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JP2010160937A - Fuel cell and its manufacturing method - Google Patents

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JP2010160937A JP2009001572A JP2009001572A JP2010160937A JP 2010160937 A JP2010160937 A JP 2010160937A JP 2009001572 A JP2009001572 A JP 2009001572A JP 2009001572 A JP2009001572 A JP 2009001572A JP 2010160937 A JP2010160937 A JP 2010160937A
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fuel cell
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Satoshi Morishita
敏 森下
Hayato Uehara
隼人 上原
Hitoshi Onishi
均 大西
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Sharp Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a downsized fuel cell in which fuel supply to a fuel electrode and oxidizer supply to an oxidizer electrode can be made efficient, and output density per volume can be improved. <P>SOLUTION: As for the fuel cell, respective single cells 4 are pinched by a sheet-like fuel supply sheet part 5 and an oxidizer supply sheet part 6 having flexibility, and can be bent at a coupling part 7 between the two-dimensionally arranged respective single cells 4. In the fuel supply sheet part 5, since fuel moves from a flow passage 14A of a first flow passage F1 by capillary flow in a porous structure in the flow passages 15A, 16C, 17A, 18A, respective flow passages are never blocked by air bubbles or the like. Moreover, in the oxidizer supply sheet part 6, since the flow passages 24A, 22A, 23, 20A forming a fourth flow passage F4 by a groove form a three-dimensional flow passage as a communication flow passage, compared with a planar flow passage layout, an oxidizer can be supplied more efficiently via the shortest and the optimal route by respective regions on the single cells 4. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、出力密度を高くできる燃料電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell capable of increasing power density and a method for manufacturing the same.

燃料電池は、燃料と酸化剤とを供給すれば発電する発電装置である。燃料電池は、通常、酸化剤として空気を使用できるため、燃料を交換し供給し続けることで連続して発電することができる。このため、燃料電池は、定置用電源のみでなく携帯用電源としても利用できることから非常に注目されている。   A fuel cell is a power generator that generates power when fuel and an oxidant are supplied. Since a fuel cell can normally use air as an oxidant, it can continuously generate power by continuously supplying and replacing the fuel. For this reason, fuel cells are attracting much attention because they can be used not only as stationary power sources but also as portable power sources.

燃料電池は、通常、定置用電源などとして利用される場合には、燃料として水素あるいは水素を含有するガスを使用する。一方、燃料電池は、携帯用電源として利用される場合には、携帯可能である一定の体積でかつ長時間発電させる必要が生じるので、上記燃料としては、体積当たりのエネルギ密度の高い液体燃料の方が上述のガスよりも有利となる。   In general, when a fuel cell is used as a stationary power source or the like, hydrogen or a gas containing hydrogen is used as a fuel. On the other hand, when a fuel cell is used as a portable power source, it is necessary to generate power for a long time with a certain volume that can be carried. Therefore, the fuel is a liquid fuel having a high energy density per volume. This is more advantageous than the gas described above.

なお、燃料電池に液体燃料を水素に改質する改質器を備え付け、液体燃料から水素を生成して燃料として供給するシステムを構築することも可能である。しかし、燃料電池のシステム全体が複雑になるため、燃料電池のシステムの小型化には液体燃料を上記燃料電池に直接供給する方が容易と考えられている。   It is also possible to construct a system in which a fuel cell is equipped with a reformer that reforms liquid fuel into hydrogen, and hydrogen is generated from the liquid fuel and supplied as fuel. However, since the entire fuel cell system becomes complicated, it is considered that it is easier to directly supply liquid fuel to the fuel cell in order to reduce the size of the fuel cell system.

従来、液体燃料が直接供給される燃料電池としては、例えば、メタノールと水との混合物を燃料に用いる直接型メタノール燃料電池が開示されている(例えば、特許文献1(特表平11−510311号公報)および特許文献2(特開平6−188008号公報)参照)。   Conventionally, as a fuel cell to which liquid fuel is directly supplied, for example, a direct methanol fuel cell using a mixture of methanol and water as a fuel has been disclosed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-510311). Gazette) and patent document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-188008).

ここで、図11は、ハウジング116内に燃料極103と酸化剤極102と電解質膜101とを備えた発電セル100が積層されてなる直接型メタノール燃料電池を模式的に示す図である。以下、図11を参照しながら説明する。   Here, FIG. 11 is a diagram schematically showing a direct methanol fuel cell in which a power generation cell 100 including a fuel electrode 103, an oxidant electrode 102, and an electrolyte membrane 101 is laminated in a housing 116. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

直接型メタノール燃料電池は、ハウジング116内に燃料極102と酸化剤極103と電解質膜101とを備えた発電セル100が積層されてなる。この直接型メタノール燃料電池の動作について説明する。まず、燃料タンク(図示せず)から供給ポンプなどの供給手段によって、メタノールと水とが混合されてなる燃料が、燃料導入路108に供給される。この燃料導入路108に供給された燃料は矢印110で示す方向に向かって、セパレータ105に形成された燃料極室106に供給される。燃料極室106内に供給された燃料は、燃料極103内に浸透して反応し、プロトン(水素イオン)と電子と二酸化炭素とを生成する。通常、燃料極103の材料としては多孔質材が用いられており、燃料極103と電解質膜101との界面近位の触媒が担持された層で燃料極103の反応が起こっている。   The direct methanol fuel cell is formed by laminating a power generation cell 100 including a fuel electrode 102, an oxidant electrode 103, and an electrolyte membrane 101 in a housing 116. The operation of this direct methanol fuel cell will be described. First, fuel obtained by mixing methanol and water is supplied to the fuel introduction path 108 from a fuel tank (not shown) by a supply means such as a supply pump. The fuel supplied to the fuel introduction path 108 is supplied to the fuel electrode chamber 106 formed in the separator 105 in the direction indicated by the arrow 110. The fuel supplied into the fuel electrode chamber 106 penetrates into the fuel electrode 103 and reacts to generate protons (hydrogen ions), electrons, and carbon dioxide. Usually, a porous material is used as the material of the fuel electrode 103, and the reaction of the fuel electrode 103 occurs in a layer in which a catalyst near the interface between the fuel electrode 103 and the electrolyte membrane 101 is supported.

燃料極103で生成されたプロトンは、燃料極103から電解質膜101を透過して酸化剤極102に移動し、電子は燃料極103から外部回路(図示せず)を経由して酸化剤極102に流れる。この電子が電池の出力として使用される。一方、二酸化炭素は、燃料極103から燃料極室106を通して未反応の燃料と共に排出される。   Protons generated at the fuel electrode 103 pass through the electrolyte membrane 101 from the fuel electrode 103 and move to the oxidant electrode 102, and electrons flow from the fuel electrode 103 via an external circuit (not shown) to the oxidant electrode 102. Flowing into. This electron is used as the output of the battery. On the other hand, carbon dioxide is discharged from the fuel electrode 103 through the fuel electrode chamber 106 together with unreacted fuel.

また、セパレータ105に形成された酸化剤極室104へは、矢印111で示す方向に酸素が供給され、酸化剤極室104から酸化剤極102内に酸素が拡散する。そして、この酸素は、燃料極103から拡散してきたプロトンと反応して水を生成する。生成した水は通常水蒸気となって酸化剤室104から未反応の酸素と共に、矢印112で示す方向に出口側から排出される。この例では酸化剤として酸素が使用されているが、酸素を含む空気で供給することもできる。   Further, oxygen is supplied to the oxidant electrode chamber 104 formed in the separator 105 in the direction indicated by the arrow 111, and oxygen diffuses from the oxidant electrode chamber 104 into the oxidant electrode 102. The oxygen reacts with protons diffused from the fuel electrode 103 to generate water. The generated water is normally converted into water vapor and discharged from the oxidant chamber 104 together with unreacted oxygen from the outlet side in the direction indicated by the arrow 112. In this example, oxygen is used as the oxidizing agent, but it can also be supplied by air containing oxygen.

ところで、上記従来の直接型メタノール燃料電池では、図11に示すように、発電セル100を積層する場合、セパレータ105に形成された非常に狭い燃料室106および酸化剤室104に燃料および酸化剤を供給しなければならない。発電セル100をより小型のハウジング内に積層するには、燃料室106や酸化剤室104がさらに狭くなることから、燃料や酸化剤を発電セル100に供給するためには、より供給能力をもったポンプ等の供給手段が必要となる。   By the way, in the conventional direct methanol fuel cell, as shown in FIG. 11, when the power generation cells 100 are stacked, the fuel and the oxidant are placed in the very narrow fuel chamber 106 and the oxidant chamber 104 formed in the separator 105. Must be supplied. In order to stack the power generation cell 100 in a smaller housing, the fuel chamber 106 and the oxidant chamber 104 are further narrowed. Therefore, in order to supply the fuel and the oxidant to the power generation cell 100, more supply capability is provided. A supply means such as a pump is required.

したがって、ポンプ等の供給手段の駆動に必要な電力を消費するために実質的に燃料電池から利用できる出力が低下し、燃料電池の小型化の障害となってしまう。また、ポンプなどの強制的な供給手段をなくすと、酸化剤の供給効率が低下し、燃料電池の出力の低下の要因となる。   Therefore, the power required for driving the supply means such as a pump is consumed, so that the output that can be used from the fuel cell is substantially reduced, which hinders miniaturization of the fuel cell. Further, if the forcible supply means such as a pump is eliminated, the supply efficiency of the oxidant is lowered, which causes a decrease in the output of the fuel cell.

特表平11−510311号公報Japanese National Patent Publication No. 11-510311 特開平6−188008号公報JP-A-6-188008

そこで、この発明の課題は、燃料極への燃料供給と酸化剤極への酸化剤の供給とを効率化できると共に体積当たりの出力密度の向上を図れる小型の燃料電池を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small-sized fuel cell that can improve the efficiency of the supply of fuel to the fuel electrode and the supply of oxidant to the oxidant electrode and improve the output density per volume.

上記課題を解決するため、この発明の燃料電池は、供給される燃料から陽イオンと電子とを生成する燃料極と、上記燃料極に対向するように配置されて上記燃料極からの陽イオンが透過する電解質膜と、上記電解質膜に対向するように配置されて上記電解質膜を透過した上記陽イオンと供給される酸化剤とを反応させる酸化剤極とが積層された単セルを複数備え、
上記単セルの燃料極に対向するように配置されて上記燃料極に上記燃料を供給するための流路が形成された燃料供給シート部と、
上記単セルの酸化剤極に対向するように配置されて上記酸化剤極に上記酸化剤を供給するための流路が形成された酸化剤供給シート部とを備え、
上記燃料供給シート部または上記酸化剤供給シート部の少なくとも一方を複数連結している可撓性の連結部によって複数の上記単セルが連続配列された第1の配列部と、上記積層の方向に配列された隣接する複数の単セルが上記燃料供給シート部または上記酸化剤供給シート部の少なくとも一方を共有している第2の配列部とのうちの少なくとも一方を有することを特徴としている。
In order to solve the above problems, a fuel cell according to the present invention includes a fuel electrode that generates cations and electrons from supplied fuel, and a cation from the fuel electrode that is disposed so as to face the fuel electrode. A plurality of single cells in which a permeating electrolyte membrane and an oxidant electrode arranged to face the electrolyte membrane and reacting with the cation permeated through the electrolyte membrane and a supplied oxidant are stacked;
A fuel supply sheet portion disposed to face the fuel electrode of the single cell and having a flow path for supplying the fuel to the fuel electrode;
An oxidant supply sheet portion disposed so as to face the oxidant electrode of the single cell and having a flow path for supplying the oxidant to the oxidant electrode;
A first array part in which a plurality of the single cells are continuously arrayed by a flexible connecting part connecting at least one of the fuel supply sheet part or the oxidant supply sheet part; and in the direction of the stacking A plurality of adjacent single cells arranged have at least one of the fuel supply sheet part and the second array part sharing at least one of the oxidant supply sheet part.

この発明の燃料電池によれば、上記燃料供給シート部または酸化剤供給シート部は、上記第1の配列部の可撓性の連結部で折り曲げることができるので、収納すべき場所の形状に合わせて最適な収納形態を実現することが可能となる。また、上記第2の配列部では、上記隣接する上記複数の単セルが上記燃料供給シート部または上記酸化剤供給シート部を共有しているので、複数の単セルを積層化した際の小型化を図れ、燃料電池における体積当たりの出力密度の向上を実現できる。   According to the fuel cell of the present invention, the fuel supply sheet portion or the oxidant supply sheet portion can be bent at the flexible connecting portion of the first arrangement portion, so that it matches the shape of the place to be stored. It is possible to realize an optimal storage form. Further, in the second arrangement portion, the plurality of adjacent single cells share the fuel supply sheet portion or the oxidant supply sheet portion, so that the size can be reduced when the plurality of single cells are stacked. Therefore, it is possible to improve the power density per volume in the fuel cell.

また、一実施形態の燃料電池では、上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部とが、上記単セルを挟持しつつ上記単セルの周囲で接合されている。   In one embodiment, the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion are joined around the single cell while sandwiching the single cell.

この実施形態の燃料電池によれば、上記単セルの側面に個別に封止のための微細加工を施す必要がなくなり、また、上記単セルをハウジング等に挿入したりする必要がなくなる。よって、切り出した各単セルをそのまま上記第1,第2の配列部部に配置でき、製造工程を簡略化できる。   According to the fuel cell of this embodiment, it is not necessary to individually perform fine processing for sealing on the side surface of the single cell, and it is not necessary to insert the single cell into a housing or the like. Therefore, the cut out single cells can be arranged as they are in the first and second arrangement portions, and the manufacturing process can be simplified.

また、一実施形態の燃料電池では、上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部が上記単セルの周囲で接合されている箇所に、上記単セルの燃料極あるいは酸化剤極のいずれかと電気的に接続するための配線が配置されている。   Further, in the fuel cell according to an embodiment, the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion are electrically connected to either the fuel electrode or the oxidant electrode of the single cell at a location where the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion are joined around the single cell. Wiring for connection is provided.

この実施形態の燃料電池によれば、上記単セルの燃料極あるいは酸化剤極に接続する配線を、上記燃料供給シート部および酸化剤供給シート部の外部に露出させることなく、上記燃料供給シート部および酸化剤供給シート部の内側に配置できる。   According to the fuel cell of this embodiment, the fuel supply sheet part is not exposed to the outside of the fuel supply sheet part and the oxidant supply sheet part, and the wiring connected to the fuel electrode or oxidant electrode of the single cell is exposed. And it can arrange | position inside an oxidizing agent supply sheet | seat part.

また、一実施形態の燃料電池では、上記隣接する2つの単セルの酸化剤極同士を電気的に接続する第1の配線と、
上記隣接する2つの単セルの燃料極同士を電気的に接続する第2の配線と、
上記隣接する2つの単セルのうちの一方の単セルの燃料極と他方の単セルの酸化剤極とを電気的に接続する第3の配線とのうちの少なくとも1つが、上記第1の配列部の上記連結部に沿って配置されている。
Moreover, in the fuel cell of one embodiment, the first wiring that electrically connects the oxidant electrodes of the two adjacent single cells,
A second wiring for electrically connecting the fuel electrodes of the two adjacent single cells;
At least one of the fuel electrode of one unit cell of the two adjacent unit cells and the third wiring that electrically connects the oxidant electrode of the other unit cell is the first array. It arrange | positions along the said connection part of a part.

この実施形態の燃料電池によれば、上記連結部の可撓性を保持したままで、上記第1〜第3の配線により、上記隣接する2つの単セルの燃料極,酸化剤極に対して所望の電気的接続を行える。   According to the fuel cell of this embodiment, while maintaining the flexibility of the connecting portion, the first to third wires connect the fuel electrode and the oxidant electrode of the two adjacent single cells. A desired electrical connection can be made.

また、一実施形態の燃料電池では、上記燃料供給シート部は、
上記積層の方向に積層された複数の燃料供給シート積層部材を有し、
上記複数の燃料供給シート積層部材は、
上記積層の方向に貫通する流路部を含むと共に上記流路部は中空もしくは多孔質材で形成されていて、
上記複数の燃料供給シート積層部材の多孔質材からなる流路部が連通して上記燃料極に上記燃料を供給するための第1の流路が形成されており、
上記複数の燃料供給シート積層部材の中空の流路部もしくは多孔質材からなる流路部が連通して上記燃料極からの排出物を排出するための第2の流路が形成されている。
In the fuel cell of one embodiment, the fuel supply sheet portion is
Having a plurality of fuel supply sheet lamination members laminated in the direction of lamination,
The plurality of fuel supply sheet laminated members are
Including a flow path portion penetrating in the direction of the lamination and the flow path portion is formed of a hollow or porous material,
A flow path portion made of a porous material of the plurality of fuel supply sheet laminate members communicates to form a first flow path for supplying the fuel to the fuel electrode;
A hollow flow path portion of the plurality of fuel supply sheet laminated members or a flow path portion made of a porous material communicates to form a second flow path for discharging the discharge from the fuel electrode.

この実施形態の燃料電池によれば、上記燃料供給シート部の第1の流路では、多孔質構造内の毛管流動によって燃料が移動するので、ポンプなどの送液手段を用いなくても安定して燃料を供給することができる。さらに、上記第1の流路は、積層された複数の燃料供給シート積層部材を積層方向に貫通する流路部で形成しているので、3次元流路とすることができ、平面的な流路レイアウトに比べて、より短い最適経路で単セルの燃料極の各領域に燃料を効率よく供給できる。   According to the fuel cell of this embodiment, in the first flow path of the fuel supply sheet portion, the fuel moves by capillary flow in the porous structure, so that it is stable without using liquid feeding means such as a pump. Fuel can be supplied. Furthermore, since the first flow path is formed by a flow path portion that penetrates a plurality of stacked fuel supply sheet stacking members in the stacking direction, the first flow path can be a three-dimensional flow path. Compared with the road layout, the fuel can be efficiently supplied to each region of the single-cell anode through a shorter optimum path.

また、上記第2の流路についても、複数の燃料供給シート積層部材の流路部が連通して形成されているので、3次元流路とすることができ、平面的な流路レイアウトに比べて、より短い最適経路で単セルの燃料極の各領域からの排出物を効率よく排出できる。   Further, the second flow path is also formed by communicating the flow path portions of the plurality of fuel supply sheet lamination members, so that it can be a three-dimensional flow path, compared to a planar flow path layout. Thus, the exhaust from each region of the single-cell fuel electrode can be efficiently discharged by a shorter optimum route.

また、一実施形態の燃料電池では、上記燃料供給シート積層部材は、上記流路部に隣接している流体非透過部を有しており、この流体非透過部は充填材が充填されていて上記燃料および上記燃料極からの排出物が透過できない。   In one embodiment, the fuel supply sheet laminate member has a fluid impermeable portion adjacent to the flow path portion, and the fluid impermeable portion is filled with a filler. The fuel and the exhaust from the fuel electrode cannot permeate.

この実施形態の燃料電池によれば、上記流体非透過部とこの流体非透過部に隣接している流路部とが形成された燃料供給シート積層部材を、シート状の多孔質材に充填材を導入するだけで作製できる。   According to the fuel cell of this embodiment, the fuel supply sheet laminated member in which the fluid non-permeable portion and the flow path portion adjacent to the fluid non-permeable portion are formed, the sheet-like porous material is filled with the filler. It can be produced simply by introducing.

また、一実施形態の燃料電池では、上記第1の流路は、上記燃料供給シート積層部材の流体非透過部によって、少なくとも一部が上記第2の流路に対して分離されている。   In the fuel cell of one embodiment, at least a part of the first flow path is separated from the second flow path by the fluid non-permeable portion of the fuel supply sheet stacking member.

この実施形態の燃料電池によれば、上記第2の流路によって、燃料極の排出物、特に二酸化炭素を効率よく排出できるだけでなく、この排出物の流れが第1の流路における燃料の流れを阻害するのを抑制できる。よって、上記第1の流路による燃料極への燃料の供給効率を高めて、単セルの出力密度を高めることができる。   According to the fuel cell of this embodiment, not only can the fuel electrode discharge, particularly carbon dioxide, be efficiently discharged by the second flow path, but also the flow of the discharged flow of fuel in the first flow path. Can be inhibited. Therefore, the supply efficiency of the fuel to the fuel electrode by the first flow path can be increased, and the output density of the single cell can be increased.

また、一実施形態の燃料電池では、上記第1の流路は、
上記積層の方向において上記燃料極側の一端の上記燃料供給シート積層部材よりも上流側に配置されていると共に上記燃料の流れを抑制する供給抑制構造を有する。
In the fuel cell of one embodiment, the first channel is
In the stacking direction, the fuel supply sheet stacking member is disposed upstream of the fuel supply sheet stacking member at one end on the fuel electrode side and has a supply suppressing structure that suppresses the flow of the fuel.

この実施形態の燃料電池によれば、上記第1の流路に配置した供給抑制構造でもって、上記第1の流路内における上記燃料の流れを抑制するので、上記第1の流路内の燃料の流れの方向に沿った圧力低下を抑制し、上記第1の流路内に燃料を行き渡らせることができて、単セル全体により均一に燃料を供給できる。   According to the fuel cell of this embodiment, since the flow of the fuel in the first flow path is suppressed by the supply suppressing structure arranged in the first flow path, The pressure drop along the fuel flow direction can be suppressed, the fuel can be distributed in the first flow path, and the fuel can be supplied uniformly by the entire single cell.

また、一実施形態の燃料電池では、上記積層の方向に配列された隣接する複数の単セルを備え、
さらに、各単セルに対向配置された各燃料供給シート部の各第1の流路を、上記供給抑制構造の上流側で連通させる燃料流路を有し、
この燃料通路は、上記積層方向の一端が閉じている。
In one embodiment, the fuel cell includes a plurality of adjacent single cells arranged in the stacking direction,
Furthermore, it has a fuel flow path that communicates each first flow path of each fuel supply sheet portion disposed opposite to each single cell on the upstream side of the supply suppression structure,
The fuel passage is closed at one end in the stacking direction.

この実施形態の燃料電池によれば、上記燃料通路から、上記隣接する複数の単セルの第1の流路に燃料を供給でき、各単セルの第1の流路に供給する燃料の量の均等化を図って、供給した燃料の発電への利用効率をさらに向上できる。   According to the fuel cell of this embodiment, fuel can be supplied from the fuel passage to the first flow path of the plurality of adjacent single cells, and the amount of fuel supplied to the first flow path of each single cell can be increased. The use efficiency of the supplied fuel for power generation can be further improved by equalization.

また、一実施形態の燃料電池では、上記燃料供給シート部は、
上記第1の流路に供給される燃料を希釈するための水を上記第1の流路に供給する第3の流路を有し、
上記第3の流路は、
上記燃料極側の一端の燃料供給シート積層部材よりも上流側で上記第1の流路に合流している。
In the fuel cell of one embodiment, the fuel supply sheet portion is
A third flow path for supplying water for diluting the fuel supplied to the first flow path to the first flow path;
The third flow path is
The fuel supply sheet stacking member at one end on the fuel electrode side joins the first flow path on the upstream side.

この実施形態の燃料電池によれば、上記第1の流路に合流している第3の流路から水を供給して、上記第1の流路に供給される燃料を希釈できるので、上記燃料を燃料タンクに高濃度の状態で燃料を貯めておくことができる。よって、同じタンク容量で燃料電池を動作させた場合、最初から最適濃度に希釈した燃料を使用する場合に比べて燃料電池を長時間動作させることができる。   According to the fuel cell of this embodiment, water can be supplied from the third flow path that joins the first flow path, and the fuel supplied to the first flow path can be diluted. The fuel can be stored in the fuel tank in a high concentration state. Therefore, when the fuel cell is operated with the same tank capacity, the fuel cell can be operated for a longer time than when the fuel diluted to the optimum concentration from the beginning is used.

また、一実施形態の燃料電池では、上記燃料供給シート部が有する第3の流路は、複数の単セル間に亘って連通している。   In the fuel cell of one embodiment, the 3rd channel which the above-mentioned fuel supply sheet part has is connected over a plurality of single cells.

この実施形態の燃料電池によれば、複数の単セル間に亘って連通している第3の流路から、各単セルの第1の流路に燃料希釈用の水を供給できる。また、例えば、各単セルの第5の流路(酸化剤極で生成される水を排出するための流路)から回収される水を上記第3の流路に流す場合に、各単セルから回収される水量にばらつきがあっても、上記第3の流路が各単セルに連通していることから、回収された水を複数の単セル全体で効率よく使用可能になる。   According to the fuel cell of this embodiment, water for fuel dilution can be supplied from the third flow path communicating between the plurality of single cells to the first flow path of each single cell. Further, for example, when water collected from the fifth flow path (flow path for discharging water generated at the oxidizer electrode) of each single cell is passed through the third flow path, each single cell Even if there is a variation in the amount of water collected from the water, since the third flow path communicates with each single cell, the collected water can be efficiently used in the whole of the plurality of single cells.

また、一実施形態の燃料電池では、上記第2の流路は、
上記第1の配列部と上記第2の配列部の少なくとも一方の複数の単セル間に亘って連通していると共に上記燃料供給シート部の外部に連通している。
In the fuel cell of one embodiment, the second flow path is
The first array portion communicates with at least one of the plurality of single cells of the second array portion and communicates with the outside of the fuel supply seat portion.

この実施形態の燃料電池によれば、2次元的あるいは3次元的に配置された各単セルの燃料極から排出される二酸化炭素などの排出ガスを、複数の単セルの周りの連通した第2の流路から最短の経路で上記2次元的あるいは3次元的に配置された各単セルの領域外に排出できる。このことにより、各単セルの出力低下を防ぐことができる。   According to the fuel cell of this embodiment, the second exhaust gas such as carbon dioxide discharged from the fuel electrode of each single cell arranged two-dimensionally or three-dimensionally is communicated around the plurality of single cells. Can be discharged out of the area of each single cell arranged two-dimensionally or three-dimensionally through the shortest path from the flow path. This can prevent a decrease in output of each single cell.

また、一実施形態の燃料電池では、上記酸化剤供給シート部は、
上記積層の方向に積層された複数の酸化剤供給シート積層部材を有し、
上記複数の酸化剤供給シート積層部材は、
上記積層の方向に貫通する流路部を含むと共に上記流路部は中空もしくは多孔質材で形成されていて、
上記複数の酸化剤供給シート積層部材の中空の流路部もしくは多孔質材からなる流路部が連通して上記酸化剤極に酸化剤を供給するための第4の流路が形成されており、
上記複数の酸化剤供給シート積層部材の中空の流路部もしくは多孔質材からなる流路部が連通して上記酸化剤極からの排出物を排出するための第5の流路が形成されている。
In the fuel cell of one embodiment, the oxidant supply sheet portion is
Having a plurality of oxidant supply sheet laminate members laminated in the direction of lamination,
The plurality of oxidant supply sheet laminated members are:
Including a flow path portion penetrating in the direction of the lamination and the flow path portion is formed of a hollow or porous material,
A hollow flow path portion of the plurality of oxidant supply sheet laminated members or a flow path portion made of a porous material communicates to form a fourth flow path for supplying an oxidant to the oxidant electrode. ,
A hollow flow path portion of the plurality of oxidant supply sheet laminated members or a flow path portion made of a porous material communicates to form a fifth flow path for discharging the effluent from the oxidant electrode. Yes.

この実施形態の燃料電池によれば、上記酸化剤供給シート部の第4の流路は、積層された複数の酸化剤供給シート積層部材を積層方向に貫通する流路部で形成しているので、3次元流路とすることができ、平面的な流路レイアウトに比べて、より短い最適経路で単セルの酸化剤極の各領域に酸化剤を効率よく供給できる。   According to the fuel cell of this embodiment, the fourth flow path of the oxidant supply sheet portion is formed by a flow path portion that penetrates a plurality of stacked oxidant supply sheet lamination members in the stacking direction. A three-dimensional flow path can be formed, and the oxidant can be efficiently supplied to each region of the oxidant electrode of the single cell with a shorter optimal path than in the planar flow path layout.

また、上記第5の流路についても、複数の酸化剤供給シート積層部材の流路部が連通して形成されているので、3次元流路とすることができ、平面的な流路レイアウトに比べて、より短い最適経路で単セルの酸化剤極の各領域からの排出物を効率よく排出できる。   In addition, the fifth flow path can be formed as a three-dimensional flow path because the flow path portions of the plurality of oxidant supply sheet laminated members are formed in communication with each other. In comparison, the waste from each region of the oxidizer electrode of the single cell can be efficiently discharged by a shorter optimum route.

また、一実施形態の燃料電池では、上記酸化剤供給シート積層部材は、
上記流路部に隣接している流体非透過部を有しており、この流体非透過部は充填材が充填されていて上記酸化剤および上記酸化剤極からの排出物が透過できない。
Moreover, in the fuel cell of one embodiment, the oxidant supply sheet laminated member is
The fluid non-permeating part is adjacent to the flow path part, and the fluid non-permeating part is filled with a filler so that the oxidant and the effluent from the oxidant electrode cannot permeate.

この実施形態の燃料電池によれば、シート状の多孔質材に充填材を導入するだけで、上記流体非透過部とこの流体非透過部に隣接している流路部とが形成された酸化剤供給シート積層部材を作製できる。   According to the fuel cell of this embodiment, the oxidation in which the fluid non-permeable portion and the flow path portion adjacent to the fluid non-permeable portion are formed simply by introducing a filler into the sheet-like porous material. An agent supply sheet laminated member can be produced.

また、一実施形態の燃料電池では、上記第4の流路は、上記酸化剤供給シート積層部材の流体非透過部によって、少なくとも一部が上記第5の流路に対して分離されている。   In the fuel cell according to the embodiment, at least a part of the fourth flow path is separated from the fifth flow path by the fluid non-permeable portion of the oxidant supply sheet stacking member.

この実施形態の燃料電池によれば、上記第5の流路によって、酸化剤極の排出物(水)を効率よく排出できるだけでなく、この排出物の流れが第4の流路における酸化剤の流れを阻害するのを抑制できる。よって、上記第4の流路による酸化剤極への酸化剤の供給効率を高めて、単セルの出力密度を高めることができる。   According to the fuel cell of this embodiment, not only can the discharge (water) of the oxidant electrode be efficiently discharged by the fifth flow path, but also the flow of this discharge can flow out of the oxidant in the fourth flow path. Inhibiting the flow can be suppressed. Therefore, the supply efficiency of the oxidant to the oxidant electrode by the fourth channel can be increased, and the output density of the single cell can be increased.

また、一実施形態の燃料電池では、上記第4の流路は、
上記第1の配列部および上記第2の配列部の複数の単セル間に亘って連通していると共に上記酸化剤供給シート部の外部に連通している。
In the fuel cell of one embodiment, the fourth flow path is
The first array part and the second array part communicate with each other between the plurality of single cells and communicate with the outside of the oxidant supply sheet part.

この実施形態の燃料電池によれば、2次元的あるいは3次元的に配置された複数の単セルの周りの連通した第4の流路から各単セルの酸化剤極へ酸化剤(空気)を最短の経路で供給できる。また、上記2次元的あるいは3次元的に配置された各単セルの領域の外部から、各単セルの周りに3次元的に連結された第4の流路を通って、上記単セルの領域の外部に抜ける通風が複数の経路で確保できる。このため、酸化剤(空気)が単セルの周囲に滞留して各単セルへの酸素の供給が低下するのを防ぎ、各単セルの出力低下を防ぐことができる。   According to the fuel cell of this embodiment, the oxidant (air) is supplied from the fourth flow path around the plurality of single cells arranged two-dimensionally or three-dimensionally to the oxidant electrode of each single cell. Can be supplied by the shortest route. In addition, from the outside of each single cell region arranged two-dimensionally or three-dimensionally, through the fourth flow path three-dimensionally connected around each single cell, the region of the single cell Ventilation through the outside can be secured by multiple routes. For this reason, it can prevent that an oxidizing agent (air) stagnates around a single cell, and the supply of oxygen to each single cell falls, and the output reduction of each single cell can be prevented.

また、一実施形態の燃料電池では、上記第5の流路は、上記単セルの周囲の上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部とが接合されている接合部において、上記第3の流路と連通している。   In the fuel cell according to the embodiment, the fifth flow path may include the third flow path at a joint portion where the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion around the single cell are joined. It communicates with the flow path.

この実施形態の燃料電池によれば、酸化剤極で生成した排出物(水)を第5の流路を通して回収し、第3の流路を通して燃料極側に供給して、燃料の希釈に利用することができる。   According to the fuel cell of this embodiment, the effluent (water) generated at the oxidant electrode is collected through the fifth flow path, supplied to the fuel electrode side through the third flow path, and used for fuel dilution. can do.

また、一実施形態の燃料電池では、上記第5の流路は、
上記第1の配列部または上記第2の配列部の少なくとも一方の複数の単セル間に亘って連通している。
In the fuel cell of one embodiment, the fifth flow path is
The plurality of unit cells communicate with each other in at least one of the first array section or the second array section.

この実施形態の燃料電池によれば、第5の流路が各単セルに亘って連通しているので、各単セルの酸化剤極における排出物(水)の量にばらつきがあっても、第5の流路へ回収できる水量を安定化できる。よって、上記第5の流路から上記第3の流路へ燃料希釈用の水を安定に供給できる。   According to the fuel cell of this embodiment, since the fifth flow path communicates with each single cell, even if the amount of discharge (water) at the oxidant electrode of each single cell varies, The amount of water that can be collected in the fifth channel can be stabilized. Therefore, the water for fuel dilution can be stably supplied from the fifth channel to the third channel.

また、一実施形態の燃料電池の製造方法では、転写用基板の凸部に充填材を含む材料層を形成し、
上記充填材を含む材料層が形成された転写用基板の上記凸部を、流体の通過可能な多孔質材で形成されている上記シート状部材に重ね合わせて、上記充填材を含む材料を上記シート状部材に転写し、
上記凸部が重ね合わされた上記シート状部材の領域に上記充填材を充填して、上記領域を上記燃料および上記燃料極からの排出物が透過できない流体非透過部とすると共に、上記流体非透過部に隣接していて上記燃料および燃料極からの排出物が通過可能な流路部を形成し、
上記流路部と上記流体非透過部が形成された上記シート状部材を複数積層して、上記流路部が連通している少なくとも1つの連通流路を備えた実質的に一体構造の積層構造体の燃料供給シート部を形成する。
In the fuel cell manufacturing method of one embodiment, a material layer containing a filler is formed on the convex portion of the transfer substrate,
The convex portion of the transfer substrate on which the material layer containing the filler is formed is superimposed on the sheet-like member formed of a porous material through which fluid can pass, and the material containing the filler is Transferred to a sheet-like member,
The region of the sheet-like member on which the convex portions are overlapped is filled with the filler so that the region becomes a fluid non-permeable portion through which the fuel and the discharge from the fuel electrode cannot permeate. Forming a flow path part that is adjacent to the part and through which the fuel and the discharge from the fuel electrode can pass,
A substantially monolithic laminated structure comprising a plurality of the sheet-like members on which the flow path part and the fluid non-permeation part are stacked, and at least one communication flow path communicating with the flow path part. The body fuel supply sheet portion is formed.

この実施形態の燃料電池の製造方法によれば、基板に形成した流路溝に多孔質材を詰め込むことによって多孔質構造の流路を形成する場合と異なり、多孔質構造の流路部とこの流路部を画定する流体非透過部の壁面との間に隙間を生じない。よって、流体が、多孔質材からなる流路部と流路壁との界面の隙間を通って多孔質材の透過係数以上に透過してしまうことがない。   According to the fuel cell manufacturing method of this embodiment, unlike the case where the porous channel is formed by packing the porous material into the channel groove formed in the substrate, the porous channel and the channel There is no gap between the fluid impermeable portion and the wall surface defining the flow path portion. Therefore, the fluid does not permeate more than the permeability coefficient of the porous material through the gap at the interface between the flow channel portion made of the porous material and the flow channel wall.

また、一実施形態の燃料電池の製造方法では、上記充填材を含む材料層が形成された転写用基板の上記凸部を、流体の通過可能な多孔質材で形成されている上記シート状部材に重ね合わせて、上記充填材を含む材料を上記シート状部材に転写するときに、アニールによって上記充填材を上記多孔質材に含浸させる。   In one embodiment of the method for manufacturing a fuel cell, the sheet-like member is formed of a porous material that allows fluid to pass through the convex portion of the transfer substrate on which the material layer containing the filler is formed. When the material containing the filler is transferred onto the sheet-like member, the porous material is impregnated with the filler by annealing.

この実施形態の燃料電池の製造方法によれば、プレスのみで上記充填材を含む材料層を上記領域に転写する場合に比べて、充填材をシート状部材の多孔質構造内に十分行き渡らせることができ、流路からの燃料の漏れを確実に抑制できる。   According to the manufacturing method of the fuel cell of this embodiment, the filler can be sufficiently distributed in the porous structure of the sheet-like member as compared with the case where the material layer containing the filler is transferred to the region only by pressing. And leakage of fuel from the flow path can be reliably suppressed.

また、一実施形態の燃料電池の製造方法では、転写用基板の凸部に充填材を含む材料層を形成し、
上記充填材を含む材料層が形成された転写用基板の上記凸部を、流体の通過可能な多孔質材で形成されている上記シート状部材に重ね合わせて、上記充填材を含む材料を上記シート状部材に転写し、
上記凸部が重ね合わされた上記シート状部材の領域に上記充填材を充填して、上記領域を上記酸化剤および上記酸化剤極からの排出物が透過できない流体非透過部とすると共に、上記流体非透過部に隣接していて上記酸化剤および酸化剤極からの排出物が通過可能な流路部を形成し、
上記流路部と上記流体非透過部が形成された上記シート状部材を複数積層して、上記流路部が連通している少なくとも1つの連通流路を備えた実質的に一体構造の積層構造体の酸化剤供給シート部を形成する。
In the fuel cell manufacturing method of one embodiment, a material layer containing a filler is formed on the convex portion of the transfer substrate,
The convex portion of the transfer substrate on which the material layer containing the filler is formed is superimposed on the sheet-like member formed of a porous material through which fluid can pass, and the material containing the filler is Transferred to a sheet-like member,
The region of the sheet-like member on which the convex portions are overlapped is filled with the filler, and the region becomes a fluid non-permeable portion through which the discharge from the oxidant and the oxidant electrode cannot permeate. Forming a flow path section that is adjacent to the non-permeable section and through which the oxidant and the discharge from the oxidizer electrode can pass,
A substantially monolithic laminated structure comprising a plurality of the sheet-like members on which the flow path part and the fluid non-permeation part are stacked, and at least one communication flow path communicating with the flow path part. The body oxidant supply sheet portion is formed.

この実施形態の燃料電池の製造方法によれば、基板に形成した流路溝に多孔質材を詰め込むことによって多孔質構造の流路を形成する場合と異なり、多孔質構造の流路部とこの流路を画定する壁面との間に隙間を生じない。よって、流体が、多孔質材からなる流路部と流路壁との界面の隙間を通って多孔質材の透過係数以上に透過してしまうことがない。   According to the fuel cell manufacturing method of this embodiment, unlike the case where the porous channel is formed by packing the porous material into the channel groove formed in the substrate, the porous channel and the channel There is no gap between the wall surface defining the flow path. Therefore, the fluid does not permeate more than the permeability coefficient of the porous material through the gap at the interface between the flow channel portion made of the porous material and the flow channel wall.

また、一実施形態の燃料電池の製造方法では、上記充填材を含む材料層が形成された転写用基板の上記凸部を、流体の通過可能な多孔質材で形成されている上記シート状部材に重ね合わせて、上記充填材を含む材料を上記シート状部材に転写するときに、アニールによって上記充填材を上記多孔質材に含浸させる。   In one embodiment of the method for manufacturing a fuel cell, the sheet-like member is formed of a porous material that allows fluid to pass through the convex portion of the transfer substrate on which the material layer containing the filler is formed. When the material containing the filler is transferred onto the sheet-like member, the porous material is impregnated with the filler by annealing.

この実施形態の燃料電池の製造方法によれば、プレスのみで上記充填材を含む材料層を上記シート状部材の領域に転写する場合に比べて、上記充填材をシート状部材の多孔質構造内に十分行き渡らせることができ、流路からの燃料の漏れを確実に抑制できる。   According to the fuel cell manufacturing method of this embodiment, the filler is contained in the porous structure of the sheet-like member as compared with the case where the material layer containing the filler is transferred to the region of the sheet-like member only by pressing. The fuel leakage from the flow path can be reliably suppressed.

また、一実施形態の燃料電池の製造方法では、上記充填材を含む材料層が形成された材料基板の上記材料層に、転写用基板の凸部を押し付けて、上記凸部に上記充填材を含む材料を転写し、上記転写用基板の凸部に上記充填材を含む材料層を形成する。   In one embodiment of the fuel cell manufacturing method, the convex portion of the transfer substrate is pressed against the material layer of the material substrate on which the material layer containing the filler is formed, and the filler is applied to the convex portion. The containing material is transferred, and a material layer containing the filler is formed on the convex portion of the transfer substrate.

この実施形態の燃料電池の製造方法によれば、上記充填材を含む材料層を上記転写用基板の凸部のみに容易に積層できる。   According to the fuel cell manufacturing method of this embodiment, the material layer containing the filler can be easily laminated only on the convex portion of the transfer substrate.

また、一実施形態の燃料電池の製造方法では、上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部とで上記単セルを挟持しつつ上記単セルの周囲で接合するに際し、アニールによって上記流体非透過部の上記充填材を隣接する上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部間の接合領域に含浸させることにより、上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部を貼り合わせる。   In the fuel cell manufacturing method of one embodiment, when the single cell is sandwiched between the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion and joined around the single cell, the fluid impermeability is prevented by annealing. The fuel supply sheet part and the oxidant supply sheet part are bonded together by impregnating the joining region between the adjacent fuel supply sheet part and the oxidant supply sheet part.

この実施形態の燃料電池の製造方法によれば、上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部間の接合領域に充填材含浸領域を形成できる。これにより、シート部同士が接合されると共に、シート部間の界面に沿って燃料等が漏れることを抑制できる。   According to the fuel cell manufacturing method of this embodiment, the filler-impregnated region can be formed in the joint region between the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion. Thereby, while seat parts are joined, it can control that fuel etc. leak along the interface between seat parts.

また、一実施形態の燃料電池の製造方法では、上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部とで上記単セルを挟持しつつ上記単セルの周囲で接合するに際し、アニールによって上記流体非透過部の上記充填材を上記単セルの側面と隣接する上記燃料供給シート部あるいは上記酸化剤供給シート部間に含浸させることにより、上記単セルの側面と上記燃料供給シート部および上記酸化剤供給シート部を貼り合わせる。   In the fuel cell manufacturing method of one embodiment, when the single cell is sandwiched between the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion and joined around the single cell, the fluid impermeability is prevented by annealing. The side surface of the unit cell, the fuel supply sheet unit, and the oxidant supply sheet are impregnated between the fuel supply sheet unit or the oxidant supply sheet unit adjacent to the side surface of the unit cell. Paste the parts together.

この実施形態の燃料電池の製造方法によれば、上記単セルの側面と上記燃料供給シート部および上記酸化剤供給シート部を貼り合わせることができると共に、単セルの側面とシート部間の界面に沿って燃料等が漏れることを抑制できる。   According to the method for manufacturing a fuel cell of this embodiment, the side surface of the single cell, the fuel supply sheet portion, and the oxidant supply sheet portion can be bonded together, and at the interface between the side surface of the single cell and the sheet portion. It can suppress that fuel etc. leak along.

この発明の燃料電池によれば、燃料供給シート部または酸化剤供給シート部は、第1の配列部の可撓性の連結部で折り曲げることができるので、収納すべき場所の形状に合わせて最適な収納形態を実現することが可能となる。また、上記第2の配列部では、上記隣接する上記複数の単セルが上記燃料供給シート部または上記酸化剤供給シート部を共有しているので、複数の単セルを積層化した際の小型化を図れ、燃料電池における体積当たりの出力密度の向上を実現できる。   According to the fuel cell of the present invention, the fuel supply sheet portion or the oxidant supply sheet portion can be bent at the flexible connecting portion of the first arrangement portion, so that it is optimal for the shape of the place to be stored. Can be realized. Further, in the second arrangement portion, the plurality of adjacent single cells share the fuel supply sheet portion or the oxidant supply sheet portion, so that the size can be reduced when the plurality of single cells are stacked. Therefore, it is possible to improve the power density per volume in the fuel cell.

この発明の燃料電池の第1実施形態を示す模式的な平面図である。1 is a schematic plan view showing a first embodiment of a fuel cell according to the present invention. 上記第1実施形態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態が備える燃料供給シート積層部材13の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the fuel supply sheet | seat laminated member 13 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える燃料供給シート積層部材14の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the fuel supply sheet | seat laminated member 14 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える燃料供給シート積層部材15の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the fuel supply sheet | seat laminated member 15 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える燃料供給シート積層部材16の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the fuel supply sheet | seat laminated member 16 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える燃料供給シート積層部材17の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the fuel supply sheet | seat laminated member 17 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える燃料供給シート積層部材18の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the fuel supply sheet | seat laminated member 18 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える単セル4の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the single cell 4 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える酸化剤供給シート積層部材20の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the oxidizing agent supply sheet | seat laminated member 20 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える酸化剤供給シート積層部材21の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the oxidizing agent supply sheet | seat laminated member 21 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える酸化剤供給シート積層部材22の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the oxidizing agent supply sheet | seat laminated member 22 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記第1実施形態が備える酸化剤供給シート積層部材24の形状を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the shape of the oxidizing agent supply sheet | seat laminated member 24 with which the said 1st Embodiment is provided. 上記実施形態の一変形例における単セルの3次元的接続を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the three-dimensional connection of the single cell in the modification of the said embodiment. 上記実施形態の一変形例における隣接する単セルの直列接続形態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the serial connection form of the adjacent single cell in the modification of the said embodiment. 上記実施形態の一変形例における隣接する単セルの並列接続形態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the parallel connection form of the adjacent single cell in the modification of the said embodiment. 上記実施形態の一変形例における燃料供給路の接続形態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the connection form of the fuel supply path in the modification of the said embodiment. 上記実施形態の燃料電池を用いて発電させたときの燃料電池の出力結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output result of a fuel cell when it produces electric power using the fuel cell of the said embodiment. 上記実施形態の燃料電池を用いて発電させたときの燃料電池の出力結果の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the output result of a fuel cell when it produces electric power using the fuel cell of the said embodiment. 上記実施形態の燃料電池を用いて発電させたときの燃料電池の出力結果のさらに他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the output result of a fuel cell when it produces electric power using the fuel cell of the said embodiment. この発明の燃料電池の第2実施形態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the fuel cell of this invention. 図8AのB‐B’断面図である。It is B-B 'sectional drawing of FIG. 8A. 図8AのC‐C’断面図である。It is C-C 'sectional drawing of FIG. 8A. 図8AのD‐D’断面図である。It is D-D 'sectional drawing of FIG. 8A. この発明の燃料電池の第3実施形態を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows 3rd Embodiment of the fuel cell of this invention. 図9AのE‐E’断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the E-E 'cross section of FIG. 9A. 図9AのF‐F’断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the F-F 'cross section of FIG. 9A. 図9AのG‐G’断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the G-G 'cross section of FIG. 9A. 図9AのH‐H’断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the H-H 'cross section of FIG. 9A. 上記第3実施形態における2次元的に配置された複数の単セル44が結合して一体となった構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure where the several single cell 44 arrange | positioned two-dimensionally in the said 3rd Embodiment couple | bonded together. この発明の燃料電池が備える燃料供給シート部の製造方法である第4実施形態の一工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows 1 process of 4th Embodiment which is a manufacturing method of the fuel supply sheet | seat part with which the fuel cell of this invention is provided. 上記第4実施形態の一工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows 1 process of the said 4th Embodiment. 上記第4実施形態の一工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows 1 process of the said 4th Embodiment. 従来のハウジング内に燃料極と酸化剤極と電解質膜とを備えた発電セルが積層されてなる直接型メタノール燃料電池を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the direct type | mold methanol fuel cell by which the electric power generation cell provided with the fuel electrode, the oxidizing agent electrode, and the electrolyte membrane was laminated | stacked in the conventional housing.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、図面における長さ、大きさ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法を表してはいない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In addition, dimensional relationships such as length, size, and width in the drawings are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensions.

(第1の実施の形態)
図1Aは本発明の第1実施形態を示す模式的な平面図であり、図1Bは上記第1実施形態を示す模式的な断面図である。また、図2Aから図2Gは、上記第1実施形態が備える燃料供給シート積層部材13〜18の形状を示す模式的な平面図である。また、図3Aから図3Dは、上記第1実施形態が備える酸化剤供給シート積層部材20〜24の形状を示す模式的な平面図である。以下、この第1実施形態の燃料電池を、図1A,図1B、図2A〜図2G、図3A〜図3Dに基づいて説明する。
(First embodiment)
FIG. 1A is a schematic plan view showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing the first embodiment. 2A to 2G are schematic plan views showing the shapes of the fuel supply sheet lamination members 13 to 18 included in the first embodiment. 3A to 3D are schematic plan views illustrating the shapes of the oxidant supply sheet lamination members 20 to 24 included in the first embodiment. Hereinafter, the fuel cell according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1A, 1B, 2A to 2G, and 3A to 3D.

この第1実施形態の燃料電池は、供給される燃料から陽イオンと電子とを生成する燃料極1と、この燃料極1に対向するように配置されて燃料極1からの陽イオンが透過する電解質膜2と、この電解質膜2に対向するように配置されて電解質膜2を透過した陽イオンと供給される酸化剤とを反応させる酸化剤極3とで構成された単セル4を複数備える。   The fuel cell according to the first embodiment has a fuel electrode 1 that generates cations and electrons from supplied fuel, and is disposed so as to face the fuel electrode 1 so that cations from the fuel electrode 1 can pass therethrough. A plurality of unit cells 4 each including an electrolyte membrane 2 and an oxidant electrode 3 that is disposed so as to face the electrolyte membrane 2 and reacts with the cation that has passed through the electrolyte membrane 2 and the supplied oxidant are provided. .

また、この第1実施形態の燃料電池は、単セル4の燃料極1に対向するように配置され、燃料極1に燃料を供給するための流路(第1の流路F1)を含む複数の流路が形成された燃料供給シート部5と、単セル4の酸化剤極3に対向するように配置され、酸化剤極3に酸化剤を供給するための流路(第4の流路F4)を含む複数の流路が形成された酸化剤供給シート部6を備える。上記第1の流路F1については、図2A〜図2Fを参照して後述する。また、上記第4の流路F4については、図3A〜図3Dを参照して後述する。   In addition, the fuel cell according to the first embodiment is arranged to face the fuel electrode 1 of the single cell 4 and includes a plurality of flow paths (first flow paths F1) for supplying fuel to the fuel electrode 1. The fuel supply sheet portion 5 in which the flow path is formed and the flow path (fourth flow path) for supplying the oxidant to the oxidant electrode 3 are disposed so as to face the oxidant electrode 3 of the single cell 4. An oxidant supply sheet portion 6 having a plurality of flow paths including F4) is provided. The first flow path F1 will be described later with reference to FIGS. 2A to 2F. The fourth flow path F4 will be described later with reference to FIGS. 3A to 3D.

また、この第1実施形態では、隣接する単セル4が、燃料供給シート部5および酸化剤供給シート部6を可撓性の連結部7で連結されている。これにより、複数の単セル4が2次元的に配置されている。さらにこれら2次元的に配置された複数の単セル4を積層することで、3次元的に配置することも可能となる。   Moreover, in this 1st Embodiment, the adjacent single cell 4 has connected the fuel supply sheet | seat part 5 and the oxidizing agent supply sheet | seat part 6 with the flexible connection part 7. FIG. Thereby, the several single cell 4 is arrange | positioned two-dimensionally. Furthermore, by laminating the plurality of single cells 4 arranged two-dimensionally, it is possible to arrange them three-dimensionally.

なお、この実施形態では、燃料供給シート部5,酸化剤供給シート部6共に隣接する単セル4と連結しているが、燃料供給シート部5と酸化剤供給シート部6のいずれか一方のみを隣接する単セル4間で連結して、他方が隣接する単セル4間で連結していなくても単セル4を2次元的に配置することは可能である。さらに、この2次元的に配置した単セル4を積層して単セル4を容易に3次元的に配置できる。この燃料供給シート部5のみを隣接する単セル4間で連結して単セル4を2次元的に配置する場合、隣接する単セル4への燃料輸送のための流路を別途形成する必要がなく、連結した燃料供給シート部5を通して容易に燃料を送ることができる。   In this embodiment, the fuel supply sheet unit 5 and the oxidant supply sheet unit 6 are both connected to the adjacent unit cell 4, but only one of the fuel supply sheet unit 5 and the oxidant supply sheet unit 6 is connected. The single cells 4 can be two-dimensionally arranged even if they are connected between the adjacent single cells 4 and the other is not connected between the adjacent single cells 4. Further, the single cells 4 arranged two-dimensionally can be stacked to easily arrange the single cells 4 three-dimensionally. When only the fuel supply sheet portion 5 is connected between the adjacent single cells 4 and the single cells 4 are two-dimensionally arranged, it is necessary to separately form a flow path for transporting fuel to the adjacent single cells 4. The fuel can be easily fed through the connected fuel supply sheet portion 5.

また、酸化剤供給シート部6で2次元的に隣接する単セル4を連結し、図6を参照して後述するように、3次元的に積層した積層方向に燃料供給路50Aを配置して燃料供給シート部に接続すれば、各単セル4までの燃料の供給経路を短くすることができ、燃料供給圧の低下を抑制し、より均一に各単セルに燃料を供給することが可能となる。   Further, two-dimensionally adjacent single cells 4 are connected by the oxidant supply sheet portion 6 and a fuel supply path 50A is arranged in the three-dimensionally stacked direction as will be described later with reference to FIG. By connecting to the fuel supply sheet portion, the fuel supply path to each single cell 4 can be shortened, the decrease in fuel supply pressure can be suppressed, and fuel can be supplied to each single cell more uniformly. Become.

単セル4の燃料極1および酸化剤極3の基体には、カーボンペーパー、カーボンの焼結体、ニッケルなどの焼結金属、発泡金属、多孔質シリコンなどの多孔質材を用いることができる。また、燃料極1の触媒には、一例として白金−ルテニウム合金など、白金と金、白金とオスミウム、白金とロジウムなどの合金を用いることができる。   A porous material such as carbon paper, a sintered body of carbon, a sintered metal such as nickel, a foam metal, or porous silicon can be used for the base of the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 3 of the single cell 4. As the catalyst of the fuel electrode 1, for example, platinum-gold, platinum-osmium, platinum-rhodium, or other alloys such as a platinum-ruthenium alloy can be used.

また、酸化剤極3にも、燃料極1と同様の触媒を用いることができ、酸化剤極3の材質と燃料極1の材質とが同じであってもよい。電解質膜2は、プロトン伝導性の耐熱耐酸性の材料であれば有機材料、無機材料を問わないが、例えば、有機系の含フッ素高分子を骨格とするスルホン酸基含有パーフルオロカーボン(ナフィオン117(デュポン社製)(登録商標))を用いることができる。   Further, the same catalyst as that of the fuel electrode 1 can be used for the oxidant electrode 3, and the material of the oxidant electrode 3 and the material of the fuel electrode 1 may be the same. The electrolyte membrane 2 may be an organic material or an inorganic material as long as it is a proton-conductive heat-resistant and acid-resistant material. For example, a sulfonic acid group-containing perfluorocarbon having an organic fluorine-containing polymer as a skeleton (Nafion 117 ( DuPont) (registered trademark)) can be used.

また、電解質膜2は、プロトン伝導性の機能を有すればよく、他の基材に電解質膜を埋め込んだものであってもよい。また、この発明の燃料電池の電解質膜2および燃料極1、酸化剤極3からなる膜電極複合体は、従来公知の方法により得ることができ、例えば、上記のようにして得られた電解質膜2に燃料極1および酸化剤極3をホットプレスによる接合で作製できる。さらに、この発明は、単セル4の構成や材料を上記の形態に限定するものでは無いことは勿論で、他の材料で構成されてもよいことは言うまでもない。   The electrolyte membrane 2 only needs to have a proton-conducting function, and may be one in which the electrolyte membrane is embedded in another base material. The membrane electrode assembly comprising the electrolyte membrane 2, the fuel electrode 1, and the oxidant electrode 3 of the fuel cell of the present invention can be obtained by a conventionally known method. For example, the electrolyte membrane obtained as described above 2, the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 3 can be manufactured by hot press bonding. Furthermore, this invention does not limit the structure and material of the single cell 4 to said form, and it cannot be overemphasized that it may be comprised with another material.

また、各単セル4の大きさは、この実施形態における典型的な例では1辺5mmから25mm程度であるが、この発明においては、単セルの大きさは、燃料供給シート部5や酸化剤供給シート部6に形成された流路のサイズや、積層された単セル4間のスペースなどによって相対的に決まるものであり、特にサイズを上記寸法に限定されるものではない。   The size of each single cell 4 is about 5 mm to 25 mm on a side in a typical example in this embodiment, but in this invention, the size of the single cell is the fuel supply sheet portion 5 or the oxidizer. The size is relatively determined by the size of the flow path formed in the supply sheet 6 and the space between the stacked single cells 4, and the size is not particularly limited to the above dimensions.

また、燃料極1に供給される液体燃料としては、メタノールと水とを混合したものを用いることができる。なお、燃料はこれに限るものではなく、メタノールの代わりにエタノールやジメチルエーテルのような炭化水素系の有機燃料を使用することもできる。   As the liquid fuel supplied to the fuel electrode 1, a mixture of methanol and water can be used. The fuel is not limited to this, and a hydrocarbon-based organic fuel such as ethanol or dimethyl ether can be used instead of methanol.

また、酸化剤として酸素をもともと含んでいる空気をそのまま使用することができるが、酸素そのものを使用することもできる。燃料供給シート部5内に供給された燃料は、燃料極1に達して反応し、陽イオン(H)と電子および排出ガスとしての二酸化炭素が生成する。陽イオン(H)は、電解質膜2を経由して、酸化剤極3に至る。一方、上記電子は、燃料極1から外部回路(図示せず)を経由して、酸化剤極3に導かれる。また、燃料極1で生成した二酸化炭素などの排出ガスは、燃料供給シート部5内を通って燃料供給シート部5の外へ排出される。 Further, air that originally contains oxygen as an oxidizing agent can be used as it is, but oxygen itself can also be used. The fuel supplied into the fuel supply sheet unit 5 reaches the fuel electrode 1 and reacts to generate cations (H + ), electrons, and carbon dioxide as exhaust gas. The cation (H + ) reaches the oxidant electrode 3 via the electrolyte membrane 2. On the other hand, the electrons are guided from the fuel electrode 1 to the oxidant electrode 3 via an external circuit (not shown). Further, exhaust gas such as carbon dioxide generated at the fuel electrode 1 passes through the fuel supply sheet unit 5 and is discharged out of the fuel supply sheet unit 5.

一方、外部から酸化剤供給シート部6内に導入された酸化剤の一例としての空気は、酸化剤極3に拡散し、酸化剤極3において燃料極1からの陽イオン(H)および電子と反応して、水蒸気が生成し、この水蒸気は酸化剤供給シート部6の外へ排出される。 On the other hand, air as an example of the oxidant introduced from the outside into the oxidant supply sheet unit 6 diffuses into the oxidant electrode 3, and the cation (H + ) and electrons from the fuel electrode 1 in the oxidant electrode 3. Reacts with water to produce water vapor, and this water vapor is discharged out of the oxidant supply sheet portion 6.

この実施形態にかかる燃料電池は、流路が形成された薄くて可撓性を有するシート状の燃料供給シート部5および酸化剤供給シート部6によって各単セル4が挟持されており、2次元的に配置された各単セル4間の連結部7で折り曲げることができる。また、3次元的に積層した場合においても電池を図4に模式的に示すように電池全体を変形することができるため、収納すべき場所の形状に併せて最適に収納することが可能となる。   In the fuel cell according to this embodiment, each single cell 4 is sandwiched by a thin and flexible sheet-like fuel supply sheet portion 5 and an oxidant supply sheet portion 6 in which a flow path is formed. It is possible to bend at the connecting portion 7 between the single cells 4 arranged in a regular manner. Further, even when three-dimensionally stacked, the entire battery can be deformed as schematically shown in FIG. 4, so that it can be optimally stored according to the shape of the place to be stored. .

図4に示す符号56は、燃料供給シート部5と酸化剤供給シート部6に単セル4が挟持されたひとつの発電単位を示している。さらに、図1Aに示すように、各単セル4間の連結部7の周りに酸化剤の供給路および反応生成物である水蒸気等の排出経路としてスペース8を確保できる。   4 indicates one power generation unit in which the single cell 4 is sandwiched between the fuel supply sheet portion 5 and the oxidant supply sheet portion 6. Furthermore, as shown in FIG. 1A, a space 8 can be secured around the connecting portion 7 between the single cells 4 as a supply path for an oxidant and a discharge path for water vapor as a reaction product.

このため、図11に示す従来例のように、一方向だけに供給経路が確保されている場合に比べ、積層された各単セル4への酸化剤の供給をより効率的に行うことができる。また、ポンプなどの供給手段を用いて酸化剤を各単セル4に供給する場合においても、各単セル4への供給経路が短くなり、供給手段への負荷を低減して電力消費を抑えることができる。したがって、複数の単セル4を積層化した際の小型燃料電池における体積あたりの出力密度の向上を実現できる。   Therefore, as in the conventional example shown in FIG. 11, the oxidant can be supplied more efficiently to the stacked single cells 4 than when the supply path is secured in only one direction. . In addition, even when supplying the oxidant to each single cell 4 using a supply means such as a pump, the supply path to each single cell 4 is shortened, reducing the load on the supply means and suppressing power consumption. Can do. Therefore, it is possible to improve the power density per volume in the small fuel cell when the plurality of single cells 4 are stacked.

さらに、この実施形態では、図1Bに示すように、各単セル4の燃料供給シート部5と酸化剤供給シート部6が、各単セル4を挟持しつつ単セル4の周囲で接合されている。ここで、燃料極1側の燃料が単セル4の側面から漏れて酸化剤極3へ拡散しないように、各単セル4の側面4Aを封止する必要があるが、この実施形態では、薄い燃料供給シート部5および酸化供給シート部6の可撓性を利用して各単セル4の側面に回り込ませて接合している。なお、符号55は封止樹脂である。   Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 1B, the fuel supply sheet portion 5 and the oxidant supply sheet portion 6 of each single cell 4 are joined around the single cell 4 while sandwiching each single cell 4. Yes. Here, it is necessary to seal the side surface 4A of each unit cell 4 so that the fuel on the fuel electrode 1 side does not leak from the side surface of the unit cell 4 and diffuse to the oxidant electrode 3, but in this embodiment, it is thin. Utilizing the flexibility of the fuel supply sheet portion 5 and the oxidation supply sheet portion 6, the fuel supply sheet portion 5 and the oxidation supply sheet portion 6 wrap around the side surfaces of the unit cells 4 and join them. Reference numeral 55 denotes a sealing resin.

このことにより、単セル4の側面4Aを容易に封止できるので、各単セル4の側面4Aに封止のための微細加工を個別に施したり、ハウジング等を挿入したりする必要がなく、切り出した単セル4をそのまま配置することができることから、製造方法が簡略化され、コストを削減できる。   As a result, the side surface 4A of the single cell 4 can be easily sealed, so there is no need to individually perform fine processing for sealing on the side surface 4A of each single cell 4 or to insert a housing or the like. Since the cut out single cells 4 can be arranged as they are, the manufacturing method is simplified and the cost can be reduced.

さらに、燃料供給シート部5および酸化剤供給シート部6を接合させることにより、各単セル4間の連結部7を薄膜化できる。よって、連結部7の可撓性を高めると共に、各単セル4間の連結部7の周りに上記スペース8と連通するスペース9を確保することができ、各単セル4への酸化剤の供給をより効率化することができる。   Further, by joining the fuel supply sheet portion 5 and the oxidant supply sheet portion 6, the connecting portion 7 between the single cells 4 can be thinned. Therefore, while improving the flexibility of the connection part 7, the space 9 connected to the said space 8 can be ensured around the connection part 7 between each single cell 4, and supply of the oxidizing agent to each single cell 4 is possible. Can be made more efficient.

さらに、この実施形態では、図1Bに示すように、燃料供給シート部5と酸化剤供給シート部6が単セル4の周囲で接合されている接続部10において、酸化剤供給シート部6に沿って、酸化剤極3と電気的に接続するための配線12Aが備えられる。この配線12Aは、隣接する単セル4の酸化剤極3を電気的に接続している。また、上記接続部10において、燃料供給シート部5に沿って、隣接する単セル4の燃料極1を電気的に接続するための配線11Aを備えてもよい。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1B, the connecting portion 10 where the fuel supply sheet portion 5 and the oxidant supply sheet portion 6 are joined around the single cell 4 is arranged along the oxidant supply sheet portion 6. In addition, a wiring 12A for electrical connection with the oxidant electrode 3 is provided. The wiring 12A electrically connects the oxidant electrodes 3 of the adjacent single cells 4. Further, the connecting portion 10 may include a wiring 11 </ b> A for electrically connecting the fuel electrodes 1 of the adjacent single cells 4 along the fuel supply sheet portion 5.

例えば、この実施形態において、図2Fに示す配線12Aは、燃料極1と接続するための配線の一例で、図3Aに示す配線12Bは酸化剤極3と接続するための配線の一例である。図2Fの配線12Aは、燃料供給シート積層部材18に設けられている。また、図3Aの配線12Bは、酸化剤供給シート積層部材20に設けられている。   For example, in this embodiment, the wiring 12A shown in FIG. 2F is an example of a wiring for connecting to the fuel electrode 1, and the wiring 12B shown in FIG. 3A is an example of a wiring for connecting to the oxidant electrode 3. The wiring 12 </ b> A in FIG. 2F is provided on the fuel supply sheet stacking member 18. Moreover, the wiring 12B of FIG. 3A is provided in the oxidant supply sheet laminated member 20.

これにより、酸化剤等の通路となる連結部7周りのスペース9に配線を露出させることなく、積層方向に配線を曲げて各単セル4の燃料極1や酸化剤極3と電気的に接続するための配線12A,12Bを接続部10の配線11Aまで容易に引き出すことができる。   Thus, the wiring is bent in the stacking direction and is electrically connected to the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 3 of each single cell 4 without exposing the wiring in the space 9 around the connecting portion 7 serving as a passage for the oxidant or the like. Therefore, the wirings 12A and 12B can be easily pulled out to the wiring 11A of the connecting portion 10.

これにより、連結部7に可撓性を保持したままで、かつ、配線12A,12B,11Aを酸化剤や水蒸気等の通路となる連結部7周りのスペース9に露出させることなく、隣接する単セル4の燃料極1あるいは酸化剤極3を電気的に接続することが可能となる。   As a result, while maintaining flexibility in the connecting portion 7 and without exposing the wirings 12A, 12B, and 11A to the space 9 around the connecting portion 7 serving as a passage for oxidizing agent, water vapor, etc., the adjacent unit The fuel electrode 1 or the oxidant electrode 3 of the cell 4 can be electrically connected.

なお、図1Bに示す一例では、2次元的に配置した単セル4,4を配線12A,11Aでもって電気的に並列接続することができる。さらには、図5Aに示す一例では、2次元的に配置した単セル4,4を接続部10Bで被覆された配線11A,12A,12Bでもって電気的に直列接続することもできる。この図5Aの一例では、2次元的に配置した単セル4,4を積層して3次元的にも配置している。図5Aに示すように、この一例では、燃料極1が向かい合わせになるように積層方向に隣接する単セル4,4が対向配置されており、それぞれの燃料供給シート部5が向かい合わせに対向配置されていて、この対向配置された一対の燃料供給シート部5は燃料供給シート積層部材14を共有している。   In the example shown in FIG. 1B, the two-dimensionally arranged single cells 4 and 4 can be electrically connected in parallel by wirings 12A and 11A. Furthermore, in the example shown in FIG. 5A, the two-dimensionally arranged single cells 4 and 4 can be electrically connected in series with the wirings 11A, 12A, and 12B covered with the connection portion 10B. In the example of FIG. 5A, the two-dimensionally arranged single cells 4, 4 are stacked and arranged three-dimensionally. As shown in FIG. 5A, in this example, the unit cells 4 and 4 adjacent to each other in the stacking direction are arranged to face each other so that the fuel electrode 1 faces each other, and the respective fuel supply sheet portions 5 face each other. The pair of fuel supply sheet portions 5 arranged opposite to each other share the fuel supply sheet stacking member 14.

さらにまた、図5Bに示すように、積層方向に隣接する単セル4,4を接続部10Cで被覆された配線11C,12A,12Bで電気的に直列接続させることも容易に実施可能となる。この図5Bの一例では、上述の図5Aの一例とは異なり、積層方向に隣接する単セル4,4は同じ向きに配置されている。なお、図5Bに示す一例では、積層方向に隣接する単セル4,4を直列接続した例を示しているが、隣接する単セル4,4を並列に接続することも可能であることは容易に理解できる。   Furthermore, as shown in FIG. 5B, the single cells 4 and 4 adjacent in the stacking direction can be easily electrically connected in series with the wirings 11C, 12A, and 12B covered with the connection portion 10C. In the example of FIG. 5B, unlike the example of FIG. 5A described above, the single cells 4 and 4 adjacent in the stacking direction are arranged in the same direction. In the example shown in FIG. 5B, an example in which the single cells 4 and 4 adjacent in the stacking direction are connected in series is shown. However, it is easy to connect the adjacent single cells 4 and 4 in parallel. Can understand.

次に、この実施形態の燃料電池の燃料供給シート部5の積層構造について説明する。図1Bに示す燃料供給シート部5は、図2Aから図2Fに示す燃料供給シート積層部材13,14,15,16,17,18が積層されて形成されている。   Next, the laminated structure of the fuel supply sheet portion 5 of the fuel cell of this embodiment will be described. The fuel supply sheet portion 5 shown in FIG. 1B is formed by laminating fuel supply sheet lamination members 13, 14, 15, 16, 17, and 18 shown in FIGS. 2A to 2F.

図2Aに示すように、燃料供給シート積層部材13は、貫通溝からなる流路13Aとこの流路13Aを区画する流体非通過部13Bを有する。また、図2Bに示すように、上記燃料供給シート積層部材14は、多孔質材で形成されている貫通流路14Aと貫通溝で形成されている貫通流路14Cと上記貫通流路14A,14Cを区画する流体非通過部14Bを有する。また、図2Cに示すように、燃料供給シート積層部材15は、多孔質材で形成されている貫通流路15Aと貫通溝で形成されている貫通流路15Cと上記貫通流路15A,15Cを区画する流体非通過部15Bを有する。なお、上記多孔質材は、燃料あるいは燃料極1からの排出物が通過可能な多孔質材である。一方、上記流体非通過部13B,14B,15Bは、燃料および燃料極1からの排出物が透過できない。   As shown in FIG. 2A, the fuel supply sheet laminate member 13 has a flow path 13A formed of a through groove and a fluid non-passing portion 13B that partitions the flow path 13A. As shown in FIG. 2B, the fuel supply sheet laminate member 14 includes a through channel 14A formed of a porous material, a through channel 14C formed of a through groove, and the through channels 14A and 14C. Fluid non-passing part 14B. As shown in FIG. 2C, the fuel supply sheet laminate member 15 includes a through passage 15A formed of a porous material, a through passage 15C formed of a through groove, and the through passages 15A and 15C. A fluid non-passing portion 15B is defined. The porous material is a porous material through which the fuel or the discharge from the fuel electrode 1 can pass. On the other hand, the fluid non-passage portions 13B, 14B, and 15B cannot pass the fuel and the discharge from the fuel electrode 1.

また、図2Dに示すように、燃料供給シート積層部材16は、多孔質材で形成されている貫通流路16A,16Cと貫通溝で形成されている貫通流路16Dと上記貫通流路16A,16C,16Dを区画する流体非通過部16Bを有する。また、図2Eに示すように、燃料供給シート積層部材17は、多孔質材で形成されている貫通流路17Aと貫通溝で形成されている貫通流路17Cと上記貫通流路17A,17Cを区画する流体非通過部17Bを有する。また、図2Fに示すように、燃料供給シート積層部材18は、多孔質材で形成されている貫通流路18Aと上記貫通流路18Aを区画する流体非通過部18Bを有する。この積層方向の一端の燃料供給シート積層部材18は、燃料極1に対向するように配置されている。なお、上記多孔質材は、燃料あるいは燃料極1からの排出物が通過可能な多孔質材である。一方、上記流体非通過部16B,17B,18Bは、燃料および燃料極1からの排出物が透過できない。   Further, as shown in FIG. 2D, the fuel supply sheet laminate member 16 includes a through channel 16A, 16C formed of a porous material, a through channel 16D formed of a through groove, and the through channel 16A, It has a fluid non-passing part 16B that partitions 16C and 16D. As shown in FIG. 2E, the fuel supply sheet laminate member 17 includes a through channel 17A formed of a porous material, a through channel 17C formed of a through groove, and the through channels 17A and 17C. It has a fluid non-passing part 17B. Further, as shown in FIG. 2F, the fuel supply sheet laminate member 18 has a through passage 18A formed of a porous material and a fluid non-passing portion 18B that partitions the through passage 18A. The fuel supply sheet stacking member 18 at one end in the stacking direction is disposed so as to face the fuel electrode 1. The porous material is a porous material through which the fuel or the discharge from the fuel electrode 1 can pass. On the other hand, the fluid non-passing portions 16B, 17B, and 18B cannot pass the fuel and the discharge from the fuel electrode 1.

上記多孔質材で形成されている流路14A,流路15A,流路16C,流路17A,18Aが積層方向に連通して、燃料極1に燃料を供給する第1の流路F1を構成している。また、上記貫通溝で形成されている貫通流路13A,14C,15C,16D,17Cが多孔質材で形成されている流路18Aに積層方向に連通して、燃料極1の排出物(CO)を排出する第2の流路F2を構成している。 The flow path 14A, the flow path 15A, the flow path 16C, and the flow paths 17A and 18A formed of the porous material communicate with each other in the stacking direction to form a first flow path F1 that supplies fuel to the fuel electrode 1. is doing. Further, the through-flow passages 13A, 14C, 15C, 16D, and 17C formed by the through-grooves communicate with the flow passage 18A formed of the porous material in the stacking direction, and the discharge (CO 2 ), the second flow path F2 is formed.

また、上記多孔質材で形成されている貫通流路16Aが、上記多孔質材で形成されている貫通流路17A,18Aに連通して第3の流路F3を構成している。この第3の流路F3は、燃料を希釈する水を供給するための流路である。   Further, the through flow path 16A formed of the porous material communicates with the through flow paths 17A and 18A formed of the porous material to form a third flow path F3. The third flow path F3 is a flow path for supplying water for diluting the fuel.

このような燃料供給シート部5に形成された多孔質材からなる第1の流路F1によれば、流路14Aに導入された燃料は、多孔質構造の吸収力ならびに毛管作用によって、連通する多孔質材からなる流路15A,16C,17A,18Aへ順に導入され、流路18A内に拡散した燃料が燃料極1に達して反応し、陽イオン(H)と電子を生成させることができる。 According to the first flow path F1 made of the porous material formed in the fuel supply sheet portion 5 as described above, the fuel introduced into the flow path 14A communicates by the absorption capacity and the capillary action of the porous structure. The fuel is introduced into the flow paths 15A, 16C, 17A, and 18A made of a porous material in order, and the fuel diffused in the flow path 18A reaches the fuel electrode 1 and reacts to generate cations (H + ) and electrons. it can.

この燃料電池の燃料供給シート部5では、燃料は、第1の流路F1の流路14Aから流路15A,16C,17A,18Aにおける多孔質構造内の毛管流動によって移動するので、気泡などによって各流路が閉塞することがない。よって、ポンプなどの送液手段を用いなくても安定して燃料を供給することができる。さらに、上記第1の流路F1をなす流路14A,15A,16C,17A,18Aは、連通流路として3次元流路を形成しているので、平面的な流路レイアウトに比べて、より短い最適経路で単セル4上の各領域に燃料を効率よく供給できる。   In the fuel supply sheet portion 5 of the fuel cell, the fuel is moved by the capillary flow in the porous structure in the flow paths 15A, 16C, 17A, and 18A from the flow path 14A of the first flow path F1. Each flow path is not blocked. Therefore, the fuel can be stably supplied without using a liquid feeding means such as a pump. Furthermore, since the flow paths 14A, 15A, 16C, 17A, and 18A forming the first flow path F1 form a three-dimensional flow path as a communication flow path, the flow path 14A, 15A, 16C, 17A, and 18A are more The fuel can be efficiently supplied to each region on the single cell 4 by a short optimum route.

この実施形態において、燃料供給シート部5を構成する燃料供給シート積層部材13〜18としては、例えば、多孔質シリコン、カーボンペーパー、カーボンの焼結体、ニッケルなどの焼結金属、多孔質ポリイミド樹脂、多孔質PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)など、耐薬品性を備えた多孔質材が使用可能である。   In this embodiment, as the fuel supply sheet lamination members 13 to 18 constituting the fuel supply sheet portion 5, for example, porous silicon, carbon paper, a sintered body of carbon, a sintered metal such as nickel, a porous polyimide resin, etc. A porous material having chemical resistance such as porous PTFE (polytetrafluoroethylene) can be used.

また、各シート積層部材の多孔質材からなる流路14A,15A,16A,16C,17A,18Aの多孔質構造は、流体の毛管流動を誘起する構造であればよく、繊維構造であってもよい。毛管流動を誘起しやすくするためにこれらの多孔質剤に親水化処理を施したものが好ましい。   The porous structure of the flow paths 14A, 15A, 16A, 16C, 17A, and 18A made of the porous material of each sheet laminated member may be a structure that induces capillary flow of fluid, and may be a fiber structure. Good. In order to easily induce capillary flow, those porous agents that have been subjected to a hydrophilic treatment are preferred.

この実施形態における典型的な例では、上記燃料供給シート積層部材13〜18の厚さは、30μmから200μm程度で、多孔質材の孔径が0.01μm〜10μm程度のものである。また、流路の幅は、例えば、流路16Cで10μmから200μm程度である。   In a typical example in this embodiment, the thickness of the fuel supply sheet laminate members 13 to 18 is about 30 μm to 200 μm, and the pore diameter of the porous material is about 0.01 μm to 10 μm. Further, the width of the channel is, for example, about 10 μm to 200 μm in the channel 16C.

なお、この発明においては、通過領域である多孔質材の孔径や各流路の幅は、単セルの大きさや燃料供給シート積層部材の拡散速度などによって相対的に決まるものであり、特にサイズを上記寸法に限定されるものではない。また、この発明は、流路の本数やレイアウトを図1A,1B、図2A〜図2Gに示す実施形態に限定するものでは無いことは勿論で、これらの流路が分岐してもよいことは言うまでもない。   In the present invention, the pore diameter of the porous material, which is the passage region, and the width of each flow path are relatively determined by the size of the single cell, the diffusion rate of the fuel supply sheet laminate member, etc. It is not limited to the above dimensions. In addition, the present invention is not limited to the number and layout of the flow paths to the embodiments shown in FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A to 2G, and these flow paths may be branched. Needless to say.

さらに好ましい一例では、上記各燃料供給シート積層部材13,14,15,16,17,18の流体非透過部13B,14B,15B,16B,17B,18Bは、第1の流路F1を構成する流路14A,15A,16C,17A,18Aをなす多孔質材と同じ構造部に充填材を充填することで形成されている。これにより、各燃料供給シート部材14,15,16,17,18は、流体非透過部14B,15B,16B,17B,18Bによって流路14A,15A,16A,16C,17A,18Aを画定できる。これにより、シート状の多孔質材に充填材を導入するだけで、容易に多孔質の貫通流路14A〜18Aを形成できる。上記充填材としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、アクリル系、ポリイミド系などの樹脂を用いることができる。   In a more preferable example, the fluid non-permeable portions 13B, 14B, 15B, 16B, 17B, and 18B of the fuel supply sheet lamination members 13, 14, 15, 16, 17, and 18 constitute the first flow path F1. It is formed by filling the same structural portion as the porous material forming the flow paths 14A, 15A, 16C, 17A, and 18A. Thereby, each fuel supply sheet member 14, 15, 16, 17, 18 can define the flow paths 14A, 15A, 16A, 16C, 17A, 18A by the fluid non-permeable portions 14B, 15B, 16B, 17B, 18B. Thereby, the porous through-channels 14A to 18A can be easily formed simply by introducing the filler into the sheet-like porous material. As the filler, a resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene), acrylic, or polyimide can be used.

さらに好ましくは、積層方向の一端の燃料供給シート積層部材18に形成された流路18Aを含む連通流路は、流路18Aまで燃料を供給するための流路14Aから流路15A,16C,17Aへと続く第1の流路F1と、流路13Aから流路14C,15C,16D,17Cへと続き、流路18Aから燃料極1の排出物を排出するための第2の流路F2を備え、第1の流路F1と第2の流路F2は分離されている。   More preferably, the communication channel including the channel 18A formed in the fuel supply sheet stacking member 18 at one end in the stacking direction is from the channel 14A for supplying fuel to the channel 18A to the channels 15A, 16C, and 17A. A first flow path F1 that continues to the flow path, and a second flow path F2 that continues from the flow path 13A to the flow paths 14C, 15C, 16D, and 17C and discharges the fuel electrode 1 from the flow path 18A. The first flow path F1 and the second flow path F2 are separated.

これにより、燃料極1での排出物、特に二酸化炭素を第2の流路F2から効率よく排出できるだけでなく、二酸化炭素が流路18A内に滞留して第1の流路F1からの燃料の流れを阻害するのを抑制し、燃料極1への燃料の供給効率を高め、単セル4の出力密度を高めることができる。   As a result, not only the discharge from the fuel electrode 1, particularly carbon dioxide, can be efficiently discharged from the second flow path F2, but also carbon dioxide stays in the flow path 18A and the fuel from the first flow path F1 flows. Inhibition of the flow can be suppressed, fuel supply efficiency to the fuel electrode 1 can be increased, and the output density of the single cell 4 can be increased.

ここで、第1の流路F1を構成する流路17Aから供給された燃料と、燃料極1で生成した二酸化炭素が、流路18A内に存在する状態における、流路18Aの微細孔内の燃料(液体)と二酸化炭素(ガス)との界面に形成されるメニスカスの力のつりあいを示す式は、次式(1)のように表される。   Here, in the state where the fuel supplied from the flow path 17A constituting the first flow path F1 and the carbon dioxide generated in the fuel electrode 1 are present in the flow path 18A, An equation indicating the balance of meniscus force formed at the interface between the fuel (liquid) and carbon dioxide (gas) is expressed as the following equation (1).

Pf=σ・cos(π−α)/d + Pg … (1)
式(1)において、Pfは燃料の圧力、Pgは二酸化炭素の圧力、σは表面張力、αはメニスカスと微細孔内壁の角度、dは微細孔内径である。つまり、燃料の圧力がPfのときの式(1)を満たすdの値の内径のところまで燃料は微細孔内へ入っていくことができる。すなわち、燃料の供給圧が高い流路17A付近では、燃料は流路18A内へ浸透して行くことができる。
Pf = σ · cos (π−α) / d + Pg (1)
In equation (1), Pf is the pressure of the fuel, Pg is the pressure of carbon dioxide, σ is the surface tension, α is the angle between the meniscus and the inner wall of the micropore, and d is the inner diameter of the micropore. That is, the fuel can enter the fine holes up to the inner diameter of the value d satisfying the equation (1) when the fuel pressure is Pf. That is, in the vicinity of the flow path 17A where the fuel supply pressure is high, the fuel can permeate into the flow path 18A.

一方、第2の流路F2側の流路17C側が開放されており、二酸化炭素の圧力Pgは流路18A内の圧力上昇が抑制されているので、上記二酸化炭素は第1の流路F1側の流路17A付近へ逆流して排出して行くことができない。さらに、第2の流路F2側の流路17C付近では、燃料の供給圧力が十分低いので、メニスカスのつりあいの位置を示す(1)式を満たすdの値の内径のところまで、燃料が微細孔内へ入って行くことができず、燃料が第2の流路F2に排出されることを防止できる。   On the other hand, since the flow path 17C side on the second flow path F2 side is opened and the pressure Pg of carbon dioxide is suppressed from increasing in the flow path 18A, the carbon dioxide is on the first flow path F1 side. Cannot flow backward to the vicinity of the flow path 17A. Further, in the vicinity of the flow path 17C on the second flow path F2 side, the fuel supply pressure is sufficiently low, so that the fuel is fine up to the inner diameter of the value d satisfying the expression (1) indicating the balance position of the meniscus. It is possible to prevent the fuel from entering the hole and discharging the fuel to the second flow path F2.

また、この実施形態では、第2の流路F2を構成する流路13Aから14C,15C,16D,17Cは、燃料供給シート積層部材13,14,15,16,17に形成された溝によって形成されているが、式(1)の圧力Pgを十分に低く維持できる程度の透過率を有するものであれば、多孔質材であってもよいことはいうまでもない。   In this embodiment, the flow paths 13A to 14C, 15C, 16D, and 17C constituting the second flow path F2 are formed by grooves formed in the fuel supply sheet stacking members 13, 14, 15, 16, and 17. However, it is needless to say that a porous material may be used as long as it has a transmittance that can maintain the pressure Pg of the formula (1) sufficiently low.

さらに、この実施形態では、上記第1の流路F1は、上記積層方向の一端の燃料供給シート積層部材18に形成された流路18Aに対して上流側に供給抑制構造を備えている。すなわち、この実施形態において、流路15Aおよび16Cは、上流側の流路14Aに対して、流路の断面積が十分に小さく、供給抑制構造を構成している。これにより、上流側の流路14A内の流れの方向に沿った圧力低下を抑制し、各単セル4の流路15Aおよび流路16Cを通して、単セル4全体により均一に燃料を供給できる。   Further, in this embodiment, the first flow path F1 includes a supply suppressing structure on the upstream side with respect to the flow path 18A formed in the fuel supply sheet stacking member 18 at one end in the stacking direction. That is, in this embodiment, the flow paths 15A and 16C have a sufficiently small cross-sectional area with respect to the upstream flow path 14A, and constitute a supply suppressing structure. Thereby, the pressure drop along the flow direction in the upstream flow path 14A is suppressed, and the fuel can be uniformly supplied to the entire single cell 4 through the flow path 15A and the flow path 16C of each single cell 4.

なお、上記流路15A,16Cを、流路14Aをなす材料よりも燃料が透過しにくい材料で形成することで上記供給抑制構造を構成してもよい。例えば、上記流路15Aが多孔質材からなる場合、流路14Aをなす多孔質材よりも透過率の低い多孔質材で流路15Aを形成すればよい。ただし、燃料を燃料極1により均一に供給するためには、局所的な流量にばらつきの少ない多孔質材で流路14A,15A,16Cを形成することが好ましい。また、多孔質材の透過速度を下げるには、孔径を小さくすることによって達成できるが、孔径は、流路14Aの膜厚や孔径に応じて相対的に決まるものであり、特に限定されないが、例えば、膜厚が1μmから30μm程度、多孔質材の孔径が0.01μm〜1μm程度のものを用いることができる。好ましくは、流路15Aの透過速度は、流路14Aの透過速度に対して例えば、ガーレー試験機法により透気度を測定して1桁から2桁程度低いものが望ましい。   The supply suppression structure may be configured by forming the flow paths 15A and 16C with a material that is less permeable to fuel than the material forming the flow path 14A. For example, when the channel 15A is made of a porous material, the channel 15A may be formed of a porous material having a lower transmittance than the porous material forming the channel 14A. However, in order to supply the fuel uniformly by the fuel electrode 1, it is preferable to form the flow paths 14A, 15A, and 16C with a porous material with little variation in local flow rate. Further, to reduce the permeation rate of the porous material, it can be achieved by reducing the pore diameter, but the pore diameter is relatively determined according to the film thickness and the pore diameter of the flow path 14A, is not particularly limited, For example, a film having a film thickness of about 1 μm to 30 μm and a porous material having a pore diameter of about 0.01 μm to 1 μm can be used. Preferably, the permeation speed of the flow path 15A is preferably lower than the permeation speed of the flow path 14A by, for example, about one to two orders of magnitude when the air permeability is measured by the Gurley tester method.

また、上記燃料供給シート積層部材15の流路15Aの多孔質材の透過速度は、この多孔質材の一部分に充填材を充填させることによっても、流路14Aの多孔質材の透過速度に対して1桁から2桁程度低くすることができる。この場合には、流路15Aとして流路14Aと異なる多孔質材を用いなくてもよくなり、流路15Aと流路14Aとで同じ多孔質材を使用できるメリットがある。上記充填材としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、アクリル系、ポリイミド系などの樹脂を用いることができる。   Further, the permeation speed of the porous material in the flow path 15A of the fuel supply sheet laminate member 15 can be set to the permeation speed of the porous material in the flow path 14A by filling a part of the porous material with the filler. Can be reduced by one or two digits. In this case, it is not necessary to use a porous material different from the flow channel 14A as the flow channel 15A, and there is an advantage that the same porous material can be used for the flow channel 15A and the flow channel 14A. As the filler, a resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene), acrylic, or polyimide can be used.

さらに好ましくは、上記単セル4の上記第1の流路F1は、上記供給抑制構造の流路15Aの上流側である流路14Aおいて、隣接して上記燃料供給シート部5を共有するもう1つの単セル4の第1の流路F1と連結している。上記供給抑制構造の上流側の連結した第1の流路F1の流路14Aの一端は、連結した単セル4のうちの一番下流側に配置された単セル4で閉じている。この構造によれば、単セル4の流路14A内の末端は、隣接する単セル4の流路14Aと連結している他はこの燃料電池内において他の箇所に直接接続されていない。また、上記供給抑制構造の流路15Aによって各単セル4の燃料極1への燃料の拡散が制限されている。これにより、燃料は、流路14A内に充満し、第1の流路F1内の圧力低下を最小限に抑えることができる。   More preferably, the first flow path F1 of the single cell 4 is adjacent to and shares the fuel supply sheet portion 5 in the flow path 14A on the upstream side of the flow path 15A of the supply suppression structure. The single channel 4 is connected to the first flow path F1. One end of the flow path 14 </ b> A of the connected first flow path F <b> 1 on the upstream side of the supply suppressing structure is closed by the single cell 4 arranged on the most downstream side of the connected single cells 4. According to this structure, the end in the flow path 14A of the single cell 4 is not directly connected to other locations in the fuel cell except that it is connected to the flow path 14A of the adjacent single cell 4. Further, the diffusion of fuel to the fuel electrode 1 of each single cell 4 is restricted by the flow path 15A of the supply suppression structure. Thereby, the fuel fills the flow path 14A, and the pressure drop in the first flow path F1 can be minimized.

そして、流路14Aに面した流路15Aから、各単セル4の連通流路16C,17A,18Aを通して少しずつ各単セル4の燃料極1へより均一に燃料を供給することができる。この際、上述の如く、流路18Aから第2の流路F2側の流路17C側に燃料が排出されにくいように構成されているので、第2の流路F2から燃料が未反応で排出されるのを抑制し、各単セルにおいて供給した燃料を効率よく無駄なく反応させることができる。すなわち、各単セルの単位面積当たりに供給した燃料の発電への利用効率をさらに向上できる。   Then, the fuel can be supplied more uniformly from the flow path 15A facing the flow path 14A to the fuel electrode 1 of each single cell 4 little by little through the communication flow paths 16C, 17A, 18A of each single cell 4. At this time, as described above, since the fuel is not easily discharged from the flow path 18A to the flow path 17C on the second flow path F2 side, the fuel is discharged from the second flow path F2 in an unreacted state. The fuel supplied in each single cell can be reacted efficiently and without waste. That is, it is possible to further improve the utilization efficiency of the fuel supplied per unit area of each single cell for power generation.

さらに、燃料を供給するための第1の流路F1の流路14Aの末端を閉じた構造では、上記流路14Aの末端を閉じない場合に比べて、流路14A内の燃料の供給圧をより高めることができ、各単セル4の第1の流路F1側の流路17A付近の燃料の供給圧をさらに高めることができる。よって、燃料極1で生成された二酸化炭素が流路18Aから第2の流路F2の流路17Cへ排出される際、この二酸化炭素が流路18Aから第1の流路F1側の流路17A付近で流路17Aから流路18Aへの燃料の供給を阻害するのを防止して、より効率よく燃料を供給できる。   Further, in the structure in which the end of the flow path 14A of the first flow path F1 for supplying the fuel is closed, the supply pressure of the fuel in the flow path 14A is lower than in the case where the end of the flow path 14A is not closed. The fuel supply pressure in the vicinity of the flow path 17A on the first flow path F1 side of each unit cell 4 can be further increased. Therefore, when carbon dioxide generated in the fuel electrode 1 is discharged from the flow path 18A to the flow path 17C of the second flow path F2, the carbon dioxide is flowed from the flow path 18A to the first flow path F1 side. In the vicinity of 17A, the fuel supply from the flow path 17A to the flow path 18A is prevented from being hindered, and the fuel can be supplied more efficiently.

一般的に、燃料極1での反応に必要な液体燃料は、例えばメタノールと水を燃料に用いる燃料電池で150mW/cm程度の発電を想定した場合、単位面積当たり数μリットル/分程度である。したがって、それ以上の燃料を供給しても、過剰な燃料は、燃料極付近に充満している燃料を未反応のまま排出するために利用されるか、電解質膜で拡散して出力低下の要因となり、燃料の利用効率がより低下してしまう。つまり、燃料極の反応は、燃料の供給量には律速しておらず、反応律速の状態で反応が進行している。したがって、この実施形態のように上記供給抑制構造を備えることで、必要最低限の供給で、反応に必要な燃料を効率よく供給して反応を継続することができる。 In general, the liquid fuel necessary for the reaction at the fuel electrode 1 is about several μl / min per unit area assuming, for example, a power generation of about 150 mW / cm 2 in a fuel cell using methanol and water as fuel. is there. Therefore, even if more fuel is supplied, the excess fuel can be used to discharge the fuel filled in the vicinity of the fuel electrode unreacted, or it can diffuse through the electrolyte membrane and cause a decrease in output. Thus, the fuel utilization efficiency is further reduced. In other words, the reaction of the fuel electrode is not rate-determined by the amount of fuel supplied, and the reaction proceeds in a reaction-controlled state. Therefore, by providing the supply suppression structure as in this embodiment, it is possible to efficiently supply the fuel necessary for the reaction and continue the reaction with the minimum necessary supply.

次に、図6に、積層方向に隣接した各単セル4の上記燃料供給シート部5の第1の流路F1をなす流路14Aを連結させた一例を示す。この一例では、積層方向に燃料を送るための流路50Aを備えた燃料供給シート積層部材50を備えている。燃料供給シート積層部材50は、燃料が透過可能な多孔質材からなる貫通した流路50Aと燃料の非透過部50Bからなる。   Next, FIG. 6 shows an example in which the flow paths 14A forming the first flow paths F1 of the fuel supply sheet portion 5 of each unit cell 4 adjacent in the stacking direction are connected. In this example, a fuel supply sheet stacking member 50 including a flow path 50A for sending fuel in the stacking direction is provided. The fuel supply sheet laminate member 50 includes a flow path 50A made of a porous material that can permeate fuel and a non-permeate portion 50B for fuel.

この流路50Aに、各単セル4,4,4,4の第1の流路F1をなす流路14Aが接続し、連通流路を構成している。これにより、流路50Aの一端は、一番下流側の非透過部50Bで閉じており、流路50Aから供給された燃料は、流路50Aと各単セル4の第1の流路F1の流路14A内に充満し、各単セル4へより均一に燃料を供給できる。なお、積層方向の流路50Aに接続する各単セル4の流路14Aは、必ずしも流路50Aの両サイドに接続させる必要はなく、図4に示すように流路50Aの片側のみに接続してもよい。   A flow path 14A forming the first flow path F1 of each single cell 4, 4, 4, 4 is connected to the flow path 50A to form a communication flow path. As a result, one end of the flow path 50A is closed by the most downstream non-permeating portion 50B, and the fuel supplied from the flow path 50A passes through the flow path 50A and the first flow path F1 of each unit cell 4. The flow path 14A is filled, and the fuel can be supplied to each single cell 4 more uniformly. The flow path 14A of each single cell 4 connected to the flow path 50A in the stacking direction does not necessarily need to be connected to both sides of the flow path 50A, and is connected only to one side of the flow path 50A as shown in FIG. May be.

次に、図7Aに、本実施形態の燃料電池を用いて発電させたときの燃料電池の出力結果の一例を示す。この図7Aの出力結果は、燃料には、3Mのメタノール水溶液を用い、1辺23mmの単セル4単独の出力を記録したものである。ここでは、単セル4の燃料極1および酸化剤極3の基体にはカーボンの多孔質材を用い、燃料極1の触媒には白金−ルテニウム合金を用い、酸化剤極3の触媒には白金を用いている。また、電解質膜2としはナフィオン117(デュポン社製:登録商標)を用いている。燃料供給シート部5を構成する燃料供給シート積層部材13〜18には、親水性多孔質PTFE(ポリテトラフルオロエチレン:住友電工ファインポリマー社製)を用いた。この親水性多孔質PTFEの平均孔径は0.45μmである。また、燃料供給シート積層部材13〜18の流体非透過部13B,14B,15B,16B,17B,18Bの充填材としては、アクリル樹脂を用いている。上記燃料供給シート部5により、燃料は多孔質PTFEの吸収力ならびに毛管作用によってポンプ等送液手段を用いることなく導入され、燃料極1に供給されて単セル4を発電動作させることができる。しかも、燃料極1で生成した二酸化炭素は、上記燃料供給シート積層部材13,14,15,16,17に形成した貫通溝による流路13A,14C,15C,16D,17Cが連通する第2の流路F2を通して排出されるのが確認されている。   Next, FIG. 7A shows an example of the output result of the fuel cell when power is generated using the fuel cell of the present embodiment. The output result of FIG. 7A is obtained by recording the output of a single cell 4 having a side of 23 mm using a 3M aqueous methanol solution as fuel. Here, a porous carbon material is used for the base of the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 3 of the single cell 4, a platinum-ruthenium alloy is used for the catalyst of the fuel electrode 1, and platinum is used for the catalyst of the oxidant electrode 3. Is used. As the electrolyte membrane 2, Nafion 117 (manufactured by DuPont: registered trademark) is used. Hydrophilic porous PTFE (polytetrafluoroethylene: manufactured by Sumitomo Electric Fine Polymer Co., Ltd.) was used for the fuel supply sheet laminate members 13 to 18 constituting the fuel supply sheet portion 5. The average pore diameter of this hydrophilic porous PTFE is 0.45 μm. Further, acrylic resin is used as a filler for the fluid non-permeable portions 13B, 14B, 15B, 16B, 17B, and 18B of the fuel supply sheet laminate members 13 to 18. By the fuel supply sheet portion 5, the fuel is introduced without using a liquid feeding means such as a pump by the absorption power and capillary action of the porous PTFE, and is supplied to the fuel electrode 1 so that the single cell 4 can be operated. In addition, the carbon dioxide generated in the fuel electrode 1 is communicated with the flow paths 13A, 14C, 15C, 16D, and 17C formed by through grooves formed in the fuel supply sheet laminate members 13, 14, 15, 16, and 17. It is confirmed that the gas is discharged through the flow path F2.

したがって、この実施形態の燃料電池によれば、ポンプなどを使用しなくても、無駄なく効率よく燃料を供給でき、小型化しても高出力が得られる。   Therefore, according to the fuel cell of this embodiment, the fuel can be efficiently supplied without waste without using a pump or the like, and a high output can be obtained even if it is downsized.

さらに、この実施形態では、上記第1の流路F1は、上記積層方向の一端の燃料供給シート積層部材18に形成された流路18Aよりも上流側で、流路16Aから流路17Aへと連通する第3の流路F3と合流している。この第3の流路F3は、燃料を希釈するための水を供給するための流路であり、上記積層方向の一端の燃料供給シート積層部材18に形成された流路18Aに連通している。   Furthermore, in this embodiment, the first flow path F1 is upstream of the flow path 18A formed in the fuel supply sheet stacking member 18 at one end in the stacking direction, from the flow path 16A to the flow path 17A. It merges with the third flow path F3 that communicates. The third flow path F3 is a flow path for supplying water for diluting the fuel and communicates with a flow path 18A formed in the fuel supply sheet stacking member 18 at one end in the stacking direction. .

この第3の流路F3により、第1の流路F1の流路14Aから導入した燃料を、燃料供給シート部5内で希釈して燃料極1へ供給することができるので、単セル4に高濃度の燃料を供給することができる。よって、この実施形態の燃料電池によれば、燃料タンク(図示せず)に最初から最適濃度に希釈した燃料を入れずに、高濃度の状態で燃料を貯めておくことができる。つまり、この実施形態によれば、同じタンク容量で燃料電池を動作させた場合、最初から最適濃度に希釈した燃料を燃料タンクに貯めて使用する場合に比べて、燃料電池を長時間動作させることができる。   With this third flow path F3, the fuel introduced from the flow path 14A of the first flow path F1 can be diluted in the fuel supply sheet portion 5 and supplied to the fuel electrode 1. High concentration fuel can be supplied. Therefore, according to the fuel cell of this embodiment, the fuel can be stored in a high concentration state without putting the fuel diluted to the optimum concentration from the beginning into a fuel tank (not shown). That is, according to this embodiment, when the fuel cell is operated with the same tank capacity, the fuel cell is operated for a longer time than when the fuel diluted to the optimum concentration from the beginning is stored in the fuel tank and used. Can do.

次に、図7Bに、この実施形態の燃料電池に第1の流路F1から100%のメタノールを導入し、燃料供給シート部5内で第3の流路F3から導入した水と混合した燃料を燃料極1に供給して発電させたときの燃料電池の出力結果を示す。この図7Bの出力結果は、図7Aの出力結果を得た場合と同様に、1辺23mmの単セル4単独の出力を記録したものである。この単セル4の材料および、燃料供給シート部5の燃料供給シート積層部材13〜18は、図7Aの出力結果を得た場合と同じ条件である。希釈する水は多孔質PTFEの吸収力ならびに毛管作用によってポンプ等送液手段を用いることなく流路16Aに導入され、流路17Aで第1の流路F1から導入されたメタノールと混合し、希釈されて燃料極1に供給され単セル4を発電動作させることができる。しかも、最初から希釈した燃料を導入した図7Aの出力結果と同等の出力が得られており、高濃度の燃料を使用して燃料電池の長時間動作を行うことが可能であることが確認できた。   Next, in FIG. 7B, the fuel mixed with water introduced from the third flow path F3 in the fuel supply sheet portion 5 by introducing 100% methanol from the first flow path F1 into the fuel cell of this embodiment. Shows the output result of the fuel cell when power is supplied to the fuel electrode 1 to generate power. The output result of FIG. 7B is obtained by recording the output of a single cell 4 having a side of 23 mm as in the case of obtaining the output result of FIG. 7A. The material of the single cell 4 and the fuel supply sheet stacking members 13 to 18 of the fuel supply sheet portion 5 are under the same conditions as when the output result of FIG. 7A was obtained. The water to be diluted is introduced into the channel 16A without using a pump or other liquid feeding means due to the absorption power and capillary action of the porous PTFE, and mixed with methanol introduced from the first channel F1 in the channel 17A. Then, the unit cell 4 is supplied to the fuel electrode 1 and can be operated for power generation. Moreover, the output equivalent to the output result of FIG. 7A in which the diluted fuel is introduced from the beginning is obtained, and it can be confirmed that the fuel cell can be operated for a long time using a high concentration fuel. It was.

さらに好ましくは、上記第3の流路F3は、上記燃料供給シート部5を共有あるいは連結する上記隣接する別の単セル4の上記第3の流路F3と連結している。そして、各単セル4から回収した水を、第3の流路F3から希釈用の水として各単セル4に供給することで、各単セル4に希釈用の水を供給するための流路を別途形成しなくても、燃料供給シート部5内に希釈用の水を供給するための流路を配置できる。さらに、各単セル4から回収できる水の量にばらつきがあっても、各単セル4間で第3の流路F3が連結しているので、配置した複数の単セル4の全体で回収した水を効率よく使用することが可能となる。   More preferably, the third flow path F3 is connected to the third flow path F3 of the adjacent another single cell 4 that shares or connects the fuel supply sheet portion 5. And the flow path for supplying the water for dilution to each single cell 4 by supplying the water collect | recovered from each single cell 4 to each single cell 4 as the water for dilution from the 3rd flow path F3. Even if it does not form separately, the flow path for supplying the water for dilution in the fuel supply sheet | seat part 5 can be arrange | positioned. Furthermore, even if there is a variation in the amount of water that can be recovered from each single cell 4, the third flow path F3 is connected between each single cell 4, so that the entire plurality of single cells 4 that have been arranged are recovered. Water can be used efficiently.

さらに好ましくは、上記第2の流路F2は、上記燃料供給シート部5の外部と連通しており、2次元あるいは3次元的に上記単セル4が配置されることで、上記単セル4の燃料極1から排出ガスを排出するための3次元的に連結された上記第2の流路F2が形成される。これにより、2次元的あるいは3次元的に配置された各単セル4の燃料極1から排出される二酸化炭素などの排出ガスを単セル4の周りの連通した第2の流路F2から最短の経路で上記2次元的あるいは3次元的に配置された各単セル4の領域外に排出できる。よって、単セル4近傍に二酸化炭素が滞留することを防いで、各単セル4の燃料供給シート部5内の第2の流路F2の流路17C内の排出ガスの圧力が上昇するのを防ぎ、各単セル4の出力低下を防ぐことができる。   More preferably, the second flow path F2 communicates with the outside of the fuel supply sheet portion 5, and the single cells 4 are arranged two-dimensionally or three-dimensionally. The second flow path F2 that is three-dimensionally connected to discharge exhaust gas from the fuel electrode 1 is formed. As a result, the shortest amount of exhaust gas such as carbon dioxide discharged from the fuel electrode 1 of each single cell 4 arranged two-dimensionally or three-dimensionally from the second flow path F2 around the single cell 4 communicates. It can discharge | emit out of the area | region of each single cell 4 arrange | positioned by the path | route two-dimensionally or three-dimensionally. Therefore, the carbon dioxide is prevented from staying in the vicinity of the single cell 4, and the pressure of the exhaust gas in the flow path 17C of the second flow path F2 in the fuel supply sheet portion 5 of each single cell 4 is increased. It is possible to prevent the output of each single cell 4 from decreasing.

次に、この実施形態の燃料電池の酸化剤供給シート部6の積層構造について説明する。図1Bに示す酸化剤供給シート部6は、図3Aから図3Dに示す酸化剤供給シート積層部材20,21,22,24が積層されて形成されている。   Next, the laminated structure of the oxidant supply sheet portion 6 of the fuel cell according to this embodiment will be described. The oxidizing agent supply sheet 6 shown in FIG. 1B is formed by laminating the oxidizing agent supply sheet laminate members 20, 21, 22, and 24 shown in FIGS. 3A to 3D.

図3Aに示すように、酸化剤供給シート積層部材20は、多孔質材で形成された貫通流路20Aと、この貫通流路20Aを区画する流体非透過部20Bを有する。また、図3Bに示すように、酸化剤供給シート積層部材21は、多孔質材で形成された貫通流路21Aと流体非透過部21Bおよび溝で形成された流路23を有する。また、図3Cに示すように、酸化剤供給シート積層部材22は、溝で形成された貫通流路22Aとこの貫通流路22Aを区画する流体非透過部22Bを有する。また、図3Dに示すように、酸化剤供給シート積層部材24は、溝で形成された貫通流路24Aとこの貫通流路24Aを区画する流体非透過部24Bを有する。   As shown in FIG. 3A, the oxidant supply sheet laminate member 20 includes a through flow path 20A formed of a porous material, and a fluid non-permeable portion 20B that partitions the through flow path 20A. As shown in FIG. 3B, the oxidant supply sheet laminate member 21 has a through flow path 21A formed of a porous material, a fluid non-permeable portion 21B, and a flow path 23 formed of a groove. As shown in FIG. 3C, the oxidant supply sheet laminate member 22 includes a through channel 22A formed by a groove and a fluid non-permeable portion 22B that partitions the through channel 22A. As shown in FIG. 3D, the oxidant supply sheet laminate member 24 includes a through channel 24A formed by grooves and a fluid non-permeating portion 24B that partitions the through channel 24A.

なお、上記多孔質材は、酸化剤と酸化剤極3からの排出物が通過可能な多孔質材である。一方、上記流体非透過部20B,22B,24Bは、酸化剤と酸化剤極3からの排出物が透過できない。   The porous material is a porous material through which the oxidant and the effluent from the oxidant electrode 3 can pass. On the other hand, the fluid non-permeating portions 20B, 22B, and 24B cannot transmit the oxidant and the effluent from the oxidant electrode 3.

上記貫通流路24Aから貫通流路22A、流路23、流路20Aへと連通する溝からなる流路が、酸化剤を酸化剤極3に供給するための第4の流路F4を構成している。また、酸化剤供給シート積層部材21の多孔質材で形成された貫通流路21Aが、酸化剤極3で生成される排出物(水)を排出するための第5の流路F5を構成している。   A flow path including grooves communicating from the through flow path 24A to the through flow path 22A, the flow path 23, and the flow path 20A constitutes a fourth flow path F4 for supplying the oxidant to the oxidant electrode 3. ing. Further, the through flow path 21A formed of the porous material of the oxidant supply sheet laminated member 21 constitutes a fifth flow path F5 for discharging the discharge (water) generated at the oxidant electrode 3. ing.

この酸化剤供給シート部5の第4の流路F4をなす連通流路は、積層方向の一端の上記酸化剤供給シート積層部材20に形成された流路20Aを含み、積層方向の一端の酸化剤供給シート積層部材20は、酸化剤極3に対向するように配置されている。   The communication flow path forming the fourth flow path F4 of the oxidant supply sheet unit 5 includes a flow path 20A formed in the oxidant supply sheet lamination member 20 at one end in the stacking direction, and oxidation at one end in the stacking direction. The agent supply sheet laminate member 20 is disposed so as to face the oxidant electrode 3.

これにより、酸化剤供給シート部6において、溝によって形成された連通流路からなる第4の流路F4によって開放された貫通流路24Aに導入された酸化剤(この実施形態では空気)は、さらに連通する流路22A、流路23を通って流路20Aへと導入される。そして、この流路20A内に拡散した空気中の酸素が酸化剤極3において燃料極1からの陽イオン(H)および電子と反応して、水蒸気が生成する。上記第4の流路F4をなす流路24A,22A,23,20Aは、連通流路として3次元流路を形成しているので、平面的な流路レイアウトに比べて、単セル4上の各領域により最短の最適経路で酸化剤を効率よく供給できる。 Thereby, in the oxidant supply sheet portion 6, the oxidant (air in this embodiment) introduced into the through flow path 24A opened by the fourth flow path F4 formed of the communication flow path formed by the groove is Furthermore, it is introduced into the flow path 20A through the flow path 22A and the flow path 23 that communicate with each other. Then, oxygen in the air diffused into the flow path 20A reacts with cations (H + ) and electrons from the fuel electrode 1 at the oxidant electrode 3 to generate water vapor. Since the flow paths 24A, 22A, 23, and 20A forming the fourth flow path F4 form a three-dimensional flow path as a communication flow path, the flow path 24A, 22A, 23, and 20A is on the single cell 4 as compared with the planar flow path layout. Each region can efficiently supply the oxidant through the shortest optimum route.

この実施形態において、酸化剤供給シート部6を構成する酸化剤供給シート積層部材20,21,22,24としては、例えば、多孔質シリコン、カーボンペーパー、カーボンの焼結体、ニッケルなどの焼結金属、多孔質ポリイミド樹脂、多孔質PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)など、耐薬品性を備えた多孔質材が使用可能である。また、各シート積層部材20,21,22,24の多孔質材からなる流路20A,21Aの多孔質構造は、流体の毛管流動を誘起する構造であればよく、繊維構造であってもよい。なお、毛管流動を誘起しやすいように、これらの多孔質材に親水化処理を施してもよい。   In this embodiment, as the oxidant supply sheet laminate members 20, 21, 22, and 24 constituting the oxidant supply sheet unit 6, for example, porous silicon, carbon paper, a sintered body of carbon, sintering of nickel, etc. A porous material having chemical resistance such as metal, porous polyimide resin, and porous PTFE (polytetrafluoroethylene) can be used. In addition, the porous structure of the flow paths 20A and 21A made of the porous material of each of the sheet laminated members 20, 21, 22, and 24 may be a structure that induces capillary flow of fluid, and may be a fiber structure. . In order to easily induce capillary flow, these porous materials may be hydrophilized.

この実施形態における典型的な例では、上記酸化剤供給シート積層部材20、21の厚さは、30μmから200μm程度で、多孔質材の孔径が0.01μm〜10μm程度のもの、また、流路の幅は、例えば、流路21Aで100μmから2000μm程度である。   In a typical example in this embodiment, the thickness of the oxidant supply sheet laminate members 20 and 21 is about 30 μm to 200 μm, and the pore diameter of the porous material is about 0.01 μm to 10 μm. Is about 100 μm to 2000 μm in the flow path 21A, for example.

なお、この発明においては、通過領域である多孔質材の孔径や各流路の幅は、単セルの大きさや酸化剤供給シート積層部材での拡散速度などによって相対的に決まるものであり、特にサイズを上記寸法に限定されるものではない。また、この発明は流路の本数やレイアウトを図1A,図1B、図2A〜図2F、図3A〜図3Dに示す実施形態に限定するものでは無いことは勿論で、これらの流路が分岐してもよいことは言うまでもない。   In the present invention, the pore size of the porous material that is the passage region and the width of each flow path are relatively determined by the size of the single cell, the diffusion rate in the oxidant supply sheet laminate member, etc. The size is not limited to the above dimensions. Further, the present invention is not limited to the number and layout of the flow paths to the embodiments shown in FIGS. 1A, 1B, 2A to 2F, and 3A to 3D. Needless to say.

さらに好ましくは、上記酸化剤供給シート積層部材20,21,22,24は、上記流路20A,21A,23,22A,24Aに隣接し、酸化剤および酸化剤極からの排出物が透過できない流体非透過部20B,21B,22B,24Bは、流路となる多孔質材と同じ構造部に充填材を充填することで流体非透過部が形成されている。これにより、各酸化剤供給シート部材20,21,22,24では、流体非透過部20B,21B,22B,24Bによって流路20A,21A,23,22A,24Aを画定できる。これにより、シート状の多孔質材に充填材を導入するだけで、容易に多孔質の貫通流路20A,21Aを形成することができる。上記充填材としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、アクリル系、ポリイミド系などの樹脂を用いることができる。   More preferably, the oxidant supply sheet laminate members 20, 21, 22, and 24 are adjacent to the flow paths 20A, 21A, 23, 22A, and 24A, and are fluids that cannot transmit oxidant and effluent from the oxidant electrode. In the non-permeable portions 20B, 21B, 22B, and 24B, a fluid non-permeable portion is formed by filling the same structural portion as the porous material serving as the flow path with a filler. Thereby, in each oxidizing agent supply sheet member 20, 21, 22, 24, the flow paths 20A, 21A, 23, 22A, 24A can be defined by the fluid non-permeable portions 20B, 21B, 22B, 24B. Thereby, the porous through channels 20A and 21A can be easily formed simply by introducing the filler into the sheet-like porous material. As the filler, a resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene), acrylic, or polyimide can be used.

この実施形態では、上記酸化剤供給シート部6は、酸化剤を供給するための連通流路として流路24Aから流路22A,流路23を経て上記積層方向の一端の酸化剤供給シート積層部材20に形成された流路20Aへ至る第4の流路F4と、酸化剤極3で生成された水を流路20Aから排出するための流路21Aからなる第5の流路F5を備える。また、この第4の流路F4と第5の流路F5とは分離されている。   In this embodiment, the oxidant supply sheet section 6 has an oxidant supply sheet laminated member at one end in the stacking direction from the flow path 24A through the flow paths 22A and 23 as a communication flow path for supplying the oxidant. And a fifth flow path F5 composed of a fourth flow path F4 that reaches the flow path 20A formed in 20 and a flow path 21A for discharging water generated in the oxidizer electrode 3 from the flow path 20A. Further, the fourth flow path F4 and the fifth flow path F5 are separated.

これにより、酸化剤極3の反応生成物である水を第5の流路F5から効率よく排出できるだけでなく、流路20A内に水が滞留して第4の流路F4からの酸化剤の流れを阻害するのを抑制でき、酸化剤極3への酸化剤の供給効率を高め、単セル4の出力密度を高めることができる。   Thereby, not only can the water as the reaction product of the oxidant electrode 3 be efficiently discharged from the fifth flow path F5, but also the water stays in the flow path 20A and the oxidant from the fourth flow path F4 is removed. Inhibition of the flow can be suppressed, the supply efficiency of the oxidant to the oxidant electrode 3 can be increased, and the output density of the single cell 4 can be increased.

この実施形態において、燃料供給シート積層部材13および、酸化剤供給シート積層部材24は、多孔質材の貫通流路が形成されておらず、溝により形成された流路13Aおよび流路24Aしか形成されていない。したがって、積層部材13および24は、必ずしも多孔質材である必要はなく、通常の樹脂シートでもよい。これにより、例えば、図1Bに示すように、酸化剤供給シート積層部材24を多孔質でない厚めの密な部材を用い、燃料電池全体の機械的強度を確保させることもできる。   In this embodiment, the fuel supply sheet laminating member 13 and the oxidant supply sheet laminating member 24 do not have a porous material through-flow passage, and only the flow passage 13A and the flow passage 24A formed by grooves are formed. It has not been. Therefore, the laminated members 13 and 24 are not necessarily made of a porous material, and may be ordinary resin sheets. Thereby, for example, as shown in FIG. 1B, the mechanical strength of the entire fuel cell can be ensured by using a thick dense member that is not porous for the oxidant supply sheet laminate member 24.

次に、図7Cに、この実施形態の燃料電池において、第4の流路F4から空気を取り込み、酸化剤極3で生成した水を第5の流路F5から回収しながら発電動作をさせたときの燃料電池の出力結果を示す。この図7Cの出力結果は、図7A,図7Bの出力結果を得た場合と同様に、1辺23mmの単セル4単体の出力を記録したものである。この単セル4の材料は、図7A,図7Bの出力結果を得た場合と同じである。また、酸化剤供給シート部6の酸化剤供給シート積層部材には、親水性多孔質PTFE(ポリテトラフルオロエチレン:住友電工ファインポリマー社製)を用いた。また、この親水性多孔質PTFEの平均孔径は0.45μmである。また、酸化剤供給シート積層部材20,21,22,24の流体非透過部20B,21B,22B,24Bの充填材としては、アクリル樹脂を用いている。   Next, in FIG. 7C, in the fuel cell of this embodiment, the air is taken in from the fourth flow path F4, and the power generation operation is performed while collecting the water generated in the oxidizer electrode 3 from the fifth flow path F5. The output result of the fuel cell is shown. The output result of FIG. 7C is obtained by recording the output of the single cell 4 having a side of 23 mm, similarly to the case of obtaining the output results of FIGS. 7A and 7B. The material of the single cell 4 is the same as that obtained when the output results of FIGS. 7A and 7B are obtained. Further, hydrophilic porous PTFE (polytetrafluoroethylene: manufactured by Sumitomo Electric Fine Polymer Co., Ltd.) was used for the oxidant supply sheet laminated member of the oxidant supply sheet portion 6. The hydrophilic porous PTFE has an average pore size of 0.45 μm. Further, acrylic resin is used as a filler for the fluid non-permeable portions 20B, 21B, 22B, and 24B of the oxidant supply sheet laminated members 20, 21, 22, and 24.

酸化剤極3で生成された水は、多孔質PTFEの吸収力ならびに毛管作用によってポンプ等送液手段を用いることなく回収され、酸化剤極3への空気の供給についてもポンプのような送気手段は用いないで、単セルを発電動作させることができた。したがって、この実施形態の燃料電池は、ポンプなどで供給しなくても、酸化剤極3で生成した水を効率よく回収し、小型化しても高出力が得られる。   The water produced at the oxidant electrode 3 is recovered without using a pumping means such as a pump due to the absorption capacity and capillary action of the porous PTFE, and the air supply to the oxidant electrode 3 is also carried out like a pump. A single cell could be operated for power generation without using any means. Therefore, even if the fuel cell of this embodiment is not supplied by a pump or the like, the water generated in the oxidant electrode 3 can be efficiently recovered and high output can be obtained even if the size is reduced.

さらに好ましくは、上記第4の流路F4は、上記酸化剤供給シート部6の外部と連通しており、複数の単セル4が2次元あるいは3次元的に配置されることで、上記単セル4の酸化剤極3に上記酸化剤を供給するための3次元的に連結された上記第4の流路F4が形成されている。これにより、2次元的あるいは3次元的に配置された各単セル4の領域の外部から、各単セルの周りに3次元的に連結された第4の流路F4を通って、上記単セル4の領域の外部に抜ける通風が複数の経路で確保できる。よって、空気が単セル4の周囲に滞留して各単セルへの酸素の供給が低下するのを防ぎ、各単セルの出力低下を防ぐことができる。   More preferably, the fourth flow path F4 communicates with the outside of the oxidant supply sheet portion 6, and the plurality of single cells 4 are arranged two-dimensionally or three-dimensionally, whereby the single cell The fourth flow path F4 that is three-dimensionally connected to supply the oxidizing agent to the four oxidizing agent electrodes 3 is formed. As a result, the single cell is passed from the outside of the region of each single cell 4 arranged two-dimensionally or three-dimensionally through the fourth flow path F4 three-dimensionally connected around each single cell. Ventilation through the outside of the area 4 can be secured by a plurality of routes. Therefore, it is possible to prevent air from staying around the single cell 4 and decrease the supply of oxygen to each single cell, and to prevent a decrease in output of each single cell.

さらに好ましくは、図3B,図2Dに示すように、上記第5の流路F5の流路21Aは、上記単セル4の周囲の上記燃料供給シート部5と上記酸化剤供給シート部6の接合部26において、上記第3の流路F3の流路16Aと連通している。これにより、酸化剤極3で生成した水を第5の流路F5を通して回収し、第3の流路F3を通して燃料極1側に供給して、燃料の希釈に利用することができる。   More preferably, as shown in FIGS. 3B and 2D, the flow path 21 </ b> A of the fifth flow path F <b> 5 is formed by joining the fuel supply sheet portion 5 and the oxidant supply sheet portion 6 around the single cell 4. The part 26 communicates with the flow path 16A of the third flow path F3. Thereby, the water produced | generated by the oxidizing agent electrode 3 can be collect | recovered through the 5th flow path F5, can be supplied to the fuel electrode 1 side through the 3rd flow path F3, and can be utilized for dilution of a fuel.

さらに好ましくは、上記第5の流路F5は、上記酸化剤供給シート部6を共有あるいは連結する隣接する単セル4の上記第5の流路F5と連結している。これにより、希釈用の水として、各単セル4の第5の流路F5を通して回収した水を隣接する単セル4と共有することが可能となり、各単セル4から回収できる水の量にばらつきがあっても、各単セル4の燃料極1側での水の使用量に合わせた効率供給が可能となる。   More preferably, the fifth flow path F5 is connected to the fifth flow path F5 of the adjacent single cells 4 that share or connect the oxidant supply sheet portion 6. As a result, the water collected through the fifth flow path F5 of each single cell 4 can be shared with the adjacent single cell 4 as dilution water, and the amount of water that can be recovered from each single cell 4 varies. Even if it exists, the efficiency supply according to the usage-amount of the water by the fuel electrode 1 side of each single cell 4 is attained.

(第2の実施の形態)
上述の説明では、燃料電池の各単セル4を、燃料極1と酸化剤極2が同じ向きに配置される図1Aから図3Dに示す例を中心に説明してきたが、単セル4の燃料極1と酸化剤極2が同じ向きに配置される必要はない。すなわち、図8A〜図8Dの断面図に示す第2実施形態のように、積層方向に隣接する単セル4,4,4,4において、燃料極1と燃料極1が対向し、酸化剤極3と酸化剤極3が対向するように単セル4を3次元的に配置させることもよい。この第2実施形態では、図8Aから図8Dに示すように、積層方向に隣接する複数の単セル4が燃料供給シート部5あるいは酸化剤供給シート部6の一部を共有することができる。なお、図8Bは図8AのB‐B’断面を示し、図8Cは図8AのC‐C’断面を示し、図8Dは図8AのD‐D’断面を示している。
(Second embodiment)
In the above description, each single cell 4 of the fuel cell has been described centering on the example shown in FIGS. 1A to 3D in which the fuel electrode 1 and the oxidant electrode 2 are arranged in the same direction. It is not necessary that the pole 1 and the oxidant electrode 2 are arranged in the same direction. That is, as in the second embodiment shown in the cross-sectional views of FIGS. 8A to 8D, in the single cells 4, 4, 4, 4 adjacent in the stacking direction, the fuel electrode 1 and the fuel electrode 1 face each other, and the oxidant electrode The single cells 4 may be three-dimensionally arranged so that the electrode 3 and the oxidant electrode 3 face each other. In the second embodiment, as shown in FIGS. 8A to 8D, a plurality of unit cells 4 adjacent in the stacking direction can share a part of the fuel supply sheet portion 5 or the oxidant supply sheet portion 6. 8B shows a BB ′ section in FIG. 8A, FIG. 8C shows a CC ′ section in FIG. 8A, and FIG. 8D shows a DD ′ section in FIG. 8A.

以下、図8A〜図8Dに基づいて、この第2実施形態を説明する。この第2実施形態においては、単セル4および燃料供給シート部5,酸化剤供給シート部6の基本的な構成,動作は、前述の第1実施形態と同様である。一方、この第2実施形態では、積層方向に隣接する2つの単セル4が、燃料供給シート積層部材14または酸化剤供給シート積層部材24を供用していると共に、燃料供給シート積層部材13が不要になる。よって、この第2実施形態によれば、積層部材の使用量を削減できる。   Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8A to 8D. In the second embodiment, the basic configuration and operation of the unit cell 4, the fuel supply sheet unit 5, and the oxidant supply sheet unit 6 are the same as those in the first embodiment. On the other hand, in the second embodiment, two unit cells 4 adjacent in the stacking direction use the fuel supply sheet stacking member 14 or the oxidant supply sheet stacking member 24, and the fuel supply sheet stacking member 13 is unnecessary. become. Therefore, according to this 2nd Embodiment, the usage-amount of a laminated member can be reduced.

この第2実施形態では、図8Aに示す一例のように、隣接する単セル4と連通し、かつ高濃度燃料が十分な供給圧で供給される流路14Aを積層方向に隣接する単セル4で共有している。これにより、燃料電池全体での流路14Aの総延長を短縮でき、燃料をより無駄なく発電に使用できる。また、図8Bに示すように、流路14Aを接合部25付近で曲げないように、燃料供給シート部5と酸化剤供給シート部6を接合したことで、流路14A内の圧力低下を軽減でき、流路14A内に燃料を充満させやすくなると共に、接合部25の周りのスペース9をより確保し、酸化剤の供給のための通風(通気)を確保し易くできる。なお、図1Bに示した第1実施形態においても、流路14Aを曲げないように燃料供給シート部5と酸化剤供給シート部6を接合することは可能であるが、図1Bに示す単セル4を同じ向きに積層する場合は、流路14Aを供用できないので、接合部周りのスペース9は、図5Aに示す構成よりも小さくなってしまう。   In the second embodiment, as in the example shown in FIG. 8A, the single cell 4 that is in communication with the adjacent single cell 4 and that is adjacent to the stacking direction in the flow path 14A to which the high concentration fuel is supplied at a sufficient supply pressure. Share on. Thereby, the total extension of the flow path 14A in the entire fuel cell can be shortened, and the fuel can be used for power generation more efficiently. Also, as shown in FIG. 8B, the pressure drop in the flow path 14A is reduced by joining the fuel supply sheet 5 and the oxidant supply sheet 6 so that the flow path 14A is not bent near the joint 25. In addition, the flow path 14A can be easily filled with fuel, the space 9 around the joint portion 25 can be further secured, and ventilation (ventilation) for supplying the oxidant can be easily secured. In the first embodiment shown in FIG. 1B, the fuel supply sheet 5 and the oxidant supply sheet 6 can be joined so as not to bend the flow path 14A. When 4 is laminated in the same direction, the flow path 14A cannot be used, so the space 9 around the joint becomes smaller than the configuration shown in FIG. 5A.

また、この第2実施形態では、図8Cに示すように、積層方向と直交する平面方向に隣接する単セル4,4間で第3の流路F3を構成する流路16Aが連通している。また、上記平面方向に隣接する単セル4,4間で第5の流路F5を構成する流路21Aが連通している。よって、複数の単セル4間に亘って連通している第3の流路F3から、各単セル4の第1の流路F1に燃料希釈用の水を供給できる。また、例えば、各単セル4の第5の流路F5(酸化剤極3で生成される水を排出するための流路)から回収される水を上記第3の流路F3に流す場合に、各単セル4から回収される水量にばらつきがあっても、上記第3の流路F3が各単セル4に連通していることから、回収された水を複数の単セル全体で効率よく使用可能になる。また、第5の流路F5が各単セルに亘って連通しているので、各単セル4の酸化剤極3における排出物(水)の量にばらつきがあっても、第5の流路F5へ回収できる水量を安定化できる。よって、上記第5の流路F5から上記第3の流路F3へ燃料希釈用の水を安定に供給できる。   Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 8C, the flow path 16A constituting the third flow path F3 is communicated between the single cells 4 and 4 adjacent to each other in the plane direction orthogonal to the stacking direction. . Further, the flow path 21A constituting the fifth flow path F5 communicates between the single cells 4 and 4 adjacent in the planar direction. Therefore, water for fuel dilution can be supplied from the third flow path F3 communicating between the plurality of single cells 4 to the first flow path F1 of each single cell 4. Further, for example, when water collected from the fifth flow path F5 (flow path for discharging water generated by the oxidizer electrode 3) of each unit cell 4 is passed through the third flow path F3. Even if there is a variation in the amount of water collected from each single cell 4, the third flow path F3 communicates with each single cell 4, so that the collected water can be efficiently collected throughout the plurality of single cells. Can be used. Further, since the fifth flow path F5 communicates with each single cell, the fifth flow path can be obtained even if the amount of discharge (water) in the oxidant electrode 3 of each single cell 4 varies. The amount of water that can be recovered to F5 can be stabilized. Therefore, water for fuel dilution can be stably supplied from the fifth flow path F5 to the third flow path F3.

また、この第2実施形態では、図8Dに示すように、積層方向に隣接する単セル4,4間および平面方向に隣接する単セル4,4間で第2の流路F2が連通している。よって、2次元的あるいは3次元的に配置された各単セル4の燃料極1から排出される二酸化炭素などの排出ガスを、複数の単セル4の周りの連通した第2の流路F2から最短の経路で上記2次元的あるいは3次元的に配置された各単セル4の領域外に排出できる。このことにより、各単セル4の出力低下を防ぐことができる。   Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 8D, the second flow path F2 communicates between the single cells 4 and 4 adjacent in the stacking direction and between the single cells 4 and 4 adjacent in the plane direction. Yes. Therefore, the exhaust gas such as carbon dioxide discharged from the fuel electrode 1 of each single cell 4 arranged two-dimensionally or three-dimensionally from the second flow path F <b> 2 connected around the plurality of single cells 4. It can discharge | emit out of the area | region of each single cell 4 arrange | positioned in the said two-dimensional or three-dimensional by the shortest path | route. This can prevent a decrease in the output of each single cell 4.

また、この第2実施形態では、図8Dに示すように、積層方向に隣接する単セル4,4間および平面方向に隣接する単セル4,4間で第4の流路F4を構成する流路23が連通している。よって、2次元的あるいは3次元的に配置された複数の単セル4の周りの連通した第4の流路F4から各単セル4の酸化剤極3へ酸化剤(空気)を最短の経路で供給できる。また、上記2次元的あるいは3次元的に配置された各単セル4の領域の外部から、各単セル4の周りに3次元的に連結された第4の流路F4を通って、上記単セル4の領域の外部に抜ける通風が複数の経路で確保できる。このため、酸化剤(空気)が単セル4の周囲に滞留して各単セル4への酸素の供給が低下するのを防ぎ、各単セル4の出力低下を防ぐことができる。   Further, in the second embodiment, as shown in FIG. 8D, the flow that forms the fourth flow path F4 between the single cells 4 and 4 adjacent in the stacking direction and between the single cells 4 and 4 adjacent in the planar direction. The path 23 communicates. Therefore, the oxidant (air) is transferred to the oxidant electrode 3 of each single cell 4 from the fourth flow path F4 communicating around the plurality of single cells 4 arranged two-dimensionally or three-dimensionally through the shortest path. Can supply. In addition, from the outside of the region of each single cell 4 arranged two-dimensionally or three-dimensionally, it passes through the fourth flow path F4 three-dimensionally connected around each single cell 4, and the single unit Ventilation through the outside of the cell 4 area can be secured by a plurality of paths. For this reason, it can prevent that an oxidizing agent (air) stagnates around the single cell 4, and the supply of oxygen to each single cell 4 falls, and the output reduction of each single cell 4 can be prevented.

(第3の実施の形態)
上述した第1,第2実施形態では、2次元的に配置された単セル4は、互いに分離した構造となっているが、単セル4は必ずしも分離している必要はない。すなわち、図9A〜図9Fに示す第3実施形態のように、2次元的に配置された複数の単セル44が結合して一体となった構造でもよい。また、この複数の単セル44が一体構造となったものを積層して単セル44を3次元的に配置してもよい。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments described above, the two-dimensionally arranged single cells 4 are separated from each other, but the single cells 4 do not necessarily have to be separated. That is, as in the third embodiment shown in FIGS. 9A to 9F, a structure in which a plurality of two-dimensionally arranged single cells 44 are combined and integrated may be used. Alternatively, the single cells 44 may be arranged three-dimensionally by stacking a plurality of single cells 44 in an integrated structure.

図9Aはこの第3実施形態の燃料電池を酸化剤供給シート積層部材24の上方より見た平面図であり、図9Bは図9AのE‐E’断面を示す断面図であり、図9Cは図9AのF‐F’断面を示す断面図であり、図9Dは図9AのG‐G’断面を示す断面図であり、図9Eは図9AのH‐H’断面を示す断面図である。また、図9Fは、2次元的に配置された複数の単セル44が結合して一体となった構造を示す平面図である。   FIG. 9A is a plan view of the fuel cell according to the third embodiment as viewed from above the oxidant supply sheet laminate member 24, FIG. 9B is a cross-sectional view showing a cross section EE ′ of FIG. 9A, and FIG. 9A is a cross-sectional view showing the FF ′ cross section of FIG. 9A, FIG. 9D is a cross-sectional view showing the GG ′ cross section of FIG. 9A, and FIG. 9E is a cross-sectional view showing the HH ′ cross section of FIG. . FIG. 9F is a plan view showing a structure in which a plurality of single cells 44 arranged two-dimensionally are combined and integrated.

図9A,図9Fの1点鎖線で囲んだ範囲が単セルの繰り返し構造における1つの発電単位70である。この第3実施形態においては、基本的な構成,動作は、前述の第1,第2実施形態と同様である。一方、この第3実施形態は、図9Fに示すように、1つの発電単位をなす単セル44が有する電解質膜42,燃料極41,酸化剤極43は、四角形の四隅がカットされた形状である点が、前述の第1,第2実施形態の電解質膜2,燃料極1,酸化剤極3と異なる。なお、この第3実施形態では、単セル44に対応した形状とした他は基本的な構成,動作が第1,第2実施形態における燃料供給シート部5,酸化剤供給シート部6と同様の燃料供給シート部,酸化剤供給シート部を備える。よって、この第3実施形態では、燃料供給シート部,酸化剤供給シート部および各燃料供給シート積層部材,酸化剤供給シート積層部材を、第1,第2実施形態と同様の符号を用いて説明する。   A range surrounded by a one-dot chain line in FIGS. 9A and 9F is one power generation unit 70 in a single-cell repetitive structure. In the third embodiment, the basic configuration and operation are the same as those in the first and second embodiments described above. On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 9F, the electrolyte membrane 42, the fuel electrode 41, and the oxidant electrode 43 included in the single cell 44 that forms one power generation unit have a shape in which four corners of a square are cut. There is a difference from the electrolyte membrane 2, fuel electrode 1, and oxidant electrode 3 of the first and second embodiments described above. In the third embodiment, the basic configuration and operation are the same as those of the fuel supply sheet unit 5 and the oxidant supply sheet unit 6 in the first and second embodiments except for the shape corresponding to the single cell 44. A fuel supply sheet part and an oxidant supply sheet part are provided. Therefore, in the third embodiment, the fuel supply sheet portion, the oxidant supply sheet portion, each fuel supply sheet lamination member, and the oxidant supply sheet lamination member will be described using the same reference numerals as those in the first and second embodiments. To do.

この第3実施形態では、2次元的に配置された複数の単セル44の燃料極41、電解質膜42および酸化剤極43は、それぞれ、隣接する単セル44の間で連続して平面状セルを構成している。そして、この2次元的に配置された隣接する単セル44同士が、上記四隅がカットされた形状の四角形の一辺で連続しており、その隣の一辺(単セル44の側面44A)で燃料供給シート部5と酸化剤供給シート部6が接合されて接合部となる。   In the third embodiment, the fuel electrode 41, the electrolyte membrane 42, and the oxidizer electrode 43 of the plurality of single cells 44 that are two-dimensionally arranged are continuously planar cells between the adjacent single cells 44. Is configured. Adjacent single cells 44 arranged two-dimensionally are continuous on one side of the quadrangular shape with the four corners cut off, and fuel is supplied on the adjacent side (side surface 44A of the single cell 44). The sheet part 5 and the oxidant supply sheet part 6 are joined to form a joined part.

図9Fに示すように、この接合部の周りのスペース88は、上記四角形の四隅にあたる箇所に確保でき、図1Aに示す第1実施形態の連結部7の周りのスペース8に比べて、より正方形あるいは円に近い断面形状であり、通過する気体の流路損失の低減を図ることができる。また、複数の単セル44の連続部分Xで隣接する単セルと連続して一体となっているために、単セル44の電極面積を最大限に確保しつつ実装密度を高めることができる。   As shown in FIG. 9F, the space 88 around the joint portion can be secured at locations corresponding to the four corners of the square, and is more square than the space 8 around the connecting portion 7 of the first embodiment shown in FIG. 1A. Or it is a cross-sectional shape close | similar to a circle | round | yen, and reduction of the flow path loss of the gas which passes can be aimed at. Further, since the continuous portions X of the plurality of single cells 44 are continuously integrated with the adjacent single cells, the mounting density can be increased while ensuring the electrode area of the single cells 44 to the maximum.

さらに、この第3実施形態では、2次元的に配列された単セル44が分離していないので、製造段階において2次元的に配置する単セルを一括して積層できる。よって、個々に分離した単セルを2次元的,3次元的に配置するよりも製造工程を簡略化できる。また、この実施形態では、2次元的に配列された複数の単セル44が一体となっているので、隣接する単セルの燃料極と酸化剤極を互いに接続する配線が不要となる。   Furthermore, in the third embodiment, since the single cells 44 arranged two-dimensionally are not separated, the single cells arranged two-dimensionally in the manufacturing stage can be stacked together. Accordingly, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the individually separated single cells are arranged two-dimensionally or three-dimensionally. In this embodiment, since the plurality of single cells 44 arranged two-dimensionally are integrated, wiring for connecting the fuel electrode and the oxidant electrode of adjacent single cells to each other is not necessary.

なお、この第3実施形態では、2次元的に配置された単セル44がすべて並列接続になり、図5Aに示すような2次元的に配置した単セルの直列接続はできないが、配線形成が不要となるので製造工程を簡略化できる。   In the third embodiment, all the two-dimensionally arranged single cells 44 are connected in parallel, and the two-dimensionally arranged single cells cannot be connected in series as shown in FIG. Since it becomes unnecessary, the manufacturing process can be simplified.

(第4の実施の形態)
次に、図10A〜図10Cに基づいて、この発明の燃料電池が備える燃料供給シート部の製造方法について説明する。図10A〜図10Cは、上記燃料供給シート部を構成する燃料供給シート積層部材を作製する工程を順に模式的に示す工程断面図である。
(Fourth embodiment)
Next, based on FIG. 10A-FIG. 10C, the manufacturing method of the fuel supply sheet | seat part with which the fuel cell of this invention is provided is demonstrated. FIG. 10A to FIG. 10C are process cross-sectional views schematically showing, in order, steps for producing a fuel supply sheet laminated member constituting the fuel supply sheet portion.

この燃料供給シート積層部材の製造方法では、まず、図10Aに示すように、多孔質材で形成されている多孔質構造のシート状部材84上に、転写用基板82を配置する。この転写用基板82は、凸部82A,82B,82Cを有し、この凸部82A,82B,82Cに充填材を含む材料層83A,83B,83Cが積層されている。凸部82A,82B,82Cは、上記多孔質構造のシート状部材84に上記充填材を充填すべき領域に上記材料層83を転写できるようにパターニングされている。   In this method of manufacturing a fuel supply sheet laminated member, first, as shown in FIG. 10A, a transfer substrate 82 is disposed on a sheet-like member 84 having a porous structure formed of a porous material. The transfer substrate 82 has convex portions 82A, 82B, and 82C, and material layers 83A, 83B, and 83C containing a filler are laminated on the convex portions 82A, 82B, and 82C. The protrusions 82A, 82B, and 82C are patterned so that the material layer 83 can be transferred to a region where the filler is to be filled in the porous sheet-like member 84.

次に、図10Bに示すように、上記転写用基板82の上記材料層83が積層された凸部82Aを上記シート状部材84の流体非透過部85A,85B,85Cとする領域に重ね合わせてプレスする。これにより、上記材料層83の充填材を含む材料が上記シート状部材84に転写され、図10Cに示すように、上記流体非透過部85A,85B,85Cとする領域に上記充填材が充填されて上記流体非透過部85A,85B,85Cが形成される。また、上記流体非透過部85A,85B,85Cに隣接していて流体が通過可能な貫通した多孔質構造の流路86,87が形成される。   Next, as shown in FIG. 10B, the convex portion 82A on which the material layer 83 of the transfer substrate 82 is laminated is overlapped with the region of the sheet-like member 84 which is the fluid non-permeable portion 85A, 85B, 85C. Press. As a result, the material including the filler of the material layer 83 is transferred to the sheet-like member 84, and the filler is filled in the areas to be the fluid non-permeable portions 85A, 85B, 85C as shown in FIG. 10C. Thus, the fluid impermeable portions 85A, 85B, 85C are formed. Further, porous flow paths 86 and 87 are formed which are adjacent to the fluid non-permeable portions 85A, 85B and 85C and through which the fluid can pass.

この実施形態の製造方法によれば、多孔質のシート状部材84に、充填材を充填して、多孔質構造の流路86,87と流体非透過部85A,85B,85Cを形成している。したがって、この実施形態の製造方法では、基板に形成した流路溝に多孔質材を詰め込むことによって多孔質構造の流路を形成する場合と異なり、多孔質構造の流路86,87とこの流路を画定する流体非透過部85A,85B,85Cの壁面との間に隙間を生じない。よって、流体が多孔質材からなる流路86,87と流路壁との界面の隙間を通って多孔質材の透過係数以上に透過してしまうことがなく、多孔質材の透過係数で流体の透過を安定して制御できる。   According to the manufacturing method of this embodiment, the porous sheet-like member 84 is filled with the filler to form the porous flow paths 86 and 87 and the fluid non-permeable portions 85A, 85B, and 85C. . Therefore, in the manufacturing method of this embodiment, unlike the case where the porous structure flow path is formed by packing the porous material in the flow path groove formed on the substrate, the porous structure flow paths 86 and 87 and the flow path are formed. There is no gap between the fluid non-permeable portions 85A, 85B, and 85C that define the path. Therefore, the fluid does not permeate more than the permeability coefficient of the porous material through the gap at the interface between the channels 86 and 87 made of the porous material and the channel wall, and the fluid has the permeability coefficient of the porous material. Can be controlled stably.

上記シート状部材84を構成する多孔質材としては、既に述べたように、多孔質シリコン、カーボンペーパー、カーボンの焼結体、ニッケルなどの焼結金属、多孔質ポリイミド樹脂、多孔質PTFEが使用可能である。ここでは、上記多孔質材として、平均孔径0.05μm、厚さ30μm程度の多孔質PTFEを使用する場合の条件の一例を説明する。上記充填材を含む材料層83A〜83Cとしては、塗布し易いように溶剤に溶かしたアクリル系樹脂を用いた。また、上記充填材を含む材料層83A〜83Cの膜厚を約50μmとした。上記充填材を含む材料層83A〜83Cの膜厚は、シート状部材84の膜厚に応じて設定するので、上記値に限定するものではないが、シート状部材84の膜厚の1倍から3倍程度とするのがよい。上記充填材を含む材料層83A〜83Cの膜厚が小さ過ぎると、多孔質構造のシート状部材84内に上記充填材を十分に充填できなくなる。逆に、上記材料層83A〜83Cの膜厚が大き過ぎると、流体非透過部(充填される領域)85A〜85Cが厚さ方向と直交する平面に沿った方向に充填材が広がり過ぎて、流体の透過可能領域である流路86および87を狭くし過ぎてしまう。   As described above, porous silicon, carbon paper, sintered carbon, sintered metal such as nickel, porous polyimide resin, and porous PTFE are used as the porous material constituting the sheet-like member 84. Is possible. Here, an example of conditions when using porous PTFE having an average pore diameter of 0.05 μm and a thickness of about 30 μm as the porous material will be described. As the material layers 83A to 83C containing the filler, an acrylic resin dissolved in a solvent so as to be easily applied was used. Moreover, the film thickness of the material layers 83A to 83C containing the filler was set to about 50 μm. Since the film thickness of the material layers 83A to 83C containing the filler is set according to the film thickness of the sheet-like member 84, it is not limited to the above value, but from one time the film thickness of the sheet-like member 84. It should be about 3 times. If the film thickness of the material layers 83A to 83C containing the filler is too small, the filler cannot be sufficiently filled in the sheet-like member 84 having a porous structure. On the other hand, if the film thickness of the material layers 83A to 83C is too large, the fluid non-permeable portions (filled regions) 85A to 85C spread too much in the direction along the plane perpendicular to the thickness direction, The flow paths 86 and 87, which are fluid permeable regions, are too narrow.

また、この実施形態において、図10Bに示すように、転写用基板82を多孔質構造のシート状部材84に重ね合わせて、充填材を含む材料層83A〜83Cを転写用基板82から多孔質構造のシート状部材84に転写し、流体非透過部85A〜85Cとする領域に上記充填材を充填する行程において、アニールによって上記充填材を上記多孔質構造内に含浸させることが好ましい。このアニールを行うことで、プレスのみで上記充填材を含む材料層83A〜83Cを上記流体非透過部85A〜85Cとする領域に転写する場合に比べて、充填材をシート状部材84の流体非透過部85A〜85Cとする多孔質構造内に十分に行き渡らせることができる。よって、多孔質構造の流路86,87からの燃料の漏れを確実に抑制できる。   In this embodiment, as shown in FIG. 10B, the transfer substrate 82 is superposed on the porous sheet-like member 84, and the material layers 83 </ b> A to 83 </ b> C containing the filler are transferred from the transfer substrate 82 to the porous structure. It is preferable to impregnate the porous structure into the porous structure by annealing in the process of transferring the filler to the regions to be the fluid impermeable portions 85A to 85C. By performing this annealing, the filler is removed from the fluid of the sheet-like member 84 as compared with the case where the material layers 83A to 83C including the filler are transferred to the regions that are the fluid non-permeable portions 85A to 85C by pressing alone. It can be sufficiently distributed in the porous structure as the transmission parts 85A to 85C. Therefore, fuel leakage from the porous flow paths 86 and 87 can be reliably suppressed.

上記アニール条件については、例えば、80℃から120℃程度の温度で10分から60分程度アニールすれば、PTFEの多孔質構造内に上記充填材を十分に含浸させることができる。アニール温度やアニール時間は、シート状部材84の膜厚や平均孔径、上記充填材の粘性などに依存するので、これに限定するものではないが、この実施形態の条件においては、上記アニール温度が80℃未満では充填材を含む材料を塗布するために用いた溶剤が十分揮発せず、シート状部材84内での充填材の固着が不十分になる虞がある。   As for the annealing conditions, for example, if annealing is performed at a temperature of about 80 to 120 ° C. for about 10 to 60 minutes, the PTFE porous structure can be sufficiently impregnated with the filler. The annealing temperature and annealing time depend on the film thickness and average pore diameter of the sheet-like member 84, the viscosity of the filler, and the like, but are not limited to this. Under the conditions of this embodiment, the annealing temperature is If the temperature is less than 80 ° C., the solvent used for applying the material containing the filler does not volatilize sufficiently, and the filler may not be firmly fixed in the sheet-like member 84.

また、上記アニール温度が120℃を超えると、シート状部材84内での上記充填材を含む材料の拡散が速く、微細な流路パターンへの適用が困難になる虞がある。充填材の拡散を抑制し、確実にシート状部材84内に充填材を固着させるためには、30分程度の時間をかけて徐々に温度を上げ、100℃以上の温度で10分程度アニールするとよい。   Moreover, when the annealing temperature exceeds 120 ° C., the material containing the filler in the sheet-like member 84 diffuses rapidly, and there is a possibility that it is difficult to apply to a fine flow path pattern. In order to suppress the diffusion of the filler and securely fix the filler in the sheet-like member 84, the temperature is gradually increased over a period of about 30 minutes, and then annealed at a temperature of 100 ° C. or more for about 10 minutes. Good.

ついで、図10Aから図10Cと同様の工程で作製した複数の燃料供給シート積層部材を位置合わせして積層することにより少なくとも1つの連通流路を備えた実質的に一体構造の積層構造体の燃料供給シート部を形成することができる。なお、上記位置合わせして積層してから、好ましくはアニールを行う。このアニールを行うことによって、各燃料供給シート積層部材内の充填材が各燃料供給シート積層部材間の界面にも含浸させられる。これにより、上記界面に充填材含浸領域を形成することができる。これによって、各燃料供給シート積層部材同士が接合されると共に、各燃料供給シート積層部材間の界面に沿って燃料が漏れることを抑制できる。   Next, a fuel of a substantially monolithic laminated structure having at least one communication channel by aligning and laminating a plurality of fuel supply sheet laminated members produced in the same process as in FIGS. 10A to 10C. A supply sheet portion can be formed. Note that annealing is preferably performed after the above alignment and lamination. By performing this annealing, the filler in each fuel supply sheet laminate member is also impregnated in the interface between each fuel supply sheet laminate member. Thereby, the filler-impregnated region can be formed at the interface. Thereby, while each fuel supply sheet lamination | stacking member is joined, it can suppress that a fuel leaks along the interface between each fuel supply sheet | seat lamination member.

次に、転写用基板82の製造方法の一例を説明する。まず、充填材を含む材料層が表面に形成された基板を別途用意し、この基板の材料層に対向するように、凸部82A〜82Cを有する転写用基板82を配置する。次に、上記転写用基板82の凸部82A〜82Cを、上記基板の表面に形成された充填材を含む材料層に押し付ける。これにより、上記転写用基板82の凸部82A〜82Cに上記充填材を含む材料層83A〜83Cを積層できる。   Next, an example of a method for manufacturing the transfer substrate 82 will be described. First, a substrate on which a material layer containing a filler is formed is prepared separately, and a transfer substrate 82 having convex portions 82A to 82C is disposed so as to face the material layer of the substrate. Next, the convex portions 82A to 82C of the transfer substrate 82 are pressed against a material layer containing a filler formed on the surface of the substrate. Thereby, the material layers 83A to 83C containing the filler can be laminated on the convex portions 82A to 82C of the transfer substrate 82.

なお、上記予め充填材を含む材料層を形成する基板は、特に材料を限定するものではないが、フレキシブルで平坦性の高いものを用いるのが望ましい。ここでは、PET(ポリエチレンテレフタレート)シートを用いた。PETは柔軟性があるので、転写用基板82から剥がし易くなる。また、PETは平坦性が高いので、充填材を含む材料層83A〜83CがPETシートの基板から剥がれ易くなる。これにより、転写用基板82に転写された充填材を含む材料層83A〜83Cの膜厚を十分に確保できる。   Note that the substrate on which the material layer including the filler is formed is not particularly limited, but it is preferable to use a flexible and highly flat substrate. Here, a PET (polyethylene terephthalate) sheet was used. Since PET is flexible, it can be easily peeled off from the transfer substrate 82. Moreover, since PET has high flatness, the material layers 83A to 83C including the filler are easily peeled off from the substrate of the PET sheet. Thereby, the film thickness of the material layers 83A to 83C including the filler transferred to the transfer substrate 82 can be sufficiently ensured.

また、酸化剤供給シート部の酸化剤供給シート積層部材も、図10A〜図10Cに示す実施形態によって作製した燃料供給シート積層部材と同様の製造方法により作製できることが理解できる。   Moreover, it can be understood that the oxidant supply sheet laminated member of the oxidant supply sheet portion can also be produced by the same manufacturing method as the fuel supply sheet laminated member produced by the embodiment shown in FIGS. 10A to 10C.

さらに好ましくは、上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部を接合する際、上記燃料供給シート積層部材と上記酸化剤供給シート積層部材の位置合わせをして積層してから、アニールが行われる。このアニールを行うことによって、燃料供給シート積層部材の流体非透過部あるいは酸化剤供給シート積層部材の流体非透過部に含浸した充填材が両シート積層部材間の界面にも含浸させられる。これにより、上記界面に充填材含浸領域を形成することができる。これによって、両シート部材同士が接合されると共に、両シート部材間の界面に沿って燃料等が漏れることを抑制できる。   More preferably, when joining the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion, the fuel supply sheet lamination member and the oxidant supply sheet lamination member are aligned and laminated before annealing is performed. . By performing this annealing, the filler impregnated in the fluid non-permeable portion of the fuel supply sheet laminated member or the fluid non-permeable portion of the oxidant supply sheet laminated member is also impregnated in the interface between the two sheet laminated members. Thereby, the filler-impregnated region can be formed at the interface. Accordingly, both the sheet members are joined to each other, and the fuel and the like can be prevented from leaking along the interface between the both sheet members.

さらに好ましくは、上記単セルの周囲で上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部とを接合する際、位置合わせをして積層してから、アニールが行われる。このアニールを行うことによって、上記燃料供給シート積層部材あるいは上記酸化剤供給シート積層部材の流体非透過部に含浸した充填材を上記単セルの側面と隣接する上記燃料供給シート部あるいは上記酸化剤供給シート部間の界面にも含浸させられる。これにより、上記単セルの側面と上記燃料供給シート部および上記酸化剤供給シート部を貼り合わせることができると共に、単セル側面とシート部材間の界面に沿って燃料等が漏れることを抑制できる。   More preferably, when the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion are joined around the single cell, annealing is performed after alignment and lamination. By performing this annealing, the fuel supply sheet laminated member or the oxidant supply adjacent to the side surface of the single cell is filled with the filler impregnated in the fluid non-permeable portion of the fuel supply sheet laminated member or the oxidant supply sheet laminated member. It is also impregnated at the interface between the sheet portions. Thereby, while the side surface of the said single cell, the said fuel supply sheet | seat part, and the said oxidizing agent supply sheet | seat part can be bonded together, it can suppress that a fuel etc. leak along the interface between a single cell side surface and a sheet | seat member.

以上、この発明の実施形態について説明したが、上記開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it should be thought that the said disclosed embodiment is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 燃料極
2 電解質膜
3 酸化剤極
4、44 単セル
5 燃料供給シート部
6 酸化剤供給シート部
7 連結部
8 連結部周りのスペース
9 スペース
10、10B、10C 接続部
11A、11B、11C 隣接する単セル間を接続するための配線
12A、12B 隣接する単セル間を接続するための配線
13〜18、50、84 燃料供給シート積層部材
13A,14A,14C,15A,15C,16C,16D,17A,17C,18A 流路
13B,14B,15B,16B,17B,18B 流体非透過部
19 連通流路
20、21、22、24 酸化剤供給シート積層部材
20A,21A,23,22A,24A 流路
20B,21B,22B,24B 流体非透過部
25 接合部
50A 燃料供給路
56、70 発電単位
82 転写用基板
82A〜82C 凸部
83A〜83C 充填材を含む材料層
84 多孔質構造のシート状部材
85A,85B,85C 流体非透過部
86,87 多孔質構造の流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel electrode 2 Electrolyte membrane 3 Oxidant electrode 4, 44 Single cell 5 Fuel supply sheet | seat part 6 Oxidant supply sheet | seat part 7 Connection part 8 Space around a connection part 9 Space 10, 10B, 10C Connection part 11A, 11B, 11C Adjacent Wirings 12A, 12B for connecting the single cells to be connected Wirings 13-18, 50, 84 for connecting the adjacent single cells 13A, 14A, 14C, 15A, 15C, 16C, 16D, fuel supply sheet laminate members 17A, 17C, 18A Flow path 13B, 14B, 15B, 16B, 17B, 18B Fluid non-permeating part 19 Communication flow path 20, 21, 22, 24 Oxidant supply sheet laminated member 20A, 21A, 23, 22A, 24A Flow path 20B, 21B, 22B, 24B Fluid impermeable portion 25 Joint portion 50A Fuel supply path 56, 70 Power generation unit 82 Transfer substrate 82A-82C Convex portion 83A-83C Including filler Material layer 84 Sheet-like members 85A, 85B, 85C having a porous structure Fluid non-permeable portions 86, 87 Flow paths having a porous structure

Claims (25)

供給される燃料から陽イオンと電子とを生成する燃料極と、上記燃料極に対向するように配置されて上記燃料極からの陽イオンが透過する電解質膜と、上記電解質膜に対向するように配置されて上記電解質膜を透過した上記陽イオンと供給される酸化剤とを反応させる酸化剤極とが積層された単セルを複数備え、
上記単セルの燃料極に対向するように配置されて上記燃料極に上記燃料を供給するための流路が形成された燃料供給シート部と、
上記単セルの酸化剤極に対向するように配置されて上記酸化剤極に上記酸化剤を供給するための流路が形成された酸化剤供給シート部と
を備え、
上記燃料供給シート部または上記酸化剤供給シート部の少なくとも一方を複数連結している可撓性の連結部によって複数の上記単セルが連続配列された第1の配列部と、
上記積層の方向に配列された隣接する複数の単セルが上記燃料供給シート部または上記酸化剤供給シート部の少なくとも一方を共有している第2の配列部と
のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする燃料電池。
A fuel electrode that generates cations and electrons from the supplied fuel, an electrolyte membrane that is disposed so as to face the fuel electrode and allows cations from the fuel electrode to pass therethrough, and so as to face the electrolyte membrane A plurality of unit cells each having a stack of an oxidant electrode arranged to react with the supplied oxidant and the cation disposed and permeated through the electrolyte membrane;
A fuel supply sheet portion disposed to face the fuel electrode of the single cell and having a flow path for supplying the fuel to the fuel electrode;
An oxidant supply sheet portion disposed so as to face the oxidant electrode of the single cell and having a flow path for supplying the oxidant to the oxidant electrode;
A first array part in which the plurality of single cells are continuously arrayed by a flexible connecting part that connects at least one of the fuel supply sheet part or the oxidant supply sheet part;
A plurality of adjacent single cells arranged in the stacking direction have at least one of the second arrangement part sharing at least one of the fuel supply sheet part or the oxidant supply sheet part. A fuel cell.
請求項1に記載の燃料電池において、
上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部とが、上記単セルを挟持しつつ上記単セルの周囲で接合されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel cell, wherein the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion are joined around the single cell while sandwiching the single cell.
請求項2に記載の燃料電池において、
上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部が上記単セルの周囲で接合されている箇所に、上記単セルの燃料極あるいは酸化剤極のいずれかと電気的に接続するための配線が配置されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 2, wherein
A wiring for electrically connecting to either the fuel electrode or the oxidant electrode of the single cell is disposed at a location where the fuel supply sheet unit and the oxidant supply sheet unit are joined around the single cell. A fuel cell characterized by comprising:
請求項1から3のいずれか1つに記載の燃料電池において、
上記隣接する2つの単セルの酸化剤極同士を電気的に接続する第1の配線と、
上記隣接する2つの単セルの燃料極同士を電気的に接続する第2の配線と、
上記隣接する2つの単セルのうちの一方の単セルの燃料極と他方の単セルの酸化剤極とを電気的に接続する第3の配線とのうちの少なくとも1つが、上記第1の配列部の上記連結部に沿って配置されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
A first wiring that electrically connects the oxidant electrodes of the two adjacent single cells;
A second wiring for electrically connecting the fuel electrodes of the two adjacent single cells;
At least one of the fuel electrode of one unit cell of the two adjacent unit cells and the third wiring that electrically connects the oxidant electrode of the other unit cell is the first array. A fuel cell, wherein the fuel cell is disposed along the connecting portion of the portion.
請求項1から4のいずれか1つに記載の燃料電池において、
上記燃料供給シート部は、
上記積層の方向に積層された複数の燃料供給シート積層部材を有し、
上記複数の燃料供給シート積層部材は、
上記積層の方向に貫通する流路部を含むと共に上記流路部は中空もしくは多孔質材で形成されていて、
上記複数の燃料供給シート積層部材の多孔質材からなる流路部が連通して上記燃料極に上記燃料を供給するための第1の流路が形成されており、
上記複数の燃料供給シート積層部材の中空の流路部もしくは多孔質材からなる流路部が連通して上記燃料極からの排出物を排出するための第2の流路が形成されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein
The fuel supply sheet is
Having a plurality of fuel supply sheet lamination members laminated in the direction of lamination,
The plurality of fuel supply sheet laminated members are
Including a flow path portion penetrating in the direction of the lamination and the flow path portion is formed of a hollow or porous material,
A flow path portion made of a porous material of the plurality of fuel supply sheet laminate members communicates to form a first flow path for supplying the fuel to the fuel electrode;
A hollow flow path portion of the plurality of fuel supply sheet laminated members or a flow path portion made of a porous material communicates to form a second flow path for discharging the discharge from the fuel electrode. A fuel cell.
請求項5に記載の燃料電池において、
上記燃料供給シート積層部材は、
上記流路部に隣接している流体非透過部を有しており、この流体非透過部は充填材が充填されていて上記燃料および上記燃料極からの排出物が透過できないことを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 5, wherein
The fuel supply sheet laminated member is
It has a fluid non-permeating part adjacent to the flow path part, and the fluid non-permeating part is filled with a filler and cannot pass through the fuel and the discharge from the fuel electrode. Fuel cell.
請求項5または6に記載の燃料電池において、
上記第1の流路は、上記燃料供給シート積層部材の流体非透過部によって、少なくとも一部が上記第2の流路に対して分離されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 5 or 6,
The fuel cell according to claim 1, wherein at least a part of the first flow path is separated from the second flow path by a fluid non-permeable portion of the fuel supply sheet stacking member.
請求項7に記載の燃料電池において、
上記第1の流路は、
上記積層の方向において上記燃料極側の一端の上記燃料供給シート積層部材よりも上流側に配置されていると共に上記燃料の流れを抑制する供給抑制構造を有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 7, wherein
The first flow path is
A fuel cell comprising a supply suppressing structure that is disposed upstream of the fuel supply sheet stacking member at one end on the fuel electrode side in the stacking direction and suppresses the flow of the fuel.
請求項8に記載の燃料電池において、
上記積層の方向に配列された隣接する複数の単セルを備え、
さらに、各単セルに対向配置された各燃料供給シート部の各第1の流路を、上記供給抑制構造の上流側で連通させる燃料流路を有し、
この燃料通路は、上記積層方向の一端が閉じていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 8, wherein
Comprising a plurality of adjacent single cells arranged in the direction of the stack,
Furthermore, it has a fuel flow path that communicates each first flow path of each fuel supply sheet portion disposed opposite to each single cell on the upstream side of the supply suppression structure,
The fuel cell is characterized in that one end in the stacking direction is closed.
請求項7から9のいずれか1つに記載の燃料電池において、
上記燃料供給シート部は、
上記第1の流路に供給される燃料を希釈するための水を上記第1の流路に供給する第3の流路を有し、
上記第3の流路は、
上記燃料極側の一端の燃料供給シート積層部材よりも上流側で上記第1の流路に合流していることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 7 to 9,
The fuel supply sheet is
A third flow path for supplying water for diluting the fuel supplied to the first flow path to the first flow path;
The third flow path is
A fuel cell characterized in that it joins the first flow path upstream of the fuel supply sheet laminated member at one end on the fuel electrode side.
請求項10に記載の燃料電池において、
上記燃料供給シート部が有する第3の流路は、複数の単セル間に亘って連通していることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 10, wherein
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the third flow path of the fuel supply sheet portion communicates between a plurality of single cells.
請求項5から11のいずれか1つに記載の燃料電池において、
上記第2の流路は、
上記第1の配列部と上記第2の配列部の少なくとも一方の複数の単セル間に亘って連通していると共に上記燃料供給シート部の外部に連通していることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 5 to 11,
The second flow path is
A fuel cell characterized in that it communicates across a plurality of single cells of at least one of the first array part and the second array part and communicates with the outside of the fuel supply sheet part.
請求項1から12のいずれか1つに記載の燃料電池において、
上記酸化剤供給シート部は、
上記積層の方向に積層された複数の酸化剤供給シート積層部材を有し、
上記複数の酸化剤供給シート積層部材は、
上記積層の方向に貫通する流路部を含むと共に上記流路部は中空もしくは多孔質材で形成されていて、
上記複数の酸化剤供給シート積層部材の中空の流路部もしくは多孔質材からなる流路部が連通して上記酸化剤極に酸化剤を供給するための第4の流路が形成されており、
上記複数の酸化剤供給シート積層部材の中空の流路部もしくは多孔質材からなる流路部が連通して上記酸化剤極からの排出物を排出するための第5の流路が形成されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 12,
The oxidant supply sheet portion is
Having a plurality of oxidant supply sheet laminate members laminated in the direction of lamination,
The plurality of oxidant supply sheet laminated members are:
Including a flow path portion penetrating in the direction of the lamination and the flow path portion is formed of a hollow or porous material,
A hollow flow path portion of the plurality of oxidant supply sheet laminated members or a flow path portion made of a porous material communicates to form a fourth flow path for supplying an oxidant to the oxidant electrode. ,
A hollow flow path portion of the plurality of oxidant supply sheet laminated members or a flow path portion made of a porous material communicates to form a fifth flow path for discharging the effluent from the oxidant electrode. A fuel cell characterized by comprising:
請求項13に記載の燃料電池において、
上記酸化剤供給シート積層部材は、
上記流路部に隣接している流体非透過部を有しており、この流体非透過部は充填材が充填されていて上記酸化剤および上記酸化剤極からの排出物が透過できないことを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 13, wherein
The oxidant supply sheet laminated member is
It has a fluid non-permeation part adjacent to the flow path part, and the fluid non-permeation part is filled with a filler and cannot pass the oxidant and the effluent from the oxidant electrode. A fuel cell.
請求項13または14に記載の燃料電池において、
上記第4の流路は、上記酸化剤供給シート積層部材の流体非透過部によって、少なくとも一部が上記第5の流路に対して分離されていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 13 or 14,
The fuel cell, wherein the fourth flow path is at least partially separated from the fifth flow path by the fluid non-permeable portion of the oxidant supply sheet laminate member.
請求項15に記載の燃料電池において、
上記第4の流路は、
上記第1の配列部および上記第2の配列部の複数の単セル間に亘って連通していると共に上記酸化剤供給シート部の外部に連通していることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 15, wherein
The fourth flow path is
A fuel cell characterized in that it communicates between a plurality of single cells of the first array section and the second array section and communicates with the outside of the oxidant supply sheet section.
請求項15または16に記載の燃料電池において、
上記第5の流路は、上記単セルの周囲の上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部とが接合されている接合部において、上記第3の流路と連通していることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 15 or 16,
The fifth flow path communicates with the third flow path at a joint portion where the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion around the single cell are joined. A fuel cell.
請求項15から17のいずれか1つに記載の燃料電池において、
上記第5の流路は、
上記第1の配列部または上記第2の配列部の少なくとも一方の複数の単セル間に亘って連通していることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 15 to 17,
The fifth flow path is
A fuel cell characterized in that it communicates across a plurality of single cells of at least one of the first array section or the second array section.
請求項1から18のいずれか1つに記載の燃料電池を製造する方法であって、
転写用基板の凸部に充填材を含む材料層を形成し、
上記充填材を含む材料層が形成された転写用基板の上記凸部を、流体の通過可能な多孔質材で形成されている上記シート状部材に重ね合わせて、上記充填材を含む材料を上記シート状部材に転写し、
上記凸部が重ね合わされた上記シート状部材の領域に上記充填材を充填して、上記領域を上記燃料および上記燃料極からの排出物が透過できない流体非透過部とすると共に、上記流体非透過部に隣接していて上記燃料および燃料極からの排出物が通過可能な流路部を形成し、
上記流路部と上記流体非透過部が形成された上記シート状部材を複数積層して、上記流路部が連通している少なくとも1つの連通流路を備えた実質的に一体構造の積層構造体の燃料供給シート部を形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。
A method for manufacturing a fuel cell according to any one of claims 1 to 18, comprising:
Form a material layer containing a filler on the convex part of the transfer substrate,
The convex portion of the transfer substrate on which the material layer containing the filler is formed is superimposed on the sheet-like member formed of a porous material through which fluid can pass, and the material containing the filler is Transferred to a sheet-like member,
The region of the sheet-like member on which the convex portions are overlapped is filled with the filler so that the region becomes a fluid non-permeable portion through which the fuel and the discharge from the fuel electrode cannot permeate. Forming a flow path part that is adjacent to the part and through which the fuel and the discharge from the fuel electrode can pass,
A substantially monolithic laminated structure comprising a plurality of the sheet-like members on which the flow path part and the fluid non-permeation part are stacked, and at least one communication flow path communicating with the flow path part. A fuel cell manufacturing method comprising forming a fuel supply sheet portion of a body.
請求項19に記載の燃料電池の製造方法において、
上記充填材を含む材料層が形成された転写用基板の上記凸部を、流体の通過可能な多孔質材で形成されている上記シート状部材に重ね合わせて、上記充填材を含む材料を上記シート状部材に転写するときに、
アニールによって上記充填材を上記多孔質材に含浸させることを特徴とする燃料電池の製造方法。
The method of manufacturing a fuel cell according to claim 19,
The convex portion of the transfer substrate on which the material layer containing the filler is formed is superimposed on the sheet-like member formed of a porous material through which fluid can pass, and the material containing the filler is When transferring to a sheet-like member
A method for producing a fuel cell, wherein the porous material is impregnated with the filler by annealing.
請求項1から18のいずれか1つに記載の燃料電池を製造する方法であって、
転写用基板の凸部に充填材を含む材料層を形成し、
上記充填材を含む材料層が形成された転写用基板の上記凸部を、流体の通過可能な多孔質材で形成されている上記シート状部材に重ね合わせて、上記充填材を含む材料を上記シート状部材に転写し、
上記凸部が重ね合わされた上記シート状部材の領域に上記充填材を充填して、上記領域を上記酸化剤および上記酸化剤極からの排出物が透過できない流体非透過部とすると共に、上記流体非透過部に隣接していて上記酸化剤および酸化剤極からの排出物が通過可能な流路部を形成し、
上記流路部と上記流体非透過部が形成された上記シート状部材を複数積層して、上記流路部が連通している少なくとも1つの連通流路を備えた実質的に一体構造の積層構造体の酸化剤供給シート部を形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。
A method for manufacturing a fuel cell according to any one of claims 1 to 18, comprising:
Form a material layer containing a filler on the convex part of the transfer substrate,
The convex portion of the transfer substrate on which the material layer containing the filler is formed is superimposed on the sheet-like member formed of a porous material through which fluid can pass, and the material containing the filler is Transferred to a sheet-like member,
The region of the sheet-like member on which the convex portions are overlapped is filled with the filler, and the region becomes a fluid non-permeable portion through which the discharge from the oxidant and the oxidant electrode cannot permeate. Forming a flow path section that is adjacent to the non-permeable section and through which the oxidant and the discharge from the oxidizer electrode can pass,
A substantially monolithic laminated structure comprising a plurality of the sheet-like members on which the flow path part and the fluid non-permeation part are stacked, and at least one communication flow path communicating with the flow path part. A method of manufacturing a fuel cell, comprising forming an oxidant supply sheet portion of a body.
請求項21に記載の燃料電池の製造方法において、
上記充填材を含む材料層が形成された転写用基板の上記凸部を、流体の通過可能な多孔質材で形成されている上記シート状部材に重ね合わせて、上記充填材を含む材料を上記シート状部材に転写するときに、
アニールによって上記充填材を上記多孔質材に含浸させることを特徴とする燃料電池の製造方法。
The method of manufacturing a fuel cell according to claim 21,
The convex portion of the transfer substrate on which the material layer containing the filler is formed is superimposed on the sheet-like member formed of a porous material through which fluid can pass, and the material containing the filler is When transferring to a sheet-like member
A method for producing a fuel cell, wherein the porous material is impregnated with the filler by annealing.
請求項19から22のいずれか1つに記載の燃料電池の製造方法において、
上記充填材を含む材料層が形成された材料基板の上記材料層に、転写用基板の凸部を押し付けて、上記凸部に上記充填材を含む材料を転写し、上記転写用基板の凸部に上記充填材を含む材料層を形成することを特徴とする燃料電池の製造方法。
In the manufacturing method of the fuel cell according to any one of claims 19 to 22,
The convex part of the transfer substrate is pressed against the material layer of the material substrate on which the material layer containing the filler is formed, and the material containing the filler is transferred to the convex part, and the convex part of the transfer substrate And forming a material layer containing the filler on a fuel cell.
請求項19から23のいずれか1つに記載の燃料電池の製造方法において、
上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部とで上記単セルを挟持しつつ上記単セルの周囲で接合するに際し、アニールによって上記流体非透過部の上記充填材を隣接する上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部間の接合領域に含浸させることにより、上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部を貼り合わせることを特徴とする燃料電池の製造方法。
The method for manufacturing a fuel cell according to any one of claims 19 to 23,
The fuel supply sheet portion adjacent to the filler in the fluid non-permeating portion by annealing when the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion are joined around the single cell while sandwiching the single cell. The fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion are bonded together by impregnating the joining region between the oxidant supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion.
請求項24に記載の燃料電池の製造方法において、
上記燃料供給シート部と上記酸化剤供給シート部とで上記単セルを挟持しつつ上記単セルの周囲で接合するに際し、アニールによって上記流体非透過部の上記充填材を上記単セルの側面と隣接する上記燃料供給シート部あるいは上記酸化剤供給シート部間に含浸させることにより、上記単セルの側面と上記燃料供給シート部および上記酸化剤供給シート部を貼り合わせることを特徴とする燃料電池の製造方法。
The method for producing a fuel cell according to claim 24,
When the single cell is sandwiched between the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion and joined around the single cell, the filler in the fluid non-permeable portion is adjacent to the side surface of the single cell by annealing. Manufacturing the fuel cell, wherein the side surface of the single cell is bonded to the fuel supply sheet portion and the oxidant supply sheet portion by impregnation between the fuel supply sheet portion or the oxidant supply sheet portion. Method.
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