に直交する面で切断した断面図である。なおカソードガスは、図中手前から奥に向けて流れる。
【００４４】
カソード供給口４２ａから供給され、未反応カソードガス流路１６４を流れる未反応カソードガスは、図中破線矢印で示すように、孔１６２ａを介してガス流路体１４に流れ、ＭＥＡ１１の触媒層１１２で反応する。そして図中実線矢印で示すように、反応済ガスは反応面から離れる向きに流れるので、液水が含まれるときに、その液水の液水移動シート１５への移動を促進する。
【００４５】
そしてガス流路体１４に存在した液水が、網掛け矢印で示したように、孔１６１ａを介して液水移動シート１５へ移動し、未反応カソードガス流路１６４を流れる未反応カソードガスを湿潤するのである。
【００４６】
図９は、第２実施形態のさらなる効果を説明する図である。
【００４７】
上述のように、この第２実施形態によれば、ガス流路体１４に存在した液水が、孔１６１ａを介して液水移動シート１５へ移動し、未反応カソードガス流路１６４を流れる未反応カソードガスを湿潤するのであるが(図９の細実線矢印参照)、液水移動シート１５へ移動した液水は、第１実施形態と同様に、液水移動シート１５の上流へも移動する(図９の太実線矢印参照)。このため、セル内での液水分布の均一性が図られ、発電効率がさらに向上するのである。
【００４８】
未反応カソードガス流路１６４に生成し残留する液水の移動が、多孔体の骨格を伝って移動するのに加え、噴出し流れの対流に助長され促進され、液水が移動する。したがって、ガスの分離を、対流を利用して促進でき、噴出し部分の上下流で湿度の不均一性を改善できるのである。
【００４９】
（第３実施形態）
図１０は、本発明による発電セルの第３実施形態の構造を示す図である。
【００５０】
第２実施形態では、波状プレート１６を設けたが、ガス流路体１４を形成することでカソードガスチャネル１４１が保たれるのであれば、波状プレート１６を省略してもよい。このカソードガスチャネル１４１にカソードガスが優先的に流れる。このようにすれば、波状プレート１６がないので製造コストを抑えつつ、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
ガスは気孔率が相対的に少ない部分を優先的に流れ、液体はチャネル壁面内部を優先的に通って、さらにガス流通部の裏側にある液水移動シート１５に移動してゆき、チャネル内に液水を存在させない。したがって、これらの機能により、ガスを流す際の圧力損失が抑えられる。簡易な構成によって、液水とガスを分離でき、セル内湿度の不均一性を改善できるのである。
【００５２】
（第４実施形態）
図１１は、本発明による発電セルの第４実施形態の構造を示す図である。
【００５３】
上記各実施形態では、液水移動シート１５の気孔径は、ガス流路体１４の気孔径よりも小径であるが、一様の気孔径であった。本実施形態の液水移動シート１５は、気孔径の小さい領域、気孔径の大きい領域がある。すなわちカーボンクロスの太さを領域によって変えることで、気孔径の大きい領域と小さい領域とが設けられている。このように、気孔径に差がある液水移動シート１５を以下のように使用する。
【００５４】
図１２は、本発明による発電セルの第４実施形態の構造を示す図であり、カソードガスの流れ方向に直交する面で切断した断面図である。
【００５５】
図１２に示すように、未反応カソードガス流路１６４の上に位置する部分には、液水移動シート１５の気孔径の小さい領域にし、孔１６１ａの上に位置する部分には、液水移動シート１５の気孔径の大きい領域にした。
【００５６】
気孔径に差があると、気孔径の差による表面張力差で液水が移動しやすくなる。そこで、本実施形態では、液水の多い部位に気孔径が大きい箇所を配置し、液水の少ない部位に気孔径が小さい箇所を配置したのである。
【００５７】
このようにすることで、ガス流路体１４から液水移動シート１５へ移動した液水は、未反応カソードガス流路１６４に移動しやすくなり、未反応カソードガス流路１６４を流れる未反応カソードガスを一層湿潤しやすくなるのである。
【００５８】
セル内の液水の少ない部位に小さい気孔径を集中させ、液水の多い部位に大きい気孔径とした。液水移動シート１５の内部で液水が移動する際、親水性なので気孔径が小さい側へ移動するので、上記の構成によって、液水の多い部位から少ない部位に液水が移動する。したがって、液水移動シート１５の中で液水の移動する駆動力を表面張力とし、表面張力を多孔体気孔径の差を持たせることにより実現し、対流ガスの流れと分離することで、液水の移動が促進されるのである。
【００５９】
（第５実施形態）
図１３は、本発明による発電セルの第５実施形態の構造を示す断面図である。
【００６０】
本実施形態では、カソードガスの流れ方向に沿って、液水移動シート１５の気孔径の大きい領域／小さい領域を配置するようにした。すなわち、上流側は、液水移動シート１５の気孔径の小さい領域にし、下流側は、液水移動シート１５の気孔径の大きい領域にした。
【００６１】
このようにすることで、ガス流路体１４から液水移動シート１５へ移動した液水は、下流側から上流側に移動しやすくなり(なお液水の移動方向を図１３に網掛け矢印で示した)、ガス流路体１４を流れるカソードガスを一層湿潤しやすくなるのである。
【００６２】
（第６実施形態）
図１４は、本発明による発電セルの第６実施形態の構造を示す図である。
【００６３】
上記各実施形態では、液水移動シート１５の温度は略一様であった。本実施形態の液水移動シート１５は、温度勾配を付け、温度の高い領域／低い領域がある。すなわちカソードセパレータ１３の上に、さらに冷却水通路１７を設け、冷却水を図１４に斜掛け矢印で示したようにカソードガスの流れ方向と同様の方向に流す。このようにすることで、カソードセパレータ１３を介して伝達した冷却熱で、液水移動シート１５に温度勾配が付く。カソードガスの流れ方向に沿って、上流側は、液水移動シート１５の温度が低い領域にし、下流側は、液水移動シート１５の温度が高い領域にした。
【００６４】
液水移動シート１５に温度勾配があると、温度差による表面張力差で液水が移動しやすくなる。すなわち図１５に示すように、温度が高温であるほど表面張力は小さくなるので、この表面張力差で液水が移動しやすくなるのである。
【００６５】
そこで、本実施形態では、液水の多い部位に温度が高い領域(表面張力小)を配置し、液水の少ない部位に温度が低い領域(表面張力大)を配置したのである。
【００６６】
このようにすることで、ガス流路体１４から液水移動シート１５へ移動した液水は、下流側から上流側に移動しやすくなり(なお液水の移動方向を図１４に網掛け矢印で示した)、ガス流路体１４を流れるカソードガスを一層湿潤しやすくなるのである。
【００６７】
このように液水移動シート１５の温度が不均一であると、液水の表面張力は低温領域のほうが高温領域よりも大きくなる。このような特性を利用して、液水の多い部位に温度が高い領域を配置し、液水の少ない部位に温度が低い領域を配置する。すると同一接触角の多孔体内を流通する液水の移動力が生じ、液水の多い部位から少ない部位に液水が移動する。したがって、液水移動シート１５の中で液水の移動する駆動力を表面張力とし、表面張力を温度の差を持たせることにより実現し、対流ガスの流れと分離することで、液水の移動が促進されるのである。
【００６８】
（第７実施形態）
図１６は、本発明による発電セルの第７実施形態の構造を示す図である。
【００６９】
本各実施形態では、液水移動シート１５のカーボンフィラメントに親水性ポリマーを充填し、カーボンフィラメントの表面張力差が生じるようにした。表面張力差で液水が移動しやすくなる。
【００７０】
親水性ポリマーとしては、ポリビニルピロリドン、ビスコースレーヨン、共重合体ポリビニルアルコールなどがある。親水性ポリマー中での水の移動は、ポリマー中での水の濃度の差によってもたらされ、水の多い部位から少ない部位へ移動する。また、親水性ポリマーを充填することで、中実体となるため、ガスの液水移動シート内の流通を排除し、液水のみを移動させることができる。
【００７１】
液水移動シート１５に取り込まれた液水が、ポリマー内部での水の濃度差によって、水の多い部位から少ない部位へ移動する。このように本実施形態は、液水移動シート１５の内部での水の濃度差を持たせることによって実現でき、対流ガスと分離することで、液水が移動する。また、液水移動シート１５の骨格があるので、親水性ポリマーを反応ガスの対流から保護され、耐久性も向上する。また、中実体となるので、ガスは液水移動シート内を微量でも流れることなくリークが発生しない。さらには組み付け時の圧力を高くすることができ、組み付け圧力のばらつきによっても、液移動の量に影響が及ぼされず一定である。
【００７２】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００７３】
たとえば上記においては、図１７(Ａ)に示したようなストレートセルに適用した場合を例示して説明したが、図１７(Ｂ)に示すようなサーペンタインセルに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明による燃料電池の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明による発電セルの第１実施形態の構造を示す分解図である。
【図３】液水移動シートを示す図である。
【図４】第１実施形態の効果を説明する図である。
【図５】本発明による発電セルの第２実施形態の構造を示す分解図である。
【図６】ガス流路体に波状プレートが重なっている状態を示す拡大構造図である。
【図７】ガス流路体に波状プレートを重ね、さらに液水移動シートを重ねた状態を示す拡大構造図である。
【図８】第２実施形態の効果を説明する図である。
【図９】第２実施形態のさらなる効果を説明する図である。
【図１０】本発明による発電セルの第３実施形態の構造を示す図である。
【図１１】本発明による発電セルの第４実施形態の構造を示す図である。
【図１２】本発明による発電セルの第４実施形態の構造を示す図である。
【図１３】本発明による発電セルの第５実施形態の構造を示す断面図である。
【図１４】本発明による発電セルの第６実施形態の構造を示す図である。
【図１５】温度と表面張力との関係を示す図である。
【図１６】本発明による発電セルの第７実施形態の構造を示す図である。
【図１７】セル形状のバリエーションを示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  発電セル
１１  膜電極接合体(ＭＥＡ)
１１１  電解質膜
１１２  電極触媒層
１２  アノードセパレータ
１３  カソードセパレータ
１４  ガス流路体
１４１  ガスチャネル(ガス優先部)
１５  液水移動シート
１６  波状プレート(波状体)
１６１  頂部
１６２  底部
１６４  未反応カソードガス流路
１７  冷却水通路(シート温度調整部)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
2009087844.tif 000006
【図１５】
2009087844.tif 000007
【図１６】
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【図１７】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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