(57)【要約】      （修正有）【課題】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】燃料電池のカソード流路６０は、Ｘ軸方向に酸化ガスを誘導するカソード前段誘導部６５およびカソード後段誘導部６７を備え、カソード前段誘導部６５は、Ｘ軸方向に沿ってカソード電極上にそれぞれ延在し、Ｙ軸方向に沿って相互に併設された一次閉塞流路６５１および二次閉塞流路６５５を有し、カソード後段誘導部６７は、Ｙ軸方向に沿ってカソード電極上にそれぞれ延在し、Ｘ軸方向に沿って相互に併設された複数のカソード後段流路６７５を有し、カソード前段誘導部６５およびカソード後段誘導部６７は、相互にＸ軸方向に沿って併設されている。【選択図】図３
2012048840.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をそれぞれ接合した膜電極接合体と、
前記膜電極接合体における前記電極の各面上に反応ガスを流す二つのガス流路と
を備え、
前記二つのガス流路の少なくとも一方は、
第１方向に沿って前記電極の面上にそれぞれ延在し、前記第１方向に交差する第２方向に沿って相互に並設された複数の第１流路を有し、前記第１方向に反応ガスを誘導する第１誘導部と、
前記第２方向に沿って前記電極の面上にそれぞれ延在し、前記第１方向に沿って相互に並設された複数の第２流路を有し、前記第１方向に反応ガスを誘導する第２誘導部と
を含み、
前記第１誘導部に対して前記第２誘導部を前記第１方向に沿って並設した、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記二つのガス流路の少なくとも一方は、前記電極のうちカソード電極の面上に前記反応ガスとして酸化ガスを流すカソード流路であり、
前記カソード流路の前記第２誘導部は、前記カソード流路の前記第１誘導部を経由した酸化ガスを前記第１方向に誘導する、燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
更に、前記カソード流路から前記酸化ガスを回収するカソード回収部を備え、
前記カソード流路の前記第２誘導部は、前記複数の第２流路の各々における一方の端部を前記回収部へと連通するカソード連通部を含む、燃料電池。
【請求項４】
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であって、
前記二つのガス流路の少なくとも一方は、前記電極面のうちアノード電極の面上に前記反応ガスとして燃料ガスを流すアノード流路であり、
前記アノード流路の前記第１誘導部は、前記アノード流路の前記第２誘導部を経由した燃料ガスを前記第１方向に誘導する、燃料電池。
【請求項５】
前記二つのガス流路における各反応ガスの流れは、相互に対向する方向に流れる対向流である請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記複数の第１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５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、燃料電池に関し、特に、燃料電池の内部に形成されたガス流路に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池としては、電解質膜の両面に電極を接合した膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下、「ＭＥＡ」とも呼ぶ）を備え、このＭＥＡにおける電極の各面上に反応ガスを流すガス流路を形成したものが知られている。ＭＥＡの電極のうちアノード電極の面上には、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の電極のうちカソード電極の面上には、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、ＭＥＡの電極内部に反応ガスを積極的に分散させ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、電極内部に反応ガスを積極的に分散させるが故に、比較的に高い温度環境下では、反応ガスによる水分の持ち去りによってＭＥＡが乾燥し易くなり、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、燃料電池であって、電解質膜の両面に電極をそれぞれ接合した膜電極接合体と、前記膜電極接合体における前記電極の各面上に反応ガスを流す二つのガス流路とを備え、前記二つのガス流路の少なくとも一方は、第１方向に沿って前記電極の面上にそれぞれ延在し、前記第１方向に交差する第２方向に沿って相互に並設された複数の第１流路を有し、前記第１方向に反応ガスを誘導する第１誘導部と、前記第２方向に沿って前記電極の面上にそれぞれ延在し、前記第１方向に沿って相互に並設された複数の第２流路を有し、前記第１方向に反応ガスを誘導する第２誘導部とを含み、前記第１誘導部に対して前記第２誘導部を前記第１方向に沿って並設したことを特徴とする。
【０００９】
適用例１の燃料電池によれば、第２誘導部において電極内部に反応ガスを積極的に分散させつつ反応ガスを第１方向に誘導することができる。そのため、膜電極接合体における領域のうち、湿潤気味の反応ガスが流れる乾燥気味の領域や、乾燥気味の反応ガスが流れる湿潤気味の領域に、第２誘導部を設けることによって、膜電極接合体における電極間の水分移動を促進させて膜電極接合体の乾燥を防止することができる。その結果、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２］  適用例１の燃料電池であって、前記二つのガス流路の少なくとも一方は、前記電極のうちカソード電極の面上に前記反応ガスとして酸化ガスを流すカソード流路であり、前記カソード流路の前記第２誘導部は、前記カソード流路の前記第１誘導部を経由した酸化ガスを前記第１方向に誘導しても良い。適用例２の燃料電池によれば、カソード流路の第１誘導部を経由しながら発電に伴う生成水によって加湿された酸化ガスを、カソード流路の第２誘導部において、カソード電極に積極的に拡散させることができる。これによって、カソード電極から膜電極接合体の内部への水分移動を促進させることができる。
【００１１】
［適用例３］  適用例２の燃料電池であって、更に、前記カソード流路から前記酸化ガスを回収するカソード回収部を備え、前記カソード流路の前記第２誘導部は、前記複数の第２流路の各々における一方の端部を前記回収部へと連通するカソード連通部を含むとしても良い。適用例３の燃料電池によれば、カソード連通部が複数の第２流路よりも重力方向下方に位置するように燃料電池を設置した場合、カソード流路の第２誘導部に発生した液水を、カソード連通部を通じてカソード回収部に排出することができる。その結果、カソード流路の第２誘導部において、カソード電極への酸化ガスの拡散を阻害する生成水の滞留を防止することができる。
【００１２】
［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、前記二つのガス流路の少なくとも一方は、前記電極面のうちアノード電極の面上に前記反応ガスとして燃料ガスを流すアノード流路であり、前記アノード流路の前記第１誘導部は、前記アノード流路の前記第２誘導部を経由した燃料ガスを前記第１方向に誘導しても良い。適用例４の燃料電池によれば、アノード流路の第２誘導部においてアノード電極に積極的に拡散させて加湿した燃料ガスを、アノード流路の第１誘導部においてアノード電極の面上に流すことができる。これによって、膜電極接合体の内部からアノード電極への水分移動を促進させることができる。
【００１３】
［適用例５］  適用例１ないし適用例４のいずれかの燃料電池であって、前記二つのガス流路における各反応ガスの流れは、相互に対向する方向に流れる対向流であっても良い。適用例５の燃料電池によれば、カソード電極の下流側からアノード電極の上流側への水分の移動が促進され、膜電極接合体の乾燥を一層防止することができる。
【００１４】
［適用例６］  適用例１ないし適用例５のいずれかの燃料電池であって、前記複数の第１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６の燃料電池によれば、櫛歯状流路を適用した燃料電池において膜電極接合体の乾燥を防止することができる。
【００１５】
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】
【００１６】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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、燃料ガスおよび酸化ガスを反応ガスとして用いる。本実施例では、燃料ガスは、水素を含有するガスであり、酸化ガスは、酸素を含有するガスである。
【００１９】
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。
【００２０】
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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。本実施例では、アノード流路４０における燃料ガスの流れと、カソード流路６０における酸化ガスの流れとは、相互に対応する方向に流れる対向流である。
【００２４】
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。
【００２５】
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、アノード拡散層２３５を経由する燃料ガスの流れを破線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。
【００２６】
アノードセパレータ３０は、外壁部３１０と、孔部３１１〜３１６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。
【００２７】
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、アノード前段誘導部４３と、アノード後段誘導部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、流路壁部３３０，３５０、突出部３７０にハッチングを施した。
【００２８】
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。
【００２９】
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３１４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３１３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３１２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３１５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。
【００３０】
本実施例の説明では、長方形のアノードセパレータ３０における長辺に沿って孔部３１１から孔部３１４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における短辺に沿って孔部３１１から孔部３１３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。本実施例では、Ｘ軸およびＹ軸は相互に直交する。
【００３１】
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３１４，３１３、および冷却水のための孔部３１２，３１５から隔離される。発電領域２５は、アノード前段誘導部４３が形成された第１領域２１と、アノード後段誘導部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Ｙ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
アノードセパレータ３０の流路壁部３３０は、Ｙ軸方向に沿ってアノード拡散層２３５上に延在し、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のアノード前段誘導部４３を形成する。アノード前段誘導部４３は、アノード供給部４１とアノード後段誘導部４５との間にＸ軸方向に沿って並設され、発電領域２５の第１領域２１においてＸ軸方向に燃料ガスを流す第２誘導部であり、複数の第２流路である複数のアノード前段流路４３５を有する。
【００３５】
アノード前段誘導部４３における複数のアノード前段流路４３５は、流路壁部３３０によって区画され、Ｙ軸方向に沿ってアノード拡散層２３５上に延在し、Ｘ軸方向に沿って相互に並設される。アノード前段流路４３５同士は、流路壁部３３０によって閉塞されているが、流路壁部３３０に当接するアノード拡散層２３５を通じて、アノード前段流路４３５同士の間で燃料ガスを誘導することが可能である。これによって、アノード前段誘導部４３は、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誘導部４５へとＸ軸方向に誘導しつつ、ＭＥＡ２０のアノード拡散層２３５に燃料ガスを拡散させる。
【００３６】
本実施例では、Ｙ軸方向に沿った流路壁部３３０およびアノード前段流路４３５の長さは、Ｘ軸方向に沿った発電領域２５の幅Ｗ１に等しい。アノード前段流路４３５の本数は複数であれば良く、本実施例では３本であるが、他の実施形態において、２本であっても良いし、４本以上であっても良い。
【００３７】
アノードセパレータ３０の流路壁部３５０は、Ｘ軸方向に沿ってアノード拡散層２３５上に延在し、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のアノード後段誘導部４５を形成する。アノード後段誘導部４５は、アノード前段誘導部４３とアノード回収部４８との間にＸ軸方向に沿って並設され、発電領域２５の第２領域２２においてＸ軸方向に燃料ガスを流す第１誘導部であり、複数の第１流路である一次閉塞流路４５１および二次閉塞流路４５５を有する。
【００３８】
アノード後段誘導部４５における一次閉塞流路４５１および二次閉塞流路４５５は、流路壁部３５０によって区画され、Ｘ軸方向に沿ってアノード拡散層２３５上に延在し、Ｙ軸方向に沿って相互に並設される。本実施例では、アノード後段誘導部４５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を構成し、一次閉塞流路４５１は、アノード前段誘導部４３側に連通する櫛歯流路であり、二次閉塞流路４５５は、アノード回収部４８側に連通する櫛歯流路である。
【００３９】
一次閉塞流路４５１および二次閉塞流路４５５は、流路壁部３５０によって相互に閉塞されているが、流路壁部３５０に当接するアノード拡散層２３５を通じて、一次閉塞流路４５１から二次閉塞流路４５５に燃料ガスを誘導することが可能である。これによって、アノード後段誘導部４５は、アノード前段誘導部４３を経由した燃料ガスをアノード回収部４８へとＸ軸方向に誘導しつつ、ＭＥＡ２０のアノード拡散層２３５に燃料ガスを拡散させる。
【００４０】
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、カソード拡散層２５５を経由する酸化ガスの流れを破線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。
【００４１】
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、流路壁部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５５０，５７０は、ＭＥＡ２０のカソード電極２５０側に当接する部位である。
【００４２】
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、カソード前段誘導部６５と、カソード後段誘導部６７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、突出部５２０および流路壁部５５０，５７０にハッチングを施した。
【００４３】
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。
【００４４】
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５１４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５１３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５１２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５１５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。
【００４５】
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５１４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５１３に向かう方向に対応する。
【００４６】
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５１４、および酸化ガスの回収側である孔部５１３へと連通され、燃料ガスのための孔部５１１，５１６、および冷却水のための孔部５１２，５１５から離隔される。
【００４７】
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５１４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５１４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。
【００４８】
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５１３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５１３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。
【００４９】
カソードセパレータ５０の流路壁部５５０は、Ｘ軸方向に沿ってカソード拡散層２５５に延在し、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のカソード前段誘導部６５を形成する。カソード前段誘導部６５は、カソード供給部６１とカソード後段誘導部６７との間にＸ軸方向に沿って並設され、発電領域２５の第２領域２２においてＸ軸方向に酸化ガスを流す第１誘導部であり、複数の第１流路である一次閉塞流路６５１および二次閉塞流路６５５を有する。
【００５０】
カソード前段誘導部６５における一次閉塞流路６５１および二次閉塞流路６５５は、流路壁部５５０によって区画され、Ｘ軸方向に沿ってカソード拡散層２５５上に延在し、Ｙ軸方向に沿って相互に並設される。本実施例では、カソード前段誘導部６５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を構成し、一次閉塞流路６５１は、カソード供給部６１側に連通する櫛歯流路であり、二次閉塞流路６５５は、カソード後段誘導部６７側に連通する櫛歯流路である。
【００５１】
一次閉塞流路６５１および二次閉塞流路６５５は、流路壁部５５０によって相互に閉塞されているが、流路壁部５５０に当接するカソード拡散層２５５を通じて、一次閉塞流路６５１から二次閉塞流路６５５に酸化ガスを誘導することが可能である。これによって、カソード前段誘導部６５は、カソード供給部６１を経由した酸化ガスをカソード後段誘導部６７へとＸ軸方向に誘導しつつ、ＭＥＡ２０のカソード拡散層２５５に酸化ガスを拡散させる。
【００５２】
カソードセパレータ５０の流路壁部５７０は、Ｙ軸方向に沿ってカソード拡散層２５５上に延在し、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のカソード後段誘導部６７を形成する。カソード後段誘導部６７は、カソード前段誘導部６５とカソード回収部６８との間にＸ軸方向に沿って並設され、発電領域２５の第１領域２１においてＸ軸方向に酸化ガスを流す第２誘導部であり、複数の第２流路である複数のカソード後段流路６７５を有する。
【００５３】
カソード後段誘導部６７における複数のカソード後段流路６７５は、流路壁部５７０によって区画され、Ｙ軸方向に沿ってカソード拡散層２５５上に延在し、Ｘ軸方向に沿って相互に並設される。カソード後段流路６７５同士は、流路壁部５７０によって閉塞されているが、流路壁部５７０に当接するカソード拡散層２５５を通じて、カソード後段流路６７５同士の間で酸化ガスを誘導することが可能である。これによって、カソード後段誘導部６７は、カソード前段誘導部６５を経由した酸化ガスをカソード回収部６８へとＸ軸方向に誘導しつつ、ＭＥＡ２０のカソード拡散層２５５に酸化ガスを拡散させる。
【００５４】
本実施例では、カソード後段誘導部６７は、複数のカソード後段流路６７５における孔部５１３側の各端部をカソード回収部６８へと連通するカソード連通部６７８を備える。本実施例では、燃料電池１０は、カソード連通部６７８が複数のカソード後段流路６７５よりも重力方向下方に位置するように設置され、複数のカソード後段流路６７５に発生した生成水は、カソード連通部６７８を通じて孔部５１３に排出される。
【００５５】
本実施例では、Ｙ軸方向に沿った流路壁部５７０およびカソード後段流路６７５の長さは、Ｘ軸方向に沿った発電領域２５の幅Ｗ１よりもカソード連通部６７８の分だけ短い。カソード後段流路６７５の本数は複数であれば良く、本実施例では３本であるが、他の実施形態において、２本であっても良いし、４本以上であっても良い。
【００５６】
以上説明した燃料電池１０によれば、カソード流路６０では、カソード前段誘導部６５を経由しながら発電に伴う生成水によって加湿された酸化ガスを、カソード後段誘導部６７においてカソード拡散層２５５に積極的に拡散させることができる。これによって、発電領域２５の第１領域２１において、カソード電極２５０側からアノード電極２３０側への水分の移動を促進させることができる。その結果、ＭＥＡ２０の乾燥を防止することができる。
【００５７】
また、アノード流路４０では、アノード前段誘導部４３においてアノード拡散層２３５に積極的に拡散させて加湿した燃料ガスを、アノード後段誘導部４５においてアノード拡散層２３５に流すことができる。これによって、発電領域２５の第１領域２１において、カソード電極２５０側からアノード電極２３０側への水分の移動を促進させることができる。その結果、ＭＥＡ２０の乾燥を防止することができる。
【００５８】
また、カソード流路６０のカソード後段誘導部６７はカソード連通部６７８を備えるため、カソード連通部６７８が複数のカソード後段流路６７５よりも重力方向下方に位置するように燃料電池１０を設置した場合、カソード後段流路６７５に発生した液水を、カソード連通部６７８を通じて孔部５１３に排出することができる。その結果、カソード後段誘導部６７において、カソード電極２５０への酸化ガスの拡散を阻害する生成水の滞留を防止することができる。
【００５９】
また、アノード流路４０における燃料ガスの流れと、カソード流路６０における酸化ガスの流れとは、相互に対向する方向に流れる対向流であるため、発電領域２５の第１領域２１において、カソード前段誘導部６５およびアノード後段誘導部４５によって、カソード電極２５０側からアノード電極２３０側への水分の移動を一層促進させることができる。
【００６０】
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、本実施例では、第１誘導部および第２誘導部を備えるガス流路は、アノード流路４０およびカソード流路６０の両方であるが、他の実施形態において、アノード流路４０およびカソード流路６０の一方であっても良い。
【００６１】
また、本実施例では、カソード流路６０のカソード後段誘導部６７は、カソード連通部６７８を備えるが、他の実施形態において、アノード流路４０のアノード前段誘導部４３と同様に、両端が閉塞したガス流路であっても良い。
【００６２】
アノード流路４０のアノード後段誘導部４５およびカソード流路６０のカソード前段誘導部６５は、櫛歯状流路に限るものではなく、他の閉塞流路であっても良いし、両端が貫通した貫通流路であっても良い。
【符号の説明】
【００６３】
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…アノード前段誘導部
４５…アノード後段誘導部
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…カソード前段誘導部
６７…カソード後段誘導部
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
３３０，３５０…流路壁部
３７０…突出部
４３５…アノード前段流路
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
５５０，５７０…流路壁部
６５１…一次閉塞流路
６５５…二次閉塞流路
６７５…カソード後段流路
６７８…カソード連通部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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