(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス流路の形状が櫛歯状流路の場合、特にカソード流路において、発電に伴って発生した生成水が、櫛歯状の一次閉塞流路における先端の閉塞した領域に移動して滞留し、その滞留した生成水が膜電極接合体に対する反応ガスの供給を阻害することによって、発電性能が低下してしまうことを解決するため、燃料電池の発電性能を向上させる技術を提供する。【解決手段】燃料電池は、Ｘ軸方向に沿って往復して蛇行して燃料ガスを誘導するアノード蛇行流路４３と、Ｙ軸方向に沿って延在しアノード蛇行流路４３を経由した燃料ガスを誘導するアノード後段流路４５とを備える。【選択図】図２
2012018854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極層を接合した膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード面に燃料ガスを流すアノード流路と
を備え、
前記アノード流路は、
前記アノード面に前記燃料ガスを供給するアノード供給部と、
前記アノード面上で第１方向に沿って往復して蛇行し、前記アノード供給部から供給された燃料ガスを誘導するアノード蛇行流路と、
前記アノード面上で前記第１方向に交差する第２方向に沿って延在し、前記アノード蛇行流路を経由した燃料ガスを誘導するアノード後段流路と
を含む、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
更に、前記膜電極接合体のカソード面に酸化ガスを流すカソード流路を備え、
前記カソード流路は、
前記アノード面の前記アノード後段流路側に対応する前記カソード面の領域に前記酸化ガスを供給するカソード供給部と、
前記アノード後段流路から前記アノード蛇行流路に至る前記アノード面の領域に対応して前記カソード面上で前記第２方向に沿って延在し、相互に分離して噛み合う櫛歯状に形成され、前記カソード供給部から供給された酸化ガスを誘導するカソード閉塞流路と
を含む、燃料電池。
【請求項３】
前記第１方向に沿った前記アノード蛇行流路の幅は、前記第１方向に沿った前記カソード閉塞流路の幅に等しい請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記アノード後段流路は、相互に分離して噛み合う櫛歯状に形成された閉塞流路である請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスを用いて電気化学的に発電する燃料電池に関し、特に、燃料電池の内部において反応ガスを流すガス流路に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池としては、電解質膜の両面に電極層を接合した膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下、「ＭＥＡ」とも呼ぶ）と、膜電極接合体同士を隔離するセパレータとを交互に積層し、ＭＥＡの電極面に反応ガスを流すガス流路をセパレータによって形成したものが知られている。ＭＥＡの電極面のうちアノード面には、反応ガスとして燃料ガスを流すアノード流路が形成され、ＭＥＡの電極面のうちカソード面には、反応ガスとして酸化ガスを流すカソード流路が形成される。
【０００３】
従来、ガス流路の形状によって燃料電池の発電効率を高めるために、櫛歯状流路をアノード流路およびカソード流路に適用した燃料電池が提案されていた（例えば、特許文献１）。櫛歯状流路は、反応ガスの供給側に連通する一次閉塞流路と、反応ガスの回収側に連通する二次閉塞流路とを、それぞれ櫛歯状とし相互に噛み合うように分離して形成した閉塞流路である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８５６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、櫛歯状流路の場合、特にカソード流路において、発電に伴って発生した生成水が、櫛歯状の一次閉塞流路における先端の閉塞した領域に移動して滞留し、その滞留した生成水がＭＥＡに対する反応ガスの供給を阻害することによって、発電性能が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した課題を踏まえ、燃料電池の発電性能を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］  適用例１の燃料電池は、電解質膜の両面に電極層を接合した膜電極接合体と、前記膜電極接合体のアノード面に燃料ガスを流すアノード流路とを備え、前記アノード流路は、前記アノード面に前記燃料ガスを供給するアノード供給部と、前記アノード面上で第１方向に沿って往復して蛇行し、前記アノード供給部から供給された燃料ガスを誘導するアノード蛇行流路と、前記アノード面上で前記第１方向に交差する第２方向に沿って延在し、前記アノード蛇行流路を経由した燃料ガスを誘導するアノード後段流路とを含むことを特徴とする。適用例１の燃料電池によれば、アノード面上を流れる燃料ガスの流量は、アノード後段流路よりもアノード蛇行流路の方が大きくなるため、アノード蛇行流路が設けられた膜電極接合体の領域から燃料ガスによって排出される水分量を増加させ、燃料ガスを加湿することができる。その結果、燃料電池の構成上、アノード蛇行流路が設けられた膜電極接合体の領域で水分が過剰に滞留し易い場合に、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
【０００９】
［適用例２］  適用例１の燃料電池であって、更に、前記膜電極接合体のカソード面に酸化ガスを流すカソード流路を備え、前記カソード流路は、前記アノード面の前記アノード後段流路側に対応する前記カソード面の領域に前記酸化ガスを供給するカソード供給部と、前記アノード後段流路から前記アノード蛇行流路に至る前記アノード面の領域に対応して前記カソード面上で前記第２方向に沿って延在し、相互に分離して噛み合う櫛歯状に形成され、前記カソード供給部から供給された酸化ガスを誘導するカソード閉塞流路とを含むとしても良い。適用例２の燃料電池によれば、燃料ガスに対向する側から酸化ガスを流すカソード流路に櫛歯状の流路を適用した燃料電池において、カソード閉塞流路における供給側の閉塞領域に滞留した水分を、アノード蛇行流路を流れる燃料ガスによって排出することができるため、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
【００１０】
［適用例３］  適用例２の燃料電池であって、前記第１方向に沿った前記アノード蛇行流路の幅は、前記第１方向に沿った前記カソード閉塞流路の幅に等しいと良い。適用例３の燃料電池によれば、カソード閉塞流路における供給側の閉塞領域に滞留した水分を、アノード蛇行流路を流れる燃料ガスによって効果的に排出することができる。
【００１１】
［適用例４］  適用例１ないし適用例３のいずれかの燃料電池であって、前記アノード後段流路は、相互に分離して噛み合う櫛歯状に形成された閉塞流路であっても良い。適用例４によれば、アノード後段流路に櫛歯状の流路を適用した燃料電池の発電性能を向上させることができる。
【００１２】
本発明の形態は、燃料電池に限るものではなく、例えば、燃料電池の構成部材、燃料電池を備える車両、燃料電池を運転する燃料電池システムなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池の構成を示す説明図である。
【図２】アノードセパレータの詳細構成を示す説明図である。
【図３】カソードセパレータの詳細構造を示す説明図である。
【図４】ＭＥＡにおける水分の透過特性を示す説明図である。
【図５】アノード流路における燃料ガスの湿度変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用した燃料電池について説明する。
【００１５】
Ａ．実施例：
図１は、燃料電池１０の構成を示す説明図である。燃料電池１０は、反応ガスを用いて電気化学的に発電する。本実施例では、燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池であり、水素を含有する燃料ガス、および酸素を含有する酸化ガスを反応ガスとして用いる。本実施例では、燃料電池１０で用いられる燃料ガスは、貯蔵タンクに貯蔵された水素ガスであるが、他の実施形態において、水素吸蔵合金に貯蔵された水素ガスであっても良いし、炭化水素系燃料を改質して得られる水素ガスであっても良い。本実施例では、燃料電池１０で用いられる酸化ガスは、外気から取り込まれた空気である。
【００１６】
燃料電池１０は、反応ガスから直接的に電気を取り出す電気化学反応を行う複数のセル１５を備え、これら複数のセル１５は相互に積層されている。燃料電池１０のセル１５は、膜電極接合体（ＭＥＡ）２０と、アノードセパレータ３０と、カソードセパレータ５０とを備える。アノードセパレータ３０およびカソードセパレータ５０は、ＭＥＡ２０に積層された積層部材であり、ＭＥＡ２０は、アノードセパレータ３０とカソードセパレータ５０との間に挟持されている。
【００１７】
燃料電池１０のＭＥＡ２０は、電解質膜２１０と、アノード電極２３０と、カソード電極２５０とを備える。ＭＥＡ２０のアノード電極２３０は、アノード触媒層２３１と、アノード拡散層２３５とを含み、ＭＥＡ２０のカソード電極２５０は、カソード触媒層２５１と、カソード拡散層２５５とを含む。電解質膜２１０の一方の面には、アノード触媒層２３１、アノード拡散層２３５の順に積層してアノード電極２３０が接合されている。電解質膜２１０における他方の面には、カソード触媒層２５１、カソード拡散層２５５の順に積層してカソード電極２５０が接合されている。
【００１８】
ＭＥＡ２０の電解質膜２１０は、プロトン伝導性を有するプロトン伝導体であり、本実施例では、アイオノマ樹脂を用いたパーフルオロスルホン酸イオン交換膜である。ＭＥＡ２０のアノード触媒層２３１およびカソード触媒層２５１は、ガス透過性，導電性を有し、水素と酸素との電気化学反応を促進させる触媒（例えば、白金、白金合金）を担持した材料で形成され、本実施例では、白金系触媒を担持した炭素担体で形成されている。ＭＥＡ２０のアノード拡散層２３５およびカソード拡散層２５５は、ガス透過性，導電性を有する材料で形成され、例えば、カーボン製の多孔体であるカーボンクロスやカーボンペーパで形成することができる。
【００１９】
燃料電池１０のアノードセパレータ３０は、ＭＥＡ２０のアノード拡散層２３５側の面であるアノード面に燃料ガスを流すアノード流路４０を形成し、燃料電池１０のカソードセパレータ５０は、ＭＥＡ２０のカソード拡散層２５５側の面であるカソード面に酸化ガスを流すカソード流路６０を形成する。アノードセパレータ３０およびカソードセパレータ５０は、ＭＥＡ２０で生じた電気の集電に十分な導電性を有すると共に、ＭＥＡ２０に反応ガスを流すのに十分な耐久性、耐熱性およびガス不透過性を有する。本実施例では、アノードセパレータ３０およびカソードセパレータ５０は、カーボン樹脂で形成されているが、他の実施形態において、ステンレス、チタン、チタン合金、導電性セラミックスで形成しても良い。本実施例では、アノードセパレータ３０とカソードセパレータ５０とを別々に構成したが、他の実施形態において、アノードセパレータ３０とカソードセパレータ５０とを一体的に構成しても良い。
【００２０】
図２は、アノードセパレータ３０の詳細構成を示す説明図である。図２には、ＭＥＡ２０側から見たアノードセパレータ３０の形状を図示した。図２には、燃料ガスの流れを白抜きの矢印を用いて図示した。本実施例では、ＭＥＡ２０側から見たアノードセパレータ３０の形状は、長方形である。
【００２１】
アノードセパレータ３０は、外壁部３１０と、孔部３１１〜３１６と、突出部３２０と、流路壁部３３０と、流路壁部３５０と、突出部３７０とを備える。アノードセパレータ３０の外壁部３１０および流路壁部３３０，３５０は、ＭＥＡ２０のアノード電極２３０側に当接する部位である。
【００２２】
アノードセパレータ３０は、アノードセパレータ３０の各部とＭＥＡ２０との間に区画された流路としてアノード流路４０を形成する。アノード流路４０は、アノード供給部４１と、アノード蛇行流路４３と、アノード後段流路４５と、アノード回収部４８とを備える。図２では、アノードセパレータ３０によって形成されるアノード流路４０の形状認識を容易にするために、アノードセパレータ３０の外壁部３１０、突出部３２０、流路壁部３３０，３５０、突出部３７０にハッチングを施した。
【００２３】
アノードセパレータ３０の孔部３１１〜３１６は、アノードセパレータ３０を貫通する孔を形成する。孔部３１１、孔部３１２、孔部３１３は、長方形のアノードセパレータ３０における一方の短辺に沿って順に設けられ、孔部３１４、孔部３１５、孔部３１６は、長方形のアノードセパレータ３０における他方の短辺に沿って順に設けられている。
【００２４】
本実施例では、孔部３１１は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々に供給するための燃料ガスを流す流路の一部を構成し、孔部３１６は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々から回収された燃料ガスを流す流路の一部を構成する。本実施例では、孔部３１５は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々に供給するための酸化ガスを流す流路の一部を構成し、孔部３１２は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々から回収された酸化ガスを流す流路の一部を構成する。本実施例では、孔部３１３は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々に供給するための冷却水を流す流路の一部を構成し、孔部３１４は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々から回収された冷却水を流す流路の一部を構成する。
【００２５】
本実施例の説明では、長方形のアノードセパレータ３０における短辺に沿って孔部３１１から孔部３１３に向かう方向を第１方向であるＸ軸方向として定義し、長方形のアノードセパレータ３０における長辺に沿って孔部３１１から孔部３１４に向かう方向を第２方向であるＹ軸方向として定義する。
【００２６】
アノードセパレータ３０の外壁部３１０は、ＭＥＡ２０のアノード拡散層２３５に当接した状態で、ＭＥＡ２０において発電が行われる部位に対応する発電領域２５を囲繞する。アノードセパレータ３０では、発電領域２５は、燃料ガスの供給側である孔部３１１、および燃料ガスの回収側である孔部３１６へと連通され、酸化ガスのための孔部３１２，３１５、および冷却水のための孔部３１３，３１６から隔離される。発電領域２５は、アノード蛇行流路４３が形成された第１領域２１と、アノード後段流路４５が形成された第２領域２２とを含む。本実施例では、発電領域２５は長方形であり、第１領域２１と第２領域２２とはＸ軸方向に沿って区画される。本実施例では、第１領域２１の面積よりも第２領域２２の面積の方が大きい。
【００２７】
アノード流路４０のアノード供給部４１は、アノードセパレータ３０の孔部３１１から発電領域２５の第１領域２１にわたって形成される。アノード供給部４１は、孔部３１１と発電領域２５との間を連通する流路であり、発電領域２５に燃料ガスを供給する。本実施例では、アノード供給部４１には、燃料ガスの流れを調整するために、複数の突出部３２０が相互に離間した状態でＭＥＡ２０に向けて突設されている。
【００２８】
アノード流路４０のアノード回収部４８は、発電領域２５の第２領域２２からアノードセパレータ３０の孔部３１６にわたって形成される。アノード回収部４８は、発電領域２５と孔部３１６との間を連通する流路であり、発電領域２５から燃料ガスを回収する。本実施例では、アノード回収部４８には、燃料ガスの流れを調整するために、複数の突出部３７０が相互に離間した状態でＭＥＡ２０に向けて突設されている。
【００２９】
アノードセパレータ３０の流路壁部３３０は、ＭＥＡ２０のアノード拡散層２３５に当接した状態でアノード流路４０のアノード蛇行流路４３を形成する。アノード蛇行流路４３は、発電領域２５の第１領域２１においてＸ軸方向に沿って往復して蛇行する流路である。アノード蛇行流路４３は、アノード流路４０のアノード供給部４１から供給された燃料ガスをアノード後段流路４５に誘導しつつ、ＭＥＡ２０のアノード拡散層２３５に燃料ガスを拡散させる。本実施例では、Ｘ軸方向に沿ったアノード蛇行流路４３の幅Ｗ１は、Ｘ軸方向に沿った発電領域２５の幅に等しい。本実施例では、アノード蛇行流路４３による蛇行の折り返しは２回であるが、他の実施形態において、１回でも良いし、３回以上であっても良い。本実施例では、アノード蛇行流路４３は、３本の流路が併走する流路であるが、他の実施形態において、単独の流路であっても良いし、２本の流路であっても良いし、４本以上の流路であっても良い。
【００３０】
アノードセパレータ３０の流路壁部３５０は、ＭＥＡ２０のアノード拡散層２３５に当接した状態でアノード流路４０のアノード後段流路４５を形成する。アノード後段流路４５は、発電領域２５の第２領域２２においてＹ軸方向に沿って延在し、相互に分離して噛み合う櫛歯状に形成された閉塞流路である。アノード後段流路４５は、アノード蛇行流路４３を経由した燃料ガスをアノード回収部４８に誘導しつつ、ＭＥＡ２０のアノード拡散層２３５に燃料ガスを拡散させる。アノード後段流路４５は、アノード蛇行流路４３側に連通する櫛歯流路である一次閉塞流路４５１と、アノード回収部４８側に連通する櫛歯流路である二次閉塞流路４５５とを備える。一次閉塞流路４５１を流れる燃料ガスは、アノード拡散層２３５を通じて流路壁部３５０の下を潜り抜け二次閉塞流路４５５に移動する。
【００３１】
図３は、カソードセパレータ５０の詳細構造を示す説明図である。図３には、ＭＥＡ２０側から見たカソードセパレータ５０の形状を図示した。図３には、酸化ガスの流れを白抜きの矢印を用いて図示した。本実施例では、ＭＥＡ２０側から見たカソードセパレータ５０の形状は、アノードセパレータ３０と同様に長方形である。
【００３２】
カソードセパレータ５０は、外壁部５１０と、孔部５１１〜５１６と、突出部５２０と、流路壁部５５０と、突出部５７０とを備える。カソードセパレータ５０の外壁部５１０および流路壁部５５０は、ＭＥＡ２０のカソード電極２５０側に当接する部位である。
【００３３】
カソードセパレータ５０は、カソードセパレータ５０の各部とＭＥＡ２０との間に区画された流路としてカソード流路６０を形成する。カソード流路６０は、カソード供給部６１と、カソード閉塞流路６５と、カソード回収部６８とを備える。図３では、カソードセパレータ５０によって形成されるカソード流路６０の形状認識を容易にするために、外壁部５１０および流路壁部５５０にハッチングを施した。
【００３４】
カソードセパレータ５０の孔部５１１〜５１６は、カソードセパレータ５０を貫通する孔を形成する。孔部５１１、孔部５１２、孔部５１３は、長方形のカソードセパレータ５０における一方の短辺に沿って順に設けられ、孔部５１４、孔部５１５、孔部５１６は、長方形のカソードセパレータ５０における他方の短辺に沿って順に設けられている。
【００３５】
本実施例では、孔部５１１は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々に供給するための燃料ガスを流す流路の一部を構成し、孔部５１６は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々から回収された燃料ガスを流す流路の一部を構成する。本実施例では、孔部５１５は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々に供給するための酸化ガスを流す流路の一部を構成し、孔部５１２は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々から回収された酸化ガスを流す流路の一部を構成する。本実施例では、孔部５１３は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々に供給するための冷却水を流す流路の一部を構成し、孔部５１４は、燃料電池１０における複数のセル１５の各々から回収された冷却水を流す流路の一部を構成する。
【００３６】
アノードセパレータ３０の説明において定義したＸ軸方向は、長方形のカソードセパレータ５０における短辺に沿って孔部５１１から孔部５１３に向かう方向に対応する。アノードセパレータ３０の説明において定義したＹ軸方向は、長方形のカソードセパレータ５０における長辺に沿って孔部５１１から孔部５１４に向かう方向に対応する。
【００３７】
カソードセパレータ５０の外壁部５１０は、ＭＥＡ２０のカソード拡散層２５５に当接した状態で発電領域２５を囲繞する。カソードセパレータ５０では、発電領域２５は、酸化ガスの供給側である孔部５１５、および酸化ガスの回収側である孔部５１２へと連通され、燃料ガスのための孔部５１１，５１４、および冷却水のための孔部５１３，５１６から離隔される。
【００３８】
カソード流路６０のカソード供給部６１は、カソードセパレータ５０の孔部５１５から発電領域２５の第２領域２２にわたって形成される。カソード供給部６１は、孔部５１５と発電領域２５との間を連通する流路であり、発電領域２５に酸化ガスを供給する。本実施例では、カソード供給部６１には、酸化ガスの流れを調整するために、複数の突出部５２０が相互に離間した状態でＭＥＡ２０に向けて突設されている。
【００３９】
カソード流路６０のカソード回収部６８は、発電領域２５の第１領域２１からカソードセパレータ５０の孔部５１２にわたって形成される。カソード回収部６８は、発電領域２５と孔部５１２との間を連通する流路であり、発電領域２５から酸化ガスを回収する。本実施例では、カソード回収部６８には、酸化ガスの流れを調整するために、複数の突出部５７０が相互に離間した状態でＭＥＡ２０に向けて突設されている。
【００４０】
カソードセパレータ５０の流路壁部５５０は、ＭＥＡ２０のカソード拡散層２５５に当接した状態でカソード流路６０のカソード閉塞流路６５を形成する。カソード閉塞流路６５は、発電領域２５の第２領域２２から第１領域２１にわたってＹ軸方向に沿って延在し、相互に分離して噛み合う櫛歯状に形成された閉塞流路である。カソード閉塞流路６５は、カソード供給部６１からカソード回収部６８に燃料ガスを誘導しつつ、ＭＥＡ２０のカソード拡散層２５５に酸化ガスを拡散させる。カソード閉塞流路６５は、カソード供給部６１側に連通する櫛歯流路である一次閉塞流路６５１と、カソード回収部６８側に連通する櫛歯流路である二次閉塞流路６５５とを備える。一次閉塞流路６５１を流れる酸化ガスは、カソード拡散層２５５を通じて流路壁部５５０の下を潜り抜け二次閉塞流路６５５に移動する。一次閉塞流路６５１における先端の閉塞した閉塞領域６５４は、発電領域２５の第１領域２１に位置する。
【００４１】
本実施例では、Ｘ軸方向に沿ったカソード閉塞流路６５の幅Ｗ２は、Ｘ軸方向に沿った発電領域２５の幅に等しい。すなわち、Ｘ軸方向に沿ったアノード蛇行流路４３の幅Ｗ１は、Ｘ軸方向に沿ったカソード閉塞流路６５の幅Ｗ２に等しい。他の実施形態において、アノード蛇行流路４３の幅Ｗ１は、カソード閉塞流路６５の幅Ｗ２よりも大きくても良いし、小さくても良い。
【００４２】
図４は、ＭＥＡ２０における水分の透過特性を示す説明図である。図４には、カソード側加湿量を横軸に設定し、アノード側透水量を縦軸に設定して、ＭＥＡ２０における水分の透過特性を図示した。横軸に設定されたカソード側加湿量は、ＭＥＡ２０のカソード電極２５０に供給される酸化ガスの加湿量を示す。縦軸に設定されたアノード側透水量は、ＭＥＡ２０のカソード電極２５０からアノード電極２３０に透過して燃料ガスを加湿する水分量を示す。図４の評価試験では、膜厚が２０マイクロメートルのＭＥＡ２０を用意し、酸化ガスの流量を１リットル／分に固定した状態で無加湿の燃料ガスを流し、カソード側加湿量および燃料ガスの流量を変化させてアノード側透水量を測定した。図４に示すように、カソード側加湿量および燃料ガスの流量が増加する程、アノード側透水量が増加することが分かる。
【００４３】
図５は、アノード流路４０における燃料ガスの湿度変化を示す説明図である。図５には、アノード流路４０の位置を横軸に設定し、燃料ガスの相対湿度を縦軸に設定して、アノード流路４０における燃料ガスの湿度変化を図示した。図５の横軸に設定した位置Ｓ１は、発電領域２５における第１領域２１側の端部に対応する位置であり、位置Ｓ２は、発電領域２５における第１領域２１と第２領域２２との境界に対応する位置であり、位置Ｓ３は、発電領域２５における第２領域２２側の端部に対応する位置である。
【００４４】
アノード流路４０を流れる燃料ガスは、位置Ｓ１、位置Ｓ２、位置Ｓ３の順に流れつつ、発電に伴う生成水によって加湿される。燃料ガスは、位置Ｓ１から位置Ｓ２の間ではアノード流路４０のアノード蛇行流路４３を流れ、位置Ｓ２から位置Ｓ３の間ではアノード流路４０のアノード後段流路４５を流れる。位置Ｓ１から位置Ｓ２の間は、発電領域２５の第１領域２１に対応し、位置Ｓ２から位置Ｓ３の間は、発電領域２５の第２領域２２に対応する。
【００４５】
図５に示すように、位置Ｓ１から位置Ｓ２の間（発電領域２５の第１領域２１）におけるアノード蛇行流路４３では、Ｙ軸方向に延在する櫛歯状流路（図５の一点鎖線）に比べて燃料ガスの流量が増加するため、燃料ガスによってＭＥＡ２０から排除される水分量が増加し、燃料ガスの湿度も増加する。カソード流路６０における一次閉塞流路６５１の閉塞領域６５４は、発電領域２５の第１領域２１に位置することから、閉塞領域６５４に滞留する水分は、ＭＥＡ２０のカソード電極２５０側からアノード電極２３０側へ透過して、アノード蛇行流路４３を流れる燃料ガスによって排除される。
【００４６】
以上説明した燃料電池１０によれば、アノード電極２３０上を流れる燃料ガスの流量は、アノード後段流路４５よりもアノード蛇行流路４３の方が大きくなるため、アノード蛇行流路４３が設けられた第１領域２１から燃料ガスによって排出される水分量を増加させ、燃料ガスを加湿することができる。
【００４７】
また、燃料ガスに対向する側から酸化ガスを流すカソード流路６０に櫛歯状流路を適用した燃料電池１０において、カソード閉塞流路６５における一次閉塞流路６５１の閉塞領域６５４に滞留した水分を、アノード蛇行流路４３を流れる燃料ガスによって排出することができるため、燃料電池１０の発電性能を向上させることができる。
【００４８】
また、アノード蛇行流路４３の幅Ｗ１は、カソード閉塞流路６５の幅Ｗ２に等しいため、カソード閉塞流路６５における閉塞領域６５４に滞留した水分を、アノード蛇行流路４３を流れる燃料ガスによって効果的に排出することができる。
【００４９】
Ｂ．他の実施形態：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、アノード流路４０のアノード後段流路４５は、櫛歯状流路に限るものではなく、他の閉塞流路や貫通流路であっても良い。また、カソード流路６０のカソード閉塞流路６５は、櫛歯状流路に限るものではなく、他の閉塞流路や貫通流路であっても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１０…燃料電池
１５…セル
２０…膜電極接合体（ＭＥＡ）
２１…第１領域
２２…第２領域
２５…発電領域
３０…アノードセパレータ
４０…アノード流路
４１…アノード供給部
４３…アノード蛇行流路
４５…アノード後段流路
４８…アノード回収部
５０…カソードセパレータ
６０…カソード流路
６１…カソード供給部
６５…カソード閉塞流路
６８…カソード回収部
２１０…電解質膜
２３０…アノード電極
２３１…アノード触媒層
２３５…アノード拡散層
２５０…カソード電極
２５１…カソード触媒層
２５５…カソード拡散層
３１０…外壁部
３１１〜３１６…孔部
３２０…突出部
３３０…流路壁部
３５０…流路壁部
３７０…突出部
４５１…一次閉塞流路
４５５…二次閉塞流路
５１０…外壁部
５１１〜５１６…孔部
５２０…突出部
５５０…流路壁部
５７０…突出部
６５１…一次閉塞流路
６５４…閉塞領域
６５５…二次閉塞流路
【図１】
2012018854.tif 000003
【図２】
2012018854.tif 000004
【図３】
2012018854.tif 000005
【図４】
2012018854.tif 000006
【図５】
2012018854.tif 000007